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文檔簡介

2023/12/5項目三移動通信系統(tǒng)組網(wǎng)移動通信的組網(wǎng)就是由若干個移動用戶組成一個系統(tǒng),系統(tǒng)內(nèi)的用戶可以在無線電覆蓋的范圍內(nèi)任何地方,實現(xiàn)在移動過程中的相互通信?,F(xiàn)代的公用移動通信網(wǎng)普遍要求能實現(xiàn)移動用戶和其他網(wǎng)絡(如有線電話網(wǎng))用戶之間相互通信,以實現(xiàn)其四通八達的通信功能。因此,移動通信的組網(wǎng)技術(shù)不僅要研究移動通信網(wǎng)絡本身的最佳組建技術(shù),還應探討移動網(wǎng)和其他網(wǎng)絡之間的最佳連接方式。2023/12/5情景一移動通信的區(qū)制移動通信網(wǎng)所覆蓋的區(qū)域稱為移動通信的服務區(qū)。根據(jù)服務區(qū)域覆蓋方式的不同,可將移動通信網(wǎng)劃分為大區(qū)制和小區(qū)制。2023/12/5一大區(qū)制移動通信系統(tǒng)

一個服務區(qū)只用一個基站(BaseStation,簡稱BS)來覆蓋全地區(qū),由基站來負責該地區(qū)移動通信的聯(lián)絡和控制,這種組成方式稱為大區(qū)制。相應的通信系統(tǒng)稱為大區(qū)制移動通信系統(tǒng)。

2023/12/5二小區(qū)制移動通信系統(tǒng)

小區(qū)制是將整個服務區(qū)劃分為若干個無線小區(qū)。每個小區(qū)的半徑約為2~10km,發(fā)射功率約為5~20w。每個小區(qū)設置一個基站(BS),由它負責本小區(qū)內(nèi)移動用戶的聯(lián)絡和控。同時設置一個移動業(yè)務交換中心(MobileServicesSwitchingCenter—簡稱MSC),統(tǒng)一控制本服務區(qū)內(nèi)基站協(xié)調(diào)地工作,實現(xiàn)小區(qū)之間移動用戶通信的轉(zhuǎn)接,以及移動用戶和市話用戶之間的通信

2023/12/5圖3-3小區(qū)制移動通信系統(tǒng)示意圖2023/12/5情景三服務區(qū)域的劃分方法

根據(jù)移動通信網(wǎng)區(qū)域覆蓋方式的不同,可將小區(qū)制移動通信網(wǎng)劃分帶狀服務區(qū)和面狀服務區(qū)。圖3-4帶狀服務區(qū)2023/12/5二面狀服務區(qū)

面狀服務區(qū)是指服務區(qū)是一寬廣的平面狀區(qū)域。陸地公眾移動通信網(wǎng)用戶的分布大多是廣大平面狀的,這時,需要建立若干個彼此鄰接的小區(qū)才能覆蓋整個服務區(qū)。服務區(qū)內(nèi)的小區(qū)的劃分及組成,取決于電波傳播條件和天線的方向性。2023/12/51.無線小區(qū)的形狀2023/12/5

區(qū)群形狀圖3-5區(qū)群形狀示意圖2023/12/5三激勵方式

激勵方式是指基地臺對本服務小區(qū)的輻射和覆蓋方式。通常對正六邊形小區(qū)的激勵方式有兩種,即中心激勵和頂點激勵。1.中心激勵中心激勵是將基站設在小區(qū)的中央,采用全向天線,用圓形輻射區(qū)覆蓋整個小區(qū),如圖3-7a)所示。2023/12/52.頂點激勵

頂點激勵是將基站設置于六邊形的頂點處,采用定向天線來覆蓋無線小區(qū),如圖3-7b)所示。這種激勵方式對消除小區(qū)內(nèi)的障礙物陰影很有好處。常見的頂點激勵方式有三種:(1)采用60°定向天線,三角形小區(qū)(每基站由六個扇形小區(qū)組成)。(2)采用120°定向天線,菱形小區(qū)(每基站由三個扇形小區(qū)組成)。(3)采用60°定向天線,三葉草形(每基站由三個六角形小區(qū)組成)。2023/12/5頂點激勵方式覆蓋圖

