4.1概述

4.2頻率復用技術和系統容量

4.3移動性管理

4.4蜂窩通信網絡規劃

習題第4章移動通信網絡技術4.1概述

4.2頻率復用技術和系統容量

4.34.1概述

在通信領域中，人類有一個夢想，那就是實現無論任何人在任何時間、任何地點與任何人進行任何方式的信息交流，即個人通信。這就是人類在通信領域的最高目標。近年來飛速發展的蜂窩移動通信技術正在使這一夢想逐漸變為現實。

為了提高頻譜利用率和設計盡可能大的系統業務容量，公眾移動通信網絡都采用蜂窩結構。蜂窩通信是無線通信的主要方面，也是當前最普及的無線通信技術。4.1概述

在通信領在研究蜂窩網絡技術時，一方面要考慮移動無線信道本身的特點，同時也需要考慮以下一些基本問題：眾多電臺組網時相互間的干擾(臨頻干擾、同頻干擾、互調干擾等)，小區覆蓋和無線資源分配對系統性能的影響，移動用戶的管理(信息保密管理、位置登記管理、越區切換管理等)以及具體的網絡工程實施技術(包括基站站址選擇與基站建設、無線鏈路預算、無線小區覆蓋設計等)。

本章將對蜂窩通信網絡的基礎內容和網絡規劃問題進行介紹，以使讀者對相關生產實際問題建立一個基本的概念。在研究蜂窩網絡技術時，一方面要考慮移動無線信道本身的特點4.1.1移動通信的概念及特點

所謂移動通信，就是指通信的一方或雙方在移動中實現通信。也就是說，通信中至少有一方處在運動中或暫時停留在某一非預定的位置上。其中包括移動臺(汽車、火車、飛機、船艦等移動體)與固定臺之間通信，移動臺與移動臺之間通信，移動臺通過基站與有線用戶通信等。4.1.1移動通信的概念及特點

所謂移動通信，就是移動通信與固定點間通信相比，具有下列特點：

(1)移動通信的傳輸信道必須使用無線電波傳播，在固定通信中，傳輸信道可以是無線電波，也可以是有線電纜或者光纜，但移動通信中由于至少有一方處于運動狀態，所以必須使用無線電波傳播。

(2)電波傳播特性復雜，在移動通信系統中由于移動臺不斷運動，所以不僅有多普勒效應，而且信號的傳播受地形、地物的影響隨時發生變化，會使信號發生快衰落，即信號幅度出現快速、大幅度起伏，致使接收信號場強的瞬間變化達30dB以上。因此，必須充分研究移動信道的特征，分析信號傳播特性，才能合理設計各種移動通信系統。移動通信與固定點間通信相比，具有下列特點：

(1)(3)干擾多而復雜。移動通信系統除受天電干擾、工業干擾和各種噪聲的干擾外，基站常有多部收、發信機同時工作，服務區內的移動臺分布不均勻且位置隨時在發生變化，故干擾信號的場強可能比有用信號高幾十分貝(如70～80dB)。“遠近效應”是移動通信系統的一種特殊干擾。此外，還有多部電臺之間發生的鄰道干擾、互調干擾以及使用相同頻道而產生的同頻干擾等。(3)干擾多而復雜。移動通信系統除受天電干擾、工業干擾(4)組網方式多樣靈活。移動通信系統的組網方式可分為小容量大區制和大容量小區制兩大類。大區制采用一個基站管轄和控制所屬移動臺，并通過基站與公共交換電話網(PSTN)相連接；小區制根據服務區域，可組成線狀(如鐵路、公路沿線)或面狀的蜂窩網。移動通信網絡組網靈活，但網絡需要有很強的控制能力。(4)組網方式多樣靈活。移動通信系統的組網方式可分為小(5)對用戶終端設備的要求更為苛刻。一般移動通信用戶終端設備都是便攜式或裝載于汽車、飛機等移動體中，不僅要求操作簡單，維修方便，而且要保證在振動、沖擊、高低溫等惡劣環境下工作。此外，還要求設備體積小、重量輕和省電等。

(6)用戶量大而頻率有限。如今，有限的頻率資源已無法滿足通信業務增長的需求。為了解決這一矛盾，研究各種提高頻率利用率方法(如重復利用)和新的移動通信體制是面臨的重要課題。(5)對用戶終端設備的要求更為苛刻。一般移動通信用戶終4.1.2移動通信系統的基本組成

移動通信系統的主要構成如圖1-5所示。典型的移動通信系統通常由移動臺(MS)、基站子系統(BSS)、網絡子系統構成。移動交換中心(MSC)是網絡子系統的核心。

移動臺MS具有通過無線接口給用戶提供接入網絡業務的能力。MS包括各種終端設備(TE，TerminalEquipment)或是它們的組合以及終端適配器(TA，TerminalAdapter)等。MS分為車載型、便攜型和手持型等。4.1.2移動通信系統的基本組成

移動通信系統的主基站子系統(BSS)由可以在小區內建立無線電覆蓋并與MS通信的基站收發信機(BTS)和基站控制器設備(BSC)組成。BSS實現的功能包括簡單的控制功能、無線傳輸功能及無線資源分配功能。BTS為MS提供接入通信網絡的無線接口，BSC在基站與交換機之間起連接作用。一般一個BSC可以控制多個BTS。基站子系統(BSS)由可以在小區內建立無線電覆蓋并與MS移動交換中心(MSC)控制著整個網絡的工作，提供移動網與固定公眾電信網的接口。MSC還在HLR和VLR兩個用戶數據庫的配合下對用戶進行管理，對位于其服務區內的MS進行交換和控制，同時作為交換設備，移動交換中心具有完成呼叫接續與控制的能力。此外，移動交換中心還具有無線資源管理和移動性管理等功能。移動交換中心(MSC)控制著整個網絡的工作，提供移動網與4.1.3移動通信的分類

移動通信的分類方法多種多樣，按使用的對象可分為民用通信和軍用通信；按使用環境可分為陸地通信、海上通信、空中通信；按多址方式分為頻分多址、時分多址、碼分多址、空分多址等；按覆蓋范圍可分為廣域網、城域網和局域網等；按業務類型可分為電話網、數據網、多媒體網；按工作方式可分為同頻單工、異頻單工、同頻雙工、異頻雙工和半雙工；按服務范圍可分為專用網和公用網；按信號形式可分為模擬網和數字網。4.1.3移動通信的分類

移動通信的分類方法多種多常用的移動通信系統有無繩電話系統、蜂窩移動電話系統、集群移動通信系統、無中心移動通信系統、衛星移動通信系統和數據移動通信系統等。常用的移動通信系統有無繩電話系統、蜂窩移動電話系統、集群4.2頻率復用技術和系統容量

4.2.1頻率復用技術

1.區域劃分

1)小容量的大區制

大區制是指一個基站覆蓋整個服務區，如圖4-1所示。為了覆蓋足夠大的服務區域，基站天線架設要高，發射功率要大，以此來保證MS可以接收到基站的信號。反過來，為了讓基站可以接收到MS發射的信號，要改善上行鏈路的通信條件，因為MS的發射功率有限，有時無法達到基站要求的發射功率。4.2頻率復用技術和系統容量

4.2.1頻率為了改善上行鏈路條件，可以在服務區設置若干分集接收點與基站相連，利用分集接收來保證上行鏈路的通信質量，也可以在基站采用全向輻射天線或定向輻射天線。為了改善上行鏈路條件，可以在服務區設置若干分集接收點與基圖4-1大區制移動通信示意圖圖4-1大區制移動通信示意圖大區制只能適用于小容量的通信網，例如用戶數在1000以下。這種網絡的控制方式簡單，設備成本低，適用于中小城市、農村、工礦區以及專業部門。大區制只能適用于小容量的通信網，例如用戶數在1000以下2)大容量的小區制

小區制移動通信系統的頻率復用和覆蓋有兩種：帶狀服務覆蓋區和面狀服務覆蓋區。

小區制就是把整個服務區域劃分為若干個小區，每個小區設置一個基站，負責本小區內移動通信的聯絡和控制，同時還要在幾個小區之間設置移動業務交換中心，做到統一控制各小區之間用戶的通信接續，以及移動用戶與市話用戶的聯系。小區制的示意圖如圖4-2所示。2)大容量的小區制

