2.1頻率再使用

（FrequencyReuse）

早期的移動通訊設計思想是用安裝在高塔天線大功率發射的方法盡可能地覆蓋大的通訊面積。這種方法確實可以實現大面積覆蓋，但是它排除了頻率再使用的可能性。例如：70年代Bell在紐約的移動通信系統雖可覆蓋上千平方英里的范圍，但僅能提供12個通信業務信道。

頻率再使用概念的引入使得解決上述問題有了突破性進展，由此誕生了一個利用有限頻段覆蓋無限大面積的通訊方案。小區

蜂窩系統是由很多基站組成的。系統分配給每個基站一定的頻寬，或稱之為一定的信道數。該基站覆蓋的區域稱之為小區。FrequencyReuse原理相鄰小區使用不同信道，從而防止相互干擾。通過限制小區的覆蓋面積，使得同信道組可以在不同地方重復使用。設計和分配蜂窩（Cellular）系統基站頻率叫做頻率再使用（FrequencyReuse）。

六邊形設計

圖2-1標出了一種小區為等邊六邊形FrequencyReuse的設計方案。標有相同字母的小區使用相同的信道。原則上講除六邊形外，

矩形和等邊三角形的小區方案也具有無限擴展性，因而可以采納到FrequencyReuse的設計方案中。但是，它們的覆蓋效率都不如六邊形高。

因此，到目前為止最適合的小區方案是六邊形。

圖2-1.六邊形小區示意圖

中心激勵與邊緣激勵（Center-ExcitedCell，Edge-ExcitedCell）

在六邊形設計中，BS可以設計在六邊形的中心（稱為：Center-ExcitedCell）或設計在三線交點處（稱為：Edge-ExcitedCell）。通常，在Center-Excitedcell中使用全向天線，而在Edge-excitedcell中則使用扇形天線。在實際應用中，由于環境的復雜性，小區的形狀并非嚴格的六邊形。因此，它的設計必須參考實際測量結果。大多數小區允許其輻射半徑的相對偏差為1/4。FrequencyReuse設計在Cellular系統中，每個小區有k個信道，由N個小區組成一個簇（Cluster）。在這個cluster中共有S個不同信道，即： S=kN (2-1)如果這個Cluster被重復使用了M次，總共的信道個數為： C=MkN=MS (2-2)從(2-2)中可以看出，整個系統容量正比于復用次數M。N表示Cluster大小，它的取值一般為：4，7或12。如果保持容量C不變，減小N則須使M值增大。這種作法相當于在保持系統通信容量不變的前提下，減少使用不同信道的小區個數。因此，這些信道的重復用次數必須增加，即：FrequencyReuse效率增加。定義FrequencyReuse因子為1/N。用下列公式可以在六邊形小區Cluster中找到Co-channel小區： N=

（2-3）其中i和j分別為沿小區的一個鏈路跨越i個小區,再逆時針旋轉跨越j個小區

（如圖2-2所示）。

圖2-2同信道小區分布圖

2.2信道設計策略(ChannelAssignmentStrategies)

固定分配策略每一小區事先分配了一定數量的信道。任何從呼叫到通訊建立都必須建立在本小區有空閑信道的基礎之上。否則，呼叫將被拒絕。動態分配策略在本小區無空閑信道的情況下，通過MSC到相鄰近小區中借用一個信道使通訊得以建立。缺點：這就增大了MSC的處理負擔。

2．3切換

當移動站在不中斷通訊的情況下從一小區穿進另一小區時，MSC自動地將這個通訊業務切換到第二小區的一個信道上的過程稱之為切換。這個過程不僅包括識別一個新的BS過程。而且還包括把語音信道和控制信令信道同時切換到另一個BS上的過程。為防止不必要的切換和切換掉機，切換信號門限是經過仔細策劃而設置的。首先，切換必須在信號衰落到原BS可容忍的最小接收值以前（通常為-90dB~-100dB）。設切換門限為，則 （2-4）是設計切換門限的重要參量。

若值太小，可能導致在切換過程尚未完成時的掉機。特別是對快速移動的用戶這個問題尤為嚴重。若值太大，系統可能進行不必要的切換。圖2-3示意了典型的切換過程。上面提到的功率值和應是在一段時間內的平均值。因為，從用戶到BS的信號由于電磁波的相干效應會經歷瞬時的衰落（大約20dB~30dB）。圖2-3.切換門限設計圖

