GSM立體網(wǎng)——提高無線網(wǎng)絡(luò)的途徑

2019-11-03 09:11:59

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供稿：網(wǎng)友

浙江移動(dòng)通信有限責(zé)任公司規(guī)劃技術(shù)部鄭屹峰盧卓君

　　移動(dòng)通信蜂窩網(wǎng)是一個(gè)易受干擾的系統(tǒng)。每個(gè)發(fā)射機(jī)不僅要應(yīng)付環(huán)境噪聲，而且還要對(duì)付同時(shí)由附近復(fù)用頻率及相鄰頻點(diǎn)的發(fā)射機(jī)的干擾信號(hào)。而且，干擾的影響要比噪聲的影響大得多。

　　GSM蜂窩通信的關(guān)鍵是頻率復(fù)用，在一個(gè)小區(qū)內(nèi)使用的信道可以在其它小區(qū)重復(fù)使用。只有當(dāng)小區(qū)間的距離足夠遠(yuǎn)，使同信道干擾在允許范圍內(nèi)時(shí)，這些信道才能復(fù)用。為了獲得一個(gè)允許的同信道系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者必須保證同信道小區(qū)之間的最小間距。但是減小復(fù)用間距并不能用減小基站的發(fā)射功率來獲得，因?yàn)檫@樣會(huì)影響對(duì)移動(dòng)臺(tái)的有效覆蓋，特別是當(dāng)考慮室內(nèi)覆蓋時(shí)，就更加需要保證室外有足夠強(qiáng)的接收信號(hào)。協(xié)調(diào)好頻率復(fù)用和覆蓋強(qiáng)度的關(guān)系是一個(gè)令所有運(yùn)行商都感到棘手的難點(diǎn)。

　　大家知道在移動(dòng)通信無線網(wǎng)中有這樣一個(gè)公式：網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量=網(wǎng)絡(luò)容量+網(wǎng)絡(luò)覆蓋。也就是說質(zhì)量是容量與覆蓋的集中體現(xiàn)，只有有效的網(wǎng)絡(luò)容量貯備和良好網(wǎng)絡(luò)覆蓋的有機(jī)結(jié)合，才是一個(gè)高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)。為了達(dá)到網(wǎng)絡(luò)的高容量，GSM蜂窩網(wǎng)中不外乎有以下幾種方式：

　　 1.增加頻率帶寬，即通過增加無線資源，這往往不是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行商所能單獨(dú)解決的，也不是本文的討論范圍；

　　 2.緊密頻率復(fù)用，例如把頻率復(fù)用度從43提高到33復(fù)用，這是一種靜態(tài)的頻率利用提高，同時(shí)也會(huì)引起話音質(zhì)量的下降，但頻率復(fù)用度提高后話音質(zhì)量還保持在可承受的范圍內(nèi)；

　　 3.引進(jìn)跳頻技術(shù)，由于每小區(qū)每個(gè)信道不可能同時(shí)被全部占用，在蜂窩網(wǎng)中除了頻率在地理位置的復(fù)用外，還引進(jìn)了頻率在時(shí)間軸上的復(fù)用，它可讓相鄰小區(qū)在不同時(shí)刻使用相同頻率，由此來動(dòng)態(tài)提高頻率復(fù)用度，這就是跳頻技術(shù)的原理。但同時(shí)使用跳頻復(fù)用的蜂窩小區(qū)有一個(gè)信道負(fù)載限制的問題，即軟容量限制；

　　 4.多重頻率復(fù)用，它基于這樣一種原理：信道占用率高的信道組采用相對(duì)寬松的頻率復(fù)用度（如BCCH組最高、高發(fā)射功率的TCH組次之），信道占用率低的信道組采用相對(duì)緊密頻率復(fù)用度（如內(nèi)層TCH組），即在同物理位置小區(qū)的不同信道采用不同（多重）的頻率復(fù)用度，并且不同信道組采用不同的發(fā)射功率以保證高頻率復(fù)用度的信道組有足夠的C/I比。

　　需要補(bǔ)充的是上面所討論的都是GSM蜂窩網(wǎng)的頻率利用方式，所謂蜂窩網(wǎng)是指?jìng)鹘y(tǒng)的GSM宏蜂窩構(gòu)成的覆蓋網(wǎng)，即基站整體布局為蜂窩狀頂點(diǎn)，并且相鄰小區(qū)的覆蓋有一定的相互交迭，每小區(qū)覆蓋都呈現(xiàn)規(guī)則的蜂窩扇區(qū)狀，這樣就能保證網(wǎng)中每個(gè)點(diǎn)的覆蓋。

　　可以看到不管采用何種頻率利用方式，蜂窩網(wǎng)（宏蜂窩）在進(jìn)行頻率的復(fù)用時(shí)必須強(qiáng)調(diào)覆蓋，即蜂窩網(wǎng)中每小區(qū)、每信道的天線都要足夠高、發(fā)射功率都要足夠大（多重頻率復(fù)用除外）。這是蜂窩網(wǎng)提高頻率利用度的限制因素。

　　前面提到多重頻率復(fù)用有一個(gè)蜂窩網(wǎng)（宏蜂窩）中的例外：高頻率復(fù)用度的信道組有較低發(fā)射功率，即其實(shí)這些信道組在覆蓋上沒有構(gòu)成蜂窩網(wǎng)，并且占用率不能太高，我們不妨把這種方式來進(jìn)一步演化：干脆把高頻率復(fù)用度的信道組組成單獨(dú)的基站，并且這些站有較低的天線高度，這些基站稱為街道站或微蜂窩，從電磁傳播上分析這些站的覆蓋已不是蜂窩，而是被周圍建筑物“雕鑿”過的復(fù)雜電波覆蓋狀。這樣在蜂窩網(wǎng)（宏蜂窩）的覆蓋“庇護(hù)”下，街道站或微蜂窩可以靈活的設(shè)站，采用更緊密的頻率復(fù)用。

