建设GSM900/1800双频网应考虑的几个问题----张志强

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。