GSM和WCDMA共站址分析

  目前國內移動運營商擁有覆蓋良好的GSM網絡,3G網絡的建設應該以2G網絡為基礎,在城區(qū)應實現3G的連續(xù)覆蓋,才能降低建網成本,提供業(yè)務的連續(xù)服務能力。如何解決GSM與WCDMA的共址組網,在3G商用時是一個不可回避的話題。如何解決GSM與WCDMA的共址,充分利用現有網絡的資源,也是每個運營商必須考慮的問題。GSM與WCDMA共站址方案在覆蓋策略、容量負荷分擔、2G系統改造等方面存在諸多問題,在實際操作和實現過程中也相當復雜,對相關理論研究帶來了新的挑戰(zhàn)和機遇。

一、GSM/WCDMA干擾分析

  WCDMA和GSM共站的干擾,主要需要考慮DCS1800基站發(fā)射對WCDMA基站接收的干擾。GSM900的頻段和WCDMA的頻段相差很遠,正常工程中要求滿足的水平隔離很容易滿足GSM900和WCDMA共站的隔離度要求。同樣,WCDMA基站發(fā)射雖對DCS1800基站接收會產生干擾,由于頻段的間隔較大,隔離度要求并不高,正常工程的水平隔離也比較容易滿足。

  1.GSM900與WCDMA之間的干擾問題

  底噪上升小于1dB時對WCDMA系統產生的影響可以忽略,此時對應系統容量減少7.5%,可以計算出使底噪下降1dB所需要的外來噪聲為-108.87dBm/3.84MHz。

  GSM本身存在GSM900與DCS1800之間的共站址要求。GSM協議規(guī)定,GSM900落入DCS1800的雜散必須小于-95dBm/200kHz(即:-95+13=-82.17dBm/3.84MHz)。WCDMA比DCS1800頻率更高,GSM900在WCDMA頻帶內的雜散干擾只會比-95dBm/200kHz小,所以GSM900落入WCDMA核心頻段的雜散也可以參考該指標。

  GSM900對WCDMA的雜散干擾為26.87dB,GSM900的三階互調產物不會落在WCDMA頻段。

  由于GSM協議主要考慮的是DCS1800和GSM900之間共站址的問題,因此對于DCS1800的雜散要求主要是規(guī)定了其落入GSM900接收頻段的雜散指標必須小于-95dBm/200kHz。而對于在WCDMA的接收頻段的雜散要求,僅僅是-29dBm/3.84MHz。因此建議兩系統天線間所需要的隔離距離為:垂直距離大于0.45m,水平距離大于1.2m,其中水平隔離時天線將背離一定角度。

  2.DCS1800與WCDMA之間的干擾問題

  DCS1800下行鏈路頻帶比較接近WCDMA主要工作頻段上行鏈路的頻帶,偶次互調產物不會產生任何危害,但奇次互調的產物則有可能在WCDMA上行鏈路頻帶中造成干擾,如圖1所示。

  通過在GSM中進行適當的頻率規(guī)劃可以避免IM產物,如果DCS1800信道占用從512到684(f1)以及從799到885(f2)的帶寬,fIM3將干擾WCDMA上行頻帶(1920~1980MHz)。

  一般情況下DCS1800對WCDMA的雜散干擾為79.87dB。廠商提供的DCS1800基站設備的雜散指標一般都優(yōu)于GSM協議規(guī)定的指標,DCS1800基站設備落入WCDMA核心頻段的雜散小于-95dBm/200kHz(-82.17dBm/3.84MHz),即-82.17-(-108.87)=26.7dB。

  對于WCDMA系統,f=2000MHz,考慮到饋線損耗接頭損耗對于18dBi的天線取15dB,這樣可以計算出GSM系統和WCDMA系統天線主瓣正對時所需要的隔離距離為8.15m。

  如果取10dB,則d=2.58m。

  但是,對于現實天線安裝時不會使兩系統天線主瓣正對,一般采用圖2所示的安裝方法。



  一般情況下,定向天線在偏離主瓣90°時,天線的增益將下降至0°,對于圖2所示的安裝方式,應取和為0,隔離距離為d=0.26m。

  但是,由于存在天線旁瓣的影響(天線旁瓣由于天線型號的不同而無法確切計算);同時在天線1m范圍內屬于電波不穩(wěn)定區(qū)域,應該采用工程性操作,建議水平隔離距離>1m。實際工程中,很多站點可能由于空間的關系,無法滿足水平隔離度要求,建議采用垂直隔離大于0.5m的方案。

二、GSM/WCDMA鏈路預算分析

  WCDMA和GSM共站址的前提條件是兩系統首先在覆蓋上要達到平衡,表1給出了GSM900、DCS1800、WCDMA在語音業(yè)務、數據業(yè)務的上行最大路徑損耗。

  對于密集城區(qū)和城區(qū),根據鏈路預算結果,DCS1800話音和WCDMA的CS64kbit/s覆蓋能力基本一致,需要的站點數大體相當。GSM900比WCDMA的覆蓋能力按WCDMA話音業(yè)務計算高8dB,但目前密集城區(qū)和其它城區(qū)的GSM網絡是容量受限,GSM站址密度很大,可以彌補WCDMA的覆蓋能力,因此在密集城區(qū)和其它城區(qū),WCDMA和GSM共站址不是覆蓋受限,而是容量受限。對于WCDMA系統的容量受限問題,可以采用分層組網和多載頻技術解決,因此在密集城區(qū)和其它城區(qū),單從覆蓋角度來看,GSM和WCDMA完全可以共站址。

