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建设GSM900/1800双频网应考虑的几个问题----张志强

2/14/2005来源:移动通信人气:8090

建设GSM900/1800双频网应考虑的几个问题----张志强 摘要 本文针对建设GSM900/1800双频网中的密度预测、组网布局、接入方式、小区规 划、参数规划等技术问题进行了初步探讨。 关键词 数字移动通信 网络规划 双频系统 1 引言 目前,蜂窝移动用户数目迅速增长,为提高网络容量,改善服务质量,我国的一些 城市正在着手GSM900/1800双频网的建设,还有不少城市也在考虑组建双频网。GSM900 与GSM1800在网络结构、语音编码、调制技术、信令规程等方面是相同的,不同点在于 频率范围、无线传播特性、馈线损耗、覆盖范围等。正是 GSM900/1800双频网的这些特 性引发了一系列不同于单频网建设的问题,如建设时机问题,双频手机发展问题,组网 是连续平面还是热点构建问题等。本文根据笔者长期进行双频网规划的经验,将从理论 和实践上对这些问题进行探讨。 2 GSM900/1800的传播特性 Nokia公司曾对GSM9OO、GSM180O宏蜂窝基站的覆盖距离和可通概率进行比较,结果 如图1所示。在该试验中,G8M1800采用的发射天线增益较GSM90O大 2 dBi,接收天线增 益与GSM900相同,为(-109+-2)dBm。从图 1中可看出在典型的市区环境下,距基站1k m时GSM1800室内呼叫成功概率为40%,而GSM900在2.3km时才降到40%;路基站几 5 km 时 GSM1800室内呼叫成功概率约为 80%,而GSM9OO在 1.3km时才降为80%。又据 Mot- orola的试验报告:市区距基站1km内 GSM1800呼叫质量较好,1km外,衰减大于 30dB时, 呈现较高的掉话率。另外,GSM1800的天线馈线损耗高,如 50 m长的天线馈线的损耗比 GSM900约大 1~1.5dB。 AIRTECH公司的共址试验表明,同样条件下,GSM1800天线的相对位置高于GSM900的 天线2m以上时,衰耗高于GSM900约 6.8dB;如低于GSM90O的天线4m以上时,衰耗高于GS M900约12.4dB。 理论上,GSM180O的高频信号应使穿透建筑物的能力比GSM900有所提高。但在1998年 我国的GSM1800网络试验中,有技术人员反映 GSM1800在室内的损耗略高于 GSM900。由 于造成这一现象的原因很复杂,不能得出普遍结论,对此应继续跟踪研究。 我们通过以上研究得出,在同等条件下,GSM1800比GSM900的传播损耗大9dB,为使 GSM1800能很好地覆盖市区室内,站距一般应小于1000 m。从 ETSI的有关建议中也能得 出这一结论,如表1所示。这样,双频网的组建将比单频GSM900网的组建要复杂得多,会 带来一系列问题:如两网的站址如何选择,天线怎样架设,功率如何协调,话务如何控 制使切换较少,固定网如何连接等等。解决好两系统间的 9 Db差异,是双频网组网运行 考虑的基本出发点。 3 GSM900/1800双频网的运行特性 GSM900/1800双频网的运行特性包括接入过程、优先级选择、手机配合、接口要求 等方面。GSM第二阶段建议对此有较详细的论述,(GSM9OO/1800双频系统及其组网考 虑)(见《电信科学》1999年第2期)也介绍了它的运行机理,在此仅简要叙述。 双频网为实现有效的话务控制、减少切换和提高密度容量,引了新的系统消息“2-t er/bis”和“5ter/bis”(限于phase2MS),分别用于空闲模式和专用模式时对双频邻 小区的描述;还引入了描述手机类型“cfassmark”为双频的“CM3”;规定标准的接口 对所有的双频段应用彻底透明。