蜂窝通信原理
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扇区化
我们前面所说的小区都是指全向小区，即一个基站对应一个小 区，有一根发射天线，将无线电波辐射到 360 度的范围。
如果采用全向小区，那么当同一地理区域内的 MS 数增加时， 应该相应的增加小区数以扩大容量。为了在该地理区域安装更多的 小区，必须减小小区的大小，而全向小区间的距离必须足够远，以 防止同信道干扰和邻信道干扰。这种冲突会降低蜂窝网络的性能。
小的小区 小的小区用在 MS 数多的小区域，或者为了减小干扰而要求发
射功率低的区域。小的小区一般覆盖直径为 200m 以上。 小的小区一般用在： 城区 要求低功率发射的区域 MS 数多的区域
不同大小的小区混合使用 选择使用什么样的小区没有唯一方案。网络运营商希望使用大
的小区，减少安装维护费用，但又必须为用户保证服务质量，他们 必须考虑到多种因素，比如地形，要求的发射功率，MS 数等，这 样会不可避免的将不同大小的小区混合使用。
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从表中可以看出，现在每个小区中共有 4 个载频，每个基站共有 12
个载频，这样在相同的地理范围内支持的用户数会增加，但同时，
同信道干扰和邻信道干扰会有所增强。
Channels)
PCS 1900 接收(上行）1850-1910MHz 发射(下行)1930-1990MHz 299 个独立无线频率信道 ARFCN(Absolute Radio Frequency
Channels)
ARFCN 带宽=200KHz 8 个 TDMS 时隙
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第一章 蜂窝通信原理
蜂窝电话网络与“陆地”电话网络相比，有许多优点，不仅对于 移动用户，对于网络运营商来说也是一样的。
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第一章 蜂窝通信原理
概述
对于移动用户的优点
移动性 灵活性 便利性
对于网络运营商的优点
易于扩容 高收益率 频谱利用率高 易于重新配置
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第一章 蜂窝通信原理
网络组成
同信道干扰 如果使用相同频率的两个载频离得过近，它们之间将会互相干
扰，这种干扰称为同信道干扰。
邻信道干扰 RF 载频受到另一个使用邻近频率的 RF 载频的干扰，这种干
扰称为邻 信道干扰。
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第一章 蜂窝通信原理
频率复用
频率 1 频率复用
频率 2
频率 1
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第一章 蜂窝通信原理
小区的大小
一个区域内的小区数取决于该区域内的移动用户数及该区域的 地形（山、湖、建筑物等）。
大的小区 GSM 最大的小区直径达 80km，但这和小区覆盖区域的地形
及 MS 的功率级有关。在 GSM 系统中，MS 的发射功率可达 8w， 显然 MS 的发射功率越高，小区可以越大。如果基站设在山上，而 且周围没有什么障碍物，无线电波可以传得很远。如果基站设在城 市中间，周围高的建筑物会阻挡无线电波的传播路径。 大的小区一般用在： 偏远地区 海边 用户很少的区域 面积大但需要用最少的基站覆盖的地方
小区一般被画作六边形，但实际上小区是不规则形状，这主要 是受周围地形干扰的影响或是取决于网络规划者的设计。
图示的小区覆盖 实际的小区覆盖
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第一章 蜂窝通信原理
网络组成
PSTN
BSS MS
BSS MS
MSC
BSS MS
BSS MS
BSS MS
BSS MS
PSTN (Public Switched Telephone Network) 公众交换电话网
一 个 绝 对 无 线 频 率 信 道 编 号 ARFCN（ Absolute Radio Frequency Number）或 RF 载频实际是指一对频率，一个用于发 射，一个用于接收，这样可以双向的传送信息。发射、接收频率之 间的频率间隔称为双工间隔，GSM900 和 EGSM900 的双工间隔是 45MHz，DCS1800 的双工间隔是 95MHz，PCS1900 的双工间隔 是 80MHz，
GSM 网 络 包 括 移 动 业 务 交 换 中 心 MSC（ Mobile Services Switching Centres），基站系统 BSS（Base Station System），以及 移动台 MS（Mobile Station）。这三种网络实体各自都还可以划分成 更 小 的 实 体 ， 比 如 在 BSS 中 有 基 站 控 制 器 BSC（ Base Station Controller），基站收发信台 BTS（Base Transceiver Station）和压 缩编码器 XCDR（Transcoder）。对于这些更小的网络实体，在后面 将会具体讨论到。
的区域，如英国。 由前面可知，最大的小区其直径约为 70km，显然这 48 个频点
无法覆盖整个英国。 为解决频率受限的问题，网络运营商必须将同一个频率重复使
