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建设GSM900/1800双频网应考虑的几个问题----张志强
发布时间：2006-10-14 7:53:06		收集提供：gaoqian


建设GSM900/1800双频网应考虑的几个问题----张志强摘要本文针对建设GSM900／1800双频网中的密度预测、组网布局、接入方式、小区规划、参数规划等技术问题进行了初步探讨。关键词数字移动通信网络规划双频系统 1 引言目前，蜂窝移动用户数目迅速增长，为提高网络容量，改善服务质量，我国的一些城市正在着手GSM900／1800双频网的建设，还有不少城市也在考虑组建双频网。GSM900 与GSM1800在网络结构、语音编码、调制技术、信令规程等方面是相同的，不同点在于频率范围、无线传播特性、馈线损耗、覆盖范围等。正是 GSM900/1800双频网的这些特性引发了一系列不同于单频网建设的问题，如建设时机问题，双频手机发展问题，组网是连续平面还是热点构建问题等。本文根据笔者长期进行双频网规划的经验，将从理论和实践上对这些问题进行探讨。 2 GSM900／1800的传播特性 Nokia公司曾对GSM9OO、GSM180O宏蜂窝基站的覆盖距离和可通概率进行比较，结果如图1所示。在该试验中，G8M1800采用的发射天线增益较GSM90O大 2 dBi，接收天线增益与GSM900相同，为（-109+-2）dBm。从图 1中可看出在典型的市区环境下，距基站1k m时GSM1800室内呼叫成功概率为40％，而GSM900在2.3km时才降到40％；路基站几 5 km 时 GSM1800室内呼叫成功概率约为 80％，而GSM9OO在 1.3km时才降为80％。又据 Mot- orola的试验报告：市区距基站1km内 GSM1800呼叫质量较好，1km外，衰减大于 30dB时，呈现较高的掉话率。另外，GSM1800的天线馈线损耗高，如 50 m长的天线馈线的损耗比 GSM900约大 1～1.5dB。 AIRTECH公司的共址试验表明，同样条件下，GSM1800天线的相对位置高于GSM900的天线2m以上时，衰耗高于GSM900约 6.8dB；如低于GSM90O的天线4m以上时，衰耗高于GS M900约12.4dB。理论上，GSM180O的高频信号应使穿透建筑物的能力比GSM900有所提高。但在1998年我国的GSM1800网络试验中，有技术人员反映 GSM1800在室内的损耗略高于 GSM900。由于造成这一现象的原因很复杂，不能得出普遍结论，对此应继续跟踪研究。我们通过以上研究得出，在同等条件下，GSM1800比GSM900的传播损耗大9dB，为使 GSM1800能很好地覆盖市区室内，站距一般应小于1000 m。从 ETSI的有关建议中也能得出这一结论，如表1所示。这样，双频网的组建将比单频GSM900网的组建要复杂得多，会带来一系列问题：如两网的站址如何选择，天线怎样架设，功率如何协调，话务如何控制使切换较少，固定网如何连接等等。解决好两系统间的 9 Db差异，是双频网组网运行考虑的基本出发点。 3 GSM900／1800双频网的运行特性 GSM900／1800双频网的运行特性包括接入过程、优先级选择、手机配合、接口要求等方面。GSM第二阶段建议对此有较详细的论述，（GSM9OO／1800双频系统及其组网考虑）（见《电信科学》1999年第2期）也介绍了它的运行机理，在此仅简要叙述。双频网为实现有效的话务控制、减少切换和提高密度容量，引了新的系统消息“2-t er／bis”和“5ter/bis”（限于phase2MS），分别用于空闲模式和专用模式时对双频邻小区的描述；还引入了描述手机类型“cfassmark”为双频的“CM3”；规定标准的接口对所有的双频段应用彻底透明。在小区选择中，双频手机扫描所有 RF频率，并以四种不同组合方式报告所在位置的 6个小区的场强。