频率再使用 （Frequency Reuse）
早期的移动通讯设计思想是用安装在高塔
天线大功率发射的方法尽可能地覆盖大的通讯
面积。这种方法确实可以实现大面积覆盖，但
是它排除了频率再使用的可能性。例如：70年
代Bell 在纽约的移动通信系统虽可覆盖上千平
方英里的范围，但仅能提供12个通信业务信道。
频率再使用概念的引入使得解决上述问题
有了突破性进展，由此诞生了一个利用有限频
段覆盖无限大面积的通讯方案。
小区
蜂窝系统是由很多基站组成的。系统分配
给每个基站一定的频宽，或称之为一定的信道
数。 该基站覆盖的区域称之为小区。
Frequency Reuse 原理
相邻小区使用不同信道，从而防止相互干
扰。通过限制小区的覆盖面积，使得同信道组
可以在不同地方重复使用。
设计和分配蜂窝（Cellular）系统基站频率
叫做频率再使用（Frequency Reuse）。
六边形设计
图2-1标出了一种小区为等边六边形
Frequency Reuse 的设计方案。标有相同字母的
小区使用相同的信道。原则上讲除六边形外，
矩形和等边三角形的小区方案也具有无限扩展
性，因而可以采纳到Frequency Reuse 的设计方
案中。但是，它们的覆盖效率都不如六边形高。
因此，到目前为止最适合的小区方案是六边形。
图2-1. 六边形小区示意图
中心激励与边缘激励（Center-Excited Cell，
Edge-Excited Cell）
在六边形设计中，BS可以设计在六边形的中
心（称为：Center-Excited Cell）或设计在三线交
点处（称为：Edge-Excited Cell）。通常，在
Center-Excited cell中使用全向天线，而在Edge-
excited cell中则使用扇形天线。在实际应用中，
由于环境的复杂性，小区的形状并非严格的六边
形。因此，它的设计必须参考实际测量结果。 大
多数小区允许其辐射半径的相对偏差为1/4。
Frequency Reuse 设计
在Cellular系统中，每个小区有k个信道，由
N个小区组成一个簇（Cluster）。在这个cluster
中共有S个不同信道，即：
S = kN (2-1)
如果这个Cluster 被重复使用了M 次，总共的信
道个数为：
C = MkN = MS (2-2)
从 (2-2) 中可以看出，整个系统容量正比于复
用次数M。N表示Cluster大小，它的取值一般
为：4，7 或 12。如果保持容量C不变，减小N
则须使M值增大。这种作法相当于在保持系统
通信容量不变的前提下，减少使用不同信道的
小区个数。因此，这些信道的重复用次数必须
增加，即：Frequency Reuse 效率增加。定义
Frequency Reuse 因子为 1/N。
用下列公式可以在六边形小区Cluster中找到Co
-channel 小区：
N = （2-3）
其中 i和 j 分别为沿小区的一个链路跨越 i 个
小区, 再逆时针旋转跨越 j 个小区 （如图 2-2
所示）。
图2-2 同信道小区分布图
信道设计策略 (Channel Assignment Strategies)
固定分配策略
每一小区事先分配了一定数量的信道。任何
从呼叫到通讯建立都必须建立在本小区有空闲信
道的基础之上。否则，呼叫将被拒绝。
动态分配策略
在本小区无空闲信道的情况下，通过MSC到
相邻近小区中借用一个信道使通讯得以建立。
缺点：这就增大了MSC的处理负担。
2．3切换
当移动站在不中断通讯的情况下从一小区穿
进另一小区时，MSC自动地将这个通讯业务切换
到第二小区的一个信道上的过程称之为切换。
这个过程不仅包括识别一个新的BS过程。而
且还包括把语音信道和控制信令信道同时切换到
另一个BS上的过程。
为防止不必要的切换和切换掉机，切换信号门