小區制移動通信系統的頻率復用圖4-2小區制移動通信示意圖圖4-2小區制移動通信示意圖每個小區各設一個小功率基站，發射機一般為5～10W，有的系統為10～20W，以滿足無線小區內通信的需要。通過適當控制無線小區基站的輻射功率，在相隔一定距離(或小區)之后，系統可以重復使用相同頻率的載頻工作，且不受同頻干擾的影響(即話音質量不會受到影響)，從而有效地提高頻譜利用率，這就是頻率復用。每個小區各設一個小功率基站，發射機一般為5～10W，有(1)帶狀網。

帶狀網主要用于覆蓋公路、鐵路、海岸等條帶形的業務區域，如圖4-3所示。

基站天線若用全向輻射，則覆蓋區形狀是圓形的(見圖4-3(b))。帶狀網宜采用有向天線，使每個小區呈扁圓形，如圖4-3(a)所示。(1)帶狀網。

帶狀網主要用于覆蓋公路、鐵路、海岸等圖4-3帶狀網示意圖圖4-3帶狀網示意圖帶狀網在相隔一定小區之后便可以進行頻率復用。若相鄰兩個小區組成一個區群，則稱為雙頻制。若以采用不同信道的三個小區組成一個區群，則稱為三頻制。在實際應用過程中考慮造價和頻率資源，雙頻制頻率利用率最高。但雙頻制的同頻無線小區距離最近，因此同頻干擾問題最嚴重。帶狀網在相隔一定小區之后便可以進行頻率復用。若相鄰兩個小設n頻制帶狀網的頻率復用示意圖如圖4-4所示。每一個小區的半徑為r，相鄰小區的交疊寬度為a，第n+1區與第1區為同頻道小區。據此可算出信號傳輸距離dS和同頻干擾傳輸距離dI之比。若認為傳輸損耗近似與傳輸距離的四次方成正比(可參考第2章的雙線傳播模型)，則在最不利的情況下可得到相應的同頻干擾，如表4-1所示。由表可見，雙頻制最多只能獲得19dB的同頻干擾抑制比，這個數值在通常的系統中是不夠的，實際中一般需要采用多頻制。設n頻制帶狀網的頻率復用示意圖如圖4-4所示。每一個小區圖4-4n頻制帶狀網的頻率復用示意圖圖4-4n頻制帶狀網的頻率復用示意圖表4-1帶狀網的同頻干擾表4-1帶狀網的同頻干擾(2)蜂窩網。

在平面區域內劃分小區，通常組成蜂窩式的網絡。在帶狀網中，小區呈線狀排列，區群的組成和同頻道小區距離的計算都比較簡單，而在平面分布的蜂窩網中，這是一個比較復雜的問題。在平面分布的面狀網中，小區分布形成密集排列，根據所覆蓋的面積不同會形成多種形式的小區的疊加。(2)蜂窩網。

在平面區域內劃分小區，通常組成蜂窩全向天線輻射的覆蓋區是一個圓形。為了不留空隙地覆蓋整個服務區平面，一個個圓形輻射區之間一定含有很多的交疊。在考慮了交疊之后，實際上每個輻射區的有效覆蓋區是一個多邊形。根據交疊情況不同，有效覆蓋區可為正三角形、正方形或正六邊形，如圖4-5所示。可以證明，要用正多邊形無空隙、無重疊地覆蓋一個平面的區域，可取的形狀只有這三種，那么這三種形狀中哪一種最好呢？在輻射半徑r相同的條件下，計算出三種形狀的小區的鄰區距離、小區面積、交疊區寬度和交疊區面積如表4-2所示。全向天線輻射的覆蓋區是一個圓形。為了不留空隙地覆蓋整個服圖4-5不同多邊形的小區形狀圖4-5不同多邊形的小區形狀表4-2三種形狀的小區的特點表4-2三種形狀的小區的特點由表4-2可見，在服務區面積一定的情況下，正六邊形小區的形狀最接近理想的圓形，它的特點是：有最大的小區中心間距和小區覆蓋面積，而交疊區域寬度和交疊區域的面積最小；對于同樣大小的服務區域，用它覆蓋服務區所需的基站數最少，所需頻率組數最少，且各基站間的同頻干擾最小，也就最經濟。正六邊形構成的網絡形同蜂窩，因此把小區形狀為六邊形的小區制移動通信網稱為蜂窩網。由表4-2可見，在服務區面積一定的情況下，正六邊形小區的實際上，在不同的業務區域，蜂窩小區的覆蓋半徑可能不同，這取決于人口密度及分布、人流活動路線和場所。一般農村地區的蜂窩網絡具有較大的小區覆蓋半徑，而城市中心地區的蜂窩小區的覆蓋半徑很小。通常根據蜂窩小區的覆蓋半徑，蜂窩又可劃分為三類：宏蜂窩(Macrocell)、微蜂窩

(Microcell)和微微蜂窩(Picocell)，其參數如表4-3所示。實際上，在不同的業務區域，蜂窩小區的覆蓋半徑可能不同，這表4-3蜂窩小區的分類表4-3蜂窩小區的分類各類蜂窩小區的特點簡述如下：

①宏蜂窩。早期的蜂窩網絡用戶量較少，蜂窩小區由宏蜂窩構成，小區的覆蓋半徑大多為2～20km。由于覆蓋半徑較大，所以基站的發射功率較強，一般在l00W左右，天線架設位置也比較高。在實際的宏蜂窩內通常存在著兩種特殊的微小區域：一是“盲點”區域——由于無線電波在傳播過程中遇到障礙物而造成的陰影區域，使得該區域的信號強度減弱，通信質量下降；二是“熱點”區域——在商業中心或交通要道等業務繁忙區域，空間業務負荷分布不均勻。為了解決“盲點”區域和“熱點”區域問題，于是產生了微蜂窩小區技術。各類蜂窩小區的特點簡述如下：

①宏蜂窩。早期的蜂②微蜂窩。微蜂窩小區是在宏蜂窩小區的基礎上發展起來的，覆蓋半徑大約為0.4～2km，基站發射功率較小，一般在40W以下。微蜂窩小區基站天線置于相對較低的位置，一般高于地面5～10m。因此，微蜂窩最初被用來擴大無線電覆蓋，消除宏蜂窩中的“盲點”區域。同時，由于低發射功率的微蜂窩基站允許較小的頻率復用距離，每個微蜂窩區域的信道數量較多，因此業務密度得到了巨大的增長。所以，微蜂窩也被安置在宏蜂窩的“熱點”區域上，可滿足該微小區覆蓋與容量兩方面的要求。②微蜂窩。微蜂窩小區是在宏蜂窩小區的基礎上發展起來的，微蜂窩小區結構的特點是隨著用戶數量的增長，很容易擴容和增大服務區。原有的小區可以通過建設新的基站而分裂成更多的小區，這樣小區服務面積雖然減小了，但業務量和信道數量卻增加了。微蜂窩小區結構的特點是隨著用戶數量的增長，很容易擴容和增③微微蜂窩。隨著容量需求的進一步增長，運營商可按照同樣的方式部署第三層或第四層蜂窩覆蓋，即微微蜂窩小區。微微蜂窩實質上就是微蜂窩的一種，只是覆蓋半徑更小，一般小于400m，基站發射功率更小，大約在幾十毫瓦左右，天線一般安裝于建筑物內業務集中的地點。微微蜂窩是作為網絡覆蓋中的一種補充形式而存在的，主要用來解決商業中心、會議中心等市內“熱點”區域的通信問題。③微微蜂窩。隨著容量需求的進一步增長，運營商可按照同樣

2.區群及頻率復用

1)區群

區群(cluster)是指使用不同頻率組的一組小區。在區群之間可進行頻率復用。

為了保證同信道小區之間有足夠遠的距離，以確保同頻干擾滿足系統設計要求，相鄰近的若干小區都不能使用相同的信道。這些不同信道的小區就組成了一個區群，只有不同區群的小區才能進行頻率復用。2.區群及頻率復用

1)區群

區群(cl區群中的小區組成應滿足兩個條件：一是區群之間要鄰接，且無縫隙、無重疊地進行覆蓋；二是鄰接之后的區群應保證各個相鄰同信道小區之間的距離相等。

滿足上述條件的區群形狀和區群內的小區數不是任意的。可以證明，區群內的小區數應滿足下式：

N=i2+ij+j2(4-2-1)