2023/12/5四小區(qū)模型和小區(qū)分裂

1.小區(qū)模型目前常用的單位無線區(qū)群的模型可歸并為三種,即:12個基站構(gòu)成的單位無線區(qū)群;7個基站構(gòu)成的單位無線區(qū)群及4個基站構(gòu)成的單位無線區(qū)群,如圖3-9所示。2023/12/52.小區(qū)分裂(CellSplitting)一般在移動通信網(wǎng)組網(wǎng)初期,用戶不太多時,小區(qū)規(guī)劃的比較大,并且采用全向天線來覆蓋整個小區(qū)。但隨著用戶數(shù)和話務量的增長,配置在該小區(qū)內(nèi)的頻道數(shù)便不夠使用,此時,必須采用小區(qū)分裂的方法來縮小無線小區(qū),提高頻率復用率,從而達到擴大容量的目的。2023/12/5中心激勵方式單位區(qū)群中的每個全向基站分裂

2023/12/5

1×3×4蜂窩分裂綜合結(jié)果2023/12/53.直放站

在組網(wǎng)時,對于需要覆蓋而建設基站又不經(jīng)濟的局部地區(qū),會出現(xiàn)由于地形地物的影響而使無線電波覆蓋不到的盲區(qū)或死區(qū)。這時可以在適當?shù)牡攸c建立直放站,以溝通這些地區(qū)內(nèi)的移動臺和基站之間的通信,實現(xiàn)整個服務區(qū)的覆蓋。直放站實際上是一個同頻放大的中繼站,可以將基站和處于死區(qū)內(nèi)的移動臺的信號接收和轉(zhuǎn)發(fā),其增益約為80,覆蓋距基站30~50的地區(qū)。如圖3-14所示,由于直放站具有經(jīng)濟,可靠,簡單和易于安裝的特點,已得到廣泛的應用。2023/12/5情景三移動通信網(wǎng)的類型

移動通信網(wǎng)是指與有線的公用固定電話(PSTN)相連通而構(gòu)成的有線與無線相結(jié)合的電話通信系統(tǒng),是一個交換式通信系統(tǒng),并根據(jù)網(wǎng)絡范圍的大小及交換控制功能的要求,可以形成不同的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。2023/12/5一網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

一個典型的移動通信網(wǎng)服務區(qū)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖3-15所示。由圖可見,一個完整的移動通信網(wǎng)從服務區(qū)范圍的層次上可分為小區(qū),基站區(qū),位置區(qū),MSC區(qū)和服務區(qū)。小區(qū)是指一個基站或該基站的一個分系統(tǒng)(定向天線)所覆蓋的區(qū)域。基站區(qū)是指由一個基站提供服務的所有小區(qū)覆蓋的區(qū)域。它通過無線信道與移動臺連接,通過中繼線路與移動業(yè)務交換中心(MSC)連接。2023/12/52023/12/5900MHz蜂窩式移動電話網(wǎng)區(qū)域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)2023/12/5二信道結(jié)構(gòu)

信道是信息傳輸?shù)耐ǖ?。在移動通信網(wǎng)中,進行一次正常的通話,除了傳送語音信號外,還需要傳送許多控制信號,這就需要多種信道,包括有線信道和無線信道來傳送相應的信號。這里主要介紹基站和移動臺之間的無線信道。移動通信網(wǎng)中的信道可分為物理信道與邏輯信道兩種。物理信道是實際的信道(如一段帶寬或一個時隙),在基站中對應于信道單元,在設備上每個物理信道表現(xiàn)為一部發(fā)信機,一部收信機及相應的控制單元。邏輯信道是根據(jù)信道中傳送信息的種類不同而劃分的,在實際傳送時必須要被置于某一個物理信道上才能實現(xiàn)。邏輯信道可以分為話音信道(VC)和控制信道(CC)兩種。2023/12/51.話音信道(VC)

