GSM頻率復(fù)用的MRP技術(shù)及其實際應(yīng)用

1、頻率復(fù)用的技術(shù)及其實際應(yīng)用王勇摘要本文討論了系統(tǒng)中不同的頻率復(fù)用方法，著重論述了技術(shù)及其對無線網(wǎng)絡(luò)容量的提高，并結(jié)合山東省第期工程實例，介紹了技術(shù)的實際應(yīng)用。關(guān)鍵詞移動通信頻率復(fù)用概述移動通信是世紀通信技術(shù)、微電子技術(shù)及計算機技術(shù)高度發(fā)展和相互結(jié)合的產(chǎn)物，它集有線通信、無線通信、交換與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一體，實現(xiàn)了跨地區(qū)、跨國界的個人通信。作為一種方便快捷的通信手段，移動通信發(fā)展速度驚人。年，廣東省開通制式模擬移動電話網(wǎng)。年，我國在嘉興建設(shè)試驗網(wǎng)。從年起，我國開始大規(guī)模建設(shè)數(shù)字移動通信網(wǎng)?，F(xiàn)在，中國電信已在全國個省、市、自治區(qū)建成網(wǎng)絡(luò)，與個國家和地區(qū)實現(xiàn)國際漫游。截止年月，中國電信數(shù)字移動電話用戶已達

2、 多萬戶，包括模擬用戶的總移動用戶數(shù)已超過 萬，用戶年增長率達。由于移動用戶數(shù)的迅速增加，在部分地區(qū)，特別是大城市的市區(qū)，頻率資源變得越來越緊張，無線網(wǎng)的容量成了制約用戶發(fā)展的瓶頸。在現(xiàn)有頻率資源的情況下，盡可能提高頻率利用率是當前移動通信運營者關(guān)心的熱點問題。本文著重討論了頻率分配的（ ）技術(shù)及其對無線網(wǎng)容量的提高，并結(jié)合山東省第期工程的實例，介紹了技術(shù)的實際應(yīng)用。頻率復(fù)用（） 頻率復(fù)用的概念移動通信的起源可追溯到本世紀年代，由于早期的移動通信系統(tǒng)大多是專用通信網(wǎng)，用戶較少，頻道也不擁擠，再加上信道終端控制技術(shù)還不夠成熟，往往采用一個大覆蓋區(qū)的組網(wǎng)方式。因此，某一地區(qū)的某個頻率只分配一次。這

3、在頻率利用上是極不經(jīng)濟的。年代以來，隨著大容量移動通信系統(tǒng)的出現(xiàn)，早期的頻率使用方式已不能滿足要求，必須采用以頻率復(fù)用為基礎(chǔ)的蜂窩小區(qū)技術(shù)。頻率復(fù)用就是同一無線頻率用于覆蓋不同的區(qū)域（每個這樣的區(qū)域稱為一個小區(qū)或扇區(qū)），這些使用同一頻率的區(qū)域彼此相隔一定的距離（稱為同頻復(fù)用距離），使同頻干擾抑制到允許的范圍以內(nèi)。（） 干擾保護比常用的頻率復(fù)用模式有、等。若基站采用方向性天線，根據(jù)技術(shù)體制的要求，模擬移動通信系統(tǒng)的頻率復(fù)用采用或模式，而數(shù)字移動通信系統(tǒng)采用模式。無論采用哪種復(fù)用模式，根本原則是考慮了不同的傳播條件及多個干擾等因素后必須滿足系統(tǒng)所要求的干擾保護比。對于數(shù)字系統(tǒng)，同頻及鄰頻干擾保護比

4、分別如下：同頻干擾保護比： 鄰頻干擾保護比： 在實際工程設(shè)計中需對上述值另加 的余量。進一步提高容量的措施由于近年來移動用戶數(shù)的激增，對移動網(wǎng)的容量要求越來越大。提高網(wǎng)絡(luò)無線容量有以下幾種措施：（） 增加可用頻率資源。（） 縮小基站間距，增加基站密度。（） 提高頻率利用率。增加可用頻率受政策影響，難度很大。增加基站密度也有一定限度。在建網(wǎng)早期，可通過增加基站密度的方式來增加網(wǎng)絡(luò)容量。但是，市區(qū)基站的密度不可能無限制地增加。這一方面是由于基站數(shù)越多，投資也越大，而且在繁華的市區(qū)，合適站址的選取越來越困難；另一方面，天線在垂直面內(nèi)具有一定的方向性，天線增益越高，方向性越強，在垂直面內(nèi)的波束寬度也就

