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频率规划原理介绍 GSM900 GSM1800的频带划分 GSM900PGSMEGSMGSM1800 GSM900的频带划分 PGSM900 PrimaryGSM P band UL 890MHz 915MHzDL 935MHz 960MHzARFCN 1 2 3 122 123 124 共124个频点 上行频率f n 890 0 2nMHz下行频率f n 935 0 2nMHz n 1 124EGSM900 ExtendedGSM G1 band UL 880MHz 890MHzDL 925MHz 935MHzARFCN 0 1023 1022 977 976 975 共50个频点 上行频率f n 880 0 2 n 974 MHz下行频率f n 925 0 2 n 974 MHz n 975 1023 GSM1800的频带划分 GSM1800UL 1710MHz 1785MHzDL 1805MHz 1880MHzARFCN 512 513 514 883 884 885 共374个频点 上行频率f n 1710 0 2 n 511 MHz下行频率f n 1805 0 2 n 511 MHz n 512 885 频率归属 移动Vs 联通 975 998 1000 1023 1 94 96 124 512 586 588 685 687 736 738 885 中国移动 中国联通 暂空 G1 band P band 975 999 0 95 124 512 587 686 737 885 GSM900 GSM1800 频率规划的几个指标介绍 频率复用度 PhysicalFrequencyReuse 频率复用次数等效TCH复用度 EquivalentTCHReuse 频率利用度 FrequencyUtilization 频率负载率 FrequencyLoad 硬件负载率 HWLoad 频率复用度 频率复用度定义为 目标区域内使用的频率数 平均每个小区使用的频率数频率复用度用于表征频谱的利用效率 它反映了某一区域内频率复用的紧密程度 频率复用度越大 频谱利用率就越低 小区同频复用的物理间隔越大 C I越好 例如 某一网络的某一区域使用18个频率用于BCCH 则该区域 BCCH频率复用度 18 1 18又如 在某一网络的某一区域使用72个频率作TCH 该区域共有60个小区300载波 TCH 则该区域 TCH频率复用度 72 300 60 14 4 频率复用次数 频率复用次数定义为 某一频率在某一特定区域内使用的次数频率复用次数也可以表征频谱利用率 单位面积频率复用次数越高 频谱利用率也越高 一般而言 某一频率的复用次数在特定区域内应当相对均匀 当然 某些情况也会导致某一频率的复用次数过高或过低 如高站 微蜂窝 或使用TCH分层的MRP规划等 例如BCCH频率60在某一区域内共有10个小区使用 则 频率60的复用次数 10又如TCH频率38在某一区域内共有13个小区使用 则 频率38的复用次数 13 等效TCH复用度 等效TCH复用度定义为 目标区域内使用的TCH频率数量 目标区域内平均每小区的TRX数量该指标与频率复用度类似 用以衡量TCH的频谱利用率 例如某一MRP网络 有60个小区投入运营 共使用76个TCH频率 18个BCCH频率 共有300个承载TCH的TRX 则 等效TCH复用度 76 300 60 15 2假如频模改为1 3复用 使用16 3共48个TCH频率 21个edge频率 21个BCCH频率则 等效TCH复用度 48 21 300 60 13 8显而易见 1 3复用的等效TCH复用度小于MRP网络 等效TCH复用度越大 频率碰撞的几率越低 频率利用度 频率利用度定义为 目标区域内平均每小区的话务量 区域内频率的使用数量该指标基于网络的实际话务量 用以衡量频谱利用率 频率利用度越高 平均每小区每频率上承载的话务越高 频谱利用率也越高 例如某一MRP网络 