提高移動系統(tǒng)容量的幾種方法

2019-11-03 09:26:12

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供稿：網(wǎng)友

江蘇移動通信有限責(zé)任公司南通分公司趙如兵

　　近幾年，移動通信在世界上得到了迅速的發(fā)展，尤其在我國，移動電話的發(fā)展更為迅猛，到目前為止，總用戶已超過４０００萬，并正以每月新增１００萬以上用戶的速度繼續(xù)發(fā)展。但隨著用戶的迅速增長，現(xiàn)有頻率資源對移動通信發(fā)展的制約卻越來越大。因此，如何提高頻率利用率，盡可能提高系統(tǒng)容量，已成為移動通信運(yùn)營者極其關(guān)心的熱點(diǎn)問題。本文將根據(jù)當(dāng)今世界出現(xiàn)的一些新技術(shù)，介紹幾種提高系統(tǒng)容量的方法。

　　一、同心圓（ＣｏｎｃｅｎｔｒｉｃＣｅｌｌ）技術(shù)

　　同心圓技術(shù)是現(xiàn)階段ＧＳＭ系統(tǒng)中廣泛采用的一種提高頻率復(fù)用率的技術(shù)，其基本原理就是將普通的蜂窩小區(qū)分為內(nèi)層和外層又稱底層和頂層內(nèi)、外兩層共站址，共用一套天線系統(tǒng)，共用同一ＢＣＣＨ信道，外層的覆蓋范圍與普通的蜂窩小區(qū)相同，內(nèi)層采用較低的發(fā)射功率，覆蓋范圍較小，內(nèi)、外層頻率復(fù)用系數(shù)不同，外層一般采用４×３復(fù)用，內(nèi)層采用更為緊密的３×３、２×３等復(fù)用方式。由于內(nèi)、外層覆蓋區(qū)域的中心點(diǎn)相同而范圍大小不同因此將這種技術(shù)稱之為同心圓技術(shù)。

　　同心圓按其實(shí)現(xiàn)方式分類，一般可分為普通同心圓和智能雙層網(wǎng)（ＩＵＯ），它們的基本原理是完全相同的，主要區(qū)別就在于內(nèi)層的發(fā)射功率和內(nèi)外層間的切換算法。普通同心圓內(nèi)層的發(fā)射功率一般要低于外層功率，從而減小覆蓋范圍，提高了距離比，避免了同頻干擾，其內(nèi)層與外層間的切換一般是基于功率和距離的。而ＩＵＯ的內(nèi)層（通常稱為超級層）的發(fā)射功率與外層（通常稱為常規(guī)層）是完全相同的，基于Ｃ／Ｉ進(jìn)行切換，其切換過程如下：首先通話在常規(guī)層建立，然后ＢＳＣ不斷監(jiān)視此通話下行鏈路超級組信道的Ｃ／Ｉ值，當(dāng)某超級信道的Ｃ／Ｉ達(dá)到可用門限時，便將通話信道切換到此超級信道上，同時繼續(xù)監(jiān)測此信道的Ｃ／Ｉ，如果變壞到一定門限，便切換到常規(guī)信道上。因此，要采用ＩＵＯ，系統(tǒng)必須增加以下功能：下行同頻Ｃ／Ｉ的估算，與ＩＵＯ相關(guān)的切換算法。

　　同心圓技術(shù)對容量的提高主要是通過對內(nèi)層采用更緊密的復(fù)用方式，增加內(nèi)層小區(qū)的ＴＲＸ來實(shí)現(xiàn)的。在同心圓技術(shù)中，所有載波信道被分為兩組，一組用于外層，一組用于內(nèi)層。規(guī)定公共控制信道ＢＣＣＨ、ＳＤＣＣＨ必須放在外層，即通話必須在外層信道上建立。因此，為了保證整個網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行質(zhì)量，外層一般采用傳統(tǒng)的４×３復(fù)用方式。而內(nèi)層主要是業(yè)務(wù)信道ＴＣＨ，則可采用更緊密的復(fù)用方式，如３×３、２×３或１×３等。因此，同心圓技術(shù)對容量的提高是比較有限的。對于普通同心圓其內(nèi)層發(fā)射功率低，不易吸收室內(nèi)的話務(wù)量，因此頻率效率提高不大，實(shí)際容量提高約為１０％～３０％。對于ＩＵＯ，由于它內(nèi)層發(fā)射功率不變，能夠吸收室內(nèi)話務(wù)，且基于質(zhì)量進(jìn)行切換，對容量吸收比較靈活，因此實(shí)際容量提高相對較大，約２０％～４０％。