5、越窄。若站距太近，則移動臺距基站太近，使移動臺處于天線的主波束之外，導(dǎo)致接收到的有用信號減弱，同頻干擾增大，從而使網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量下降。因此，在城市的高話務(wù)密度地區(qū)，要提高網(wǎng)絡(luò)無線容量，只有提高頻率利用率，采用更緊密的頻率復(fù)用技術(shù)。更緊密地復(fù)用頻率就意味著同頻復(fù)用距離減小，同頻干擾增大。但由于數(shù)字移動通信系統(tǒng)本身具有許多抗干擾措施，如跳頻、動態(tài)功率控制、不連續(xù)發(fā)射等，將這些技術(shù)有效地使用，會明顯地提高信號的載干比（），從而使得更緊密的頻率復(fù)用成為可能。不同的廠商針對各自的設(shè)備情況，提出了許多緊密復(fù)用頻率的方法。這些方法包括智能雙層網(wǎng)（）技術(shù)、技術(shù)、復(fù)用等等。在 帶寬情況下，這幾種方法對無線網(wǎng)容量的提高

6、及與復(fù)用方式的比較見表，其中帶寬為 ，每用戶話務(wù)量為 。表1不同頻率復(fù)用方式容量的比較復(fù)用方式最大小區(qū)配置(每小區(qū)載頻數(shù)每個基站可容納用戶數(shù)(戶容量比4/123/3/31 7881IUO2/2/2+2/2/22 7361.533/94/4/32 3561.321/35/5/53 4241.91MRP(12/9/8/74/4/42 6281.472/123/3/3/2/2/22 8681.6技術(shù) 在以上幾種提高容量的方法中，復(fù)用是最緊密的復(fù)用方式，容量提高比較大，頻率利用率很高，但干擾增加也很大。復(fù)用需要增加基站的扇區(qū)數(shù)，從而增加了基站的天線數(shù)量。下面著重介紹一下技術(shù)?；驹砑夹g(shù)就是把所有可用

7、載頻分為幾組，每一組載頻作為獨立的一層。做頻率規(guī)劃時逐層分配載頻，不同層的頻率采用不同的復(fù)用方式，頻率復(fù)用逐層緊密，也就是說在整個網(wǎng)絡(luò)中采用不同的復(fù)用類型。打破了固定頻率簇的概念，載頻分配靈活，使一個扇區(qū)分配的頻率不可能與鄰近扇區(qū)的完全相同，改善了跳頻效果，這也是優(yōu)于固定頻率復(fù)用（如、）的地方。在固定頻率復(fù)用的網(wǎng)絡(luò)中，共用同一組載頻的鄰近小區(qū)，其頻率完全相同，跳頻增益不夠明顯。如果可用頻率為 ，那么可用載頻數(shù)為個。假設(shè)載頻編號從至，分成組，分組方式如表所示。其中，廣播控制信道（）組有個載頻可供復(fù)用；業(yè)務(wù)信道分、三組，每組分別有、個載頻可供復(fù)用。在頻率規(guī)劃時，先分配，個載頻按復(fù)用方式，每個小區(qū)分

8、配個載頻；接著分配，每個小區(qū)分配中的個載頻；然后依次分配、。這樣，每個基站扇區(qū)最多可有個載頻（個和個）。如果按傳統(tǒng)的復(fù)用方式，每扇區(qū)最多只能有個載頻。平均頻率復(fù)用系數(shù)為了度量頻率復(fù)用的緊密程度，引入平均頻率復(fù)用系數(shù)的概念。平均頻率復(fù)用系數(shù)總可用載頻數(shù)÷每扇區(qū)最大載頻數(shù)如果總可用載頻數(shù)一定，則每扇區(qū)載頻數(shù)越多，平均頻率復(fù)用系數(shù)就越小。仍以 帶寬、個載頻為例，若采用傳統(tǒng)的復(fù)用方式，每扇區(qū)最多個載頻，平均頻率復(fù)用系數(shù)為；若采用上述分組復(fù)用方法，每扇區(qū)最多個載頻，平均頻率復(fù)用系數(shù)降為。通過精心的頻率規(guī)劃，平均頻率復(fù)用系數(shù)還可以進一步縮小。據(jù)介紹，最小平均頻率復(fù)用系數(shù)可為。的分組方法由于不使用

