譚　皓

【摘要】文章分析了上海世博園區(qū)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)話務(wù)需求和建設(shè)難點(diǎn)，討論了各種提升移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)容量及質(zhì)量的技術(shù)，并針對(duì)世博園區(qū)高話務(wù)密度情況提出了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)解決方案。

【關(guān)鍵詞】世博園區(qū) 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò) 高話務(wù)密度 容量提升

1世博園區(qū)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)需求分析

1.1 2010年上海世博會(huì)概況

上海2010年世界博覽會(huì)擬在2010年5月1日至10月31日舉行，共184天。預(yù)計(jì)將吸引200多個(gè)國(guó)家和國(guó)際組織參展，7000萬(wàn)人次參觀，平均日流量為40萬(wàn)人次，高峰日流量為60萬(wàn)人次，極端高峰日流量為80萬(wàn)人次，均創(chuàng)世博會(huì)歷史紀(jì)錄。按照世博園區(qū)規(guī)劃面積5.28平方公里計(jì)算，上海世博會(huì)極端高峰日人流密度將達(dá)到151515人次/平方公里。

1.2 話務(wù)分布

取定極端高峰日話務(wù)需求作為世博園區(qū)需保障的用戶容量，預(yù)計(jì)話務(wù)達(dá)到0.035Erl/用戶，得出世博園區(qū)的話務(wù)需求情況如下：

由于活動(dòng)安排和場(chǎng)館開場(chǎng)散場(chǎng)等因素，人們會(huì)在不同區(qū)域間遷移，因此，話務(wù)量在地點(diǎn)上呈現(xiàn)流動(dòng)性、在時(shí)間上呈現(xiàn)起伏性。

2建設(shè)難點(diǎn)

一方面，世博園區(qū)極端高峰的話務(wù)密度遠(yuǎn)超現(xiàn)網(wǎng)最高話務(wù)密度，這對(duì)于無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。表2為現(xiàn)網(wǎng)高話務(wù)密度區(qū)域話務(wù)量數(shù)據(jù)：

由表2可看出，香港的銅鑼灣是全球話務(wù)密度最高的商業(yè)區(qū)，上海的南京路和徐家匯是全國(guó)話務(wù)密度最高的商業(yè)區(qū)。而世博園區(qū)5300Erl/km2的高話務(wù)密度將超過(guò)現(xiàn)網(wǎng)最高話務(wù)密度的兩倍以上，這對(duì)于無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。而且由于世博會(huì)參觀人員移動(dòng)頻繁，對(duì)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷均衡性也是一個(gè)挑戰(zhàn)。

另一方面，鑒于世博園區(qū)的建設(shè)要求，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)室外站點(diǎn)的建設(shè)規(guī)模和建設(shè)位置將受到很大的限制，如果按照一般的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方式，有限的站址資源和頻譜資源難以滿足園區(qū)高話務(wù)密度的需求。

如何在有限的條件下利用現(xiàn)有各種技術(shù)最大程度控制干擾，盡可能提高網(wǎng)絡(luò)的容量，以滿足世博園區(qū)移動(dòng)用戶各種業(yè)務(wù)需求，將成為世博園區(qū)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)最重要的內(nèi)容。

3移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)解決高話務(wù)密度的技術(shù)

3.1技術(shù)分類

目前普遍使用的容量提升技術(shù)，根據(jù)其解決問(wèn)題方式的不同，可以分為三類：網(wǎng)絡(luò)容量提升技術(shù)、信道容量提升技術(shù)和小區(qū)容量提升技術(shù)。

（1）網(wǎng)絡(luò)容量提升技術(shù)

通過(guò)使用不同類型的小區(qū)、更有效地分配業(yè)務(wù)使小區(qū)容量增大。包括如下技術(shù)：增加額外頻段、雙頻組網(wǎng)、載波池技術(shù)、增加微蜂窩（街道站、室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)等）等。

? EGSM頻段使用

根據(jù)05.05協(xié)議規(guī)定，EGSM頻段為880～890/925～935MHz，其中上海移動(dòng)與鐵通共用885～890/930～935MHz頻段。相對(duì)于1800MHz頻段，其傳播損耗小，目前設(shè)備和市場(chǎng)上的GSM終端絕大部分都支持E頻段。在高話務(wù)密度區(qū)，可以考慮申請(qǐng)EGSM頻段，滿足大容量網(wǎng)絡(luò)需求。

