GSM频率规划介绍比较实用PPT课件

1、1,GSM网络频率规划简介,河南联通网优中心 2008年7月,内部资料 注意保密,2,频率规划的目的,对于移动通信，频率资源始终是一项珍贵资源。提高频谱资源利用效率就是在有限的频谱资源范围内，在保证网络质量可以被接受的前提下，提高网络容量。 在不考虑增加频率资源的前提下，提高GSM的网络容量的途径主要有两个：一是小区分裂，通过增加基站密度，提高网络容量；二是频率复用技术。 要提高网络容量，就必须对有限的频率资源进行重复使用；频率复用提高了网络容量，但又带来了新问题通话质量的恶化，如何取得网络容量和话音质量的平衡是频率规划必须解决的问题。也就是说，一个良好的频率规划可以在维持良好话音质量的基础上

2、实现网络容量的提升。,3,主讲人 ：杨继东 电话：E_mail: yangjidong,4,频率规划的原则,同基站内不允许存在同频、邻频频点； 同一小区内BCCH和TCH的频率间隔最好在400K以上； 没有采用跳频时，同一小区的TCH间的频率间隔最好在400K以上； 直接邻近的基站应避免同频（即使其天线主瓣方向不同，旁瓣及背瓣的影响也会带来较大的干扰）； 考虑到天线挂高和传播环境的复杂性，距离较近的基站应尽量避免同频、邻频相对（含斜对）； 通常情况下，1*3复用应保证参与跳频的频点应是参与跳频载频数的二倍以上； 重点关注同频复用，避免在邻近区域存在同BCCH同BSIC

3、的情况。,5,频率配置,一、GSM网络900/1800MHz频段 二、我国陆地蜂窝移动通信业务的频率分配 三、频率复用方式 四、干扰保护比 五、保护频带,6,一、 GSM网络900/1800MHz频段,双工收发间隔 （1）在900MHz频段，双工收发间隔为45MHz （2）在1800MHz频段，双工收发间隔为95MHz,7,无线频谱的分配,8,二、我国陆地蜂窝移动通信业务的频率分配,9,我国蜂窝频率分配图,806,数字集群,851,数字集群,825,821,843,866,10,采用等间隔频道配置的方法GSM 900MHz,在900MHz频段，共25MHz带宽，载频间隔200KHz，频道序号为

4、1124，其中，中国移动占用194频道（890909/935954MHz），中国联通占用96124频道（909915/954960MHz）。 频道序号和 频道标称中心频率关系为： fl(n)=890.200+(n-1)*0.200MHz fh(n)=fl(n)+ 45MHz,11,GSM 900MHz各频道组的频道号,12,采用等间隔频道配置的方法DCS1800MHz,在1800MHz频段，共45MHz带宽，载频间隔200KHz，频道序号为512885 。其中：中国移动占用前10MHz ，512559频道，中国联通占用后10MHz， 687736频道。频道序号和频道标称中心频率关系为： fl(

5、n) = 1710.200+(n-512)*0.200MHz fh(n) = fl(n)+95MHz,13,中国联通GSM 1800MHz占用的频道号,中国移动GSM 1800MHz占用的频道号,14,三、 频率复用方式,1、频率复用概念 频率复用技术是指同一载频的无线信道用于覆盖不同的区域，这些区域彼此相隔一定的距离，以便把频率干扰控制在系统允许范围内，这样作的结果相当于宝贵的频率资源获得再生。 在按蜂窝结构的移动网中，蜂窝小区是以N个正六边形组成群，各蜂窝小区群可以按一定的规律使用相同的频率组。假设每个群有N个小区，则需用N组频率。 频率复用结果，使系统内部必然会产生频率干扰，因此必须采取