在小区选择中,双频手机扫描所有 RF频率,并以四种不 同组合方式报告所在位置的 6个小区的场强。为优先选择某一网络及合理切换,双频网 中还完善和新定义了C1、C2、CRO、CBA、CBQ等参数。 一般的运行过程是,双频手机在手机类型CM1或CM2中告知网络发“early classmark ”;基站在3bis中发ECSM(尽早发送手机类别),同时在 2 ter/bis中发多频测量汇报 标志(即BCCH广播A-CCH);然后双频手机发“CM3”,或在位置更新后发“change cl- assmark”,同时发包含 GSM9OO/1800小区的测量报告;网络收后存储并用于接入和切 换算法。在专用模式网络以慢速随路控制信道SACCH发切换信道信息HO-N-C,双频手机 从含于5 ter/bis的扩展邻区表看邻频段小区。因此,网络在初试、重试和切换时,均可 依据C1、C2等相应参数优先选择GSM1800。 由此分析,如果没有双频手机(尤其是Phase2手机)与双频网络的紧密配合,或双 频网的特有的参数设置不当,网络将不能正常运行或是低效的。同样,不同的布局组网, 也将直接影响网络效率,如GSM90O和GSM1800非共址建站,运行优化的关系将变得很复杂。 4 GSM1800网的建设时机 此问题之所以重要,是因为现有几种不同的看法。经研究和初步实践得出,在高话 务密度区,GSM900定蜂窝的一般最小站距下,单基站话务负荷达到最大容量的三分之二, 话务密度需求仍较高时,应及时发展双频网络。如站型最大能达到S888,在发展到S555或 S666站型时,就应上GSM1800,并早上比晚上有利。否则当用尽GSM900的全部容量,再去 发展GSM1800,将会导致GSM900网络不能支持仍日益增多的单频手机。另外由于 GSM1800 网络初期多不完善,接入 GSM1800网络往往要先经过容量已嫌不足的GSM900网络,因此双 频手机接。GSM180O也变得很困难。同时,由于只是密度容量紧张的大城市才发展双频用 户,周边城市因密度容量不紧张而不会上GSM1800网络,也不会积极发展双频用户,因此 这些城市的非双频漫游用户到中心大城市的会较多,容易增大对大城市GSM900网的压力。 密度门限达到多少上GSM1800合适,涉及站距、选址等许多因素,这里仅建议郊县在 65Erl/km2且不愿增设GSM900基站时,大城市高密度区约在80Erl/km2时,可考虑上GSM 1800。另外,我们通过对高话务密度区采用双频网和微蜂窝的两种方案进行,发现微蜂窝 密度容量有限,网络弹性差,投资大,规划设计和维护管理复杂,所以应先构建双频网。 总之,要根据话务密度需求、本地网络实际情况和频率资源适时建设双频网。 5 密度预测和双频手机发展数量 严格地讲,做不好话务密度预测是不可能建好双频网的,密度预测通常是在总量需求 预测基础上,分析需接入GSM18OO系统的用户和所需的无线网容量,GSM18OO容量需求公式 如下: Q1800=(Qtatal-Q900macro-Q900micro)/P 式中Qtotal为预测年网络总用户容量,Q900macro和Q900micro分别为预测年GSM900宏 蜂窝和微蜂窝用户容量,P为经验冗余比例。 密度需求预测有两种方法,一种是用计算机辅助模拟预测,第二种是简便估算,以得 出目标年最高密度预测值和其中各年的最高密度预测值,判断GSM9OO网络所能支撑的密度 和GSM1800需支撑的密度,此时,对微蜂窝起的作用最好先不考虑,估算公式为: 式中Dtop-density为预测年最高密度值,Qtotaln为预测年数字蜂窝总用户数,T为忙 时平均单机话务量,%为预测年高密度区话务量占总话务量比例或高密度区用户数占总用 户数比例,A为预测年高密度区面积,R为话务密度波动估计值。预测时要注意:目前高密 度区密度提高很快,而低密度区变化很小,中密度区的变化较难准确预测,因此应逐片分 析。