无线互联网 Handout 02 FDM-TDMA Cellular 王晟 博士教授博导 2020年秋季无线互联网 1
FDM-TDMA Cellular 王晟 博士 教授 博导 无线互联网 Handout 02 2020年秋季 无线互联网 1
CONTENT Principles of FDM-TDMA Cellular 2 SIR Analysis 3 Channel Reuse Analysis 4 Spectrum Efficiency Dynamic Channel Allocation 6 Handovers 2020年秋季 2/99 无线互联网
CONTENT 2020年秋季 2 / 99 无线互联网 1 2 3 4 Principles of FDM-TDMA Cellular SIR Analysis Channel Reuse Analysis Spectrum Efficiency 5 Dynamic Channel Allocation 6 Handovers
资源数量 FDM-TDMA可供分配的资源有多少? 系统总带宽Wsys划分为C个信道(频分); 每个信道划分为s个时隙(时分) 分配给每个用户话音请求的资源都是一个 信道上的一个时隙。 系统的总资源数量N为: N- Cxs 例子: →OFDD的概念 Wsys -5 MHz 扣除保护带,大约支持 GSM规定载频间隔200kHz 24个载波:C=24 GSM规定每帧8时隙 S=8 N=24×8=192 2020年秋季 3/99 无线互联网
资源数量 2020年秋季 3 / 99 无线互联网 FDM-TDMA可供分配的资源有多少? 系统总带宽����划分为�个信道(频分); 每个信道划分为�个时隙(时分)。 分配给每个用户话音请求的资源都是一个 信道上的一个时隙。 系统的总资源数量�为:� = �×� ���� = ���� 例子: GSM规定载频间隔200kHz 扣除保护带,大约支持 24个载波:� = �� FDD的概念 GSM规定每帧8时隙 � = � � = ��×� = ���
集中使用所有资源 最简单的资源分配思路:集中配置。 ®系统工作方式: BS 四用户请求随机到达; 四基站从192个可用时隙中选择一个提供 服务。 d 一个具有192个服务员的排队系统。 d 两个明显的缺点: 四功耗太大:为了保证覆盖,发射功耗太大。无论基站还是 用户终端都无法承受。 四容量不足:192个服务员明显不够;阻塞率高。 ③怎么办?◆小区制。 2020年秋季 4/99 无线互联网
集中使用所有资源 2020年秋季 4 / 99 无线互联网 最简单的资源分配思路:集中配置。 系统工作方式: 用户请求随机到达; 基站从192个可用时隙中选择一个提供 服务。 一个具有192个服务员的排队系统。 两个明显的缺点: 功耗太大:为了保证覆盖,发射功耗太大。无论基站还是 用户终端都无法承受。 容量不足:192个服务员明显不够;阻塞率高。 怎么办? 小区制
小区制蜂窝系统 89 小区制蜂窝系统: 四整个覆盖区域划分为多个小区(cel川); 四每个小区都配置一个基站; ◆相当于建立多个排队系统;每个系统 都拥有192个服务员。 ?功耗太大? ◆增加小区数目。 ③容量太小? 减小小区覆盖面积。 ①且慢。。。相邻小区使用相同频段会导致同道干扰。 ③怎么办? ◆为相邻小区配置不同的频率。 2020年秋季 5/99 无线互联网
小区制蜂窝系统 2020年秋季 5 / 99 无线互联网 小区制蜂窝系统: 整个覆盖区域划分为多个小区(cell); 每个小区都配置一个基站; 相当于建立多个排队系统;每个系统 都拥有192个服务员。 功耗太大? 容量太小? 增加小区数目。 减小小区覆盖面积。 且慢。。。相邻小区使用相同频段会导致同道干扰。 怎么办? 为相邻小区配置不同的频率
频率重用 频率重用的通常做法: 四将所有载频分为Nreuse个重用组; 四每个小区配置一组频率; ◆假如小区真的呈蜂窝状, 则为了 保证相邻小区不使用相同频率, 只需:Nreuse=3 每个小区配置8个信道: 64个服务员的排队系统。 ?如果不是蜂窝状呢? ◆最多也只需4组。 ?这样就肯定能避免同道干扰吗? ◆不能保证。最终要看SNR是否满足接收机门限。 ◆同频小区的距离D;小区的半径R都是关键因素。 2020年秋季 6/99 无线互联网
频率重用 2020年秋季 6 / 99 无线互联网 频率重用的通常做法: 将所有载频分为������个重用组; 每个小区配置一组频率; 假如小区真的呈蜂窝状,则为了 保证相邻小区不使用相同频率, 只需:������ = � 如果不是蜂窝状呢? 最多也只需4组。 每个小区配置8个信道:64个服务员的排队系统。 这样就肯定能避免同道干扰吗? 不能保证。最终要看SINR是否满足接收机门限。 同频小区的距离�;小区的半径�都是关键因素