用，这就称为“频率复用”。 网络规划者在做频率复用规划时必须考虑频率的复用率及小区
间的距离，否则会产生同信道干扰或邻信道干扰，或二者都有。网 络运营商还要考虑需要被覆盖的区域的不同特点，在人口稠密的城 区频率复用率比较高，采用小的小区，提供的容量也较大；在人口 稀少的农村频率复用率较低，采用大的小区，提供的容量也较小。
Channels)
EGSM 900 接收(上行）880-915MHz 发射(下行)925-960MHz 174 个独立无线频率信道 ARFCN(Absolute Radio Frequency
Channels)
GSM 1800(DCS1800) 接收(上行）1710-1785MHz 发射(下行)1805-1880MHz 374 个独立无线频率信道 ARFCN(Absolute Radio Frequency
MSC (Mobile service Switching Centre)
移动业务交换中心
BSS (Base Station System)
基站系统
MS (Mobile Station)
移动台
(Cell Coverage Area)
小区覆盖区域
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第一章 蜂窝通信原理
频谱
简介
频谱非常拥挤，只有很窄的带宽分配给了蜂窝通信。对面列出 了 分 配 给 GSM， EGSM（ Extended GSM） ， GSM1800 （DCS1800）及 PCS1800 的频谱
从对面图中可以看出，将基站扇区化之后，在相同的地理区域 内可以有更多的小区，更多的移动用户可以接入并使用蜂窝网络。
一般对人口稠密地区或者移动用户较集中区域（比如会议中心/ 商务建筑物）内的基站扇区化
4 基站/3 小区 4 基站/3 小区是 GSM 中一种典型的频率复用模式。 例如：网络运营商有 36 个频点可用，如果他希望采用 4 基站/3
为了在同一地理区域内获得更大的容量，可以采用一种称为“扇 区化”的技术，扇区化即是将一个基站分成多个小区，每个小区都有 自己的发射和接收天线，相当于一个独立的小区。
扇区化的小区使用特制的定向天线，使该小区发射的无线电波 集中在一个特定的方向上。这样做有很多优点，首先小区发射的无 线电波能量集中到了一个更小的区域如 60 度，120 度或 180 度， 而不是以 360 度全向发射，这样可以获得更强的信号，有利于“室内 覆盖”等。另外，同频复用距离缩短，在同一地理区域可以有更多的 小区，可以支持更多的移动用户。
第一章 蜂窝通信原理
第一章 蜂窝通信原理
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第一章 蜂窝通信原理
蜂窝通信原理
概述 蜂窝电话系统用于为移动台 MS（Mobile Station）与公共电话
系统之间，或者和另一个蜂窝系统的移动台之间建立连接。 移动台 MS 与蜂窝网络之间的信息通过无线电波传送，这样省
去了传统电话中的电话线，因此，移动用户可以自由移动，比如在 车上，或步行。 蜂窝通信的优点
不论是什么原因引起的切换，都需要由某些网络实体来控制切 换的完成。在 GSM 中，由移动业务交换中心 MSC 控制切换。
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第一章 蜂窝通信原理
小区扇区化（Sectorization）
全向基站 1副发射/接收天线
3 小区基站 3 副发射/接收天线
6 小区基站 6 副发射/接收天线
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第一章 蜂窝通信原理
使用扇区化的基站
一方面为了避免干扰，需要让使用相同频率 RF 载频的小区之 间相距足够远，这样会降低频率服用率；另一方面，为了获得更高 的容量，需要尽量提高频率复用率。在实际情况中，RF 载频分配及 小区大小选择的原则主要就是为了使以上二者之间达到平衡。
在 MSC，BSS 和 MS 组成的蜂窝系统中，移动用户可以发起 呼叫，接收呼叫，系统会相应的计费，就如同一般的 PSTN 网络能 完成的功能一样。唯一存在的问题是，MS 只能同其它的 MS 之间 进行呼叫，为了使移动台也能与市话用户之间进行呼叫，所以有必 要把 GSM 网络连到 PSTN。
蜂窝网络中的移动台处在“小区”中，这些小区由 BSS 提供，每 个 BSS 能提供一个或多个小区，这取决于厂商的设备。
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第一章 蜂窝通信原理
小区的大小
最大 60－70 km
大的小区
小的小区
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第一章 蜂窝通信原理
频率复用
标准 GSM 共有 124 个频点可用，大多数的网络运营商并不能 使用所有这频点，而只能使用这 124 个频点中的一部分。
例如： 某网络运营商分配了 48 个频点，需要用这些频点覆盖一个很大
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第一章 蜂窝通信原理
4 基站/3 小区
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第一章 蜂窝通信原理
交换与控制
