肖秀琴，姚銳，于航

（1.中國移動通信集團設(shè)計院有限公司重慶分公司，重慶 401147；2.重慶郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院，重慶 400065）

1 引言

中國移動現(xiàn)有的GSM、TD-SCDMA（3G）、TD-LTE（4G）具有不同的覆蓋能力和業(yè)務(wù)應(yīng)用場景。隨著用戶數(shù)和移動業(yè)務(wù)量的不斷增長，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴大，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外出現(xiàn)的問題日益突出[1]。3G長期受限于技術(shù)體制和產(chǎn)業(yè)鏈，網(wǎng)絡(luò)覆蓋并不完善，而4G正處于建設(shè)中，均未能明顯分流承載GSM網(wǎng)絡(luò)上的業(yè)務(wù)，3G、4G終端的業(yè)務(wù)仍然大量承載在GSM網(wǎng)絡(luò)上。同時在某些城區(qū)尤其是廣大農(nóng)村地區(qū)，GSM終端的占有率依然較高，GSM網(wǎng)絡(luò)目前呈現(xiàn)出語音業(yè)務(wù)增速趨于平穩(wěn)，而數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)仍然快速增長，整體業(yè)務(wù)量居高不下的趨勢。從中國移動的定位以及投資保護的角度來看，GSM必將長期存在和持續(xù)運營。由于早期建設(shè)過于粗放，沒有很好地依據(jù)用戶分布來合理地配置網(wǎng)絡(luò)資源，結(jié)構(gòu)性問題的隱患逐漸顯現(xiàn)，亟待解決。

圖1 研究方法邏輯架構(gòu)

2 無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整方法研究

在無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，高業(yè)務(wù)密度區(qū)的問題最為突出，其研究方法架構(gòu)如圖1所示：

2.1 網(wǎng)絡(luò)頻率資源和基站能力分析

（1）基站扇區(qū)模型分析

移動通信中的基站扇區(qū)通常采用蜂窩模型，典型的是三扇區(qū)基站模型。兩基站站間距為Dmin，六邊形小區(qū)覆蓋半徑為R，Dmin=3R/2，單站點面積S與小區(qū)半徑R之間有S=KR2的關(guān)系，其中三扇區(qū)K取1.95。

（2）載頻配置與話務(wù)量關(guān)系

根據(jù)ERL-B表，在2%信道阻塞率條件下，TRX配置與話務(wù)量的對應(yīng)關(guān)系如表1所示：

表1 TRX配置與話務(wù)量關(guān)系

（3）話務(wù)容限分析

根據(jù)單基站覆蓋面積和不同TRX配置下的基站話務(wù)量承載能力，計算各類型基站在不同站間距下其業(yè)務(wù)密度的理論最大極限，具體如表2所示：

表2 不同站間距下的業(yè)務(wù)密度理論極限

（4）頻率資源分析

目前中國移動使用的900M系統(tǒng)有19MHz帶寬，而1800M系統(tǒng)有20MHz帶寬。不同的復(fù)用模式下，可以得到不同的最大站型，其中在復(fù)用模式4×3、3×3、2×3下，考慮19MHz帶寬，最大站型分別是S8/7/7、S10/10/10和S14/14/14。現(xiàn)網(wǎng)通常使用4×3頻率復(fù)用方式。

2.2 應(yīng)對高業(yè)務(wù)密度需求的容量解決方法

（1）小區(qū)分裂

小區(qū)分裂將擁塞小區(qū)分為更小的小區(qū)，通過提高信道復(fù)用次數(shù)來提高系統(tǒng)容量。但小區(qū)不是無限可分的，現(xiàn)階段再靠大規(guī)模小區(qū)分裂來增加網(wǎng)絡(luò)容量已不現(xiàn)實[2]。

（2）頻率復(fù)用

頻率復(fù)用指的是使用同一頻率覆蓋不同的區(qū)域，同時要滿足一定的同頻復(fù)用距離將同頻干擾抑制到允許的指標(biāo)范圍以內(nèi)。

（3）半速率

從理論上來講，一個全速率信道作為2個半速率信道來使用，網(wǎng)絡(luò)容量將擴大1倍。實際上網(wǎng)絡(luò)容量通常達(dá)不到理論狀況，半速率在明顯增加網(wǎng)絡(luò)容量的同時，話音質(zhì)量也有一定程度的下降，一般用于解決話務(wù)突發(fā)增長或低資費用戶較多的區(qū)域，在熱點區(qū)域應(yīng)慎重使用。

（4）自適應(yīng)多速率（AMR）語音編碼技術(shù)

AMR語音碼器可以對語音信號進(jìn)行8種速率編解碼，更加智能地解決了信源和信道編碼的速率分配問題[3]。相比固定的編碼模式提高了語音質(zhì)量，AMR可以維持一定的語音質(zhì)量（MOS）、降低C/I要求、提高容量。

在各種編碼方式下，語音質(zhì)量的總體情況如下：

AMR-FR（AMR全速率）>EFR（增強型全速率）>AMR-HR（AMR半速率）≈FR>HR

（5）相關(guān)干擾消除技術(shù)

