1.1.4　物尽其用——频率复用技术

在无线网络中，因为运营商拥有的频谱有限，基站频率点需要重复利用才行，那么这些频率点要如何重复使用才比较高效呢？

在讨论频率的复用技术之前，先来看看无线基站的覆盖方式。

无线网络是在有线网络的基础上发展起来的，在有线电话时期，贝尔电话系统使用了集中交换的概念，也就是说所有的电话会先汇聚到仅有的几个交换中心，再进行通话的转接和交换，负责转接和交换的机器是交换机。例如A需要给B打电话，那么A的通话要求会先到达交换机，通过交换机再把电话转接到B那里。这样的网络结构在一定程度上可以看成是星形网络结构，如图1-10所示。

那么参照有线电话的结构，我们能不能照葫芦画瓢，顺利组建一个无线网络呢？答案是肯定的，无线网络的接入层网络就是按照这种方式来设计的，只不过无线网络把“交换机”换成了基站而已。在实际应用中，由于基站天线的辐射范围有限，而且无线用户的密度远远大于有线用户的密度，所以无线网络中基站的覆盖范围远远小于有线电话网络中“交换中心”的覆盖范围。此外基站一般建得比较高，如果从立体的角度来看，基站覆盖的范围就像一个倒扣的锅盖，如图1-11所示。

如果对上面的立体图像进行几何抽象，这些基站覆盖的范围可以等效为跟马蜂窝一样的正六边形的全组合，为什么要用正六边形？因为从仿真学的角度来看正六边形能够无缝全组合，边长最小且面积最大，所以选用它作为基站覆盖模型最合适不过了。由于基站这种类似于六边形蜂窝的覆盖形状，所以无线通信网络也被称为蜂窝通信系统，如图1-12所示。

在蜂窝式分布的基站之中，应该怎样重复使用频点呢？能不能给每个基站都分配相同的频点？毕竟这样最节省频点资源。可是在调频技术还没出现前，如果所有基站都分配同样的频点，基站间将会出现非常大的同频干扰，每个手机和基站都将因为接收到过多的干扰信号而不知所措。所以使用了相同频率点或者相近频率点的基站之间需要有相隔一定的距离，但是基站相隔开来以后中间就会留下一大片覆盖盲区，所以要在这两个使用了相同频点的基站间插入一些使用其他频点的基站。因此暂时还不能给每个基站分配同样的频率点，正确的做法应该是给隔了一定距离的基站分配同样的频率点。

在这里，为了保护使用相同频点的基站不产生干扰而设置的基站隔离距离被人们称为频率复用距离。在2G的GSM系统里面，需要通过复用距离来保证使用同一个频率的两个基站之间的同频载干比C/I（也就是基站接收到的载波功率/干扰功率）大于12dB。

复用距离的设定与网络中采用的频率复用模式是紧密相关的，在GSM网络初期，比较常用的复用模式是4×3模式。所谓4×3模式指的是每个基站包括3个120°或者60°的扇区，假如每个扇区分配一个频率点，那相邻4个基站之间的所有扇区都要采用不同的频率点。换句话说就是采用了4×3复用模式的无线网络起码得有12个频率点才可以重复组网。如果运营商手上拥有的频点多于12个，那么它就可以在一个扇区布置2个甚至4个频率点，因为GSM的1个频率点在开全速率的情况下最多只能同时供7个或者8个用户使用，假如这个小区配置2个频率点的话能容纳的用户数就翻倍。除了4×3模式，常用的还有3×3、2×3等复用模式。它们的原理一样，不过就是复用距离D更短了而已，这三种复用方式的组网示意图如图1-13～图1-15所示。

大家看上面的这三个图，会发现复用模式从4×3到3×3到最后的1×3，复用距离越来越短了，这也就意味着使用了相同频率点的基站已经相隔得越来越近。此外，4×3复用模式需要12个频率点才能重复组网，3×3复用模式9个频点可以重复组网，到最后1×3复用模式只需要3个频点就可以重复组网，频点的利用效率也被大大提高了。之所以能取得这样的成就，主要还是得益于调频技术的使用和发展。频率复用技术到后面的3G时代，已经能实现同频点重复组网了，也就是说全网只需要1个频点就足够了。这样一来，所有基站都使用同一个频率点的愿望终于实现，复用技术也就淡出了人们的视野。