SINR vs.距离 两个简单的事实: 四给定R,则D越大,干扰越小; 四给定D,则R越小,干扰越小; ◆不难预测:SINR与D/R成正比。 ①下一步的工作:定量分析SNR与D/R的关系。 在此之前,我们先来回答另一个问题: 是不是D/R越大越好? ◆很遗憾,不是。 ©D/R越大,则同频小区之间的其他小区越多; 四这会导致重用组数目增大,每小区的载频数目减少; 之最终结果:Trunking Efficiency减小。 2020年秋季 7/99 无线互联网
SINR vs. 距离 2020年秋季 7 / 99 无线互联网 两个简单的事实: 给定�,则�越大,干扰越小; 给定�,则�越小,干扰越小; 不难预测:SINR与�/�成正比。 下一步的工作:定量分析SINR与�/�的关系。 在此之前,我们先来回答另一个问题: 是不是�/�越大越好? 很遗憾,不是。 最终结果:Trunking Efficiency减小。 �/�越大,则同频小区之间的其他小区越多; 这会导致重用组数目增大,每小区的载频数目减少;
Trunking Efficiency 2Trunking Efficiency n服务员排队系统的Trunking Efficiency为: ge(n)= Pe(n) n 其中,pc(n)表示使得阻塞概率等于e的业务量强度。即爱尔 兰方程B(pe(m),n)=e的解。 ①物理意义:排队系统的服务等级为时,每个服务员 平均承担的业务量大小。 ◆显然,这个值越大越好。 ◆因为该值越大,说明系统资源得到了更充分的利用。 2020年秋季 8/99 无线互联网
Trunking Efficiency 2020年秋季 8 / 99 无线互联网 �服务员排队系统的Trunking Efficiency为: �� � = ��(�) � 其中,��(�)表示使得阻塞概率等于�的业务量强度。即爱尔 兰方程� �� � , � = �的解。 Trunking Efficiency 物理意义:排队系统的服务等级为�时,每个服务员 平均承担的业务量大小。 显然,这个值越大越好。 因为该值越大,说明系统资源得到了更充分的利用
资源越集中越好 考察:保持阻塞概率不变(e=1%)的条件下, go.01(n)随n的变化规律。 四n=1时,g0.01(1)兰0.01; 四n=15时,90.01(15)兰0.54; 四n=25时,90.01(25)兰0.645; ?这说明了什么? 关于资源分配的 Large server groups are more 经典(或许也是 efficient than small ones. 最重要的)结论。 经典推荐: Kleinrock,L.QUEUEING SYSTEMS:vol.II-COMPUTER APPLICATIONS, Wiley Interscience,1976. 2020年秋季 9/99 无线互联网
资源越集中越好 2020年秋季 9 / 99 无线互联网 考察:保持阻塞概率不变(� = �%)的条件下, ��.��(�)随�的变化规律。 � = �时,��.�� � ≅ �. ��; � = ��时,��.�� �� ≅ �. ��; � = ��时,��.�� �� ≅ �. ���; 这说明了什么? Large server groups are more efficient than small ones. Kleinrock, L. QUEUEING SYSTEMS: vol. II- COMPUTER APPLICATIONS, Wiley Interscience, 1976. 经典推荐: 关于资源分配的 经典(或许也是 最重要的)结论
TRADE OFF 回顾我们己经知道的事实: 四为了有效提供服务,FDM-TDMA系统必须进行频率重用。 四实现频率重用的基本方法是采用小区制。 一四为了对抗同道干扰,同频小区越远越好。 同频小区距离越远,重用组数目越大,相应地, Trunking Efficiency会减小。 NOISE or PHILOSOPHY 怎么办? 四折衷是工程研究的本质。 ◆折衷。 ©折衷是工程研究的王道。 2020年秋季 10/99 无线互联网
TRADE OFF 2020年秋季 10 / 99 无线互联网 回顾我们已经知道的事实: 为了有效提供服务,FDM-TDMA系统必须进行频率重用。 实现频率重用的基本方法是采用小区制。 为了对抗同道干扰,同频小区越远越好。 同频小区距离越远,重用组数目越大,相应地, Trunking Efficiency会减小。 怎么办? 折衷。 NOISE or PHILOSOPHY 折衷是工程研究的本质。 折衷是工程研究的王道