浅析双频网的建设

刘力平 江苏联通南京分公司

1 引言

　　随着GSM移动通信技术日趋成熟，网络规模与用户数量迅猛增长。GSM900M频段的有限资源已明显不足，难以解决话务密度较高地区的容量需求。在话务量较高，基站话音信道与控制信道拥塞的地区，仅仅通过修改切换参数、降低发射功率等软调整，及采用跳频、多重频率复用、同心圆等各种小区规划的新技术已不能从质的方面解决话务拥塞，提高上线网络质量。而同时1800MHz频段与900MHz频段的无线传播特征基本相似，DCS1800与GSM900系统在系统组网、工程实施、网络维护及承载业务等方面比较一致。因此，利用1800MHz比较宽松的频段资源，采用GSM900/DCS1800双频段组网方式，能经济有效地缓解GSM900的容量压力，从根本上解决网络容量不足的问题。下面以中国联通南京分公司为例，浅谈如何利用GSM900/DCS1800双频段无线资源，更好地满足用户对GSM移动通信网络容量和质量的需求。

2 GSM900/DCS1800双频段组网的规划和设计

　　由于双频网在组网方式上相对单频网更复杂，因此在建设双频网前必须进行科学有效的规划。通过对话务模型和地理环境的详细调查分析，撇出科学合理的网络建设方案，使得CSM900系统与DCS1800系统良好配合，发挥最大效用。

　　利用OMC-R的统计工具，对接入网络的手机终端用户类型进行连续的忙时跟踪统计，结果显示，双频手机约占48.4％，单频手机约占51.6％。且根据终端销售市场调查统计情况，新增用户主要在双频段手机上，因此双频手机的比例还会进一步增大。利用DCS1800系统作为话务吸收层和补充覆盖层完全可行。

　　GSM900/DCS1800双频组网方式可以采用独立MSC、共享MSC、共享BSC乃至共享BTS等组网方式。

　　独立MSC方式是指建立一个或若干个DCS1800的MSC作为现有GSM网络的端局，所有DCS1800的基站设备均连接到DCS1800的MSC上，构成区域性的覆盖。采用这种方式的优点是，GSM900和DCS1800可为不同厂家的设备。但容易造成GSM900和DCS1800之间的切换时间长、信令负荷大、切换成功率低等问题。且当双频手机比例很高时，GSM900和DCS1800双层网间的话务均衡较难。

　　共享MSC方式是指GSM900和DCS1800基站均连接到同一个MSC上。在这种组网方式中，GSM900和DCS1800基站可为不同厂家的设备。GSM900/DCS1800双频之间的切换时间较短、成功率较高、信令负荷较小。当双频手机比例很高时，GSM900和DCS1800双层网间的话务均衡较难。

　　共享BSC组网方式是指GSM900和DCS1800基站均连接到同一个BSC上，这种方式对现有网络会带来较大的影响。由于在Abis接口上GSM规范不是很严格，所以这种组网方式一般只限于同一个厂家的设备。GSM900/DCS1800双频之间的切换时间短、成功率高、信令负荷小。双频手机比例很高时，GSM900和DCS1800双层网间的话务均衡较容易实现。

　　中国联通南京分公司目前使用MOTOROLA双顾网络设备，采用共享BSC方式进行双频组网，在组网时以DCS1800吸收话务量，GSM900补充覆盖，两网优化组合提高网络质量为目的。但由于受DCS1800系统网络规模的局限和GSM900系统无线资源的限制，整个网络还有许多有待改善的地方，主要有以下两个方面：

　　第一，由于GSM用户数发展迅速，基站容量扩容需求迫切，市区内GSM900系统许多扇区需扩容为三载频，致使许多市区基站达到3/3/3的配置。受联通频率资源的限制，不能实现传统4*3固定频率复用模式，否则将大量增加同频或邻频干扰现象，致使无线环境恶化，导致网络质量急剧下降。在这种情况下，对于GSM900系统只能采用1×1SFH跳频入式，以实现合理的频率规划。但由于联通GSM900频率资源较为紧张，跳频序列较短（12个频点），对于市区内大站型基站较多、基站分布较密的情况，会致使频率的碰撞率较高，均衡净化无线环境效果不明显。从实际路测情况和对各项统计指针分析来看，GSM900系统网络质量明显比DCS1800系统差，特别是在跳频载频上实际通话效果更差，因此GSM900系统的减容已是当务之急。