　　而這正是近年內(nèi)一種稱為GSM立體網(wǎng)的基本原理，隨著我國移動(dòng)通信的大發(fā)展，它已在不少移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中得到運(yùn)用，并被驗(yàn)證為是一種有效的，能保證整網(wǎng)質(zhì)量的解決方案。下面我們來仔細(xì)描述立體網(wǎng)中各層的特點(diǎn)和功能：

　?。保涓C網(wǎng)（宏蜂窩）層它采用的是無線網(wǎng)中最常用的方式，但卻是立體無線網(wǎng)中最重要的一層，在網(wǎng)絡(luò)容量、網(wǎng)絡(luò)覆蓋這兩個(gè)主題詞中更強(qiáng)調(diào)覆蓋。在這層中對(duì)站址有很高的要求，在選站上要站與站之間分布均勻，站間距不宜少于500米-700米；各站天線要有一定的高度，一般天線架在屋頂以上，但也不能安裝在個(gè)別特別高的建筑物頂部；頻率復(fù)用方式可以是相對(duì)寬松的43、33等靜態(tài)的頻率利用或低負(fù)載的動(dòng)態(tài)跳頻復(fù)用。在保證話音質(zhì)量前提下，使蜂窩網(wǎng)（宏蜂窩）層能達(dá)到優(yōu)良的室外覆蓋率和盡量好的室內(nèi)覆蓋率。

　　２．街道站或微蜂窩層在這層中更強(qiáng)調(diào)的是在有限頻率帶寬下得到最大的網(wǎng)絡(luò)容量，這是因?yàn)閷?duì)整個(gè)立體網(wǎng)來說蜂窩網(wǎng)（宏蜂窩）層已經(jīng)解決了室外無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的問題，使無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃免去了后顧之憂。在街道站或微蜂窩層中有兩個(gè)因素使更緊密的頻率復(fù)用方式成為可能：首先是該層每個(gè)站可以降低發(fā)射功率，其次是可以通過建筑物來阻擋電波的擴(kuò)散。在概念上我們又把這層站分為三類：

（1）街道站或室外微蜂窩A，這些站一般分布在街道兩側(cè)，天線高度必須在屋頂以下高度安裝。頻率安排上可采用高負(fù)載的跳頻方案甚至偷用一些宏蜂窩層的頻率，街道站和室外微蜂窩A不同的是前者采用的是宏蜂窩大配置設(shè)備，可根據(jù)容量需要調(diào)整設(shè)備配置，并設(shè)置一定的發(fā)射功率、選用合適的天線輻射方向來改善街道兩側(cè)高大建筑物室內(nèi)的覆蓋。而后者采用的是專門的微蜂窩設(shè)備；

（2）室內(nèi)微蜂窩B，設(shè)置這些站的目的是解決一些重要室內(nèi)封閉目標(biāo)的覆蓋問題：例如商場(chǎng)、地下活動(dòng)場(chǎng)所、地鐵、機(jī)場(chǎng)、寫字樓等。微蜂窩設(shè)備有體積小、易于安裝、發(fā)射功率小的特點(diǎn)，為此要選擇合適的室內(nèi)微蜂窩B安裝位置以到達(dá)較好的室內(nèi)覆蓋，或者根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置若干個(gè)微蜂窩B，為提高單站的覆蓋效率還可使用多根輻射天線或泄漏電纜來解決；

（3）室內(nèi)站C，主要是針對(duì)一些容量與覆蓋并重的室內(nèi)目標(biāo)提出來。例如大型商場(chǎng)、重要集貿(mào)市場(chǎng)、重要寫字樓等。設(shè)置的室內(nèi)站C采用的是大容量的室外宏蜂窩設(shè)備，但和室外宏蜂窩層不同的是室內(nèi)站C往往安裝分布式輻射天線，并在不同樓層安裝，以達(dá)到整個(gè)室內(nèi)覆蓋電波的均勻，并且避免和室外宏蜂窩層電波的干擾。

　?。常邔诱? 這些站的設(shè)置是為了解決大城市高層建筑物密集區(qū)上層的室內(nèi)通話問題。在這些高層室內(nèi)往往存在信號(hào)雜亂、通話質(zhì)量差的現(xiàn)象，一般是由于缺乏主宰小區(qū)引起的，為此可有針對(duì)性來設(shè)置高層站。高層站設(shè)置位置較高，對(duì)天線輻射特性、輻射方向有嚴(yán)格的要求，電波輻射必須直接打到這些高層建筑的上部，而且要盡量控制住輻射范圍。和前面所述兩層不同的是，高層站往往不是層的概念，例如浙江省的城市一般幾個(gè)或十幾個(gè)高層站已足夠，所以這些高層站使用的頻率不是專用頻段，而使用和室內(nèi)站相同頻率，也即高層站配置不宜過大，以減少這些站干擾其它站的危險(xiǎn)性，同時(shí)在挑選頻點(diǎn)時(shí)還必須特別謹(jǐn)慎。

　　通過以上對(duì)立體網(wǎng)中各層的分析，可以看到：立體網(wǎng)解決無線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的實(shí)質(zhì)是把容量、覆蓋用不同的的層來解決，并在各層強(qiáng)化，使這對(duì)矛盾在同一層中得到緩減。從而在技術(shù)上找到了一條解決無線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的有效途徑。

----《通信世界》