在全向和定向小区建立的无线覆盖区域内，我们来看一下 MS 移动时的情况（MS 经常是处在移动状态的）。
当 MS 移动时，可能会从一个小区移动到另一个小区。有多种 原因会引起移动台从一个小区到另一个小区的切换，如：“服务小 区”的信号比“相邻小区”的信号弱，或者 MS 在当前服务小区中的通 话质量不好，这时切换到相邻小区可以改善通话质量。
GSM 网络不同于 PSTN 网络，在 PSTN 网络中，每部电话都 是通过一对固定的电话线连到陆地网络，但在 GSM 网络中，MS 通 过无线接口连接到网络，所以很容易理解：一个 RF 载频可以支持 远多于 8 个移动用户。经过统计，一个 RF 载频可以支持 15，20， 甚至 25 个移动用户。
显然由于资源限制,这些移动用户不能同时发起呼叫，但一般他 们也不会同时发起呼叫，所以多个移动用户可以在不同的时间使用 相同的物理资源。
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第一章 蜂窝通信原理
频率范围
GSM 900 接收(上行）890-915MHz 发射(下行)935-960MHz 124 个独立无线频率信道 ARFCN(Absolute Radio Frequency
GSM 网络中每个小区至少要分配一个 ARFCN，当然也可以分 配多个 ARFCN 用来提供更大的容量。
每 个 GSM RF 载 频 支 持 8 个 TDMA（ Time Diwenku.baidu.comision Multiple Access）时隙，所以理论上说每个 RF 载频可以同时支持 8 个电话 呼叫，在以后的课程中我们将可以看到，尽管这种理论上的情况是 可能实现的，但实际上系统还需要传信令，所以一个 RF 载频可能 同时只能支持六个到七个电话呼叫，减少了能支持的移动台数。
25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 在这种配置中每个小区共有 3 个载频，每个基站共有 9 个载频。 如果网络运营商希望采用 3 基站/3 小区的频率复用方式的话，频
率的划分将会是： Cell Cell Cell Cell Cell Cell Cell Cell Cell A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3
小区的复用方式的话，可以将频率划分如下：
Cell Cell Cell Cell Cell Cell Cell Cell Cell Cell Cell Cell
A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3
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我们前面所说的小区都是指全向小区，即一个基站对应一个小 区，有一根发射天线，将无线电波辐射到 360 度的范围。
如果采用全向小区，那么当同一地理区域内的 MS 数增加时， 应该相应的增加小区数以扩大容量。为了在该地理区域安装更多的 小区，必须减小小区的大小，而全向小区间的距离必须足够远，以 防止同信道干扰和邻信道干扰。这种冲突会降低蜂窝网络的性能。
小的小区 小的小区用在 MS 数多的小区域，或者为了减小干扰而要求发
射功率低的区域。小的小区一般覆盖直径为 200m 以上。 小的小区一般用在： 城区 要求低功率发射的区域 MS 数多的区域
不同大小的小区混合使用 选择使用什么样的小区没有唯一方案。网络运营商希望使用大
的小区，减少安装维护费用，但又必须为用户保证服务质量，他们 必须考虑到多种因素，比如地形，要求的发射功率，MS 数等，这 样会不可避免的将不同大小的小区混合使用。
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19 20 21 22 23 24 25 26 27
28 29 30 31 32 33 34 35 36
从表中可以看出，现在每个小区中共有 4 个载频，每个基站共有 12
个载频，这样在相同的地理范围内支持的用户数会增加，但同时，
同信道干扰和邻信道干扰会有所增强。
Channels)
PCS 1900 接收(上行）1850-1910MHz 发射(下行)1930-1990MHz 299 个独立无线频率信道 ARFCN(Absolute Radio Frequency
Channels)
ARFCN 带宽=200KHz 8 个 TDMS 时隙
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第一章 蜂窝通信原理
蜂窝电话网络与“陆地”电话网络相比，有许多优点，不仅对于 移动用户，对于网络运营商来说也是一样的。
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第一章 蜂窝通信原理
概述
对于移动用户的优点
移动性 灵活性 便利性
对于网络运营商的优点
易于扩容 高收益率 频谱利用率高 易于重新配置
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第一章 蜂窝通信原理
网络组成
同信道干扰 如果使用相同频率的两个载频离得过近，它们之间将会互相干
扰，这种干扰称为同信道干扰。
邻信道干扰 RF 载频受到另一个使用邻近频率的 RF 载频的干扰，这种干
扰称为邻 信道干扰。