但考慮到政策風(fēng)險(xiǎn)，此頻段有可能退頻，在設(shè)計(jì)建設(shè)方案的時(shí)候?qū)Υ艘谐浞值臏?zhǔn)備。

? 900M/1800M雙頻組網(wǎng)

引入GSM1800網(wǎng)絡(luò)，采用GSM900/GSM1800雙頻組網(wǎng)方式可以滿足GSM高話務(wù)密度移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的需求。

根據(jù)05.05協(xié)議規(guī)定，目前1800M頻段分配情況如表3所示：

現(xiàn)有GSM終端大都支持900M/1800M雙頻段，可引入1800MHz頻段，利用900M/1800M雙頻組網(wǎng)來(lái)滿足世博園區(qū)大容量需求。并且可以考慮申請(qǐng)DCS剩余頻段，進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)容量。

? 載波池技術(shù)

載波池系統(tǒng)是利用可以遠(yuǎn)程控制的射頻開關(guān)系統(tǒng)，在基站本地覆蓋區(qū)和直放站覆蓋區(qū)之間，或者幾個(gè)直放站之間進(jìn)行載波的切換，如圖1所示：

載波池技術(shù)適合人流按照一定的規(guī)律周期性地在幾個(gè)不同的區(qū)域內(nèi)流動(dòng)，從而導(dǎo)致不同區(qū)域的移動(dòng)通信話務(wù)量產(chǎn)生周期的互補(bǔ)性波動(dòng)的場(chǎng)景。比如在世博園區(qū)，可以在世博村和展館采用載波池技術(shù)，白天展館人流量比較大，世博村人流量比較少；晚上世博村人流量比較大，展館區(qū)很空。采用載波池技術(shù)就可以動(dòng)態(tài)調(diào)度載頻資源，白天將載波調(diào)度到展館區(qū)，晚上調(diào)度到世博村，從而滿足世博村和展館區(qū)在不同時(shí)段的話務(wù)需求。

? 微蜂窩

微蜂窩用于解決高“熱點(diǎn)”地區(qū)話務(wù)?！盁狳c(diǎn)”是指話務(wù)特別集中（如室外人流集中區(qū)域、室內(nèi)會(huì)議中心等）的地區(qū)，這些地區(qū)手機(jī)用戶特別多，造成局部的高話務(wù)量。對(duì)于室外熱點(diǎn)區(qū)域，可以建設(shè)街道站進(jìn)行話務(wù)吸收；對(duì)于室內(nèi)熱點(diǎn)區(qū)域，可以建設(shè)室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)進(jìn)行話務(wù)吸收。

（2）信道容量提升技術(shù)

設(shè)法提高信道的吞吐量。包括如下技術(shù)：開通半速率、開通AMR等。

? 半速率

半速率的基本原理是通過(guò)新的語(yǔ)音編碼算法將語(yǔ)音編碼速率降低到約為全速率語(yǔ)音的一半，讓兩個(gè)邏輯半速率業(yè)務(wù)信道復(fù)用一個(gè)物理TDMA幀時(shí)隙，從而獲得兩個(gè)邏輯信道。這樣，一個(gè)TRX最多可以支持16個(gè)半速率業(yè)務(wù)信道，從而使BSS系統(tǒng)容量獲得近一倍的提升，在頻譜資源緊張的地區(qū)可支持更多的用戶。缺點(diǎn)是在話音質(zhì)量上與全速率有一定的差異。

? AMR技術(shù)

AMR（Adaptive Multi Rate）是多種語(yǔ)音編解碼算法的集合，不同的編解碼算法會(huì)產(chǎn)生不同速率的語(yǔ)音碼流。AMR共提供了4.75kbps、5.15kbps、5.90kbps、6.70kbps、7.40kbps、7.95kbps、10.2kbps、12.2kbps八種信道速率。

AMR語(yǔ)音編解碼器可實(shí)時(shí)根據(jù)無(wú)線環(huán)境的具體狀況和無(wú)線信道質(zhì)量，選擇多種碼率中的一種，從而達(dá)到語(yǔ)音編碼和信道編碼的最優(yōu)組合，最大限度地提高當(dāng)前無(wú)線環(huán)境下的語(yǔ)音質(zhì)量。AMR技術(shù)也增強(qiáng)了抗干擾能力，在同等語(yǔ)音質(zhì)量要求下，能夠適應(yīng)緊密的頻率復(fù)用，節(jié)省運(yùn)營(yíng)商的頻率帶寬。這些實(shí)際上也就是提高了相同無(wú)線環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)容量。