式中，i、j為正整數(且不能同時為零)。由此可算出N的可能取值有1、3、4、7、9、12、13、16、19…。相應的區群形狀舉例如圖4-6所示。區群中的小區組成應滿足兩個條件：一是區群之間要鄰接，且無圖4-6區群形狀舉例示意圖圖4-6區群形狀舉例示意圖2)同頻小區及頻率復用

第一代蜂窩系統采用頻分多址技術，小區半徑是2～20km。只要小區離得足夠遠并且信號之間不相互影響，相同的頻率或信道就可以再用。圖4-7中，由7個小區構成一個區群，再由若干區群覆蓋一個服務區。2)同頻小區及頻率復用

第一代蜂窩系統采用頻分多在區群形成的過程中要求無縫隙，且每個區群中心之間的距離相同，所以按一定的規律，可在服務區中找到同頻小區。同頻小區的確定方法是：先沿小區邊界的垂線跨j個小區，再左(或右)轉60°，再跨i個小區，便到達同頻小區，如圖4-7所示。在區群形成的過程中要求無縫隙，且每個區群中心之間的距離相圖4-7頻率復用的說明及同頻小區的確定示意圖圖4-7頻率復用的說明及同頻小區的確定示意圖

3.信道分配

在無線通信系統中能夠合理分配有限的無線資源是非常重要的一件事情。信道的合理分配除可以降低干擾(如鄰道干擾、互調干擾)外，還會對系統的容量起一定影響。

信道分配是指將給定頻率分配給一個區群中的不同小區。信道分配方式主要有三種：①固定信道分配方式(FCA)，即為各小區分配一組預先確定的信道，小區中任何呼叫請求只能占用特定的空閑信道；②動態信道分配方式(DCA)，即隨業務量的變化動態配置各小區的全部信道；③固定、動態結合信道分配方式。3.信道分配

在無線通信系統中能夠合理分配有限的1)固定信道分配方式

固定信道分配方式將所有信道分成n組，每個小區固定使用其中的一組，并且要考慮到每組中的信道不會形成明顯的干擾。固定信道分配方式主要有分區分組配置法(不產生三階互調干擾)和等頻距配置法(要求n值足夠大)兩種。1)固定信道分配方式

固定信道分配方式將所有信道(1)分區分組配置法。該法的原則如下：

①盡量減小占用的總頻段，以提高頻段的利用率。

②同一區群內不能使用相同的信道，以避免同頻干擾。

③小區內采用無三階互調的相容信道組，以避免互調干擾。

設給定的頻段以等間隔劃分為信道，按順序分別標明各信道的號碼為：1，2，3，…。(1)分區分組配置法。該法的原則如下：

①盡量若每個區群有7個小區，每個小區需6個信道，則按上述原則進行分配，可得到：

第一組：1，5，14，20，34，36

第二組：2，9，13，18，21，31

第三組：3，8，19，25，33，40

第四組：4，12，16，22，37，39

第五組：6，10，27，30，32，41

第六組：7，11，24，26，29，35

第七組：15，17，23，28，38，42若每個區群有7個小區，每個小區需6個信道，則按上述原則進該法的特點是：避免了三階互調；但未考慮同一信道組中的頻率間隔，可能會出現較大的鄰道干擾；每組所需信道數增加時，頻譜利用率隨之降低(滿足無三階互調的情況下，每組分配的信道數越多，所需總的信道數也越多，且很難達到100%的頻譜利用率)。

在此簡單介紹一下互調干擾。該法的特點是：避免了三階互調；但未考慮同一信道組中的頻率由于帶外n個信號的混頻(多諧波或是組合頻率)而產生一個出現在帶內的頻率分量，此分量與接收機中心頻率相近時會被接收機接收，形成對有用信號的干擾，這種干擾稱為互調干擾。當帶外混頻數為3時，稱為三階互調干擾。互調干擾最大來自于三階互調。下面討論信道號之間滿足什么條件時，才不會產生三階互調干擾。判別無三階互調頻道組的條件是任意兩個頻道序號之差全部一樣。由于帶外n個信號的混頻(多諧波或是組合頻率)而產生一個出采用的方法是差值陣列法。例如，按順序對信道進行編號，在其中選取編號為①、③、④、B11、B17、B22、B26的信道為一個信道組時，利用差值陣列法討論以下判定是否為無三階互調信道組。差值陣列法是：將選取的編號進行相減運算，所得到的差值形成一個陣列。

根據差值陣列法得到陣列，如方框內的數據形成的陣列，查看陣列中是否存在編號之差相同者，若沒有相同數值(方框內無相同數值)，則說明此頻道組為無三階互調信道組，否則存在三階互調干擾。在上例中，方框內的編號之差沒有相同者，因此該信道組是無三階互調信道組。采用的方法是差值陣列法。例如，按順序對信道進行編號，在其無線通信基礎及應用-[241頁]課件(2)等頻距配置法。

該法按等頻率間隔對信道進行配置，只要頻距選得足夠大，就可以有效地避免鄰道干擾。

這樣的頻率配置可能正好滿足產生互調的頻率關系，但正因為頻距大，干擾易于被接收機輸入濾波器濾除而不易作用到非線性器件，這也就避免了互調干擾的產生。(2)等頻距配置法。

該法按等頻率間隔對信道進行配例如，

等頻距配置時，可根據區群內的小區數N來確定同一信道組內各信道之間的頻率間隔，如第一組用(1，1＋N，1＋2N，1＋3N，…)，第二組用(2，2＋N，2＋2N，2＋3N，…)等。若N=7，則信道配置為例如，

等頻距配置時，可根據區群內的小區數N來確第一組：1，8，15，22，29，…

第二組：2，9，16，23，30，…

第三組：3，10，17，24，31，…

第四組：4，11，18，25，32，…

第五組：5，12，19，26，33，…

第六組：6，13，20，27，34，…

第七組：7，14，21，28，35，…第一組：1，8，15，22，29，…

第二組：2固定信道分配方式實現起來比較簡單，但可能造成頻率資源的浪費(在滿足無三階互調的情況下進行分區分組分配)。對其改進的方法是當某個小區中的所有頻道已使用完，而又有新的呼叫請求時，從相鄰的小區中借用空閑信道，這樣在某種程度上可以提高頻率利用率。固定信道分配方式實現起來比較簡單，但可能造成頻率資源的浪2)動態信道分配方式

固定信道配置方式只能適應移動臺業務分布相對固定的情況。事實上，移動臺業務的地理分布是經常發生變化的，如早上從住宅區向商業區移動，傍晚又反向移動，發生交通事故或集會時又向某處集中。固定配置信道的缺陷為：某一個小區業務量增大，原來配置的信道可能會不夠用；相鄰小區業務量小，原來配置的信道可能有空閑；小區之間的信道無法相互調劑，因此頻率的利用率不高。

動態信道分配方式中，所有信道不是固定地分配給小區，只有用戶發出呼叫時才為服務的小區分配信道。2)動態信道分配方式

固定信道配置方式只能適應移動態信道分配時考慮的因素有：同頻道復用距離，不會對本小區已使用的其他信道產生明顯的干擾，以后呼叫阻塞的可能性，候選信道使用的頻次等。

動態信道分配的優點是頻率利用率高，可適應業務分布的動態變化；缺點是控制復雜，系統開銷較大(要求MSC增加存儲量和運算量)。

動態信道分配方式又可分為動態配置法和柔性配置法兩種。動態信道分配時考慮的因素有：同頻道復用距離，不會對本小區(1)動態配置法：隨業務量的變化重新配置全部信道。

如果能理想地實現，則頻率利用率可提高20％～50％，但要及時算出新的配置方案，且能避免各類干擾，基站及天線共用器等裝備也要能適應，這是十分困難的。

(2)柔性配置法：準備若干個備用信道，需要時提供給某個小區使用。

這種配置方法控制比較簡單，只要預留部分信道都能被各基站使用，就可應付局部業務量變化的情況。這是一種比較實用的方法。(1)動態配置法：隨業務量的變化重新配置全部信道。

