GSM無線網(wǎng)絡(luò)頻率復(fù)用技術(shù)

1、1、頻率復(fù)用的概念2、常規(guī)的 4×3 頻率復(fù)用技術(shù)3、MRP (Multiple Reuse Pattern)技術(shù)4、同心園（Concentric Cell）技術(shù)5、各種頻率復(fù)用方式容量的比較    隨著GSM 900MHz數(shù)字移動通信網(wǎng)容量的迅速擴(kuò)張，在許多地區(qū)，頻率資源變得越來越緊張，某種程度上已制約了移動通信業(yè)務(wù)的發(fā)展。為了滿足移動通信業(yè)務(wù)發(fā)展的需求，有些省、市已將GSM使用的頻率擴(kuò)展到12.2MHz帶寬，即使這樣，頻率資源仍然緊張。在模擬網(wǎng)暫時不能退頻的情況下，如何提高頻率利用率，盡可能提高GSM網(wǎng)絡(luò)的容量，已成為移動通信運(yùn)營部門和眾多廠家共同關(guān)

2、心的熱點(diǎn)問題。為此研究出了許多頻率復(fù)用新技術(shù)。本文主要介紹有關(guān)這方面的技術(shù)。1、 頻率復(fù)用的概念    頻率復(fù)用也稱頻率再用，就是重復(fù)使用 (reuse) 頻率，在GSM網(wǎng)絡(luò)中頻率復(fù)用就是，使同一頻率覆蓋不同的區(qū)域（一個基站或該基站的一部分(扇形天線)所覆蓋的區(qū)域），這些使用同一頻率的區(qū)域彼此需要相隔一定的距離（稱為同頻復(fù)用距離），以滿足將同頻干擾抑制到允許的指標(biāo)以內(nèi)。    原郵電部頒布的900MHz TDMA數(shù)字公用陸地蜂窩移動通信網(wǎng)技術(shù)體制要求，若采用定向天線，建議采用4×3復(fù)用方式，業(yè)務(wù)量較大的地區(qū)，根據(jù)設(shè)備的能力還

3、可以采用其它的復(fù)用方式，如3×3復(fù)用方式，2×6復(fù)用方式等。無論采用哪種復(fù)用方式，基本原則是考慮了不同的傳播條件，不同的復(fù)用方式及多個干擾等因素后，必須滿足干擾保護(hù)比的要求，即：    同頻道干擾保護(hù)比： C/I （載波/干擾）9dB    鄰頻道干擾保護(hù)比： C/I （載波/干擾）9dB    載波偏離400KHz時的干擾保護(hù)比： C/I（載波/干擾）41dB    注：工程設(shè)計中需對以上C/I 另加3dB余量。2、常規(guī)的 4×3 頻率復(fù)用技術(shù)

4、    根據(jù)GSM 體制規(guī)范的建議，通常在無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中都采用4×3 頻率復(fù)用方式，即4個基站區(qū)（每個基站分為3個120°扇形小區(qū)或60°三葉草形小區(qū)），12個扇形區(qū)為一小區(qū)群。這種頻率復(fù)用方式由于同頻復(fù)用距離大，能夠比較可靠地滿足GSM體制對 同頻干擾保護(hù)比和鄰頻干擾保護(hù)比的指標(biāo)要求，使GSM 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行質(zhì)量好，安全性好。    但是，這種復(fù)用方式頻率利用率低，滿足不了業(yè)務(wù)量大的地區(qū)擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)容量的要求。我國城市人口密度很大，GSM網(wǎng)經(jīng)過幾次大規(guī)模擴(kuò)容后，特大城市和部分大城市的市區(qū)宏蜂窩基站平均站距不到10

5、00m，小區(qū)覆蓋半徑也就是幾百米左右，有些“熱點(diǎn)”地區(qū)站距只有300m左右?？梢姡倏看笠?guī)模小區(qū)分裂技術(shù)來增加網(wǎng)絡(luò)容量已經(jīng)不現(xiàn)實了。    因此，對于許多經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市，為了滿足移動用戶迅猛增長的需求，一個措施是向DCS1800發(fā)展，建立雙頻網(wǎng)。另一個措施就是在900MHZ現(xiàn)有的頻率資源情況下，采用密化的頻率復(fù)用技術(shù)。    各個廠家都根據(jù)自己設(shè)備的能力及軟件功能采用了不同的密化的復(fù)用技術(shù)，但這是以減少同頻復(fù)用距離，降低干擾保護(hù)比為代價的。由于在GSM系統(tǒng)中，采取了許多抗干擾技術(shù)，如跳頻、功率控制、話音不連續(xù)傳輸（DTX）、分集接收等