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第一章 蜂窝通信原理
频率复用
频率 1 频率复用
频率 2
频率 1
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第一章 蜂窝通信原理
小区的大小
一个区域内的小区数取决于该区域内的移动用户数及该区域的 地形（山、湖、建筑物等）。
大的小区 GSM 最大的小区直径达 80km，但这和小区覆盖区域的地形
及 MS 的功率级有关。在 GSM 系统中，MS 的发射功率可达 8w， 显然 MS 的发射功率越高，小区可以越大。如果基站设在山上，而 且周围没有什么障碍物，无线电波可以传得很远。如果基站设在城 市中间，周围高的建筑物会阻挡无线电波的传播路径。 大的小区一般用在： 偏远地区 海边 用户很少的区域 面积大但需要用最少的基站覆盖的地方
小区一般被画作六边形，但实际上小区是不规则形状，这主要 是受周围地形干扰的影响或是取决于网络规划者的设计。
图示的小区覆盖 实际的小区覆盖
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第一章 蜂窝通信原理
网络组成
PSTN
BSS MS
BSS MS
MSC
BSS MS
BSS MS
BSS MS
BSS MS
PSTN (Public Switched Telephone Network) 公众交换电话网
一 个 绝 对 无 线 频 率 信 道 编 号 ARFCN（ Absolute Radio Frequency Number）或 RF 载频实际是指一对频率，一个用于发 射，一个用于接收，这样可以双向的传送信息。发射、接收频率之 间的频率间隔称为双工间隔，GSM900 和 EGSM900 的双工间隔是 45MHz，DCS1800 的双工间隔是 95MHz，PCS1900 的双工间隔 是 80MHz，
GSM 网 络 包 括 移 动 业 务 交 换 中 心 MSC（ Mobile Services Switching Centres），基站系统 BSS（Base Station System），以及 移动台 MS（Mobile Station）。这三种网络实体各自都还可以划分成 更 小 的 实 体 ， 比 如 在 BSS 中 有 基 站 控 制 器 BSC（ Base Station Controller），基站收发信台 BTS（Base Transceiver Station）和压 缩编码器 XCDR（Transcoder）。对于这些更小的网络实体，在后面 将会具体讨论到。
的区域，如英国。 由前面可知，最大的小区其直径约为 70km，显然这 48 个频点
无法覆盖整个英国。 为解决频率受限的问题，网络运营商必须将同一个频率重复使
用，这就称为“频率复用”。 网络规划者在做频率复用规划时必须考虑频率的复用率及小区
间的距离，否则会产生同信道干扰或邻信道干扰，或二者都有。网 络运营商还要考虑需要被覆盖的区域的不同特点，在人口稠密的城 区频率复用率比较高，采用小的小区，提供的容量也较大；在人口 稀少的农村频率复用率较低，采用大的小区，提供的容量也较小。
Channels)
EGSM 900 接收(上行）880-915MHz 发射(下行)925-960MHz 174 个独立无线频率信道 ARFCN(Absolute Radio Frequency
Channels)
GSM 1800(DCS1800) 接收(上行）1710-1785MHz 发射(下行)1805-1880MHz 374 个独立无线频率信道 ARFCN(Absolute Radio Frequency
MSC (Mobile service Switching Centre)
移动业务交换中心
BSS (Base Station System)
基站系统
MS (Mobile Station)
移动台
(Cell Coverage Area)
小区覆盖区域
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第一章 蜂窝通信原理
频谱
简介
频谱非常拥挤，只有很窄的带宽分配给了蜂窝通信。对面列出 了 分 配 给 GSM， EGSM（ Extended GSM） ， GSM1800 （DCS1800）及 PCS1800 的频谱
从对面图中可以看出，将基站扇区化之后，在相同的地理区域 内可以有更多的小区，更多的移动用户可以接入并使用蜂窝网络。
一般对人口稠密地区或者移动用户较集中区域（比如会议中心/ 商务建筑物）内的基站扇区化
4 基站/3 小区 4 基站/3 小区是 GSM 中一种典型的频率复用模式。 例如：网络运营商有 36 个频点可用，如果他希望采用 4 基站/3
为了在同一地理区域内获得更大的容量，可以采用一种称为“扇 区化”的技术，扇区化即是将一个基站分成多个小区，每个小区都有 自己的发射和接收天线，相当于一个独立的小区。
扇区化的小区使用特制的定向天线，使该小区发射的无线电波 集中在一个特定的方向上。这样做有很多优点，首先小区发射的无 线电波能量集中到了一个更小的区域如 60 度，120 度或 180 度， 而不是以 360 度全向发射，这样可以获得更强的信号，有利于“室内 覆盖”等。另外，同频复用距离缩短，在同一地理区域可以有更多的 小区，可以支持更多的移动用户。
第一章 蜂窝通信原理
第一章 蜂窝通信原理
