GSM频率复用的MRP技术及其实际应用.doc

频率复用的技术及其实际应用王勇摘要本文讨论了系统中不同的频率复用方法，着重论述了技术及其对无线网络容量的提高，并结合山东省第期工程实例，介绍了技术的实际应用。关键词移动通信频率复用概述移动通信是世纪通信技术、微电子技术及计算机技术高度发展和相互结合的产物，它集有线通信、无线通信、交换与网络技术于一体，实现了跨地区、跨国界的个人通信。作为一种方便快捷的通信手段，移动通信发展速度惊人。年，广东省开通制式模拟移动电话网。年，我国在嘉兴建设试验网。从年起，我国开始大规模建设数字移动通信网。现在，中国电信已在全国个省、市、自治区建成网络，与个国家和地区实现国际漫游。截止年月，中国电信数字移动电话用户已达 多万户，包括模拟用户的总移动用户数已超过 万，用户年增长率达。由于移动用户数的迅速增加，在部分地区，特别是大城市的市区，频率资源变得越来越紧张，无线网的容量成了制约用户发展的瓶颈。在现有频率资源的情况下，尽可能提高频率利用率是当前移动通信运营者关心的热点问题。本文着重讨论了频率分配的（ ）技术及其对无线网容量的提高，并结合山东省第期工程的实例，介绍了技术的实际应用。频率复用（） 频率复用的概念移动通信的起源可追溯到本世纪年代，由于早期的移动通信系统大多是专用通信网，用户较少，频道也不拥挤，再加上信道终端控制技术还不够成熟，往往采用一个大覆盖区的组网方式。因此，某一地区的某个频率只分配一次。这在频率利用上是极不经济的。年代以来，随着大容量移动通信系统的出现，早期的频率使用方式已不能满足要求，必须采用以频率复用为基础的蜂窝小区技术。频率复用就是同一无线频率用于覆盖不同的区域（每个这样的区域称为一个小区或扇区），这些使用同一频率的区域彼此相隔一定的距离（称为同频复用距离），使同频干扰抑制到允许的范围以内。（） 干扰保护比常用的频率复用模式有、等。若基站采用方向性天线，根据技术体制的要求，模拟移动通信系统的频率复用采用或模式，而数字移动通信系统采用模式。无论采用哪种复用模式，根本原则是考虑了不同的传播条件及多个干扰等因素后必须满足系统所要求的干扰保护比。对于数字系统，同频及邻频干扰保护比分别如下：同频干扰保护比： 邻频干扰保护比： 在实际工程设计中需对上述值另加 的余量。进一步提高容量的措施由于近年来移动用户数的激增，对移动网的容量要求越来越大。提高网络无线容量有以下几种措施：（） 增加可用频率资源。（） 缩小基站间距，增加基站密度。（） 提高频率利用率。增加可用频率受政策影响，难度很大。增加基站密度也有一定限度。在建网早期，可通过增加基站密度的方式来增加网络容量。但是，市区基站的密度不可能无限制地增加。这一方面是由于基站数越多，投资也越大，而且在繁华的市区，合适站址的选取越来越困难；另一方面，天线在垂直面内具有一定的方向性，天线增益越高，方向性越强，在垂直面内的波束宽度也就越窄。若站距太近，则移动台距基站太近，使移动台处于天线的主波束之外，导致接收到的有用信号减弱，同频干扰增大，从而使网络质量下降。因此，在城市的高话务密度地区，要提高网络无线容量，只有提高频率利用率，采用更紧密的频率复用技术。更紧密地复用频率就意味着同频复用距离减小，同频干扰增大。但由于数字移动通信系统本身具有许多抗干扰措施，如跳频、动态功率控制、不连续发射等，将这些技术有效地使用，会明显地提高信号的载干比（），从而使得更紧密的频率复用成为可能。不同的厂商针对各自的设备情况，提出了许多紧密复用频率的方法。这些方法包括智能双层网（）技术、技术、复用等等。在 带宽情况下，这几种方法对无线网容量的提高及与复用方式的比较见表，其中带宽为 ，每用户话务量为 。表1不同频率复用方式容量的比较复用方式最大小区配置(每小区载频数)每个基站可容纳用户数(户)容量比4/123/3/31 7881IUO2/2/2+2/2/22 7361.533/94/4/32 3561.321/35/5/53 4241.91MRP(12/9/8/7)4/4/42 6281.472/123/3/3/2/2/22 8681.6技术 在以上几种提高容量的方法中，复用是最紧密的复用方式，容量提高比较大，频率利用率很高，但干扰增加也很大。