限是经过仔细策划而设置的。首先，切换必须
在信号衰落到原BS可容忍的最小接收值
以前（通常为 -90dB ~ -100dB）。设切换门限
为 ，则
（2-4）
是设计切换门限的重要参量。
若 值太小，可能导致在切换过程尚未完成时的
掉机。特别是对快速移动的用户这个问题尤为
严重。若 值太大，系统可能进行不必要的切换。
图2-3示意了典型的切换过程。上面提到的功率
值 和 应是在一段时间内的平均值。因为，
从用户到BS的信号由于电磁波的相干效应会经
历瞬时的衰落（大约 20dB ~ 30dB）。
图2-3. 切换门限设计图
在第一代模拟Cellular 系统中，信号的强度
是由BS检测并由MSC监视的。BS通过检测所有
语音信道判断移动站相对自己的位置。此外，每
一BS还有另一个接收机检测相邻BS中的移动站
的信号。这个接收机称为定位器。定位器是由
MSC控制监视那些可能需要切换的MS发出的信
号。基于本BS语音信道和相邻BS定位器检测的
结果，MSC决定是否需要切换。
第二代数字TDMA通讯系统中，切换是以
MS辅助决定的。每个MS检测周围BS发出的信
号，并不断向本BS汇报。当它发现从某个BS来
的信号强度超出本BS信号一定量时，切换立即
开始。这种切换方式的切换速度大大高于第一
代通讯系统，而且MSC也可以从该项繁重的任
务中解放出来。
应该指出, 不同系统在接受和处理切换的
策略可能很不相同的。它们主要体现在切换优
先权的设置上。
2．4 干扰 (Interference)
（1） 本小区其他用户，
（2） 临近小区用户
（3） 系统干扰
从本质上讲， 系统干扰可分为co-
channel干扰和adjacent channel干扰。
2．4．1． Co-Channel 干扰
co-channel 小区
由于Cellular系统中采用了Frequency reuse
技术，在一个给定的足够大的地区上并存着数
个使用相同信道的小区。这些小区称之为 co-
channel 小区。这些小区间的干扰称为 Co-
channel 干扰。
一般地讲，co-channel 干扰强度是小区半径R
和co-channel 小区间距D的函数。增加D/R值，
即增大co-channel小区的间距与小区覆盖半径的
比值，它相当于增大co-channel小区的RF的隔
离度。 定义Q为Frequency Reuse比为：
Q = D/R (2-5)
对六边形小区，R定义为六边形的中心到小区
最远的距离。于是有
Q = (2-6)
式中Q值越小Co-channel 干扰越大，而此时小
区系统容量越大（因为cluster 尺度越小）。
相反，大的Q值可以减小co-channel 干扰但却而
减小区系统容量。因此，不难看出减小Co-
channel 干扰是以减小容量为代价的。
信号与co-channel干扰的强度比值可以这样计
算。 设：MS的接收信号强度与co-channel干扰
强度比为 S/I, co-channel小区的个数为 。于是
就有
S/I = (2-6)
其中 S 为BS给用户的信号强度。
应用信号衰落的公式
（２-７）
其中 是距离信号源为 点测量出的功率值，
是距离信号源为d点的功率预测值。
假定：所有路径的co-channel的BS发射功率相同，
且路径损耗相同，则（２-６）式可写为：
在单层干扰和所有co-channel 小区具有相同的距
离的条件下，信躁比可由cluster 尺度表示：
S/I = （２-９）
S/I =
上式表示了S/I与系统总容量的关系。
（２-８）
. 相邻信道的干扰 （Adjacent Channel
Interference）
来自相邻频率段上的干扰叫相邻信道干扰。这
种干扰是由于接收机滤波器阻带泄露造成的。
当移动通讯中接收机远离BS而邻近一个相邻信
