L4 Cellular Concepts

Cell Area

Cell: radio area covered by a transmitting station or a BS (base station)

  • Size & shape:
  • Received power vs. distance 兩者呈負相關

Handoff (Handover)

使用者移動時，系統將通話或數據連線從一個基地台 (BS) 切換到另一個基地台的過程。

  • Handoff area: X3X_3 ~ X4X_4
  • Ping-pong effect: XthX_{th}
    • 在兩個基地台之間頻繁反覆進行 Handoff

避免 Ping-pong effect

  • Time To Trigger (TTT)
    • 一個 BS 的訊號強度超過另一個 BS 一段時間後才進行切換
  • Hysteresis (遲滯)
    • 兩個 BS 的訊號強度差異超過門檻時才進行切換
  • Cell Individual Offset (CIO)
    • 虛擬的調整某個 BS 的訊號強度，使 handoff 更 (不) 容易觸發
      • 調高 -> 更容易 Handoff 到該 BS
      • 調低 -> 更容易 Handoff 到其他 BS

Cell Capacity

Example

  • 100 MSs (Mobile Stations) - 100 個用戶
  • 30 request are generated during an hour
  • Average holding time (通話平均時間) T = 360 secs
  • 可服務通道數 S = 2

通話產生率 λ = 30 / [3600 secs]
流量 a = λ * T = (30 / 3600) * 360 = 3 Erlangs

Erlang 是一種通話流量的單位，用來衡量資源被占用的程度 (1 Erlang 代表一個通道被占用一小時)

Blocking probability B(2, 3) = 0.529 (有 52.9% 的通話會被 Block)
Efficiency = 3 * (1 - 0.529) / 2 = 0.7065

Queueing model

格式: A/B/C/D

  • A: 到達時間的分佈
  • B: 服務時間的分佈
  • C: 服務器數量
  • D: 系統的容量限制

Model

  • M/M/S/S
    • M = Markov: 到達時間是 Poisson 分佈 (Poisson dist)
    • M = Markov: 服務時間是指數分佈 (Exponential dist)
    • 服務器數量與系統容量皆為 S
    • 超過 S 個人就直接 Block，不進行排隊
    • 對應 Erlang B 公式 - 被 Block 的機率
  • M/M/S
    • 有 S 個服務器
    • 系統容量為無限，可以排無限長的隊
    • 對應 Erlang C 公式 - 需要 delay (排隊) 的機率

Transition diagram

Frequency Reuse

為了節省頻譜資源，在不同的 Cell 中重複使用相同頻率

  • Reuse factor: 一個 Cluster 的 Cell 數量
    • N=i2+ij+j2N = i^2 + ij + j^2
    • j=1,i≥jj = 1, i ≥ j
  • Reuse distance: 相同頻率的 Cell 之間的距離 (避免干擾)
    • D=R3ND = R\sqrt{3N}
  • 坐標軸對應 u-axis & v-axis
    • L=[(i+1)u+v]modNL = [(i+1)u+v]mod N

Co-Channel Interference

相同頻率的小區（Co-Channel Cells）之間互相干擾

Cochannel interference ratio (CCIR)

降低 Interference

  • Cell Splitting
    • 將一個大 Cell 分成很多較小的 Cell
    • 可以使用較小的 Power -> 降低干擾可能
  • Cell Sectoring
    • Omnidirectional antenna vs. Directional antenna (全向 vs. 定向天線)
    • 將一個 Cell 用 定向天線 切成多個區段，每段使用不同的頻率 -> 降低干擾可能