　　第二，由于DCS1800系统网络规模相对较小，城区内许多区域没有形成DCS1800系统的连续覆盖，致使GSM900/DCS1800双频网之间的切换过于频繁，影响终端用户感觉和各项网络指针。但联通DCS1800系统频段资源相对GSM900较为富足，若能充分利用DCS1800系统频段资源，增大DCS1800系统规模，在城区内形成DCS1800系统的连续覆盖，对改善整个网络指针，提升终端用户感受必然大有益处。

3 GSM900/DCS1800无线传播的特点

　　DCS1800工作频率高于GSM900，其电波传播衰减也大于GSM900，这给双频网的运行和优化带来了新的困难。数字蜂窝系统在1800MHz频段自由空间典型的路径损耗比900MHz频段多8dB左右，同样50米长的7/8馈线损耗比900MHz多1.5dB左右。因此在同样的物理条件下，DCS1800覆盖半径将小于GSM900。依据对常规DCS1800在市区环境下的有关实验报告，在半径1公里内能保证较好的通话质量，1公里外则呈现较高的掉话率。

　　不同频段的无线电波其传播路径是不同的，对于900MHz频段的无线通信系统而言，电波传播方式主要是空间波，即直射波、反射波的合成波。由于手机经常不断地受到周围几何形状和大小不同的建筑物、树木及其他障碍物或地形起伏的影响，其接收场物、树木及其他障碍物或地形起伏的影响，其接收场强的变化是相当复杂的。这种由传播路径引起的散射、反射、绕射或因障碍物形成的直线路径上的阴影的多径组合使到达手机的信号幅度、相位和入射角等都是随机的，因而手机有时仅移动几米，接收场强就可能出现较大的起伏。1800MHz的电波波长是900MHz的一半。因而其遭受的多径衰落和阴影效应将更加明显，特别是室内覆盖区域。同时1800MHz频率的深衰落点在空间上的分布要比900MHz密集。这一特点在工程建设、网络维护以及优化过程中可以利用。

　　在双频网使用过程中，如何合理利用无线资源做好室内覆盖系统的规划设计，亦是在工程建设中需要考虑的实际问题。1800MHz比900MHz对建筑物的穿透损耗小。有资料显示，以混凝土建筑为例，实测穿透损耗结果对应于900MHz，1800MHZ，2300MHz分别为14.2dB，13.4dB，12.8dB。室内的电波分量是穿透分量和绕射分量的迭加，而绕射分量占绝大部分。因此，再结合到上面所提到的关于绕射方面的特性考虑，总的看来1800MHz室内外电平差比900MHz室内外电平差要大一些。由于传播环境的复杂性以及入射波的方向等问题，量化室内外电平差有些难度，最好的办法还是具体问题具体分析，进行特定环境的室内外电平差测试以指导室内分布系统工作的开展。南京联通室内分布建设过程中首先在话务分布密集的南京市区内，对于话务分布较为集中的高档楼宇，尽量采DCS1800微蜂窝来增加容量，避开GSM900系统频率资源的限制；对无线话务分布相对较少的大型商场，适当采用GSM900/DCS1800的选频直放站来完成室内覆盖，尽量减少使用通频直放站，把直放站对系统干扰降到最小。在室内分布建设中还应充分考虑高层的信号泄露与孤岛效应。

