第三节　移动通信的组网技术

移动通信系统中的组网方式、区域结构和交换控制技术直接影响系统的容量、性能。本节主要介绍移动通信的组网制式、小区结构网络的区域组成方式。

一、组网制式

移动通信网的结构可根据服务覆盖区的划分分成大区制和小区制两种。

（一）大区制

大区制概念的提出早于小区制，主要为早期的通信系统所采用，满足了当时系统中小容量的需求。大区制是指把一个通信服务区域仅规划为一个或少数几个无线覆盖区，简称无线区。所谓无线区是指当基站采用全向天线时，在无障碍物的开阔地，以通信距离为半径所形成的圆形覆盖区。每个无线区的半径在25～45km，用户容量为几十至数百个。每个无线区仅为一个基站所覆盖，基站基本上是相互独立的。

大区制是指在一个无线区内只有一个基站负责移动通信的联络和控制，如图3-7所示。为了增大基站的覆盖区域，天线架设要高，发射功率要大，但这只能保证MS可以接收到基站的发射信号，而MS发射的功率较小，离基站较远时，无法保证基站的正常接收。为解决上行信号弱的问题，可以在区内设若干个分集接收台（R）与基站（BS）相连。大区制设备简单，技术也容易实现，但频谱利用率低，用户容量小，只适用于小城市与业务量不大的城市。

（二）小区制

根据服务区域的形状不同，小区制又可分为带状区和面状区（蜂窝网）等。面状区的蜂窝网结构又可分为宏蜂窝结构、微蜂窝结构以及智能蜂窝结构三种。

小区制是指把一个通信服务区域分为若干个小无线覆盖区，每个小区的半径在2～20km，用户容量可达上千个。每个小区设置一个基站，负责本区移动台的联系和控制，各个基站通过移动业务交换中心相互联系，并与市话局连接。每个小区只需提供较少的几个无线电信道（一个信道组）就可满足通信的要求，邻近的小区使用不同的信道组。

小区中的基站天线采用全向天线，在理想情况下，它覆盖的面积可视为一个以基站为中心、以最大可通信距离为半径的圆。为了不留空隙地覆盖整个面状服务区，各个圆形覆盖区之间一定存在很多重叠区。通过理论分析，通信系统现在大都采用与圆形较接近的正六边形作为小区的形状结构，如图3-8（a）所示。因为这种结构既避免了相邻覆盖区间的重叠，又不会产生空隙，区域衔接更紧密，产生的相互干扰更小。又由于该结构看上去像是蜂窝，所以称其为“蜂窝式移动通信”。

如图3-8（b）所示，小区制是将整个服务区划分为若干个小无线区，每个小无线区分别设置一个基站负责本区的移动通信的联络和控制，同时又可在MSC的统一控制下，实现小区间移动通信的转接及与市话网的联系。

小区制结构的最大特点是：采用信道复用技术，大大缓解了频率资源紧缺的问题，提高了频率利用率，增加了用户数目和系统容量。所谓信道复用技术指的是：相邻小区不使用相同的信道组，但相隔几个小区间隔的不相邻小区可以重复使用同一组信道，以充分利用频率资源。不使用同一组信道的若干个相邻小区就组成了一个区群[图3-8（a）中的阴影区域即为一个区群]，即整个通信服务区也可看成是由若干个区群构成的。

小区制结构的另一特点是：信道距离缩短，发射机功率降低，于是互调干扰亦减小。

但是，在这种结构中，移动台在通信过程中，从一个小区转入另一个小区的概率增加，移动台需要经常更换工作频道。而且，由于增加了基站的数目，所以带来了控制交换复杂等问题，建网的成本也增高了。

（三）小区形状的选择

对于大容量移动通信网来说，需要覆盖的是一个宽广的平面服务区。由于电波的传播和地形地物有关，所以小区的划分应根据环境和地形条件而定。为了研究方便，假定整个服务区的地形地物相同，并且基站采用全向天线，覆盖面积大体上是一个圆，即无线小区是圆形的。又考虑到多个小区彼此邻接来覆盖整个区域，用圆内接正多边形代替圆。不难看出由圆内接正多边形彼此邻接构成平面时，只能是正三角形、正方形和正六边形三种面状区域，如图3-9所示。

