GSM无线网络规划.doc

gsm 无无 线线 网网 络络 规规 划划 i 网络规划序言网络规划序言1 网络规划基本知识介绍网络规划基本知识介绍2 网络规划的设计目标网络规划的设计目标2 网络规划的流程和内容网络规划的流程和内容2 基础知识介绍基础知识介绍7 gsm 网络基础知识7 一、gsm 系统频谱划分7 二、gsm 系统多址技术10 三、gsm 空间接口11 四、gsm 网络组成和功能16 移动环境中的电波传播18 无线信号的理论分析20 移动通信常用预测模型23 无线系统容量和配置规划无线系统容量和配置规划28 话务模型、容量计算和用户预测话务模型、容量计算和用户预测29 话务分布预测话务分布预测36 系统容量和配置规划流程系统容量和配置规划流程37 系统容量和配置规划计算系统容量和配置规划计算38 基站容量和配置规划38 1ccch 数量计算和相关参数40 2sdcch 数量计算和相关参数43 bsc、rxcdr 所需链路的数量45 bsc-bts 链路计算公式：47 bsc-msc 链路计算公式：48 rxcdr 到 msc 之间的链路计算52 蜂窝小区设计及覆盖预测蜂窝小区设计及覆盖预测53 基站初始布局、站址选择与勘察基站初始布局、站址选择与勘察53 基站初始布局53 站址选择与勘察54 蜂窝小区各参数的设计蜂窝小区各参数的设计56 通信概率的设定56 系统余量的设定57 快衰落及人为噪声引起的恶化量的储备的设定58 ii 各类损耗的确定59 (1)建筑物的贯穿损耗59 (2) 人体损耗61 (3)车内损耗61 基站天线输入功率 eirp 的计算61 天线性能参数的选定61 天线高度与倾角63 天线分集技术的应用63 基站使用塔放带来的增益66 移动台性能参数的设定67 上下行链路平衡的计算67 无线覆盖区设计及覆盖预测无线覆盖区设计及覆盖预测69 频率规划及干扰预测频率规划及干扰预测70 蜂窝结构的形成规则蜂窝结构的形成规则70 无线区簇71 理想干扰模型72 1、同频干扰保护比72b 2、n-复用无线区簇下的载干比估算72 3、同频干扰概率74)/(bicp 4、近端-远端干扰76 频率复用技术及干扰分析频率复用技术及干扰分析77 分组频率复用技术77 （1）43 频率复用技术77 （2） 33 复用技术81 （3） 13 复用技术82 （4）26 复用83 多重频率复用 mrp84 分组复用与 mrp 技术的系统容量比较88 同心圆（concentric cell）技术89 小区分裂与频率规划小区分裂与频率规划94 几种常用抗干扰技术几种常用抗干扰技术96 不连续发射(dtx)97 跳频(fh)97 动态功率控制(dpc)101 “13”复用+射频跳频+dtx+dpc102 工程中工程中 gsm 频率分配的原则总结频率分配的原则总结103 gsm 无线网络规划 estsg34 v1.0 1 东方通信 网络规划序言网络规划序言 gsm 网络规划一般侧重两个问题：第一个问题是针对一般性的电信系统，涉及到 交换设备和传输链路的规划；第二个问题是无线网络规划，这是蜂窝无线通信系统的特 殊问题，涉及到无线覆盖和频率规划等十分重要的问题。本文将着重介绍 gsm 系统的 无线网络规划设计，以下简称网络规划。由于无线系统容量和配置规划、小区覆盖设计 和频率规划是 gsm 无线网络规划的三个重要方面，所以本文重点讨论这三方面。 2 网络规划基本知识介绍网络规划基本知识介绍 网络规划的设计目标网络规划的设计目标 gsm 无线网络规划设计是移动通信网的建设中极其重要的环节，它对于网络的 建设成本与网络建立后的运行质量有重要的影响。 gsm 无线网络规划设计目标是指导工程以最低的成本建造成符合近期和远期话 务需求，具有一定服务等级的移动通信网络。具体地讲就是要达到服务区内最大程度 的时间、地点的无线覆盖，满足所要求的通信概率；在有限的带宽内通过频率复用，提 供尽可能大的系统容量；尽可能减少干扰，达到所要求的服务质量；在满足容量要求的 前提下，尽量减少系统设备单元，降低成本等几个方面目标。当然上面的目标有些是互 相冲突的，所以实际的系统实现常常是上述目标折中的解决产物。 网络规划的流程和内容网络规划的流程和内容 gsm 无线网络规划与优化是一个阶梯式循环往复的过程。对于一个 gsm 网络来 说，移动用户在不断地增长，无线环境在不断的变化，话务分布情况也在变化之中，因 此，gsm 网络是在循环反复的网络规划与优化的过程中不断发展壮大起来的。无线网 络规划与优化工作的总体流程可用下面的流程图表示出来。 3 网络规划主要包括以下基本过程和内容： （1）网络规划资料收集与调查分析 为了使所设计的网络尽可能达到运营商要求，适应当地通信环境及用户发展需求， 必须进行网络设计前的调查分析工作。调查分析工作要求做到尽可能的详细，充分了 解运营商需求，了解当地通信业务发展情况以及地形、地物、地貌和经济发展等信息。 调研工作包括以下几个部分： 了解运营商对将要建设的网络的无线覆盖、服务质量和系统容量等要求 ； 了解服务区内地形、地物和地貌特征，调查经济发展水平、人均收入和消费习惯； 调查服务区内话务需求分布情况 ； 了解服务区内运营商现有网络设备性能及运营情况； 了解运营商通信业务发展计划，可用频率资源，并对规划期内的用户发展做出合 理预测； 收集服务区的街道图、地形高度图，如有必要，需购买电子地图。 （2）勘察、选址和传播模型校正 基站的勘察、选址工作由运营商与网络规划工程师共同完成，网络规划工程师提 出选址建议，由运营商与业主协商房屋或地皮租用事宜，委托设计院进行工程可行性 勘察，并完成机房、铁塔设计。网络规划工程师通过勘察、选址工作，了解每个站点周围 电波传播环境和用户密度分布情况，并得到站点的具体经纬度。 为了更准确地了解无线规划区内电波传播特性，规划工程师可将几类具有代表性 的地形、地物、地貌特征区域内指定频段的测试数据或现有网络测试数据（已建网络） 整理以后，输入网络规划软件进行传播模型的校正，供下一步规划计算中使用。 （3）网络容量和配置规划 根据对规划区内的调研工作，综合所收集到的信息，结合运营商的具体要求，在 对规划区内用户发展的正确预测基础上，根据营运商确定的服务等级，结合无线系统 产品的容量和配置能力，从而确定整个区域内重要部分的话务分布和布站策略、站点 数目和投资规模等，充分考虑当地高层建筑、楼房和高塔的分布，基本确定站点分布及 数目。对于站点的位置及覆盖半径，必须考虑到话务需求量、传播环境、上下行信号平 系统需求调查分析 系统容量极限 网络优化调整 用户增长、话务分布改变、 无线环境变化 网络校验与工程型优化调 整 工程实施 频率规划及干扰预测 覆盖预测与规划 勘察与站点初始布局 容量规划 规划 4 衡等对基站覆盖半径的限制，建站的综合成本等诸方面的因素。 对网络进行初步容量 规划。容量规划得出： 满足规划区内话务需求所需的基站数； 每个基站的站型及配置； 每个扇区提供的业务信道数、话务量及用户数； 每个基站提供的业务信道数、话务量及用户数； 整个网络提供的业务信道数，话务量及用户数； 此步骤的规划是初步规划，通过无线覆盖规划和分析，可能要增加或减少一些基 站，经过反复的过程，最终确定下基站数目和站点位置。确定下基站配置后，还要根据 bsc 和 xcdr 产品的能力，得出 bsc 和 xcdr 的合理配置和数量，还有无线子系统 的拓扑结构，并提供与 msc 之间所需的 2mbit./s 链路数量。 （4）无线覆盖设计及覆盖预测 无线覆盖规划最终目标是在满足网络容量及服务质量的的前提下,以最少的造价 对指定的服务区提供所要求的无线覆盖。无线覆盖规划工作有以下几个部分： 初步确定工程参数如基站发射功率、天线选型（增益、方向图等）、天线挂高、馈线 损耗等。进行上下行信号功率平衡分析、计算。通过功率平衡计算得出最大允许 路径损耗，初步估算出规划区内在典型传播环境中，不同高度基站的覆盖半径。 将数字化地图、基站名称、站点位置以及工程参数网络规划软件进 行覆盖预测分析，并反复调整有关工程参数、站点位置，必要时要 增加或减少一些基站，直至达到运营商提出的无线覆盖要求为止。 （5）频率规划及干扰分析。 频率规划决定了系统最大用户容量，也是减少系统干扰的主要手段。 网络规划工程师运用规划软件进行频率规划，并通过同频、邻频干扰预 测分析，反复调整相关工程参数和频点，直至达到所要求的同、邻频干 扰指标。 （6）无线资源参数设计 合理地设置基站子系统的无线资源参数，保证整个网络的运行质量。 从无线资源参数所实现的功能上来分，需要设置的参数有如下几类： 网络识别参数 系统控制参数 小区选择参数 网络功能参数 无线资源参数通过操作维护台子系统配置。网络规划工程师根据运营商的具体情 5 况和要求，并结合一般开局的经验来设置，其中有些参数要在网络优化阶段根据网络 运行情况作适当调整。 无线网络规划工作由于技术性强，涉及的因素复杂且众多，所以它需要专业的网 络规划软件来完成。规划工程师利用网络规划软件对网络进行系统的分析、预测及优 化，从而初步得出最优的站点分布、基站高度、站型配置、频率规划和其它网络参数。网 络规划软件在整个网络规划过程中起着至关重要的作用，它在很大程度上决定了网络 规划与优化的质量。 6 基础知识介绍基础知识介绍 在介绍网络规划前，我们先来回顾一下 gsm 网络的基础知识和无线传播的知识。 gsm 网络基础知识网络基础知识 一、一、gsmgsm 系统频谱划分系统频谱划分 gsm 作为当前世界上分布最广的蜂窝移动系统，也是目前国内移动系统的主干 网络，承载了国内的大部分手机用户。我国陆地公用蜂窝数字移动通信网 gsm 通信系 统目前采用了 900 mhz 和 1800mhz 两个不同的频段。 （1）gsm900 工作的无线频率分配为： gsm900： 890915mhz上行频率 935960mhz下行频率 双工间隔为 45mhz，工作带宽为 25mhz，载频间隔 200khz。 频道序号和频点标称中心频率的关系为： fu(n)=890.200mhz+(n-1)0.200mhz上行频率 fd(n)= fu(n)+45mhz下行频率 n=1124 频道 gsm900 频段共有 124 个载波频道。 在我国 gsm900 频段分别由中国移动公司和中国联通公司两家 gsm 运营商使 用： 中国移动公司：903909mh（上行），948954mhz（下行），共 6m 带宽，30 个频道， 频道号为 6695。