6、抗干扰措施，使频率干扰控制在系统允许范围内。,15,2、频率复用方式 根据GSM体制的推荐，GSM无线网络规划基本上采用4*3频率复用方式，即每4个基站为一群，每个基站分成3个三叶草形60扇区或3个120扇区，共需12组频率。因为这种方式同频干扰保护比C/I能够比较可靠的满足GSM标准的要求。,16,GSM本身采用了许多抗干扰技术，如跳频、自动功率控制、基于话音激活非连续发射、天线分集等，这些技术合理利用，将有效提高C/I比，因此可以采用更紧密的频率复用方式，增加频率复用系数，提高频率利用率。比较典型的频率复用方式除4*3外，还有3*3、 2*6、1*3及多重频率复用MRP(Multiple

7、Reuse Patten)。各种复用方式的复用图如下。,17,4*3频率复用方式,18,3*3频率复用方式 采用3*3频率复用方式，一般不需要改变现有网络结构，但容量增加有限，同时需要采用跳频技术降低干扰。,19,2*6频率复用方式 采用2*6频率复用方式，虽然可较大提升系统容量（约是4*3复用的1.6倍），但需要对天线系统及频率规划作较大的调整。要求系统具备自动功率控制、不连续发射、跳频（一般基带跳频）等功能，另外对天线系统要求较高，需配置高性能的窄带天线。,20,1*3频率复用方式 采用1*3频率复用方式必须注意三点：一是必须采用射频跳频、自动功率控制、不连续发射、天线分集等技术有效地降低

8、干扰，二是要保证一定的跳频频点数，第三是频率加载率必须控制在50%以下，同时需加强网络优化，才能获得比较好的效果。,21,TCH的13,T1 :f1, f4, f7, f10 , f13 , f16 MAIO=0,2,4,6,8 T2 :f2, f5, f8, f11 , f14 , f17 MAIO=1,3,5,7,9 T3 :f3, f6, f9, f12 , f15 , f18 MAIO=2,4,6,8,10,Site(A): HSN=1 Site(B): HSN=2 Site(C): HSN=3 Site(D): HSN=4 .,22,TCH的11复用方式,T1 :f1, f2, f3

9、, f4 , f5 , f6 , f7 , f8 , f9 , f10 S1:MAIO=0,6,12,18, S2:MAIO=2,8,14,20, S3:MAIO=4,10,16,22 Site(A): HSN=1 Site(B): HSN=2 Site(C): HSN=3 Site(D): HSN=4 .,23,多重频率复用方式又称为分层频率复用（MRP）。它可以在同一个GSM网络内，根据需要采用几种不同的频率复用方式。如下图所示，L表是小区中频率层，F表示层中的频率复用方式，越到上层频率复用越紧密。显然多重频率复用方式可以更合理的按照网内话务密度分布情况，不同的区域采用不同的复用方式，在大

10、幅度提升网络容量的同时，可以较好地保证网络质量。,多重频率复用(MRP),24,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。,25,多重频率复用(MRP),频率多重复用MRP的特点 提高了网络容量，频率复用逐层紧密，较大地 提高了频率利用率。 信道分配灵活，可根据容量需求及话务分布情况灵活进行频率规划。 可释放出一些频点用于优化频点或微蜂窝。 可采用功控技术及不连续发射技术来降低干扰。,26,各种复用方式容量比较,从上表可以

11、看出，频率复用越紧密，容量增幅越大；可用频带越宽，增容的幅度越大。,27,四、 干扰保护比,干扰保护比C/I可由下式确定： C/I=10nD/RA() 式中：n传播衰落系数，经验值取3.35 D同频干扰站至被干扰小区远端边缘的距离 R干扰源小区半径 A()天线耦合系数（为天线耦合夹角），由干扰站天线的水平面方向图和干扰方向偏离角度确定。实际上，干扰来自各个方向，因此总的干扰应为来自各个方向干扰的和。,28,干扰,0dB -9dB,9dB 0dB,fc,fc+200kHz,fc,f,f,Relative power(dB),Relative power(dB),C/Ic,C/Ia1,carrie

