1.3 基站无线覆盖、信道频率——空间复用及组网的隔离度要求

1.3.1 基站无线覆盖特性

当今陆地蜂窝移动通信系统是将需要进行通信的广大地域划分为许多正六边形的小区。每个正六边形小区周围又有六个正六边形小区与之无缝连接，由此可以组成任意大小地域的蜂房式覆盖图形，用于实现对整个地域的无缝全覆盖。如图1.6所示为陆地蜂窝移动通信系统覆盖组网结构示意图。

可以证明：要实现对一个广大地域的整体全覆盖，采用正六边形图形小区组图覆盖，所需要的蜂房“小区”数量是最少的。这种由正六边形拼接起来的图形与蜂窝的形状结构十分相似，所以称为蜂窝移动通信系统。

移动通信系统在每个正六边形小区的中心设置一个基站（BS），如图1.6中“Ⅰ-1#”六边形小区。并采用基站天线发射的无线电波覆盖“Ⅰ-1#”小区。当每个六边形小区中心都设置一个基站（BS）时，在平坦地面环境条件下，就能实现对所有小区或整个地域的无线电波无缝全覆盖。

1.3.2 移动通信组网的频率配置复用与同频干扰的隔离度要求

在进行蜂窝移动通信系统组网和小区基站的工作频率配置中，不能期望在整个蜂窝移动通信系统覆盖范围内的每个蜂窝小区基站全部配置不同的载频，以保证整个移动通信系统内各个基站通信业务工作的正常通信。这是因为无线电频率是一个有限的资源，实际分配给移动通信系统的使用频段总是很有限的。这就提出了一个问题：怎样才能做到使用尽可能少的载波信道频率数目，为尽可能多的基站或用户提供通信服务呢？换句话说就是如何采用频率复用方式来提高频谱利用率，以减少对射频载波频率数目的使用要求。

频率的空间复用是提高频谱利用率的方法之一，在蜂窝移动通信系统中反映为小区基站载波频率配置的重复使用问题。事实上，在无线通信领域中，空间频率复用并不是一个新问题。在已经使用很久的微波接力通信系统中，在数百或数千千米通信线路上，往往需要设置数十甚至上百个中继站同时工作。在整条通信线路上采用二、四或六频制配置工作方式，就是空间频率复用的典型例子。只不过微波接力通信处理的是在一条线上的通信频率配置问题，而在移动通信系统中讨论的是在广大的陆地平面范围内的频率配置复用问题。

图1.6 陆地蜂窝移动通信系统组网结构示意图

移动通信系统所采用的空间频率复用的方法是将移动通信系统内的若干个相邻小区划分并组成一个“小区组群图形”，如图1.6中上半部分所表示的“小区组群图形”那样。它可以使用三小区组成一个单元组群、四小区组成一个单元组群、七小区组成一个单元组群，等等。在一个单元组群中，每个小区基站的载频频率配置是不相同的。但是可以重复用这个载频频率配置的“小区组群图形”，相互无缝拼接起来，就像铺地板一样向四周扩展。由此可以组成任意大小和形状的平面无缝覆盖图形。这样一来，在整个移动通信系统服务或覆盖的范围内，仅仅使用载频频率配置相同的同一个“小区组群图形”样板，或者是说仅仅使用了数目有限的一组载频频率，就可以实现对整个移动通信系统要覆盖的广大地域范围内的无线无缝覆盖问题。

采用这种频率配置方式虽然节省了频率，但是也带来了一个新问题，就是移动通信系统中的同频干扰问题。因为在相邻的“小区单元组群”中，小区基站的载波频率配置图形是相同的，所以潜在的同频干扰是不可避免的。于是就产生了一个相邻“小区单元组群”之间的同频干扰的抑制度（或隔离度）要求问题。只有将同频干扰信号的电平（或场强）降低到有用信号电平以下若干分贝（如GX分贝），使得由其他相邻“小区单元组群”同频干扰信号对本“小区单元组群”接收机的有用信号的接收解调性能的影响变得微不足道，才能确保本“小区单元组群”各个小区基站和移动站有用信号的正常接收，最终保证实现整个移动通信系统整体覆盖范围内的通信业务的正常进行。

移动通信系统对空间频率复用所产生的同频干扰抑制度要求是：在任何一个“小区单元组群”中，本“小区单元组群”中的小区基站正常接收信号电平对其相邻“小区单元组群”同频工作基站之间所产生的同频干扰信号的抑制度应该足够大，使得周围所有同频工作的小区基站所产生的同频干扰信号能量的总和不会对本“小区单元组群”同频工作的任何一个基站的正常通信业务造成不可接受的干扰影响。

在小区基站空间频率复用方式中，同频干扰抑制度是靠同频干扰信号源与正常接收有用信号信源之间的路径距离差所产生的无线电传播路径损耗差来取得的。不同小区数目的“小区单元组群”所能取得的同频工作的小区基站之间的距离D是不相同的。同频干扰抑制度或距离差将随“小区单元组群”中小区（基站）数目的增加而增大，如图1.6所示。对于使用较多的七小区单元组群制图形，图1.6中列出了部分相邻单元组群的同频工作基站之间的距离D。采用任意三角形求边长的方法不难计算出距离D。

假定基站小区的覆盖半径为r。线段AA和SS之间的夹角为60°。夹角边长OA与OS的长度分别为5r和4r。将边长OA与OS及其夹角代入式（1-2），可以求出相邻组群单元中“Ⅰ-1#”基站小区之间的距离D。根据距离D、小区覆盖半径r，可以方便地估算出七小区单元组群之间的同频工作基站之间的距离D为

知道了D和r的距离关系，利用空间无线电波传播的损耗规律，不难计算出同频干扰信号场强与有用信号场强之的比例关系。对于七小区单元组群，如果假定空间无线电波为视距传播，则有用信号对干扰信号的抑制度GX＞13dB。综合考虑干扰源数量为多个和不可避免的遮挡等因素影响，在大多数地方选用七小区单元组群可以满足对同频干扰的抑制度要求。

除了用增加同频基站之间的距离来提高同频干扰抑制度以外，采用适当的基站赋形天线设计方法，将基站天线副瓣的第一个零点（谷点）设计在相邻的同频工作基站处，也可显著改善基站之间的同频干扰抑制度。图1.7所示为七小区单元组群时的全向基站天线波束赋形设计示意图。

图1.7 基站全向覆盖赋形天线波束示意图

1.3.3 移动通信系统的组网频率复用系数

移动通信组网的频率复用系数与系统组网所选用的单元组群图形有关。在移动通信常用的七小区单元组群制中，频率复用是以七为单位进行重复使用的，故其频率复用系数为1/7。对于以三小区单元组群为单位进行通信网组网频率配置的通信系统，它的频率复用系数则为1/3。