建設GSM900/1800雙頻網應考慮的幾個問題----張志強

2019-11-03 09:52:07

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建設GSM900/1800雙頻網應考慮的幾個問題----張志強摘要本文針對建設GSM900／1800雙頻網中的密度預測、組網布局、接入方式、小區規劃、參數規劃等技術問題進行了初步探討。關鍵詞數字移動通信網絡規劃雙頻系統1 引言目前，蜂窩移動用戶數目迅速增長，為提高網絡容量，改善服務質量，我國的一些城市正在著手GSM900／1800雙頻網的建設，還有不少城市也在考慮組建雙頻網。GSM900與GSM1800在網絡結構、語音編碼、調制技術、信令規程等方面是相同的，不同點在于頻率范圍、無線傳播特性、饋線損耗、覆蓋范圍等。正是 GSM900/1800雙頻網的這些特性引發了一系列不同于單頻網建設的問題，如建設時機問題，雙頻手機發展問題，組網是連續平面還是熱點構建問題等。本文根據筆者長期進行雙頻網規劃的經驗，將從理論和實踐上對這些問題進行探討。2 GSM900／1800的傳播特性 Nokia公司曾對GSM9OO、GSM180O宏蜂窩基站的覆蓋距離和可通概率進行比較，結果如圖1所示。在該試驗中，G8M1800采用的發射天線增益較GSM90O大 2 dBi，接收天線增益與GSM900相同，為（-109+-2）dBm。從圖 1中可看出在典型的市區環境下，距基站1km時GSM1800室內呼叫成功概率為40％，而GSM900在2.3km時才降到40％；路基站幾 5 km時 GSM1800室內呼叫成功概率約為 80％，而GSM9OO在 1.3km時才降為80％。又據 Mot-orola的試驗報告：市區距基站1km內 GSM1800呼叫質量較好，1km外，衰減大于 30dB時，呈現較高的掉話率。另外，GSM1800的天線饋線損耗高，如 50 m長的天線饋線的損耗比 GSM900約大 1～1.5dB。 AIRTECH公司的共址試驗表明，同樣條件下，GSM1800天線的相對位置高于GSM900的天線2m以上時，衰耗高于GSM900約 6.8dB；如低于GSM90O的天線4m以上時，衰耗高于GSM900約12.4dB。理論上，GSM180O的高頻信號應使穿透建筑物的能力比GSM900有所提高。但在1998年我國的GSM1800網絡試驗中，有技術人員反映 GSM1800在室內的損耗略高于 GSM900。由于造成這一現象的原因很復雜，不能得出普遍結論，對此應繼續跟蹤研究。我們通過以上研究得出，在同等條件下，GSM1800比GSM900的傳播損耗大9dB，為使GSM1800能很好地覆蓋市區室內，站距一般應小于1000 m。從 ETSI的有關建議中也能得出這一結論，如表1所示。這樣，雙頻網的組建將比單頻GSM900網的組建要復雜得多，會帶來一系列問題：如兩網的站址如何選擇，天線怎樣架設，功率如何協調，話務如何控制使切換較少，固定網如何連接等等。解決好兩系統間的 9 Db差異，是雙頻網組網運行考慮的基本出發點。3 GSM900／1800雙頻網的運行特性 GSM900／1800雙頻網的運行特性包括接入過程、優先級選擇、手機配合、接口要求等方面。GSM第二階段建議對此有較詳細的論述，（GSM9OO／1800雙頻系統及其組網考慮）（見《電信科學》1999年第2期）也介紹了它的運行機理，在此僅簡要敘述。雙頻網為實現有效的話務控制、減少切換和提高密度容量，引了新的系統消息“2-ter／bis”和“5ter/bis”（限于phase2MS），分別用于空閑模式和專用模式時對雙頻鄰小區的描述；還引入了描述手機類型“cfassmark”為雙頻的“CM3”；規定標準的接口對所有的雙頻段應用徹底透明。在小區選擇中，雙頻手機掃描所有 RF頻率，并以四種不同組合方式報告所在位置的 6個小區的場強。