上海邮电设计院 杨海燕
ＧＳＭ和其他无线通信系统一样，其容量主要受限于无线频率，在许多地区，特别是在经济发达的大城市和特大城市，９００ＭＨｚ频带上的频率资源已十分紧张，某种程度上已严重制约了移动通信业务的发展，如何开发新的频率资源、提高频率利用率，以尽可能地提高ＧＳＭ网容量，已成为移动通信运营商亟待解决的问题。
ＥＴＳＩ规定，ＧＳＭ在９００ＭＨｚ上的频带包括２个２５ＭＨｚ的子频带：８９０ＭＨｚ～９１５ＭＨｚ（上行链路，移动台到基站）和９３５ＭＨｚ～９６０ＭＨｚ（下行链路，基站到移动台），中国目前只有中国移动和中国联通２家ＧＳＭ运营商，中国移动已使用了约１２ＭＨｚ的频段，中国联通也使用了约６ＭＨｚ的频段，而这两家运营公司目前均已面临频率资源不足的问题，随着中国在ＷＴＯ的复关在即，今后我国还可能引进其他的运营商，由于每个运营商仍只能分到上述频带中的一部分，频率资源的紧张程度可见一斑。
由于１８００ＭＨｚ频带与９００ＭＨｚ频带的无线传播特征基本相似，１９９０年在英国的要求下，包括２个７５ＭＨｚ子频带的１８００ＭＨｚ频带也被ＧＳＭ规范采用，即１７１０ＭＨｚ～１７８５ＭＨｚ（移动台发、基站收）和１８０５ＭＨｚ～１８８０ＭＨｚ（基站发、移动台收）。相应地，中国国家无线电管理委员会分配给ＧＳＭ１８００的频带为４５ＭＨｚ（其余３０ＭＨｚ频带预留给ＰＣＳ），即１７１０ＭＨｚ～１７５５ＭＨｚ（移动台发、基站收）和１８０５ＭＨｚ～１８５０ＭＨｚ基站发、移动台收）。由于ＧＳＭ在９００ＭＨｚ和１８００ＭＨｚ上的频率复用技术基本一致，因此无论是ＥＴＳＩ还是国家无委的规定，１８００ＭＨｚ上的频率资源均比９００ＭＨｚ上的频率资源富裕得多。利用１８００ＭＨｚ频段比较宽松的资源，采用ＧＳＭ９００／１８００双频段操作，将会极大地缓解目前ＧＳＭ９００的容量压力，同时，由于ＧＳＭ１８００和ＧＳＭ９００在系统组网、工程实施、网络维护及支持的业务等方面比较一致，而且也不用考虑ＧＳＭ１８００和ＧＳＭ９００之间的频率干扰，因此可以非常快速、有效地组建ＧＳＭ９００／１８００双频网。
当然ＧＳＭ９００／１８００双频网的有效运作必须基于双频手机的普及使用，只有拥有一定数量的双频手机用户群后，才能通过组建双频网使ＧＳＭ１８００从不堪负荷的ＧＳＭ９００网中吸收一定的话务量，以达到分流ＧＳＭ９００负荷的目的。
双频网的网络架构
ＧＳＭ９００和ＧＳＭ１８００双频组网目前主要有独立组网和共用ＭＳＣ、共用ＢＳＣ、共用ＢＴＳ等几种方式，在具体组网时应根据现网的情况灵活掌握。下面将从技术、工程、投资等方面就上述几种方式分别进行比较。
１、独立组网
ＧＳＭ９００与ＧＳＭ１８００系统从交换网到无线网均互相独立，自成系统。这种方式较适用于中、大规模的城市，而且话务热点地区大范围连续覆盖的情况。
该方案的优点是网络结构相对独立，不用对现有的ＧＳＭ９００系统设备做任何的软、硬件的修改，对现网改动少，保证了原来系统的稳定运行和服务质量；同时，将来ＧＳＭ９００和ＧＳＭ１８００可以分别进行扩容和调整，避免相互之间产生影响。
缺点是同一个覆盖区域内的ＧＳＭ９００小区 和ＧＳＭ１８００小区分别属于不同的位置区（ＬＡＣ），凡双频切换均会引起位置更新，导致交换机的处理开销大大增加，并容易引起掉话率的升高，必须采取有效措施控制位置更新的流量。另外，独立组网的初期投资也相对较大。