在第一代模擬Cellular系統中，信號的強度是由BS檢測并由MSC監視的。BS通過檢測所有語音信道判斷移動站相對自己的位置。此外，每一BS還有另一個接收機檢測相鄰BS中的移動站的信號。這個接收機稱為定位器。定位器是由MSC控制監視那些可能需要切換的MS發出的信號。基于本BS語音信道和相鄰BS定位器檢測的結果，MSC決定是否需要切換。

第二代數字TDMA通訊系統中，切換是以MS輔助決定的。每個MS檢測周圍BS發出的信號，并不斷向本BS匯報。當它發現從某個BS來的信號強度超出本BS信號一定量時，切換立即開始。這種切換方式的切換速度大大高于第一代通訊系統，而且MSC也可以從該項繁重的任務中解放出來。應該指出,不同系統在接受和處理切換的策略可能很不相同的。它們主要體現在切換優先權的設置上。

2．4干擾(Interference)（1）

本小區其他用戶，（2）

臨近小區用戶（3）

系統干擾

從本質上講，

系統干擾可分為co-channel干擾和adjacentchannel干擾。

2．4．1．Co-Channel干擾co-channel小區

由于Cellular系統中采用了Frequencyreuse技術，在一個給定的足夠大的地區上并存著數個使用相同信道的小區。這些小區稱之為co-channel小區。這些小區間的干擾稱為Co-channel干擾。

一般地講，co-channel干擾強度是小區半徑R和co-channel小區間距D的函數。增加D/R值，即增大co-channel小區的間距與小區覆蓋半徑的比值，它相當于增大co-channel小區的RF的隔離度。定義Q為FrequencyReuse比為： Q=D/R

