【正文】 空分多址（SDMA）中的任何一種技術(shù)。1 概述人們開發(fā)出了許多無線通信系統(tǒng)，為不同的運行環(huán)境中的固定用戶或移動用戶提供了接入到通信基礎(chǔ)設(shè)施的手段。當(dāng)今大多數(shù)無線通信系統(tǒng)都是基于蜂窩無線電概念之上的。蜂窩通信系統(tǒng)允許大量移動用戶無縫地、同時地利用有限的射頻（radio frequency，RF）頻譜與固定基站中的無線調(diào)制解調(diào)器通信。基站接收每一個移動臺發(fā)送來的射頻信號，并把他們轉(zhuǎn)換到基帶或者帶寬微波鏈路，然后傳送到移動交換中心（MSC），再由移動交換中心連入公用交換電話網(wǎng)（PSTN）。同樣的，通信信號也可以從PSTN傳送到基站，再從這里發(fā)送個移動臺。蜂窩系統(tǒng)可以采用頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）、碼分多址（CDMA）或者空分多址（SDMA）中的任何一種技術(shù)。無線通信鏈路具有惡劣的物理信道特征，比如由于傳播途徑中有再大的障礙物，會產(chǎn)生時變多徑和陰影。此外，無線蜂窩系統(tǒng)的性能還會受限于來自其他用戶的干擾，因此，對干擾進(jìn)行準(zhǔn)確的建模就很重要。很難用簡單的解析模型來描述復(fù)雜的信道條件，雖然有集中模型確實易于解析求解并與信道實測數(shù)據(jù)比較相符，不過，即使建立了完美的信道解析模型，再把差錯控制編碼、均衡器、分集及網(wǎng)絡(luò)模型等因素都考慮再鏈路中之后，要得出鏈路性能的解析在絕大多數(shù)情況下任然是很困難的甚至是不可能的。因此，在分析蜂窩通信鏈路的性能時，常常需要進(jìn)行仿真。跟無線鏈路一樣，對蜂窩無線系統(tǒng)的性能分析使用仿真建模時很有效的，這是由于在時間和空間上對大量的隨機事件進(jìn)行建模非常困難。這些隨機事件包括用戶的位置、系統(tǒng)中同時通信的用戶個數(shù)、傳播條件、每個用戶的干擾和功率級的設(shè)置（power level setting）、每個用戶的話務(wù)量需求等，這些因素共同作用，對系統(tǒng)中的一個典型用戶的總的性能產(chǎn)生影響。前面提到的變量僅僅是任一時刻決定系統(tǒng)中的某個用戶瞬態(tài)性能的許多關(guān)鍵物理參數(shù)中的一小部分。蜂窩無線系統(tǒng)指的是，在地理上的服務(wù)區(qū)域內(nèi)，移動用戶和基站的全體，而不是將一個用戶連接到一個基站的單個鏈路。為了設(shè)計特定大的系統(tǒng)級性能，比如某個用戶在整個系統(tǒng)中得到滿意服務(wù)的可能性，就得考慮在覆蓋區(qū)域內(nèi)同時使用系統(tǒng)的多個用戶所帶來的復(fù)雜性。因此，需要仿真來考慮多個用戶對基站和移動臺之間任何一條鏈路所產(chǎn)生的影響。鏈路性能是一個小尺度現(xiàn)象，它處理的是小的局部區(qū)域內(nèi)或者短的時間間隔內(nèi)信道的順時變化，這種情況下可假設(shè)平均接收功率不變。在設(shè)計差錯控制碼、均衡器和其他用來消除信道所產(chǎn)生的瞬時影響的部件時，這種假設(shè)時合理的。但是，在大量用戶分布在一個廣闊的地理范圍內(nèi)時，為了確定整個系統(tǒng)的性能，有必要引入大尺度效應(yīng)進(jìn)行分析，比如在大的距離范圍內(nèi)考慮單個用戶受到的干擾和信號電平的統(tǒng)計行為時，忽略瞬時信道特征。