ＧＳＭ移动通信网的小区规划

中国ＧＳＭ数字蜂窝移动通信系统的发展已进入高速发展期，网络的规模及容量急剧扩大，网络越来越复杂，由此在通信网络上出现了不少问题，如接通率低、掉话率高、通话干扰大、单向通话等。究其原因主要是无线网络的规划及配置不合理造成的，如何合理地进行无线网络的小区规划，对提高网络的容量及服务质量至关重要，并已成为其进一步发展的关键。

    ＧＳＭ数字移动通信系统的无线网络规划是一项很复杂的系统工程，其设计包括两方面的内容：网络的拓扑结构和小区的规划。

    网络的拓扑结构设计涉及交换设备及传输链路，在网络中其主要目的是依据各网络节点的实际情况，合理地选择站址，设置交换容量及传输链路，以最小的成本满足业务量的需求，这是进行通信网络规划的一般性的拓扑性问题，本文对此不作详细的探讨。小区规划是移动通信网专有的特殊内容，其目的是根据所需的业务量分布和对服务区域连续覆盖的要求，选定基站站址及一系列配置参数，如频率分配和小区容量等。

    进行小区规划的主要要素包括：小区业务量的分布、无线覆盖、频率的分配、小区的容量、频谱的利用率、功率控制、同频及邻道干扰的预测、不连续发射（ＤＴＸ）、跳频序列、越区切换带、小区的信道组合方式等。其中如何提高频谱的利用率是小区规划的关键问题，这问题几乎牵涉到小区规划的所有要素。

下面对有关小区规划的主要要素展开阐述，这里将不引入时间这个重要的参数，只考虑当前及未来预测的业务量等静态参数。

１ 无线覆盖

    小区的无线覆盖范围的上限主要受到无线传播损耗（通常以ｄ－σ表示，σ的值为３～４）、移动台的最大发射功率、基站收信机的灵敏度及ＧＳＭ规范中的时间提前量的限制，其最大范围在３５ｋｍ。在移动通信网的发展初期，由于基站较少，采用大功率的全向天线以扩大覆盖范围、降低成本，并采用小区分裂的方式，引入扇形小区和缩小小区半径来扩大容量。但时至今天，网络规模急剧扩大，用户数量爆炸式增长，网络变得极其复杂，对网络容量的要求越来越高，原有有限的通信频段越发显得拥挤，同频邻频干扰增大，通信的服务质量变差。特别是在比较发达的城市地区，由于地形比较复杂，业务分布很不均衡，原有的单一平面结构的覆盖方式已不能满足要求，如何在保证一定业务质量的前提下，提高小区无线覆盖范围内单位面积吸收的话务量是非常关键的。

    在广大的农村地区，业务分布比较稀疏、均衡，没什么热点地区，原有的覆盖方式及传统的小区分裂方式仍然可行。

     在城市地区将采用提高频谱利用率的技术手段来解决上述问题。

    现有的技术可分为３类：

    提高频率的复用率，如同心圆技术、跳频、多重复用等；

    多层网技术，即依据地形的复杂及业务分布的不均衡性，将无线网分成两层或三层，每层对应不同的话务类型，用于吸收不同的话务；

    ＧＳＭ９００／１８００双频段重叠覆盖技术，即在ＧＳＭ９００提供全网覆盖的基础上，再覆盖一层ＧＳＭ１８００网，双频模式的移动台可在两个网之间切换、漫游。

１．１ 采用同心圆技术的无线覆盖

      采用同心圆方式覆盖的平面模型如图１所示，每个小区被分为内层（也称顶层）、外层（也称底层）两个区域，外层的覆盖是传统的蜂窝小区，内层的覆盖集中于基站附近，内外层共用一套天线及同一广播公共控制信道（ＢＣＣＨ）。外层的小区采用传统的４×３复用方式，内层则采用３×３、２×３、１×３复用方式。

    依据实现方式的不同，可有两种组网形式：普通同心圆、智能双层网（ＩＵＯ）。其主要区别在于内层的发射功率及内外层的切换算法。在ＩＵＯ方式，内层又称为超级层，外层又称为常规层。