話音信道主要用于傳遞話音信號。通常,每個無線小區(qū)有若干條話音信道,它統(tǒng)一受移動業(yè)務交換中心(MSC)的控制與管理。當一條話音信道被占用時,基站上與之對應的發(fā)射機打開,當占用結(jié)束(空閑狀態(tài))時,該發(fā)射機關(guān)閉。話音信道還傳送以下一些信息:(1)檢測音(SAT)在模擬蜂窩系統(tǒng)(AMPS和TACS)中,檢測音是在話音期間連續(xù)發(fā)送的帶外單音,分別為5970、6000和6030三個單頻信號。在一個區(qū)群的所有小區(qū)中只能使用三者之一,而相鄰區(qū)群應使用不同的檢測音。檢測音由基站的話音信道發(fā)出經(jīng)移動臺環(huán)回。其作用是:對話音質(zhì)量跟蹤監(jiān)測;作靜噪控制信號,提高抗同頻干擾的能力;作移動臺走向的判別依據(jù)。(2)數(shù)據(jù)在越區(qū)切換時,語音通常會被切斷800左右,此時,語音信道被用來傳送數(shù)據(jù)。語音信道上傳送的是雙向數(shù)據(jù)形式的必要指令,以實現(xiàn)成功切換。(3)信號音(ST)信號音是單音線路信號,一般在0~300之間,類似于固定電話的回鈴音,由移動臺單方向發(fā)出。在呼叫及越區(qū)切換過程中,BS收到ST,表明移動臺對已發(fā)生事件的確認。2023/12/52.控制信道(CC)

控制信道的類別很多,但主要用于移動的尋呼(Page)和接入(Access)。通常在一個無線小區(qū)中只有一條控制信道,因此,若移動網(wǎng)采用73單位區(qū)群組網(wǎng),則每個單位區(qū)群內(nèi)將有21條控制信道。平時,只要移動臺開機,就會自動??吭谛盘栕顝姷囊粭l控制信道上。當移動臺主呼時,在控制信道上發(fā)出主呼信號,通過基站向移動業(yè)務交換中心發(fā)出入網(wǎng)信息,故控制信道又稱接入信道(AC)。當移動臺被呼時,移動業(yè)務交換中心通過基站在控制信道上一齊發(fā)出呼叫移動臺信號,所以控制信道又稱為尋呼信道(PC)。在控制信道中,還傳遞大量其他數(shù)據(jù),如系統(tǒng)報文,指定通話信道等信號。2023/12/53.頻率配置頻率在無線電通信中是一種十分寶貴而有限的資源,必須統(tǒng)一管理和分配。國際電信聯(lián)盟(ITU)負責全世界范圍內(nèi)頻率資源的分配與管理。我國的管理機構(gòu)為國家無線電管理委員會。目前,我國國家無線電管理委員會分配給蜂窩移動通信系統(tǒng)的頻率如表3-3所示。2023/12/52023/12/5GSM900系統(tǒng)的工作信道號與頻率對照表2023/12/52023/12/5我國采用的73單位區(qū)群結(jié)構(gòu)可按21個信道為一組來配置

2023/12/5情景四移動通信網(wǎng)接入市話網(wǎng)的方式移動通信網(wǎng)進入市網(wǎng)的方式就是指移動電話接入市話網(wǎng)的方式,移動用戶要與市話用戶通話,就必須進入市話網(wǎng),移動通信網(wǎng)進入市話網(wǎng)的方式因移動網(wǎng)的類型和容量不同而異,但雙向接繼必須是自動進行的。通??蓺w納為以下三種類型。2023/12/5一用戶線接入方式

這種接入方式是直接把移動用戶作為市話局的一個用戶。如圖3-19所示。系統(tǒng)常采用單個基站,利用無線用戶集中器通過市話用戶線接入市話網(wǎng)。集線器可根據(jù)實際情況設在基站內(nèi)或市話局內(nèi),它的功能是在市話交換機的控制下對市話用戶線與無線信道的接續(xù)進行控制,以解決市話線數(shù)(N)大于基站的無線信道數(shù)(M)的矛盾。2023/12/5二市話中繼線接入方式

通常在移動用戶較多,基站也較多且其通信業(yè)務主要集中在系統(tǒng)內(nèi)部,與市話網(wǎng)的話務量不大的移動通信系統(tǒng)中,可以采用移動電話小交換機經(jīng)中繼線接入市話網(wǎng)。這種接入方式中,移動通信網(wǎng)實際上相當于市話網(wǎng)一個分局。因此,移動網(wǎng)與市話網(wǎng)接續(xù)時,如同市話分局間相互接續(xù),是在市話中繼線上進行的,如圖3-20所示。這種方式的特點是:(1)移動交換設備較簡單,移動系統(tǒng)功能擴展方便;(2)對信令系統(tǒng)要求較高,要形成自動雙向接續(xù)必須要有復雜的信令系統(tǒng)支持;(3)移動用戶編號自成體系且用戶之間相互呼叫無需經(jīng)過市話網(wǎng)。這種方式適用于中小容量的移動通信系統(tǒng)。2023/12/52023/12/5三移動電話匯接中心方式