三种面状区域的特性比较见表3-1。

由图3-9和表3-1可知，对正六边形小区而言，其相邻小区的中心距离最大，各基站间的干扰最小；其交叠区域面积最小，同频干扰最小；其交叠区域距离最小，便于实现跟踪交换；其覆盖面积最大，对于同样大小的服务区域，采用正六边形构成小区制所需的小区数最少，即所需基站数少，最经济；所需的频率个数最少，频率利用率高。由此可得，面状区域组成方式最好是正六边形小区结构，而正三角形和正方形小区结构一般不采用。

二、正六边形无线区群结构

现代陆上移动通信广泛应用正六边形小区构成服务区，因该服务区状似蜂窝，故名蜂窝移动通信网。

（一）无线区群的构成

先由若干个正六边形小区构成单位无线区群，再由单位无线区群彼此邻接形成大服务区域。若同频无线小区之间的中心间隔距离大于同频复用距离，则各个单位无线区群可以使用相同的频道组，以提高频率的利用率。

单位无线区群的构成应满足以下两个条件：一是若干单位无线区群能彼此邻接；二是相邻单位无线区群中的同频小区中心间隔距离相等。满足以上条件的关系式可表示为

N=a2+ab+b2

式中　，N为构成单位无线区群的正六边形数目；a、b均为正数，包括0，但不能同时为0，或一个为0，一个为1。不同的数值代入可确定N=3，4，7，9，12，13，16，19，21，…由不同的N值得到各样的单位无线区群的构成图形，如图3-10所示。

按图3-10所示的单位无线区群彼此邻接排布都可扩大服务区，但如何选择单位无线区群呢？这要根据系统所要求的同频道复用距离而定。在进行蜂窝状网络的频率分配时，每个无线小区分给一个频道组，每个单位无线区群分给一组频道组，如图3-11所示。图中的号码分别表示互不相同的频道组。当服务区扩大后，为了实现同频复用，不同的单位无线区群可以使用相同的频道组，其条件是，相同号码的无线区中心之间的距离大于或等于同频道复用距离D。dg取决于单位无线区群中无线小区数N和无线小区半径r，三者间的关系为或。

由此可计算出N与dg/r的相应关系如图3-11所示。显然，在满足所要求的同频复用距离的前提下，N应取最小值，这是因为，N越小，频率利用率越高。

（二）激励方式

在划分区域时，若基站位于无线区的中心，则采用全向天线实现无线区的覆盖，称为“中心激励”方式。若在每个蜂窝相间的三个顶点上设置基站，并采用三个互成120°扇形覆盖的定向天线（每个基站三个无线小区），同样能实现小区覆盖，这称为“顶点激励”方式。无线区的激励方式如图3-12所示。

“顶点激励”主要有“三叶草形”和“120°扇面”两种，如图3-13（a）和图3-13（b）所示。顶点激励方式中，三个60°扇面（天线的半功率点夹角为60°）的正六边形无线小区可构成一个“三叶草形”的基站小区，而“120°扇面”则由三个菱形无线小区构成一个正六边形的基站小区。另外，采用六个60°扇面的三角形小区也可以构成一个正六边形的基站小区，如图3-13（c）所示。

由于“顶点激励”方式采用定向天线，对来自120°主瓣之外的同频干扰信号来说，天线方向性能提供了一定的隔离度，降低了干扰，因而允许以较小的同频复用比D/r工作，构成单位无线区群的无线区数N可以降低。

以上的分析是假定整个服务区的容量密度（用户密度）是均匀的，所以无线区的大小相同，每个无线区分配的信道数也相同。但是，就一个实际的通信网来说，各地区的容量密度通常是不同的，一般市区密度高，市郊密度低。为适应这种情况，对于容量密度高的地区，应将无线区适当划小一些，或分配给每个无线区的信道数应多一些。当容量密度不同时，无线区域划分如图3-14所示，图中的数值表示小区中使用的信道数。

考虑到用户数随时间的增长而不断增长，当原有无线小区的容量高到一定程度时，可将原有无线小区再细分为更小的无线小区，以增大系统的容量和容量密度，即实现“小区分裂”。其划分方法是，将原来的无线区一分为三或一分为四，如图3-15所示。

总之，无线区域的划分和组成，应根据地形地物情况、容量密度、通信容量和频谱利用率等因素综合考虑。根据现场调查和勘测，从技术、经济、使用和维护等几方面，确定一个最佳的区域划分和组成方案。最后，根据无线区的范围和通信质量要求进行电波传播电路的计算。