为优先选择某一网络及合理切换，双频网中还完善和新定义了C1、C2、CRO、CBA、CBQ等参数。一般的运行过程是，双频手机在手机类型CM1或CM2中告知网络发“early classmark ”；基站在3bis中发ECSM（尽早发送手机类别），同时在 2 ter/bis中发多频测量汇报标志（即BCCH广播A－CCH）；然后双频手机发“CM3”，或在位置更新后发“change cl- assmark”，同时发包含 GSM9OO／1800小区的测量报告；网络收后存储并用于接入和切换算法。在专用模式网络以慢速随路控制信道SACCH发切换信道信息HO－N－C，双频手机从含于5 ter/bis的扩展邻区表看邻频段小区。因此，网络在初试、重试和切换时，均可依据C1、C2等相应参数优先选择GSM1800。由此分析，如果没有双频手机（尤其是Phase2手机）与双频网络的紧密配合，或双频网的特有的参数设置不当，网络将不能正常运行或是低效的。同样，不同的布局组网，也将直接影响网络效率，如GSM90O和GSM1800非共址建站，运行优化的关系将变得很复杂。 4 GSM1800网的建设时机此问题之所以重要，是因为现有几种不同的看法。经研究和初步实践得出，在高话务密度区，GSM900定蜂窝的一般最小站距下，单基站话务负荷达到最大容量的三分之二，话务密度需求仍较高时，应及时发展双频网络。如站型最大能达到S888，在发展到S555或 S666站型时，就应上GSM1800，并早上比晚上有利。否则当用尽GSM900的全部容量，再去发展GSM1800，将会导致GSM900网络不能支持仍日益增多的单频手机。另外由于 GSM1800 网络初期多不完善，接入 GSM1800网络往往要先经过容量已嫌不足的GSM900网络，因此双频手机接。GSM180O也变得很困难。同时，由于只是密度容量紧张的大城市才发展双频用户，周边城市因密度容量不紧张而不会上GSM1800网络，也不会积极发展双频用户，因此这些城市的非双频漫游用户到中心大城市的会较多，容易增大对大城市GSM900网的压力。密度门限达到多少上GSM1800合适，涉及站距、选址等许多因素，这里仅建议郊县在 65Erl／km2且不愿增设GSM900基站时，大城市高密度区约在80Erl／km2时，可考虑上GSM 1800。另外，我们通过对高话务密度区采用双频网和微蜂窝的两种方案进行，发现微蜂窝密度容量有限，网络弹性差，投资大，规划设计和维护管理复杂，所以应先构建双频网。总之，要根据话务密度需求、本地网络实际情况和频率资源适时建设双频网。 5 密度预测和双频手机发展数量严格地讲，做不好话务密度预测是不可能建好双频网的，密度预测通常是在总量需求预测基础上，分析需接入GSM18OO系统的用户和所需的无线网容量，GSM18OO容量需求公式如下： Q1800=(Qtatal-Q900macro-Q900micro)/P 式中Qtotal为预测年网络总用户容量，Q900macro和Q900micro分别为预测年GSM900宏蜂窝和微蜂窝用户容量，P为经验冗余比例。密度需求预测有两种方法，一种是用计算机辅助模拟预测，第二种是简便估算，以得出目标年最高密度预测值和其中各年的最高密度预测值，判断GSM9OO网络所能支撑的密度和GSM1800需支撑的密度，此时，对微蜂窝起的作用最好先不考虑，估算公式为：式中Dtop-density为预测年最高密度值，Qtotaln为预测年数字蜂窝总用户数，T为忙时平均单机话务量，％为预测年高密度区话务量占总话务量比例或高密度区用户数占总用户数比例，A为预测年高密度区面积，R为话务密度波动估计值。预测时要注意：目前高密度区密度提高很快，而低密度区变化很小，中密度区的变化较难准确预测，因此应逐片分析。