GSM網絡頻率規(guī)劃指導書 (華為)

1、MF007001頻率規(guī)劃ISSUE1.4華為技術MF007001 頻率規(guī)劃 ISSUE1.4目 錄目 錄課程說明1課程介紹1課程目標1第1章 概述21.1 GSM系統(tǒng)頻率資源31.2 GSM系統(tǒng)所需載干比51.3 話音質量等級編碼71.4 頻率復用8第2章 緊密復用方式16iMF007001 頻率規(guī)劃 ISSUE1.4課程說明課程說明課程介紹本教材對應的產品版本為：M900/M1800基站控制器G2BSC32版。本課程包括頻率計劃相關知識介紹、緊密復用方式等內容。課程目標完成本課程學習，學員能夠：l 掌握頻率復用方法l 理解頻率緊密復用技術1MF007001 頻率規(guī)劃 ISSUE1.4第1章

2、概述第1章 概述1.1 GSM系統(tǒng)頻率資源GSM根據系統(tǒng)工作頻段分為GSM900 和GSM1800兩大系統(tǒng)，GSM系統(tǒng)是雙工系統(tǒng)，根據GSM協(xié)議規(guī)定，GSM900的上行工作頻段（MS到BTS）為890MHz-915MHz，下行工作頻段（BTS-MS）為935MHz-960MHz，雙工距離為45MHz；GSM1800的上行工作頻段為1710MHz-1785MHz，下行工作頻段為1805MHz-1880MHz，雙工距離為95MHz。在不同的國家，這些規(guī)定的頻率資源被分配給不同的運營商使用，每個運營商只占有整個頻段的一部分資源。因此，對于每個運營商來說，頻率資源十分有限，如何充分利用這些頻率資源，發(fā)

3、揮最大效益是每個運營商都竭力追求的目標，這直接關系到系統(tǒng)的最大容量和服務質量，而這兩個方面又是相互矛盾的，因此，必須要在他們之間找到最佳平衡點，這是網絡規(guī)劃中頻率規(guī)劃的一個重要內容。GSM900系統(tǒng)共124個頻點，頻點序號（也即絕對頻點號ARFCN）為1124，在每端留有200KHz的保護帶。GSM1800系統(tǒng)共374個頻點，頻點序號（ARFCN）為512885。根據以上公式可以計算出76號頻點對應的載波頻率為905.2MHz，96號頻點對應的載波頻率為909.2MHz。在中國，中國移動的頻段范圍為890909（上行），對應的頻點號范圍為195，中國聯(lián)通的頻段范圍為909915（上行），對應的

4、頻點范圍是96124。在實際規(guī)劃中一定要注意他們之間的分割頻點95號頻點的規(guī)劃，必要時需要進行頻率協(xié)調。對于GSM1800頻段，目前中國移動和中國聯(lián)通各申請分配了10MHz的資源，移動的頻點范圍是512561，聯(lián)通為687736。剩余頻率資源暫時保留作其他用途，在實際規(guī)劃中應注意邊緣頻率的規(guī)劃。1.2 GSM系統(tǒng)所需載干比GSM是干擾受限系統(tǒng)，載干比（C/I）也稱干擾保護比是指接收到的有用信號電平與所有非有用信號電平的比值，在GSM系統(tǒng)中，此比值與MS的瞬時位置和時間有關，這是由于地形的不規(guī)則性以及周圍環(huán)境散射體的形狀、類型及數量的不同，天線的類型、方向性、高度以及干擾源數量、強度等不同造成的

5、。干擾信號通常有三大來源：（1）有用信號自身的落在系統(tǒng)時延均衡器外的多徑信號干擾（2）有用信號自身的因頻率復用而產生的同鄰頻干擾（3）系統(tǒng)外部其它信號干擾（雷達站、非法同頻設備、環(huán)境噪聲等）根據空間接口中信號的解調要求，GSM規(guī)定同鄰頻保護比滿足以下要求：同頻載干比：C/I9dB；工程中加3dB的余量，即C/I12dB；所謂C/I就是專門指當不同小區(qū)使用相同頻率時，其它小區(qū)對服務小區(qū)產生的干擾，當然廣義上還應考慮空間所有落在此頻點范圍內的非有用信號的電磁波能量。鄰頻抑制比：C/A 9dB； 工程中加3dB的余量，即C/A6dB；所謂C/A是指在頻率復用情況下，服務小區(qū)周圍所有鄰頻信號（載波偏離