     采用同心圆的无线覆盖方式比较适用于话务集中于基站附近的情况，采用同心圆覆盖的优点主要有：

    无需改变网络的结构，能有限地提高网络的容量（普通同心圆提高１０％～３０％，ＩＵＯ提高２０％～４０％）；

    对移动台无特别要求；

    在ＩＵＯ方式下，超级层可采用更紧密的频率复用方式，一部分频率可留出来用于微蜂窝。

    但对有些情况，采用这种覆盖方式比传统的单层覆盖方式提高不了多少容量，甚至由于干扰及切换算法不完善，反而降低了容量。如：

    在话务分布均衡的小区的情况；

    业务热点不在基站周围的情况；

    室内业务的吸收情况。

    这是由于普通同心圆内层发射功率低，吸收不了室内的话务；智能双层网（ＩＵＯ）内外层发射功率相同，可以吸收室内业务。

１．２ 采用多层网技术的无线覆盖

    在发达的城市地区，由于地形及业务分布的复杂性，例如室内的业务热点、小区内不在基站周围的室外业务热点，传统的单层无线覆盖方式及同心圆覆盖方式对此就显得无能为力。由此引入多层网的无线覆盖。

     宏小区的天线高于建筑物的屋顶，提供较大范围（１ｋｍ以上）的覆盖，位于多层网的顶层，可用于吸收高速移动用户的话务，采用ＧＳＭ９００的频段。

微小区的天线高度在１０ｍ左右，其覆盖范围在１００ｍ～１ｋｍ，它叠加在宏小区的覆盖区域上作为宏小区的补充，主要用于覆盖两种地区：高话务量的热点地区（如繁华的商业区）；宏小区的覆盖盲点（如地下商场等）。与同心圆不同之处在于，微小区有自己的一套天线系统、自己的ＢＣＣＨ。对于高速移动的用户，由于越区切换频繁，此类用户的话务要由宏小区吸收，微小区将依据一定的辅助算法判别出此类用户并将其切换到宏小区。采用微小区来提高容量一般都要有射频跳频、不连续发射（ＤＴＸ）、功率控制、分集接收技术的配合来降低干扰。

     微微小区主要用于覆盖用户密集的室内区域（如大会堂等），以进一步提高网络容量，一般采用ＧＳＭ１８００频段。

     以上３种小区互相配合，构成了比较复杂的小区无线覆盖，此种网络结构具有以下的优点：

    可适用于各种复杂的地理环境；

    可最大程度地提高容量，可快速解决覆盖盲点及热点地区的用户的入网问题；

    对移动台没有特殊的要求。

     由此也引来了频率规划、小区切换算法的复杂性。由于不同的小区服务于不同的话务类型，用户如何在不同的小区接入、切换、合理划分切换带；如何平衡各小区的话务、降低掉话率；如何合理的划分频段，满足干扰保护比的要求，成了技术上的难点。不同小区的切换算法是其中的关键。

１．３ 采用ＧＳＭ９００／１８００双频段的无线覆盖

    在ＧＳＭ９００提供全网覆盖的基础上，再覆盖一层ＧＳＭ１８００的网。采用ＧＳＭ９００和ＧＳＭ１８００双层覆盖网，其结构实际也是多层网结构，其中大面积的宏小区覆盖由ＧＳＭ９００完成，微小区、微微小区可由ＧＳＭ９００或ＧＳＭ１８００来完成覆盖。现有ＧＳＭ１８００一般是点覆盖，用于热点地区。

     与９００兆的频段相比，１８００兆频段具有更多可用的频点，其小区可分裂得更小，可提供更大的容量。

    ＧＳＭ１８００与ＧＳＭ９００共组系统有４种结构：

    共用原籍位置登记器／鉴权中心（ＨＬＲ／ＡＵＣ）、设备识别登记器（ＥＩＲ）、操作和维护中心（ＯＭＣ）和短消息中心（ＳＣ）；

    共用交换子系统；

    共用交换子系统和基站控制器；

    共用网络子系统。

    对于第３种结构，由于Ａｂｉｓ接口尚未开放，合用的基站控制器（ＢＳＣ）应在ＧＳＭ１８００和ＧＳＭ９００的基础上增加软件功能。对于第４种情况，则必须在基站（ＢＴＳ）上实现９００兆及１８００兆两种频段的收发功能。

