3.1 蜂窝系统

大多数商业广播电视系统的设计目标是尽可能多地扩大无线电覆盖面积。这些系统的设计者通常在国家有关部门所规定的最高位置架设天线并使用最大的功率去广播信号。因此，这一天线所用的频率在很大的距离范围内不能复用，否则两天线发射的信号可能造成干扰并影响信息传输的质量。两天线间间隔的面积可能远远大于它们所能覆盖的面积。

蜂窝系统采用的是一种截然不同的方法。它用小功率发射机在一个相对小的面积上高效地利用可供使用的频段。设计一个高效率蜂窝系统的关键是将每个可用频段的使用次数在一定区域内最大化。

蜂窝系统是被设计去控制多组低功率的无线电去覆盖整个服务区（见图3-1）。每组无线电为附近的移动设备服务。被每一组无线电服务的区域称为小区。每个小区有一定数量的低功率无线电用于小区内的通信。小区内无线电功率会足够大到满足小区内所有移动节点（包括在小区边缘节点）的通信。最初的系统只有较少的使用者，因此采用28km的小区半径。在之后的成熟系统中就采用了2km来使得频率复用率足够大。

随着系统流量的增加，系统加入了新的小区和信道。如有系统使用一种不合理的小区模式，这将使系统的频谱利用率变得很低，因为同信道之间的干扰会使得信道的复用变得艰难。另外，还会导致一种不经济的设备部署，需要一个小区接着另一个小区去重新部署。因此，每当系统进入建设阶段时，大量的工程量会被用在重新调整传输、切换和控制资源。利用规则的小区模式则可以消除这些困难。

在现实中，小区的覆盖面积是一个不规则的圆形。实际上的覆盖面积由地形以及其他一些因素来控制。为设计的目的并做一次近似，我们认为覆盖的面积是一个正多边形。例如，一个常功率的全方向天线，它的覆盖面积将会是一个圆形。为了达到没有死角的全覆盖，需要一系列的正多边形来组成小区。任何正多边形，例如正三角形、正方形或是正六边形可以被用于小区设计。正六边形是一个常用的选择，这主要有两个原因：第一个正六边形的布局需要更少的小区数，同时这也意味着需要更少的天线；第二个正六边形的布局和其他形状比起来更经济实惠。在实际操作中，常常是在地图上画一系列的正多边形后，利用传输模型计算不同方向的信噪比SNR或是利用近似求解的计算机程序。在本章接下来的部分里，我们将假设正多边形是覆盖面积。

图3-1 蜂窝系统

一个小区可以是由单个基站提供服务，多个小区可组成区群。在蜂窝系统中，区群中各个基站都是以有线连接的方式连接至移动交换中心（MSC）。与基站相比，MSC有更强的计算能力，具有更多的功能。因此，绝大多数通信操作都会由MSC去处理完成。