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第一章 蜂窝通信原理
蜂窝通信原理
概述 蜂窝电话系统用于为移动台 MS（Mobile Station）与公共电话
系统之间，或者和另一个蜂窝系统的移动台之间建立连接。 移动台 MS 与蜂窝网络之间的信息通过无线电波传送，这样省
去了传统电话中的电话线，因此，移动用户可以自由移动，比如在 车上，或步行。 蜂窝通信的优点
不论是什么原因引起的切换，都需要由某些网络实体来控制切 换的完成。在 GSM 中，由移动业务交换中心 MSC 控制切换。
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第一章 蜂窝通信原理
小区扇区化（Sectorization）
全向基站 1副发射/接收天线
3 小区基站 3 副发射/接收天线
6 小区基站 6 副发射/接收天线
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第一章 蜂窝通信原理
使用扇区化的基站
一方面为了避免干扰，需要让使用相同频率 RF 载频的小区之 间相距足够远，这样会降低频率服用率；另一方面，为了获得更高 的容量，需要尽量提高频率复用率。在实际情况中，RF 载频分配及 小区大小选择的原则主要就是为了使以上二者之间达到平衡。
在 MSC，BSS 和 MS 组成的蜂窝系统中，移动用户可以发起 呼叫，接收呼叫，系统会相应的计费，就如同一般的 PSTN 网络能 完成的功能一样。唯一存在的问题是，MS 只能同其它的 MS 之间 进行呼叫，为了使移动台也能与市话用户之间进行呼叫，所以有必 要把 GSM 网络连到 PSTN。
蜂窝网络中的移动台处在“小区”中，这些小区由 BSS 提供，每 个 BSS 能提供一个或多个小区，这取决于厂商的设备。
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第一章 蜂窝通信原理
小区的大小
最大 60－70 km
大的小区
小的小区
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第一章 蜂窝通信原理
频率复用
标准 GSM 共有 124 个频点可用，大多数的网络运营商并不能 使用所有这频点，而只能使用这 124 个频点中的一部分。
例如： 某网络运营商分配了 48 个频点，需要用这些频点覆盖一个很大
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第一章 蜂窝通信原理
4 基站/3 小区
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第一章 蜂窝通信原理
交换与控制
在全向和定向小区建立的无线覆盖区域内，我们来看一下 MS 移动时的情况（MS 经常是处在移动状态的）。
当 MS 移动时，可能会从一个小区移动到另一个小区。有多种 原因会引起移动台从一个小区到另一个小区的切换，如：“服务小 区”的信号比“相邻小区”的信号弱，或者 MS 在当前服务小区中的通 话质量不好，这时切换到相邻小区可以改善通话质量。
GSM 网络不同于 PSTN 网络，在 PSTN 网络中，每部电话都 是通过一对固定的电话线连到陆地网络，但在 GSM 网络中，MS 通 过无线接口连接到网络，所以很容易理解：一个 RF 载频可以支持 远多于 8 个移动用户。经过统计，一个 RF 载频可以支持 15，20， 甚至 25 个移动用户。
显然由于资源限制,这些移动用户不能同时发起呼叫，但一般他 们也不会同时发起呼叫，所以多个移动用户可以在不同的时间使用 相同的物理资源。
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第一章 蜂窝通信原理
频率范围
GSM 900 接收(上行）890-915MHz 发射(下行)935-960MHz 124 个独立无线频率信道 ARFCN(Absolute Radio Frequency
GSM 网络中每个小区至少要分配一个 ARFCN，当然也可以分 配多个 ARFCN 用来提供更大的容量。
每 个 GSM RF 载 频 支 持 8 个 TDMA（ Time Diwenku.baidu.comision Multiple Access）时隙，所以理论上说每个 RF 载频可以同时支持 8 个电话 呼叫，在以后的课程中我们将可以看到，尽管这种理论上的情况是 可能实现的，但实际上系统还需要传信令，所以一个 RF 载频可能 同时只能支持六个到七个电话呼叫，减少了能支持的移动台数。
25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 在这种配置中每个小区共有 3 个载频，每个基站共有 9 个载频。 如果网络运营商希望采用 3 基站/3 小区的频率复用方式的话，频
率的划分将会是： Cell Cell Cell Cell Cell Cell Cell Cell Cell A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3
小区的复用方式的话，可以将频率划分如下：
Cell Cell Cell Cell Cell Cell Cell Cell Cell Cell Cell Cell
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