一种增加蜂窝移动通信容量的方法 【技术领域】
本发明涉及一种增加蜂窝移动通信容量的方法，属于无线通信领域。
背景技术
随着无线通信地飞速发展，用户容量问题逐渐成为制约移动通信发展的首要问题。贝尔实验室在20世纪70年代初研制成功的第一个蜂窝电话系统解决了频率不足和用户容量的问题。当前无论是在第二代移动通信系统还是在第三代移动通信系统中均使用蜂窝技术，蜂窝的划分如图1所示。共同使用全部可用信道的N个小区叫做一簇，每个小区使用全部可用信道的N分之一。N的大小可以取不同的数值，例如3小区制、4小区制、7小区制、12小区制、13小区制等等。图1所示为4小区制，黑线框起来的4个小区A、B、C、D为1簇，其中A、B、C、D共同使用全部信道，字母相同的小区使用相同的信道。
蜂窝技术根据电磁波在空间传播中存在路径损耗这一特性，将整个覆盖区域分为一个个小区，小区的服务由小区内的基站来提供。每个小区使用可用信道的一部分，它的相邻小区则使用另外其它不同的信道，以免互相干扰。在距离足够远、路径损耗足够大的小区中才继续复用这些信道，该足够远的距离称为信道复用距离，如图1中的L。在相隔复用距离后再使用同频信道，信道之间的干扰就可以降低到可接受的水平。通过这种方法对信道进行了复用，在总信道数不变的情况下，扩大了用户的容量。
在同一个蜂窝中，对于靠近基站的用户，上行和下行信号的功率都比较小，对其他小区用户产生的同信道干扰也较小；对于远离基站的用户，上行和下行信号的功率都比较大，对其他小区用户产生的同信道干扰也较大。
在蜂窝系统中，当用户数量增加，小区内可用信道不够时，可以采取小区分裂的方法来增加系统容量。小区分裂是将拥挤的小区分成更小的小区的方法，每个新小区都建立自己的基站并相应降低天线高度和减小发射机功率。该方法的小区划分示意图如图2所示，虽然该方法能够减小复用距离，但将增大基站设备成本，在用户移动时也增加了用户与基站间的切换次数，同时也使基站使用频率的分配变为更加复杂。
另一种解决方法是划分扇区，如图3所示。通过定向天线来代替基站中单独的一根全向天线，其中每个定向天线辐射某一特定的扇区。使用定向天线，小区将只接收同信道小区中一部分小区的干扰。这样能减小同信道之间的干扰。但对容量增加有限。
上述已有技术可参见《无线通信原理与应用》，作者：Theodore S.Rappaport电子工业出版社，1999年。
【发明内容】
本发明的目的是提出一种增加移动蜂窝的方法，改变蜂窝小区的划分格式，以进一步提高无线蜂窝通信系统的容量。
本发明提出的增加蜂窝移动通信容量的方法，包括以下各步骤：
(1)根据与蜂窝小区基站的距离，将半径为R的蜂窝小区分为内小区和外小区，内小区的半径为r，外小区的半径为R，0＜r＜R；
(2)将移动通信系统的可用信道分为与内、外小区相对应的两部分；
(3)根据内、外小区的半径大小，设定内、外小区信道的发射功率范围，使外小区的发射功率范围大于内小区的发射功率范围；
(4)基站将用户信道的发射功率与步骤(3)设定的内、外小区信道的发射功率范围相比较，判定用户所在位置，并向用户分配相应的内、外小区信道。
本发明提出的增加蜂窝移动通信容量的方法，应用在N小区制的无线蜂窝通信系统中(N＞1)，由于内小区中的用户收到信号的信噪比较高，内小区受其它同信道小区的干扰较小，因此使用本发明提出的蜂窝划分方法，可以适当缩短内小区之间的信道复用距离，提高信道复用的效率，增加用户容量。
【附图说明】
图1是一般的蜂窝移动通信的蜂窝小区格式示意图。
图2和图3是已有的小区划分示意图，图2中将一个小区分成了3个更小的小区，其中不同阴影代表不同的小区，图3中将一个小区划分成3个扇区。
图4是本发明的一个实施例中小区划分的示意图。
【具体实施方式】
本发明提出的增加蜂窝移动通信容量的方法，首先根据与蜂窝小区基站的距离，将半径为R的蜂窝小区分为内小区和外小区，内小区的半径为r，外小区的半径为R，0＜r＜R；将移动通信系统的可用信道分为与内、外小区相对应的两部分；根据内、外小区的半径大小，设定相应的发射功率范围，使外小区的发射功率大于内小区的发射功率；基站将用户信道的发射功率与设定的内、外小区信道的发射功率范围相比较，判定用户所在位置，并向用户分配相应的内、外小区信道。
本发明方法在当前蜂窝划分的基础上，提出了叠蜂窝小区的概念。基站的远近不同，将半径为R小区分为两部分。划分方法是：以六边形的中点为中点，r(0＜r＜R)为边长的六边形作为分界线，将小区分为外小区和内小区。将所有可用信道也分为两部分，分别在外小区和内小区中使用，这样消除了同一小区中内、外小区信道之间的互相干扰。这是由于内小区中的用户收到信号的信噪比较高，内小区受其它同信道小区的干扰较小，因此使用本发明提出的蜂窝划分方法，可以适当缩短内小区之间的信道复用距离，提高信道复用的效率，增加用户容量。对于外小区的复用不做改变。
图4是本发明方法提出的小区划分的一个实施例的示意图，以当前的第二代移动通信系统(GSM)为例，若原系统采用已有技术的4小区制，而采用本发明的叠蜂窝小区后，外小区仍采用4小区制，内小区采用1小区制，设内、外小区用户密度为1∶1，则系统容量可以增加23％。一般情况下通信的基站都建立在移动通信用户的密集区，因此若同时加大内小区中的用户密度，即使内、外小区用户密度为2∶1，此时系统容量会比原来增加42.9％。若使内、外小区用户密度为3∶1，此时系统容量会比原来增加60％。
在实际应用中，首先根据内小区和外小区覆盖的不同区域来确定内小区信道和外小区信道相应发射功率的范围，内小区信道的发射功率被限定在一定范围内，外小区信道的发射功率在内小区发射功率之上并限定在另一个比较大的值内。基站根据信道的发射功率来判定用户所在的位置，决定使用何种信道。当用户开始通信时基站首先分配内小区信道。当内小区信道的功率不能满足正常通信时，说明用户在外小区，基站将用户切换到功率较大的外小区信道。在通信过程中，当用户发射功率发生变化时，基站控制切换到相应的信道上。
内小区信道不足时，可以借用本小区的外小区信道，不会对系统产生影响。
当移动用户处于高速移动状态横穿小区时，可以一直使用外小区信道，来减轻切换的压力。