9、和跳頻，發(fā)射功率大，干擾特性與不同，為保證的安全，用于的載頻數(shù)應(yīng)不少于個。在實際應(yīng)用中，一般取個。（） 連續(xù)的分組連續(xù)的分組就是載頻連續(xù)選取，如表所示。這樣做的優(yōu)點是和的交互影響小，缺點是分配載頻時需考慮鄰頻干擾。表2MRP載頻分組方式載頻號123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536載頻組BCCH(12123456789101112TCH1(9131415161718192021TCH2(82223242526272829TCH3(730313233343536（） 分散的分組分散的分組就是載頻離散選取，如表所

10、示。由于頻率組內(nèi)不存在鄰頻，分配時不需要考慮鄰頻干擾，頻率規(guī)劃容易，但與存在交互影響，使頻率規(guī)劃難度增加。 表3分散的BCCH分組方式載頻號123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536載頻組BCCH(121357911131517192123TCH1(924681012141618TCH2(82022242526272829TCH3(730313233343536的分組方法（） 嚴格的嚴格的就是各層載頻嚴格分開，互不重疊，如表所示。頻率規(guī)劃時，載頻逐層分配。這樣做的優(yōu)點是載頻調(diào)整容易，某層出了問題，只要調(diào)整那一層

11、即可，不必考慮其余頻率層的影響；缺點是在郊區(qū)有些載頻用不上，造成頻率分配困難。由于基站載頻數(shù)是根據(jù)話務(wù)密度的分布而設(shè)的，在郊區(qū)及農(nóng)村話務(wù)密度低，基站的載頻數(shù)相應(yīng)地也少。假設(shè)在農(nóng)村地區(qū)設(shè)了許多全向載頻的基站，這些站只能分配和這個載頻，即使有合適的或也無法使用。（） 改進的為了克服嚴格的分組方法的不足，對的分組加以調(diào)整，出現(xiàn)了改進的，如表所示。在改進的分組方法中，分組不變，而在組中增加了的頻率，在組中增加了的頻率。這樣，在做郊區(qū)及農(nóng)村頻率規(guī)劃時，選擇余地就大了。 表4改進的MRP分組方式載頻號12345678910111213141516171819202122232425262728293031

12、3233343536載頻組BCCH(12123456789101112TCH1(24131415161718192021222324252627282930313233343536TCH2(15222324252627282930313233343536TCH3(730313233343536技術(shù)對無線網(wǎng)絡(luò)容量的提高采用技術(shù)，實質(zhì)上是以犧牲部分網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量為代價，來換取網(wǎng)絡(luò)容量的提高。在使用技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)中，載頻復(fù)用距離比復(fù)用方式更近，增加了每個扇區(qū)的可用載頻數(shù)，從而增加了無線網(wǎng)容量，提高了頻率利用率。技術(shù)可根據(jù)容量需求及話務(wù)量分布情況進行頻率規(guī)劃，在需要擴大容量的地方（如市區(qū)）增加載頻，頻率分配靈活

13、，可逐步提高網(wǎng)絡(luò)容量。以 帶寬為例，由表可以看出，采用技術(shù)，無線網(wǎng)容量比復(fù)用的網(wǎng)絡(luò)提高。 技術(shù)的實際應(yīng)用山東省第期工程已經(jīng)啟動。這次擴容工程頻率復(fù)用采用改進的，跳頻采用基帶跳頻技術(shù)，所用頻段為 ，帶寬 ，共計個載頻，載頻編號為。預(yù)留了個載頻供微蜂窩使用，則宏蜂窩有個載頻可用。若采用傳統(tǒng)的復(fù)用，基站最大配置到，每個基站可容納移動用戶 戶。但采用改進的技術(shù)后，基站最大可配置到，平均頻率復(fù)用系數(shù)降為，每個基站可容納移動用戶 戶，基站可容納用戶數(shù)量比站型提高了。從理論上講，基站載頻配置數(shù)還可以再多一些（例如可配到甚至），但考慮到網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量及安全性，頻率復(fù)用的緊密程度不宜大幅度提高，所以本期工程基站只配