　　需要注意的是，同心圓內(nèi)層的覆蓋半徑一般小于普通蜂窩小區(qū)，其對話務(wù)量的吸收是受話務(wù)分布情況及覆蓋范圍限制的。話務(wù)越集中于基站附近，效果越明顯，而在話務(wù)均勻分布的情況下，同心圓技術(shù)對容量的提高很少，甚至?xí)档汀！?br>
　　　二、ＭＲＰ ＭｕｌｔｉｐｌｅＲｅｕｓｅＰａｔｔｅｒｎ 技術(shù)

　　ＭＲＰ技術(shù)是愛立信公司提出的一種緊密頻率復(fù)用的方法，在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。其基本原理就是把所有可用載頻分成幾種不同的組合，每一組合作為獨(dú)立的一層，代表不同的復(fù)用組。做頻率規(guī)劃時逐層分配載頻，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，也就是說在整個網(wǎng)絡(luò)中采用不同的復(fù)用類型。隨著基站頻率復(fù)用的逐漸緊湊，復(fù)用距離越來越小，這樣就可以將一些頻率釋放出來用于宏蜂窩中提供額外容量，或用于建室內(nèi)微蜂窩或微微蜂窩。

　　采用ＭＲＰ技術(shù)，由于同頻復(fù)用距離縮短，同頻干擾變大，必須采用跳頻、動態(tài)功率控制、不連續(xù)發(fā)射等技術(shù)對抗干擾，這是ＭＲＰ技術(shù)應(yīng)用的前提條件。在實(shí)際頻率規(guī)劃時，對于ＢＣＣＨ，由于控制信道不使用ＤＴＸ和跳頻，發(fā)射功率大，干擾特性與ＴＣＨ不同，為保證ＢＣＣＨ的安全，用于ＢＣＣＨ的載頻數(shù)應(yīng)不少于１２個，一般取１２～１５個；對于ＴＣＨ，則可采用９、６、４等復(fù)用模式。另外，應(yīng)注意頻率分配的順序，即先分配ＢＣＣＨ，然后分配ＴＣＨｎ，接下來做ＴＣＨｎ－１，逐層規(guī)劃，最后分配ＴＣＨ１。這是由于ＴＣＨｎ的載頻個數(shù)少，頻率分配較難，因此做完ＢＣＣＨ后應(yīng)先做ＴＣＨｎ，且使其限制條件較少，例如對每個小區(qū)定義較少的鄰區(qū)，同一小區(qū)或相鄰小區(qū)的載頻間隔較小等。隨著載頻數(shù)量的增加，應(yīng)逐步增加限制條件。

　　例如，現(xiàn)有可用頻譜７．２ＭＨｚ，那么可用載頻數(shù)為３６個。將載頻編號從１至３６，分成４組。

　　廣播控制信道（ＢＣＣＨ）組有１２個載頻可供復(fù)用；業(yè)務(wù)信道分ＴＣＨ１、ＴＣＨ２、ＴＣＨ３三組，每組分別有９、８、７個載頻可供復(fù)用。在頻率規(guī)劃時，先分配ＢＣＣＨ，１２個載頻按４／１２復(fù)用方式，每個小區(qū)分配１個ＢＣＣＨ載頻；接著分配ＴＣＨ３，每個小區(qū)分配ＴＣＨ３中的１個載頻；然后依次分配ＴＣＨ２、ＴＣＨ１。這樣，每個基站扇區(qū)最多可有４個載頻（１個ＢＣＣＨ和３個ＴＣＨ）。如果按傳統(tǒng)的４／１２復(fù)用方式，每扇區(qū)最多只能有３個載頻。

　　三、雙頻帶 ＤｕａｌＢａｎｄ 技術(shù)

　　隨著移動通信用戶的增加，９００ＭＨｚ頻段已無法滿足ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需求。為了尋取更大的網(wǎng)絡(luò)容量和更好的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，國內(nèi)外移動通信運(yùn)營者紛紛考慮在原ＧＳＭ９００網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上發(fā)展ＧＳＭ９００／１８００雙頻網(wǎng)。ＧＳＭ１８００（或稱ＤＣＳ１８００）系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用已成為ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然途徑。目前我國在北京、上海和廣州等地已相繼開通了ＧＳＭ１８００系統(tǒng)。

