蜂窝网络

蜂窝网络由多个小区组成。每个小区覆盖一定的地理区域，其内设有基站，该基站类似于802.11 AP设备，能够帮助移动用户接入网络。在移动设备和基站之间，存在着物理层和数据链路层的协议接口。所有这些基站都连接着移动交换中心，而移动交换中心则负责将各个小区连接成广域网络，同时管理通话的建立过程以及移动设备的相关功能。

有一些特定的无线电频谱被分配给基站以及某个特定区域。现在，这些频谱需要被共享使用。有两种技术可以用来实现移动设备与基站之间的无线电频谱共享：

• 组合式FDMA/TDMA：它将频谱划分为不同的频率通道，而每个通道又被划分为多个时间槽。
• 码分多址技术（CDMA）：这种方式使得同一频谱可以被所有小区重复使用。从而提升了网络容量。系统使用了两个频段：其中一个用于传输通道（从基站到用户端），另一个则用于反向传输通道（从用户端到基站）。

细胞基础原理

实际上，细胞具有任意的形状（近似于圆形），因为从各个方向来看，细胞的形状都是相同的，而且细胞在各个方向上的敏感度也相同。不过，当两个或三个圆形细胞组合在一起时，它们之间可能会存在空隙或相互交叉。为了解决这个问题，我们可以使用等边三角形、正方形或正六边形作为细胞结构。其中，正六边形更接近圆形，因此适用于系统设计。同频复用该比率由以下公式给出：

DL/RL= 3N的平方根DL同频信道小区之间的距离RL = 细胞半径N = 簇的大小

N簇中细胞的数量决定了共信道干扰的程度，同时也决定了每个小区可使用的频率频道数量。

细胞分裂

当某个地区的订阅者数量增加时，就需要分配更多的频道来覆盖这些地区。这是通过以下方式来实现的：细胞分裂在两个同频道小区之间的中间位置，引入了一个小型小区。

对细胞层级结构的需求

将覆盖范围扩展到那些难以被大型基站覆盖的区域。为那些用户密度较高的区域提升网络容量。无线设备的数量不断增加，它们之间的通信也日益频繁。

细胞层级结构

• Femtocells：作为层级结构中的最小单位，这些单元只需要覆盖几米的范围即可，因为所有设备都位于该单元的物理范围内。
• Picocells：这些网络的规模在几十米左右，例如：WLANs.
• 微细胞：可以覆盖数百米的范围，比如在城市地区。这样就能为另一种移动技术——PCS提供支持。
• 宏观单元：可以覆盖几公里范围内的区域，比如，可以覆盖大城市周边地区。
• 巨型细胞：能够覆盖全国各个地区，覆盖范围可达数百公里。例如，这种技术常被用于与卫星进行通信。

固定信道分配

对于某个特定的频道来说，与之相关的频段是固定的。所有频道的总数由以下公式给出：

Nc = W/B  其中，  W表示可用频谱的带宽；  B表示每个小区中各个信道所需的带宽；  Cc = Nc/N，这里的N指的是集群的大小。

相邻的无线电频率频段被分配给不同的小区。在模拟系统中，每个频道对应一个用户；而在数字系统中，每个RF频道可以承载多个时隙或代码（TDMA/CDMA）。这种分配方式易于实现，因为流量是均匀分布的。

全球移动通信系统（GSM）

GSM系统使用124个频率频道，每个频率频道都采用8个时隙的时分复用技术进行传输。 还有某个频率范围也是固定的。 发送和接收操作不会同时发生，因为GSM无线电设备无法同时执行发送和接收功能。从一种模式切换到另一种模式需要一定的时间。 数据帧的传输时间为547微秒。不过，由于该发射器需要与另外7个电台共享同一信道，因此它每4.615微秒只能发送一个数据帧。 每个频道的总传输速率是270,833比特每秒，这些流量被分配给8个用户。因此，每个用户实际获得的传输速率约为33,854比特每秒。

控制信道（CC）

除了用户通道之外，还有一些控制通道，它们被用来管理整个系统。

1. 广播控制信道（BCC）：这是从基站发出的连续信号流，其中包含了基站的身份信息以及通信信道的状态信息。所有移动站都会监测自己的信号强度，以判断自己何时会进入新的小区范围内。
2. 专用控制信道（DCC）：该信道用于位置更新、注册以及呼叫建立等操作。具体来说，每个基站都维护着移动站的相关信息数据库。需要用来维护这个数据库的信息会通过专用控制信道进行传输。

通用控制信道

有三个逻辑子通道：

1. 这是基站用来通知来电的通道。每个移动站都会持续监控这一通道，以便及时响应那些需要接听的呼叫。
2. 这是一种随机接入通道，它允许用户请求在专用控制信道上的空闲时间。如果有两个请求同时被发送，那么这些请求就会相互冲突，需要重新尝试。
3. 该访问授权通道，实际上就是被指定的、已宣布的分配槽位。

蜂窝网络的优点

• 移动用户和固定电话用户都可以使用它进行连接。此外，它还提供语音服务和数据服务。
• 其产能得到了提升，且维护起来也非常方便。
• 该设备的升级非常容易，而且耗电也较少。
• 由于它具有无线特性，因此可以在无法铺设电缆的地方使用它。
• 可以充分利用所有私有网络和公共网络的各项功能与特性。
• 可以覆盖更广泛的区域。

蜂窝网络的缺点

• 其数据传输速率低于光纤和DSL等有线网络。数据传输速率会因所使用的无线技术而有所不同，比如GSM、CDMA、LTE等。
• 巨噬细胞会受到多种信号传递中断的影响。
• 为了为客户提供服务，其服务能力是有限的，这种限制取决于所使用的通信渠道以及不同的接入技术。
• 由于这种连接方式是无线式的，因此存在安全方面的隐患。
• 在构建蜂窝网络的天线时，需要建造一座基础塔以及相应的空间。这项工作需要大量的时间和人力投入。