有60个小区投入运营 共使用76个TCH频率 18个BCCH频率 忙时TCH承载的话务量为1200Erl 则 TCH频率利用度 1200 60 76 0 263Erl Cell ARFCN假如频模改为1 3复用 使用16 3共48个TCH频率 21个BCCH频率 忙时TCH话务量不变 则 TCH频率利用度 1200 60 48 0 417Erl Cell ARFCN显而易见 1 3复用的TCH频率利用度大大提高 每频率上承载的话务上升 意味着频率干扰的概率也随之攀升 频率负载率 频率负载率定义为 目标区域内平均每小区的全速率话务量 8 平均每小区跳频频率数 其物理意义为 小区平均每个全速率时隙在每个跳频频率上的话务量 比方说一个2载频的小区承载8Erl的话务 当该小区使用10个跳频频率 那么它的频率负载率 8 8 10 10 如果跳频频率增加到15个 那么频率负载率 8 8 15 6 67 频率负载率越高 意味着每时隙每频率所承载的话务越高 每频率每时隙上发射的时间延长 这样一来频谱利用率也相应提高 视频率复用度的大小 如果频率复用度较小 那么频率碰撞的几率也相应增大 硬件负载率 硬件负载率定义为 目标区域内平均每小区的TRX数 目标区域内平均每小区跳频频率数该指标反映小区里平均每个跳频频率承载的TRX数量 对于应用1 3复用的FLP网络 爱立信推荐 NumberoffrequenciesintheHFS 2 numberofTRXsintheCHGR 频率规划原则将相同和相邻的频率尽可能分隔开来 以避免同频 邻频干扰 特别是相对的邻小区要尽量避开同频 邻频现象 这条原则对于GSM系统和模拟系统均适用考虑到频率资源有限这一事实 频率复用成为GSM系统的核心技术 频率复用也称频率再用 就是重复使用 reuse 频率 在GSM网络中频率复用就是 使同一频率覆盖不同的区域 一个基站或该基站的一部分 扇形天线 所覆盖的区域 这些使用同一频率的区域彼此需要相隔一定的距离 称为同频复用距离 以满足将同频干扰抑制到允许的指标以内 基本原则是考虑了不同的传播条件 不同的复用方式及多个干扰等因素后 必须满足干扰保护比的要求 即 同频道干扰保护比 C I 载波 干扰 9dB邻频道干扰保护比 C A 载波 干扰 9dB注 工程设计中需对以上C I另加3dB余量 频率规划是指在建网过程中 根据某地区的话务量分布分配相应的频率资源 以实现有效覆盖 在进行频率规划的过程中有以下几点因素需要确定 1基站站型的确定 基站的站型是进行频率规划的前提 根据话务量和目标阻塞率可以确定基站的站型 通过话务量A 载频个数n 阻塞率E 根据话务量A和阻塞率E 查询相应的表就可以得出某小区需要配置的频点个数n 2频率规划方法的确定 首先是频率参数的设置 主要包括 控制信道是否单独分配 控制信道和业务信道的频率复用方式 其次是确定各基站小区的规划优先级和可用频点的优先级 频率规划的方法 如何选择适合的频率规划方式 传统的做法选择适合的频率规划方式需要两个客观条件 可用的频点资源和期望的网络容量 上图是一个示意图 显示了多种频率复用方式 在不同的TCH频率带宽条件下 可以实现的网络容量 单位 每小区单位带宽下可承载话务量 需要强调的是 上图仅仅是一个理想情况下的结果 跳频增益是其考虑的主要因素 而实际网络中 基站分布的均匀性 网络容量承载的需求 功率控制和DTX的效果 网络维护的难易程度等等因素都会直接影响到频率规划方式的选择 以上图作为评判现网频率规划方式的标准是不适当的 现在几种主要的频率规划方法 理论方法正六边形小区模型规则网格分布小区簇复用距离D R sqrt 3 K 已经不在使用 使用更紧密的频率复用FractionalLoadPlanning 1 1 1 3MultipleReusePatterns MRP多复用模式 Non UniformPlanning 自由规划 MultipleReusePattern MRP是一种通用的结合跳频 通过紧密频率复用提高系统容量的方法 MRP的基本思路就是 在不同的频率层使用不同的复用度 