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高效的GSM900/1800雙頻網(wǎng)的組建方案

2019-11-03 09:26:17
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供稿:網(wǎng)友
上海郵電設(shè)計院 楊海燕


  GSM和其他無線通信系統(tǒng)一樣,其容量主要受限于無線頻率,在許多地區(qū),特別是在經(jīng)濟發(fā)達的大城市和特大城市,900MHz頻帶上的頻率資源已十分緊張,某種程度上已嚴重制約了移動通信業(yè)務的發(fā)展,如何開發(fā)新的頻率資源、提高頻率利用率,以盡可能地提高GSM網(wǎng)容量,已成為移動通信運營商亟待解決的問題。

  ETSI規(guī)定,GSM在900MHz上的頻帶包括2個25MHz的子頻帶:890MHz~915MHz(上行鏈路,移動臺到基站)和935MHz~960MHz(下行鏈路,基站到移動臺),中國目前只有中國移動和中國聯(lián)通2家GSM運營商,中國移動已使用了約12MHz的頻段,中國聯(lián)通也使用了約6MHz的頻段,而這兩家運營公司目前均已面臨頻率資源不足的問題,隨著中國在WTO的復關(guān)在即,今后我國還可能引進其他的運營商,由于每個運營商仍只能分到上述頻帶中的一部分,頻率資源的緊張程度可見一斑。

  由于1800MHz頻帶與900MHz頻帶的無線傳播特征基本相似,1990年在英國的要求下,包括2個75MHz子頻帶的1800MHz頻帶也被GSM規(guī)范采用,即1710MHz~1785MHz(移動臺發(fā)、基站收)和1805MHz~1880MHz(基站發(fā)、移動臺收)。相應地,中國國家無線電管理委員會分配給GSM1800的頻帶為45MHz(其余30MHz頻帶預留給PCS),即1710MHz~1755MHz(移動臺發(fā)、基站收)和1805MHz~1850MHz基站發(fā)、移動臺收)。由于GSM在900MHz和1800MHz上的頻率復用技術(shù)基本一致,因此無論是ETSI還是國家無委的規(guī)定,1800MHz上的頻率資源均比900MHz上的頻率資源富裕得多。利用1800MHz頻段比較寬松的資源,采用GSM900/1800雙頻段操作,將會極大地緩解目前GSM900的容量壓力,同時,由于GSM1800和GSM900在系統(tǒng)組網(wǎng)、工程實施、網(wǎng)絡(luò)維護及支持的業(yè)務等方面比較一致,而且也不用考慮GSM1800和GSM900之間的頻率干擾,因此可以非常快速、有效地組建GSM900/1800雙頻網(wǎng)。

  當然GSM900/1800雙頻網(wǎng)的有效運作必須基于雙頻手機的普及使用,只有擁有一定數(shù)量的雙頻手機用戶群后,才能通過組建雙頻網(wǎng)使GSM1800從不堪負荷的GSM900網(wǎng)中吸收一定的話務量,以達到分流GSM900負荷的目的。

雙頻網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

  GSM900和GSM1800雙頻組網(wǎng)目前主要有獨立組網(wǎng)和共用MSC、共用BSC、共用BTS等幾種方式,在具體組網(wǎng)時應根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)的情況靈活掌握。下面將從技術(shù)、工程、投資等方面就上述幾種方式分別進行比較。

  1、獨立組網(wǎng)

  GSM900與GSM1800系統(tǒng)從交換網(wǎng)到無線網(wǎng)均互相獨立,自成系統(tǒng)。這種方式較適用于中、大規(guī)模的城市,而且話務熱點地區(qū)大范圍連續(xù)覆蓋的情況。

  該方案的優(yōu)點是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對獨立,不用對現(xiàn)有的GSM900系統(tǒng)設(shè)備做任何的軟、硬件的修改,對現(xiàn)網(wǎng)改動少,保證了原來系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和服務質(zhì)量;同時,將來GSM900和GSM1800可以分別進行擴容和調(diào)整,避免相互之間產(chǎn)生影響。

  缺點是同一個覆蓋區(qū)域內(nèi)的GSM900小區(qū) 和GSM1800小區(qū)分別屬于不同的位置區(qū)(LAC),凡雙頻切換均會引起位置更新,導致交換機的處理開銷大大增加,并容易引起掉話率的升高,必須采取有效措施控制位置更新的流量。另外,獨立組網(wǎng)的初期投資也相對較大。