6、200KHz）對服務小區(qū)頻道的干擾。載波偏離400KHz的載干比要求為：C/A2-41dB。干擾對系統(tǒng)的影響直接表現在有用信號的比特誤碼率，而比特誤碼率又直接影響話音質量，因此，干擾對系統(tǒng)服務質量的影響是很嚴重的，在進行頻率規(guī)劃時一定要保證相關的同鄰頻干擾保護比滿足要求。比特誤碼有兩類，一類是可修復的，利用系統(tǒng)信道編碼, 糾錯功能；另一類是不可修復的，如相位失真等。注：系統(tǒng)干擾有兩個重要特征：（1）非平衡：即上行 干擾情況 下行干擾情況；（2）非對稱：即手機和基站干擾情況不同。由于GSM系統(tǒng)是頻率復用系統(tǒng)，因此在進行頻率規(guī)劃時，必須保證每個頻點所受的由頻率復用所帶來的同鄰頻干擾滿足上述要求。當

7、然在其它抗干擾技術支撐下，上述指標是可以降低的，但無論怎么樣，最終要以系統(tǒng)實際話音質量和網絡指標來衡量。1.3 話音質量等級編碼圖為系統(tǒng)接收質量（用等級07表示）和誤碼率（解碼和糾錯前）的關系。誤碼是干擾引起的，不同的誤碼率對應不同的信號質量，可以認為信號質量等級是衡量信號受干擾的程度。1.4 頻率復用移動通信網是由大區(qū)制演變成小區(qū)蜂窩結構的，如圖所示。在大區(qū)制條件下，用戶少，話務量低，頻率相對豐富。 大區(qū)制的網絡由一個基站，功放輸出較大功率，覆蓋一定的區(qū)域。在此區(qū)域內，使用信道組f1、f2、f3.fn，頻率不需要復用。 隨用戶增多，話務量增大，網絡容量的增加，原來信道組f1,f2.fn不能滿

8、足需要，采用的辦法只能是頻率復用，在網絡無線設計時，將基站發(fā)射功率降 低，使每一個基站覆蓋 范圍縮小，原先由一個基站覆蓋的區(qū)域，現在由多個基站覆蓋，整個網絡圖如同蜂窩一般。所謂頻率復用是指一個小區(qū)使用的信道，隔一定距離以后在另一個小區(qū)重復使用。在總信道一定的情況下，提高單位面積的信道數。頻率復用是有條件的，由于同一個頻點在不同的小區(qū)進行了重復使用，因此，不可避免的這些頻點之間就會隨距離遠近和信號強弱而產生隨空間分布的或大或小的同鄰頻干擾，為了保證系統(tǒng)所有設計服務區(qū)內載干比滿足協(xié)議要求，在進行頻率規(guī)劃時，要針對不同的實際情況采用不同的頻率復用技術。我們都知道GSM系統(tǒng)是小區(qū)蜂窩制系統(tǒng)，由于總的信

9、道資源有限，為了擴大系統(tǒng)容量，系統(tǒng)必須要對有限的信道資源在不同小區(qū)進行重復使用。假設某GSM網絡運營商只有8MHz，40個頻點，320個信道，可以算出，即使所有信道都用于用戶通話，最多也只能允許320個用戶同時進行通信。如果每個頻點都復用n次，則系統(tǒng)同時允許320*n 個用戶同時通信（實際允許的網絡容量遠不是n倍關系）。通常復用度以12為界，復用度小于12的稱之為緊密頻率復用，大于12的稱之為寬松頻率復用，12為常規(guī)頻率復用。在一個實際的頻率計劃中，我們通常用平均復用度來衡量網絡的客觀干擾情況，如果總頻率資源為1n，載頻i的復用度記為re-use(i)，則平均復用度為：re-use(ave)=

10、re-use(1)+.re-use(i)+.re-use(n)/n在蜂窩系統(tǒng)中，由于頻率資源是有限的，頻率的重復使用是提高頻率利用率的有效手段。但頻率的重復使用必然造成相互間的干擾，稱之為同頻干擾。兩復用頻率相隔距離越近，頻率利用率越高，但是干擾也越大。圖中為假設一干擾的分布情況。為了理論上分析方便，小區(qū)以正六邊形代替。圖中D為復用距離，fn為復用的頻率。D 為最近同頻小區(qū)的距離，即同頻復用距離R 為小區(qū)六邊形外接圓半徑K為頻率復用度:實際地形環(huán)境確定的路徑衰耗斜率(26)移動環(huán)境中 路徑衰耗取值=4為了理論分析和講解上方便，假設小區(qū)是規(guī)則的正六邊型或其它假想模型，規(guī)則的頻率復用是指將所有頻點