由于中国移动公司拥有模拟网的频段，各地移动分公司都将模 拟网退频，让出一些频段给 gsm900 使用，因此中国移动公司 gsm 系统实际占 用不止 6m 带宽。 中国联通公司：909915mh（上行），954960mhz（下行），共 6m 带宽，29 个频道， 频道号为 96124。 （2）gsm1800 由于 900mhz 频带有限，可容纳的用户数也受限，所以 gsm 系统又发展到 1800mhz。gsm1800 工作的无线频率分配为： gsm1800：1710-1785mhz上行频率 1805-1880mhz下行频率 双工间隔为 95mhz，工作带宽为 75mhz，载频间隔为 200khz。 频道序号和频点标称中心频率的关系为： fu(n)=1710.2mhz + (n-512)0.200mhz 上行频率 fd(n)= fu(n)+95mhz下行频率 n=512885 频道 目前只有中国移动公司的部分分公司开通了 gsm1800 网络，拥有 1800 网络的移 动分公司大多申请了频道号为 512562 的 10m 带宽。 （3）保护带宽 当一个地区 gsm900 系统与模拟移动通信系统共存时，两系统之间（频道中心频 7 率之间）应有约 400khz 的保护带宽，通常是由模拟网预留。中国移动公司与中国 联通公司的 gsm 系统也应有 400khz 的保护带宽，即它们之间必须有一个网络 少用一个频道，或由中国移动预留，或由中国联通预留。 gsm 在 900mhz 和 1800mhz 的频率分配如下图所示： motorola supported egsm gsm900 960 频率 (mhz) 935 917 915 890 872 频道号 124 1 0 1023 925975 880 124 1 0 1023 975 45mhz 隔离 使用 基站发射 (移动台接收) 基站接收 (移动台发射) 2mhz 防护 频带 gsm1800 1880 频率 (mhz) 频道号 885 885 95mhz 隔离 使用 基站发射 (移动台接收) 基站接收 (移动台发射) 20mhz 防护 频带 1805 1785 1710 512 512 gsm900/egsm900/gsm1800 频率分配 pgsm egsm motorola supported egsm pgsm egsm 8 二、二、gsmgsm 系统多址技术系统多址技术 gsm 系统采用时分和频分相结合的多址技术。上面已经提到，在 gsm900 频段上 一共可有 124 个载频，gsm1800 频段上一共可有 374 个载频，在整个频段上是频分的， 而每个载频又是时分复用的，即每个信道占用载频的八分之一的时间。一个载频共有 8 个物理信道，每个信道都能支持话音或信令信息。这样每个载频（收发信机单元）可同 时支持 8 个用户同时通话，从而节省了基站硬件设备。 tdma 技术 单载频，单收发信机，8 个话 路 收发信机 01234567 9 三、三、gsmgsm 空间接口空间接口 1物理信道 物理信道是支持信息传输的媒体，在 gsm 系统中它是由相应的载频及时隙所决 定。前面已经提到 gsm 中单个载频可以支持 8 个移动用户同时通话。它是这样分配的： 载频使用的时间被分成了多个时间段，每个时间段称为一个“时隙”，时隙按顺序 排列，并编号为 0 到 7。每这样的 8 个时隙序列称为一个“tdma 帧”。 每个载频在时间上周期出现的同一时隙就构成了一个物理信道，提供给每个移动 台传输话音、信令或数据信息，直到传输结束或切换发生。与移动台之间收发信号的定 时对于系统正常工作非常关键。移动台和基站都必须在适当的时间发射和接收信号， 否则就会错过它应该所在的时隙，一个时隙里所传的信息也称为一个突发脉冲序列 （burst）。每个数据突发脉冲序列在 tdma 帧中对应一个分配给它的时隙。 2逻辑信道 逻辑信道由物理信道上传递的信息组成，用以完成特定的功能。gsm 的逻辑信道 分为两大类：业务信道（tch）和控制信道（cch）。 1）业务信道 业务信道用于传送话音和数据信息。共有以下两种业务信道： (1)全速率信道（full rate tch） tch/fs:话音 ( 业务信息 13kbit/s , 全部信息 22.8kbit/s) tch/efr: 话音 ( 业务信息 12.2kbit/s , 全部信息 22.8kbit/s) tch/f9.6:9.6kbit/s 数据 tch/f4.8:4.8kbit/s 数据 tch/f2.4:2.4kbit/s 数据 (2)半速率信道（half rate tch） tch/hs:话音（业务信息 6.5kbit/s，全部信息 11.4kbit/s） tch/h4.84.8kbit/s 数据 tch/h2.4 2.4kbit/s 数据 10 业务信道分类 注：nb（normal burst）=常规突发脉冲序列 tch traffic channels(业务业务信道信道) speech(话话音音) tch/fstch/hs tch/efr nb data(数据数据) tch/9.6tch/2.4 tch/4.8 nb tch sacch facch 11 2）控制信道 gsm 控制信道主要分成三类：广播控制信道（bcchbcch） ）;公共控制信道（ccchccch） ）;专用控 制信道（dcchdcch ）。 