4 GSM900/dcs1800双频网的优化

　　GSM900/DCS1800双频网络中，移动用户的通话条件是不断变化的，而通信网络要保障的，就是在这个不断变化的通信环境中，提供较好的通话质量，以便用户能保持良好通话。另一方面，在保证网络质量的前提下，应最大限度地利用现有网络资源为更多的用户服务。因此，GSM900/DCS1800双频网络优化的重点是网络质量的提高和网络资源的有效合理利用。下面结合南京联通所采用的MOTOROLA双频网络系统，谈谈如何进行双频网络优化的问题。

4.1 DCS1800系统覆盖和全网话务分布的调整

　　南京市区内共有DCS1800某站80个，大部分与GSM900基站共站址。1800M基站在城墙内能基本形成连续覆盖，为吸收话务量、解决拥塞、提高网络通话质量起到非常重要的作用。为了能保证DCS1800系统更好地发挥性能，应合理地扩大DCS1800系统覆盖范围，为此，南京联通对南京整个双频网络进行了测试分析，提出了新增DCS1800基站7个，对现网DCS1800基站搬迁6个，对现网DCS1800基站扩容18个，以满足现时话务量与网络覆盖的需求，提高设备利用率。

4.2 GSM900/DCS1800小区参数调整

　　双频网优化中考虑的出发点应以DCS1800作为GSM900网络的覆盖补充及话务量分担。因此，双频网的优化工作，除了各项指标的测试及调整外，还必须特别考虑小区选择、小区重选、切换等与频段选择有关的行为。通过调整小区选择、重选和切换过程中的相关参数，根据网络覆盖及容量要求使手机在保证通话质量的前提下，尽量使用DCS1800网络，以分担GSM900网络负荷。下面举例说明在双频网网络优化过程中，通过参数调整，使DCS1800尽可能吸收话务量，发挥双频网优势的做法。

（1）小区选择的优化设置

　　手机开机后会与公用GSM网进行联系，选择一个合适的小区，从中提取控制信道的参数和其他系统消息，完成小区选择过程。在GSM规范中，规定了小区选择的依据参数即路径损耗准则C1。

C1＝A-Max（B，0）

A=ReceivedLevelAverage-RXLEV_ACCESS_MIN

B=MS_TXPWR_MAX_CCH-P

　　其中：ReceivedLevelAverage为手机实际接收到的电平；RXLEV_ACCESS_MIN为手机接入系统时所需的最小接入电平；MS——TXPWR——MAX——CCH为手机接入系统时可使用的最大发射功率；P为手机所具有的最大输出功率。对DCS1800Class 3手机而言，B=MS_TXPWR_MAX_CCH+POWEROFFSET-P，其中：POWER OFFSET为MS_TXPWR_MAX_CCH相关的功率偏移。

　　手机所选择的小区的C1必须大于0，同时还要判断该小区是否被禁止接入、小区的优先级等因素。在满足C1标准的前提下，手机将选择优先级高的小区。

　　若手机中存有BA表，则在该表中的BCCH载频上进行搜索，若检测到一个小区，其级别为高，且C1＞0，则选择该小区。否则在所有频点中搜索。

　　由于DCS1800频段的信号衰耗较大，在GSM900与DS1800共存的情况下，为了使双频手机能够尽可能接入DCS1800系统，可以通过设置小区的CBO（CELL_BAR_QUALIFY）和CBA（CELL_BAR_ACCESS）值，来控制小区选择的优先级。鉴于DCS1800小区的信号强度通常低于GSM900，因此设置DCS1800小区的优先级为“正常”，GSM900为“低”，这样在小区信号满足C1准则的前提下，通过该参数的设置，使双频手机优先选择DCS1800小区。

（2）小区重选的优化设置

　　在空闲模式时，手机停留在所选的小区中，通过接收该小区的系统消息，检测BA1列表，测量该列表中邻近小区的BCCH载频的信号电平，记录其中信号电平最大的6个相邻小区，并从中提取出每个相邻小区的各类系统消息和控制信息，在满足一定的条件时，手机将从当前小区转移到另一个小区，即小区重选。对phase2手机而言，由无线信道质量引起的小区重选以参数C1作为标准，C2是基于参数C1及经验值而形成的。