將某個大地區(qū)或全國的各種移動電話網(wǎng)匯接起來,構(gòu)成一個區(qū)域性的或全國性的移動電話匯接中心,然后與長途干線或國際干線接續(xù),形成地區(qū)性的或全國性的甚至國際性的無線移動通信網(wǎng)。2023/12/5情景五移動網(wǎng)絡路由及接續(xù)技術(shù)

本情景將具體介紹移動通信網(wǎng)的路由選擇及接續(xù)技術(shù)。一移動用戶呼叫本地的固定用戶1.移動用戶呼叫本地的固定用戶移動用戶呼叫本地固定用戶時,先經(jīng)基站接至移動電話局,再經(jīng)當?shù)厥性拝R接局(TM)接到市話端局(LE)接至固定用戶,其路由如圖3-22所示。2023/12/52.移動用戶呼叫外地的固定用戶

移動用戶呼叫外地的固定用時,先由移動電話局接至當?shù)亻L途局(TS),再在公眾電話網(wǎng)(PSTN)中選擇路由接地外地長途局,經(jīng)外地長途局轉(zhuǎn)接至當?shù)厥性拝R接局后,接至固定用戶,其路由如圖3-23所示。2023/12/5二固定用戶呼叫移動用戶

1.固定用戶呼叫本地移動用戶固定用戶呼叫本地移動用戶時,呼叫由市話端局經(jīng)市話匯接局接入當?shù)匾苿与娫捑郑善湮恢眯畔⒄业剿艚械囊苿佑脩?。如圖3-24所示。2023/12/52.固定用戶呼叫外地移動用戶

固定用戶呼叫外地移動用戶時,分兩種情況:在已聯(lián)網(wǎng)區(qū),呼叫通過當?shù)亻L途局選擇當?shù)匾苿与娫捑肿鳛槿肟诰郑℅MSC),在移動網(wǎng)中尋找路由進行接續(xù),如圖3-25(a)所示;在未聯(lián)網(wǎng)的地區(qū),則先將呼叫接至本地長途局,在公眾網(wǎng)中選擇路由,經(jīng)外地長途局接到外地移動電話局,再在移動網(wǎng)中尋找路由進行接續(xù),如圖3-25(b)所示。2023/12/52023/12/5三移動用戶呼叫移動用戶

1.移動用戶呼叫本地移動用戶移動用戶呼叫移動用戶時,在本地網(wǎng)中選擇路由,如圖3-26所示。2023/12/52.移動用戶呼叫外地移動用戶

移動用戶呼叫外地移動用戶時,路由選擇有兩種:在未聯(lián)網(wǎng)區(qū)域內(nèi),路由在長途網(wǎng)中選擇。如圖3-27a)所示;在已聯(lián)網(wǎng)區(qū)域內(nèi),路由在移動網(wǎng)中選擇。如圖3-27b)所示。2023/12/52023/12/5四切換及漫游

在蜂窩移動通信系統(tǒng)中,還存在以下兩種特有的現(xiàn)象:1.切換切換包括越區(qū)切換和越局切換。(1)越區(qū)切換(HandOff)一個移動臺從一個小區(qū)進入另一個小區(qū),就要改由另一個小區(qū)基站的控制。移動臺經(jīng)過小區(qū)邊界時可能正在通話,這時需從原基站的信道切換到新基站的不同的信道上來,且不能影響正在進行的通話,這種現(xiàn)象稱為越區(qū)切換(HandOff),或簡稱越區(qū)。小區(qū)越小,通話中需要切換的次數(shù)越多,對系統(tǒng)的交換控制技術(shù)的要求也越高。越區(qū)切換過程示意圖如圖3-28所示。2023/12/5越區(qū)切換過程