广播控制信道是下行信道(从基站到移动台),它包括: 广播控制信道（bcch） 用于发送有关网络、服务小区和相邻小区的信息。为移动太提供进入网络所必要 的信息。bcch 载频作为小区频标连续等功率发射。移动台通过测量 bcch 载频获 取有关小区的射频信号强度。 同步信道（sch） 用来移动台的帧同步和基站识别。 频率校正信道（fcch） 用于移动台载频校正同步。 公共控制信道类包括上行和下行两个方向的信道： 随机接入信道（rach） 上行信道，移动台用于请求接入系统。 寻呼信道（pch） 下行信道，用于系统寻呼移动台。 接入允许信道（agch） 下行信道，用于为移动台指配信令信道。 小区广播信道（cbch） 下行信道，用于向小区内所有的移动台广播信息。 专用控制信道(dcch)，它被指配给单一移动台，用于建立呼叫和确认用户。dcch 包括： 独立专用控制信道（sdcch） 用于传递建立呼叫和确认信息。 随路控制信道（acch） 包括慢速随路控制信道（sacch）和快速随路控制信道（facch）。sacch 用于无线链 路测量及功率控制消息传递。facch 用于传送“事件”信息息，如切换消息等。 facch 和 sacch 都是双向信道。 控制信道分类 12 注： nb=常规突发脉冲序列 fb=频率校正突发脉冲序列 sb=同步突发脉冲序列 ab=接入突发脉冲序列 db=填充突发脉冲序列 bcch -仅为仅为下行下行 bcch同步信道同步信道fchsch cch 控制信道控制信道 nb/db rach -上行上行 ccch -或或为为下行或下行或为为上行上行 pch/agch -下行下行 cbch -下行下行 nb/ab dcch -上行下行双向上行下行双向 sdcchacchsacchfacch nb ab nb nb fbsb 13 四、四、gsmgsm 网络组成和功能网络组成和功能 gsm 网络由网络交换子系统（sss）、基站子系统（bss）、移动台（ms）及操作维护子系 统（oms）组成。 ms 是如手机、传真机等用户实际所使用的设备；bss 是为移动台 ms 和 陆地交换设备提供无线连接的部分；sss 是由 msc 及一些相关的数据库组成，完成电话 交换及提供 gsm 系统与 pstn 的连接功能等；oms 使网络管理员能对网络进行集中操作 与维护。主要包括以下网元（ne）： msc：移动交换中心 auc：鉴权中心 hlr：归属位置寄存器 vlr：拜访位置寄存器 eir：设备识别寄存器 bsc：基站控制中心 xcdr： 压缩编码器 bts：收发信基站 me：移动设备 sim：用户身份识别卡 omc： 操作维护中心（包括 omcr-基站子系统操作维护中心和 omcs-交换子 系统操作维护中心） nmc： 网络管理中心 14 gsm 网络组成 nmc 操作维护系统 omc 网络交换系统 vlrhlr au c msc eir eciwf pstn xcdr 基站子系统 bsc bts 移动台 sim me 15 移动环境中的电波传播移动环境中的电波传播 在规划和建设城市蜂窝数字移动网时，从选择频段、分配频率、考虑无线电覆盖范 围、计算通信可用度、以及系统内和系统间的干扰，到最终确定无线设备的参数，都有 赖于对信道及电波特性的了解。了解移动环境中电波传播的特性是蜂窝无线网络设计 与优化的基础。 移动通信中电波传播特性主要受到以下因素的影响：频率，距离，极化方式，天线 高度，地形，地物，地面及各种散射与反射物体的电特性参数，时间，季节等多种因素的 影响。在特定的环境中，主要取决于频率、距离和天线高度。由于 gsm 无线信号工作 在 uhf 频段中，且 gsm 无线小区的半径一般限制在 35 公里内，到达接收天线的信号 主要是直射波和反射波的矢量合成，所以 gsm 的无线传播主要考虑视距内和近视距 内的传播方式。随着移动体种类的不同、传播环境的变化以及使用频段的差异，移动通 信的传播方式各不相同，其传播特性也自然不一样。这样，在不同地区、不同城市中的 移动信道特性究竟如何，目前只能在这些环境中用场强实测所获取的数据来确定。 对移动通信进行研究的基本方法有三种：1.理论分析，即用电磁场理论或统计理 论分析电波在移动环境中的传播特性。并用各种数学模型来描述移动信道。往往要提 出一些假设条件使信道数学模型化，所以数学模型对信道的描述都是近似的。即使这 样，信道的理论模型对人们认识和研究移动通信仍可起指导作用。2.现场电波传播测 试，即在不同的传播环境中，做电波传播实测试验。测试参数包括接受信号幅度、延时 以及其他反映信道特征的参数。对实测数据进行统计分析，可以得出一些有用的结果。 由于移动环境的多样性，现场实测一直被作为研究移动通信的重要方法。3.计算机模 拟，这是近年来随着计算机技术的发展而出现的研究方法。计算机在硬件支持下，具有 很强的计算能力，能灵活快速的模拟各种移动环境。 移动环境中电波传播特性研究的结果往往用下述两种方式给出： 第一：对移动环境中电波传播特性给出某种统计描述。我们知道，信道对信号的传 播主要受自由空间传播损耗与弥散、阴影衰落、多径衰落三类影响。其中传播损耗和阴 影衰落主要影响到无线区域的覆盖情况，应采用合理的规划设计来消除其影响。