6、，將這些技術(shù)有效應(yīng)用會進(jìn)一步提高載波干擾比C/I，使C/I有一定的富余，因此，可通過采用密化的頻率復(fù)用技術(shù)進(jìn)一步增加網(wǎng)絡(luò)容量，并使網(wǎng)絡(luò)滿足服務(wù)質(zhì)量要求。比較典型的密化的頻率復(fù)用技術(shù)主要有3×3，2×6，2×3，1×3 技術(shù)。    實際上大家都是將常規(guī)的4×3頻率復(fù)用技術(shù)和密化的3×3，2×3，1×3頻率復(fù)用技術(shù)混合采用。由于混合采用的方式不同，也就出現(xiàn)了幾種不同的復(fù)用模式。3、MRP (Multiple Reuse Pattern)技術(shù)（1）基本原理   

7、; 多重復(fù)用模式（MRP）技術(shù)就是把所有可用的載頻有規(guī)律地分為幾組，每一組中的載頻作為獨(dú)立的一層，在做頻率規(guī)劃時，每組的載頻可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)容量的需要采用不同的復(fù)用方式。    需要指出的是，由于廣播控制信道（BCCH）不使用不連續(xù)發(fā)射（DTX）和跳頻技術(shù)，發(fā)射功率較大，其干擾特性與業(yè)務(wù)信道（TCH）不同，因此，為了保證網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量和安全可靠，建議BCCH采用4×3復(fù)用方式，顯然，用于BCCH的載頻數(shù)應(yīng)不少于12個。在實際應(yīng)用中，一般分配12-15個。    現(xiàn)以頻率帶寬為6MHz加以說明，國家無委會在900MHz 頻段上，劃分

8、給中國電信的頻段，當(dāng)用于GSM網(wǎng)的頻帶為6MHz時，可用載頻數(shù)為30對，頻道號是 65-95（劃分給中國聯(lián)通的頻段有29對載頻，頻道號是96-124），采用MRP技術(shù)時，將30對載頻按12/9/6/3分為4 組，分組方式如表1所述。表1 6MHz帶寬MRP載頻分組方式邏輯信道頻 道 號BCCH（12）666768697071727374757677TCHI（9）787980818283848586TCH2（6）878889909192微蜂窩(3)939495廣播控制信道（BCCH），業(yè)務(wù)信道TCH1， TCH2 及微蜂窩分別可有12，9，6，3 對載頻可配置，那么，BCCH采用4×3

9、復(fù)用方式，TCH1采用3×3復(fù)用方式，TCH2采用2×3復(fù)用方式，可配置成3/3/3結(jié)構(gòu)的基站，比單純使用4×3模式提高了容量。    同樣，如果用于GSM網(wǎng)的頻率帶寬為7.2MHz，那么，可用載頻數(shù)為36對，頻道號6095，按12/9/8/7分成4 組，分組方式如表2所示。 表2 7.2MHz帶寬MRP載頻分組方式邏輯信道頻 道 號BCCH(12)606162636465666768697071TCH1(9)727374757677787980TCH2(8)8182838485868788TCH3(7)89  &

10、#160; 其中，廣播控制信道（BCCH）組有12個載頻可供復(fù)用，業(yè)務(wù)信道分TCH1、TCH2、TCH3三層，每層分別有9、8、7個載頻可供復(fù)用，在作頻率規(guī)劃時，為了保證網(wǎng)絡(luò)安全，要求先配置BCCH，12個載頻按4×3復(fù)用方式，12個扇形小區(qū)，每個小區(qū)分配1個BCCH載頻；接著按3×3方式配置TCH1，每個小區(qū)分配TCH1層中1個載頻，再依次按2×3方式配置TCH2、TCH3。這樣，每個基站3個扇形小區(qū)都可配置4個載頻（4/4/4 站型）。配置載頻時，應(yīng)盡量避免相鄰載頻在同一小區(qū)或相鄰小區(qū)使用，在TCH2和TCH3層中分別有2個和1個載頻可供調(diào)整。余下的3個載頻可