GSM180O网的密度需求预测公式为: D1800density=Dtop-density-D900macrodensity 式中D900macrodensity为预测年GSM90O网络能承载的密度值。 按预测的GSM1800网络容量和密度建网后,能否有好的运行质量,关键在于双频手机的 发展数量。对GSM1800网络的吸收容量要有清醒的认识,假定发展了一批双频用户,由于它 们不可能全部分布在拟建GSM1800的基站区;即使位于该区,由于存在与GSM9OO网的覆盖场 强差异、小区忙闲状态差异,门限设定优劣等差异,导致相当的用户呼叫未能接入GSM1800 网,而仍接入GSM9OO网。据分析,初期理想的能吸收7O%,差的仅能吸收3O%~4O%,因 此规划上GSM1800时应提前些,以利多发展些用户。 6 传播预测模型的选择 由于GSM1800的站距较近、频率较高,因此需要选择合适的传播预测模型。而 Okumura -Hata预测模型主要适用于有效无线高度 3O~2OO m,基站覆盖半径 1~2Okm的情况,不 少城市的高密度区随着小区分裂,站距已缩小到数百米,在基站密集的地域使用此模型将 出现预测值明显偏高的问题,李建业模型也存在类似问题,但站距较大时不妨仍可用这两 个模型来预测。ETSI推荐先使用COST-231,其适用于近距离,但由于考虑地形和地面要素 不足,预测精度也不太高。 经比较我院选用了通用校正模型,该模型适用的有效范围:频率 5O~2000MHz,有效 基站天线高度可达1OOm,距离0.l~1OOkm,其传输损耗公式如下: L=-K1-K2*lgd-K3*lghb-K4*Diffraction- K5*lgd*lghb-K6*hm- Kclutter 式中K1:1英里截距,K2:路径损耗斜率,K3、K4、K5、K6为一些可调参数 hb:基站有效天线高度 hm:移动台有效无线高度 d:基站与移动台的距离 Diffraction:绕射损耗 Kclutter:地面用途系数 在预测 GSM9OO和 GSM1800时,应分别选择合适的K1、K2值。 7 组网布局 通常是确定了密度需求再进行基站布局。表2的布局分析是定性考虑和参考实际规划模 拟计算定量分析的结果。GSM 1800一般与现有的GSM9OO基站共址,但也应考虑在个别场强 覆盖弱、有干扰的地点加站。在高密度区同址设站,GSM9OO基站站距较近,两基站覆盖面 积易做到接近,基本无问题;GSM9OO站距较大的共址,覆盖会类似同心圆,GSM 1800的内 圆和GSM9OO的外圆交界处会导致较多的切换,话源平均分布时更为严重, GSM1800吸收话务量还将减少。为使GSM1800吸收较高的话务量,应考虑缩小站距。根据我 国的实际情况,高密度区的GSM9OO/1800共站站距,最好是结合长远规划按照终局站距在4 00 m左右进行设置,有困难的可在5OOm左右。各地可根据实际情况和希望GSM1800吸收话务 量的要求,选取不同的布局,而具备条件的应一步到位建成较完善的网络,这样运行质量 最好;待完善的应预先考虑今后拟增加的GSM18OO站址,进行覆盖预测和干扰分析。 8 接入方式的选择和引入第二设备供应商的问题 有关建议和国内试验都表明:MSC和BSS不属同一设备商一般能互通,但需 Q3协议以使 OMC能正常管理。BSS不属同一设备商,需增加 MAP2信令才可互通。 双频网有通过Abis接口、A接口、E接口等几种实现方式,几种实现方式适用于不同的 网络基础和用户发展规模,其投资也不同。应从省网建设出发,结合引入第二设备商的问 题慎重选择接入方式。一般来说,Abis接口适于小规模投入,GSM18OO站距较大、覆盖有不 完善的缝隙,其网络参数设置及调整效率较高,初期投资较省;但网络再规模扩容及优化 较困难,日趋增多的层间、BSC间、MSC间的切换使得网络质量变得难以控制;限于同一设 备商,可能导致价格下降困难;拓展新业务受限。