上行鏈路可采用IRC（干擾抑制合并）技術(shù)。IRC可以在很大程度上改善上行信號的接收質(zhì)量，提高上行信號的增益，密集城區(qū)可以減少上行干擾3～5dB。下行鏈路可采用單天線干擾消除SAIC和雙天線接收分集MSRD，SAIC是3GPP R6引進(jìn)的技術(shù)，用于手機的單天線接收場合，通過信號處理技術(shù)降低干擾對下行信號接收的影響，跟IRC技術(shù)相比是上下行解調(diào)性能平衡的互補。

（6）分層小區(qū)技術(shù)

分層小區(qū)技術(shù)由于網(wǎng)絡(luò)分層，小區(qū)疊加，從而增加了網(wǎng)絡(luò)容量。在城區(qū)宏基站小區(qū)分裂已不具有空間的情況下，加強微蜂窩和室內(nèi)覆蓋能夠緩解宏蜂窩的話務(wù)壓力。一般可分為高層站、中層站、低層站和室內(nèi)站。

（7）載波池

GSM“載波池”的概念應(yīng)包括2層含義：一是基站資源需集中配置，二是需要具備無線資源動態(tài)調(diào)度系統(tǒng)。載波池的使用提高了資源利用率，實現(xiàn)存在一定的話務(wù)互補性的不同類型之間的載波資源調(diào)度[4]。

（8）分布式基站和小區(qū)合并

分布式基站和小區(qū)合并技術(shù)把傳統(tǒng)的宏基站設(shè)備按照功能劃分為2個功能模塊。這樣做會使建設(shè)難度和建設(shè)費用降低，建設(shè)周期縮短，但增加了故障點。

3 無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整策略研究

綜合考慮現(xiàn)網(wǎng)運營實際情況以及結(jié)構(gòu)性問題解決方法的效率和成本，制定出無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整策略的應(yīng)用流程，具體如圖2所示：

圖2 無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整的應(yīng)用流程

（1）新增載頻

判決條件：目標(biāo)區(qū)業(yè)務(wù)密度×（1-室內(nèi)覆蓋占比）<指定站距下理論支撐密度

若目標(biāo)話務(wù)量滿足判決條件，則考慮增加載頻，之后進(jìn)入步驟（2），判決是否滿足雙頻網(wǎng)引入時機。

（2）建設(shè)雙頻網(wǎng)

雙頻網(wǎng)是多頻技術(shù)的一種，多頻技術(shù)是指同一移動網(wǎng)采用不同的無線頻段[5]。高話務(wù)密集區(qū)站間距一般來說已經(jīng)相對較小，而且1800M頻率資源豐富，建設(shè)雙頻網(wǎng)成本和可行性均優(yōu)于新建站。GSM900和GSM1800基站在不同站間距下的支撐業(yè)務(wù)密度及雙頻網(wǎng)合計的支撐業(yè)務(wù)密度如表3所示：

表3 GSM900和GSM1800基站在不同站間距下及雙頻網(wǎng)合計的支撐業(yè)務(wù)密度

A判決條件：目標(biāo)區(qū)業(yè)務(wù)密度×（1-室內(nèi)覆蓋占比）達(dá)到或接近指定站距下900M單頻網(wǎng)理論支撐密度

B判決條件：目標(biāo)區(qū)業(yè)務(wù)密度×（1-室內(nèi)覆蓋占比）<指定站距下雙頻網(wǎng)理論支撐密度

若目標(biāo)話務(wù)量同時滿足判決條件A和B，則建設(shè)雙頻網(wǎng)；若不滿足A判決條件，則完成步驟（1）后結(jié)束；若不滿足B判決條件，則進(jìn)入步驟（3）。

（3）小區(qū)分裂

定向小區(qū)分裂有2種方式，3N分裂后，新小區(qū)半徑是原小區(qū)半徑的0.58倍；4N分裂后，新小區(qū)半徑是原小區(qū)半徑的1/2。根據(jù)實際環(huán)境進(jìn)行小區(qū)分裂，若小區(qū)分裂平均站間距大于300m，可進(jìn)行小區(qū)分裂；若小于300m或?qū)嶋H受限，則進(jìn)入步驟（4）。

（4）建設(shè)街道站立體覆蓋網(wǎng)

街道站應(yīng)建立在話務(wù)量密度較大的區(qū)域，不要求連續(xù)覆蓋，熱點區(qū)域做到區(qū)域性連續(xù)覆蓋即可。街道站覆蓋半徑控制在50m左右，推薦使用室外型宏基站。

（5）在以上各階段進(jìn)行的同時，建設(shè)室內(nèi)覆蓋，減輕宏站壓力。

（6）根據(jù)業(yè)務(wù)區(qū)域特點在話務(wù)相關(guān)性的區(qū)域采用載波池技術(shù)，滿足熱點區(qū)域峰值話務(wù)。

