GSM網(wǎng)絡(luò)的提升容量設(shè)計(jì)方法

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隨著GSM移動業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展,在保證通信質(zhì)量的前提下最大限度地提高GSM網(wǎng)絡(luò)容量始終是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商們孜孜以求的目標(biāo)。GSM擴(kuò)容的傳統(tǒng)方法是小區(qū)分裂與頻段擴(kuò)展,但目前得到新的頻譜資源的可能性已經(jīng)不大,在話務(wù)密集地區(qū)因受到干擾的限制,小區(qū)分裂亦舉步維艱,因而采用更加緊密的頻率復(fù)用技術(shù)、建立微蜂窩/微微蜂窩、建設(shè)GSM900/1800雙頻網(wǎng)絡(luò)以及進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等已經(jīng)成為解決 GSM網(wǎng)絡(luò)容量的重要手段。

1 小區(qū)分裂技術(shù)

小區(qū)分裂技術(shù)是增加網(wǎng)絡(luò)容量的理所當(dāng)然的首選方案。GSM建網(wǎng)初期,主要是解決覆蓋問題。在頻譜資源寬裕的地區(qū)/時(shí)期,隨著用戶的增加,可將原來的小區(qū)分裂成更多的覆蓋面積較小的小區(qū)或者增加原有小區(qū)的載頻數(shù),從而達(dá)到擴(kuò)容的目的。通過小區(qū)分裂或新增載頻,全網(wǎng)基站數(shù)增加,全網(wǎng)載頻數(shù)、信道數(shù)、話務(wù)量、用戶數(shù)等均大幅度增加。小區(qū)分裂提高頻譜利用率的關(guān)鍵在于減小了單位小區(qū)的面積。選擇小區(qū)分裂擴(kuò)容法應(yīng)遵循以下原則:

(1)確保已建基站可繼續(xù)使用;

(2)應(yīng)保持頻率復(fù)用方式的規(guī)則性與重復(fù)性;

(3)盡量減少或避免過渡區(qū);

(4)確保今后可繼續(xù)進(jìn)行小區(qū)分裂。

全向小區(qū)分裂為全向小區(qū)的方法主要有1:3分裂法;全向小區(qū)分裂為全向及走向小區(qū)的方法有:1:7分裂法;全向小區(qū)分裂為定向小區(qū)的方法有:1×3×4分裂法及1×6×3分裂法;定向小區(qū)分裂為定向小區(qū)的方法有:六角形邊中心分裂法及六角形頂點(diǎn)分裂法。

2 頻段擴(kuò)展和頻率緊密復(fù)用技術(shù)

頻段擴(kuò)展當(dāng)然是擴(kuò)容的理想手段,但在現(xiàn)有情況下,得到新的頻譜的可能性不大。目前浙江聯(lián)通在900MHz頻段有6MHz的資源,除個(gè)別熱點(diǎn)地區(qū)外,暫時(shí)還能基本滿足需要。浙江電信GSM五期擴(kuò)容后GSM網(wǎng)頻段范圍為:898.6-908.8MHz,共10.2MHz。本次六期擴(kuò)容原則上計(jì)劃將A網(wǎng)頻段延伸至885.0125MHz,GSM網(wǎng)頻段向下擴(kuò)展至14.4MHz,使用23-94號頻點(diǎn)。目前,浙江電信G網(wǎng)基站在許多地區(qū)已十分密集,特別是杭、甫、溫三城市,部分基站間的距離只有四五百米,合適站址的選取已越來越困難。站間距離太近,導(dǎo)致了同頻及鄰頻干擾的增大。此外,天線增益越高,其在垂直面內(nèi)的波束寬度也就越窄,若站距太近,則移動臺處于天線主波束外的概率大大增加。另外,A網(wǎng)移頻的余地也不是很大,因此,頻譜擴(kuò)展的空間十分有限。不過,由于GSM采用了諸如GMSK、均衡調(diào)制、交織編碼等手段,特別是還提供了其它一些旨在提高頻譜效率的技術(shù),如跳頻、非連續(xù)發(fā)射(DTX)、功率控制、半速率信 道、分集接收以及移動輔助切換等,從而降低了網(wǎng)絡(luò)對同頻與鄰源干擾指標(biāo)的要求,使得頻率的緊密復(fù)用成為可能。