4.2.2干擾和系統容量

在移動通信網絡中存在著各種各樣的干擾，如同頻干擾、鄰道干擾、互調干擾等。鄰道干擾和互調干擾可以通過合理分配信道的方式把影響減低到最小，但對于同頻干擾必須結合區群的組成及系統對載干比(載波信號功率與干擾信號功率之比)的要求等因素進行綜合考慮，把同頻干擾的影響降低至最低，這樣才能通過頻率復用的方式增加系統容量，滿足需求。4.2.2干擾和系統容量

在移動通信網絡中存在著各

1.同頻干擾

1)同頻干擾的定義

同頻干擾是指兩個相同頻率的不同信號產生的干擾。蜂窩移動通信系統中采用頻率復用技術，這樣同頻小區之間就會存在同頻干擾。若同頻小區間的距離很近，則產生的同頻干擾可能會很嚴重。

為了能夠計算出同頻再用的距離，必須知道射頻防護比［S/N］。射頻防護比［S/N］是通信質量滿足規定要求時移動臺接收機處的載波功率與干擾功率的比值。不同的網絡、不同的話音質量要求其射頻防護比也不同。例如在動態環境下，GSM系統要求射頻防護比［S/N］大于9dB。1.同頻干擾

1)同頻干擾的定義

同頻干2)影響同頻再用距離的因素

影響同頻再用距離的因素如下：

(1)調制方式。

(2)電波傳播特性。(一般按雙線模型分析，傳播損耗為

。)

(3)小區半徑。

(4)工作方式，如采用同頻單工、異頻雙工等方式對同頻再用也會起一定影響。

(5)可靠通信概率。2)影響同頻再用距離的因素

影響同頻再用距離的因3)同頻再用距離與小區半徑之間的關系

假設基站A和B使用相同的頻道，移動臺M正在接收基站A發射的信號，由于基站天線高度大于移動臺天線高度，因此當移動臺M處于小區的邊沿時，它從基站A收到的信號最弱，這時最易于受到基站B發射的同頻道干擾。假如這時輸入到移動臺接收機的有用信號與同頻道干擾之比等于射頻防護比，則此時A、B兩基站之間的距離即為同頻再用距離，記做D。由圖4-8可見：

D=DI+DS=DI+r0(4-2-2)

式中，DI為同頻道干擾源至被干擾接收機的距離；DS為有用信號的傳播距離，即為小區半徑r0。3)同頻再用距離與小區半徑之間的關系

假設基站A圖4-8同頻再用距離圖4-8同頻再用距離通常，定義同頻再用系數為

同頻再用系數有時也叫做同頻復用因子。由式(4-2-2)可得同頻再用系數為

在此基礎上，根據雙線模型傳播損耗公式，以dB為單位可表示為

［L］=40lgd－20lg(hthr)(4-2-4)(4-2-3)通常，定義同頻再用系數為

同頻再用系數有設干擾信號和有用信號的傳播損耗中值分別用LI和LS表示，分別以DI和DS取代式(4-2-4)中的d可得到：

［LI］=40lgDI－20lg(hthr)(4-2-5)

［LS］=40lgDS－20lg(hthr)(4-2-6)

所以傳播損耗之差為

(4-2-7)設干擾信號和有用信號的傳播損耗中值分別用LI和LS表示，設A基站和B基站的發射功率均為PT，則移動臺M接收機的輸入信號功率和共頻道干擾功率分別為

［S］=［PT］－［LS］(4-2-8)

［I］=［PT］－［LI］(4-2-9)

［S/I］=［S］－［I］=［LI］－［LS］(4-2-10)

(4-2-11)設A基站和B基站的發射功率均為PT，則移動臺M接收機的輸由式(4-2-2)可以得到，滿足信噪比時同頻再用距離D與小區半徑r0之間的關系為

式中，D/r0(同頻再用距離/小區半徑)稱為同頻復用因子。(4-2-12)由式(4-2-2)可以得到，滿足信噪比時同頻再用距離D與

例4-1若某系統的射頻防護比為8dB，小區半徑為r0，求同頻再用距離。

解：根據式(4-2-11)可求得

則同頻再用距離D=DI+r0=2.6r0。

例4-1若某系統的射頻防護比為8dB，小區半徑為r若考慮到快衰落及慢衰落，射頻防護比［S/I］將大于

8dB。理論分析和實驗表明，按無線小區內可靠通信概率為90%考慮，［S/I］約需25dB，這樣可得：若考慮到快衰落及慢衰落，射頻防護比［S/I］將大于

84)區群中滿足同頻干擾條件下小區數的確定

設小區的輻射半徑(即正六邊形外接圓的半徑)為r，可得同信道小區中心之間的距離dg為

忽略背景噪聲，只考慮同頻干擾，移動臺接收機收到NI個小區的同道干擾，其信噪比為(4-2-13)(4-2-14)4)區群中滿足同頻干擾條件下小區數的確定

設小區滿足射頻防護比時最小安全距離D為

要求dg≥D，則可得到:

結論：給定［S/I］時就能確定區群中小區的數目。(4-2-15)(4-2-16)滿足射頻防護比時最小安全距離D為

例4-2對于一個蜂窩網，當要求射頻防護比［S/I］=

18dB時，求區群中小區數目N的最小值。

解：依據公式(4-2-16)可得

整理得：

N≥4.8

再依據公式(4-2-1)可得N最小可以取7。例4-2對于一個蜂窩網，當要求射頻防護比［S/I］=5)多個干擾源時的同頻干擾

如前所述，蜂窩系統中有許多小區共用相同的頻段，共用相同頻段的小區之間的物理距離至少應為同頻再用距離。盡管我們對功率電平進行了嚴格的控制，以使同頻信道之間不會產生問題，但是由于這些小區的信號強度不為0，所以還是會有一些干擾存在。在一個區群大小為7的蜂窩系統中，在以頻率復用距離為半徑的圓周上，將會有6個同頻小區，如圖4-9所示。圖中,第二層的同頻小區對當前基站的影響一般可以忽略不計。5)多個干擾源時的同頻干擾

如前所述，蜂窩系統中圖4-9同頻小區的多源干擾圖4-9同頻小區的多源干擾

2.蜂窩系統的擴容

隨著無線業務需求的提高，分配給每個小區的信道數最終將變得不足以支持所要達到的用戶數。從這點來看，需要蜂窩設計技術給單位覆蓋區域提供更多的信道以提高系統容量。在實際中，用小區分裂、裂向和微小區等技術可增大蜂窩系統容量。小區分裂允許蜂窩系統有計劃地擴容。裂向用有方向的天線進一步控制干擾和信道的頻率復用。微小區是將小區覆蓋分散，將小區邊界延伸到難以到達的地方。小區分裂通過增加基站的數量來增加系統容量，而裂向和微小區依靠基站天線的定向來減小同頻干擾以提高系統容量。以下詳細介紹這三種流行的提高系統容量的技術。2.蜂窩系統的擴容

隨著無線業務需求的提高，分配1)小區分裂

小區分裂是將擁塞的小區分成更小小區的方法，每個小區都有自己的基站并相應地降低天線高度和減小發射機功率，因而能提高系統容量。這樣通過設定比原小區半徑更小的新小區和在原有小區間安置這些小區(叫做微小區)，小區分裂提高了信道的復用次數，增加了單位面積內的信道數目，從而增加了系統容量。1)小區分裂

小區分裂是將擁塞的小區分成更假設每個小區都按原半徑的一半來分裂，如圖4-10所示。為了用這些更小的小區來覆蓋整個服務區域，應使小區數增加到大約為原來小區數4倍的小區。這是因為以R為半徑的圓所覆蓋的小區面積是以R/2為半徑的圓所覆蓋的小區面積的4倍。圖4-10為小區分裂的例子，基站放置在小區角上，假設基站A服務區域(灰色)內的業務量已經飽和(即基站A的呼叫阻塞超過了可接受值)，因此該區域需要新基站來增加區域內的信道數目，并減小單個基站的服務范圍。在圖4-10中，更小的小區是在不改變系統的頻率復用計劃的前提下增加的。從圖4-10中可以看出，小區分裂只是按比例縮小了簇的幾何尺寸，每個新小區的半徑都是原來小區的一半。假設每個小區都按原半徑的一半來分裂，如圖4-10所示。為圖4-10小區分裂示意圖圖4-10小區分裂示意圖對于在尺寸上更小的新小區，它們的發射功率也應該下降。半徑為原來小區一半的新小區基站的發射功率，可以通過檢查在新的和舊的小區邊界接收到的功率Pr并令它們相等來得到。這需要保證新的微小區的頻率復用方案和原小區一樣。