12、r,interferer,carrier,interferer,(C/Ic)9dB,(C/Ia1)-9dB,(C/Ia2)-41dB,(C/Ia1)-49dB,同频干扰,邻频干扰,29,30,载干比,GSM系统中，对载干比的要求是： 同频载干比： C/I9dB；工程中加3dB余量，即C/I12dB 邻频载干比： C/I9dB；工程中加3dB余量，即C/I6dB GSM的频率规划通常采用43复用方式。对于业务量较大的地区，还可以采用其它的复用方式，如33、13。无论采用哪种复用方式，必须满足干扰保护比的要求。 载波偏离400KHz时的载干比： C/I（载波/干扰）41dB,31,五、保护频带,原

13、则：移动通信系统满足干扰保护比要求 GSM900系统，移动和联通两系统之间应留有保护带宽。 GSM1800系统与其它无线电话系统的频率相邻时，应考虑相互干扰情况，留出足够的保护带宽。,32,跳频技术,一、概述 1、为了提高系统信道编码及交织的有效性，可以采用跳频技术，慢跳频的原理是，所有移动台依据从一个算法中导出的频率序列上发送它的时隙。移动台在一个时隙上发射或接收，下一个时隙又跳到另一个频率上发射或接收。 2、跳频算法的参数是在呼叫建立及切换时发给移动台的，每一突发脉冲序列改变一次频率，跳频的速率大约为217次/秒。 3、支持广播控制信道（BCCH）的物理信道不跳。 4、基地台与移动台在一个

14、小区内，跳频是同步的。 5、同一呼叫，TDMA第N帧时用C0而第N+1帧时用C1。 6、对慢速移动终端，跳频改善通话质量明显，大约有6.5 dB系统增益。,33,二、GSM系统采用跳频的目的,1、频率分集（多径衰落分集）： 多径传播导致频率选择性衰落. 跳频可使呼叫在话音质量严重降低之前跳出衰落低谷. 跳频频率愈多, 跳频增益愈大. 跳频在抵抗多径衰落方面的益处对于慢速移动的移动终端比快速移动的移动终端显著.,34,2、干扰分集： 在某一固定频率的强干扰仅对跳频信号在瞬间内有影响 - 强干扰被分为若干个弱干扰. 缘于交织技术以及信号处理技术, GSM能非常有效地抵制瞬间干扰和弱干扰.,35,跳

15、频的干扰分集效果,4个频率跳频的例子,F1,F2,F3,F4,经过解交织、前向纠错后：干扰得到抑制,跳频得到的TDMA- 在F1到F4上跳频：连续的干扰被离散为瞬间干扰,36,上图：跳频对Rxqual (BER)略有改善 下图：跳频可显著改善丢帧率 (20-30%),跳频主要改善丢帧率FER 引入跳频技术后，我们发现某一CI值所对应的RXQUAL值和非跳频网络是相似的，但在解码后所得到的误码率和帧删除率主要依赖于跳频数量的多少和系统负载情况，因此在跳频网络仅仅用CI或QXQUAL来评估跳频网络是不够的。在跳频网络解码后的误码率和帧删除率的指标才能衡量网络的质量。,37,跳频的方式,SFH是分离

16、复用的关键 SFH使得一个TRX工作在多个载频上 跳频频率愈多, 跳频增益愈大 必须采用宽带耦合器,BFH不支持分离复用 一个通话在几个工作在不同载频 上的TRX上顺序传输. 一个TRX对应一个频点，更多的跳频点意味着更多的TRX. 可采用谐振腔耦合器。,S(t),fz(sn),TRX1,TRX2,TRXn,fa(s1),fb(s2),L0= Fa, Fb, ?, Fz,S(t),TRX,fa(s1),fb(s2),fz(sn),. . .,基带跳频原理,合成器跳频原理,38,跳频技术,基带跳频,收发信机数量与频率数相同 各收发信机的工作频率固定 信道在不同时隙使用不同收发信机,f2,f4,f

17、1,f2,f3,f4,f5,f6,Call 1,Call 2,Narrowband Combiners,39,跳频技术,合成器跳频,收发信机的工作频率在不断地改变 频率数与收发信机数无关 信道始终通过制定的收发信机传输信息,f1 f2 f3 f4 f5 f6,f2,f4,Call 1,Call 2,f1 f2 f3 f4 f5 f6,Broadband Combiners,40,基带跳频与合成器跳频的关键区别,两者均可用来改善网络质量或提高网络容量 基带跳频的效果受收发信机数量的限制;每个发信机只能对应1个频点，当携带BCCH的TRX出现故障时，易导致整个小区瘫痪；衰耗小，仅为3.5dB; 合

