建設(shè)GSM900/1800雙頻網(wǎng)應(yīng)考慮的幾個(gè)問題----張志強(qiáng)
摘要 本文針對(duì)建設(shè)GSM900/1800雙頻網(wǎng)中的密度預(yù)測(cè)、組網(wǎng)布局、接入方式、小區(qū)規(guī)
劃、參數(shù)規(guī)劃等技術(shù)問題進(jìn)行了初步探討。
關(guān)鍵詞 數(shù)字移動(dòng)通信 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃 雙頻系統(tǒng)
1 引言
目前,蜂窩移動(dòng)用戶數(shù)目迅速增長(zhǎng),為提高網(wǎng)絡(luò)容量,改善服務(wù)質(zhì)量,我國(guó)的一些
城市正在著手GSM900/1800雙頻網(wǎng)的建設(shè),還有不少城市也在考慮組建雙頻網(wǎng)。GSM900
與GSM1800在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、語音編碼、調(diào)制技術(shù)、信令規(guī)程等方面是相同的,不同點(diǎn)在于
頻率范圍、無線傳播特性、饋線損耗、覆蓋范圍等。正是 GSM900/1800雙頻網(wǎng)的這些特
性引發(fā)了一系列不同于單頻網(wǎng)建設(shè)的問題,如建設(shè)時(shí)機(jī)問題,雙頻手機(jī)發(fā)展問題,組網(wǎng)
是連續(xù)平面還是熱點(diǎn)構(gòu)建問題等。本文根據(jù)筆者長(zhǎng)期進(jìn)行雙頻網(wǎng)規(guī)劃的經(jīng)驗(yàn),將從理論
和實(shí)踐上對(duì)這些問題進(jìn)行探討。
2 GSM900/1800的傳播特性
Nokia公司曾對(duì)GSM9OO、GSM180O宏蜂窩基站的覆蓋距離和可通概率進(jìn)行比較,結(jié)果
如圖1所示。在該試驗(yàn)中,G8M1800采用的發(fā)射天線增益較GSM90O大 2 dBi,接收天線增
益與GSM900相同,為(-109+-2)dBm。從圖 1中可看出在典型的市區(qū)環(huán)境下,距基站1k
m時(shí)GSM1800室內(nèi)呼叫成功概率為40%,而GSM900在2.3km時(shí)才降到40%;路基站幾 5 km
時(shí) GSM1800室內(nèi)呼叫成功概率約為 80%,而GSM9OO在 1.3km時(shí)才降為80%。又據(jù) Mot-
orola的試驗(yàn)報(bào)告:市區(qū)距基站1km內(nèi) GSM1800呼叫質(zhì)量較好,1km外,衰減大于 30dB時(shí),
呈現(xiàn)較高的掉話率。另外,GSM1800的天線饋線損耗高,如 50 m長(zhǎng)的天線饋線的損耗比
GSM900約大 1~1.5dB。
AIRTECH公司的共址試驗(yàn)表明,同樣條件下,GSM1800天線的相對(duì)位置高于GSM900的
天線2m以上時(shí),衰耗高于GSM900約 6.8dB;如低于GSM90O的天線4m以上時(shí),衰耗高于GS
M900約12.4dB。
理論上,GSM180O的高頻信號(hào)應(yīng)使穿透建筑物的能力比GSM900有所提高。但在1998年
我國(guó)的GSM1800網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)中,有技術(shù)人員反映 GSM1800在室內(nèi)的損耗略高于 GSM900。由
于造成這一現(xiàn)象的原因很復(fù)雜,不能得出普遍結(jié)論,對(duì)此應(yīng)繼續(xù)跟蹤研究。
我們通過以上研究得出,在同等條件下,GSM1800比GSM900的傳播損耗大9dB,為使
GSM1800能很好地覆蓋市區(qū)室內(nèi),站距一般應(yīng)小于1000 m。從 ETSI的有關(guān)建議中也能得