通过跳频使它们达到平均的复用度 这样做的目的就是能在现有小区内增加更多的载频 根据网络的实际配置来规划多个TCH频点组 每个频点组对应某一个TRX 理论上 各个频点组间的频点复用模型是不同的 高配置中的TRX使用更紧密的复用模型 而且各个频点组的频点是绝对隔离的 在实际规划中 往往使用效率更高的TCH频点池 MRP规划方式中 频点复用的次数和TRX的配置数是成正比的 网络容量需求越大 频点复用距离越近 同 邻频干扰可能性也越大 频点设计使用专业的规划工具 使频点复用的效率和网络质量达到最优 优点 跳频组内的频点设计可以人为优化 因此对天线安装和传播环境的要求不高 对基站硬件没有要求 缺点跳频个数和TRX硬件数相同 在频段带宽受限时无法充分获得跳频增益 网络扩容时需要重新频率设计 增加了维护工作量和OPEX 而且在频率复用紧张的区域中 设计难度很大 质量也难保证 常见的频率规划模型简介 4 12复用6 18复用7 21复用间隔式6 18Vs 连续式7 21MRPFLP 4 12复用 4 12复用在GSM无线频率规划里较为常见 中国电信GSM早期开通时 使用的就是4 12频率复用方式 4 表示以4个基站为一簇 以簇为单位进行频率复用 12 表示同属一簇的基站使用12组频率 每个基站3个小区 每个小区使用12组频率中的一组频率 如下图所示 红色基站为同频复用基站 以基站A为例 如果BCCH规划使用4 12方式 则BCCH的频率复用度为12 6 18复用 6 18复用方式的频率复用距离明显大于4 12 可以获得更好的C I 适合用于密集城区的BCCH规划根据以往经验 BCCH使用6 18间隔频率复用方式 可以取得较好的效果 7 21复用 7 21复用方式的频率复用距离大于6 18 可以获得更好的C I 适合用于密集城区的BCCH规划根据以往经验 BCCH使用7 21连续频率复用方式 与使用6 18间隔频率复用方式效果相当 不过在规划时应当注意尽量避免BCCH邻频干扰 间隔式6 18Vs 连续式7 21 试验网络规模中国移动南方某公司某个一类地市99个基站 288个小区 最大配置12TRX间隔式6 18BCCH 56 90 偶数频点 Micro 51 48TCH 除BCCH及Micro外的其余频点连续式7 21BCCH 58 78Micro 51 48TCH 除BCCH及Micro外的其余频点 同频干扰比较 6 18复用 7 21复用 6 18复用 7 21复用 邻频干扰比较 6 18复用 7 21复用 6 18复用 7 21复用 间隔式6 18Vs 连续式7 21 间隔式6 18复用BCCH之间不存在邻频频率复用度较大 非常适合密集城区使用与7 21相比 多出的3个频率可会馈于TCH 提高TCH复用度 增加TCH的同频复用距离与TCH19个频率有邻频干扰问题 规划时需要予以考虑连续式7 21复用BCCH与TCH频段分开 BCCH和TCH间只有1个或2个邻频干扰边界 使得BCCH与TCH可独立规划适合1 3复用等FLP网络使用对全网基站天线分布规则性要求较高 BCCH间邻频干扰几率较大 从实际测量和仿真分析角度 网内频率干扰按影响程度大小有如下递减规律 BCCH间同频 BCCH与TCH间同频 TCH间同频 BCCH间邻频 BCCH TCH邻频 TCH间邻频 而且BCCH间同频 BCCH间邻频影响比重相对要大的多 传统的复用方式 传统的复用方式 通常用4 12和3 9 4 12如下图所示 这种方式就是将频点进行分组 每组的频点采用固定的方式 这个方法的优缺点 优点就是方便于扩容和兼容 因为每组TCH的频点和BCCH的是固定分配的 当需要扩容时只需要查找相关BCCH一下的频点就行了 缺点就是可能会出现整组的频率干扰 通常情况下 GSM系统常采用的复用方式全向站 7小区复用 未跳频系统 定向站 4X3 未跳频系统 3X3小区复用 一般是采用基带跳频的non bcch载频 也有未跳频采用的 但效果不好 和1X3小区复用 采用合成器跳频的non bcch载频 