2023/12/5(2)越局切換越局切換是指在通話過程中,移動臺由一個MSC控制的無線小區(qū)進入到另一個MSC控制的無線小區(qū)時,需從原MSC控制的無線小區(qū)的信道切換到新MSC控制的無線小區(qū)的不同的信道上來繼續(xù)通話,這種信道切換過程稱為越局切換。2.漫游(Rocoming)當一個移動臺初次登記進入某一移動網(wǎng)時,系統(tǒng)會指定某一個服務區(qū)對該移動臺進行常規(guī)管理,該服務區(qū)被稱為“原藉位置區(qū)”或“管理區(qū)”。當一個移動臺由本管理區(qū)出發(fā)進入到其他管理區(qū)時,仍要保持它的電話號碼不變,可正常被呼叫到,這種現(xiàn)象稱為漫游。2023/12/5情景六多信道共用技術(shù)

由于移動網(wǎng)絡系統(tǒng)分配給每個無線小區(qū)的信道數(shù)目是十分有限的,當用戶數(shù)目超過該小區(qū)的信道數(shù)時,就會出現(xiàn)信道數(shù)目不敷要求的矛盾。實際的公眾蜂窩移動通信網(wǎng)中,其用戶數(shù)目是遠遠超出分配給它的信道數(shù)目的,解決這一矛盾除了采用前面介紹過的頻率重用技術(shù)外,另一種有效的手段是利用多信道共用技術(shù)。2023/12/5一多信道共用技術(shù)

所謂多信道共用是指在網(wǎng)內(nèi)的大量移動用戶共同使用若干無線信道,它是相對于獨立信道方式而言的。如果一個無線小區(qū)有N個信道,對于每個用戶分別指定一個信道,不同信道的用戶不能互換信道,這就是獨立信道方式。在獨立信道方式中,若一個無線小區(qū)用戶數(shù)超過了可用的信道數(shù)時,若干用戶就會被指定在同一個信道上工作。當某一個用戶占用了該信道時,則在他通話結(jié)束前,屬于該信道的其他用戶都處于阻塞狀態(tài)而無法通話。但與此同時,一些其他的信道卻可能處于空閑狀態(tài)。顯然,獨立信道方式對信道的利用是不充分的。如果采用多信道共用方式,即一個無線小區(qū)內(nèi)的N個信道可被該小區(qū)內(nèi)的所有用戶共用,當其中K(K<N)個信道被占用時,其他需要通話的用戶可選擇任一空閑的信道通話。因為任何一個移動用戶選取空閑信道和占用信道的時間都是隨機的,所以所有信道被同時占用的概率遠小于單個信道被占用的概率。因此,多信道共用可明顯提高信道的利用率。在同樣多的用戶和信道的情況下,多信道共用可使用戶的通話阻塞率明顯下降。同樣,在相同的信道和同樣的阻塞率的情況下,多信道共用可使用戶數(shù)目顯著增加。2023/12/5二信道的自動選擇方式

在多信道共用系統(tǒng)中,多信道共用的實現(xiàn)必須在基站和移動臺的共同控制下實現(xiàn)。對基站而言,必須能自動管理其控制的每個小區(qū)內(nèi)的N個信道,即必須具有自動選擇這N個信道中處于空閑狀態(tài)的信道的能力。

2023/12/51.專用呼叫信道方式

在給定的多個信道中,選擇一個信道專門用作呼叫,該專用呼叫信道有兩個作用:一是處理呼叫,又分為尋呼信道和接入信道;二是指配話音信道。平時,移動業(yè)務交換中心(MSC)通過基站在尋呼信道上發(fā)空閑信號,而移動臺都守候在該呼叫信道上?;竞艚幸苿优_通過尋呼信道進行。移動臺呼叫基站通過接入信道進行。一旦呼叫或接入成功,MSC就通過尋呼信道指定可用的通話信道,移動臺根據(jù)指令轉(zhuǎn)入指定的話音信道進行通話。呼叫信道又空出來,可以處理其他用戶的呼叫。該方式處理一次呼叫過和所需時間很短,一般約幾百毫秒甚至更短,所以設置一個專用呼叫信道可以處理成百上千個用戶。專用呼叫信道方式一般用于大容量移動系統(tǒng),并采用數(shù)字信令,目前蜂窩移動電話系統(tǒng)就采用這種方式。由于專用呼叫信道方式專門需要一個信道用作呼叫信道,減少了通話信道的數(shù)目,因此不適合信道數(shù)目小于12的小容量移動通信系統(tǒng)。2023/12/52.循環(huán)定位方式