實際上，不是所有的小區都同時分裂。對于服務提供者來說，要找到完全適合小區分裂的確切時期通常很困難。因此，不同大小的小區將同時存在。在這種情況下，需要特別注意保持同頻小區間所需的最小距離，因而頻率分配變得更復雜。同時也要注意到切換問題，使高速和低速移動用戶能同時得到服務。對于在尺寸上更小的新小區，它們的發射功率也應該下降。半徑當同一個區域內有兩種規模的小區時，不能簡單地讓所有新小區都用原來的發射功率，或是讓所有舊小區都用新的發射功率。如果所有小區都用大的發射功率，則更小的小區使用的一些信道將不足以從同頻小區中分離開。另一方面，如果所有小區都用小的發射功率，則大的小區中將有部分地段被排除在服務區域之外。由于這個原因，舊小區中的信道必須分成兩組：一組適應小的小區的復用需求，另一組適應大的小區的復用需求。大的小區用于高速移動通信，這樣可以減小越區切換次數。當同一個區域內有兩種規模的小區時，不能簡單地讓所有新小區兩種不同尺寸的小區中，信道組的大小取決于分裂的進程情況。在分裂過程的最初階段，在小功率的組中信道數會少一些。然而，隨著需求的增長，小功率組需要更多的信道。這種分裂過程一直持續到該區域內的所有信道都用于小功率的組中，此時小區分裂覆蓋整個區域，整個系統中每個小區的半徑都更小。常用天線下傾(即將基站的輻射能量集中指向地面，而不是水平方向)來限制新構成的微小區的無線覆蓋。兩種不同尺寸的小區中，信道組的大小取決于分裂的進程情況。2)裂向

如前所述，小區分裂通過增加單位面積內的信道數來獲得系統容量的增加。另一種提高系統容量的方法是保持小區半徑不變，而尋找辦法來減小同頻復用因子D/r0。在這種方法中，容量的提高是通過減小區群中小區的數量，從而提高頻率復用次數來實現的。但是為了做到這一點，需要在不降低發射功率的前提下減小干擾。2)裂向

如前所述，小區分裂通過增加單位面積內的通過使用定向天線來代替全向天線可以減小蜂窩系統中的同頻干擾。由于每個定向天線輻射只指向特定的扇區，所以每個小區將只接收同頻小區中一部分小區的干擾，從而減小了同頻干擾，提高了系統容量，這種技術稱為裂向。使用裂向技術時，同頻干擾減小的程度取決于使用扇區的數目。通常一個小區劃分為3個120°的扇區或6個60°的扇區。圖4-11(a)為采用全向輻射天線的小區，圖4-11(b)為采用120°定向天線的小區。基站設在小區的中央，用全向天線形成圓形覆蓋區時稱為中心激勵；基站設在每個小區六邊形的三個頂點上，采用三副120°扇形輻射的定向天線分別覆蓋三個相鄰小區的各三分之一區域時稱為頂點激勵。通過使用定向天線來代替全向天線可以減小蜂窩系統中的同頻干圖4-11全向天線基站小區和定向天線基站小區圖4-11全向天線基站小區和定向天線基站小區利用裂向以后，在某個小區中使用的信道組就再分為更小的信道組，每組只在某個扇區中使用。利用裂向以后，在某個小區中使用的信道組就再分為更小的信道3)微小區

前面提到的兩種方法，雖然在某種程度上提高了系統容量，但會導致系統的交換和控制鏈路的負荷增加。微小區概念可以改善上述問題。微小區是將三個或多個區域站點(發射機/接收機)與一個單獨的基站相連，并且共享同樣的無線設備。各微小區之間用電纜、光纖或者微波方式與基站建立連接。多個微小區與一個基站組成一個小區。當移動臺在小區內行駛時，由信號最強的微小區來服務。這種方法優于裂向，因為它的天線安放在小區的邊緣，并且任意基站的信道都可由基站分配給任意一個微小區，移動臺在小區內從一個微小區移動到另一個微小區時還是使用一個信道，不進行信道切換。3)微小區

前面提到的兩種方法，雖然在某種程度因此與裂向不同，當移動臺在小區內的微小區之間行駛時不需要MSC進行切換。微小區方式下信道只是當移動臺行駛在微小區內時使用，因此，基站輻射被限制在局部，干擾也減小了。信道根據時間和空間在各微小區之間分配，也像通常一樣進行同頻復用。這種技術在高速公路邊上或市區開闊地帶的應用效果比較好。

微小區技術的優點在于：小區可以保證覆蓋半徑，又可減小蜂窩系統的同頻干擾，因為一個大的中心基站已由多個在小區邊緣的小功率發射機(微小區發射機)來代替。同頻干擾的減小提高了信號的質量，也增大了系統容量，而沒有裂向引起的中繼效率的下降。因此與裂向不同，當移動臺在小區內的微小區之間行駛時不需要4.3移動性管理

與固定通信相比，移動通信的主要優點是用戶具有可移動性。網絡對用戶移動過程的管理稱為移動性管理。

蜂窩系統的移動性管理包括兩個層面的問題：移動用戶的位置管理和越區切換管理。前者確保網絡知道用戶在任何時候所處的位置，后者確保移動用戶的通信連續性和用戶對通信質量的要求。下面分別對這兩個方面進行介紹。4.3移動性管理

與固定通4.3.1位置管理

位置管理就是移動通信網絡跟蹤移動臺的位置變化，對移動臺位置信息進行登記、刪除和更新的過程。移動臺的位置信息存儲在通信網絡的歸屬位置寄存器HLR和訪問位置寄存器VLR中。當一個移動用戶首次入網時，該用戶必須通過MSC在相應的HLR中登記注冊，把有關的用戶信息(如移動用戶識別碼、移動臺號碼以及業務類型等)全部存入這個寄存器中。4.3.1位置管理

位置管理就是移動通信網絡跟蹤移移動臺入網以后，其具體位置將不斷變化，而且有可能漫游到遠離其HLR的地區，這種變化的移動臺位置信息就由移動臺當前位置對應的VLR記錄并傳送給移動臺歸屬位置寄存器HLR。一旦移動臺離開舊VLR對應的位置區，并在新VLR中登記，就將記錄在舊VLR中的移動臺信息刪除。移動臺入網以后，其具體位置將不斷變化，而且有可能漫游到遠位置管理涉及網絡處理能力和網絡通信能力。影響網絡處理能力的是用戶信息數據庫大小、查詢的頻度、響應速度；網絡通信能力影響傳輸用戶位置的更新、查詢信息增加的業務量及時延等。由于數字蜂窩網絡的用戶密度遠大于早期的模擬蜂窩網絡，因此位置管理已經是數字蜂窩網絡的一項重要功能。這項功能應盡量少地占用網絡資源。位置管理涉及網絡處理能力和網絡通信能力。影響網絡處理能力

1.位置登記

蜂窩網的覆蓋區域分為若干個位置區LA，每個LA與一個MSC相連并有一個位置區識別碼LAI。MS從一個位置區移到另一個位置區時，必須在對應LA的VLR中進行登記。也就是說，一旦MS發現其存儲器中的位置識別碼LAI與接收到的LAI發生了變化，便執行登記。

位置更新和尋呼信息均在空中接口的控制信道上傳輸。對于位置登記和尋呼，LA越大，每次尋呼的基站數目就越多，系統的尋呼定時和位置更新開銷也就越大；LA越小，尋呼基站數少，系統的尋呼開銷也越小。1.位置登記

蜂窩網的覆蓋區域分為若干個位置區L位置登記過程包括登記、修改和注銷三個步驟。登記就是將MS進入新LA的信息傳給管理新LA的新VLR中并記錄下來。修改就是在該MS的HLR中記錄當前服務該MS的新VLR的ID。注銷指的是在舊VLR和MSC中刪除該MS的相關信息。位置登記過程包括登記、修改和注銷三個步驟。登記就是將MS