為優先選擇某一網絡及合理切換，雙頻網中還完善和新定義了C1、C2、CRO、CBA、CBQ等參數。一般的運行過程是，雙頻手機在手機類型CM1或CM2中告知網絡發“early classmark”；基站在3bis中發ECSM（盡早發送手機類別），同時在 2 ter/bis中發多頻測量匯報標志（即BCCH廣播A－CCH）；然后雙頻手機發“CM3”，或在位置更新后發“change cl-assmark”，同時發包含 GSM9OO／1800小區的測量報告；網絡收后存儲并用于接入和切換算法。在專用模式網絡以慢速隨路控制信道SACCH發切換信道信息HO－N－C，雙頻手機從含于5 ter/bis的擴展鄰區表看鄰頻段小區。因此，網絡在初試、重試和切換時，均可依據C1、C2等相應參數優先選擇GSM1800。由此分析，如果沒有雙頻手機（尤其是Phase2手機）與雙頻網絡的緊密配合，或雙頻網的特有的參數設置不當，網絡將不能正常運行或是低效的。同樣，不同的布局組網，也將直接影響網絡效率，如GSM90O和GSM1800非共址建站，運行優化的關系將變得很復雜。4 GSM1800網的建設時機此問題之所以重要，是因為現有幾種不同的看法。經研究和初步實踐得出，在高話務密度區，GSM900定蜂窩的一般最小站距下，單基站話務負荷達到最大容量的三分之二，話務密度需求仍較高時，應及時發展雙頻網絡。如站型最大能達到S888，在發展到S555或S666站型時，就應上GSM1800，并早上比晚上有利。否則當用盡GSM900的全部容量，再去發展GSM1800，將會導致GSM900網絡不能支持仍日益增多的單頻手機。另外由于 GSM1800網絡初期多不完善，接入 GSM1800網絡往往要先經過容量已嫌不足的GSM900網絡，因此雙頻手機接。GSM180O也變得很困難。同時，由于只是密度容量緊張的大城市才發展雙頻用戶，周邊城市因密度容量不緊張而不會上GSM1800網絡，也不會積極發展雙頻用戶，因此這些城市的非雙頻漫游用戶到中心大城市的會較多，容易增大對大城市GSM900網的壓力。密度門限達到多少上GSM1800合適，涉及站距、選址等許多因素，這里僅建議郊縣在65Erl／km2且不愿增設GSM900基站時，大城市高密度區約在80Erl／km2時，可考慮上GSM1800。另外，我們通過對高話務密度區采用雙頻網和微蜂窩的兩種方案進行，發現微蜂窩密度容量有限，網絡彈性差，投資大，規劃設計和維護管理復雜，所以應先構建雙頻網。總之，要根據話務密度需求、本地網絡實際情況和頻率資源適時建設雙頻網。5 密度預測和雙頻手機發展數量嚴格地講，做不好話務密度預測是不可能建好雙頻網的，密度預測通常是在總量需求預測基礎上，分析需接入GSM18OO系統的用戶和所需的無線網容量，GSM18OO容量需求公式如下： Q1800=(Qtatal-Q900macro-Q900micro)/P 式中Qtotal為預測年網絡總用戶容量，Q900macro和Q900micro分別為預測年GSM900宏蜂窩和微蜂窩用戶容量，P為經驗冗余比例。密度需求預測有兩種方法，一種是用計算機輔助模擬預測，第二種是簡便估算，以得出目標年最高密度預測值和其中各年的最高密度預測值，判斷GSM9OO網絡所能支撐的密度和GSM1800需支撐的密度，此時，對微蜂窩起的作用最好先不考慮，估算公式為：式中Dtop-density為預測年最高密度值，Qtotaln為預測年數字蜂窩總用戶數，T為忙時平均單機話務量，％為預測年高密度區話務量占總話務量比例或高密度區用戶數占總用戶數比例，A為預測年高密度區面積，R為話務密度波動估計值。預測時要注意：目前高密度區密度提高很快，而低密度區變化很小，中密度區的變化較難準確預測，因此應逐片分析。