（3）小區(qū)容量提升技術(shù)

使小區(qū)可以容納更多的載頻。包括如下技術(shù)：緊密頻率復(fù)用、CoBCCH、跳頻、AMR、DTX、功控等。

? 緊密頻率復(fù)用技術(shù)

所謂頻率復(fù)用是指一個(gè)小區(qū)使用的信道隔一定距離后在另一個(gè)小區(qū)重復(fù)使用。頻率復(fù)用度就是頻率復(fù)用的緊密程度，簡(jiǎn)單地講，復(fù)用度大小就是每個(gè)基本復(fù)用簇中小區(qū)的數(shù)量。通常復(fù)用度以12為界，小于12的稱之為緊密頻率復(fù)用，大于12的稱之為寬松頻率復(fù)用，等于12為常規(guī)頻率復(fù)用。

為了提高業(yè)務(wù)量大的地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)容量，可以采用緊密頻率復(fù)用技術(shù)。比較典型的緊密頻率復(fù)用技術(shù)有MPR（Multiple Reuse Pattern，多重頻率復(fù)用）、3×3、2×6、2×3、1×3、1×1等技術(shù)。

其中MRP技術(shù)就是把所用的載頻分為幾組，每組中的載頻作為獨(dú)立的一層，每層采用不同的復(fù)用方式，在做頻率規(guī)劃時(shí)，逐層配置載頻，頻率復(fù)用逐層緊密。此技術(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，逐步提高網(wǎng)絡(luò)容量，比僅使用3×3復(fù)用方式網(wǎng)絡(luò)容量高，與2×3、1×3相比對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量影響小。

緊密頻率復(fù)用會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)上干擾上升，要取得較好的話音質(zhì)量，須采取一定的抗干擾技術(shù)，如跳頻、DTX等。

? CoBCCH（混合小區(qū)）

所謂混合小區(qū)，是指同一個(gè)小區(qū)內(nèi)，同時(shí)存在900M和1800M兩種頻段，雙頻用戶可以在這兩個(gè)頻段間自由切換。GSM900/DCS1800混合小區(qū)是基于同心圓實(shí)現(xiàn)的，混合小區(qū)共用BCCH、SDCCH、PDCH，增加了TCH信道數(shù)目，提高了容量。

對(duì)于話務(wù)密集區(qū)域，內(nèi)圓1800M連續(xù)覆蓋，可以開通CoBCCH；對(duì)于1800M不連續(xù)覆蓋區(qū)域，會(huì)受內(nèi)外圓載頻數(shù)、站間距等因素影響，開通CoBCCH有一定風(fēng)險(xiǎn)。

? 跳頻技術(shù)

跳頻就是手機(jī)和基站都按照一個(gè)相同的頻點(diǎn)序列來(lái)收發(fā)信息，這個(gè)頻點(diǎn)序列就是跳頻序列（HSN）。跳頻可使干擾分散到攜帶突發(fā)脈沖的不同的載頻上，從而降低干擾，提高系統(tǒng)在同等干擾條件下的通信質(zhì)量，是GSM系統(tǒng)抗干擾和提高頻率復(fù)用度的一項(xiàng)重要技術(shù)。

3.2各技術(shù)與容量增益的關(guān)系

考察不同方案可以得到的容量增益，大致估算如下：

微蜂窩>半速率（100%）>1×3復(fù)用>MRP>雙頻網(wǎng)>半速率（50%）>EGSM頻段>CoBCCH>AMR

世博園區(qū)大容量移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)解決方案可以結(jié)合園區(qū)實(shí)際情況，對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行選擇實(shí)施。

4世博園區(qū)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)解決方案

4.1網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案

在現(xiàn)有技術(shù)水平下，宏基站的布站密度最高可以達(dá)到4個(gè)/km2，假定GSM（可用25MHz）、DCS（可用75MHz）的全部可用頻點(diǎn)都用于宏基站，世博園5.28平方公里面積的20個(gè)宏基站也只能解決6600Erl的話務(wù)量，只占總話務(wù)需求（28000Erl）的20%左右，世博區(qū)域必須建設(shè)多層網(wǎng)絡(luò)來(lái)吸收話務(wù)。