2.位置更新

當MS進入新的位置區LA時，系統將對其位置信息進行更新。這樣，當該MS被呼叫時，系統將在新的LA內進行尋呼。在蜂窩網絡中，位置更新可能采用下面三種方式。

1)基于時間的位置更新方式

基于時間的位置更新就是每隔ΔT的時間段，MS周期性地更新其位置信息。ΔT可由系統根據呼叫到達間隔的概率分布動態確定。2.位置更新

當MS進入新的位置區LA時，系統將2)基于運動的位置更新方式

在MS跨越一定數量的小區邊界(這個跨越的邊界數量稱為運動門限)以后，MS就進行一次位置更新。

3)基于距離的位置更新方式

若MS離開上次位置更新時所在小區的距離超過一定的值(稱為距離門限)，則MS進行一次位置更新。最佳距離門限的確定取決于各個MS的運動方式和呼叫到達參數。2)基于運動的位置更新方式

在MS跨越一定數量的

3.位置更新的不同情況

MS從一個小區移動到另一個小區時，根據位置區的所屬不同，有以下三種不同情況下的位置更新：有兩個小區同屬一個位置區時的位置更新、同一個MSC/VLR業務區內兩個小區間的位置更新、不同MSC/VLR業務區內兩個小區間的位置更新。下面借助圖4-12說明不同情況下網絡對位置更新的處理。圖中，LA1位置區范圍內有小區1和小區2，LA2位置區范圍內有小區3和小區4，LA3位置區范圍內有小區5。3.位置更新的不同情況

MS從一個小區移動到另一1)兩個小區同屬一個位置區時的移動臺位置更新

開機后處于空閑狀態下的MS，被鎖定于一個已定義的無線頻率，即某個小區的BCCH(廣播控制信道)載頻上。當MS向遠離此小區BTS的方向移動時，信號強度就會減弱。當移動到兩小區理論邊界附近的某一點時，MSC就會因信號強度太弱而決定轉移到鄰近小區的新的無線頻率上。為了正確選擇無線頻率，MS要對每一個鄰近小區的BCCH載頻的信號強度進行連續測量。當發現新的BTS發出的BCCH載頻信號強度優于原小區時，MS將鎖定于這個新載頻，并繼續接收廣播消息以及可能發給它的尋呼消息，直到它移向另一小區。1)兩個小區同屬一個位置區時的移動臺位置更新

開若小區1和小區2同屬一個位置區LA1，則這兩個小區有相同的位置區碼。如果MS從小區1移向小區2，則雖然為MS服務的小區發生改變，但位置區并沒有變化。這種情況下，網絡只需要進行約區切換處理，MS接收的BCCH載頻的改變并不會通知網絡。這就是說，MS在沒有進行位置更新時，網絡不參與這個處理過程。若小區1和小區2同屬一個位置區LA1，則這兩個小區有相同2)同一個MSC/VLR業務區內兩個小區間的位置更新

當在同一個MSC/VLR的不同位置區之間發生位置更新時，如圖4-12中的小區2和小區3，這兩個小區屬于同一個MSC/VLR管理的業務區，但不屬于同一位置區。當MS從小區2移動到小區3時，MS通過接收BCCH便可知道已進入了新位置區。由于位置信息非常重要，因此位置區的變化一定要通知網絡。這在移動通信中稱為“強制登記”。當MS從某一小區移向同一MSC不同BSC的另一小區時，MS通過新的BSC將位置更新消息傳給原來的MSC，MSC分析出新的位置區也屬本業務區內的位置區，即通知VLR修改客戶數據，并向MS發送位置更新確認。2)同一個MSC/VLR業務區內兩個小區間的位置更新圖4-12所屬MSC/VLR與小區之間的關系圖4-12所屬MSC/VLR與小區之間的關系3)不同MSC/VLR業務區內兩個小區間的位置更新

當MS從小區3移向小區5時，BTS5通過新的BSC把位置區信息傳到新的MSC/VLR。這就是不同MSC/VLR業務區間的位置更新。3)不同MSC/VLR業務區內兩個小區間的位置更新

圖4-13表示了在不同MSC業務區之間的位置更新過程。MS從一個BTS小區移向不同MSC業務區的另一個BTS小區時，它發現自己鎖定的BCCH載頻信號強度在減弱，而另一BTS小區的BCCH信號在增強，MS就通過新的BTS小區向MSC發送一個具有“我在這里”的信息，即位置更新請求。MSC把位置更新請求信息送給HLR，同時給出MSC和MS的識別碼，HLR修改該客戶數據，并回給MSC一個確認響應，VLR對該客戶進行數據注冊，最后由新的MSC發送給MS一個位置更新確認，同時由HLR通知原來的MSC刪除VLR中有關該MS的客戶數據。當然，在這一過程發生前，要對這個MS進行鑒權。圖4-13表示了在不同MSC業務區之間的位置更新過程。M圖4-13位置更新的網絡方案圖4-13位置更新的網絡方案4.3.2切換控制

1.定義

切換是指移動臺在通信過程中從一個BS覆蓋區移動到另一個BS覆蓋區，或者由于外界干擾造成通話質量下降時，將原有信道轉接到一條新的空閑信道，以保持與網絡持續連接的過程。切換應盡可能少地出現，切換過程中應盡量保證移動用戶的通信質量，使移動用戶基本感覺不到。4.3.2切換控制

1.定義

切換是由于無線信道的復雜性，諸如衰落、干擾、屏蔽及MS的運動或附近物體的運動，都會造成接收信號電平發生很大的起伏，從而成為可能觸發切換的主要因素。因此，在蜂窩移動通信系統中，切換被看做是最復雜、最重要的過程之一。在切換過程中，呼叫中斷的概率上升，通話質量可能下降。因此，成功切換意味著呼叫中斷概率的降低，這直接關系到蜂窩通信網絡的服務質量。

切換控制的目的是：在MS與網絡之間保持一個可以接受的通信質量，保證通信的連續性。因此，切換需要實現以下功能：由于無線信道的復雜性，諸如衰落、干擾、屏蔽及MS的運動或(1)切換次數最小，這樣可以使通信中斷的概率降到最小，使各小區間的業務負荷達到平衡。

(2)通過正確選擇目標小區和提高切換執行效率，以減小切換時延，平衡各小區間的業務負荷。

(3)在遇到干擾時能夠保持可接受的通信質量，在惡劣的無線傳輸條件下能恢復并支持通信，避免MS與網絡之間的鏈路發生中斷。

(4)優化頻率資源的使用效率。

(5)減小MS的功率消耗和全局干擾電平。(1)切換次數最小，這樣可以使通信中斷的概率降到最小，

2.切換的分類

1)按照切換目的分類

按照切換目的不同，可將切換分為救援切換、邊緣切換和業務量切換三種類型。救援切換是指移動用戶在通信過程中由于移動而離開正在服務的蜂窩小區所產生的切換。邊緣切換是指系統為優化干擾電平，提高傳輸服務質量，改變為移動用戶服務的蜂窩小區而引起的切換。業務量切換是指正在服務的蜂窩小區內發生擁塞，而鄰近蜂窩小區較空閑時將部分業務轉換到鄰近小區所進行的切換。2.切換的分類

1)按照切換目的分類

2)按照通信鏈路的建立方式分類

當一次切換過程被觸發后，通信將被轉接到新的鏈路上，建立新的信道，同時，將原來的通信信道釋放。按照新的通信鏈路的建立方式，可以將切換類型分為硬切換、軟切換、更軟切換和接力切換等。

(1)硬切換。

硬切換是指不同頻率的BS或扇區之間的切換。在硬切換情況下，MS在同一時刻只占用一個無線信道。MS必須在指定時間內，先中斷與原基站的聯系，調諧到新的頻率，再與新BS建立聯系，在切換過程中可能會發生通信短時中斷。2)按照通信鏈路的建立方式分類

當一次切換過程被硬切換主要用于GSM系統，其主要優點是同一時刻MS只使用一個無線信道；缺點是通信過程會出現短時的傳輸中斷，如在GSM系統中，硬切換時通信會有200ms左右的中斷時間。因此，硬切換在一定程度上會影響通話質量。由于硬切換采用“先斷開，后切換”的方式，因此如果在通信中斷時間內受到干擾或切換參數設置不合理等因素的影響，則將會導致切換失敗，引起掉話。當硬切換區域面積狹窄時，會出現新基站與原基站之間來回切換的“乒乓效應”，影響業務信道的傳輸。此外，如果切換所用到的參數需要MS進行測量，則切換所用到的數據都是通過無線接口傳送到網絡的，這明顯加重了無線接口的負荷。硬切換主要用于GSM系統，其主要優點是同一時刻MS只使用(2)軟切換。

