建設GSM900/1800雙頻網(wǎng)應考慮的幾個問題----張志強

建設GSM900/1800雙頻網(wǎng)應考慮的幾個問題----張志強

摘要  本文針對建設GSM900／1800雙頻網(wǎng)中的密度預測、組網(wǎng)布局、接入方式、小區(qū)規(guī)
      劃、參數(shù)規(guī)劃等技術問題進行了初步探討。
關鍵詞  數(shù)字移動通信  網(wǎng)絡規(guī)劃  雙頻系統(tǒng)

1  引言
    目前，蜂窩移動用戶數(shù)目迅速增長，為提高網(wǎng)絡容量，改善服務質(zhì)量，我國的一些
城市正在著手GSM900／1800雙頻網(wǎng)的建設，還有不少城市也在考慮組建雙頻網(wǎng)。GSM900
與GSM1800在網(wǎng)絡結(jié)構、語音編碼、調(diào)制技術、信令規(guī)程等方面是相同的，不同點在于
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)建設的問題，如建設時機問題，雙頻手機發(fā)展問題，組網(wǎng)
是連續(xù)平面還是熱點構建問題等。本文根據(jù)筆者長期進行雙頻網(wǎng)規(guī)劃的經(jīng)驗，將從理論
和實踐上對這些問題進行探討。
2 GSM900／1800的傳播特性
    Nokia公司曾對GSM9OO、GSM180O宏蜂窩基站的覆蓋距離和可通概率進行比較，結(jié)果
如圖1所示。在該試驗中，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GSM1800室內(nèi)呼叫成功概率為40％，而GSM900在2.3km時才降到40％；路基站幾 5 km
時 GSM1800室內(nèi)呼叫成功概率約為 80％，而GSM9OO在 1.3km時才降為80％。又據(jù) Mot-
orola的試驗報告：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，
呈現(xiàn)較高的掉話率。另外，GSM1800的天線饋線損耗高，如 50 m長的天線饋線的損耗比
 GSM900約大 1～1.5dB。
    AIRTECH公司的共址試驗表明，同樣條件下，GSM1800天線的相對位置高于GSM900的
天線2m以上時，衰耗高于GSM900約 6.8dB；如低于GSM90O的天線4m以上時，衰耗高于GS
M900約12.4dB。
    理論上，GSM180O的高頻信號應使穿透建筑物的能力比GSM900有所提高。但在1998年
我國的GSM1800網(wǎng)絡試驗中，有技術人員反映 GSM1800在室內(nèi)的損耗略高于 GSM900。由
于造成這一現(xiàn)象的原因很復雜，不能得出普遍結(jié)論，對此應繼續(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)，站距一般應小于1000 m。從 ETSI的有關建議中也能得
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)的組建要復雜得多，會
帶來一系列問題：如兩網(wǎng)的站址如何選擇，天線怎樣架設，功率如何協(xié)調(diào)，話務如何控
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)運行
考慮的基本出發(fā)點。
3   GSM900／1800雙頻網(wǎng)的運行特性
    GSM900／1800雙頻網(wǎng)的運行特性包括接入過程、優(yōu)先級選擇、手機配合、接口要求
等方面。GSM第二階段建議對此有較詳細的論述，（GSM9OO／1800雙頻系統(tǒng)及其組網(wǎng)考
慮）（見《電信科學》1999年第2期）也介紹了它的運行機理，在此僅簡要敘述。
    雙頻網(wǎng)為實現(xiàn)有效的話務控制、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對雙頻鄰
小區(qū)的描述；還引入了描述手機類型“cfassmark”為雙頻的“CM3”；規(guī)定標準的接口
對所有的雙頻段應用徹底透明。在小區(qū)選擇中，雙頻手機掃描所有 RF頻率，并以四種不
同組合方式報告所在位置的 6個小區(qū)的場強。為優(yōu)先選擇某一網(wǎng)絡及合理切換，雙頻網(wǎng)
中還完善和新定義了C1、C2、CRO、CBA、CBQ等參數(shù)。
    一般的運行過程是，雙頻手機在手機類型CM1或CM2中告知網(wǎng)絡發(fā)“early classmark
”；基站在3bis中發(fā)ECSM（盡早發(fā)送手機類別），同時在 2 ter/bis中發(fā)多頻測量匯報
標志（即BCCH廣播A－CCH）；然后雙頻手機發(fā)“CM3”，或在位置更新后發(fā)“change cl-
assmark”，同時發(fā)包含 GSM9OO／1800小區(qū)的測量報告；網(wǎng)絡收后存儲并用于接入和切
換算法。在專用模式網(wǎng)絡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
從含于5 ter/bis的擴展鄰區(qū)表看鄰頻段小區(qū)。因此，網(wǎng)絡在初試、重試和切換時，均可
依據(jù)C1、C2等相應參數(shù)優(yōu)先選擇GSM1800。
    由此分析，如果沒有雙頻手機（尤其是Phase2手機）與雙頻網(wǎng)絡的緊密配合，或雙
頻網(wǎng)的特有的參數(shù)設置不當，網(wǎng)絡將不能正常運行或是低效的。同樣，不同的布局組網(wǎng)，
也將直接影響網(wǎng)絡效率，如GSM90O和GSM1800非共址建站，運行優(yōu)化的關系將變得很復雜。