GSM180O網的密度需求預測公式為： D1800density=Dtop-density-D900macrodensity 式中D900macrodensity為預測年GSM90O網絡能承載的密度值。按預測的GSM1800網絡容量和密度建網后，能否有好的運行質量，關鍵在于雙頻手機的發展數量。對GSM1800網絡的吸收容量要有清醒的認識，假定發展了一批雙頻用戶，由于它們不可能全部分布在擬建GSM1800的基站區；即使位于該區，由于存在與GSM9OO網的覆蓋場強差異、小區忙閑狀態差異，門限設定優劣等差異，導致相當的用戶呼叫未能接入GSM1800網，而仍接入GSM9OO網。據分析，初期理想的能吸收7O％，差的僅能吸收3O％～4O％，因此規劃上GSM1800時應提前些，以利多發展些用戶。6 傳播預測模型的選擇由于GSM1800的站距較近、頻率較高，因此需要選擇合適的傳播預測模型。而 Okumura－Hata預測模型主要適用于有效無線高度 3O～2OO m，基站覆蓋半徑 1～2Okm的情況，不少城市的高密度區隨著小區分裂，站距已縮小到數百米，在基站密集的地域使用此模型將出現預測值明顯偏高的問題，李建業模型也存在類似問題，但站距較大時不妨仍可用這兩個模型來預測。ETSI推薦先使用COST－231，其適用于近距離，但由于考慮地形和地面要素不足，預測精度也不太高。經比較我院選用了通用校正模型，該模型適用的有效范圍：頻率 5O～2000MHz，有效基站天線高度可達1OOm，距離0.l～1OOkm，其傳輸損耗公式如下： L＝-K1-K2*lgd-K3*lghb-K4*Diffraction- K5*lgd*lghb-K6*hm- Kclutter式中K1:1英里截距，K2：路徑損耗斜率，K3、K4、K5、K6為一些可調參數 hb：基站有效天線高度 hm：移動臺有效無線高度 d：基站與移動臺的距離 Diffraction：繞射損耗 Kclutter：地面用途系數在預測 GSM9OO和 GSM1800時，應分別選擇合適的K1、K2值。7 組網布局通常是確定了密度需求再進行基站布局。表2的布局分析是定性考慮和參考實際規劃模擬計算定量分析的結果。GSM 1800一般與現有的GSM9OO基站共址，但也應考慮在個別場強覆蓋弱、有干擾的地點加站。在高密度區同址設站，GSM9OO基站站距較近，兩基站覆蓋面積易做到接近，基本無問題；GSM9OO站距較大的共址，覆蓋會類似同心圓，GSM 1800的內圓和GSM9OO的外圓交界處會導致較多的切換，話源平均分布時更為嚴重，GSM1800吸收話務量還將減少。為使GSM1800吸收較高的話務量，應考慮縮小站距。根據我國的實際情況，高密度區的GSM9OO／1800共站站距，最好是結合長遠規劃按照終局站距在400 m左右進行設置，有困難的可在5OOm左右。各地可根據實際情況和希望GSM1800吸收話務量的要求，選取不同的布局，而具備條件的應一步到位建成較完善的網絡，這樣運行質量最好；待完善的應預先考慮今后擬增加的GSM18OO站址，進行覆蓋預測和干擾分析。8 接入方式的選擇和引入第二設備供應商的問題有關建議和國內試驗都表明：MSC和BSS不屬同一設備商一般能互通，但需 Q3協議以使OMC能正常管理。BSS不屬同一設備商，需增加 MAP2信令才可互通。雙頻網有通過Abis接口、A接口、E接口等幾種實現方式，幾種實現方式適用于不同的網絡基礎和用戶發展規模，其投資也不同。應從省網建設出發，結合引入第二設備商的問題慎重選擇接入方式。一般來說，Abis接口適于小規模投入，GSM18OO站距較大、覆蓋有不完善的縫隙，其網絡參數設置及調整效率較高，初期投資較省；但網絡再規模擴容及優化較困難，日趨增多的層間、BSC間、MSC間的切換使得網絡質量變得難以控制；限于同一設備商，可能導致價格下降困難；拓展新業務受限。