(2-5)對六邊形瀉小區，R探定義為六稍邊形的中悄心到小區瀉最遠的距妨離。于是默有Q=勇(2-6疊)式中Q值越小Co-c鉤hann聲el干擾越腦大，而暢此時小惡區系統稠容量越協大（因濱為clus壘ter尺度越小墊）。相反，大茂的Q值可以減欠小co-c偉hann雕el干擾但卻箱而減小區烈系統容量牛。因此，辮不難看出職減小Co-小cha信nne槽l干擾是以枕減小容量軌為代價的歪。信號與裝co-算cha察nne炊l干擾銳的強度包比值可林以這樣丈計肅算。堅設：吃MS的繩接收信件號強度敵與co墨-ch螞ann捕el干天擾強度支比為仙S/I逝,裹co-旱cha旁nne經l小區姓的個數頑為愈。虹于是就繁有S/I密=舉(伴2-6)其中S摸為BS柔給用戶的焰信號強度阿。應用信即號衰落通的公式（２-７奇）其中是距離華信號源蠟為疼點測扒量出的耽功率值狠，是距離信煎號源為d點的功懼率預測妻值。假定：所夢有路徑的浩co-c蠻hann憐el的B除S發射功別率相同，且路徑短損耗相帽同，則切（２-明６）式侵可寫為到：在單層干用擾和所有肆co-c爹hann爬el小松區具有相乏同的距離蓄的條件下愿，信躁比亂可由cl薄uste茶r尺度匯表示：S/I謠=器（２侵-９）S/I計=上式表示躍了S/I閉與系統總徒容量的關調系。（２-８盛）2.4.辯2.相稻鄰信道的叔干擾（葵Adja雀cent狠Cha功nnel緒Int離erfe震renc酷e）來自相鄰休頻率段上質的干擾叫城相鄰信道勸干擾。這蜘種干擾是宵由于接收旅機濾波器距阻帶泄露督造成的。當移動將通訊中常接收機拉遠離BS而鄰近一云個相鄰信勁道的發射夜機時，相旦鄰信道的裕干擾問題笑尤為嚴重日。減小相帝鄰信道薄干擾的箱方法除魯了應用蛾高質量逆濾波器耗外，精揮心設計尺小區的雄頻率分惑配也是學解決問旬題的一選條途徑肝。為此犬，在一扣個cl艦ust罵er中糟應選擇臺在同一魔小區內售使用的湊頻率間配隔盡可狂能的大吸。另外，功伍率控制是晴降低干擾器的一個有沖效方法。縫使每個手葉機發射最靜小的必要孕功率可以拔大大降低塌相鄰信道戴干擾。在奪實際系統住中手機的橫發射功率況是由BS新控制的。2.5偷系統的燙容量：臭中繼和海服務質鼻量(旬Sys浸tem撥Ca溝pac飽ity價：Tr側unk無ing擊an維dG失rad輩eo壓fS捷erv漏ice溉)對系統完容量的翼估計是諸建立在沒中繼理毛論（Trun霜king尼The侵ory）上的算。該理你論是由Erla孫ng在19世紀末糟建立的禿。Tru舉nki疲ng概耕念的應適用使得摧較少信燈道可服各務于大妨量用戶野的通信夢業務。焰Cel攏lul攤ar患系統是頓依賴它闖的Tr學unk浴ing奮系統提晌供給每驗個用戶籠通話服花務的。參在Tr趟unk漏ing壟系統遮，空閑殲信道被領放置在例閑置信推道組中肆。當用寒戶呼叫毯時，系收統隨機森地從閑向置信道泉組中分遇配出一檔個信道樹供用戶賠使用。號而閑置現信道組璃中的信丹道數減尸少一個目。用戶姨通話結婦束，信普道將被瘋放回閑瓣置信道勿組。如導果用戶毛呼叫時稠，閑置斯信道組培中無閑禍置信道芹，則呼圖叫被拒呢絕。中繼系異統根據乎用戶呼才叫的統叮計特性顯使系統慈容納較宏多的用幅戶，通予訊公司螞也正是需應用中邊繼理論鵝來確定尖一個服杯務區內蓄應分配紀給多少鞋信道的獵。中繼系統泥按照呼叫如處理方式挑分為兩種掀：一種是有當呼叫被填拒后，這蛙次呼叫不愁被記憶，牽該用戶的糞再喊叫視村為一個新病的喊叫。財這種系統妻稱為：B系統。遣另一種騰系統稱擴為C系統，泡它記憶鈔用戶的膀喊叫并唯利用排蛾隊理論圓處理用芝戶再呼逗叫。一般來右講，設公計一個戲Tru祖nki俯ng系被統需要呢考慮很飲多因素奔，如：鏟夜間用完戶使用裂系統的雕概率小撞，而周撐五下午妄5點鐘曠左右系劑統的使么用率極厘高等。染在并這里僅露介紹一儲種簡單墻的B系獵統模型半。對中繼盯系統服多務的主身要指標憤是指在范一定服魔務等級緞下的系攔統容量庫。其中盡：服務氧等級用撒呼損率暑描述，擋即：如肢果用戶辮在100次呼叫籌中有兩心次被拒沾絕，則置呼損率百為：2%。容量Erla唐ng則由信蜘道的負憂載密度放決定，突一個Erla英ng表示占蕩滿一個憤信道的載負載密應度：1小時/小時，或1分鐘/一分鐘葛。在Tru抱nkin宰g系統寧中，每周個用戶對君信道的負況載密度貢食獻定義為踢：呼叫含頻度乘以界用戶每次英通話的平聰均時間：（2-意10）式中：潛和H分別代表翻呼叫頻度從和平均每覆次通話時謙間。如果津系統服務如區內有U茂個用戶，萄則他們對谷信道總共頃的負載密奸度貢獻為島：A=U戀(2-齒11)若系統用有C個搶信道，瘡則每嶄個信道胞負載密病度為：(2-滴12)系統可巨承受的脊負載密證度叫做跟系統容疲量，它蠢是由系芹統處理閱呼叫方鐘式和允嗎許呼損震率決定照。由統罪計關系乘可以導滑出B芒系統中柱容量和擠呼損率扎的關系怠為：（2-哀12）式中：代表呼叫騎被拒絕的彎概率，A是（2-11）中定祥義的系投統容量田，C為中繼信胞道數。表2-1該出了（2-1處2）的數值輩解。信道饑數量C容量呼損率＝0.0悼1＝0.0膜05＝0.00嚼2＝0.00鄙125410202440701000.1律530.86阿91.364.4鑄612.謹015.329.網056.184.10.1疤050.7桑011.133.9611.稍114.227.353.扁780.90.06饒50.53丸50.90妖03.4310.誕113.025.751.柜077.登40.0爐460.43匙90.76峰23.09未09.4112.竹224.549.275.槳2B系統的Erla匙nge容量例題：設一個蜂賊窩系統屬旨于B系統語，它由W據=9埋8個小區兔組成，每溜個小區有鞋40個信剃道。如果豈每個用戶搖平均每小驚時用2次殃電話，每歉次3分鐘雅，設定呼逐損率為0窮.2%，臨則該系統不可以支持膜多少個用拾戶。由如果呼損除率為0.涂1%,毒則可支持倘多少用戶扮。解：馬每個用庸戶對負殘載密度蘋的貢獻玩為：=（2鍋