提高移动系统容量的几种方法

发布: 2010-10-20 00:50 | 作者: | 来源: | 字体: 小中大

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提高移动系统容量的几种方法（赵如兵）
    近几年，移动通信在世界上得到了迅速的发展，尤其在我国，移动电话的发展更为迅猛，到
目前为止，总用户已超过6000万，并正以每月新增100万以上用户的速度继续发展。但随着用户
的迅速增长，现有频率资源对移动通信发展的制约却越来越大。因此，如何提高频率利用率，尽
可能提高系统容量，已成为移动通信运营者极其关心的热点问题。本文将根据当今世界出的一些
新技术，向读者介绍几种提高系统容量的方法。
    同心圆（Concentric Cell）技术
    同心圆技术是现阶段GSM系统中广泛采用的一种提高频率复用率的技术，其基本原理就是将
普通的蜂窝小区分为内层和外层（又称底层和顶层），内、外两层关站址，共用一套天线系统，
共用同一BCCH信道，外层的覆盖范围与普通的蜂窝小区相同，内层采用较低的发射功率，覆盖范
围较小，内、外层频率复用系数不同，外层一般采用4x3复用，内层采用更为紧密的3x3、2x3等
复用方式。由于内、外层覆盖区域的中。心点相同而范围大小不C／I达到可用门限时，便将通话
信道切换到此超级信道上，同时继续监测此信道的C／I，如果变坏到一定门限，便切换到常规信
道上。因此，要采用IUO，系统必须增加以下功能：下行同频  C／I的估算，与IUO相关的切换算
法。
    同心圆技术对容量的提高主要是通过对内层采用更紧密的复用方式，增加内层小区的TRX来
实现的。在同心圆技术中，所有载波信道被分为两组，一组用于外层，一组用于内层。规定公共
控制信道BCCH、SDCCH必须放在外层，即通话必须在外层信道上建立。因此，为了保证整个网络
的运行质量，外层一般采用传统的4x3复用方式。而内层主要是业务信道TCH，则可采用更紧密的
复用方式，如3X3、2x3或1x3等。因此，同心圆技术对容量的提高是比较有限的。对于普通同心
圆共内层发射功率低，不易吸收室内的话务量，因此频率效率提高不大，实际容量提高约为10～
30％。对于IUO，由于它内层发射功率不变，能够吸收室内话务，且基于质量旱行切换，对容量
吸收比较灵活，因此实际容量提高相对地较大，约 20～ 40％。
    需要注意的是，同心圆内层的覆盖半径一般小于普通蜂窝小区，其对话务量的吸收是受话
务分布情况及覆盖范围限制的。话务越集中于基站附近，效果越明显，而在话务均匀分布情况
下，同心圆技术对容量的提高很少，甚至会降低。
    MRP（Multiple Reuse Fattern）技术
    MRP技术是爱立信公司提出的一种紧密频率复用方法，在现实应用中取得了较好的经济效益。
其基本原理就是把所有可用载频分成几种不同的组合，每一组合作为独立的一层，代表不同的
复用组。做频率规划时逐层分配载频，不同层的频率采用不同的复用方式，频率复用逐层紧密，
也就是说在整个网络中采用不同的复用类型。随着基站频率复用的逐渐紧凑，复用距离越来越
小，这样就可以将一些频率释放出来用于宏蜂窝中提供额外容量，或用于建室内微蜂窝或微微
蜂窝。
    采用MRP技术，由于同频复用距离缩短，同频干扰变大，必须采用跳频、动态功率控制、不
连续发射等技术对抗干扰，这是MRP技术应用的前提条件。在实际频率规划时，对于BCCH，由于
控制信道不使用DTX和跳频，发射功率大，干扰特性与TCH不同，为保证BCCH的安全，用于BCCH
的载频数应不少于12个，一般取12～15个；对于TCH则可采用9、6、46等复用模式。另外，应注
意频率分配的顺序，即充分配  BCCH，然后分配TCHn，接下来做TCHn－1，逐层规划，最后分配
TCH1。这是由于TCHn的载频个数少，频率分配较难，因此做完BCCH后应先做TCHn，且使其限制
条件较少，便如对每个小区定义较’少的郊区，同一小区或相邻小区的载频间隔较小等。随着
载频数量的增加，应逐步增加限制条件。
    双频带（DualBand）技术
    最近几年， GSM网络在中国得到了飞速的发展，以每月新增100万以上用户的发展速度为网
络的进一步发展创造了良好的前景。但同样使网络的发展承受了巨大的压力。由于历史原因，
900MHz频段已无法满足GSM网络的发展需求。为了寻取更大的网络容量和更好的网络质量，国内
外移动通信运营者纷纷考虑在原GSM900网络的基础上发展GSM99／1800双频网。GSM 1800（或称
DCS1800）系统的广泛应用已成为GSM网络发展的必然途径。目前我国在北京、上海和广州等地
已相继开通了GSM 1800系统。
    GSM 1800（或称DCS1800）是在GSM900的基础上发展起来的新的移动电话制式，它们共同遵
守GSM的标准。因此，GSM900与GSM1800网除射频部分不同外，其他网络技术标准完全一致。也就