4   GSM1800網(wǎng)的建設時機
    此問題之所以重要，是因為現(xiàn)有幾種不同的看法。經(jīng)研究和初步實踐得出，在高話
務密度區(qū)，GSM900定蜂窩的一般最小站距下，單基站話務負荷達到最大容量的三分之二，
話務密度需求仍較高時，應及時發(fā)展雙頻網(wǎng)絡。如站型最大能達到S888，在發(fā)展到S555或
S666站型時，就應上GSM1800，并早上比晚上有利。否則當用盡GSM900的全部容量，再去
發(fā)展GSM1800，將會導致GSM900網(wǎng)絡不能支持仍日益增多的單頻手機。另外由于 GSM1800
網(wǎng)絡初期多不完善，接入 GSM1800網(wǎng)絡往往要先經(jīng)過容量已嫌不足的GSM900網(wǎng)絡，因此雙
頻手機接。GSM180O也變得很困難。同時，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上GSM1800網(wǎng)絡，也不會積極發(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較多，容易增大對大城市GSM900網(wǎng)的壓力。
    密度門限達到多少上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GSM900基站時，大城市高密度區(qū)約在80Erl／km2時，可考慮上GSM
1800。另外，我們通過對高話務密度區(qū)采用雙頻網(wǎng)和微蜂窩的兩種方案進行，發(fā)現(xiàn)微蜂窩
密度容量有限，網(wǎng)絡彈性差，投資大，規(guī)劃設計和維護管理復雜，所以應先構建雙頻網(wǎng)。
    總之，要根據(jù)話務密度需求、本地網(wǎng)絡實際情況和頻率資源適時建設雙頻網(wǎng)。
5   密度預測和雙頻手機發(fā)展數(shù)量
    嚴格地講，做不好話務密度預測是不可能建好雙頻網(wǎng)的，密度預測通常是在總量需求
預測基礎上，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為預測年網(wǎng)絡總用戶容量，Q900macro和Q900micro分別為預測年GSM900宏
蜂窩和微蜂窩用戶容量，P為經(jīng)驗冗余比例。
    密度需求預測有兩種方法，一種是用計算機輔助模擬預測，第二種是簡便估算，以得
出目標年最高密度預測值和其中各年的最高密度預測值，判斷GSM9OO網(wǎng)絡所能支撐的密度
和GSM1800需支撐的密度，此時，對微蜂窩起的作用最好先不考慮，估算公式為：
    式中Dtop-density為預測年最高密度值，Qtotaln為預測年數(shù)字蜂窩總用戶數(shù)，T為忙
時平均單機話務量，％為預測年高密度區(qū)話務量占總話務量比例或高密度區(qū)用戶數(shù)占總用
戶數(shù)比例，A為預測年高密度區(qū)面積，R為話務密度波動估計值。預測時要注意：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)的變化較難準確預測，因此應逐片分
析。GSM180O網(wǎng)的密度需求預測公式為：
    D1800density=Dtop-density-D900macrodensity
    式中D900macrodensity為預測年GSM90O網(wǎng)絡能承載的密度值。
    按預測的GSM1800網(wǎng)絡容量和密度建網(wǎng)后，能否有好的運行質(zhì)量，關鍵在于雙頻手機的
發(fā)展數(shù)量。對GSM1800網(wǎng)絡的吸收容量要有清醒的認識，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
強差異、小區(qū)忙閑狀態(tài)差異，門限設定優(yōu)劣等差異，導致相當?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時應提前些，以利多發(fā)展些用戶。
6  傳播預測模型的選擇
    由于GSM1800的站距較近、頻率較高，因此需要選擇合適的傳播預測模型。而 Okumura
－Hata預測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)預測值明顯偏高的問題，李建業(yè)模型也存在類似問題，但站距較大時不妨仍可用這兩
個模型來預測。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，預測精度也不太高。
    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：移動臺有效無線高度
    d：基站與移動臺的距離
    Diffraction：繞射損耗
    Kclutter：地面用途系數(shù)
    在預測 GSM9OO和 GSM1800時，應分別選擇合適的K1、K2值。
7  組網(wǎng)布局
    通常是確定了密度需求再進行基站布局。表2的布局分析是定性考慮和參考實際規(guī)劃模
擬計算定量分析的結(jié)果。GSM 1800一般與現(xiàn)有的GSM9OO基站共址，但也應考慮在個別場強
覆蓋弱、有干擾的地點加站。在高密度區(qū)同址設站，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，覆蓋會類似同心圓，GSM 1800的內(nèi)
圓和GSM9OO的外圓交界處會導致較多的切換，話源平均分布時更為嚴重，
GSM1800吸收話務量還將減少。為使GSM1800吸收較高的話務量，應考慮縮小站距。根據(jù)我