11、分配給微蜂窩或微微蜂窩用，載頻配置示意圖見圖1。    當(dāng)可用頻帶為9.6MHz，頻道號47-95，有49對載頻，可按12/9/8/6/6/6/2規(guī)律分7組，基站載頻可配置成 6/6/6 結(jié)構(gòu)。    如果可用頻帶較寬，有12MHZ以上。從理論上講，基站載頻可配置成8/8/8，甚至更多。由此可見，網(wǎng)絡(luò)的容量會大大提高。這對設(shè)備的能力和軟件的功能提出了更嚴(yán)格的要求。    根據(jù)BCCH和TCH載頻選取的方式不同，又分幾種MRP，現(xiàn)介紹以下兩種：（2）固定型的MRP    固定型

12、的MRP就是劃分給業(yè)務(wù)信道（TCH）各層的載頻固定不變，互相獨(dú)立，不重疊，如表1、表2 所示，做頻率規(guī)劃時，逐層配置載頻，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是TCH載頻調(diào)整容易，如果某層TCH出現(xiàn)了干擾等問題，只要調(diào)整那一層即可，不必考慮其它層載頻的影響。缺點(diǎn)是載頻配置不靈活。（3）改進(jìn)型的MRP    改進(jìn)型的MRP就是劃分給業(yè)務(wù)信道（TCH）各層的載頻互相重疊，不獨(dú)立，具體分組方式如表3 所示，TCH3層分配的載頻不變，而在TCH2層中增加了TCH3層的載頻，在TCH1層中增加了TCH2層的載頻，在作頻率規(guī)劃時，可根據(jù)話務(wù)量密度分布情況，采用不同的復(fù)用方式，靈活配置載頻。表3 改進(jìn)

13、型的MRP分組方式（7.2MHz帶寬）邏輯信道頻 道 號BCCH(12)606162636465666768697071TCH1(24)727374757677787980818283848586878889TCH2(15)818283848586878889TCH3(7)89（4）MRP技術(shù)的主要特點(diǎn)    MRP技術(shù)打破了傳統(tǒng)的固定頻率復(fù)用模式，使載頻配置靈活，特別是使一個扇形小區(qū)分配的載頻不可能與同頻復(fù)用的扇形小區(qū)的載頻完全相同，既改善了同頻干擾保護(hù)比，也改善了跳頻效果，這是MRP技術(shù)顯著的特點(diǎn)。 MRP技術(shù)可根據(jù)容量需求及話務(wù)量分布情況靈活進(jìn)行頻率規(guī)劃，可

14、逐步提高網(wǎng)絡(luò)容量，比單純使用4×3復(fù)用方式網(wǎng)絡(luò)容量高，與單純采用3×3，2×3，1×3復(fù)用方式相比對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量影響小，采用的技術(shù)如跳頻、功率控制，不連續(xù)發(fā)射（DTX）是GSM系統(tǒng)應(yīng)具備的技術(shù)，在設(shè)備及軟件上無其它特殊要求，只要進(jìn)行精心的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化，能滿足網(wǎng)絡(luò)安全可靠運(yùn)行。富余的載頻可用于微蜂窩。 4、同心園（Concentric Cell）技術(shù)（1）同心園技術(shù)的概念    同心園技術(shù)就是在GSM網(wǎng)中，將無線覆蓋小區(qū)（一個基站或基站的一部分（扇形天線）所覆蓋的區(qū)域），分為兩層，外層和內(nèi)層，又稱頂層（Overlay）和底層（U