我們可以將鏈路級仿真看作通信系統(tǒng)性能的微調(diào)，而將系統(tǒng)級仿真看作時整體質(zhì)量水平粗略但很重要的近似，任何用戶在任何時候都可預(yù)計達(dá)到這個水平。通過讓移動臺在不同的服務(wù)區(qū)內(nèi)共享或者復(fù)用通信信道，蜂窩系統(tǒng)能達(dá)到較高的容量（比如，為大量的用戶服務(wù)）。信道復(fù)用會導(dǎo)致公用同一信道的用戶之間產(chǎn)生同頻干擾，這是影響蜂窩系統(tǒng)容量和性能的主要制約因素之一。因此，在設(shè)計一個蜂窩系統(tǒng)時，或者在分析和設(shè)計消除同頻干擾負(fù)面影響的系統(tǒng)方法時，需要正確理解同屏干擾對容量和性能的影響。這些影響主要取決于通信系統(tǒng)的狀況，如共享信道的用戶數(shù)和他們的位置。其他與傳播信道條件關(guān)系更密切的方面，如路徑損耗、陰影衰落（或叫陰影）、天線輻射模式等對系統(tǒng)性能的影響也很重要，因為這些影響也歲特定用戶的位置而改變。本章我們將討論在同頻干擾情況下，包括一個典型系統(tǒng)中的天線和傳播的影響。盡管本章考慮的例子比較簡單，但提出的分析方法可以容易地進(jìn)行擴展，以包括蜂窩系統(tǒng)的其他特征。2 蜂窩無線系統(tǒng)系統(tǒng)級描述：如圖21所示，通過把地理區(qū)域分成一個個稱為小區(qū)的部分，蜂窩系統(tǒng)可以在這個區(qū)域內(nèi)提供無線覆蓋。把可用的頻譜也分成很多信道，每個小區(qū)分配一組信道，每個小區(qū)中的基站都配備了可以同移動用戶進(jìn)行通信的無線調(diào)制解調(diào)器。從基站到移動臺這個發(fā)送方向使用的射頻信道稱為前向信道，而從移動臺到基站這個發(fā)送方向使用的信道稱為反向信道。前向信道和反向信道共同構(gòu)成了雙工蜂窩信道。當(dāng)使用頻分雙工（FDD,frequency division duplex）時，前向信道和反向信道使用不同的頻率；當(dāng)使用時分雙工時（TDD,time division duplex）時，前向信道和反向信道占用相同的頻率，但使用不同的時隙進(jìn)行傳送。圖21 蜂窩通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)高容量的蜂窩系統(tǒng)在小區(qū)間進(jìn)行頻率復(fù)用，同頻小區(qū)（共用相同頻率的小區(qū)）之間要離開足夠的距離以減輕同頻干擾。如圖22所示，N個小區(qū)構(gòu)成一個簇（cluster，又叫“區(qū)群”），覆蓋地理上的服務(wù)區(qū)，以實現(xiàn)信道復(fù)用，N是簇的大小。把服務(wù)區(qū)內(nèi)可用的無線頻譜都分配給每一個簇，使同一個簇內(nèi)的小區(qū)不共用相同的信道。如果服務(wù)區(qū)內(nèi)的可用頻譜由M個信道構(gòu)成，用戶均勻分布在服務(wù)區(qū)內(nèi)，則每個小區(qū)可以分得M/N個信道。因為簇在服務(wù)區(qū)內(nèi)復(fù)制，復(fù)用信道將導(dǎo)致同頻小區(qū)的層狀結(jié)構(gòu)（tier）。同頻基站和移動臺之間的射頻能量傳播，會引起同頻干擾。例如，如果一個移動臺同時接收來自本地小區(qū)基站的信號和鄰近層的同頻小區(qū)基站產(chǎn)生的信號，就會產(chǎn)生同頻干擾。本例中，其中一個同頻前向鏈路信號（基站到移動臺的傳輸）是我們的有用信號，移動臺接收到的其他同頻信號就構(gòu)成了對接機的同頻干擾，同頻干擾的功率級與同頻小區(qū)之間的分隔距離密切相關(guān)。