出這一結(jié)論,如表1所示。這樣,雙頻網(wǎng)的組建將比單頻GSM900網(wǎng)的組建要復(fù)雜得多,會(huì)
帶來一系列問題:如兩網(wǎng)的站址如何選擇,天線怎樣架設(shè),功率如何協(xié)調(diào),話務(wù)如何控
制使切換較少,固定網(wǎng)如何連接等等。解決好兩系統(tǒng)間的 9 Db差異,是雙頻網(wǎng)組網(wǎng)運(yùn)行
考慮的基本出發(fā)點(diǎn)。
3 GSM900/1800雙頻網(wǎng)的運(yùn)行特性
GSM900/1800雙頻網(wǎng)的運(yùn)行特性包括接入過程、優(yōu)先級(jí)選擇、手機(jī)配合、接口要求
等方面。GSM第二階段建議對(duì)此有較詳細(xì)的論述,(GSM9OO/1800雙頻系統(tǒng)及其組網(wǎng)考
慮)(見《電信科學(xué)》1999年第2期)也介紹了它的運(yùn)行機(jī)理,在此僅簡(jiǎn)要敘述。
雙頻網(wǎng)為實(shí)現(xiàn)有效的話務(wù)控制、減少切換和提高密度容量,引了新的系統(tǒng)消息“2-t
er/bis”和“5ter/bis”(限于phase2MS),分別用于空閑模式和專用模式時(shí)對(duì)雙頻鄰
小區(qū)的描述;還引入了描述手機(jī)類型“cfassmark”為雙頻的“CM3”;規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的接口
對(duì)所有的雙頻段應(yīng)用徹底透明。在小區(qū)選擇中,雙頻手機(jī)掃描所有 RF頻率,并以四種不
同組合方式報(bào)告所在位置的 6個(gè)小區(qū)的場(chǎng)強(qiáng)。為優(yōu)先選擇某一網(wǎng)絡(luò)及合理切換,雙頻網(wǎng)
中還完善和新定義了C1、C2、CRO、CBA、CBQ等參數(shù)。
一般的運(yùn)行過程是,雙頻手機(jī)在手機(jī)類型CM1或CM2中告知網(wǎng)絡(luò)發(fā)“early classmark
”;基站在3bis中發(fā)ECSM(盡早發(fā)送手機(jī)類別),同時(shí)在 2 ter/bis中發(fā)多頻測(cè)量匯報(bào)
標(biāo)志(即BCCH廣播A-CCH);然后雙頻手機(jī)發(fā)“CM3”,或在位置更新后發(fā)“change cl-
assmark”,同時(shí)發(fā)包含 GSM9OO/1800小區(qū)的測(cè)量報(bào)告;網(wǎng)絡(luò)收后存儲(chǔ)并用于接入和切
換算法。在專用模式網(wǎng)絡(luò)以慢速隨路控制信道SACCH發(fā)切換信道信息HO-N-C,雙頻手機(jī)
從含于5 ter/bis的擴(kuò)展鄰區(qū)表看鄰頻段小區(qū)。因此,網(wǎng)絡(luò)在初試、重試和切換時(shí),均可
依據(jù)C1、C2等相應(yīng)參數(shù)優(yōu)先選擇GSM1800。
由此分析,如果沒有雙頻手機(jī)(尤其是Phase2手機(jī))與雙頻網(wǎng)絡(luò)的緊密配合,或雙
頻網(wǎng)的特有的參數(shù)設(shè)置不當(dāng),網(wǎng)絡(luò)將不能正常運(yùn)行或是低效的。同樣,不同的布局組網(wǎng),
也將直接影響網(wǎng)絡(luò)效率,如GSM90O和GSM1800非共址建站,運(yùn)行優(yōu)化的關(guān)系將變得很復(fù)雜。
4 GSM1800網(wǎng)的建設(shè)時(shí)機(jī)
此問題之所以重要,是因?yàn)楝F(xiàn)有幾種不同的看法。經(jīng)研究和初步實(shí)踐得出,在高話
務(wù)密度區(qū),GSM900定蜂窩的一般最小站距下,單基站話務(wù)負(fù)荷達(dá)到最大容量的三分之二,
話務(wù)密度需求仍較高時(shí),應(yīng)及時(shí)發(fā)展雙頻網(wǎng)絡(luò)。如站型最大能達(dá)到S888,在發(fā)展到S555或