而多 径衰落是不可避免的，gsm中主要采用信道编码和交织、跳频和自适应均衡等多种方式 来对抗，规划中主要是对其导致的快衰落留出一定的设计余量。理论分析和实测试验 结果表明，在移动环境中接受信号的幅度在大多数的情况下符合瑞利分布。在有些情 况，如离基站较近，直射波占主导地位时，象微蜂窝环境中则更符合莱斯分布。电波衰 落特性的统计规律，为研究移动信道抗衰落技术提供了基本依据。 第二：建立电波传播模型。模型可包括图表，近似计算公式等。应用电波传播模型 可对无线电波在传播过程中的损耗进行预测，直接为系统工程设计服务。 16 无线信号的理论分析无线信号的理论分析 移动通信的传播如下图中的曲线所示，总体平均值随距离增加而减弱，但信号电 平经历快慢衰落的影响。慢衰落是由接受点周围地形地物对信号反射，使得信号电平 在几十米范围内有大幅度的变化，若移动台在没有任何障碍物的环境下移动，则信号 电平只与发射机的距离有关。所以通常某点信号电平是指几十米范围内的平均信号电 平。这个信号的变化呈正态分布。标准偏差对不同地形地物是不一样的，通常在68db 左右。快衰落是叠加在慢衰落信号上的。这个衰落的速度很快，每秒可达几十次。除与 地形地物有关，还与移动台的速度和信号的波长有关，并且幅度很大，可几十个db，信 号的变化呈瑞利分布。快衰落往往会降低话音质量，所以要留快衰落的储备。 distance variation due to shadowing global means ss at rx-antenna variations due to rayleigh fading 17 无线电波在自由空间的传播是电波传播研究中最基本、最简单的一种。自由空间 是满足下述条件的一种理想空间：1. 均匀无损耗的无限大空间，2. 各项同性，3. 电导 率为零。应用电磁场理论可以推出，在自由空间传播条件下，传输损耗 ls 的表达式为： ls32.45+20lgf+20lgd f-工作频率，mhzd-移动台到基站的距离，km 由公式可知，自由空间基本传输损耗 ls 仅与频率 f 和距离 d 有关。当 f 和 d 扩大 一倍时，ls 均增加 6db，因此我们得到 gsm1800 基站传播损耗在自由空间就比 gsm900 基站大 6 个 db 的结论，如图所示。 txpwr txpwr distancedistancedistance 覆盖距离覆盖距离覆盖距离覆盖距离 signalsignalsignal strengthstrengthstrength 信号功率信号功率信号功率信号功率 dcsdcsdcs signalsignalsignal acceptanceacceptanceacceptance levellevellevel dcsdcsdcsdcs信号干信号干信号干信号干扰扰扰扰水平水平水平水平 gsmgsmgsm signalsignalsignal acceptanceacceptanceacceptance levellevellevel gsmgsmgsmgsm信号干信号干信号干信号干扰扰扰扰水平水平水平水平 gsm900 gsm1800 (dcs) 666dbdbdb 18 陆地移动信道的主要特征是多径传播，实际多径传播环境是十分复杂的，在研究 传播问题时往往将其简化，并且是从最简单的情况入手。仅考虑从基站至移动台的直 射波以及地面反射波的两径模型是最简单的传播模型。两径模型在图 3 中示意给出， 应用电磁场理论可以推出，传输损耗 lp 的表达式为： lp=20lg(d/(h1*h2) mobile h1 h2 base d 19 移动通信常用预测模型移动通信常用预测模型 由于移动环境的复杂性和多变性，要对接受信号中值进行准确计算是相当困难的。 无线通信工程上的做法是，在大量场强测试的基础上，经过对数据的分析与统计处理， 找出各种地形地物下的传播损耗（或接受信号场强）与距离、频率以及天线高度的关系， 给出传播特性的各种图表和计算公式，建立传播预测模型，从而能用较简单的方法预 测接受信号的中值。 在移动通信领域，已建立了许多场强预测模型，它们是根据在各种地形地物环境 中实测数据总结出来的，各有特点，能用于不同的场合，以下就是移动通信中常见的两 种：okumura-hata 模型和 cost-231-walfisch-lkegami 模型。 okumura-hata模模型型 适用条件 频率为1501500mhz； 基站天线有效高度 为30200米； 移动台天线高度 为110米； 通信距离为135km； 市区，郊区，乡村公路，开阔区和林区等准平坦地形上的基本传输损耗按下列 公式分别预测。 