（7）對半速率話務(wù)量比例高的區(qū)域，采用AMRHR等技術(shù)。

4 無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整策略應(yīng)用實例

4.1 某地現(xiàn)網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析

（1）高業(yè)務(wù)密度區(qū)域篩選

需要提取某地GSM宏基站數(shù)據(jù)、扇區(qū)數(shù)據(jù)和三維地圖，通過仿真計算后得到的城區(qū)業(yè)務(wù)密度情況如圖3所示：

圖3 城區(qū)業(yè)務(wù)密度

城區(qū)平均業(yè)務(wù)密度為616.5Erl/km2，圖中黃色區(qū)域高于600Erl/km2，而紅色區(qū)域高于1200Erl/km2。按照業(yè)務(wù)密度分布的不同，劃分出某地的高業(yè)務(wù)密度區(qū)域為中心區(qū)，平均業(yè)務(wù)密度高于1000Erl/km2。

（2）業(yè)務(wù)密度分析

對中心區(qū)900M和1800M宏基站各小區(qū)的TRX數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，其中900M宏小區(qū)TRX數(shù)達(dá)到6.43而1800M宏小區(qū)TRX數(shù)達(dá)到6.92。

中心區(qū)的宏站配置、總話務(wù)量及業(yè)務(wù)密度情況具體如表4所示：

表4 中心區(qū)情況匯總

從表4可以看出，中心區(qū)單站業(yè)務(wù)密度已超過300m站距下的單站支撐業(yè)務(wù)密度1109.23 Erl/km2。

（3）TRX分析

在已有的設(shè)備上新增載頻成本最低，提升容量快。按照前述分析，考慮平均站型配置S7/7/7，中心區(qū)各小區(qū)平均載頻數(shù)都接近7，因此進(jìn)一步增加載頻的空間有限。

（4）雙頻網(wǎng)宏站話務(wù)分析

在高業(yè)務(wù)密度區(qū)域，1800M單載頻承載業(yè)務(wù)量與900M相當(dāng)，都在3.6Erl/載頻左右；從表4可以看出1800M站點總量少于900M，可以繼續(xù)發(fā)展雙頻網(wǎng)來避免900M的頻率規(guī)劃困難。

（5）站間距分析

為考慮小區(qū)分裂的可行性，對某地的高話務(wù)密集區(qū)進(jìn)行站間距分析，其中900M宏站的站間距達(dá)到0.29km而1800M宏站的站間距達(dá)到0.31km。

下面為全面分裂后的情況，如表5所示：

表5 全面分裂后的站距

根據(jù)國外運營商經(jīng)驗，密集城區(qū)的站間距一般不會小于200～300m，因而現(xiàn)階段小區(qū)分裂已不能大范圍使用。

（6）微蜂窩負(fù)荷分析

室內(nèi)產(chǎn)生的業(yè)務(wù)比例通常較高，其中一部分業(yè)務(wù)量是由宏蜂窩吸納，一部分是室內(nèi)覆蓋吸納。某地移動熱點區(qū)域的微蜂窩，其業(yè)務(wù)量比重分布為：宏站業(yè)務(wù)占比81.30%，微站業(yè)務(wù)量占比18.70%。從業(yè)務(wù)量比重來看，微站的業(yè)務(wù)量占比偏少，應(yīng)加大微站的建設(shè)力度。

（7）半速率話務(wù)比例分析

半速率用于忙時吸收突發(fā)話務(wù)，并不作為常規(guī)的容量解決手段，一般要求話務(wù)比例不超過15%為宜。而在某地高業(yè)務(wù)密度的中心區(qū)，忙時半速率話務(wù)比例達(dá)到了15.35%，在設(shè)備條件具備的條件下，應(yīng)在忙時適時開啟AMR-HR，以提高通話質(zhì)量。

4.2 整體解決方案

熱點區(qū)域當(dāng)前業(yè)務(wù)密度、載頻配置、站間距等情況如下：中心區(qū)的業(yè)務(wù)密度為1649.81Erl/km2，900M宏站站間距為0.29km，載頻數(shù)為6.3，而1800M宏站站間距為0.31km，載頻數(shù)為6.92。

根據(jù)熱點區(qū)域當(dāng)前情況，按照無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整策略流程分析，得到如下網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整解決方案，具體如表6所示：

表6 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整解決方案

5 總結(jié)

在用戶規(guī)模和業(yè)務(wù)量不斷攀高的現(xiàn)階段，雖然中國移動3G、4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)已逐漸開展，但目前仍未明顯分流業(yè)務(wù)，GSM將長期作為重要的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)而存在。針對GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行持續(xù)調(diào)整和優(yōu)化，對于保證良好的用戶體驗、保護投資均具有重要意義。由于前期的建設(shè)方式較為粗放，GSM網(wǎng)絡(luò)在容量、頻率、干擾等方面的結(jié)構(gòu)性問題逐漸凸現(xiàn)。針對在運營實踐中出現(xiàn)的GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)性問題進(jìn)行了深入分析，從理論計算到實際解決方法進(jìn)行了研究，歸納總結(jié)了一整套行之有效、易于操作的無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整策略和流程，并在現(xiàn)網(wǎng)中進(jìn)行了實踐。

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