這種方式由基站臨時指定一個信道做呼叫信道,并在該臨時呼叫信道上發(fā)空閑信號。平時所有未通話的移動臺都自動對全部信道進行掃描搜索,一旦在哪個信道上收到空閑信號,就停留在該信道上。因此在平時,所有移動臺都集中守候在臨時呼叫信道上,當某個用戶叫通后,就在此信道上通話。此時,基站要另選一個空閑信道作為臨時呼叫信道發(fā)空閑信號,于是所有未通話的移動臺接收機都自動轉(zhuǎn)到新的臨時呼叫信道上守候(定位)。可見,在循環(huán)定位方式下,其呼叫信道是臨時的、不斷改變的。一旦臨時呼叫信道轉(zhuǎn)為通話信道。BS要重新確定某空閑信道為臨時呼叫信道,并發(fā)空閑信號。移動臺一旦收不到空閑信道就不斷進行信道掃描。這種方式信道利用率高(全部信道都可用作通話),接續(xù)快;但由于所有不通話的移動臺都守候在一臨時呼叫信道上,同搶概率大,因此這種方式只適合小容量系統(tǒng)。2023/12/53.循環(huán)不定位方式

這種方式是在循環(huán)定位方式的基礎上,為減少同搶概率而出現(xiàn)的一種改進方式。循環(huán)不定位方式中的基站在所有不通話的空閑信道上都發(fā)出空閑信號,網(wǎng)內(nèi)移動臺自動掃描空閑信道,并隨機地依靠在就近的空閑信道上(不定位)。避免了象循環(huán)定位方式那樣,所有有通話的移動臺都在一個臨時呼叫信道主叫搶占情況。當基站呼叫尋呼臺時,必須選擇一個空閑信道先發(fā)出時間足夠長的召集信號(其他空閑信道停發(fā)空閑信號),而后再發(fā)出選呼信號。網(wǎng)內(nèi)移動臺由于收不到空閑信號重新進入掃描狀態(tài)。一旦掃到召集信號就停在該信道上等候被呼。一旦發(fā)現(xiàn)自己未被呼中,重新處于不停的信道掃描狀態(tài)。從以上可以看出,循環(huán)不定位方式的優(yōu)點是減少了同搶概率。但移動臺被呼的接續(xù)時間比較長。而且,系統(tǒng)的全部信道(不管通話與不通話)都處于工作狀態(tài)。這種多信道的常發(fā)狀態(tài),會引起嚴重的互調(diào)干擾。因此這種方式只適合于信道數(shù)較少的系統(tǒng)。2023/12/54.循環(huán)分散定位方式

循環(huán)分散定位方式克服了循環(huán)不定位方式的移動臺被呼的接續(xù)時間比較長的缺點。在這種方式中,基站在全部不通話的空閑信道上都發(fā)空閑信號,網(wǎng)內(nèi)移動臺分散??吭诟鱾€空閑信道上,移動臺主呼是在各自??康目臻e信道上進行的,保留了循環(huán)不定位方式的優(yōu)點?;竞艚幸苿优_時,其呼叫信號在所有的空閑信道上發(fā)出,并等待應答信號,從而提高了接續(xù)的速度。這種方式接續(xù)快,效率高,同搶概率小。但當基站呼叫移動臺時,這種方式必須在所有空閑信道上同時發(fā)出選呼信號,因而干擾比較嚴重。這種方式同樣只適合小容量系統(tǒng)。2023/12/5情景七項目小結(jié)

移動通信系統(tǒng)的組網(wǎng)技術(shù)是指由若干個移動用戶組成一個系統(tǒng)。系統(tǒng)內(nèi)用戶可以實現(xiàn)四通八達的雙向通信功能。移動通信的組網(wǎng)技術(shù)包括兩個主要方面的內(nèi)容,即解決覆蓋范圍的要求和滿足用戶容量的要求。覆蓋范圍通過建設多個基站解決,建站時主要考慮投資及地理條件的限制;用戶容量則取決于小區(qū)規(guī)劃和頻率配置,主要受

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