    采用双频无线覆盖方式还需具备以下的条件：

    移动台必须具有双频模式；

    算法必须支持两种网间的切换。

    另外，采用ＧＳＭ１８００组建微小区时，必须注意在与其它无线系统频率相邻时，要留出足够的保护频带防止干扰，满足干扰保护比的要求。

２ 频率规划

２．１ 频段的划分

（１）ＧＳＭ１８００的频段划分

    频道等间隔配置（２００ｋＨｚ），频道序号为５１２～８８５（共３７４个频道）。

（２）ＧＳＭ９００的频段划分

    频道等间隔配置（２００ｋＨｚ），频道序号为１～１２４（共１２４个频道，１和１２４作为保护频带）。

２．２ 频率的复用

    现有的频谱资源很有限，要想充分提高网络的容量，关键是提高频谱的利用率。在建网初期一般使用４×３（邻省应用此方式）的复用方式，每基站分成３个扇区，分别用３个１２０°的定向天线覆盖，这种方式能比较可靠地满足同频干扰保护比（Ｃ／Ｉ）大于等于９ｄＢ的要求。随着网络业务量的增加，就必须采用更紧密的复用方式，有３×３（３基站９扇区）、１×３（１基站３扇区）、２×６（２基站６扇区）、多重复用等方式，但由此也带来频率复用距离变小，干扰保护比降低，此时必须采用跳频、功率控制、ＤＴＸ、天线分集等技术来降低干扰。特别是１×３复用方式，其复用系数最高，其同频Ｃ／Ｉ比４×３要降低１０ｄＢ，此时要采用射频跳频及特殊的干扰消除算法。多重复用实质是在同一网络中采用不同的频率复用方式，它将所有的载频频点分成几部分，每部分分别采用不同的复用方式。

对于采用多层网结构的微小区，其频率复用方式与正常的频率复用方式有区别，一般可保留出一段频率专门用于微小区。具体的频率规划方式有两种：

（１）微小区和宏小区分别采用不同的频率段，且两频率段的频点相互正交；

（２）微小区与宏小区共用频率。

    其中方式（１）规划较简单，网络便于扩展，能避免邻频干扰；方式（２）的频率规划复杂，但频谱利用率更高。

３ 容量规划

      合理地作好容量规划也是小区规划的一项重要内容。特别对于多层网覆盖的结构，微小区只提供３～９爱尔兰的容量，根据实际的地理环境、话务分布预测图、同频邻频干扰图等，合理的规划系统容量，可以平衡各小区的话务，降低掉话率、拥塞率，提高接通率，提高网络的质量。

    作系统的容量规划，要以一定的业务等级作为依据，首先要作好初期和最终容量的预测。其次是设计话务量，中国邮电部的规范规定大、中容量的公用移动通信系统的设计话务量为０．０１～０．０３爱尔兰。最终根据实地测量报告的原始数据，如电波衰落模式、频率复用模式、数字化地图、发射有效功率等以及数字移动通信系统的话务模型及预测算法得到所需的数据，如小区和频率规划图、话务量分布图、同邻频干扰图等，可定出各小区的容量参数。

４ 结束语

    以上基于静态的预测参数讨论了小区规划的问题，但对于任何一个系统，其业务量是随时间动态变化的，初始的预测配置参数必然不能适应未来系统运营的需求，因此须定期优化原有网络。

参考文献

１ 孙孺石，丁怀元，穆万里，王泽权．ＧＳＭ数字移动通信工程，北京：人民邮电出版社，１９９８

２ 张军．我国ＧＳＭ网的建设及发展．电信技术，１９９８，（７）

３ 许锡明，戴美奉，王道恒．移动通信网无线网络优化工作的探讨．广东通信技术，１９９７，（３）

４ １８００ＭＨｚ ＴＤＭＡ数字蜂窝移动通信系统技术要求．红皮书．１９９７

５ ９００ＭＨｚ ＴＤＭＡ 数字蜂窝通信系统设备总技术规范

６ ９００ＭＨｚ ＴＤＭＡ数字公用陆地蜂窝移动通信网技术体制．红皮

   书．１９９５

（收稿日期：１９９８－１１－１６）

[摘要] 文章结合中国的实际情况，从技术的角度讨论了有关小区规划的一些主要问题，包括小区的无线覆盖、频率的规划以及容量的规划，并对解决这些问题的相关技术作了初步探讨。

[关键词] 无线覆盖 频率规划 容量规划 频率复用

[Abstract] Ｗｈｉｌｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎ-ｃｒｅｔｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｃｈｉｎａ，ｔｈｅ ｐａ-ｐｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｖｉｅｗ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｂｏｕｔ ｃｅｌｌ ｐｌａｎｎｉｎｇ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｒａ-ｄｉｏ ｃｏｖｅｒａｇｅ ，ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｐｌａｎ-ｎｉｎｇ，ａｎｄ ｃａｐａｃｉｔｙ ｐｌａｎ-ｎｉｎｇ．Ｓｏｍｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｏｓｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｒｅ ｐｒｅ-ｌｉｍｉｎａｒｉｌｙ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．

[Keywords] Ｒａｄｉｏ ｃｏｖｅｒａｇｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｐｌａｎｎｉｎｇ Ｃａｐａｃｉｔｙ ｐｌａｎｎｉｎｇ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