GSM180O网的密度需求预测公式为： D1800density=Dtop-density-D900macrodensity 式中D900macrodensity为预测年GSM90O网络能承载的密度值。按预测的GSM1800网络容量和密度建网后，能否有好的运行质量，关键在于双频手机的发展数量。对GSM1800网络的吸收容量要有清醒的认识，假定发展了一批双频用户，由于它们不可能全部分布在拟建GSM1800的基站区；即使位于该区，由于存在与GSM9OO网的覆盖场强差异、小区忙闲状态差异，门限设定优劣等差异，导致相当的用户呼叫未能接入GSM1800 网，而仍接入GSM9OO网。据分析，初期理想的能吸收7O％，差的仅能吸收3O％～4O％，因此规划上GSM1800时应提前些，以利多发展些用户。 6 传播预测模型的选择由于GSM1800的站距较近、频率较高，因此需要选择合适的传播预测模型。而 Okumura －Hata预测模型主要适用于有效无线高度 3O～2OO m，基站覆盖半径 1～2Okm的情况，不少城市的高密度区随着小区分裂，站距已缩小到数百米，在基站密集的地域使用此模型将出现预测值明显偏高的问题，李建业模型也存在类似问题，但站距较大时不妨仍可用这两个模型来预测。ETSI推荐先使用COST－231，其适用于近距离，但由于考虑地形和地面要素不足，预测精度也不太高。经比较我院选用了通用校正模型，该模型适用的有效范围：频率 5O～2000MHz，有效基站天线高度可达1OOm，距离0.l～1OOkm，其传输损耗公式如下： L＝-K1-K2lgd-K3lghb-K4Diffraction- K5lgdlghb-K6hm- Kclutter 式中K1:1英里截距，K2：路径损耗斜率，K3、K4、K5、K6为一些可调参数 hb：基站有效天线高度 hm：移动台有效无线高度 d：基站与移动台的距离 Diffraction：绕射损耗 Kclutter：地面用途系数在预测 GSM9OO和 GSM1800时，应分别选择合适的K1、K2值。 7 组网布局通常是确定了密度需求再进行基站布局。表2的布局分析是定性考虑和参考实际规划模拟计算定量分析的结果。GSM 1800一般与现有的GSM9OO基站共址，但也应考虑在个别场强覆盖弱、有干扰的地点加站。在高密度区同址设站，GSM9OO基站站距较近，两基站覆盖面积易做到接近，基本无问题；GSM9OO站距较大的共址，覆盖会类似同心圆，GSM 1800的内圆和GSM9OO的外圆交界处会导致较多的切换，话源平均分布时更为严重， GSM1800吸收话务量还将减少。为使GSM1800吸收较高的话务量，应考虑缩小站距。根据我国的实际情况，高密度区的GSM9OO／1800共站站距，最好是结合长远规划按照终局站距在4 00 m左右进行设置，有困难的可在5OOm左右。各地可根据实际情况和希望GSM1800吸收话务量的要求，选取不同的布局，而具备条件的应一步到位建成较完善的网络，这样运行质量最好；待完善的应预先考虑今后拟增加的GSM18OO站址，进行覆盖预测和干扰分析。 8 接入方式的选择和引入第二设备供应商的问题有关建议和国内试验都表明：MSC和BSS不属同一设备商一般能互通，但需 Q3协议以使 OMC能正常管理。BSS不属同一设备商，需增加 MAP2信令才可互通。双频网有通过Abis接口、A接口、E接口等几种实现方式，几种实现方式适用于不同的网络基础和用户发展规模，其投资也不同。应从省网建设出发，结合引入第二设备商的问题慎重选择接入方式。一般来说，Abis接口适于小规模投入，GSM18OO站距较大、覆盖有不完善的缝隙，其网络参数设置及调整效率较高，初期投资较省；但网络再规模扩容及优化较困难，日趋增多的层间、BSC间、MSC间的切换使得网络质量变得难以控制；限于同一设备商，可能导致价格下降困难；拓展新业务受限。A接口适用于中小城市，并能保证运行质量；虽能引入第二设备商，但网络管理将变得复杂，各公司BSC的独特算法难以全部应用，有的只能使用ETSI的话务控制的标准建议。