A接口适用于中小城市,并能保证运行质 量;虽能引入第二设备商,但网络管理将变得复杂,各公司BSC的独特算法难以全部应用, 有的只能使用ETSI的话务控制的标准建议。若大城市采用A接口,因现有的MSC负荷较高并 向多局制发展,很难再承受GSM180O基站系统规模扩容所带来的大容量和引入的双频切换。 E接口适用于大规模应用,如大城市中心地带乃至城区全覆盖,将形成与GSM9OO相平行的网 层,网络规划、扩容及优化都很方便,可最大限度地减少双频切换,投资效益较高,最易 于引入第二设备商,运营商将因竞争而受益;双频切换增加的系统间消息流量较小,仅在 双频用户比例很高时,才需增加E接口和D接口的链路。采用A接口方式,不同频段的小区可 位于相同或不同的“位置区”;采用 Abis接口方式,“位置区”相同;采用E接口方式则 “位置区’相异。另外,采用A接口或E接口,引入第二设备商,每一次网络变动都应通报 或协调。 9 共址小区规划 双频网小区要统一规划、联合调整,才能减少双频切换,使GSM180O吸收较高的话务量。 由于频率复用规划完全各自独立进行,根据大概确定的覆盖范围,着重要解决天线系统和 发射功率问题。 天线高度建议在市区为 20~25 m左右,GSM180O天线最好高于GSM900约2~3 m。从天 线能适应不同下倾角度出发,选择并用系统或单独设置方式。 两系统的天线朝向应一致以利于话务控制,水平和垂直方向的半功率张用要小而接近, 主瓣增益应考虑GSM18OO大于GSM9002~5 dBi或一致。 目前GSM180O基站最大功率约为 25~32 W,ETSI在链路平衡标准中建议,GSM1800为16 W,GSM900为6W。但从有效覆盖、利于话务控制、减少辐射争议等综合考虑,建议GSM9OO为 5~6W,GSM1800为8~10W,然后再配合调整天线倾角,保证GSM18OO有较好的近场场强。 10 参数规划及设置 GSM有许多参数,一般应在分别对GSM900和GSM1800网络初步设值基础上,再从双频网 角度来考虑调整,重点设置好C1等接人参数和优先级参数。手机通常驻扎在C1值最大的小 区,在小区选择时,在路径损耗规则接入参数C1的基础上,以CRO参数优选GSM180O小区; 或使用CBA、CBQ参数将GSM1800置为“一般”优先级,将GSM90O置为“低’忧先级。在小区 重选时,在C2接入参数中,设置偏移量来优先接入GSM180O小区;在设好C1参数后,设置C2 的小区重选偏移值(CELLRESELECT.OFFSET,0~126dB,步长2 Db)和临时负偏移值(TE- MPORARYkOFFSET,0~60 Db,步长 10 Db)及提供临时负偏的延时值(PENALTYkTIME,2~ 620s,步长 2Os)。在有室外微蜂窝的GSM900/1800区域,将形成三层网,设每层为“一般” 优先级或设GSM1800为“一般”优先级、GSM9OO宏蜂窝和微蜂窝为“低”优先级,而以临时 负偏延时值的高低,使快速和慢速用户分别选到 GSM9OO(GSM18OO)或微蜂窝。 OMC参数设置,接收最小电平RXLEX-MIN(I)要小,以使GSM1800小区包含在目标切换 小区表中;切换门限电平HO-MARGIN(I)也要小,保证GSM1800小区在目标切换小区的表头, 以首选。 不同发展时期和GSM1800不同的站址网络参数的设置应不同。双频网初期可以将GSM1800 系统优先门限设置的稍高些,但由于层间仅 9 Db的传播差值又不宜将其设置太高(现有的 高达 5O~6O Db),在 GSM180O连续平面的内部设置高,虽有问题但尚可运行,但其边缘 及不完善或零星的GSM1800网将很大地扩大了覆盖范围,GSM1800信号场强在-100 Db还强行 接入(有的网对GSM18OO的C1最低接入电平RELEVk-accessk-MIN设此值,建议市区在-93 Db 为好),导致出现很高的呼损和排话率。因此,设置GSM180O基站平面内部和边缘的参数, 应慎重研究。