道的发射机时，相邻信道的干扰问题尤为严重。
减小相邻信道干扰的方法除了应用高质量
滤波器外，精心设计小区的频率分配也是解决
问题的一条途径。为此，在一个cluster中应选
择在同一小区内使用的频率间隔尽可能的大。
另外，功率控制是降低干扰的一个有效方
法。使每个手机发射最小的必要功率可以大大
降低相邻信道干扰。在实际系统中手机的发射
功率是由BS控制的。
系统的容量：中继和服务质量 (System
Capacity：Trunking and Grade of Service)
对系统容量的估计是建立在中继理论
（Trunking Theory）上的。该理论是由Erlang
在19世纪末建立的。
Trunking概念的应用使得较少信道可服务于
大量用户的通信业务。Cellular 系统是依赖它的
Trunking系统提供给每个用户通话服务的。在
Trunking 系统，空闲信道被放置在闲置信道组
中。当用户呼叫时，系统随机地从闲置信道组
中分配出一个信道供用户使用。而闲置信道组
中的信道数减少一个。用户通话结束，信道将
被放回闲置信道组。如果用户呼叫时，闲置信
道组中无闲置信道，则呼叫被拒绝。
中继系统根据用户呼叫的统计特性使系统
容纳较多的用户，通讯公司也正是应用中继理
论来确定一个服务区内应分配给多少信道的。
中继系统按照呼叫处理方式分为两种：一
种是当呼叫被拒后，这次呼叫不被记忆，该用
户的再喊叫视为一个新的喊叫。这种系统称为：
B系统。另一种系统称为C系统，它记忆用户的
喊叫并利用排队理论处理用户再呼叫。
一般来讲，设计一个Trunking系统需要考虑
很多因素，如：夜间用户使用系统的概率小，
而周五下午5点钟左右系统的使用率极高等。
在这里仅介绍一种简单的B系统模型。
对中继系统服务的主要指标是指在一定服
务等级下的系统容量。其中：服务等级用呼损
率描述，即：如果用户在100次呼叫中有两次
被拒绝，则呼损率为：2%。容量Erlang则由信
道的负载密度决定，一个Erlang 表示占满一个
信道的负载密度：1小时/小时，或 1分钟/一
分钟。
在Trunking 系统中， 每个用户对信道的负
载密度贡献定义为： 呼叫频度乘以用户每次通
话的平均时间：
（2-10）
式中： 和H分别代表呼叫频度和平均每次通话
时间。如果系统服务区内有U个用户，则他们
对信道总共的负载密度贡献为：
A=U (2-11)
若系统有C个信道， 则每个信道负载密度为：
(2-12)
系统可承受的负载密度叫做系统容量，它
是由系统处理呼叫方式和允许呼损率决定。由
统计关系可以导出 B系统中容量和呼损率的关
系为：
（2-12）
式中： 代表呼叫被拒绝的概率，A是（2-
11）中定义的系统容量，C为中继信道数。表2-
1该出了（2-12）的数值解。
信 道 数
量 C
容量
呼损率
＝ ＝ ＝ ＝
2
5
4
10
20
24
40
70
100
B系统的Erlange容量
例题：
设一个蜂窝系统属于B系统，它由W = 98个小
区组成，每个小区有40个信道。如果每个用户
平均每小时用2次电话，每次3分钟，设定呼损
率为%，则该系统可以支持多少个用户。
如果呼损率为%, 则可支持多少用户。
解： 每个用户对负载密度的贡献为：
= （2/60）3 = Erlangs
若C=40和GOS=, 查表2-1得到，小区的容
量为= Erlangs.
所以，小区可支持的用户数U可由下式计算
U =
若呼损率为GOS=, 查表2-1得到，小区的
容量为= Erlangs.
则：小区可支持的用户数
U =
系统支持用户数可由：
N = UW
计算得到 = 257 x 98 = 25186
=245 x 98 = 24010
在结束本章之前，应当指出：随着电话提供上
网服务，上述估计值会远低与服务要求。