２、共用ＭＳＣ，不共用ＢＳＣ
ＤＣＳ１８００与ＧＳＭ９００系统共用ＭＳＣ、不共用ＢＳＣ，在无线网层次上仍互相独立。这种方式较适合于话务热点区域相对较大的地区。
该方案的优点是同一覆盖区内的ＧＳＭ９００小区和ＧＳＭ１８００小区属于同一位置区，双频切换主要发生在交换机内部，对交换机的处理开销影响较小，切换成功率较独立组网方式高。另外，ＧＳＭ９００和ＧＳＭ１８００的无线网络相互独立，可分别进行无线频率规划，且相邻小区关系也相对简单。
缺点是由于ＧＳＭ９００一般都先于ＧＳＭ１８００建设，已基本划定相应的位置区，且各交换机的处理能力及接口也有限，引入ＧＳＭ１８００后，现有ＧＳＭ９００的交换区划分需重新调整，对现网Ａ接口及ＬＡＣ数据等影响较大，而且部分ＭＳＣ由于ＧＳＭ１８００系统的引入，需要进行相应的扩容，对现网有一定的扩容割接工作量。
３、共用ＢＳＣ
共用ＢＳＣ，ＧＳＭ１８００与ＧＳＭ９００从交换网至无线网均为同一平台，互相融合。这种方式较适合于话务热点和高密度区呈零星分布的情况。
该方案的优点是同一覆盖区内的ＧＳＭ９００和ＧＳＭ１８００小区属于同一位置区，而且，同一ＢＳＣ服务区域内的双频切换也仅占用ＢＳＣ的内部链路，不占用Ａ接口上的信令链路，位置更新流量更小，双频切换速度更快。
缺点是必须采用大容量的ＢＳＣ，才能确保网络的相对稳定性，否则，由于ＢＳＣ的处理能力及端口数量的限制而引起的频繁的Ａ接口和Ａ ｂｉｓ接口调整，将很不利于网络的稳定。而且，这种组网方式的无线网络结构不如方式１、２清晰，每一个基站的调整都将同时影响ＧＳＭ９００和ＧＳＭ１８００的局数据。
４、共用ＢＴＳ
这里所指的ＢＴＳ，并不是指逻辑上的ＢＴＳ，而是指物理上的ＢＴＳ机柜，即ＧＳＭ９００和ＧＳＭ１８００的载频共用一个机柜。
这种配置方式的优点是非常灵活，对硬件的改动很小，对ＢＳＣ软件的配置影响也很小，特别适用于某些局部区域出现话务过载（如体育馆、展览馆、车站等附近），而ＧＳＭ９００频率资源、机房等又已经相当紧张的场合。此时，为了迅速缓解话务紧张状态，可以在原ＧＳＭ９００机柜中混插ＧＳＭ１８００载频，用于吸收话务量。这种方式的局限是原有ＢＴＳ机柜必须支持ＧＳＭ９００和ＧＳＭ１８００混插。
双频网的优化
由于ＧＳＭ９００／１８００双频网工作在９００ＭＨｚ和１８００ＭＨｚ两个频段上，其建设和运营均较单一频率的ＧＳＭ网络更为复杂，为了使ＧＳＭ９００和ＧＳＭ１８００良好配合，使其既满足网络覆盖的要求，又满足容量的需求，不仅要在组建双频网时根据需求的具体情况选择一种合适的网络结构，而且在网络投入运营后，仍需要根据实际运行情况，针对双频网的特点进行网络调整与优化，以期最大地发挥双频网的效益。使双频手机尽量运行在ＧＳＭ１８００上，以分流ＧＳＭ９００的话务，是目前双频网优化的基本原则。
根据ＧＳＭ规范，手机有两种状态，即空闲（Ｉｄｌｅ）模式和专用（Ａｃｔｉｖｅ）模式。相应地，双频网的网络优化就是在空闲模式下，使手机能驻留在ＧＳＭ１８００小区，在专用模式下，在保证通话质量的前提下使手机能保持在ＧＳＭ１８００小区。下面主要从小区选择、小区重选及双频切换三个方面来讨论。