　　ＧＳＭ１８００（或稱ＤＣＳ１８００）是在ＧＳＭ９００的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新的移動電話制式，它們共同遵守ＧＳＭ的標(biāo)準(zhǔn)。因此，ＧＳＭ９００與ＧＳＭ１８００網(wǎng)除射頻部分不同外，其他網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)完全一致。也就是說，ＧＳＭ１８００與ＧＳＭ９００是ＧＳＭ規(guī)范下的兩種設(shè)備，它們遵循完全相同的設(shè)備結(jié)構(gòu)和信令體系，唯一的區(qū)別在于不同的工作頻段。

　　在ＧＳＭ９００網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展ＧＳＭ１８００，可從１８００ＭＨｚ頻譜此頻段有３７５個信道而９００ＭＨｚ中只有１２５個信道中更寬的可用頻率范圍里增加更多的容量。網(wǎng)的布局非常迅速、靈活和節(jié)省。因?yàn)椋牵樱拖到y(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)組成部分移動交換中心－ＭＳＣ、歸屬位置登記設(shè)備－ＨＬＲ、基站控制器－ＢＳＣ、變碼器－ＴＲＣ是現(xiàn)成的，可支持雙頻段網(wǎng)。只需對現(xiàn)有ＢＴＳ或一些ＧＳＭ１８００ＢＴＳ增加ＧＳＭ１８００ＢＴＳ。

　　在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方面，由于無線電波的傳播特性，ＧＳＭ９００相對于ＧＳＭ１８００網(wǎng)的覆蓋面大，且目前我國ＧＳＭ９００網(wǎng)已有較大規(guī)模，因此建設(shè)雙頻網(wǎng)既可以繼續(xù)發(fā)揮ＧＳＭ９００ＭＨｚ覆蓋廣、業(yè)務(wù)種類多、漫游能力強(qiáng)、已被我國公眾廣為接受等優(yōu)勢，又可以充分利用ＧＳＭ１８００豐富的頻率資源大規(guī)模擴(kuò)充ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)容量。特別要注意的是，在ＧＳＭ１８００系統(tǒng)建立初期，由于能夠進(jìn)入ＧＳＭ１８００覆蓋層的雙頻用戶較少，這一層的話務(wù)量也相應(yīng)較小，為了充分發(fā)揮ＧＳＭ１８００系統(tǒng)的作用，應(yīng)通過合理的設(shè)置，使雙頻移動臺盡可能進(jìn)入ＧＳＭ１８００系統(tǒng)，從而減小ＧＳＭ９００系統(tǒng)的負(fù)荷。

　　四、微蜂窩（ｍｉｃｒｏｃｅｌｌ）技術(shù)

　　微蜂窩技術(shù)是在宏蜂窩的的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種技術(shù)，是目前解決高話務(wù)量地區(qū)容量問題的行之有效的方法之一。

　　微蜂窩的覆蓋半徑大約為３０ｍ～３００ｍ；發(fā)射功率較小，一般在１Ｗ以下；基站天線置于相對低的地方，如屋頂下方，高于地面５～１０ｍ，傳播主要沿著街道的視線進(jìn)行，信號在樓頂?shù)男孤缎　Ｒ虼耍⒎涓C可以被用來加大無線電覆蓋，消除宏蜂窩中的“盲點(diǎn)”。同時由于低發(fā)射功率的微蜂窩基站允許較小的頻率復(fù)用距離，每個單元區(qū)域的信道數(shù)量較多，因此業(yè)務(wù)密度得到了巨大的增長，且ＲＦ干擾很低，將它安置在宏蜂窩的“熱點(diǎn)”上，可滿足該微小區(qū)域質(zhì)量與容量兩方面的要求。

　　微蜂窩在初期一般是提高覆蓋，在容量方面主要應(yīng)用在零散的“熱點(diǎn)”地區(qū)，即話務(wù)量比較集中，且面積較小的地區(qū)，此時對容量的提高很有限。隨著容量需求增大，高話務(wù)量地區(qū)已由點(diǎn)逐漸連成片時，宏蜂窩已無法滿足時，微蜂窩可以在一定范圍內(nèi)進(jìn)行連續(xù)覆蓋，此時效果就很明顯了。表２舉例說明頻帶為７．２ＭＨｚ時微蜂窩對容量的提高情況。