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 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 例 1 将频点序号为1 36的频点4X3方式分成12组 常规分组 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 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 例 换一种频率分组方式来看看 见下表 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 两种理想状态的频率分组的比较结果 1 推荐采用以上频率分组的复用方式1 42 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 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 有以下两种复用方式方式1 无相对小区邻频现象 方式2 C1 A2 C2 A3 C3 A1 方式1方式1的复用方式更好 方式2 FLP频率规划 优点充分利用大跳频组的优势 保证均匀的全网质量 借助更高的跳频增益 可以在较窄的可用频带内实现网络容量的提升 无需网络扩容时的频点规划 降低网络维护工作量缺点必需配合宽带合路器使用 紧密的频率复用对基站分布的规则性要求更高 通过天线挂高 方向和下倾角的优化 避免基站间的过度重叠覆盖 直放设备需要具备宽带接收和发射能力 BCCH和TCH频点同样是全部隔离 推荐连续的BCCH频段 所有TCH频点进行综合跳频 1 1 或几个固定的TCH频点组进行综合跳频 1 3 同基站内所有小区和TRX实现同步 利用MAIO管理功能来实现同站内频点的 正交 即保证没有同频干扰 前提是HSN一致 相邻基站设置不同的HSN 通过HSN间的 伪正交 来抑制同频干扰的发生 但是FLP统一的复用方式会受到网络覆盖不均匀性的挑战 覆盖能力过强的基站造成严重的干扰 网络质量反而参差不齐了 必须进行天线优化 保证网络覆盖的相对均匀 否则FLP的实施效果会大打折扣 1x3频率规划是利用综合跳频原理 所谓综合跳频 就是每个载频的发射频点随每帧而改变 参加跳频的这组频点数量可以超过该小区的实际载频数 所以 即使对于仅有2个载频的小区 综合跳频也能在大于2载频的跳频组内进行 这样就可以降低干扰带来的信号衰减及话音质量下降 由于跳频的特性 FLP会带来一个问题 对应一个TCH跳频组 网络可实现的最大配置TRX数是多少 针对FLP网络 引入了一个小区容量的衡量标准 频率负荷频率负荷 小区平均话务量 TCH频点数 8 由于话务量是TRX发射的时长 因此频率负荷实际代表了网络中TCH跳频组可能出现同频干扰的概率 当然 受益于HSN MAIO的设置 实际同频干扰的概率比 频率负荷 要低得多 1 3复用的矩阵示意图 在1x3频率规划中 同站的三个小区使用不同的跳频序列 各跳频序列间可以有邻频 不可有同频 因为邻频干扰可以通过MAIO的设置加以回避 同站各小区使用相同的HSN 不同站的HSN不同 对于一个好的网络小区载频数 小区跳频数不能超过40 由于综合跳频 SFH 能采用更加紧密的频率复用如1x3 从而提高了网络容量 同时综合跳频具有频率分集和干扰分集的效果 因此对慢速移动的手持机能较好的抵抗多径衰落 从而改善无线信号 对于综合跳频 不同的跳频频点数会有不同的跳频增益 跳频频点数越多 跳频增益越高 干扰分集的效果越好 综合跳频的优缺点 综合跳频能有效的减少干扰 频率复用简单 缺点是需要硬件支持和良好的MAIO和HSN规划 当MAIO和HSN规划不恰当的时候严重影响的接通率问题 这种方法在现网中多数用于1800M的移动网络 FLP的优缺点 频率规划变得非常简单 仅需规划BCCH和EDGE频率频率复用非常紧密 提高系统容量扩容非常方便 不需要做额外的频率规划 降低运维成本可以为EDGE预留专用频带 