軟切換是指同一頻率不同BS之間的切換。在軟切換過程中，兩條鏈路及對應的兩個通信數據流在一個相對較長的時間內同時被激活，直到MS進入新BS并測量到新BS的傳輸質量滿足指標要求后，才斷開與原BS的連接。不論是從MS的角度，還是從網絡的角度來看，兩條鏈路傳輸的都是相同的通信數據流，這保證了通信不會發生中斷。(2)軟切換。

軟切換是指同一頻率不同BS之軟切換采用“先建后斷”的方式，MS只有在取得與新BS的連接之后，才會中斷與原BS的聯系，因此在切換過程中沒有中斷，不會影響通話質量。由于軟切換是在頻率相同的BS間進行的，在兩個BS(或多個BS)覆蓋區的交界處，MS同時與多個BS通信，起到前向業務信道和反向業務信道多徑分集的作用，因而可大大減少切換造成的掉話。軟切換采用“先建后斷”的方式，MS只有在取得與新BS的連另外，由于軟切換中MS和BS均采用了分集接收技術，有抵抗衰落的能力，同時通過反向功率控制，可以使MS的發射功率降至最小，從而降低了MS對系統的干擾。進入軟切換區域的MS即使不能立即得到與新BS的鏈路，也可以進入切換等待的排列，從而減少了系統的阻塞率。但是，軟切換同時也存在占用信道資源較多和信令復雜的問題，因此導致系統負荷加重、下行鏈路干擾增加、設備投資和系統背板的復雜程度增加等缺點。另外，由于軟切換中MS和BS均采用了分集接收技術，有抵抗(3)TD-SCDMA系統的接力切換。

TD-SCDMA系統采用的是一種基于智能天線的接力切換方式。所謂接力切換，就是指移動用戶在向另一個基站覆蓋區移動的過程中，由于基站使用的是智能天線技術，因此系統可以估計用戶的波束方向(DOA，DirectionOfArrival)信息。同時，TD-SCDMA系統是上行同步的，網絡可以確定用戶信號傳輸的時間偏移，通過信號的往返時延獲知用戶設備(UE，UserEquipment)到NodeB的距離信息。(3)TD-SCDMA系統的接力切換。

TD這樣，網絡獲得了MS的準確位置信息，因而系統可以確定需要切換的目標小區，兩個小區的基站將接收來自同一MS的信號，兩個小區都對此MS定位，并將此定位結果向基站控制器報告。基站控制器將根據此信息判斷用戶是否移動到另一基站的鄰近區域，并將接近小區的NodeB信息告知這個MS。一旦進入切換區域，基站控制器將通知另一基站作好切換準備，通過一個信令交換過程，MS就可以順利切換到另一基站的通信信道上，完成接力切換過程。這樣，網絡獲得了MS的準確位置信息，因而系統可以確定需要3)按照切換涉及的網元分類

在蜂窩移動通信網絡中，蜂窩小區結構對于系統用戶密度有很強的適應性。同時，蜂窩小區結構也引入了越區切換。以GSM為例，按照越區切換涉及網元的范圍不同，可將越區切換分為小區內切換、小區間和BSC內切換、BSC間和MSC內切換、MSC間切換以及網絡間切換等。3)按照切換涉及的網元分類

在蜂窩移動通信網(1)小區內切換。

小區內切換發生在MS保持與同一BS的通信連接但需要改變無線信道時。當移動臺仍然處于同一BS的服務區內，但當前所使用的無線信道的干擾電平太高時，就會進行小區內切換。

(2)BSC內切換。

MS從一個BS的服務區進入到另一個BS的服務區，但還是處于同一個BSC的管轄范圍內所進行的切換。(1)小區內切換。

小區內切換發生在MS保持(3)MSC內、BSC間切換。

BSC間切換發生在BS進入到屬于不同BSC控制的BS服務區時。

(4)MSC間切換。

MSC間切換發生在MS進入到屬于不同MSC中的BSC所管轄的基站的服務區時，這種切換也稱為系統間切換。

(5)網絡間切換。

網絡間切換發生在MS從一個運營商的蜂窩移動通信網絡進入到不同運營商的蜂窩移動通信網絡時，這是從網絡運營管理的角度來看的。(3)MSC內、BSC間切換。

BSC間切換

3.越區切換準則

移動臺何時切換主要是依據選定的參數來決定的，可用參數有信號強度、信噪比、誤比特率等。判定何時越區切換的準則如下(參見圖4-14)：

(1)相對信號強度準則(準則1)：MS在任何時間都選擇具有最強接收信號的BS。采用這種方式的缺點是易發生太多不必要的切換。3.越區切換準則

移動臺何時切換主要是依據(2)具有門限規定的相對信號強度準則(準則2)：當前BS的信號低于某一給定門限，并且新BS信號強于當前BS時進行切換。此時要考慮選擇合適的門限。另外，這種方式有可能產生乒乓效應。

(3)具有滯后余量的相對信號強度準則(準則3)：當前BS信號強度較原BS信號強度大過給定滯后余量時進行越區切換。這種切換方式避免了信號波動引起的“乒乓效應”。

(4)具有滯后余量和門限規定的相對信號強度準則(準則4)：

當前BS的信號電平低于規定門限，并且新BS信號強度高于當前BS一個給定滯后余量時進行越區切換。(2)具有門限規定的相對信號強度準則(準則2)：當前B圖4-14越區切換示意圖圖4-14越區切換示意圖

4.切換的基本過程

在各種蜂窩移動通信系統中，由于基站天線的輻射方向、建筑物、樹木、山川和其他地形特征等原因，基站的覆蓋區域是不規則的，相鄰基站覆蓋區域會有較多重疊部分。覆蓋重疊是必需的，因為切換過程只能是移動終端在重疊區域內才進行的。當移動終端移動到基站覆蓋區域的邊界時，信號

強度和質量開始惡化。在某一點，來自相鄰基站(新基站)的信號開始比來自正在服務的基站信號更強，在原基站與移動終端之間的鏈路變得無法使用之前必須將通話切換到新基站，否則，就會導致呼損。4.切換的基本過程

在各種蜂窩移動通信系統切換可以分為無線測量、網絡判決和系統執行三個階段，如圖4-15所示。在無線測量階段，移動終端不斷搜索本小區和周圍小區基站下行鏈路的信號強度和信噪比，同時基站也不斷測量移動終端的上行鏈路的信號，測量結果在某些預設的條件下發送給相應的網絡單元、移動終端和基站控制器，網絡單元此時進入相應的網絡判決階段。在網絡判決階段，需要執行相應的切換算法，將測量結果和預先定義的門限值進行比較。在確認目標小區可以提供目前正在服務的用戶業務后，網絡最終決定是否開始這次切換，移動終端收到網絡單元發來的切換確認命令后，開始進入系統執行階段，移動終端通過新的基站接收或發送信號。切換可以分為無線測量、網絡判決和系統執行三個階段，如圖4圖4-15切換的三個階段圖4-15切換的三個階段

5.切換控制方式

越區切換控制方式主要有移動臺控制的越區切換(MCHO，MobileControlledHandOver)、網絡控制的越區切換(NCHO，NetworkControlledHandOver)和移動臺輔助的越區切換(MAHO，MobileAssistedHandOver)三種。5.切換控制方式

越區切換控制方式主要有移動1)移動臺控制的越區切換(MCHO)

MCHO一般是低層無線系統采用的技術，它同時用于歐洲DECT和北美PACS空中接口協議。在這種方式中，MS持續監測來自所接入的BS和幾個切換候選BS的信號強度及通信質量。當信號強度低于切換準則時，MS檢測一個可用業務信道的“最佳”候選BS，并發出切換請求。1)移動臺控制的越區切換(MCHO)

MCMS完成自動鏈路轉換(ALT，兩個BS之間的切換)和時隙轉換(TST，同一個BS中兩個信道之間的切換)的組合控制，這樣可以達到如下效果：①減輕網絡的切換控制負荷；