  2、共用MSC,不共用BSC

  DCS1800與GSM900系統(tǒng)共用MSC、不共用BSC,在無線網(wǎng)層次上仍互相獨立。這種方式較適合于話務熱點區(qū)域相對較大的地區(qū)。

  該方案的優(yōu)點是同一覆蓋區(qū)內(nèi)的GSM900小區(qū)和GSM1800小區(qū)屬于同一位置區(qū),雙頻切換主要發(fā)生在交換機內(nèi)部,對交換機的處理開銷影響較小,切換成功率較獨立組網(wǎng)方式高。另外,GSM900和GSM1800的無線網(wǎng)絡(luò)相互獨立,可分別進行無線頻率規(guī)劃,且相鄰小區(qū)關(guān)系也相對簡單。

  缺點是由于GSM900一般都先于GSM1800建設(shè),已基本劃定相應的位置區(qū),且各交換機的處理能力及接口也有限,引入GSM1800后,現(xiàn)有GSM900的交換區(qū)劃分需重新調(diào)整,對現(xiàn)網(wǎng)A接口及LAC數(shù)據(jù)等影響較大,而且部分MSC由于GSM1800系統(tǒng)的引入,需要進行相應的擴容,對現(xiàn)網(wǎng)有一定的擴容割接工作量。

  3、共用BSC

  共用BSC,GSM1800與GSM900從交換網(wǎng)至無線網(wǎng)均為同一平臺,互相融合。這種方式較適合于話務熱點和高密度區(qū)呈零星分布的情況。

  該方案的優(yōu)點是同一覆蓋區(qū)內(nèi)的GSM900和GSM1800小區(qū)屬于同一位置區(qū),而且,同一BSC服務區(qū)域內(nèi)的雙頻切換也僅占用BSC的內(nèi)部鏈路,不占用A接口上的信令鏈路,位置更新流量更小,雙頻切換速度更快。

  缺點是必須采用大容量的BSC,才能確保網(wǎng)絡(luò)的相對穩(wěn)定性,否則,由于BSC的處理能力及端口數(shù)量的限制而引起的頻繁的A接口和A bis接口調(diào)整,將很不利于網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定。而且,這種組網(wǎng)方式的無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不如方式1、2清晰,每一個基站的調(diào)整都將同時影響GSM900和GSM1800的局數(shù)據(jù)。

  4、共用BTS

  這里所指的BTS,并不是指邏輯上的BTS,而是指物理上的BTS機柜,即GSM900和GSM1800的載頻共用一個機柜。

  這種配置方式的優(yōu)點是非常靈活,對硬件的改動很小,對BSC軟件的配置影響也很小,特別適用于某些局部區(qū)域出現(xiàn)話務過載(如體育館、展覽館、車站等附近),而GSM900頻率資源、機房等又已經(jīng)相當緊張的場合。此時,為了迅速緩解話務緊張狀態(tài),可以在原GSM900機柜中混插GSM1800載頻,用于吸收話務量。這種方式的局限是原有BTS機柜必須支持GSM900和GSM1800混插。

雙頻網(wǎng)的優(yōu)化

  由于GSM900/1800雙頻網(wǎng)工作在900MHz和1800MHz兩個頻段上,其建設(shè)和運營均較單一頻率的GSM網(wǎng)絡(luò)更為復雜,為了使GSM900和GSM1800良好配合,使其既滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋的要求,又滿足容量的需求,不僅要在組建雙頻網(wǎng)時根據(jù)需求的具體情況選擇一種合適的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),而且在網(wǎng)絡(luò)投入運營后,仍需要根據(jù)實際運行情況,針對雙頻網(wǎng)的特點進行網(wǎng)絡(luò)調(diào)整與優(yōu)化,以期最大地發(fā)揮雙頻網(wǎng)的效益。使雙頻手機盡量運行在GSM1800上,以分流GSM900的話務,是目前雙頻網(wǎng)優(yōu)化的基本原則。

  根據(jù)GSM規(guī)范,手機有兩種狀態(tài),即空閑(Idle)模式和專用(Active)模式。相應地,雙頻網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化就是在空閑模式下,使手機能駐留在GSM1800小區(qū),在專用模式下,在保證通話質(zhì)量的前提下使手機能保持在GSM1800小區(qū)。下面主要從小區(qū)選擇、小區(qū)重選及雙頻切換三個方面來討論。