提高PS业务的用户感知需要使用综合跳频 基站原有的FilterCombiner需更换为HybridCombiner更换HybridCombiner对功率会造成一定损失 覆盖会受影响要求小区天线的指向较为规整 小区覆盖范围需作精确调整传统的DT CQT评估方式不适合FLP网络 以现有的评分准则评估FLP效果 得分会较MRP网络低 1 3及1 1复用 1 3复用 1 1复用 1 3复用 BCCH采用较高复用度的复用方式 如5 15 6 18 7 21 并使用独立的CHGRTCH采用1 3复用 即1个3向小区基站为一簇进行频率复用参与1 3复用的频点数大于TRX数参与1 3复用的CHGR采用射频跳频 综合跳频 频点复用非常紧密 但干扰分散于每个通话中每个基站 3个小区 使用不同的HSN降低频率碰撞几率要求小区天线的指向趋于规整 尽可能避免越区覆盖使用DTX及激进的动态功控 1 3复用 主要指标1 频率负载FrequencyLoad Erlangcell 8 freqcell TRX freq 更高的跳频增益与1 3复用的网络干扰等级有关它反映出每个频点在空中被发射的概率虚拟值 18 由于不同网络布局及小区规划 频点负荷的最大值也有所不同 1 3复用 主要指标2 硬件负载HWLoad TRXcell freqcell硬件负荷指标易于计算和理解虚拟值 40 50 由于不同网络硬件利用率的不同 不同网络间的硬件负荷指标是不可比的 射频跳频 综合跳频 一个发射机控制一路特定连接上产生的所有脉冲在每一个脉冲发射时 发射机调制到正确的频率上跳频的频点数不等于发射机的数量 OnlyHybridCombinerornocombiner CDU ASupport 跳频的优势 频率分集带来增益 干扰被平均化 无线环境的预测更可靠可以为用户提供较均衡的话音质量减少干扰可能产生的盲区通过更紧密的频率复用提高网络容量 射频跳频 综合跳频 BasebandHopping基带跳频SynthesiserHopping射频跳频 HoppingBCCH 1CHGR NonHoppingBCCH 2CHGR 中国移动1 3复用经验简介 1 3复用应用区域简介试验区域位于中国移动南方某公司某一类地市下辖某中心镇区 1 3跳频区域里的小区全部来自XXD2BSC 共24个基站64个小区 其中的21个基站57个小区应用1 3跳频1 3跳频缓冲区的小区 不参与1 3跳频但需要在项目过程中重新规划频率 来自3个BSC XXD2BSC XXD1BSC XXI2BSC 共23个基站61个小区 频模简介 变频前BCCH 56 90 偶数频率 共18个 TCH 1 47 49 89 奇数频率 91 94 共72个 Micro 54 52 50 48 共4个 EGSM 1000 1023 共24个 变频后BCCH 21个 使用21个连续的PGSM频率 ARFCN 74 94 7 21复用 TCH 1 3跳频组 16 3 二次变频变为 12 3 减少红色部分频点组1 71686562595653504744413835322926 组2 72696663605754514845423936333027 组3 73706764615855524946434037343128 Micro 4个 25232119EDGE 21个 242220 18 11 3复用区域与隔离带的BCCH和EDGE规划均遵循以上规则 1 3区域内小区的TCH规划使用1 3频率组 隔离带小区的TCH使用部分EGSM 1 3频率组 Micro频率进行规划 效果对比 早忙时各项指标良好 网络性能可与变频前媲美晚忙时性能指标随着话务量上升而呈下降趋势 不过仍然在可接受范围 在现网中采用了连续的BCCH 这样做的好处就是减少了BCCH与TCH之间的干扰 但增大了BCCH之间的干扰 这种分配方案比较适用网络规模比较小的郊区 在许多地方频率分配中采用的是奇偶分频法 这样的好处就是减少了BCCH之间的干扰 但有可能会导致TCH与BCCH的干扰 现在网络中许多地区都采用了奇偶分频法 如果采用连续的BCCH 