11、按一定規(guī)則在一個選定的小區(qū)簇內有規(guī)律分配，每個頻點只分配一次，然后在其它相同小區(qū)簇按此相同原則分配，這樣，每個頻點都在不同小區(qū)簇中獲得了重復使用。根據所選用小區(qū)簇的不同，決定了不同的頻率復用方式或模型。注：由于實際環(huán)境的復雜性，單純采用理論上的頻率復用方案是不可行的，通常是借助計算機的自動頻率分配功能。但是各種頻率復用技術可以給我們在進行自動頻率分配、站型規(guī)劃和網絡容量規(guī)劃時以各種指導和幫助。4×3頻率復用GSM最基本的頻率復用模式為4*3頻率復用，這是其它頻率復用模式的基礎，我們通常也稱之為常規(guī)頻率復用模型?！?”表示4個站點，“3”表示每個站點有3個小區(qū)，總共有12個小區(qū)為一個基

12、本頻率復用簇。同一簇中的不同小區(qū)，頻率是不同的。圖中表示4*3頻率復用的小區(qū)簇，其中粗黑線內為一個基本的小區(qū)簇模型，內有4個基站，每個基站3個小區(qū)，共12個小區(qū)。在具體分配時，是將所有待分配頻率按照一定的規(guī)律分配到各個小區(qū)，在其它小區(qū)簇內，情況相同，這樣一來，每個頻點在不同小區(qū)簇內就被一遍一遍的“重復使用”了。當然，其它復用模型n*m即表示每個基本復用小區(qū)簇包含n個基站，每個基站包含m個小區(qū)。所有頻點在此小區(qū)簇內按一定規(guī)則分配到各個小區(qū)，周圍其它小區(qū)照此模型類推。假設可用帶寬為12.2MHZ，信道號為34到95，表中所示為4*3頻率復用一個基本小區(qū)簇中12個小區(qū)的頻率分配情況。起始頻點34分配

13、從哪個小區(qū)開始沒有限制。從表中可以看出，大部分小區(qū)可以分配到5個頻點，部分小區(qū)達到6個頻點，因此我們說，在12.2MHZ條件下，平均最大站型為S5/5/5。在上述規(guī)律分配模式下，同一小區(qū)內及相鄰小區(qū)都不可能出現同頻或鄰頻。33MF007001 頻率規(guī)劃 ISSUE1.4第2章 緊密復用方式第2章 緊密復用方式提高系統(tǒng)容量通?？梢圆捎靡恍┨岣哳l率利用率的特殊技術來實現。目前流行的主要有以下幾種技術，如分層緊密復用技術、1×3、1×1復用技術。 分層緊密復用技術不需要設備特別功能支持，而同心圓和1×3、1×1技術需要廠商的設備中增加相應支持功能。華為公司支持

14、分層緊密復用技術、1×3、1×1、同心圓等頻率復用技術。注：分層緊密復用、1×3、1×1等頻率復用只是一種頻率規(guī)劃分配模型，要使采用上述頻率分配模型得到的頻率分配方案實際可行，網絡還必須要提供相應的支撐功能，如跳頻、功率控制、DTX等。采用緊密復用技術，在一定帶寬條件下可以提高單位面積的信道數。分層緊密復用技術 是指在同一GSM 網絡中，將總的頻率資源先按一定的規(guī)則劃分為不同的子頻率組，每個子頻率組采用不同的復用模型將頻點分配到每個小區(qū)中，這樣每個小區(qū)中每個頻點的復用度是不一樣的，干擾情況也是不一樣的，如上所述，復用度大的頻點上平均干擾小，而復用度小的頻

15、點上平均干擾大。例如：BCCH頻點采用4×3復用模式，TCH 頻點分別采用3×3，2×3等模式，圖為分層緊密復用的結構示意。圖中同一種顏色表示同一組頻率，頻率是復用的。L1、L2、。Lm表示小區(qū)中頻率分層，從圖中可以看出，越到上層，復用越緊密，在頻率一定的情況下，分層緊密復用和各層相同復用比較，單位面積信道數得到提高。分層緊密復用技術要求設備要有對基帶跳頻或射頻跳頻的支持。它是建立在一種載波分層的概念上（其實單一頻率復用模型都是分層緊密復用的特例，可以看成是各層載波數都相同的分層復用）。即將所有可用的頻點分成若干組，每一組作為一個載波層（頻率子組）。假設總頻率資源