國的實際情況，高密度區(qū)的GSM9OO／1800共站站距，最好是結(jié)合長遠規(guī)劃按照終局站距在4
00 m左右進行設置，有困難的可在5OOm左右。各地可根據(jù)實際情況和希望GSM1800吸收話務
量的要求，選取不同的布局，而具備條件的應一步到位建成較完善的網(wǎng)絡，這樣運行質(zhì)量
最好；待完善的應預先考慮今后擬增加的GSM18OO站址，進行覆蓋預測和干擾分析。
8  接入方式的選擇和引入第二設備供應商的問題
    有關建議和國內(nèi)試驗都表明：MSC和BSS不屬同一設備商一般能互通，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接口等幾種實現(xiàn)方式，幾種實現(xiàn)方式適用于不同的
網(wǎng)絡基礎和用戶發(fā)展規(guī)模，其投資也不同。應從省網(wǎng)建設出發(fā)，結(jié)合引入第二設備商的問
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)絡參數(shù)設置及調(diào)整效率較高，初期投資較省；但網(wǎng)絡再規(guī)模擴容及優(yōu)化
較困難，日趨增多的層間、BSC間、MSC間的切換使得網(wǎng)絡質(zhì)量變得難以控制；限于同一設
備商，可能導致價格下降困難；拓展新業(yè)務受限。A接口適用于中小城市，并能保證運行質(zhì)
量；雖能引入第二設備商，但網(wǎng)絡管理將變得復雜，各公司BSC的獨特算法難以全部應用，
有的只能使用ETSI的話務控制的標準建議。若大城市采用A接口，因現(xiàn)有的MSC負荷較高并
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)絡規(guī)劃、擴容及優(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
于引入第二設備商，運營商將因競爭而受益；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，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，引入第二設備商，每一次網(wǎng)絡變動都應通報
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吸收較高的話務量。
由于頻率復用規(guī)劃完全各自獨立進行，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
線能適應不同下傾角度出發(fā)，選擇并用系統(tǒng)或單獨設置方式。
    兩系統(tǒng)的天線朝向應一致以利于話務控制，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在鏈路平衡標準中建議，GSM1800為16
W，GSM900為6W。但從有效覆蓋、利于話務控制、減少輻射爭議等綜合考慮，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有較好的近場場強。
10  參數(shù)規(guī)劃及設置
    GSM有許多參數(shù)，一般應在分別對GSM900和GSM1800網(wǎng)絡初步設值基礎上，再從雙頻網(wǎng)
角度來考慮調(diào)整，重點設置好C1等接人參數(shù)和優(yōu)先級參數(shù)。手機通常駐扎在C1值最大的小
區(qū)，在小區(qū)選擇時，在路徑損耗規(guī)則接入?yún)��?shù)C1的基礎上，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，將GSM90O置為“低’憂先級。在小區(qū)
重選時，在C2接入?yún)��?shù)中，設置偏移量來優(yōu)先接入GSM180O小區(qū)；在設好C1參數(shù)后，設置C2
的小區(qū)重選偏移值（CELLRESELECT．OFFSET，0～126dB，步長2 Db）和臨時負偏移值（TE-
MPORARYkOFFSET，0～60 Db，步長 10 Db）及提供臨時負偏的延時值（PENALTYkTIME，2～
620s，步長 2Os）。在有室外微蜂窩的GSM900/1800區(qū)域，將形成三層網(wǎng)，設每層為“一般”
優(yōu)先級或設GSM1800為“一般”優(yōu)先級、GSM9OO宏蜂窩和微蜂窩為“低”優(yōu)先級，而以臨時
負偏延時值的高低，使快速和慢速用戶分別選到 GSM9OO（GSM18OO）或微蜂窩。
    OMC參數(shù)設置，接收最小電平RXLEX－MIN（I）要小，以使GSM1800小區(qū)包含在目標切換
小區(qū)表中；切換門限電平HO－MARGIN（I）也要小，保證GSM1800小區(qū)在目標切換小區(qū)的表頭，
以首選。
    不同發(fā)展時期和GSM1800不同的站址網(wǎng)絡參數(shù)的設置應不同。雙頻網(wǎng)初期可以將GSM1800
系統(tǒng)優(yōu)先門限設置的稍高些，但由于層間僅 9 Db的傳播差值又不宜將其設置太高（現(xiàn)有的
高達 5O～6O Db），在 GSM180O連續(xù)平面的內(nèi)部設置高，雖有問題但尚可運行，但其邊緣
及不完善或零星的GSM1800網(wǎng)將很大地擴大了覆蓋范圍，GSM1800信號場強在-100 Db還強行
接入（有的網(wǎng)對GSM18OO的C1最低接入電平RELEVk－ACCESSk-MIN設此值，建議市區(qū)在-93 Db
為好），導致出現(xiàn)很高的呼損和排話率。因此，設置GSM180O基站平面內(nèi)部和邊緣的參數(shù)，
應慎重研究。