复用需要增加基站的扇区数，从而增加了基站的天线数量。下面着重介绍一下技术。基本原理技术就是把所有可用载频分为几组，每一组载频作为独立的一层。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。打破了固定频率簇的概念，载频分配灵活，使一个扇区分配的频率不可能与邻近扇区的完全相同，改善了跳频效果，这也是优于固定频率复用（如、）的地方。在固定频率复用的网络中，共用同一组载频的邻近小区，其频率完全相同，跳频增益不够明显。如果可用频率为 ，那么可用载频数为个。假设载频编号从至，分成组，分组方式如表所示。其中，广播控制信道（）组有个载频可供复用；业务信道分、三组，每组分别有、个载频可供复用。在频率规划时，先分配，个载频按复用方式，每个小区分配个载频；接着分配，每个小区分配中的个载频；然后依次分配、。这样，每个基站扇区最多可有个载频（个和个）。如果按传统的复用方式，每扇区最多只能有个载频。平均频率复用系数为了度量频率复用的紧密程度，引入平均频率复用系数的概念。平均频率复用系数总可用载频数每扇区最大载频数如果总可用载频数一定，则每扇区载频数越多，平均频率复用系数就越小。仍以 带宽、个载频为例，若采用传统的复用方式，每扇区最多个载频，平均频率复用系数为；若采用上述分组复用方法，每扇区最多个载频，平均频率复用系数降为。通过精心的频率规划，平均频率复用系数还可以进一步缩小。据介绍，最小平均频率复用系数可为。的分组方法由于不使用和跳频，发射功率大，干扰特性与不同，为保证的安全，用于的载频数应不少于个。在实际应用中，一般取个。（） 连续的分组连续的分组就是载频连续选取，如表所示。这样做的优点是和的交互影响小，缺点是分配载频时需考虑邻频干扰。表2MRP载频分组方式载频号123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536载频组BCCH(12)123456789101112TCH1(9)131415161718192021TCH2(8)2223242526272829TCH3(7)30313233343536（） 分散的分组分散的分组就是载频离散选取，如表所示。由于频率组内不存在邻频，分配时不需要考虑邻频干扰，频率规划容易，但与存在交互影响，使频率规划难度增加。 表3分散的BCCH分组方式载频号123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536载频组BCCH(12)1357911131517192123TCH1(9)24681012141618TCH2(8)2022242526272829TCH3(7)30313233343536的分组方法（） 严格的严格的就是各层载频严格分开，互不重叠，如表所示。频率规划时，载频逐层分配。这样做的优点是载频调整容易，某层出了问题，只要调整那一层即可，不必考虑其余频率层的影响；缺点是在郊区有些载频用不上，造成频率分配困难。由于基站载频数是根据话务密度的分布而设的，在郊区及农村话务密度低，基站的载频数相应地也少。假设在农村地区设了许多全向载频的基站，这些站只能分配和这个载频，即使有合适的或也无法使用。（） 改进的为了克服严格的分组方法的不足，对的分组加以调整，出现了改进的，如表所示。在改进的分组方法中，分组不变，而在组中增加了的频率，在组中增加了的频率。这样，在做郊区及农村频率规划时，选择余地就大了。 