(1)跳頻。跳頻就是載頻按某種頻率序列進(jìn)行跳變,它包括基帶跳頻與射頻跳頻兩種。跳頻的作用是提供了頻率分集,提高了系統(tǒng)的抗干擾、抗衰落能力。

(2)非連續(xù)發(fā)射(fDTX)。采用DTX技術(shù),可降低系統(tǒng)總的干擾水平。

(3)功率控制。這也是降低干擾從而提高容量的有效手段。

(4)半速率信道。這可使系統(tǒng)容量增加一倍。

(5)分集。分集有多種形式,利用分集技術(shù),可以改善系統(tǒng)抗衰落的能力。

3 采用更緊密的頻率復(fù)用技術(shù)

在頻段受到限制的情況下,采用更緊密的頻率復(fù)用方式無疑是提高系統(tǒng)容量最直接的方法之一。GSM中可以使用的頻率復(fù)用方法主要有肝:7小區(qū)復(fù)用方式、 4×3復(fù)用方式、3×3復(fù)用方式,4×3與3×3的混合復(fù)用方式、2×6復(fù)用方式、1×3復(fù)用方式以及同心圓(Concentric Cell)技術(shù)與多重復(fù)用MRP(Multiple frequency Pattern)方式等等。

(1)7個(gè)基站區(qū)的復(fù)用方式

這種7個(gè)基站區(qū)為一個(gè)復(fù)用組的復(fù)用方式適用于話務(wù)量較低或用戶密度較小的地區(qū),一般為全向基站,其D/R=4.58,同頻復(fù)用距離較遠(yuǎn)。

(2)4×3復(fù)用方式

這是“900MHz TDMA數(shù)字公用陸地蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制”建議采用的復(fù)用方式,也是GSM系統(tǒng)中最常用和最典型的復(fù)用方式。對于三葉草60度天線,其D/R=6;對于120度天線,其D/R=3.46采用三葉草60度無線時(shí)同頻干擾性能更好。

(3)3×3復(fù)用方式

這也是“900MHzTDMA數(shù)字公用陸地蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制”建議采用的復(fù)用方式。3×3復(fù)用方式與跳頻、DTX、功率控制一起使用,可到同頻干擾要求。但帶寬在6MHz以下時(shí),不能提供足夠的跳頻增益,因此性能不佳。

(4)2×6復(fù)用方式

這是Motrola提出的用以解決高話務(wù)地區(qū)頻率復(fù)用的方法。該方法在不同天線方向上有著不同的頻率復(fù)用程度,其D/R小于3×3復(fù)用方式。

(5)1×3復(fù)用方式

這一方式是目前最緊密的復(fù)用方式,其主要特點(diǎn)為:

·適用于頻帶較窄,容量比較集中,不需很多基站的地區(qū);

·可在較小的基站數(shù)下提供較大容量;

·需要采用部分加載方法,即載頻不能用滿,收發(fā)信機(jī)數(shù)目為載頻的一半左右;

·需要采用射頻跳頻、功率控制、不連續(xù)發(fā)射、天線分集等技術(shù),以降低干擾;

·不需改變現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

不過,雖然這一方式頻率利用率很高,但系統(tǒng)干擾增加很大,如采用的抗干擾措施不夠有效,可能對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量產(chǎn)生較大影響,因此應(yīng)謹(jǐn)慎使用。

(6)同心圓技術(shù)

同心圓技術(shù)就是將通常的小區(qū)分為外層(Overlay)和內(nèi)層(Underlay),外層的覆蓋范圍為傳統(tǒng)的蜂窩小區(qū),而內(nèi)層的覆蓋范圍則主要集中在基站附近。另外,內(nèi)外層的頻率復(fù)用系數(shù)一般也不同,外層一般用4×3復(fù)用方式,而內(nèi)層則采用更緊密的復(fù)用方式,如3×3、2×3或1×3等方式。根據(jù)同心圓的實(shí)現(xiàn)方式不同,可分為普通同心圓與智能雙層網(wǎng)(IUO)兩種,兩者的主要區(qū)別在于內(nèi)層的發(fā)射功率與內(nèi)外層的切換算法。普通同心圓內(nèi)層的發(fā)射功率一般要低于外層,從而降低了同頻干擾,其內(nèi)外層的切換一般是基于功率與距離的。而IUO內(nèi)外層的發(fā)射功率是完全相同的,并基于C/I進(jìn)行切換。普通同心圓對容量的提高約為10%-30%左右,提高量不大,IUO方式對容量提高相對較大,一般為20%-40%,并能在提高容量的基礎(chǔ)上保證通話質(zhì)量。