15、nderlay）。外層的覆蓋范圍就是通常的蜂窩小區(qū)，而內(nèi)層的覆蓋范圍主要集中在基站附近，外層一般采用常規(guī)的 4×3 復(fù)用方式，而內(nèi)層則采用密化的復(fù)用方式，如3×3，2×3或1×3。因而，把所有可用的載頻分為兩組，一組用于外層，一組用于內(nèi)層?？筛鶕?jù)網(wǎng)絡(luò)容量的要求，采取不同的分組方式，見表4、表5。由于外層和內(nèi)層是同基站同小區(qū)，共用同一套天線系統(tǒng)，共用同一個BCCH信道，故稱之為同心小區(qū)。但規(guī)定公共控制信道（CCCH）必須設(shè)置在外層載頻信道上，這就意味著通話必須先在外層信道上建立。圖2 同心園（Concentric Cell）無線覆蓋示意圖表4 6MHZ帶寬

16、同心園技術(shù)載頻分組方式（一）邏輯信道頻 道 號Overlay（12 ）666768697071727374757677Underlay（18 ） 787980818283848586878898909192939495表5 6MHZ帶寬同心園技術(shù)載頻分組方式（二）邏輯信道頻 道 號Overlay（24 ）666768697071727374757677787980818283848586878889Underlay（6 ）909192939495（2）普通同心園GUO（General Underlay Overlay）    普通同心園就是，由于內(nèi)層采用

17、密化的復(fù)用技術(shù)，為了提高內(nèi)層同頻復(fù)用距離，抑制同頻干擾，采取減少內(nèi)層覆蓋范圍的措施，即內(nèi)層的發(fā)射功率一般低于外層的發(fā)射功率。內(nèi)層與外層的切換主要是根據(jù)監(jiān)測功率和距離來進(jìn)行。    對普通同心園技術(shù)來講，適用于話務(wù)量集中在基站附近，話務(wù)量越集中在基站附近，擴(kuò)容效果越明顯，但是，由于其內(nèi)層發(fā)射功率低，電波穿透建筑物的能力弱，不易吸收基站附近室內(nèi)話務(wù)量，當(dāng)移動用戶從室外移動到室內(nèi)時，通話信道就會從內(nèi)層切換到外層，使室內(nèi)話務(wù)量都集中在外層，因而在話務(wù)量均勻分布的情況下，對網(wǎng)絡(luò)容量的提高不大。（3）智能雙層網(wǎng)IUO（Intelligent Underlay Overlay）

18、    IUO的內(nèi)層（又稱為超級層 Super Layer）與外層（又稱為常規(guī)層 Regular Layer）的發(fā)射功率是完全相同的，內(nèi)層和外層的切換是根據(jù)監(jiān)測載波同頻干擾保護(hù)比（C/I）進(jìn)行，其切換流程如下：首先在常規(guī)層建立通話，然后BSC不斷監(jiān)測下行鏈路超級層信道的同頻干擾保護(hù)比（C/I），當(dāng)超級層某信道的C/I 達(dá)到可用門限時（Good C/I Threshold），便將通話信道切換到此超級信道上，同時繼續(xù)監(jiān)測此信道的C/I，如果惡化到一定門限（Bad C/I Threshold），便切換到常規(guī)信道上。（4）同心園技術(shù)的特點(diǎn)   

19、; 同心園技術(shù)不需改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對系統(tǒng)硬件無特殊要求，對于普通同心園（GUO），適用于話務(wù)量高度集中在基站附近的地區(qū)。GUO不易吸收室內(nèi)話務(wù)量。但可改善同頻干擾保護(hù)比。對于智能雙層網(wǎng)（IUO），由于內(nèi)層與外層發(fā)射功率相同，對話務(wù)量的吸收比較靈活，IUO 的超級層能夠吸收室內(nèi)話務(wù)量，對網(wǎng)絡(luò)實際容量提高相對較大。但系統(tǒng)必須增加新的功能，即下行信道同頻干擾保護(hù)比（C/I）的測算，同時需要增加一些特殊的切換算法。5、各種頻率復(fù)用方式容量的比較    表6 列出了在不同的帶寬條件下，采用4×3復(fù)用方式和采用其他復(fù)用方式容量的比較。從表中可以看出采用1×3復(fù)用方式，頻率利用率最高，網(wǎng)絡(luò)容量提高最大，但干擾嚴(yán)重，對網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行質(zhì)量影響大，一般都慎重采用。而MRP或IUO技術(shù)可使網(wǎng)絡(luò)容量提高