A接口適用于中小城市，并能保證運行質量；雖能引入第二設備商，但網絡管理將變得復雜，各公司BSC的獨特算法難以全部應用，有的只能使用ETSI的話務控制的標準建議。若大城市采用A接口，因現有的MSC負荷較高并向多局制發展，很難再承受GSM180O基站系統規模擴容所帶來的大容量和引入的雙頻切換。E接口適用于大規模應用，如大城市中心地帶乃至城區全覆蓋，將形成與GSM9OO相平行的網層，網絡規劃、擴容及優化都很方便，可最大限度地減少雙頻切換，投資效益較高，最易于引入第二設備商，運營商將因競爭而受益；雙頻切換增加的系統間消息流量較小，僅在雙頻用戶比例很高時，才需增加E接口和D接口的鏈路。采用A接口方式，不同頻段的小區可位于相同或不同的“位置區”；采用 Abis接口方式，“位置區”相同；采用E接口方式則“位置區’相異。另外，采用A接口或E接口，引入第二設備商，每一次網絡變動都應通報或協調。9 共址小區規劃雙頻網小區要統一規劃、聯合調整，才能減少雙頻切換，使GSM180O吸收較高的話務量。由于頻率復用規劃完全各自獨立進行，根據大概確定的覆蓋范圍，著重要解決天線系統和發射功率問題。天線高度建議在市區為 20～25 m左右，GSM180O天線最好高于GSM900約2～3 m。從天線能適應不同下傾角度出發，選擇并用系統或單獨設置方式。兩系統的天線朝向應一致以利于話務控制，水平和垂直方向的半功率張用要小而接近，主瓣增益應考慮GSM18OO大于GSM9002～5 dBi或一致。目前GSM180O基站最大功率約為 25～32 W，ETSI在鏈路平衡標準中建議，GSM1800為16W，GSM900為6W。但從有效覆蓋、利于話務控制、減少輻射爭議等綜合考慮，建議GSM9OO為5～6W，GSM1800為8～10W，然后再配合調整天線傾角，保證GSM18OO有較好的近場場強。10 參數規劃及設置 GSM有許多參數，一般應在分別對GSM900和GSM1800網絡初步設值基礎上，再從雙頻網角度來考慮調整，重點設置好C1等接人參數和優先級參數。手機通常駐扎在C1值最大的小區，在小區選擇時，在路徑損耗規則接入參數C1的基礎上，以CRO參數優選GSM180O小區；或使用CBA、CBQ參數將GSM1800置為“一般”優先級，將GSM90O置為“低’憂先級。在小區重選時，在C2接入參數中，設置偏移量來優先接入GSM180O小區；在設好C1參數后，設置C2的小區重選偏移值（CELLRESELECT．OFFSET，0～126dB，步長2 Db）和臨時負偏移值（TE-MPORARYkOFFSET，0～60 Db，步長 10 Db）及提供臨時負偏的延時值（PENALTYkTIME，2～620s，步長 2Os）。在有室外微蜂窩的GSM900/1800區域，將形成三層網，設每層為“一般”優先級或設GSM1800為“一般”優先級、GSM9OO宏蜂窩和微蜂窩為“低”優先級，而以臨時負偏延時值的高低，使快速和慢速用戶分別選到 GSM9OO（GSM18OO）或微蜂窩。 OMC參數設置，接收最小電平RXLEX－MIN（I）要小，以使GSM1800小區包含在目標切換小區表中；切換門限電平HO－MARGIN（I）也要小，保證GSM1800小區在目標切換小區的表頭，以首選。不同發展時期和GSM1800不同的站址網絡參數的設置應不同。雙頻網初期可以將GSM1800系統優先門限設置的稍高些，但由于層間僅 9 Db的傳播差值又不宜將其設置太高（現有的高達 5O～6O Db），在 GSM180O連續平面的內部設置高，雖有問題但尚可運行，但其邊緣及不完善或零星的GSM1800網將很大地擴大了覆蓋范圍，GSM1800信號場強在-100 Db還強行接入（有的網對GSM18OO的C1最低接入電平RELEVk－accessk-MIN設此值，建議市區在-93 Db為好），導致出現很高的呼損和排話率。因此，設置GSM180O基站平面內部和邊緣的參數，應慎重研究。