(7)MRP方式

MRP方式就是將所有可用載頻分為幾組,每一組載頻作為獨(dú)立的一層,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。為保證BCCH的安全,MRP中用于BCCH的載頻數(shù)應(yīng)不少于12個(gè)。按TCH分組方法的不同,MRP又可分為嚴(yán)格的MRP與改進(jìn)的MRP。

MRP復(fù)用方式有以下幾個(gè)特點(diǎn):

·可較大程度提高容量,在7.2MHz帶寬情況下,比 4×3復(fù)用率提高47%;

·信道分配靈活;

·可釋放出一些頻率用于微蜂窩;

·采用基帶跳頻,較易實(shí)現(xiàn)。

在使用MRP時(shí),應(yīng)注意以下問題:

* 必須采用跳頻、功率控制、DTX等抗干擾手段,這也是MRP技術(shù)應(yīng)用的前提;

*采用MRP技術(shù)時(shí),應(yīng)注意頻率分配的順序。一般應(yīng)先分配BCCH,然后分配TCH5,接著

分配TCH4,直至TCH1;

* 不同區(qū)域基站的頻率應(yīng)分別規(guī)劃;

* 根據(jù)具體的干擾情況,調(diào)整鄰區(qū)設(shè)置。

從深圳及山東等地的使用情況看,MRP技術(shù)可根據(jù)容量需求及話務(wù)分布情況靈活進(jìn)行頻率規(guī)劃,可逐步提高網(wǎng)絡(luò)容量,比僅使用3×3復(fù)用網(wǎng)絡(luò)容量高,與 1×3復(fù)用相比對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量影響較小,采用的技術(shù)如跳頻、功率控制、不連續(xù)發(fā)射是GSM系統(tǒng)應(yīng)具備的技術(shù),在硬件設(shè)備及軟件上無其它特殊要求,是目前應(yīng)用得比較成功的頻率復(fù)用方式。

4 微蜂窩與微微蜂窩技術(shù)

采用微蜂窩及微微蜂窩技術(shù)也是提高網(wǎng)絡(luò)容量的有效方法之一。

在以下兩類地區(qū)可考慮使用微蜂窩:

一是“熱點(diǎn)”地區(qū)。最主要的“熱點(diǎn)”地區(qū)是如大型賓館、飯店、寫字樓、大型商場、娛樂場所及車站、碼頭、機(jī)場等等。

二是為解決全網(wǎng)容量問題,在現(xiàn)有宏蜂窩下再建一個(gè)連續(xù)覆蓋的微蜂窩。宏蜂窩用于覆蓋低話務(wù)密度地區(qū),以解決高速移動用戶的覆蓋;微蜂窩用于覆蓋高話務(wù)地區(qū),以解決低速運(yùn)動用戶的覆蓋。

微蜂窩具有以下優(yōu)點(diǎn):

·設(shè)備體積小,安裝簡單靈活,可快速解決熱點(diǎn)地區(qū)的容量與覆蓋問題;

·無需改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),無需特殊手機(jī);

·采用后容量可明顯提高。

微蜂窩也具有以下一些缺點(diǎn):

*為解決大城市的連續(xù)覆蓋,需要大量的微蜂窩,投資十分龐大;

*采用分層結(jié)構(gòu)時(shí),網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,增加了頻率規(guī)劃的難度。

目前,浙江電信已大量采用了微蜂窩。對于浙江聯(lián)通,建議按如下思路發(fā)展微蜂窩:

(1)在宏蜂窩覆蓋不到而話務(wù)量又很大的地點(diǎn),應(yīng)使用微蜂窩作為覆蓋補(bǔ)充,而話務(wù)量很高的商業(yè)街道等地則可采用多層網(wǎng)形式進(jìn)行連續(xù)覆蓋。

(2)為解決整個(gè)大型建筑物的覆蓋,可考慮采用室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)。

5 采用GSM900/1800雙頻系統(tǒng)

在話務(wù)量特別大或頻率資源特別緊張的地區(qū),可考慮適時(shí)推出GSM900/1800雙頻網(wǎng)絡(luò)。

雙頻系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):

除射頻部分外,GSM1800系統(tǒng)具有與GSM900系統(tǒng)基本相同的軟硬件結(jié)構(gòu);

·兩網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同,可共用MSC、HLR、BSC及OMC;

