分層網——移動通信高層覆蓋的又一解決之道
2019-11-03 09:42:54
供稿：網友
作為運營商往往有這樣的體會：一方面網絡建設力度不斷加大，一方面用戶滿意度卻不見明顯增長。出現這種情況固然有近年來業務發展迅猛，網絡建設跟不上用戶增長的因素，但很多時候運營商沒有充分發揮現有網絡潛力也是一個重要原因。在現有移動通信網絡優化始終是解決總是的關鍵。
由于人口密集、經濟發達，城市地區一直是移動通信業務發展的重點，因此在城市地區各運營商均投入大量精力進行網絡建設。然而城市地區復雜的無線傳播環境，對移動通信設臺組網相當不利。特別是高層建筑的通信問題，一直是移動通信發展的難點。在傳統的組網方式中，城市地區基站天線高度一般在30m左右，而高層建筑往往在60m以上，高層可接收到周圍乃至較遠地區的諸多小區信號，由此引起的頻率干擾相當嚴重，可能導致乒乓效應甚至無法通話，同時在一些超高層地區也會出現無覆蓋的情況。
目前解決高層通信問題主要采用的方法是建設室內分布系統。由于分布系統可提供良好的覆蓋效果，在室內呆確保分布系統信號場強高于外來信號，同時分布系統信號源可為微蜂窩或宏蜂窩基站，可滿足不同話務量地區通信需求，再考慮到高層幾乎不存在分布系統與周圍小區切換的可能性，因此室內分布系統處理高層通信問題有明顯優勢。但分布系統不菲的投資及須對高層建筑內部進行施工導致不可能全面采用分布系統，此時可考慮解決高層覆蓋的另一實施方案，分層組網。
分層組網的實質是在普通宏蜂窩的物理上層再建設一層宏蜂（高層小區），通過設置相應參數確保高層良好通信效果。分層組網可以選用獨立頻段，也可與普通宏蜂窩合用頻段。
Layer3即為高層網，Layer2及Layer1分別為中層宏蜂窩及低層微蜂窩、街道站等。
分層網主要控制參數有CBQ、CRO、LEVEL、LEVTHR、LEVHYST等幾種。
CBQ定義空閑狀態時小區優先級，在CB均為NO的情況下，對PHASE2及以后的手機CBQ為HIGH對應較高級別，為LOW對應較低級別，結合C1算法實現小區選擇。
CRO為小區重選偏置值，可以提高或降低指定小區空閑狀態時的重選排序，結合C2算法實現小區重選。
LEVEL是愛立信GSM系統HCS分層結構的主要參數，在最新R8軟件版本下結合雙頻可提供多達8個BAND/LEVEL的設定，R8以前的軟件版本可提供3個LEVEL的設定。LEVEL表明通話狀態下小區的級別，LEVEL值越小，小區級別越高，通話時切換優選高級別小區。
LEVTHR為層間切換電平，通過LEVTHR的設置可以盡量確保分層網間話務均衡。
LEVHYST為層間切換偏置值，主要用途在于避免頻繁層間切換。
此外在雙頻情況下，還有HCSBAND、HCSBANDTHR、HCSBANDHYST等參數，用于定義BAND（頻段）間相應參數，與LEVEL、LEVTHR、LEVHYST等基本含義類似，在此不再贅述。
當系統無法提供額外頻段及不增加高層基站的情況下，可以只通過相關參數設置實現分層網。此時需將部分天線最高的基站設置的LEVEL3小區，將天線高度在30m左右的基站設置為LEVEL2小區，將微蜂窩及天線較低的基站設置為LEVEL1小區。
此時LEVEL3不僅承擔了保護小區（扇小區）的功能，也實現了空閑狀態下高層小區的覆蓋功能。由于LEVEL3基站功率較大，信號較強，高層用戶在空閑狀態下會比較穩定占用在LEVEL3小區上。在通話狀態下，如果有LEVEL2小區的信號輻射到高層并足夠強（在實際情況中很難避免），手機將會切換到更高級別的小區上（即LEVEL更小的小區）。此時為體現分層網覆蓋及吸收話務的作用，可考慮加大LEVEL2及LEVEL1小區天線傾角，盡量避免中層及低層信號直射至高層。
不采用單獨頻段的分層網方案優點在于無需對頻率規劃及站址作調整，用戶在待機狀態下感覺尚可，在通話狀態中如高層小區的覆蓋得到良好控制則仍可得到不錯通話質量。缺點在于未專門進行高層站址規劃，高層網拓撲結構不盡合理，且高層小區覆蓋控制不好會引起較多層間切換。
如果運營商擁有足夠的頻率資源，在確保中層及低層基站頻率規劃的前提下，合理選擇高層基站并采用單獨頻段將能獲得更佳效果。