　　在實(shí)際設(shè)計(jì)中，微蜂窩作為無線覆蓋的補(bǔ)充，一般用于宏蜂窩覆蓋不到又有較大話務(wù)量的地點(diǎn)如地下會議室、娛樂室、地鐵、隧道等。作為熱點(diǎn)應(yīng)用的場合一般是話務(wù)量比較集中的地區(qū)，如購物中心、娛樂中心、會議中心、商務(wù)樓、停車場等地。

　　微蜂窩組網(wǎng)簡單，可直接加入到現(xiàn)有系統(tǒng)中，而不需改變現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其設(shè)備體積小，容易安裝，因此應(yīng)用靈活，可直接在需要的地方進(jìn)行建設(shè)，從而快速解決覆蓋盲點(diǎn)、熱點(diǎn)地區(qū)通信問題。它對容量的提高是明顯的，但需要付出較高的經(jīng)濟(jì)代價。

　　五、分層小區(qū)技術(shù)（ＨＣＳ）

　　分層小區(qū)技術(shù)是伴隨著微蜂窩及微微蜂窩技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的一門新興技術(shù)。它主要是通過在宏蜂窩下引入微蜂窩和微微蜂窩以提供更多的“內(nèi)含”蜂窩，形成分層小區(qū)結(jié)構(gòu)，從而解決網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的“盲點(diǎn)”和“熱點(diǎn)”，提高網(wǎng)絡(luò)容量的。

　　在一個分層小區(qū)結(jié)構(gòu)中，不同尺寸的小區(qū)相互重疊，不同發(fā)射功率的基站緊密相鄰并同時存在，整個通信網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出多層次的結(jié)構(gòu)。每一層分配不同的頻率段，以保證各層之間獨(dú)立運(yùn)作，不會相互干擾。相鄰微蜂窩的切換都回到所在的宏蜂窩上，宏蜂窩的廣域大功率覆蓋可看成是宏蜂窩上層網(wǎng)絡(luò)，并作為移動用戶在兩個微蜂窩區(qū)間移動時的“安全網(wǎng)”，而大量的微蜂窩則構(gòu)成微蜂窩下層網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)有用戶接入時，系統(tǒng)根據(jù)所測得的信號強(qiáng)度和各蜂窩的容量為某一呼叫選擇恰當(dāng)?shù)姆涓C宏蜂窩、微蜂窩或微微蜂窩，層間切換與普通的蜂窩切換一樣，切換點(diǎn)由系統(tǒng)決定，由ＧＳＭ移動臺自動輔助切換測量來完成，切換過程還取決于當(dāng)時各級的容量，如果微蜂窩和微微蜂窩已飽和，業(yè)務(wù)將切換至更高一級的蜂窩。

一個分層小區(qū)網(wǎng)絡(luò)，往往是由一個上層宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)和數(shù)個下層微蜂窩網(wǎng)絡(luò)組成的多元蜂窩系統(tǒng)。一個三層分級蜂窩結(jié)構(gòu)示意圖，它包括宏蜂窩、微蜂窩和微微蜂窩。每種蜂窩執(zhí)行早已定義好的不同功能。一般來說，宏蜂窩用于處理快速移動車輛的業(yè)務(wù)，微蜂窩處理慢速移動，集中于步行或交通阻塞車輛的業(yè)務(wù)，微微蜂窩用于覆蓋商場和辦公區(qū)等室內(nèi)區(qū)域。將負(fù)載按這種方式分層的原因與切換功能有關(guān)，因?yàn)檐囕d電話在微蜂窩間快速移動會產(chǎn)生頻繁切換，加重網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)，從網(wǎng)絡(luò)管理出發(fā)，將產(chǎn)生頻繁切換的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到較小切換的宏蜂窩，將提高網(wǎng)絡(luò)效率；慢速移動的車輛，由于它穿過蜂窩邊界需花較長的時間，產(chǎn)生切換的可能性較小，因此由微蜂窩來處理這類業(yè)務(wù)。

　　在實(shí)際應(yīng)用中，上述幾種方法可單獨(dú)或結(jié)合使用，也可逐步逐項(xiàng)地加入網(wǎng)絡(luò)中，但應(yīng)注意不同的技術(shù)適應(yīng)于不同的場合，并與廠家提供的設(shè)備的軟、硬件能力有關(guān)，運(yùn)營者只有根據(jù)本地的實(shí)際情況和廠商的能力選擇適當(dāng)?shù)募夹g(shù)，并切實(shí)做好網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和優(yōu)化，才能充分發(fā)揮這些技術(shù)的作用。

----《通信世界》