l(市区）69.55+26.16lgf-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)-s(a) l(郊区=64.15+26.16lgf-2lg(f/28)-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd- a(h2) l(乡村公路)=46.38+35.33lgf-lg(f/28)-2.39(lgf)-13.82lgh1+(44.9- 6.55lgh1)lgd-a(h2) l(开阔区)=28.61+44.49lgf-4.87(lgf)-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd- a(h2) l(林区)=69.55+26.16lgf-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2) f-工作频率，mhz h1-基站天线高度，m h2-移动台天线高度，m d-到基站的距离，km a(h2)-移动台天线高度增益因子，db a(h2)=(1.1lgf-0.7)h2-1.56lgf+0.8(中，小城市) =3.2lg(11.75h2)-4.97(大城市) s(a)-市区建筑物密度修正因子，db; s(a)= 30-25lga (5% -110 + 9 将产生掉话。 频率复用技术频率复用技术及干扰分析及干扰分析 频率复用也称频率再用，这是 gsm 网络普遍采用的技术，即使用同一频率 覆盖不同的地区。这些使用同一频率的区域彼此之间需要相隔一定的距离，这个 距离称为同频复用距离。 根据原邮电部颁布的 900mh z tdma 数字公用陆地蜂窝移动通信网技术 体制的要求，若采用定向天线建议采用 43 复用方式，业务量较大的地区，根 据设备的能力还可采用其它复用方式，如 33，26 等。无论采用何种方式，其基 本原则是考虑了不同的传播条件、不同的复用方式、多重干扰因素后必须满足干 扰保护比的要求，即： 同频干扰保护比c/i9db 邻频干扰保护比 c/i 9db 400khz 邻频保护比 c/i41db 分组频率复用技术分组频率复用技术 （1）43 频率复用技术频率复用技术 gsm 采用的频率复用结构有很多种，有 43、33、26 等多种结构，所有 的复用一般都是把有限的频率分成若干组，依次形成一簇频率分配给相邻小区 使用（如图 55 所示）。根据 gsm 体制规范的建议，在各种 gsm 系统中常采用 60 “43”， “ 43”复用方式是把频率分成 12 组，并轮流分配到 4 个站点，即每个站点 可用到 3 个频率组，这种频率复用方式由于复用距离大，能够比较可靠的满足 gsm 体制对同频干扰保护比和邻频干扰保护比指标的要求，使 gsm 网络的运 行质量好，安全性好。如图 55。 a3 d2b1 d1 d3 c1b3 c2 b2 c3 a1 a2 a3 d2b1 d1 d3 c1b3 c2 b2 c3 a1 a2 a3 b1 b3b2 a1 a2 a3 b1 a1 a2a3 d2b1 d1 d3 a1 a2 a1 a3 d2b1 d1 d3 c1b3 c2 b2 c3 a1 a2 图 55 43 复用 令蜂窝六边形边长为 1，从图 5-5 结合前述干扰模型，可以得到： dbdb i c 18 )2 . 7(28 2 log10)( 52 . 3 52 . 3 52 . 3 减去 william c.y. lee 建议的 6db 余量，正好 12db。 工程工程应应用中的用中的 4x34x3 的的频频率分率分组组和复用模式和复用模式讨论讨论： ： 顾名思义，4x3 复用是将可用频率分为 4x3=12 组，分别标志为 a1、b1、c1，d1、a2、b2、c2、d2、a3、b3、c3、d3，以下表为例： 61 a1b1c1d1a2b2c2d2a3b3c3d3 123456789101112 131415161718192021222324 252627282930313233343536 再将 a1、a2、a3 为一大组分配给某基站的 3 个扇区， b1、b2、b3，c1、c2、c3，d1、d2、d3 分别为一大组分配给相邻基站的 3 个扇区。显 然，我们有以下六种频率复用方式： 按照上面的频率顺序分组方式，不存在相邻基站同频的问题， 但还有相对小区邻频现象：（见图中红色箭头所指位置） 方式 1：d1-a2；方式 2：d2-a3；方式 3：d1-a2； 方式 4：d2-a3；方式 5：d3-a1；方式 6：d3-a1。 为此，我们换一种频率分组方式来看看，见下表： a1b1c1d1a2b2c2d2a3b3c3d3 124358769111012 131416151720191821232224 252628272932313033353436 同样六种复用方式： 方式 1、4 无相对邻频现象；方式 2：c1-a2；方式 3：b2-a3； 方式 5：c1-a2，b2-a3，d3-a1；方式 6：d3-a1。 