表4改进的MRP分组方式载频号123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536载频组BCCH(12)123456789101112TCH1(24)131415161718192021222324252627282930313233343536TCH2(15)222324252627282930313233343536TCH3(7)30313233343536技术对无线网络容量的提高采用技术，实质上是以牺牲部分网络质量为代价，来换取网络容量的提高。在使用技术的网络中，载频复用距离比复用方式更近，增加了每个扇区的可用载频数，从而增加了无线网容量，提高了频率利用率。技术可根据容量需求及话务量分布情况进行频率规划，在需要扩大容量的地方（如市区）增加载频，频率分配灵活，可逐步提高网络容量。以 带宽为例，由表可以看出，采用技术，无线网容量比复用的网络提高。 技术的实际应用山东省第期工程已经启动。这次扩容工程频率复用采用改进的，跳频采用基带跳频技术，所用频段为 ，带宽 ，共计个载频，载频编号为。预留了个载频供微蜂窝使用，则宏蜂窝有个载频可用。若采用传统的复用，基站最大配置到，每个基站可容纳移动用户 户。但采用改进的技术后，基站最大可配置到，平均频率复用系数降为，每个基站可容纳移动用户 户，基站可容纳用户数量比站型提高了。从理论上讲，基站载频配置数还可以再多一些（例如可配到甚至），但考虑到网络的质量及安全性，频率复用的紧密程度不宜大幅度提高，所以本期工程基站只配置到。由于这次工程首次采用技术，为确保载频的质量，取了个，具体的频率分组如下：微蜂窝：；：；：；：；：；：；：。在使用时，应注意以下问题：（） 采用技术，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，这也是技术应用的前提条件。跳频就是载频按某种频率序列进行跳变。跳频包括基带跳频和射频跳频两种。基带跳频是基站的每个收发信机工作频率固定，每个时隙的信号按跳频序列切换到发射相应频率的收发信机上。基带跳频需有个以上的收发信机才能获得跳频增益。射频跳频是使每个收发信机的工作频率按一定的跳频序列发生跳变。跳频的作用是提供了频率分集和干扰分集，改善了最坏情况，均衡了网内干扰。据有关测试，个载频参与跳频时，可得到 的跳频增益，若跳频数量增加，跳频增益也会相应地增大。动态功率控制是指在一定范围内，改变移动台和基站的发射功率。在保证良好接收的前提下，尽量减小发射功率，这样不仅延长了手机电池的使用时间，更重要的是降低了全网的干扰。不连续发射就是移动台和基站的发射机只在讲话时开启，而在通话间隙由系统发送舒适噪声。与动态功率控制的效果一样，不连续发射节省了手机电池，降低了全网的干扰。（） 采用技术，不论载频复用多么紧密， 载频数不能少于个，以保证系统控制信道的安全。（） 采用技术分配频率时，要注意频率分配的顺序。一般来说，应先分配，然后分配，接下来做，逐层规划，最后分配。这是由于的载频个数少，频率分配较难，因此做完后应先做，且使其限制条件较少，例如对每个小区定义较少的邻区，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。（） 不同区域基站的频率应分别规划。为保证重点，使市区的干扰达到最小，在做频率规划时，应将基站分为市区、郊区、农村等几个区域，市区基站太多时，也可将市区分开。频率规划时先做市区，后作郊区及农村。（） 根据具体的干扰情况，调整邻区设置。每一小区的相邻小区作为初始条件，需输入计算机，计算机据此分配频率。在做某一层的频率规划时，若有两个邻近小区同频，那么在做下一层频率规划时，就应将这两个小区定义为邻区，以避免再次同频。这里需要注意，实际工程中的基站布局不像标准的六角形蜂窝图那样，相邻小区与不相邻小区一目了然。实际的基站设置千差万别，如果一个站（小区）天线太高，它可能对一个很远的站（小区）造成干扰，这两个站（小区）就不能同频。（） 计算机产生频率之后，应人工检查一遍。若发现不合适的频率分配，应将条件修改后重新做，直到满意