因为BCCH的功率是连续发射的那么BCCH之间的干扰比例就是1 1也就是说100 采用跳频技术也不能消除期间的干扰 当采用奇偶分频是BCCH的功率是连续发射的 TCH的发射功率是当占用的时候才进行发射 按照现网的每线话务量0 33ERL计算 那么干扰比例是1 0 33 30 的干扰 如果开启跳频的时候再乘于跳频系数那么这个干扰就越小 因为BCCH是用来接续的 采用奇偶分频的方法可以提高随机接入成功率来改善用户感知度 可以提高切换成功率等 BCCH频点分配的划分 BCCH与TCH频点的划分 频率复用因子的计算 假设为95个频点 110小区 545个载频 复用平衡系数 小区的个数 载波的个数 BCCH载波的个数 可用频点数BCCH的频点个数计算 95 小区的个数 载波的个数 95 110 545 19 17BCCH复用度 110 20 5 5TCH复用度 591 123 94 20 5 87 这个算法是在BCCH与TCH复用平衡的角度考虑 但是由于BCCH发射功率大的因素必须扩大BCCH的复用系数 假如小区的发射功率是43那么开通了DTX后小区的发射功率将减少3dBm 另外设每线话务 0 33Erl 即每信道 或载频 的平均工作时间 即发射机工作时间 只占30 那么与恒定工作的BCCH载频比较有如下算法 以P1代表TCH载频功率特定时间统计值 P2代表BCCH载频功率特定时间统计值 则P1 P2 0 3 以dB值表示为 10 lg P1 P2 10 lg 0 3 5dB 即BCCH的功率比TCH的功率大了5dB 如果不考虑功控的角度BCCH的发射功率就比TCH搞8dBm 那么BCCH TCH的发射功率 43 35 1 23 综合考虑功率的情况复用系数为 1 23 复用平衡系数 BCCH的频点个数计算 1 23 95 小区的个数 载波的个数 1 23 95 110 545 24 上面是考虑了发射功率的综合因素 但在网络变频的时候必须考虑相邻小区的个数情况 对于A B两个覆盖重叠深度不同的网络 网络A的邻区比网络B的少 因此网络B的干扰将大于网络A 邻区越多 同频碰撞概率越大 频率利用率也越低 因此无论在采用哪种频率规划技术时 应尽量控制越区覆盖 减少邻区数量 在计算频率复用因子的时候必须考虑相邻小区的数目 如果多数小区的相邻小区个数大于频率复用因子 那么服务小区与相邻小区可能存在同频现象或者存在相邻小区中存在同频现象 如果在网络过程中BSIC规划不恰当的情况下 有可能造成同BSIC BCCH 比如现网中内部的相邻小区有1492个小区 G17B1有123个GSM900的小区 那么平均每个小区有13个相邻小区 在相邻小区中 大于24个相邻小区的有3个 那么合理的BCCH分配中不会存在相邻小区同频 因此分配24个频点不会造成太多邻频干扰 一般地 频率复用就是将可用频率分成若干组 频率以组为基础分配到每个小区 每小区的频道数等于系统可用的总频道数除以频率分组的数值N N称为频率的复用系数 N愈大 整个系统内的同频小区的间隔就愈大 C I值就愈大 但是 每组可用的频道就愈少 频率利用率就愈低 相反 N愈小 C I值就愈小 因此对于一个频率规划方案而言 频率复用系数越大 干扰也就越小 因此合理的分配频率资源在网络规划和优化中起了重大的作用 MRP MultipleReusePattern MRP即多层频率复用技术 所用的频率被分为若干组 每组的频率作为独立的一层 且每层可以采用不尽相同的复用方式 一般来说 频率复用随载波数的上升逐层紧密 BCCH使用较宽松的复用方式 如5 15 6 18 7 21不同的TCH频带应用不同的频率复用方式根据网络中载频的分配 决定平均复用度 根据每小区的最大载频数和这些小区数量 调整平均复用度增加载频时极小地影响已存在的频率分配方案 增加的频点只影响载频数大于本小区的其它小区高配置小区增加及密度增大将会使频率规划越发困难 MRP功能会被大幅度削弱 MultipleReusePattern MRP 复合复用模型 是一种结合跳频的频率复用方式 通过更紧密的频率复用得