１、小区选择
小区选择是双频网优化的第一步，小区选择的方案是让双频手机尽量优先选择ＧＳＭ１８００，这样可以更合理地分配有限的频率资源，避免双频手机和单频手机在小区选择上都争夺ＧＳＭ９００的频率资源，造成在ＧＳＭ９００小区的拥塞，而在ＧＳＭ１８００小区上的频率闲置。
小区选择的具体实现如下：手机开机后会与归属的ＧＳＭ网进行联系，选择一个合适的小区，从中提取控制信道的参数和其它系统消息，完成小区选择过程。在ＧＳＭ规范中，规定了小区选择的依据参数是路径损耗准则Ｃ１，Ｃ１与允许的最低接入电平有关。手机所选择的小区的Ｃ１值必须大于０，同时还要判断小区是否被禁止接入、小区的优先级等因素，在满足Ｃ１标准的前提下，手机将选择优先级高的小区。
双频网优化中的小区选择就是通过将ＧＳＭ１８００的小区和ＧＳＭ９００的小区分别设定不同的优先级，来使双频手机在小区选择时优先选择ＧＳＭ１８００的。由于ＧＳＭ１８００频段的信号衰耗较大，在ＧＳＭ９００和ＧＳＭ１８００共存的情况下，ＧＳＭ１８００小区的信号强度通常低于ＧＳＭ９００，因此在设置小区优先级时就应该将ＧＳＭ１８００小区的优先级设为“正常”，将ＧＳＭ９００小区的优先级设为“低”，具体实现是：在小区信号满足Ｃ１准则的前提下，设置小区的ＣＢＱ（Ｃｅｌｌ＿Ｂａｒ＿Ｑｕａｌｉｆｙ）和ＣＢＡＣｅｌｌ＿Ｂａｒ＿Ａｃｃｅｓｓ值，如将ＧＳＭ１８００的小区的ＣＢＱ设为０（高），ＧＳＭ９００的小区的ＣＢＱ设为１（低）。
２、小区重选
上面描述了手机开机时的小区选择过程，当双频手机已经占上了ＧＳＭ１８００以后，如何让其继续保持在ＧＳＭ１８００上，也是非常重要的，因为如果手机通过小区重选又回到ＧＳＭ９００上，就失去了组建双频网以分流ＧＳＭ９００负荷的目的，而且也增加了双频切换对网络的压力。下面就来分析一下当手机处于空闲模式下的小区重选过程。
在空闲模式下，手机停留在所选的小区中，通过接收该小区的系统消息，检测ＢＡ列表，测量该列表中相邻小区的ＢＣＣＨ载频的信号电平，记录其中信号电平最大的６个相邻小区，并从中提取出每个相邻小区的各类系统消息和控制消息，在满足一定的条件（主要是无线信道质量等）时，手机将从当前小区转移到另一个小区。由于无线电波传输的多径效应等影响，即使手机位于原地不动，其接收电平的相对情况也会不断发生变化，因此也会导致小区重选，并有可能进一步导致双频切换，加大对网络的压力。
为了避免在同一覆盖区中仅仅由于ＧＳＭ１８００和ＧＳＭ９００的信号电平的细微区别而引起的不必要的双频切换，必须对小区重选采取一定的控制措施，双频网络中对小区重选的控制主要是通过优化小区重选偏移量（Ｃｅｌｌ＿Ｒｅｓｅｌｅｃｔ＿Ｏｆｆｓｅｔ）这个参数来实现的。
小区重选偏移量是一个可以对双频网络人为定义优先级的关键性参数，在双频网络中，可以采用不同的小区重选偏移量来人为影响小区重选的排序。具体设置小区重选偏移量时，一般可以使在ＧＳＭ１８００小区的小区偏移量比ＧＳＭ９００小区的数值高约２０～３０ｄＢ，也就是说只要ＧＳＭ１８００小区的接受电平不低于ＧＳＭ９００小区的接收电平２０～３０ｄＢ，移动台就会选择ＧＳＭ１８００小区。由于接收电平的范围从－４８ｄＢｍ～－１１０ｄＢｍ跨度仅在６２ｄＢ左右，因此２０～３０ｄＢ的偏移值使得双频手机在双频重叠覆盖区域移动时，几乎不转移到ＧＳＭ９００小区，从而达到降低位置更新压力的目的。
