提高移動系統(tǒng)容量的幾種方法

張雁鳴
　　摘要：介紹幾種提高移動頻率利用率，增加移動系統(tǒng)容量的方法，包括同心圓技術(shù)、MRP技術(shù)、雙頻帶技術(shù)、微蜂窩技術(shù)和分層小區(qū)技術(shù)。


　　關(guān)鍵詞：同心圓技術(shù)；MAP技術(shù)；分層小區(qū)技術(shù)；GSM


　　近幾年，移動通信在世界上得到了迅猛的發(fā)展，尤其在我國，移動電話的發(fā)展更為迅速，到目前為止，總用戶已超過1億戶，并正以每月新增100萬以上用戶的速度繼續(xù)發(fā)展。但隨著用戶的迅速增長，現(xiàn)有頻率資源對移動通信發(fā)展的制約卻越來越大。因此，如何提高頻率利用率，盡可能提高系統(tǒng)容量，已成為移動通信運營者極其關(guān)心的熱點問題。本文介紹幾種提高系統(tǒng)容量的方法。


　　1 同心圓技術(shù)


　　同心圓（Concentric Cell）技術(shù)是現(xiàn)階段GSM系統(tǒng)中廣泛采用的一種提高頻率復(fù)用率的技術(shù)，其基本原理就是將普通的蜂窩小區(qū)分為內(nèi)層和外層（又稱底層和頂層），內(nèi)、外兩層共站址，共用一套天線系統(tǒng)，共用同一BCCH信道。外層的覆蓋范圍與普通的蜂窩小區(qū)相同，內(nèi)層采用較低的發(fā)射功率，覆蓋范圍小，內(nèi)、外層頻率復(fù)用系數(shù)不同，外層一般采用4×3復(fù)用，內(nèi)層采用更為緊密的3×3或2×3等復(fù)用方式。由于內(nèi)、外層覆蓋區(qū)域的中心點相同而范圍大小不同，因此我們將這種技術(shù)稱之為同心圓技術(shù)。


　　同習(xí)圓技術(shù)按實現(xiàn)方式分類，一般可分為普通同心圓和智能雙層網(wǎng)，它們的基本原理是相同的，主要區(qū)別就在于內(nèi)層的發(fā)射功率和內(nèi)外層間的切換算法。普通同心圓內(nèi)層的發(fā)射功率一般要低于外層功率，從而減小覆蓋范圍，提高了距離比，避免了同頻干擾，其內(nèi)層與外層間的切換一般是基于功率和距離的。而IUO（Intelligent underlay overlay，智能雙層網(wǎng)）的內(nèi)層（通常稱為超級層）的發(fā)射功率與外層（通常稱為常規(guī)層）是相同的，基于C/I進(jìn)行切換，其切換過程如下：首先通話在常規(guī)層建立，然后BSC不斷監(jiān)視通話下行鏈路超級組信道C/I值，當(dāng)某超級信道的C/I達(dá)到可用門限時，便將通話信道切換到此超級信道上，同時繼續(xù)監(jiān)測此信道的C/I，如果變壞到一定門限，便切換到常規(guī)信道上。因此，要采用IUO，系統(tǒng)必須增加以下功能：下行同頻C/I的估算，與IUO相關(guān)的切換算法。


　　同心圓技術(shù)對容量的提高主要是通過對內(nèi)層采用更緊密的復(fù)用方式，增加內(nèi)層小區(qū)的TRX來實現(xiàn)的。在同心圓技術(shù)中，所有載波信道被分為兩組，一組用于外層，一組用于內(nèi)層。規(guī)定公共控制信道BCCH、SDCCH必須放在外層，即通話必須在外層信道上建立。因此，為了保證整個網(wǎng)絡(luò)的運行質(zhì)量，外層一般采用傳統(tǒng)的4×3復(fù)用方式。而內(nèi)層主要是業(yè)務(wù)信道TCH，則可采用更緊密的復(fù)用方式，如3×3、2×3或1×3等。因此，同心圓技術(shù)對容量的提高是比較有限的。對于普通同心圓其內(nèi)層發(fā)射功率低，不易吸收室內(nèi)的話務(wù)量，因此頻率效率提高不大，實際容量提高約為10-30％。對于IUO，由于它內(nèi)層發(fā)射功率不變，能夠吸收室內(nèi)話務(wù)，且基于質(zhì)量進(jìn)行切換，對容量吸收比較靈活，因此實際容量提高相對地較大，約20-40％。需要注意的是，同心圓內(nèi)層的覆蓋半徑一般小于普通蜂窩小區(qū)，其對話務(wù)量的吸收是受話務(wù)分布情況及覆蓋范圍限制的。話務(wù)越集中于基站附近，效果越明顯，而在話務(wù)均勻分布的情況下，同心圓技術(shù)對容量的提高很少，甚至?xí)�降低容量�?br>