a1 a2 a3 d1 d2 d3 b1 b2 b3 c1 c2 c3 a1 a2 a3 b1 b2 b3 c1 c2 c3 a1 a2 a3 a1 a2 a3 方式1 a1 a2 a3 c1 c2 c3 b1 b2 b3 d1 d2 d3 a1 a2 a3 b1 b2 b3 d1 d2 d3 a1 a2 a3 a1 a2 a3 方式2 a1 a2 a3 d1 d2 d3 c1 c2 c3 b1 b2 b3 a1 a2 a3 c1 c2 c3 b1 b2 b3 a1 a2 a3 a1 a2 a3 方式3 a1 a2 a3 b1 b2 b3 c1 c2 c3 d1 d2 d3 a1 a2 a3 c1 c2 c3 d1 d2 d3 a1 a2 a3 a1 a2 a3 方式4 a1 a2 a3 c1 c2 c3 d1 d2 d3 b1 b2 b3 a1 a2 a3 d1 d2 d3 b1 b2 b3 a1 a2 a3 a1 a2 a3 方式5 a1 a2 a3 b1 b2 b3 d1 d2 d3 c1 c2 c3 a1 a2 a3 d1 d2 d3 c1 c2 c3 a1 a2 a3 a1 a2 a3 方式6 a1 a2 a3 d1 d2 d3 b1 b2 b3 c1 c2 c3 a1 a2 a3 b1 b2 b3 c1 c2 c3 a1 a2 a3 a1 a2 a3 方式1 a1 a2 a3 c1 c2 c3 b1 b2 b3 d1 d2 d3 a1 a2 a3 b1 b2 b3 d1 d2 d3 a1 a2 a3 a1 a2 a3 方式2 a1 a2 a3 d1 d2 d3 c1 c2 c3 b1 b2 b3 a1 a2 a3 c1 c2 c3 b1 b2 b3 a1 a2 a3 a1 a2 a3 方式3 a1 a2 a3 b1 b2 b3 c1 c2 c3 d1 d2 d3 a1 a2 a3 c1 c2 c3 d1 d2 d3 a1 a2 a3 a1 a2 a3 方式4 a1 a2 a3 c1 c2 c3 d1 d2 d3 b1 b2 b3 a1 a2 a3 d1 d2 d3 b1 b2 b3 a1 a2 a3 a1 a2 a3 方式5 a1 a2 a3 b1 b2 b3 d1 d2 d3 c1 c2 c3 a1 a2 a3 d1 d2 d3 c1 c2 c3 a1 a2 a3 a1 a2 a3 方式6 62 因此我们推荐采用以上频率分组的复用方式 1、4。由于各个系统的基站未 必正好位于网格上，所以我们采用前面的频率顺序分组的方法也未尝不可，但需 避免相对邻小区邻频的问题。 由举例表中可以看到 7.2m 带宽最大站型为 3/3/3，可见这种复用方式频率 利用率低，满足不了业务量大的地区扩大网络容量的要求。在有些大中城市人口 密度高，经过多次扩容，站距相距不到 1km，覆盖半径不过几百米，有些点甚至 达到 300 米的覆盖，可见再依靠大规模的小区分裂技术来提高网络容量已经不 现实了。有两种办法可以解决不断增长的网络容量需求，其一就是发展 gsm900/1800 双频网，其二就是采用更紧密的频率复用技术。但注意只是对于 tch 载频来说，bcch 载频还应采用 4x3 复用或更为宽松的复用方式。 63 （2） 3 3 复用技术复用技术 a3 c2b1 c1 c3 b3b2 a1 a2 a3 c2b1 c1 c3 b3b2 a1 a2a3 c2b1 c1 c3 b3b2 a1 a2 a3c1 a1 a2 a3 c2b1 c1 c3 b3b2 a1 a2 a3c1 a1 a2 a3 b1 b3b2 a1 a2 图 5-6 33 复用 令蜂窝六边形边长为 1，从图 5-6 结合前述干扰模型，可以得到： dbdb i c 3 . 13 )57 . 5 (2)7(2 2 log10)( 44 4 工程中工程中 3x33x3 的的频频率分率分组组和复用模式和复用模式讨论讨论： ： 3x3 复用一般采用基带跳频，也有不跳频采用的，但效果不佳。3x3 复用将 可用频率分为 9 组，分别标志为：a1、b1、c1、a2、b2、c2、a3、b3、c3。如下表所示： a1b1c1a2b2c2a3b3c3 123456789 101112131415161718 192021222324252627 282930313233343536 有以下两种复用方式： a1 a2 a3 b1 b2 b3 c1 c2 c3 c1 c2 c3 b1 b2 b3 a1 a2 a3 a1 a2 a3 c1 c2 c3 b1 b2 b3 a1 a2 a3 c1 c2 c3 b1 b2 b3 b1 b2 b3 c1 c2 c3 a1 a2 a3 a1 a2 a3 b1 b2 b3 c1 c2 c3 方式1 方式2 64 方式 1：无相对小区邻频现象；方式 2：c1-a2，c2-a3，c3-a1。 显然，方式 1 的复用方式更好。 （3） 1 3 复用技术复用技术 a3 a1 a2 a3 a1 a2 a3 a1 a2 a3 a1 a2a3 a1 a2 a3 a1 a2 a3 a1 a2 图 5-7 13 复用 令蜂窝六边形边长为 1，从图 5-7 结合前述干扰模型，可以得到： dbdb i c 43 . 9 )36 . 4 (25 2 log10)( 44 4 工程中工程中 1x31x3 的的频频率分率分组组和复用模式和复用模式讨论讨论： ： 1x3 是频率复用最为紧密的一种方式，一般采用在合成器跳频系统中，同时 还需采用 dtx、功率控制、天线分集等抗干扰技术，以弥补由于复用距离减小而 带来的干扰恶化。它是将所有 non_bcch 频率分成 a1、a2、a3 三组，将这三组分 别作为每个基站 3 个扇区的 ma，如表所示： a1147101316192225283134 a2258111417202326293235 a3369121518212427303336 在跳频负载（小区频率数/ma 长度）小于 50%时，应保证同一基站内 3 个小区 的 maio 不邻频，每个基站的相同方向的小区的 maio 一致，同一基站 3 个小区的 hsn 相同，相邻基站的 hsn 不同，且同 hsn 的基站距离应尽量远。 