  對于郊區(qū)和農村,WCDMA的覆蓋能力較強,這些地區(qū)需要的基站總數較少且站址容易獲得,同時WCDMA具有很多覆蓋增強的技術,如可以在WCDMA組網中引入單向塔放(TMA,可以引入12dB的增益,彌補饋線的損耗。)、雙向塔放(可以帶來10dB以上的雙向增益,用于彌補饋線損耗和增強下行發(fā)射功率)、四天線接收技術(可以帶來6dB的增益,提高基站的接收靈敏度,彌補WCDMA和GSM空間損耗上的差異),并且在WCDMA建網初期借助WCDMA和GSM雙模終端可以利用2G網絡實現郊區(qū)和農村的連續(xù)覆蓋,所以從覆蓋角度看WCDMA和GSM在農村和郊區(qū)完全可以共站址。

  對于室內覆蓋,當WCDMA和GSM共站點時,主要考慮WCDMA和GSM共室內分布系統:對于已建GSM室內分布系統,如果器件不支持WCDMA工作頻段,需要更換寬頻器件,這樣WCDMA和GSM可以共用室內分布系統。由于GSM和WCDMA基站的多樣性,并且可以引入干線放大器,因此在室內WCDMA和GSM系統可以達到共同覆蓋。

三、共站址建設

  對于已經具有GSM網絡的運營商來說,如果能夠充分利用GSM的站址資源,將會減少WCDMA網絡的建設成本。

  1.設備機房

  考察設備機房是否滿足共站址建設的要求主要是看在增加WCDMA設備的情況下機房是否有足夠剩余空間以及機房的承重能否滿足要求。

  2.電源及電源設備

  共站址建設的電源和電源設備方面,我們需要考慮包括交流電源設施、直流電源設施以及蓄電池等多方面的因素。在共站址工程建設過程中,由于WCDMA設備和GSM設備可能不是由一個廠家提供的,設備的參數可能有所差別,在共站址建設過程中,必須考慮這些因素,必要時需要對現有電源設備進行擴容,比如:更改市電交流引入的供電能力、增加高頻開關電源的整流模塊或者接線端子、空氣開關,甚至可能要新增加1~2組新的蓄電池組等。新電源設備的引入,勢必對機房空間的使用需要進行周密規(guī)劃。具體情況需要根據工程勘察設計結果提前對現有電源系統進行改造。

  3.接地系統

  對于室內、室外接地,要考慮原有接地的接地端子是否有空余,在實際利用時,還要注意接地端處的一些處理方法,避免接地排時間長而引起的接地不良現象。WCDMA基站設備共有室外的防雷接地、室內保護接地、室內工作接地3種。

  4.傳輸設備

  目前網絡狀況一般是一個WCDMA基站對傳輸系統的要求是一個扇區(qū)1~2個2Mbit/s,傳輸的資源需求與網絡各期建設的規(guī)劃時間以及網絡規(guī)劃的實際方案有密切的關系,應適應多種傳輸方式。另外,對于基站的要求是盡可能節(jié)省傳輸資源,尤其是在網絡建設初期。

  5.鐵塔及抱桿

  天線在鐵塔或樓頂的增高架上安裝時,絕大多數情況下鐵塔和增高架可以共用而無需新增相應設施?紤]到GSM天線與WCDMA天線的隔離問題以及WCDMA天線規(guī)劃的高度,如果不滿足相關的隔離條件,需要增加抱桿或者新的增高架,對已有鐵塔結構的改動需要在工程勘察設計時提前做好周密安排。

  綜上所述,在GSM、WCDMA基站共站址的條件下,工程上要考慮的主要因素是鐵塔上WCDMA天線的安排、機房供電系統容量以及傳輸容量這三個主要的方面,解決好這三方面的問題,可以節(jié)約工程建設成本,縮短工程建設周期。

四、GSM/WCDMA共站點后覆蓋和容量分析

  在典型的傳播環(huán)境下,WCDMA與2G的站距比較結果如圖3所示。

  在GSM與WCDMA室外共站點情況下,WCDMA小區(qū)在空載和本小區(qū)、鄰小區(qū)加載的情況下,CS64kbit/s業(yè)務覆蓋半徑分別小于2km和1km,由于話務量的原因,在該城市GSM基站密度很高,密集城區(qū)站間距大約1000m,城區(qū)大約1600m,因此從WCDMA覆蓋距離來看,WCDMA與GSM完全可以共站址。

  某城市利用已有的商用GSM室內分布系統,建成了WCDMA和GSM共室內分布系統。通過測試,WCDMA的CPICH的和/Io的分布圖情況如圖4和圖5所示。


圖4 WCDMA的CPICH分布圖



圖5 WCDMA的CPICH的/IO分布圖


  從WCDMA的CPICH的/Io和測試結果覆蓋情況來看,在WCDMA與GSM共用室內分布系統的情況下,WCDMA信號覆蓋較好。

  從WCDMA角度分析,如果考慮上行負載控制在50%以內,下行負載控制在75%以內,在WCDMA和GSM共站后,WCDMA的容量是受限的,不過可以通過采用多載頻和分層組網技術來解決這個問題。


----《通信世界》

作者:朱猷梅 張毅 黃幫明    

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