16、為n個頻點，分成m組，每組分配的載波資源示意如圖。BCCH、TCH載波層的規(guī)劃可以采用連續(xù)分組方式。對于連續(xù)分組的方式，BCCH頻點分配12個頻點采用常規(guī)頻率復用，這是因為BCCH頻點要傳送系統(tǒng)消息和信令，對于系統(tǒng)來說，特別重要，因此要給予特別保護，保證在這些頻點上的干擾最小，為此把BCCH作為特殊一層提出，并保證至少分配12個頻點，當然，在實際規(guī)劃時，一般最好至少再增加12個額外的頻點進行規(guī)劃，即分配1214個頻點進行規(guī)劃。如果網絡有微蜂窩建設要求，一般還會預留一些頻點給微蜂窩，或把微蜂窩頻點單獨劃做一個載波層。由上可以看出，整個頻點資源被分為6組，廣播信道（BCCH）所在載波層有12個頻點

17、供復用，業(yè)務信道分為TCH1TCH5共5組載波層，各組分配有不同數目的頻點供復用。這樣在10MHz的帶寬下，基站配置可以做到S6/6/6。如果按照傳統(tǒng)的4/12復用方式，基站最大配置只能做到S4/4/4，如果用平均復用度來考察，可以發(fā)現在本例中平均復用度降為50/6=8.3。復用度的降低說明了干擾的增加，必須采用跳頻方法加以克服。在上述連續(xù)分組的方式下，基站頻率層內可能存在同頻/鄰干擾，基站頻率層間干擾出現在頻率分界點。假設可分派頻率為f1、f2、.f40，從中抽出12個頻點給BCCH，其余頻率給TCH1、THC2、THC3和TCH4，每層頻率間隔選配。層內不存在鄰頻干擾，層間存在鄰頻干擾，對

18、于話務量不是特別忙時，這種方式有利于減少網絡干擾。有40個頻點，采用常規(guī)復用，主力站型為3/3/3，而采用分層緊密復用，站型劃分3層（其實是4層，但有兩層載波數相同），如上圖所示，站型可以做到4/4/4。每個小區(qū)中，BCCH頻點復用度為14，寬松復用，在網絡中同頻距離較大，從而保證了頻點干擾滿足要求。而每個小區(qū)中有兩個頻點復用度為10，同頻復用距離比較BCCH頻點有所減少，有一定干擾，通話質量很難保證，而剩下一個頻點復用度為6，同頻復用距離近，干擾嚴重，可能通話根本就占不上這些頻點，為了解決這一問題，網絡開通了基帶跳頻。同一路話音輪流由不同的頻點發(fā)射出去，這樣，干擾嚴重的（復用度為6）那個頻點

19、的干擾只影響一路通話的零碎時隙，借助系統(tǒng)的糾錯檢錯功能，整體通話質量就得到了保證，系統(tǒng)可以正常工作。分層緊密復用技術之所以能夠實現頻率逐層漸次緊密復用從而達到增加TRX的目的，原因主要是，雖然小區(qū)中某個頻點干擾增大，但同時由于使用跳頻技術，使干擾小的頻點和干擾大的頻點混合在一起，同一信息流通過不同頻點發(fā)射出去，干擾得到平均，雖然在干擾比較大的頻點傳送期間比特誤碼率很高，但只是一小段時間，維特比解碼器仍舊可以正確解調出碼元。 而跳頻如果要達到良好的效果，采用基帶跳頻至少要有3個載頻，通常BCCH不參與跳頻，可見，使用分層緊密頻率復用對站型是有要求的，也就是站型最小配置要達到4/4/4，一般在實際

20、應用中，平均復用度最小為7.58左右（受網絡狀況、環(huán)境和話務量及分布等因素影響而不同），以8為例，則可以算出至少要保證有32個以上的總頻率資源可供使用。由此也可以簡單估計出，聯(lián)通900MHz的頻點為29個，最大只能實現主體站型3/3/3部分站型4/4/4的網絡。在同心圓技術中，將小區(qū)中的頻點分為兩部分，其中一部分頻點對應TRX功率調低，則覆蓋區(qū)域出現兩個覆蓋不同的同心圓，如圖所示。由于內圓覆蓋范圍縮小，因此，內圓使用的頻點可以比外圓頻點以更緊密的方式進行頻率規(guī)劃。這種技術比較簡單，不需要特別的軟件和硬件相配合。只需要在工程階段，調低相關TRX的發(fā)射功率即可。需要注意的是原小區(qū)邊緣地帶，承擔話務

