如何提高GSM網(wǎng)絡(luò)的容量

［摘要］
本文對小區(qū)分裂、頻段擴展、頻率緊密復(fù)用、采用微蜂窩與微微蜂窩、采用GMS901-1800雙頻系統(tǒng)、定期進行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等提高GSM網(wǎng)絡(luò)容量的方法作了綜述性的介紹，并從實際出發(fā)對提高GSM網(wǎng)絡(luò)容量采用的方法提出建議。

［關(guān)鍵詞］
GSM，小區(qū)分裂，頻率復(fù)用，GSM900/1800雙頻網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

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)運營商們孜孜以求的目標(biāo)。GSM擴容的傳統(tǒng)方法是小區(qū)分裂與頻段擴展，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分裂法。

2.頻段擴展和頻率緊密復(fù)用技術(shù)

頻段擴展當(dāng)然是擴容的理想手段，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，除個別熱點地區(qū)外，暫時還能基本滿足需要。浙江電信GSM五期擴容后GSM網(wǎng)頻段范圍為：898.6－908.8MHz，共10.2MHz。本次六期擴容原則上計劃將A網(wǎng)頻段延伸至885.0125MHz，GSM網(wǎng)頻段向下擴展至14.4MHz，使用23-94號頻點。

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個基站區(qū)的復(fù)用方式
這種7個基站區(qū)為一個復(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，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。按TCH分組方法的不同，MRP又可分為嚴(yán)格的MRP與改進的MRP。

MRP復(fù)用方式有以下幾個特點：
·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，較易實現(xiàn)。

在使用MRP時，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，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”地區(qū)。最主要的“熱點”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)，以解決低速運動用戶的覆蓋。

微蜂窩具有以下優(yōu)點：
·設(shè)備體積小，安裝簡單靈活，可快速解決熱點地區(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；
·采用后容量可明顯提高。

微蜂窩也具有以下一些缺點：
*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，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，應(yīng)使用微蜂窩作為覆蓋補充，而話務(wù)量很高的商業(yè)街道等地則可采用多層網(wǎng)形式進行連續(xù)覆蓋。

（2）為解決整個大型建筑物的覆蓋，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)，可考慮適時推出GSM900/1800雙頻網(wǎng)絡(luò)。
雙頻系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：

· 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)投資與日常維護費用；
·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)運行維護及人員培訓(xùn)費用。

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

（1）雙頻系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)視具體情況區(qū)別對待，應(yīng)堅持解決話務(wù)密集地區(qū)為重點的方針，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分開設(shè)置。這可以減輕原有的GSM900交換機的壓力，并降低實施GSM1800系統(tǒng)工程時對GSM900系統(tǒng)的影響。

（2）應(yīng)盡可能共基站，以節(jié)省建設(shè)投資與維護費用。

（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現(xiàn)。

（4）在建網(wǎng)時應(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)正常運行下對系統(tǒng)的一個全范圍的調(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)實時地適應(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；通過采集交換機數(shù)據(jù)，了解交換機運行情況等等。

（2）對收集到的數(shù)據(jù)進行分析，并依據(jù)分析結(jié)果進行以下幾方面的網(wǎng)絡(luò)調(diào)整：提高交換機的處理效率、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)濟合理性與時間緊迫性，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”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行）；
第四，采用雙頻系統(tǒng)。

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