14、置到。由于這次工程首次采用技術(shù)，為確保載頻的質(zhì)量，取了個，具體的頻率分組如下：微蜂窩：；：；：；：；：；：；：。在使用時，應(yīng)注意以下問題：（） 采用技術(shù)，由于同頻復(fù)用距離縮短，同頻干擾變大，必須采用跳頻、動態(tài)功率控制、不連續(xù)發(fā)射等技術(shù)對抗干擾，這也是技術(shù)應(yīng)用的前提條件。跳頻就是載頻按某種頻率序列進行跳變。跳頻包括基帶跳頻和射頻跳頻兩種。基帶跳頻是基站的每個收發(fā)信機工作頻率固定，每個時隙的信號按跳頻序列切換到發(fā)射相應(yīng)頻率的收發(fā)信機上。基帶跳頻需有個以上的收發(fā)信機才能獲得跳頻增益。射頻跳頻是使每個收發(fā)信機的工作頻率按一定的跳頻序列發(fā)生跳變。跳頻的作用是提供了頻率分集和干擾分集，改善了最壞情況，均衡

15、了網(wǎng)內(nèi)干擾。據(jù)有關(guān)測試，個載頻參與跳頻時，可得到 的跳頻增益，若跳頻數(shù)量增加，跳頻增益也會相應(yīng)地增大。動態(tài)功率控制是指在一定范圍內(nèi)，改變移動臺和基站的發(fā)射功率。在保證良好接收的前提下，盡量減小發(fā)射功率，這樣不僅延長了手機電池的使用時間，更重要的是降低了全網(wǎng)的干擾。不連續(xù)發(fā)射就是移動臺和基站的發(fā)射機只在講話時開啟，而在通話間隙由系統(tǒng)發(fā)送舒適噪聲。與動態(tài)功率控制的效果一樣，不連續(xù)發(fā)射節(jié)省了手機電池，降低了全網(wǎng)的干擾。（） 采用技術(shù)，不論載頻復(fù)用多么緊密， 載頻數(shù)不能少于個，以保證系統(tǒng)控制信道的安全。（） 采用技術(shù)分配頻率時，要注意頻率分配的順序。一般來說，應(yīng)先分配，然后分配，接下來做，逐層規(guī)劃，最

16、后分配。這是由于的載頻個數(shù)少，頻率分配較難，因此做完后應(yīng)先做，且使其限制條件較少，例如對每個小區(qū)定義較少的鄰區(qū)，同一小區(qū)或相鄰小區(qū)的載頻間隔較小等。隨著載頻數(shù)量的增加，應(yīng)逐步增加限制條件。（） 不同區(qū)域基站的頻率應(yīng)分別規(guī)劃。為保證重點，使市區(qū)的干擾達到最小，在做頻率規(guī)劃時，應(yīng)將基站分為市區(qū)、郊區(qū)、農(nóng)村等幾個區(qū)域，市區(qū)基站太多時，也可將市區(qū)分開。頻率規(guī)劃時先做市區(qū)，后作郊區(qū)及農(nóng)村。（） 根據(jù)具體的干擾情況，調(diào)整鄰區(qū)設(shè)置。每一小區(qū)的相鄰小區(qū)作為初始條件，需輸入計算機，計算機據(jù)此分配頻率。在做某一層的頻率規(guī)劃時，若有兩個鄰近小區(qū)同頻，那么在做下一層頻率規(guī)劃時，就應(yīng)將這兩個小區(qū)定義為鄰區(qū)，以避免再次同頻。這里需要注意，實際工程中的基站布局不像標準的六角形蜂窩圖那樣，相鄰小區(qū)與不相鄰小區(qū)一目了然。實際的基站設(shè)置千差萬別，如果一個站（小區(qū)）天線太高，它可能對一個很遠的站（小區(qū)）造成干擾，這兩個站（小區(qū)）就不能同頻。（） 計算機產(chǎn)生頻率之后，應(yīng)人工檢查一遍。若發(fā)現(xiàn)不合適的頻率分配，應(yīng)將條件修改后重新做，