如何提高GSM網(wǎng)絡(luò )的容量

［摘要］
本文對小區分裂、頻段擴展、頻率緊密復用、采用微蜂窩與微微蜂窩、采用GMS901-1800雙頻系統、定期進(jìn)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(shí)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，小區分裂，頻率復用，GSM900/1800雙頻網(wǎng)絡(luò )，網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化

隨著(zhù)GSM移動(dòng)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(yíng)商們孜孜以求的目標。GSM擴容的傳統方法是小區分裂與頻段擴展，但目前得到新的頻譜資源的可能性已經(jīng)不大，在話(huà)務(wù)密集地區因受到干擾的限制，小區分裂亦舉步維艱，因而采用更加緊密的頻率復用技術(shù)、建立微蜂窩／微微蜂窩、建設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小區分裂技術(shù)

小區分裂技術(shù)是增加網(wǎng)絡(luò )容量的理所當然的首選方案。GSM建網(wǎng)初期，主要是解決覆蓋問(wèn)題。在頻譜資源寬裕的地區／時(shí)期，隨著(zhù)用戶(hù)的增加，可將原來(lái)的小區分裂成更多的覆蓋面積較小的小區或者增加原有小區的載頻數，從而達到擴容的目的。通過(guò)小區分裂或新增載頻，全網(wǎng)基站數增加，全網(wǎng)載頻數、信道數、話(huà)務(wù)量、用戶(hù)數等均大幅度增加。小區分裂提高頻譜利用率的關(guān)鍵在于減小了單位小區的面積。

選擇小區分裂擴容法應遵循以下原則：

（1）確保已建基站可繼續使用；

（2）應保持頻率復用方式的規則性與重復性；

（3）盡量減少或避免過(guò)渡區；

（4）確保今后可繼續進(jìn)行小區分裂。

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

2.頻段擴展和頻率緊密復用技術(shù)

頻段擴展當然是擴容的理想手段，但在現有情況下，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)地區外，暫時(shí)還能基本滿(mǎn)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(diǎn)。

目前，浙江電信G網(wǎng)基站在許多地區已十分密集，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(lái)越困難。站間距離太近，導致了同頻及鄰頻干擾的增大。此外，天線(xiàn)增益越高，其在垂直面內的波束寬度也就越窄，若站距太近，則移動(dòng)臺處于天線(xiàn)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(guò)，由于GSM采用了諸如GMSK、均衡調制、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、非連續發(fā)射（DTX）、功率控制、半速率信道、分集接收以及移動(dòng)輔助切換等，從而降低了網(wǎng)絡(luò )對同頻與鄰源干擾指標的要求，使得頻率的緊密復用成為可能。

（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，提高了系統的抗干擾、抗衰落能力。

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

（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)，可以改善系統抗衰落的能力。

3.采用更緊密的頻率復用技術(shù)

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

（1）7個(gè)基站區的復用方式
這種7個(gè)基站區為一個(gè)復用組的復用方式適用于話(huà)務(wù)量較低或用戶(hù)密度較小的地區，一般為全向基站，其D/R＝4.58，同頻復用距離較遠。

（2）4×3復用方式
這是“900MHz TDMA數字公用陸地蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )技術(shù)體制”建議采用的復用方式，也是GSM系統中最常用和最典型的復用方式。對于三葉草60度天線(xiàn)，其D／R＝6；對于120度天線(xiàn)，其D／R=3.46采用三葉草60度無(wú)線(xiàn)時(shí)同頻干擾性能更好。

（3）3×3復用方式
這也是“900MHzTDMA數字公用陸地蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )技術(shù)體制”建議采用的復用方式。3×3復用方式與跳頻、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復用方式
這是Motrola提出的用以解決高話(huà)務(wù)地區頻率復用的方法。該方法在不同天線(xiàn)方向上有著(zhù)不同的頻率復用程度，其D／R小于3×3復用方式。

（5）1×3復用方式
這一方式是目前最緊密的復用方式，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；
·可在較小的基站數下提供較大容量；
·需要采用部分加載方法，即載頻不能用滿(mǎn)，收發(fā)信機數目為載頻的一半左右；
·需要采用射頻跳頻、功率控制、不連續發(fā)射、天線(xiàn)分集等技術(shù)，以降低干擾；
·不需改變現有網(wǎng)絡(luò )結構。

不過(guò)，雖然這一方式頻率利用率很高，但系統干擾增加很大，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，因此應謹慎使用。

（6）同心圓技術(shù)
同心圓技術(shù)就是將通常的小區分為外層（Overlay）和內層（Underlay），外層的覆蓋范圍為傳統的蜂窩小區，而內層的覆蓋范圍則主要集中在基站附近。另外，內外層的頻率復用系數一般也不同，外層一般用4×3復用方式，而內層則采用更緊密的復用方式，如3×3、2×3或1×3等方式。

根據同心圓的實(shí)現方式不同，可分為普通同心圓與智能雙層網(wǎng)（IUO）兩種，兩者的主要區別在于內層的發(fā)射功率與內外層的切換算法。普通同心圓內層的發(fā)射功率一般要低于外層，從而降低了同頻干擾，其內外層的切換一般是基于功率與距離的。而IUO內外層的發(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上保證通話(huà)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用方式，頻率復用逐層緊密。為保證BCCH的安全，MRP中用于BCCH的載頻數應不少于12個(gè)。按TCH分組方法的不同，MRP又可分為嚴格的MRP與改進(jìn)的MRP。