若大城市采用A接口，因现有的MSC负荷较高并向多局制发展，很难再承受GSM180O基站系统规模扩容所带来的大容量和引入的双频切换。 E接口适用于大规模应用，如大城市中心地带乃至城区全覆盖，将形成与GSM9OO相平行的网层，网络规划、扩容及优化都很方便，可最大限度地减少双频切换，投资效益较高，最易于引入第二设备商，运营商将因竞争而受益；双频切换增加的系统间消息流量较小，仅在双频用户比例很高时，才需增加E接口和D接口的链路。采用A接口方式，不同频段的小区可位于相同或不同的“位置区”；采用 Abis接口方式，“位置区”相同；采用E接口方式则 “位置区’相异。另外，采用A接口或E接口，引入第二设备商，每一次网络变动都应通报或协调。 9 共址小区规划双频网小区要统一规划、联合调整，才能减少双频切换，使GSM180O吸收较高的话务量。由于频率复用规划完全各自独立进行，根据大概确定的覆盖范围，着重要解决天线系统和发射功率问题。天线高度建议在市区为 20～25 m左右，GSM180O天线最好高于GSM900约2～3 m。从天线能适应不同下倾角度出发，选择并用系统或单独设置方式。两系统的天线朝向应一致以利于话务控制，水平和垂直方向的半功率张用要小而接近，主瓣增益应考虑GSM18OO大于GSM9002～5 dBi或一致。目前GSM180O基站最大功率约为 25～32 W，ETSI在链路平衡标准中建议，GSM1800为16 W，GSM900为6W。但从有效覆盖、利于话务控制、减少辐射争议等综合考虑，建议GSM9OO为 5～6W，GSM1800为8～10W，然后再配合调整天线倾角，保证GSM18OO有较好的近场场强。 10 参数规划及设置 GSM有许多参数，一般应在分别对GSM900和GSM1800网络初步设值基础上，再从双频网角度来考虑调整，重点设置好C1等接人参数和优先级参数。手机通常驻扎在C1值最大的小区，在小区选择时，在路径损耗规则接入参数C1的基础上，以CRO参数优选GSM180O小区；或使用CBA、CBQ参数将GSM1800置为“一般”优先级，将GSM90O置为“低’忧先级。在小区重选时，在C2接入参数中，设置偏移量来优先接入GSM180O小区；在设好C1参数后，设置C2 的小区重选偏移值（CELLRESELECT．OFFSET，0～126dB，步长2 Db）和临时负偏移值（TE- MPORARYkOFFSET，0～60 Db，步长 10 Db）及提供临时负偏的延时值（PENALTYkTIME，2～ 620s，步长 2Os）。在有室外微蜂窝的GSM900/1800区域，将形成三层网，设每层为“一般” 优先级或设GSM1800为“一般”优先级、GSM9OO宏蜂窝和微蜂窝为“低”优先级，而以临时负偏延时值的高低，使快速和慢速用户分别选到 GSM9OO（GSM18OO）或微蜂窝。 OMC参数设置，接收最小电平RXLEX－MIN（I）要小，以使GSM1800小区包含在目标切换小区表中；切换门限电平HO－MARGIN（I）也要小，保证GSM1800小区在目标切换小区的表头，以首选。不同发展时期和GSM1800不同的站址网络参数的设置应不同。双频网初期可以将GSM1800 系统优先门限设置的稍高些，但由于层间仅 9 Db的传播差值又不宜将其设置太高（现有的高达 5O～6O Db），在 GSM180O连续平面的内部设置高，虽有问题但尚可运行，但其边缘及不完善或零星的GSM1800网将很大地扩大了覆盖范围，GSM1800信号场强在-100 Db还强行接入（有的网对GSM18OO的C1最低接入电平RELEVk－ACCESSk-MIN设此值，建议市区在-93 Db 为好），导致出现很高的呼损和排话率。因此，设置GSM180O基站平面内部和边缘的参数，应慎重研究。

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