  1、小區(qū)選擇

  小區(qū)選擇是雙頻網(wǎng)優(yōu)化的第一步,小區(qū)選擇的方案是讓雙頻手機盡量優(yōu)先選擇GSM1800,這樣可以更合理地分配有限的頻率資源,避免雙頻手機和單頻手機在小區(qū)選擇上都爭奪GSM900的頻率資源,造成在GSM900小區(qū)的擁塞,而在GSM1800小區(qū)上的頻率閑置。

  小區(qū)選擇的具體實現(xiàn)如下:手機開機后會與歸屬的GSM網(wǎng)進行聯(lián)系,選擇一個合適的小區(qū),從中提取控制信道的參數(shù)和其它系統(tǒng)消息,完成小區(qū)選擇過程。在GSM規(guī)范中,規(guī)定了小區(qū)選擇的依據(jù)參數(shù)是路徑損耗準則C1,C1與允許的最低接入電平有關(guān)。手機所選擇的小區(qū)的C1值必須大于0,同時還要判斷小區(qū)是否被禁止接入、小區(qū)的優(yōu)先級等因素,在滿足C1標準的前提下,手機將選擇優(yōu)先級高的小區(qū)。

  雙頻網(wǎng)優(yōu)化中的小區(qū)選擇就是通過將GSM1800的小區(qū)和GSM900的小區(qū)分別設(shè)定不同的優(yōu)先級,來使雙頻手機在小區(qū)選擇時優(yōu)先選擇GSM1800的。由于GSM1800頻段的信號衰耗較大,在GSM900和GSM1800共存的情況下,GSM1800小區(qū)的信號強度通常低于GSM900,因此在設(shè)置小區(qū)優(yōu)先級時就應該將GSM1800小區(qū)的優(yōu)先級設(shè)為“正常”,將GSM900小區(qū)的優(yōu)先級設(shè)為“低”,具體實現(xiàn)是:在小區(qū)信號滿足C1準則的前提下,設(shè)置小區(qū)的CBQ(Cell_Bar_Qualify)和CBACell_Bar_Access值,如將GSM1800的小區(qū)的CBQ設(shè)為0(高),GSM900的小區(qū)的CBQ設(shè)為1(低)。

  2、小區(qū)重選

  上面描述了手機開機時的小區(qū)選擇過程,當雙頻手機已經(jīng)占上了GSM1800以后,如何讓其繼續(xù)保持在GSM1800上,也是非常重要的,因為如果手機通過小區(qū)重選又回到GSM900上,就失去了組建雙頻網(wǎng)以分流GSM900負荷的目的,而且也增加了雙頻切換對網(wǎng)絡(luò)的壓力。下面就來分析一下當手機處于空閑模式下的小區(qū)重選過程。

  在空閑模式下,手機停留在所選的小區(qū)中,通過接收該小區(qū)的系統(tǒng)消息,檢測BA列表,測量該列表中相鄰小區(qū)的BCCH載頻的信號電平,記錄其中信號電平最大的6個相鄰小區(qū),并從中提取出每個相鄰小區(qū)的各類系統(tǒng)消息和控制消息,在滿足一定的條件(主要是無線信道質(zhì)量等)時,手機將從當前小區(qū)轉(zhuǎn)移到另一個小區(qū)。由于無線電波傳輸?shù)亩鄰叫扔绊懀词故謾C位于原地不動,其接收電平的相對情況也會不斷發(fā)生變化,因此也會導致小區(qū)重選,并有可能進一步導致雙頻切換,加大對網(wǎng)絡(luò)的壓力。

  為了避免在同一覆蓋區(qū)中僅僅由于GSM1800和GSM900的信號電平的細微區(qū)別而引起的不必要的雙頻切換,必須對小區(qū)重選采取一定的控制措施,雙頻網(wǎng)絡(luò)中對小區(qū)重選的控制主要是通過優(yōu)化小區(qū)重選偏移量(Cell_Reselect_Offset)這個參數(shù)來實現(xiàn)的。

  小區(qū)重選偏移量是一個可以對雙頻網(wǎng)絡(luò)人為定義優(yōu)先級的關(guān)鍵性參數(shù),在雙頻網(wǎng)絡(luò)中,可以采用不同的小區(qū)重選偏移量來人為影響小區(qū)重選的排序。具體設(shè)置小區(qū)重選偏移量時,一般可以使在GSM1800小區(qū)的小區(qū)偏移量比GSM900小區(qū)的數(shù)值高約20~30dB,也就是說只要GSM1800小區(qū)的接受電平不低于GSM900小區(qū)的接收電平20~30dB,移動臺就會選擇GSM1800小區(qū)。由于接收電平的范圍從-48dBm~-110dBm跨度僅在62dB左右,因此20~30dB的偏移值使得雙頻手機在雙頻重疊覆蓋區(qū)域移動時,幾乎不轉(zhuǎn)移到GSM900小區(qū),從而達到降低位置更新壓力的目的。