我們采用“宏基站+街道站+應(yīng)急車+室內(nèi)覆蓋”的分層網(wǎng)建設(shè)方案，“宏基站+街道站+應(yīng)急車”滿足室外話務(wù)需求，“室內(nèi)覆蓋”滿足室內(nèi)話務(wù)需求。各層的作用分別為：

? 宏基站實(shí)現(xiàn)道路連續(xù)覆蓋，并可作為街道站、室內(nèi)覆蓋的容量后備；

? 街道站吸收室外人流密集區(qū)的話務(wù)；

? 應(yīng)急車吸收大型廣場(chǎng)等確定人流聚集區(qū)域的話務(wù)；

? 室內(nèi)話務(wù)由室內(nèi)覆蓋吸收。

4.2網(wǎng)絡(luò)容量提升技術(shù)選擇

要建設(shè)世博園區(qū)高話務(wù)密度的大容量網(wǎng)絡(luò)，實(shí)質(zhì)就是在容量、覆蓋、通話質(zhì)量、成本等因素中間找到平衡點(diǎn)，繼而結(jié)合實(shí)際情況選擇網(wǎng)絡(luò)容量提升技術(shù)。具體分析如下：

世博會(huì)期間需要臨時(shí)申請(qǐng)?jiān)黾覧GSM頻段和DCS頻段，并且使用雙頻組網(wǎng)來(lái)滿足大話務(wù)密度、大話務(wù)量的需求?？梢圆捎肅oBCCH技術(shù)提高網(wǎng)絡(luò)容量，為了降低干擾可使用跳頻技術(shù)。

實(shí)踐表明，在載干比較差的情況下半速率甚至有比全速率更高的語(yǔ)音質(zhì)量，開通半速率后的語(yǔ)音質(zhì)量下降程度在可以接受的范圍之內(nèi)，所以在世博園區(qū)采用半速率也是比較可行的容量提升方案。

AMR增強(qiáng)了抗干擾能力，能夠適應(yīng)緊密的頻率復(fù)用，因此也可以采用，以提高相同網(wǎng)絡(luò)條件下的網(wǎng)絡(luò)話音質(zhì)量。

考慮到世博園區(qū)宏站站址有限，測(cè)算的結(jié)果表明，宏站只能吸收不到1/5的總話務(wù)量，因此需要針對(duì)室外熱點(diǎn)區(qū)域和室內(nèi)區(qū)域，建設(shè)大量的街道站和室內(nèi)覆蓋站。室外熱點(diǎn)區(qū)域和室內(nèi)覆蓋采用載波池技術(shù)，合理調(diào)配頻點(diǎn)資源，提高頻點(diǎn)資源利用率，滿足不同區(qū)域不同時(shí)段話務(wù)的變化。

至于緊密頻率復(fù)用技術(shù)，由于頻率復(fù)用越緊密，網(wǎng)內(nèi)干擾越大，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量也就下降越多。這是頻率規(guī)劃與網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量之間不可避免的關(guān)系規(guī)律。所以在申請(qǐng)臨時(shí)頻率，且大量建設(shè)街道站和室內(nèi)覆蓋的情況下，MRP頻率復(fù)用方案足以滿足容量需求，不必采用1×3等更緊密復(fù)用的方案，以免增加網(wǎng)絡(luò)干擾。

4.3小結(jié)

綜上所述，世博園區(qū)大容量移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)解決方案為：采用“宏基站＋街道站＋室內(nèi)覆蓋”的分層網(wǎng)建設(shè)方案，申請(qǐng)擴(kuò)展頻段，采用雙頻組網(wǎng)、MPR、CoBCCH和跳頻技術(shù)，開通半速率和AMR，大量建設(shè)街道站和室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)，并且街道站和室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)使用載波池技術(shù)均衡不同區(qū)域不同時(shí)段的話務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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【作者簡(jiǎn)介】

譚皓：碩士畢業(yè)于東南大學(xué)自動(dòng)控制理論及應(yīng)用專業(yè)?，F(xiàn)任職于中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司上海分公司，長(zhǎng)期從事移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)工作，對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、維護(hù)有豐富經(jīng)驗(yàn)，研究方向?yàn)闊o(wú)線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)。

收稿日期：2009年2月5日