当PENALTY_TIME=31时，

C2=C1+CELL_RESELECT_OFFSET-TEMPORARYOFFSET*H（PENALTY_TIME-T）

当PENALTY_TIME＜＞31时，C2=C1-CELL——RESELECT——OFFSET

　　其中：CELL_RESELECT_OFFSET（CRO）用于设置经验值修GHD 重选参数C2，TEMPORARYOFFSET（TO）是临时偏移，在PT（PENALTY_TIME）规定的时间起作用，T是计数器。

　　小区重选不分优先级，在合适条件下，手机重选C2值大的小区。根据C2算法，通过设置CRO、TO、PT等参数调整0值，使DCS18OO的C2值大于GSM900，使DCS1800在小区信号强度低于GSM900情况下，通过参数设置仍可以使双频手机重新选择到DCS1800小区。

　　在建网初期，南京联通部分1800MHz小区的CRO等参数与900MHz小区一致，对话务吸收效果不明显。在网络优化过程中，结合网络运行情况对该参数进行了调整，设置1800MHz小区的C2值比900MHz小区高出约20dB，这样便于DCS1800系统吸收话务量。对于DCS1800系统连续覆盖的区域，会大大减少频段间切换，降低系统掉话率。

（3）换和话务平衡的参数设置

　　在通话过程中，当有手机接收电平Rxleve或接收质量Rxqual更合适的小区出现时，手机会切换到该小区，以保持良好的通话质量。在双频网中，测试并改善系统的切换性能，实现话务平衡是双频网络优化的--个重点。

　　由于DCS1800与GSM900不同波段的传播特性不同，若单纯地采用功率预算切换算法，将会造成频段间切换过于频繁。网络质量及终端用户感觉变差。摩托罗拉共提供七种先进切换算法，可以根据不同无线环境选择合适的切换算法。从终端用户统计可以知道双频手机约占50％。为了更多吸收话务，在DCS1800形成连续覆盖的区域，尽量让双频手机在DCS1800系统层建立呼叫。但是如果1800MHz的信号强度低于-85dBm。且900MHz邻区信号强于1800MHz信号5个dB时，则希望双频手机用户回到900M网络上，以便保证用户良好的呼叫质量。

　　在以上介绍的系统环境中，可以看看南京市同一区域内双频网间话务量分布情况为：1800MHz系统的为840ERL，900MHz系统的为684ERL。可以看到，在该区域。1800MHz网络吸收的话务量已达到55.2％。即在50％的用户是双频手机的情况下，在系统有双频覆盖的区域，有55.2％的话务量被1800MHz网络吸收。

　　南京市区内在双频网络间的切换情况如下：从1800MHz网络切换至900MHz网络的切换成功率为96.2％，从900MHz网络切换至1800MHz网络的切换成功率为96.1％。

　　综合上述统计可以看出，南京市内双频网经过网络优化、参数调整使得话务分布合理，网络层间的切换正常，无线环境得到净化，整个网络质量有所提高。

5 结束语

　　南京联通公司在双频网建设过程中，以科学的网络规划、优良的工程建设为基础，通过长期不懈的网络优化1作，逐步摸索出一些双频网使用的经验。通过在双频网系统使用过程中的实际检验，这些经验对于网络质量的提高和网络资源的有效合理利用是切实可行的。面对中国联通GSM900系统频率资源相对较少（6M带宽），而DCS1800系统频率资源相对富足（10M带宽）的现实，逐步提高DCS1800系统话务量，把DCS1800作为主要话务承载层和补充攫盖层；降低GSM900系统容量，把它作为主要覆盖层和网络保护层的组网方式是完全有效可行的。在双频网的建设过程中，如何使双频手机在两个网络层间合理流动正常切换，如何合理地分配双频网络承载的话务量，同时保证有较好的系统性能是应着重考虑的问题。建设和利用GSM900/DCS1800双频网系统，合理利用现有的网络资源，对于改善整个网络质量，把中国联通GSM网络建设成一流的精品网络是非常有益的。

----《移动通信在线》