由于GSM網發展迅猛并已成為國內移動通信絕對主網，現存的模擬TACS用戶數銳減，為網絡調整乃至合理壓縮頻段提供了可能。我省現有GSM900可用頻率為14MHz，模擬A網原分配頻率為9.5MHz，隨著模擬網調整力度的加大，GSM網可用頻段將大為拓展，從而為分層網采用單獨頻段創造了有利條件。
由于高層網主要作用在于確保覆蓋，高層話務量暫時不可能很大且受可用頻率限制，因此高層網基站配置一般較小，通常采用2/2/2配置。對于高層網基站基本成片分布的城市，建議為高層網分配18個頻點，12個用于BCCH，6個用于TCH。頻率規劃時由于BCCH比較重要故采用4x3復用方式，TCH可采用射頻跳頻。考慮到BCCH載頻復用度低，信號質量相對較好，信道分配時優先分配BCCH上的TCH（調整參數為CHALLOC=1）。
在高層基站選點時，可首先考慮現有天線位置較高且難以下降的基站，直接利用其天饋線系統增加新的基站設備建設高層網，在較低的地方新建天饋線系統用于原有基站設備。高層基站分布密度應小于中層宏蜂窩基站分布密度，以達到扇小區覆蓋目的。原則上高層基站天線掛高可定為60m左右，約為20層樓高，此時可以較好覆蓋周圍高層及超高層，并能較好避免高層信號輻射到中層乃至低層。
考慮到高層小區的針對性，其天線宜根據周圍高層建筑的實際分布情況靈活調整，由于中層宏蜂窩基站在現有情況下已較好覆蓋了城市低層空間，因此高層小區天線方向不必沿襲固定的0/120/240方式。由于天線在垂直面有約7度的半功率角，即使天線沒有傾角，除主瓣方向外下方3-4度方向角內仍有較強信號輻射，為避免高層信號直接輻射至中下層小區，在實際組網時還可考慮高層天線略微上傾。
在具體參數設置上，主要考慮空閑狀態及通話狀態兩種情況。
空閑狀態下的要求是高層用戶占用高層信號，中低層用戶不占用高層信號，由于空閑狀態下實際是小區重選狀態，因此CRO的設置起關鍵作用。考慮到高層天線較高，信號不可避免人輻射到周圍較廣的地面區域，如果是直射信號可能強度會高于相應中低層基站信號，此時可將PT設置為31，使CRO為負值，降低高層小區在空閑狀態下被地面用戶占用的可能性，具體CRO的值須根據在高層建筑中實際接收的高層、中層信號強度而定，部分已開通分層網的地區一般將CRO設置為3-5。
通話狀態下的要求基本與空閑狀態類似，但考慮到高層基站無線配置較小，不能完全優選高層小區切換，因此必須考慮通話時如中層信號足夠強時要切入中層小區的情況。此時中層小區LEVEL2的LEVTHR可略微設低點，建議高層LEVEL3的LEVTHR設為70-80，中層LEVEL2的LEVTHR設為70-75，即中層宏蜂窩信號較低時才切入高層小區。同時為避免頻繁層間切換，一般可將LEVHYST設為2-4。為確保預期效果，需全面定義高層小區的相鄰小區，此時在高層建筑上的頻點測量工作就顯得尤為重要。
由于BCS1800系統在很多城市已投入使用，建設分層網時還須考慮雙頻因素，愛立信R8雖已提供HCS中最多8個BAND/LEVEL的功能，但考慮到我省雙頻同級設置的實際情況，R8以前HCS的3級LEVEL設定已足夠分層網使用。由于BCS1800基站通常和GSM900中層網基站同址設置，且GSM900/1800兩網的CBQ設為同級，因此BCS1800的LEVEL可與GSM900中層一樣，設為LEVEL2。
雖然分層組網有投資相對較小、效果較好等優點，但高層無線環境的復雜性始終是困擾移動通信行業的難題，分層組網只能在現有普通組網方式的基礎上提高高層網絡服務質量，還不能完全滿足高層用戶更高通信需求，在目前情況下，室內分布系統結合分層組網是最為有效的方法：即室內分布系統覆蓋重點熱點高層建筑，分層組網解決一般性高層覆蓋問題。
目前國內已有深圳等城市環境比較復雜的地區開通分層網，在試驗網達到預期效果后，我公司將在全省各大城市（如南京、蘇州等地）結合分布系統繼續進行分層網建設，努力為中國移動的廣大用戶提供更優質的服務。
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