如果小區(qū)建模為如圖22所示的六邊形。兩個同頻小區(qū)中心之間的最小距離（叫做復(fù)用距離）等于 （21）式中R式小區(qū)的最大半徑（這個六邊形內(nèi)接在半徑為R的圓中）。因此，我們馬上可以從圖22看出，小簇（小復(fù)用距離）會引起同頻小區(qū)間的大干擾。圖22 小區(qū)簇：三小區(qū)復(fù)用模式的描述在一個指定小區(qū)中接收到的同頻干擾的電平，還取決于任一時刻活躍的同頻小區(qū)的數(shù)量。如前所述，在我們感興趣的那個特定小區(qū)周圍，同頻小區(qū)組成一個個的層。在一個給定層中，同頻小區(qū)的數(shù)量取決于層的階次和用來表示小區(qū)的幾何形狀（如一個基站覆蓋的面積）。對于典型的六邊形，最近的同頻小區(qū)在第一層，有六個同頻小區(qū)，第二層有12個，第三層有18個，以此類推。因此，總的同頻干擾時從所有層的全部同頻小區(qū)發(fā)送出的同頻干擾信號的總和。但是第一層的同頻小區(qū)對總的干擾時從所有層的全部同頻小區(qū)發(fā)送出的同頻干擾信號的總和。但是第一層的同頻小區(qū)對總的干擾有較強的影響，因為它們更靠近測量干擾的小區(qū)。人們認(rèn)識到同頻干擾時制約無線通信系統(tǒng)的容量和鏈路質(zhì)量的主要因素之一。在系統(tǒng)容量（大尺度系統(tǒng)問題）和鏈路質(zhì)量（小尺度系統(tǒng)問題）之間作折中時，它起到舉足輕重的作用。例如，在不增加分配給系統(tǒng)的無線頻譜帶寬的前提下，得到高容量（大量的用戶）的一種措施是，通過減小蜂窩系統(tǒng)簇的大小N，來縮短信道復(fù)用距離。然而，減少簇大小又增加了同頻干擾，這會降低鏈路質(zhì)量。蜂窩系統(tǒng)中的干擾電平在任何時候都是隨機的，必須通過對蜂窩之間的射頻傳播環(huán)境和移動用戶的位置進(jìn)行建模才能仿真。另外，每個用戶話務(wù)量的統(tǒng)計特性以及基站中信道分配方案的類型決定了瞬時干擾電平和系統(tǒng)的容量。同頻干擾的影響可以用通信鏈路的信干比（SIR）來估計，這里信干比定義為有用信號的功率S與總干擾信號的功率I之比。由于無線傳播影響，用戶移動性以及話務(wù)量的變化，功率級S和I都是隨機變量，SIR也是一個隨機變量。因此，同頻干擾對系統(tǒng)性能產(chǎn)生影響的嚴(yán)重程度，通常用系統(tǒng)的中斷概率來進(jìn)行分析。在這個特定場合下，中斷概率定義為SIR低于給定閾值的概率，即 （22）其中 是SIR的概率密度函數(shù)。要注意鏈路中斷概率和系統(tǒng)中斷概率之間的區(qū)別，前者是根據(jù)可接受的聲音性能所需的特定誤比特率（BER）或者Eb/N0閾值，確定是否為中斷，而后者考慮的是一個典型用戶可接受的移動性能所需的SIR閾值。 如前所述，用來估計蜂窩系統(tǒng)中斷概率的解析方法，需要已知射頻傳播影響、用戶移動性和話務(wù)量變化等隨機量的易于處理的模型，以求得 的解析表達(dá)式。然而，由于這些影響和接受信號電平間的復(fù)雜關(guān)系，很難對這些影響采用解析模型。因此，主要靠仿真來估計蜂窩系統(tǒng)的中斷概率，仿真還為分析提供了靈活性。本章我們給出了蜂窩通信系統(tǒng)的簡單仿真示例，著重考慮通信系統(tǒng)的一些系統(tǒng)方面的問題，包括多用戶性能、話務(wù)量工程和信道復(fù)用。為了進(jìn)行系統(tǒng)級仿真，要考慮單個通信鏈路的許多方面，包括信道模型、天線輻射模式，以及Eb/N0（如SIR）和可接受性能之間的關(guān)