MRP復用方式有以下幾個(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。

在使用MRP時(shí)，應注意以下問(wèn)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)應用的前提；
*采用MRP技術(shù)時(shí)，應注意頻率分配的順序。一般應先分配BCCH，然后分配TCH5，接著(zhù)分配TCH4，直至TCH1；
* 不同區域基站的頻率應分別規劃；
* 根據具體的干擾情況，調整鄰區設置。

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

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(lèi)地區可考慮使用微蜂窩：
一是“熱點(diǎn)”地區。最主要的“熱點(diǎn)”地區是如大型賓館、飯店、寫(xiě)字樓、大型商場(chǎng)、娛樂(lè )場(chǎng)所及車(chē)站、碼頭、機場(chǎng)等等。

二是為解決全網(wǎng)容量問(wèn)題，在現有宏蜂窩下再建一個(gè)連續覆蓋的微蜂窩。宏蜂窩用于覆蓋低話(huà)務(wù)密度地區，以解決高速移動(dòng)用戶(hù)的覆蓋；微蜂窩用于覆蓋高話(huà)務(wù)地區，以解決低速運動(dòng)用戶(hù)的覆蓋。

微蜂窩具有以下優(yōu)點(diǎn)：
·設備體積小，安裝簡(jiǎn)單靈活，可快速解決熱點(diǎn)地區的容量與覆蓋問(wèn)題；
·無(wú)需改變網(wǎng)絡(luò )結構，無(wú)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(diǎn)：
*為解決大城市的連續覆蓋，需要大量的微蜂窩，投資十分龐大；
*采用分層結構時(shí)，網(wǎng)絡(luò )結構復雜，增加了頻率規劃的難度。

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(huà)務(wù)量又很大的地點(diǎn)，應使用微蜂窩作為覆蓋補充，而話(huà)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)行連續覆蓋。

（2）為解決整個(gè)大型建筑物的覆蓋，可考慮采用室內覆蓋系統。

5.采用GSM900/1800雙頻系統

在話(huà)務(wù)量特別大或頻率資源特別緊張的地區，可考慮適時(shí)推出GSM900/1800雙頻網(wǎng)絡(luò )。
雙頻系統具有以下優(yōu)點(diǎn)：

· 除射頻部分外，GSM1800系統具有與GSM900系統基本相同的軟硬件結構；
·兩網(wǎng)絡(luò )拓撲結構相同，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、空調及其它配套設施，大大節省建設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(wú)線(xiàn)頻率規劃方法及工具卻基本相同；
·GSM1800無(wú)線(xiàn)覆蓋范圍小，小區半徑小，覆蓋相同的區域需要較多基站，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結構相同，可以節約網(wǎng)絡(luò )運行維護及人員培訓費用。

在建設雙頻網(wǎng)絡(luò )的過(guò)程中，應注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）雙頻系統的建設應視具體情況區別對待，應堅持解決話(huà)務(wù)密集地區為重點(diǎn)的方針，并要充分利用現有的GSM900系統的設備，將兩者有機結合。

對于話(huà)務(wù)量較小的地區，雙頻網(wǎng)絡(luò )可共用MSC、BSC等設備，甚至可共基站，這樣可靈活配置網(wǎng)絡(luò )，為未來(lái)的擴容留出余地。

對于話(huà)務(wù)量相對較大的地區，應考慮將兩者的交換機分開(kāi)設置。這可以減輕原有的GSM900交換機的壓力，并降低實(shí)施GSM1800系統工程時(shí)對GSM900系統的影響。

（2）應盡可能共基站，以節省建設投資與維護費用。

（3）應減少雙頻切換，盡量讓GSM900系統保證覆蓋，而GSM1800系統充分吸收話(huà)務(wù)。這可通過(guò)調整兩系統間的切換算法及切換電平門(mén)限等方法而實(shí)現。

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

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

6.定期進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化

隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )規模與復雜度的不斷增加，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)化是在系統正常運行下對系統的一個(gè)全范圍的調整，通過(guò)對網(wǎng)絡(luò )資源的經(jīng)常性調整，可使網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)地適應移動(dòng)通信網(wǎng)動(dòng)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 )數據的收集。主要包括：通過(guò)場(chǎng)強測試而掌握無(wú)線(xiàn)覆蓋情況；通過(guò)呼叫質(zhì)量的測試，從用戶(hù)的角度去了解網(wǎng)絡(luò )情況；通過(guò)OMC的話(huà)務(wù)報告，掌握話(huà)務(wù)分布情況；通過(guò)收集頻率規劃數據，了解小區頻率規劃的合理性；通過(guò)采集交換機數據，了解交換機運行情況等等。

（2）對收集到的數據進(jìn)行分析，并依據分析結果進(jìn)行以下幾方面的網(wǎng)絡(luò )調整：提高交換機的處理效率、增加容量；信道數調整、基站位置變更、盡量利用高大建筑物作隔離；天線(xiàn)位置的變更、DownTilt角度的適當調整；切換參數、頻率等的調整。

7建議

綜合考慮無(wú)線(xiàn)覆蓋要求及工程建設的經(jīng)濟合理性與時(shí)間緊迫性，我們認為提高GSM網(wǎng)絡(luò )容量的一般方法是：

首先，采用宏蜂窩，并用小區分裂技術(shù)，建設更多的小的宏蜂窩；
其次，采用較緊密的頻率復用方式，以提高頻率利用率；
第三，在“熱點(diǎn)”地區及重要場(chǎng)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。

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