②如果無線信道突然變差，則可以重新連接兩個呼叫來保證無線連接的穩固性；③控制ALT和TST，防止兩個過程的同時激發。DECT系統所需的切換時間是100～500ms，對于PCS系統，該時間可低至20～50ms。MS完成自動鏈路轉換(ALT，兩個BS之間的切換)和時隙2)網絡控制的越區切換(NCHO)

第一代蜂窩系統一般采用NCHO，比如CT2Plus和AMPS系統都采用了NCHO。在NCHO這種切換控制方式中，BS監督來自MS的信號強度和通信質量。當這些參數低于切換閾值時，網絡發起到另一個BS的切換。網絡要求附近所有的BS監測來自該MS的信號，并將測量結果報告給網絡。網絡為切換選擇一個新的BS，并把結果通過舊BS通知MS和新BS，隨后執行切換過程。2)網絡控制的越區切換(NCHO)

第一代蜂窩系BS通過測量接收信號強度指示(RSSI，ReceivedSignalStrengthIndication)監測當前所有連接的通信質量，MSC指示周圍BS經常測量的相關鏈路狀況。基于測量值，MSC決定執行切換過程的時間和地點。由于網絡需要收集的信令業務很重，因此相鄰BS不必連續地將測量報告發送回MSC，在RSSI低于一個預先設定的閾值之前也不作比較。NCHO需要的切換時間可能達到10s或更高。BS通過測量接收信號強度指示(RSSI，Received3)移動臺輔助的越區切換(MAHO)

第二代蜂窩系統采用了MAHO，比如GSM和IS-95CDMA均采用MAHO切換策略。在MAHO中，MS和BS共同監測鏈路的通信質量。例如，監測接收信號強度指示(RSSI)值和字錯誤指示器(WEI)值時可由MS測量相鄰BS的RSSI值。

在GSM系統中，MS每秒向BS傳送兩次測量結果。3)移動臺輔助的越區切換(MAHO)

第二代蜂窩在MAHO中，仍然由網絡(即BS、BSC或MSC)決定切換執行的時間和地點。但是由于切換的測量工作部分轉移到了MS上，這樣MSC就不需要連續不斷地監視信號強度。因此，MAHO切換要比NCHO快得多。GSM系統切換執行的時間大約為1s。

在MAHO和NCHO系統中，需要網絡用信令通知MS相關的切換決策，即由一個正在失效的鏈路傳送切換決策信息。所以，存在這樣的可能，即在切換決策信息傳送到MS之前，原通信鏈路已經失效。在這種情況下，通信被迫中斷。在MAHO中，仍然由網絡(即BS、BSC或MSC)決定

6.蜂窩網絡中幾個實際問題的考慮

在實際的蜂窩系統中，特別是在城市中心地帶或城市商業區，這些區域是移動臺比較集中的地方，而且不同用戶在通話時的運動速度往往具有很大的差別。當處于同一地區的不同移動臺其移動速度變化范圍較大時，系統設計將會遇到許多問題。例如，在微小區高速移動的車輛只要幾秒鐘就駛過了一個小區的覆蓋范圍，并且要求在很短時間內進行切換，頻繁的切換將可能對系統網絡產生很大的負荷壓力，而步行用戶在整個通話過程中可能不需要切換。6.蜂窩網絡中幾個實際問題的考慮

在實際的蜂窩系為了減小高速移動用戶給網絡帶來的負荷壓力，一種辦法就是通過適當的網絡設計，使得網絡能夠對高速和低速用戶分別管理，從而將MSC介入切換的次數減到最小。另一種實現方案是采用傘狀蜂窩小區設計。傘狀蜂窩小區是一種宏小區與微小區相結合的傘狀小區結構，其設計思想是用宏小區服務快速移動用戶，而用微小區服務慢速移動用戶。為了減小高速移動用戶給網絡帶來的負荷壓力，一種辦法就是通蜂窩系統設計的另一個實際問題是：獲得新小區基站的站址往往受到多種限制，因此站址的選擇很難滿足理論上的設計要求。蜂窩從概念上雖然可通過增加小區站點來增加系統容量，但實際中，要在市區內獲得新的小區站點的物理位置一般來說是很困難的，往往會遇到法律或商業等非技術性的障礙。這些困難經常使得蜂窩設計者寧愿在一個已經存在基站的物理位置上安裝新的基站或增加信道，而不愿去尋找新的站點位置。在這種情況下，采用的方法一般是通過使用不同高度的天線(經常是在同一個建筑物或發射臺上)和不同強度的發射功率。這種設計也會形成傘狀蜂窩結構。蜂窩系統設計的另一個實際問題是：獲得新小區基站的站址往往從技術上來說，在一個站點上同時設置“大的”覆蓋區(宏小區)和“小的”覆蓋區(微小區)是可能的。只是要使用適當的算法來正確區分高速和低速用戶，并將它們分別分配給宏小區基站和微小區基站管理。

從技術上來說，在一個站點上同時設置“大的”覆蓋區(宏小區圖4-16舉出了一個傘狀宏小區和微小區同點設置的例子。傘狀小區的方法使高速移動用戶的切換次數下降到最小，同時為步行用戶提供附加的微小區信道。每個用戶的移動速度可能是由基站或是MSC來估計的，方法是計算反向話音信道上短期的平均信號能量相對于時間的變化速度。如果一個在傘狀宏小區內的高速移動用戶正在接近基站，而且它的速度正在很快地下降，則基站就能自己決定將用戶轉移到同點設置的微區中，而不需要MSC的干涉。圖4-16舉出了一個傘狀宏小區和微小區同點設置的例子。傘圖4-16傘狀小區設置圖4-16傘狀小區設置在微小區系統中還存在另外一個實際的切換問題，就是小區拖尾。小區拖尾由對基站發射強信號的步行用戶所產生。在市區內，當用戶和基站之間存在一個視線(LOS)無線路徑時，就會發生這種情況。由于用戶以非常慢的速度離開基站，平均信號能量衰減不快，即使用戶遠離了小區的預定范圍，基站接收到的信號仍可能高于切換門限，因此不作切換。這種情況會產生潛在的干擾和話務量管理問題，因為用戶在那時已經深入到相鄰小區中。為解決小區拖尾問題，需要仔細調整切換門限和無線覆蓋參數。在微小區系統中還存在另外一個實際的切換問題，就是小區拖尾4.4蜂窩通信網絡規劃

蜂窩通信網絡規劃是一項非常復雜的系統工程。在所有的無線通信系統中，蜂窩系統的設計、規劃、工程實施和運營的難度都是最大的。從無線傳播理論的研究到天饋設備指標分析，從網絡能力預測到工程詳細設計，從網絡性能測試到系統參數調整優化，這些工作貫穿了整個網絡建設的全部過程，大到總體設計思想，小到每一個小區參數。網絡規劃又是一門綜合技術，涉及從有線到無線多方面的知識，需要積累大量的實際經驗。4.4蜂窩通信網絡規劃特別是在蜂窩移動通信應用已經非常普及，并且技術上仍處于高速發展的今天，蜂窩網絡的規劃設計不僅要考慮當前的運營需要，還必須考慮未來的發展、擴容與技術升級。因此，無線通信技術人員需要具備移動通信網絡規劃設計的基礎知識，并能夠把握網絡規劃的主要過程。特別是在蜂窩移動通信應用已經非常普及，并且技術上仍處于高4.4.1蜂窩網絡規劃的主要內容

1.業務區域的基本特點分析

一個具體蜂窩系統的網絡規劃首先要對需要提供服務區域的自然環境與人文特點進行分析，分析內容主要包括自然環境條件、所分配的無線頻譜所處的頻段、用戶特點等。自然環境條件包括地形地物特點、電波傳播特性等。用戶特點包括用戶類型、用戶密度、用戶移動性統計行為等。通過第2章的學習我們已經知道，無線傳播環境是非常復雜的，為了使網絡設計符合業務區域的自然環境特點，一般需要對具體的傳播環境進行實地勘測。然后在這些分析的基礎上建立業務量模型。4.4.1蜂窩網絡規劃的主要內容

1.業務區域的

2.蜂窩網絡綜合設計

把握了業務區域的基本特點，就基本上掌握了網絡設計的資源和商業要求。在此基礎上，網絡綜合設計要考慮整個系統的覆蓋范圍、小區半徑、基站站址設置、頻率復用方案、網絡拓撲結構以及網絡數據庫規劃等。

網絡設計的目標是在滿足網絡商業運營要求的