S666站型時(shí),就應(yīng)上GSM1800,并早上比晚上有利。否則當(dāng)用盡GSM900的全部容量,再去
發(fā)展GSM1800,將會(huì)導(dǎo)致GSM900網(wǎng)絡(luò)不能支持仍日益增多的單頻手機(jī)。另外由于 GSM1800
網(wǎng)絡(luò)初期多不完善,接入 GSM1800網(wǎng)絡(luò)往往要先經(jīng)過容量已嫌不足的GSM900網(wǎng)絡(luò),因此雙
頻手機(jī)接。GSM180O也變得很困難。同時(shí),由于只是密度容量緊張的大城市才發(fā)展雙頻用
戶,周邊城市因密度容量不緊張而不會(huì)上GSM1800網(wǎng)絡(luò),也不會(huì)積極發(fā)展雙頻用戶,因此
這些城市的非雙頻漫游用戶到中心大城市的會(huì)較多,容易增大對(duì)大城市GSM900網(wǎng)的壓力。
密度門限達(dá)到多少上GSM1800合適,涉及站距、選址等許多因素,這里僅建議郊縣在
65Erl/km2且不愿增設(shè)GSM900基站時(shí),大城市高密度區(qū)約在80Erl/km2時(shí),可考慮上GSM
1800。另外,我們通過對(duì)高話務(wù)密度區(qū)采用雙頻網(wǎng)和微蜂窩的兩種方案進(jìn)行,發(fā)現(xiàn)微蜂窩
密度容量有限,網(wǎng)絡(luò)彈性差,投資大,規(guī)劃設(shè)計(jì)和維護(hù)管理復(fù)雜,所以應(yīng)先構(gòu)建雙頻網(wǎng)。
總之,要根據(jù)話務(wù)密度需求、本地網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況和頻率資源適時(shí)建設(shè)雙頻網(wǎng)。
5 密度預(yù)測(cè)和雙頻手機(jī)發(fā)展數(shù)量
嚴(yán)格地講,做不好話務(wù)密度預(yù)測(cè)是不可能建好雙頻網(wǎng)的,密度預(yù)測(cè)通常是在總量需求
預(yù)測(cè)基礎(chǔ)上,分析需接入GSM18OO系統(tǒng)的用戶和所需的無線網(wǎng)容量,GSM18OO容量需求公式
如下:
Q1800=(Qtatal-Q900macro-Q900micro)/P
式中Qtotal為預(yù)測(cè)年網(wǎng)絡(luò)總用戶容量,Q900macro和Q900micro分別為預(yù)測(cè)年GSM900宏
蜂窩和微蜂窩用戶容量,P為經(jīng)驗(yàn)冗余比例。
密度需求預(yù)測(cè)有兩種方法,一種是用計(jì)算機(jī)輔助模擬預(yù)測(cè),第二種是簡(jiǎn)便估算,以得
出目標(biāo)年最高密度預(yù)測(cè)值和其中各年的最高密度預(yù)測(cè)值,判斷GSM9OO網(wǎng)絡(luò)所能支撐的密度
和GSM1800需支撐的密度,此時(shí),對(duì)微蜂窩起的作用最好先不考慮,估算公式為:
式中Dtop-density為預(yù)測(cè)年最高密度值,Qtotaln為預(yù)測(cè)年數(shù)字蜂窩總用戶數(shù),T為忙
時(shí)平均單機(jī)話務(wù)量,%為預(yù)測(cè)年高密度區(qū)話務(wù)量占總話務(wù)量比例或高密度區(qū)用戶數(shù)占總用
戶數(shù)比例,A為預(yù)測(cè)年高密度區(qū)面積,R為話務(wù)密度波動(dòng)估計(jì)值。預(yù)測(cè)時(shí)要注意:目前高密
度區(qū)密度提高很快,而低密度區(qū)變化很小,中密度區(qū)的變化較難準(zhǔn)確預(yù)測(cè),因此應(yīng)逐片分
析。GSM180O網(wǎng)的密度需求預(yù)測(cè)公式為:
D1800density=Dtop-density-D900macrodensity