·兩網(wǎng)絡(luò)可共站址,可充分利用機(jī)房、傳輸、電源、空調(diào)及其它配套設(shè)施,大大節(jié)省

建設(shè)投資與日常維護(hù)費(fèi)用;

·雖然900MHz與1800MHz電波的傳播特性不盡相同,但GSM1800與GSM900的無線頻率規(guī)劃方法及工具卻基本相同;

·GSM1800無線覆蓋范圍小,小區(qū)半徑小,覆蓋相同的區(qū)域需要較多基站,因此提高

了單位面積的網(wǎng)絡(luò)容量;

·由于兩者原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同,可以節(jié)約網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)及人員培訓(xùn)費(fèi)用。

在建設(shè)雙頻網(wǎng)絡(luò)的過程中,應(yīng)注意以下幾個(gè)問題:

(1)雙頻系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)視具體情況區(qū)別對待,應(yīng)堅(jiān)持解決話務(wù)密集地區(qū)為重點(diǎn)的方針,并要充分利用現(xiàn)有的GSM900系統(tǒng)的設(shè)備,將兩者有機(jī)結(jié)合。對于話務(wù)量較小的地區(qū),雙頻網(wǎng)絡(luò)可共用MSC、BSC等設(shè)備,甚至可共基站,這樣可靈活配置網(wǎng)絡(luò),為未來的擴(kuò)容留出余地。對于話務(wù)量相對較大的地區(qū),應(yīng)考慮將兩者的交換機(jī)分開設(shè)置。這可以減輕原有的GSM900交換機(jī)的壓力,并降低實(shí)施GSM1800系統(tǒng)工程時(shí)對GSM900系統(tǒng)的影響。

(2)應(yīng)盡可能共基站,以節(jié)省建設(shè)投資與維護(hù)費(fèi)用。

(3)應(yīng)減少雙頻切換,盡量讓GSM900系統(tǒng)保證覆蓋,而GSM1800系統(tǒng)充分吸收話務(wù)。這可通過調(diào)整兩系統(tǒng)間的切換算法及切換電平門限等方法而實(shí)現(xiàn)。

(4)在建網(wǎng)時(shí)應(yīng)盡量選用高增益的天線、低損耗的饋線。

(5)因在GSM Phase2中增補(bǔ)了許多性能,信令種類相對增多,因此,在A接口的信令鏈路配置上應(yīng)有一定的冗余度。

6 定期進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模與復(fù)雜度的不斷增加,定期進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化已日顯緊迫,網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化已成為間接提高網(wǎng)絡(luò)容量的一種十分有效的手段。網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是在系統(tǒng)正常運(yùn)行下對系統(tǒng)的一個(gè)全范圍的調(diào)整,通過對網(wǎng)絡(luò)資源的經(jīng)常性調(diào)整,可使網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)地適應(yīng)移動通信網(wǎng)動態(tài)變化的要求。

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的基本步驟包括:

(1)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的收集。主要包括:通過場強(qiáng)測試而掌握無線覆蓋情況;通過呼叫質(zhì)量的測試,從用戶的角度去了解網(wǎng)絡(luò)情況;通過OMC的話務(wù)報(bào)告,掌握話務(wù)分布情況;通過收集頻率規(guī)劃數(shù)據(jù),了解小區(qū)頻率規(guī)劃的合理性;通過采集交換機(jī)數(shù)據(jù),了解交換機(jī)運(yùn)行情況等等。

(2)對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并依據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行以下幾方面的網(wǎng)絡(luò)調(diào)整:提高交換機(jī)的處理效率、增加容量;信道數(shù)調(diào)整、基站位置變更、盡量利用高大建筑物作隔離;天線位置的變更、DownTilt角度的適當(dāng)調(diào)整;切換參數(shù)、頻率等的調(diào)整。

7 建議

綜合考慮無線覆蓋要求及工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)合理性與時(shí)間緊迫性,我們認(rèn)為提高GSM網(wǎng)絡(luò)容量的一般方法是:

首先,采用宏蜂窩,并用小區(qū)分裂技術(shù),建設(shè)更多的小的宏蜂窩;

其次,采用較緊密的頻率復(fù)用方式,以提高頻率利用率;

第三,在“熱點(diǎn)”地區(qū)及重要場所建立微蜂窩與微微蜂窩(也可與前兩步交替進(jìn)行);

第四,采用雙頻系統(tǒng)。

在上述四種方法中,還應(yīng)同步進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化。

來源:電子發(fā)燒友


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