  但在調(diào)整小區(qū)重選偏移量這個參數(shù)時必須注意兩點:首先是如果 GSM1800網(wǎng)絡(luò)的覆蓋不理想而這個偏移量又設(shè)得較大的話,將會導致移動臺即使在GSM1800小區(qū)的接收電平比較低的情況下,依然選擇GSM1800小區(qū),導致通話質(zhì)量下降;其次是當雙頻手機普及率不斷增大的情況下,該值需要適當?shù)鼗芈洌跃庠冢牵樱停保福埃吧系氖謾C容量。

  總之,正確運用調(diào)整小區(qū)重選偏移量的方法可以確保一定數(shù)量的雙頻手機在小區(qū)重選后仍位于GSM1800網(wǎng)內(nèi),對于整個網(wǎng)絡(luò)的容量分流起著至關(guān)重要的作用。

  3、小區(qū)切換

  手機在通話過程中,當有更合適的小區(qū)出現(xiàn)時,手機會切換到該小區(qū),以保持良好的通話質(zhì)量,這就是小區(qū)切換。

  目前,GSM900/1800雙頻組網(wǎng)最常見的方式是在原有GSM900的覆蓋上再疊加GSM1800的覆蓋,通過GSM1800來吸收GSM900的負荷。在當前雙頻手機還不是很多的情況下,雙頻網(wǎng)中小區(qū)切換的優(yōu)化就是讓GSM1800系統(tǒng)具有比GSM900系統(tǒng)更高的優(yōu)先級,使手機在保證通話質(zhì)量的條件下更容易切換到GSM1800系統(tǒng)并在通話過程中盡可能保持在GSM1800小區(qū),以達到分擔GSM900負荷的目的。其具體實現(xiàn)方案因各設(shè)備廠家的不同而不同,主要有以下幾種:

  (1)設(shè)置雙頻負荷門限值

  雙頻負荷門限值可決定GSM1800和GSM900的層間切換,其含義是:當GSM900的業(yè)務信道占用率達到或超過雙頻負荷門限值時,雙頻手機在測量到相鄰GSM1800小區(qū)的接收電平達到門限值時,將切換到GSM1800小區(qū)。一般雙頻負荷門限值取60%,即以現(xiàn)行GSM900網(wǎng)業(yè)務信道占用率60%為門限值。

  但當手機切換到相鄰的GSM1800小區(qū)后,因接收電平低的原因,有可能又會切換回GSM900小區(qū),并由此發(fā)生乒乓切換,因此有必要采取某種保護措施進行有效控制,防止這種乒乓切換的發(fā)生。具體實現(xiàn)方式是屏蔽雙頻之間的功率預算切換,使得因更好小區(qū)而引發(fā)的切換盡可能發(fā)生在同頻(同層)之間,而避免雙頻之間的緊急切換。

  (2)采用分層分級的切換算法

  分層分級切換算法不僅將GSM1800和GSM900分為不同的層,而且在同一層中也根據(jù)實際話務的分布,將每個小區(qū)設(shè)定為不同的級,具體作法是:將GSM1800設(shè)為第一層,具有高的優(yōu)先級,將GSM900設(shè)為第二層,具有較低的優(yōu)先級,層內(nèi)的小區(qū)再可分為不同的優(yōu)先級,小區(qū)切換將主要根據(jù)優(yōu)先級來實現(xiàn),通過這種對小區(qū)的分層分級來實現(xiàn)對每個小區(qū)更完善的話務負荷分布。

  另外,還可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實際運行情況,通過調(diào)整層間切換遲滯等參數(shù)達到預防層間乒乓切換的目的。