　　2 MRP技術(shù)


　　MRP（Multiple Reuse Pattern）技術(shù)是愛立信公司提出的一種緊密頻率復(fù)用方法，在應(yīng)用中取得了較好的效果。其基本原理就是把所有可用載頻分成幾種不同的組合，每一組合作為獨立的一層，代表不同的復(fù)用組。做頻率規(guī)劃時逐層分配載頻，不同層的頻率采用不同的復(fù)用方式，頻率復(fù)用逐層緊密，也就是說在整個網(wǎng)絡(luò)中采用不同的復(fù)用類型。隨著基站頻率復(fù)用的逐漸緊湊，復(fù)用距離越來越小，這樣就可以將一些頻率釋放出來用于宏蜂窩中提供額外容量，或用于建室內(nèi)微蜂窩或微微蜂窩。


　　采用MRP技術(shù)，由于同頻復(fù)用距離縮短，同頻干擾變大，必須采用跳頻、動態(tài)功率控制、不連續(xù)發(fā)射等技術(shù)對抗干擾，這是MRP技術(shù)應(yīng)用的前提條件。在實際頻率規(guī)劃時，對BCCH，由于控制信道不使用DTX和跳頻，發(fā)射功率大，干擾特性與TCH不同，為保證BCCH的安全，用于BCCH的載數(shù)應(yīng)不少于12個，一般取12-15個；對于TCH，則可采用9、6、46等復(fù)用模式。另外，應(yīng)注意頻率分配的順序，即先分配BCCH，然后分配TCHn，接下來做TCHn-1，逐層規(guī)劃，最后分配TCH1。這是由于TCHn的載頻個數(shù)少，頻率分配較難，因此做完BCCH后應(yīng)先做TCHn，且使其限制條件較少，便于對每個小區(qū)定義較少的鄰區(qū)。隨著載頻數(shù)量的增加，應(yīng)逐步增加限制條件。


　　3 雙頻帶（Dual Band）技術(shù)


　　最近幾年，GSM網(wǎng)絡(luò)在中國得到了飛速的發(fā)展，以每月新增100萬以上用戶的發(fā)展速率為網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng)造了良好的前景。但同樣使網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展承受了巨大的壓力。由于歷史原因，900MHz頻段已無法滿足GSM網(wǎng)絡(luò)的需求。為了尋取更大的網(wǎng)絡(luò)容量和更好的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，國內(nèi)外移動通信運營者紛紛考慮在原GSM900網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上發(fā)展GSM900/1800雙頻網(wǎng)。GSM1800（或稱DCS1800）系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用已成為GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然途徑。目前我國在北京、上海和廣州等地已相繼開通了GSM1800系統(tǒng)。


　　GSM1800（或稱DCS1800）是在GSM900的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新的移動電話制式，它們共同遵守GSM的標(biāo)準(zhǔn)。因此，GSM900與GSM1800網(wǎng)除射頻部分不同外，其他網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)完全一致。也就是說，GSM1800與GSM900是GSM規(guī)范下的兩種設(shè)備，它們的遵循完全相同的設(shè)備結(jié)構(gòu)和信令體系，唯一的區(qū)別在于不同的工作頻段。


　　在GSM900網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展GSM1800，可從1800MHz頻譜（此頻段有375個信道而900MHz中只有125個信道）中更寬的可用頻率范圍里增加更多的容量。網(wǎng)的布局非常迅速靈活且投資較少。因為GSM系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)組成部分（移動交換中心-MSC、歸屬位置登記設(shè)備-HLR、基站控制器-BSC、變碼器-TRC）是現(xiàn)成的，可支持雙頻段網(wǎng)。
　　在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方面，由于無線電波的傳播特性，GSM900相對于GSM1800網(wǎng)的覆蓋面大，且目前我國GSM900網(wǎng)已有較大規(guī)模，因此建設(shè)雙頻網(wǎng)既可以繼續(xù)發(fā)揮GSM900MHz覆蓋廣、業(yè)務(wù)種類爽、漫游能力強(qiáng)等優(yōu)勢，又可以充分利用GSM1800豐富的頻率資源大規(guī)模擴(kuò)充GSM網(wǎng)絡(luò)容量。特別是要注意的是，在GSM1800系統(tǒng)建立初期，應(yīng)通過合理的設(shè)置，使雙頻移動臺盡可能進(jìn)入GSM1800系統(tǒng)，從而減小GSM900系統(tǒng)的負(fù)荷。


　　4 微蜂窩技術(shù)