21、量比較少，同時小區(qū)內有可能發(fā)生切換，需要開發(fā)相應小區(qū)內外圓切換。從圖中可以看出，同心圓思想是將基站頻率，分為兩部分（或稱之為兩層），一層稱之為“REGULAR層”，另一層稱之為“SUPER層”?！癛EGULAR層”頻率復用距離較遠，用寬松頻率復用模式，“SUPER層”頻率復用距離較近，用緊密復用模式。假設有51個頻點，BCCH選用15個頻點，用4*3復用模式，每個小區(qū)從中分配到一個載頻。REGULAR層用24個頻點，同樣采用4*3復用模式，每個小區(qū)得到2個頻點。SUPER采用12個頻點，采用2*3復用模式，每個小區(qū)得到2個頻點。這樣每個小區(qū)總共就分配到了5個頻點，也就是在采用同心圓技術以后的最

22、大站型為S5/5/5，若單純采用4*3復用模式，最大站型只能是S4/4/4。在采用同心圓技術時，應根據內圓的復用度和實際干擾情況，調整內圓的發(fā)射功率到合適水平，并注意內外圓話務量分布，保證外圓不擁塞。分離復用技術1*3或1*1復用，復用距離較短，干擾很大，必須采用射頻跳頻技術，可跳頻率集合，要遠遠大于TRX數（TRX數2倍以上），由MA、HSN、MAIO參數來避免頻率碰撞。舉例說明分離復用技術特征，如圖所示，假設有10MHZ帶寬，50個頻點，BCCH占用14個頻點，TCH用36個頻點。若用4*3復用模式進行規(guī)劃，每個小區(qū)分得3個頻點，站型為S4/4/4。若用分離復用1*3。則每小區(qū)可用頻點為1

23、2個，實際小區(qū)可用頻率取決于分離復用比（RF-LOAD：跳頻的TRX數/總跳頻分配頻點），具體而言，理論上RF-LOAD最大為50%，這時：TRX=12*50%=6這6個TRX將采用射頻跳頻且只能采用射頻跳頻技術來實現，具體講就是這6個TRX全部都工作在這12個頻點上。通過相關參數設定，保證他們不會在某個時間工作在同一頻點而發(fā)生同頻碰撞。由此可見，在RF-LOAD為50%的情況下，采用1*3頻率復用技術，最大站型為S7/7/7。拿一個小區(qū)分配的頻點來說明，TRX1用14個BCCH載頻中的一個，TRX2、TRX3、TRX4、TRX5、TRX6、TRX7某一時刻，分別工作在1*3分配到此小區(qū)12個

24、載頻中的1個頻點。每一個TRX（27）配置MA相同，HSN相同，但是MAIO不同，保證同一小區(qū)不同載頻板不會工作在同一頻點。上面我們介紹了頻率規(guī)劃的復用技術，在實際進行一定區(qū)域內的頻率規(guī)劃時，一般先采用地理分片的方式進行，將復雜的網絡分割為小的網絡，但這需要在分片交界處預留一定頻點（頻率足夠使用時）或進行頻點劃分。交界處的選擇應避開熱點地區(qū)或組網復雜區(qū)。通常應首先從基站最密集的地方開始規(guī)劃。在實際網絡中，由于站點分布的不規(guī)則性，無法保證同層載頻的頻率能完全按照4*3或3*3等常用模式進行規(guī)劃，上述理論上的規(guī)則的復用分配模式是不夠的，要根據實際情況靈活調整來進行。采用連續(xù)分層方式將BCCH、TC

25、H劃分開來，其中BCCH分配96109號頻點，TCH頻點號為110124。頻率計劃盡量避免了正對小區(qū)的同鄰頻，但存在較多隔站方向正對（含斜對）的同頻小區(qū)。此方案中明顯的隔站同頻相對小區(qū)有4對，且都是BCCH頻點。而在小區(qū)的工程參數及發(fā)射功率一定的情況下，干擾只是和站間距有關，和兩個小區(qū)中間是否還有別的基站無關。 實際分配后，此頻率計劃的結果是： 市區(qū)內用戶因為話音質量差、經常掉話而且投訴較多。采用全頻段BCCH和TCH混合分配原則，頻率計劃避免了隔站同頻小區(qū)相對，但相鄰基站相對鄰頻小區(qū)較多，同頻都是出現在背對小區(qū)上的。采用這份頻率計劃的同時，對天線的下傾角作了較大調整，同時開啟了PBGT切換算法，并將PBGT切換門限調整為70（相當于6dB）。結果市區(qū)內用戶投訴減少，話統(tǒng)指標中的TCH掉話率下降了約1個百分點。 TCH層跳頻頻率計劃可以采用連續(xù)分配和間隔分配兩種方式進行。TCH按順序分組，同一基站的三個小區(qū)采用相同的HSN，不同站點采用不同的HSN，所有網內同層載頻采用相同的MAIO。站點A的HSN取1，每個小區(qū)的兩載頻TCH1和TCH2的MAIO分別為0和