65 （4）2 6 复用复用 a1 a2 a3 a4 a5 a6 b1 b2 b3 b4 b5 b6 a1 a2 a3 a4 a5 a6 b1 b2 b3 b4 b5 b6 a1 a2 a3 a4 a5 a6 b1 b2 b3 b4 b5 b6 a1 a2 a3 a4 a5 a6 b1 b2 b3 b4 b5 b6 a1 a2 a3 a4 a1 a2 a3 a4 a1 a2 a3 a4 a5 a6 b1 b2 b3 b4 b5 b6 a1 a2 a1 a2a6 a1 a2 a3 a4 a5 a6 b1 b2 b3 b4 b5 b6 图 5-8 26 复用 很明显， “26”复用模型不是对称模型，a1、a4 小区与其它小区具有不同复 用距离。 令蜂窝六边形边长为 1，从图 5-8 结合前述干扰模型，可以得到 a1、a4 小 区载干比： dbdb i c 86.16 )64 . 2 ( 1 log10)( 4 4 其他小区载干比： dbdb i c 04.12 )2( 1 log10)( 4 4 66 多重频率复用多重频率复用 mrp mrp 技术( multiple reuse pattern )将整段频率划分为相互正交的 bcch 频 段和若干 tch 频段，每一段载频作为独立的一层。不同层的频率采用不同的复 用方式，频率复用逐层紧密。 这种方法将整段频率划分为相互正交的 bcch 和 tch 两个频段，分别使 用不同的复用方式进行规划。提高系统容量的途径之一是使用更紧密的复用方 式。由于 bcch 信道在移动台接入、切换等过程中具有举足轻重的作用，为了保 证 bcch 信道质量，使用与 tch 频段正交的频率，能获得如下好处： 1）bcch 可以使用 43 或更高的复用系数，以保证 bcch 信道质量；而 tch 则使用相对紧密的复用方式 2）bsic 解码与话音信道负荷无关 由于 bcch 频段和 tch 频段相互正交，tch 信道负荷的增加对 bcch 信道基本没有影响，因此，也不会影响 bsic 解码，从而改善 切换性能。 3）简化邻近小区表的配置 有关文献指出邻近小区表过长会降低切换性能，而本方法能简化邻 近小区表，从而改善切换性能。 由于 bcch 单独使用一段频率（43 方式下有 12 个频点），邻近小区 表（由 bcch 频点等组成）长度可以显著减小。甚至可以简单地将所 有的 bcch 频率（本小区 bcch 频率除外）全部加入邻近小区表。 4）真正发挥功率控制和 dtx 等抗干扰技术的作用 bcch 不能使用动态功率控制和 dtx 等技术，它总是以最大发射功 67 率在发射信号。因此，bcch 和 tch 使用相同频段，会影响这些抗 干扰技术的效果。 5）增、删站点或小区的 trx，不会对已有的 bcch 频率计划造成影响， 从而方便网络的维护。 表格 5-3 6mhz 频段 mrp 分段 123456789 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 123456789 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 tch3(4) 载频号 bcch(12) tch1(8) tch2(6) mrp 是近年来频率规划技术发展的热点之一，有关文献指出，应用 mrp， 同时结合跳频、dtx、功率控制等抗干扰技术，可以将平均频率复用系数降到 7.5 左右，而不影响网络质量。 mrp 除具有分段分组规划的所有优点外，还具有如下优点： 1）结构化频率规划（ a structured way of frequency planning ） bcch、tch 各层频段的分开减少了规划工作量，可以分层规划；另 外还可以分出一段频率保留给微蜂窝。 2）由于 bcch、tch 各层相对较独立，便于分层维护和扩充 3）由于 tch 各层相对较独立，便于调整该层的最大发射功率减量 4）适合于 trx 数目分布不均匀的情况 表 5-4 小区 trx 数234 该类小区比例20%30%50% mrp 分段12/812/8/612/8/6/4 平均频率复用系数（12+8）/2=10（12+8+6）/3=8.7(12+8+6+4)/4=7.5 跳频分集增益小中大 表中，2trx 的小区数目为 20%，3trx 的小区数目为 30%，4trx 的小 区数目为 50%。假设这些小区是“均匀分布”的，则平均频率复用系数要 小于实际复用系数。以 3trx 的小区为例，因为具有 3 个和 3 个以上 trx 68 的小区实际上有 80%，而且是均匀分布，所以第 3 层 trx 的实际复用系 数为 6/0.8=7.5。 扩展 mrp 是对 mrp 概念的扩展，分段后的每一层可以包含其后各层的频 率：tch0层包含 tch1- tchn各层频点， tch1层包含 tch2- tchn各层频点， 以此类推。首先，分配 tchn层频率点，然后再分配 tchn-1层频率点，以此类推。 不过这样就影响了 mrp 规划的结构化。 表格 5-5 6mhz 频段扩展