  (3)ALM/AHA

  ALM/AHA是一種先進的雙頻話務管理和切換算法,已廣泛應用在世界各地的微蜂窩層以及雙頻網(wǎng)。同其它雙頻話務管理方法一樣,ALM/AHA的出發(fā)點也是當GSM1800網(wǎng)絡(luò)連續(xù)覆蓋時,盡量使話務保持在GSM1800層并且避免切換到GSM900層。但其它許多雙頻話務管理方法主要是把小區(qū)固定劃分為不同的層,在分配TCH及切換時按照層數(shù)分出優(yōu)先順序。而ALM/AHA則沒有固定的層的概念,而是在分配TCH及切換時使用不同的切換算法,某小區(qū)對一個鄰近小區(qū)的優(yōu)先級跟另外一個鄰區(qū)的可以不同,即在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時有很大的靈活性。

  根據(jù)ALM/AHA算法,每個小區(qū)可以設(shè)定不同的ALM模式(BPM 0~6),每個小區(qū)跟小區(qū)之間的切換關(guān)系也可以定義不同的AHA模式。

  雙頻網(wǎng)管理的兩個主要方面是擁塞緩解功能和話務平衡功能,下面簡要介紹一下它們的實現(xiàn)。

  擁塞緩解功能主要包括當擁塞發(fā)生時(話務量達到擁塞門限),將已接通的業(yè)務切換到非擁塞小區(qū),并防止切換到非理想小區(qū),同時,對嘗試切進來的、并非緊急切換而又導致?lián)砣l(fā)生的手機,則拒絕此手機的切換請求。具體是通過設(shè)置兩個不同的門限值來實現(xiàn)的:第一個門限值是雙頻擁塞門限值,當話務量達到此門限值時,啟動擁塞緩解并選擇雙頻手機(只選擇雙頻手機)切換到其它小區(qū);第二個門限值是擁塞門限(Congestion Threshold),當話務量達到此門限值時,啟動擁塞緩解并將手機(任何手機)切換到其它小區(qū)。

  雙頻網(wǎng)話務平衡功能是通過ALM(頻帶優(yōu)先模式)和擁塞緩解功能共同實現(xiàn)的,即當優(yōu)先頻段(如GSM1800)的話務量達到某一門限時,就將話務量分配(即切換)到次選頻段(如GSM900),以期達到GSM1800和GSM900的話務量平衡。

雙頻組網(wǎng)的工程考慮

  由于在同樣環(huán)境條件下,1800 MHz信號的無線傳輸衰耗要比900 MHz信號高很多,而且大、中城市中GSM900系統(tǒng)已基本實現(xiàn)連續(xù)覆蓋,因此,組建高效的雙頻網(wǎng)絡(luò)就是要實現(xiàn)GSM1800相對的連續(xù)覆蓋(起碼在熱點地區(qū)連續(xù)覆蓋),以避免因GSM1800覆蓋不好而引起的頻繁的雙頻切換,并進而導致網(wǎng)絡(luò)效率的降低。因此,雙頻組網(wǎng)的工程建設(shè)中需要充分考慮以下幾個方面:

  1、合理選擇基站站址,盡量滿足GSM1800的連續(xù)覆蓋

  由于1800MHz信號的頻率比較高,雖然穿透介質(zhì)的能力比900MHz信號強,但傳輸衰耗比900MHz信號大,且其繞射性能也比900MHz信號差,因此,對1800MHz信號來說,總的衰耗還是較大。在鋼筋混凝土建筑比較集中的大中城市,GSM1800的站距選擇應當不要超過1000米,如果在與GSM900同站址建設(shè)無法滿足衰耗條件時,應當考慮在建筑物密集區(qū)適當新增一些站點,以保證GSM1800網(wǎng)絡(luò)在室內(nèi)的連續(xù)覆蓋,減輕因室內(nèi)雙頻信號差異而導致的切換量。

  2、選擇高增益、低損耗的天、饋線系統(tǒng)

  由于當900MHz小區(qū)天線和1800MHz小區(qū)天線位于同一高度、同一位置情況下,1800MHz信號的傳輸衰耗要比900MHz信號高10個dB左右,因此在GSM1800網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中,特別是在與GSM900同站址建設(shè)的情況下,應盡量采用高增益的天、饋線系統(tǒng),降低傳輸衰耗,盡量保證GSM1800網(wǎng)絡(luò)與GSM900網(wǎng)絡(luò)相同的連續(xù)覆蓋。具體采取的措施包括:盡量選擇高增益的天線,GSM1800的主瓣增益可大于GSM900的2~5個dB;GSM1800的天線最好高于GSM900天線2~3米;加大GSM1800基站的發(fā)射功率;選擇較粗的饋線以降低1800 MHz信號的傳輸損耗等。


----《通信世界》

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