是说，GSM1800与GSM900是GSM规范下的两种设备，它们遵循完全相同的设备结构和信令体系，
唯一的区别在于不同的工作频段。
    在GSM900网的基础上发展GSM1800，可从1800MHz频谱（此频段有375个信道而900MHz中只有
125个信道）中更宽的可用频率范围里增加更多的容量。网的布局非常迅速、灵活和节省。因为
GSM系统的基本网络组成部分（移动交换中心一MSC、归属位置登记设备一HLR、基站控制器一
BSC、变码器一TRC）是现成的，可支持双频段网。我们只须对现有BTS或一些GSM1800BTS增加
GSM1800BTS。
    在网络规划方面，由于无线电波的传播特性，GSM900相对于GSM1800网的覆盖面大，且目前
我国GSM900网已有较大规模，因此建设双频网既可以继续发挥GSM900MHz覆盖广、业务种类多、
漫游能力强、已被我国公众广为接受等优势，又可以充分利用GSM1800丰富的频率资源大规模扩
充GSM网络容量。特别要注意的是，在GSM1800系统建立初期，由于GSM1800系统的作用，应通过
合理的设置，使双频移动台尽可能进入GSM1800系统，从而减小GSM900系统的负荷。
    微蜂窝（microcell）技术
    微蜂窝技术是在宏蜂窝的基础上发展起来的一门技术，是目前解决高话务量地区容量问题
的行之有效的方法之一。
    微蜂窝的覆盖半径大约为30m～300m；发射功率较小，一般在1W以下；基站天线置于相对低
的地方，如屋顶下方，高于地面5一10m，传播主要沿着街道的视线进行，信号在楼顶的泄露小。
因此，蜂窝可以被用来加大无线电覆盖，消除宏蜂窝中的“盲点”。同时由于低发射功率的微
蜂窝基站允许较小的频率复用距离，每个单元区域的信道数量较多，因此业务密度得到了巨大
的增长，且RF干扰很低，将它安置在宏蜂窝的“热点”上，可满足该做小区域质量与容量两方
面的要求。
    微蜂窝在初期一般是提高覆盖，在容量方面主要应用在零散的“热点”地区，即话务量比
较集中，且面积较小的地区，此时对容量的提高很有限。随着容量需求增大，高话务量地区已
由点逐渐加成片时，宏蜂窝已无法满足时，微蜂窝可以在一定范围内进行连续覆盖，此时效果
就很明显了。
    在实际设计中，微蜂窝作为无线覆盖的补充，一般用于宏蜂窝覆盖不到又有较大话务量的
地点如地下会议室、娱乐室、地铁、遂道等。作为热点应用的场合一般是话务量比较集中的地
区，如购物中心、娱乐中心、会议中心、商务楼、停车场等地。
    微蜂窝组网简单，可直接加入到现有系统中，而不需改变现有网络结构。其设备体积小，
容易安装，因此应用灵活，可直接在需要的地方进行建设，从而快速解决覆盖盲点、热点地区
通信问题。它对容量的提高是明显的，但需要付出较高的经济代价。
    分层小区技术（HCS）
    分层小区技术是伴随着微蜂窝及微微蜂窝以提供更多的“内含”蜂窝，形成分层小区结构，
从而解决网络内的“盲点”和“热点”，提高网络容量的。
    在一个分层小区结构中，不同尺寸的小区相互重叠，不同发射功率的基站紧密相邻并同时
存在，整个通信网络呈现出多层次的结构。每一层分配不同的频率段，以保证各层之间独立运
作，不会相互干扰。相邻微蜂窝的切换都回到所在的宏蜂窝上，宏蜂窝的广域大功率覆盖可看
成宏蜂窝上层网络，并作为移动用户在两个微蜂窝区间移动时的“安全网”，而大量的微蜂窝
则构成微蜂窝下层网络。当有用户接入时，系统根据所测得的信号强度和各蜂窝的容量为某一
呼叫选择恰当的蜂窝（宏蜂窝、微蜂窝或微微蜂窝），层门切换与普通的蜂窝切换一样，切换
点由系统决定，由GSM移动台自动辅助切换测量来完成，切换过程还取决于当时各级的容量，
如果微蜂窝和微微蜂窝已饱和，业务将切换至更高一级的蜂窝。
    一个分层小区网络，往往是由一个上层客蜂窝网络和数个下层微蜂窝网络组成的多元蜂窝
系统。
    三层分级蜂窝结构，它包括宏蜂窝、微蜂窝和微微蜂窝。每种蜂窝执行早已定义好的不同
功能。一般来说，宏蜂窝用于处理快速移动车辆的业务，微蜂窝处理慢速移动，集中于步行或
交通阻塞车辆的业务，微微蜂窝用于覆盖商场和办公区等室内区域。将负载按这种方式分层的
原因与切换功能有关，因为车载电话在微蜂窝间快速移动会产生频繁切换，加重网络的负担，
从网络管理出现，将产生频繁切换的业务转移到较小切换的宏蜂窝，将提高网络效率；慢速移
动的车辆，由于它穿过蜂窝边界需花较长的时间，产生切换的可能性较小，因此由微蜂窝来处
理这类业务。
    本文介绍了几种提高频率利用率，增加移动系统容量的方法，包括同心圆技术、MRP技术、
双频带技术、微蜂窝技术和分层小区技术。在实际应用中，它们可单独或结合使用，也可退步
逐项地加入网络中，但应注意不同的技术适应于不同的场合，并与厂家提供的设备的软、硬件
能力有关，运营者只有根据本地的实际情况和厂商的能力选择适当的技术，并切实做好网络的
规划和优化，才能充分发挥这些技术的作用。
摘自《通信市场》