式中D900macrodensity為預(yù)測(cè)年GSM90O網(wǎng)絡(luò)能承載的密度值。
按預(yù)測(cè)的GSM1800網(wǎng)絡(luò)容量和密度建網(wǎng)后,能否有好的運(yùn)行質(zhì)量,關(guān)鍵在于雙頻手機(jī)的
發(fā)展數(shù)量。對(duì)GSM1800網(wǎng)絡(luò)的吸收容量要有清醒的認(rèn)識(shí),假定發(fā)展了一批雙頻用戶,由于它
們不可能全部分布在擬建GSM1800的基站區(qū);即使位于該區(qū),由于存在與GSM9OO網(wǎng)的覆蓋場(chǎng)
強(qiáng)差異、小區(qū)忙閑狀態(tài)差異,門限設(shè)定優(yōu)劣等差異,導(dǎo)致相當(dāng)?shù)挠脩艉艚形茨芙尤隚SM1800
網(wǎng),而仍接入GSM9OO網(wǎng)。據(jù)分析,初期理想的能吸收7O%,差的僅能吸收3O%~4O%,因
此規(guī)劃上GSM1800時(shí)應(yīng)提前些,以利多發(fā)展些用戶。
6 傳播預(yù)測(cè)模型的選擇
由于GSM1800的站距較近、頻率較高,因此需要選擇合適的傳播預(yù)測(cè)模型。而 Okumura
-Hata預(yù)測(cè)模型主要適用于有效無線高度 3O~2OO m,基站覆蓋半徑 1~2Okm的情況,不
少城市的高密度區(qū)隨著小區(qū)分裂,站距已縮小到數(shù)百米,在基站密集的地域使用此模型將
出現(xiàn)預(yù)測(cè)值明顯偏高的問題,李建業(yè)模型也存在類似問題,但站距較大時(shí)不妨仍可用這兩
個(gè)模型來預(yù)測(cè)。ETSI推薦先使用COST-231,其適用于近距離,但由于考慮地形和地面要素
不足,預(yù)測(cè)精度也不太高。
經(jīng)比較我院選用了通用校正模型,該模型適用的有效范圍:頻率 5O~2000MHz,有效
基站天線高度可達(dá)1OOm,距離0.l~1OOkm,其傳輸損耗公式如下:
L=-K1-K2*lgd-K3*lghb-K4*Diffraction-
K5*lgd*lghb-K6*hm-
Kclutter
式中K1:1英里截距,K2:路徑損耗斜率,K3、K4、K5、K6為一些可調(diào)參數(shù)
hb:基站有效天線高度
hm:移動(dòng)臺(tái)有效無線高度
d:基站與移動(dòng)臺(tái)的距離
Diffraction:繞射損耗
Kclutter:地面用途系數(shù)
在預(yù)測(cè) GSM9OO和 GSM1800時(shí),應(yīng)分別選擇合適的K1、K2值。
7 組網(wǎng)布局
通常是確定了密度需求再進(jìn)行基站布局。表2的布局分析是定性考慮和參考實(shí)際規(guī)劃模
擬計(jì)算定量分析的結(jié)果。GSM 1800一般與現(xiàn)有的GSM9OO基站共址,但也應(yīng)考慮在個(gè)別場(chǎng)強(qiáng)
覆蓋弱、有干擾的地點(diǎn)加站。在高密度區(qū)同址設(shè)站,GSM9OO基站站距較近,兩基站覆蓋面
積易做到接近,基本無問題;GSM9OO站距較大的共址,覆蓋會(huì)類似同心圓,GSM 1800的內(nèi)
圓和GSM9OO的外圓交界處會(huì)導(dǎo)致較多的切換,話源平均分布時(shí)更為嚴(yán)重,
GSM1800吸收話務(wù)量還將減少。為使GSM1800吸收較高的話務(wù)量,應(yīng)考慮縮小站距。根據(jù)我
國(guó)的實(shí)際情況,高密度區(qū)的GSM9OO/1800共站站距,最好是結(jié)合長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃按照終局站距在4
00 m左右進(jìn)行設(shè)置,有困難的可在5OOm左右。各地可根據(jù)實(shí)際情況和希望GSM1800吸收話務(wù)
量的要求,選取不同的布局,而具備條件的應(yīng)一步到位建成較完善的網(wǎng)絡(luò),這樣運(yùn)行質(zhì)量