但在调整小区重选偏移量这个参数时必须注意两点：首先是如果 ＧＳＭ１８００网络的覆盖不理想而这个偏移量又设得较大的话，将会导致移动台即使在ＧＳＭ１８００小区的接收电平比较低的情况下，依然选择ＧＳＭ１８００小区，导致通话质量下降；其次是当双频手机普及率不断增大的情况下，该值需要适当地回落，以均衡在ＧＳＭ１８００上的手机容量。
总之，正确运用调整小区重选偏移量的方法可以确保一定数量的双频手机在小区重选后仍位于ＧＳＭ１８００网内，对于整个网络的容量分流起着至关重要的作用。
３、小区切换
手机在通话过程中，当有更合适的小区出现时，手机会切换到该小区，以保持良好的通话质量，这就是小区切换。
目前，ＧＳＭ９００／１８００双频组网最常见的方式是在原有ＧＳＭ９００的覆盖上再叠加ＧＳＭ１８００的覆盖，通过ＧＳＭ１８００来吸收ＧＳＭ９００的负荷。在当前双频手机还不是很多的情况下，双频网中小区切换的优化就是让ＧＳＭ１８００系统具有比ＧＳＭ９００系统更高的优先级，使手机在保证通话质量的条件下更容易切换到ＧＳＭ１８００系统并在通话过程中尽可能保持在ＧＳＭ１８００小区，以达到分担ＧＳＭ９００负荷的目的。其具体实现方案因各设备厂家的不同而不同，主要有以下几种：
（１）设置双频负荷门限值
双频负荷门限值可决定ＧＳＭ１８００和ＧＳＭ９００的层间切换，其含义是：当ＧＳＭ９００的业务信道占用率达到或超过双频负荷门限值时，双频手机在测量到相邻ＧＳＭ１８００小区的接收电平达到门限值时，将切换到ＧＳＭ１８００小区。一般双频负荷门限值取６０％，即以现行ＧＳＭ９００网业务信道占用率６０％为门限值。
但当手机切换到相邻的ＧＳＭ１８００小区后，因接收电平低的原因，有可能又会切换回ＧＳＭ９００小区，并由此发生乒乓切换，因此有必要采取某种保护措施进行有效控制，防止这种乒乓切换的发生。具体实现方式是屏蔽双频之间的功率预算切换，使得因更好小区而引发的切换尽可能发生在同频（同层）之间，而避免双频之间的紧急切换。
（２）采用分层分级的切换算法
分层分级切换算法不仅将ＧＳＭ１８００和ＧＳＭ９００分为不同的层，而且在同一层中也根据实际话务的分布，将每个小区设定为不同的级，具体作法是：将ＧＳＭ１８００设为第一层，具有高的优先级，将ＧＳＭ９００设为第二层，具有较低的优先级，层内的小区再可分为不同的优先级，小区切换将主要根据优先级来实现，通过这种对小区的分层分级来实现对每个小区更完善的话务负荷分布。
另外，还可根据网络实际运行情况，通过调整层间切换迟滞等参数达到预防层间乒乓切换的目的。
（３）ＡＬＭ／ＡＨＡ
ＡＬＭ／ＡＨＡ是一种先进的双频话务管理和切换算法，已广泛应用在世界各地的微蜂窝层以及双频网。同其它双频话务管理方法一样，ＡＬＭ／ＡＨＡ的出发点也是当ＧＳＭ１８００网络连续覆盖时，尽量使话务保持在ＧＳＭ１８００层并且避免切换到ＧＳＭ９００层。但其它许多双频话务管理方法主要是把小区固定划分为不同的层，在分配ＴＣＨ及切换时按照层数分出优先顺序。而ＡＬＭ／ＡＨＡ则没有固定的层的概念，而是在分配ＴＣＨ及切换时使用不同的切换算法，某小区对一个邻近小区的优先级跟另外一个邻区的可以不同，即在网络设计时有很大的灵活性。