　　微蜂窩（microcell）技術(shù)是在宏蜂窩的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門技術(shù)，是目前解決高話務(wù)量地區(qū)容量問題的行之有效的方法之一。微蜂窩的覆蓋半徑大約為30m-300m；發(fā)射功率較小，一般在1W以下；基站天線置于相對低的地方（一般高于地面5m-10m），傳播主要沿著的視線進(jìn)行，信號在樓頂?shù)男孤缎　Ｒ虼�，蜂窩可以被用來加大無線電覆蓋，消除宏蜂窩中的“盲點”。同時由于低發(fā)射功率的微蜂窩基站允許較小的頻率復(fù)用距離，每個單元區(qū)域的信道數(shù)量較多，因此業(yè)務(wù)密度得到了巨大的增長，且RF干擾很低，將它安置在宏蜂窩的“熱點”上，可滿足該微小區(qū)域質(zhì)量與容量兩方面的要求。


　　微蜂窩在初期一般是提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋，應(yīng)用在零散的“熱點”地區(qū)，即話務(wù)量比較集中，且面積較小的地區(qū)，此時對容量的提高很有限。隨著容量需求增大，高話務(wù)量地區(qū)已由點逐漸變成片時，宏蜂窩已無法滿足時，微蜂窩可以在一定范圍內(nèi)進(jìn)行連續(xù)覆蓋，此時效果就很明顯了。


　　在實際設(shè)計中，微蜂窩作為無線覆蓋的補(bǔ)充，一般用于宏蜂窩覆蓋不到又有較大話務(wù)量的地點如地下會議室、娛樂室、地鐵、遂道等。作為熱點應(yīng)用的場合一般是話務(wù)量比較集中的地區(qū)，如購物中心、娛樂中收、會議中心、商務(wù)樓、停車場等地。


　　微蜂窩組網(wǎng)簡單，可直接加入到現(xiàn)有系統(tǒng)中，而不需改變現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其設(shè)備體積小，容易安裝，因此應(yīng)用靈活，可直接在需要的地方進(jìn)行建設(shè)，從而快速解決覆蓋盲點、熱點地區(qū)通信問題。它對容量的提高是明顯的，但需要較大的投資。


　　5 分層小區(qū)技術(shù)


　　分層小區(qū)技術(shù)（HCS）是伴隨著微蜂窩及微微蜂窩產(chǎn)生的，它提供更多的“內(nèi)含”蜂窩，形成分層小區(qū)結(jié)構(gòu)，主要解決網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的“盲點”和“熱點”問題，提高網(wǎng)絡(luò)容量。在一個分層小區(qū)結(jié)構(gòu)中，不同大小的小區(qū)相互重疊，不同發(fā)射功率的基站緊密相鄰并同時存在，整個通信網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出多層次的結(jié)構(gòu)。每一層分配不同的頻率段，以保證各層之間獨立運作，不會相互干擾。相鄰微蜂窩的切換都回到所在的宏蜂窩上，宏蜂窩的廣域大功率覆蓋可看成宏蜂窩上層網(wǎng)絡(luò)，并作為移動用戶在兩個微蜂窩區(qū)間移動時的“安全網(wǎng)”，而大量的微蜂窩則構(gòu)成微蜂窩下層網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)有用戶接入時，系統(tǒng)根據(jù)所測得的信號強(qiáng)度和各蜂窩的容量為某一呼叫選擇恰當(dāng)?shù)姆涓C（宏蜂窩、微蜂窩或微微蜂窩），層間切換與普通的蜂窩切換一樣，切換點由系統(tǒng)決定，由GSM移動臺自動輔助切換測量來完成，切換過程還取決于當(dāng)時各級的容量，如果微蜂窩和微微蜂窩已飽和，業(yè)務(wù)將切換至更高一級的蜂窩。


　　一個分層小區(qū)網(wǎng)絡(luò)，往往是由一個上層宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)和數(shù)個下層微蜂窩網(wǎng)絡(luò)組成的多元蜂窩系統(tǒng)。它包括宏蜂窩、微蜂窩和微微蜂窩。每種蜂窩執(zhí)行早已定義好的不同功能。一般來說，宏蜂窩用于處理快速移動車輛的業(yè)務(wù)，微蜂窩處理慢速移動，集中于步行或交通阻塞車輛的業(yè)務(wù)，微微蜂窩用于覆蓋商場和辦公區(qū)等室內(nèi)區(qū)域。將負(fù)載按這種方式分層的原因與切換功能有關(guān)，因為車載電話在微蜂窩間快速移動會產(chǎn)生頻繁切換，加重網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)，從網(wǎng)絡(luò)管理出發(fā)，將產(chǎn)生頻繁切換的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到較小切換的宏蜂窩，將提高網(wǎng)絡(luò)效率；慢速移動的車輛，由于它穿過蜂窩邊界需花較長的時間，產(chǎn)生切換的可能性較小，因此由微蜂窩來處理這類業(yè)務(wù)。


摘自《黑龍江通信技術(shù)》2001.9