最好;待完善的應(yīng)預(yù)先考慮今后擬增加的GSM18OO站址,進(jìn)行覆蓋預(yù)測(cè)和干擾分析。
8 接入方式的選擇和引入第二設(shè)備供應(yīng)商的問題
有關(guān)建議和國(guó)內(nèi)試驗(yàn)都表明:MSC和BSS不屬同一設(shè)備商一般能互通,但需 Q3協(xié)議以使
OMC能正常管理。BSS不屬同一設(shè)備商,需增加 MAP2信令才可互通。
雙頻網(wǎng)有通過Abis接口、A接口、E接口等幾種實(shí)現(xiàn)方式,幾種實(shí)現(xiàn)方式適用于不同的
網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)和用戶發(fā)展規(guī)模,其投資也不同。應(yīng)從省網(wǎng)建設(shè)出發(fā),結(jié)合引入第二設(shè)備商的問
題慎重選擇接入方式。一般來說,Abis接口適于小規(guī)模投入,GSM18OO站距較大、覆蓋有不
完善的縫隙,其網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置及調(diào)整效率較高,初期投資較;但網(wǎng)絡(luò)再規(guī)模擴(kuò)容及優(yōu)化
較困難,日趨增多的層間、BSC間、MSC間的切換使得網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量變得難以控制;限于同一設(shè)
備商,可能導(dǎo)致價(jià)格下降困難;拓展新業(yè)務(wù)受限。A接口適用于中小城市,并能保證運(yùn)行質(zhì)
量;雖能引入第二設(shè)備商,但網(wǎng)絡(luò)管理將變得復(fù)雜,各公司BSC的獨(dú)特算法難以全部應(yīng)用,
有的只能使用ETSI的話務(wù)控制的標(biāo)準(zhǔn)建議。若大城市采用A接口,因現(xiàn)有的MSC負(fù)荷較高并
向多局制發(fā)展,很難再承受GSM180O基站系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)容所帶來的大容量和引入的雙頻切換。
E接口適用于大規(guī)模應(yīng)用,如大城市中心地帶乃至城區(qū)全覆蓋,將形成與GSM9OO相平行的網(wǎng)
層,網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、擴(kuò)容及優(yōu)化都很方便,可最大限度地減少雙頻切換,投資效益較高,最易
于引入第二設(shè)備商,運(yùn)營(yíng)商將因競(jìng)爭(zhēng)而受益;雙頻切換增加的系統(tǒng)間消息流量較小,僅在
雙頻用戶比例很高時(shí),才需增加E接口和D接口的鏈路。采用A接口方式,不同頻段的小區(qū)可
位于相同或不同的“位置區(qū)”;采用 Abis接口方式,“位置區(qū)”相同;采用E接口方式則
“位置區(qū)’相異。另外,采用A接口或E接口,引入第二設(shè)備商,每一次網(wǎng)絡(luò)變動(dòng)都應(yīng)通報(bào)
或協(xié)調(diào)。
9 共址小區(qū)規(guī)劃
雙頻網(wǎng)小區(qū)要統(tǒng)一規(guī)劃、聯(lián)合調(diào)整,才能減少雙頻切換,使GSM180O吸收較高的話務(wù)量。
由于頻率復(fù)用規(guī)劃完全各自獨(dú)立進(jìn)行,根據(jù)大概確定的覆蓋范圍,著重要解決天線系統(tǒng)和
發(fā)射功率問題。
天線高度建議在市區(qū)為 20~25 m左右,GSM180O天線最好高于GSM900約2~3 m。從天
線能適應(yīng)不同下傾角度出發(fā),選擇并用系統(tǒng)或單獨(dú)設(shè)置方式。
兩系統(tǒng)的天線朝向應(yīng)一致以利于話務(wù)控制,水平和垂直方向的半功率張用要小而接近,