根据ＡＬＭ／ＡＨＡ算法，每个小区可以设定不同的ＡＬＭ模式（ＢＰＭ ０～６），每个小区跟小区之间的切换关系也可以定义不同的ＡＨＡ模式。
双频网管理的两个主要方面是拥塞缓解功能和话务平衡功能，下面简要介绍一下它们的实现。
拥塞缓解功能主要包括当拥塞发生时（话务量达到拥塞门限），将已接通的业务切换到非拥塞小区，并防止切换到非理想小区，同时，对尝试切进来的、并非紧急切换而又导致拥塞发生的手机，则拒绝此手机的切换请求。具体是通过设置两个不同的门限值来实现的：第一个门限值是双频拥塞门限值，当话务量达到此门限值时，启动拥塞缓解并选择双频手机（只选择双频手机）切换到其它小区；第二个门限值是拥塞门限（Ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ），当话务量达到此门限值时，启动拥塞缓解并将手机（任何手机）切换到其它小区。
双频网话务平衡功能是通过ＡＬＭ（频带优先模式）和拥塞缓解功能共同实现的，即当优先频段（如ＧＳＭ１８００）的话务量达到某一门限时，就将话务量分配（即切换）到次选频段（如ＧＳＭ９００），以期达到ＧＳＭ１８００和ＧＳＭ９００的话务量平衡。
双频组网的工程考虑
由于在同样环境条件下，１８００ ＭＨｚ信号的无线传输衰耗要比９００ ＭＨｚ信号高很多，而且大、中城市中ＧＳＭ９００系统已基本实现连续覆盖，因此，组建高效的双频网络就是要实现ＧＳＭ１８００相对的连续覆盖（起码在热点地区连续覆盖），以避免因ＧＳＭ１８００覆盖不好而引起的频繁的双频切换，并进而导致网络效率的降低。因此，双频组网的工程建设中需要充分考虑以下几个方面：
１、合理选择基站站址，尽量满足ＧＳＭ１８００的连续覆盖
由于１８００ＭＨｚ信号的频率比较高，虽然穿透介质的能力比９００ＭＨｚ信号强，但传输衰耗比９００ＭＨｚ信号大，且其绕射性能也比９００ＭＨｚ信号差，因此，对１８００ＭＨｚ信号来说，总的衰耗还是较大。在钢筋混凝土建筑比较集中的大中城市，ＧＳＭ１８００的站距选择应当不要超过１０００米，如果在与ＧＳＭ９００同站址建设无法满足衰耗条件时，应当考虑在建筑物密集区适当新增一些站点，以保证ＧＳＭ１８００网络在室内的连续覆盖，减轻因室内双频信号差异而导致的切换量。
２、选择高增益、低损耗的天、馈线系统
由于当９００ＭＨｚ小区天线和１８００ＭＨｚ小区天线位于同一高度、同一位置情况下，１８００ＭＨｚ信号的传输衰耗要比９００ＭＨｚ信号高１０个ｄＢ左右，因此在ＧＳＭ１８００网络建设中，特别是在与ＧＳＭ９００同站址建设的情况下，应尽量采用高增益的天、馈线系统，降低传输衰耗，尽量保证ＧＳＭ１８００网络与ＧＳＭ９００网络相同的连续覆盖。具体采取的措施包括：尽量选择高增益的天线，ＧＳＭ１８００的主瓣增益可大于ＧＳＭ９００的２～５个ｄＢ；ＧＳＭ１８００的天线最好高于ＧＳＭ９００天线２～３米；加大ＧＳＭ１８００基站的发射功率；选择较粗的馈线以降低１８００ ＭＨｚ信号的传输损耗等。
----《通信世界》
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