主瓣增益應(yīng)考慮GSM18OO大于GSM9002~5 dBi或一致。
目前GSM180O基站最大功率約為 25~32 W,ETSI在鏈路平衡標(biāo)準(zhǔn)中建議,GSM1800為16
W,GSM900為6W。但從有效覆蓋、利于話務(wù)控制、減少輻射爭(zhēng)議等綜合考慮,建議GSM9OO為
5~6W,GSM1800為8~10W,然后再配合調(diào)整天線傾角,保證GSM18OO有較好的近場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)。
10 參數(shù)規(guī)劃及設(shè)置
GSM有許多參數(shù),一般應(yīng)在分別對(duì)GSM900和GSM1800網(wǎng)絡(luò)初步設(shè)值基礎(chǔ)上,再?gòu)碾p頻網(wǎng)
角度來考慮調(diào)整,重點(diǎn)設(shè)置好C1等接人參數(shù)和優(yōu)先級(jí)參數(shù)。手機(jī)通常駐扎在C1值最大的小
區(qū),在小區(qū)選擇時(shí),在路徑損耗規(guī)則接入?yún)?shù)C1的基礎(chǔ)上,以CRO參數(shù)優(yōu)選GSM180O小區(qū);
或使用CBA、CBQ參數(shù)將GSM1800置為“一般”優(yōu)先級(jí),將GSM90O置為“低’憂先級(jí)。在小區(qū)
重選時(shí),在C2接入?yún)?shù)中,設(shè)置偏移量來優(yōu)先接入GSM180O小區(qū);在設(shè)好C1參數(shù)后,設(shè)置C2
的小區(qū)重選偏移值(CELLRESELECT.OFFSET,0~126dB,步長(zhǎng)2 Db)和臨時(shí)負(fù)偏移值(TE-
MPORARYkOFFSET,0~60 Db,步長(zhǎng) 10 Db)及提供臨時(shí)負(fù)偏的延時(shí)值(PENALTYkTIME,2~
620s,步長(zhǎng) 2Os)。在有室外微蜂窩的GSM900/1800區(qū)域,將形成三層網(wǎng),設(shè)每層為“一般”
優(yōu)先級(jí)或設(shè)GSM1800為“一般”優(yōu)先級(jí)、GSM9OO宏蜂窩和微蜂窩為“低”優(yōu)先級(jí),而以臨時(shí)
負(fù)偏延時(shí)值的高低,使快速和慢速用戶分別選到 GSM9OO(GSM18OO)或微蜂窩。
OMC參數(shù)設(shè)置,接收最小電平RXLEX-MIN(I)要小,以使GSM1800小區(qū)包含在目標(biāo)切換
小區(qū)表中;切換門限電平HO-MARGIN(I)也要小,保證GSM1800小區(qū)在目標(biāo)切換小區(qū)的表頭,
以首選。
不同發(fā)展時(shí)期和GSM1800不同的站址網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的設(shè)置應(yīng)不同。雙頻網(wǎng)初期可以將GSM1800
系統(tǒng)優(yōu)先門限設(shè)置的稍高些,但由于層間僅 9 Db的傳播差值又不宜將其設(shè)置太高(現(xiàn)有的
高達(dá) 5O~6O Db),在 GSM180O連續(xù)平面的內(nèi)部設(shè)置高,雖有問題但尚可運(yùn)行,但其邊緣
及不完善或零星的GSM1800網(wǎng)將很大地?cái)U(kuò)大了覆蓋范圍,GSM1800信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)在-100 Db還強(qiáng)行
接入(有的網(wǎng)對(duì)GSM18OO的C1最低接入電平RELEVk-ACCESSk-MIN設(shè)此值,建議市區(qū)在-93 Db
為好),導(dǎo)致出現(xiàn)很高的呼損和排話率。因此,設(shè)置GSM180O基站平面內(nèi)部和邊緣的參數(shù),
應(yīng)慎重研究。