18、成器跳频与收发信机数量无关 可以在宽广的频谱上进行跳跃 使得跳频的效率充分发挥 配置高时耦合器的衰耗大，H2D时，衰耗4.5dB,H4D时，衰耗8dB. 携带BCCH的TRX优先级最高，当出现故障时携带BCCH信道的TMDA帧能自动通过另一个载频发射出去。,跳频技术,41,跳频技术,MAMobile Allocation HSNHopping Sequence Number MAIOMobile Allocation Index Offset Occupancy Rate,跳频系统参数,42,跳频技术,参数名称：移动分配 英文名称：MA：Mobile Allocation Frequency

19、List 参数描述：GSM系统中的移动分配（MA）指示了一个跳频用的频率集合，即：对于某个小区，一旦确定了其MA，那么在该小区中通信频点将按一定的规律在MA给出的集合中跳变。 数值范围： GSM900系统：1124，9751023 GSM1800系统：512885 默认值 ： 设置说明及影响：MA应根据网络设计要求设置。另外每个MA集合中的元素个数不可以超过63个。MA中不可以包含BCCH载频。,43,跳频技术,参数名称：跳频序列号 英文名称：HSN：Hopping Sequence Number 参数描述：GSM系统中，每个小区所使用的载频的集合用“小区分配（CA）”表示，记为R0，R1，R

20、N1，其中Ri表示绝对频道号。对于每次通信过程，基站和移动台所用的载频的集合用“移动分配（MA）”表示，记为M0，M1，Mn1，其中Mi表示绝对频道号。显然MA是CA的一个子集。 在通信过程中，空中接口上采用的载频号是集合MA中的一个元素。变量“移动分配索引（MAI）”即用来确定集合MA中一个确切的元素，0MAIn1。根据GSM规范05.02的给定的跳频算法，MAI是TDMA帧号FN（或缩减帧号RFN）、跳频序列号（HSN）和移动分配索引偏置（MAIO）的函数。其中HSN确定了跳频过程中频点运行的轨迹，相邻的、采用相同MA的小区，取不同的跳频序列号可以保证在跳频过程中频率的利用不发生冲突。 在

21、GSM规范中规定BCCH信道不允许参加跳频，而BCCH信道又必须分配在时隙0上。 数值范围：063，其中0为循环跳频，其它为随机跳频。 默认值 ： 设置说明及影响：HSN可以根据需要在可选范围内选取，但必须注意采用相同频率组的小区必须采用不同的HSN。,44,跳频技术,参数名称： 移动分配索引偏置 英文名称：MAIO Offset 参数描述：GSM系统中，每个小区所使用的载频的集合用“小区分配（CA）”表示，记为R0，R1，RN1，其中Ri表示绝对频道号。对于每次通信过程，基站和移动台所用的载频的集合用“移动分配（MA）”表示，记为M0，M1，Mn1，其中Mi表示绝对频道号。显然MA是CA的一

22、个子集。 在通信过程中，空中接口上采用的载频号是集合MA中的一个元素。变量“移动分配索引（MAI）”即用来确定集合MA中一个确切的元素，0MAIn1。根据GSM规范05.02的给定的跳频算法，MAI是TDMA帧号FN（或缩减帧号RFN）、跳频序列号（HSN）和移动分配索引偏置（MO）的函数。其中MO是MAI的一个初始偏移量，其目的是为了防止多个信道在同一时间内争抢同一个载频。 数值范围：063 默认值 ： 设置说明及影响：当设备采用射频跳频时MO由设备在基站的程序中自动生成；否则MO可以由网络操作员设置。在后一种情况下，网络操作员在设置时需注意： 采用同一组MA的不同小区，在MO的取值上应保持

23、一致。 采用不同的MO，可以让同一站址的不同扇区使用相同的频率组（MA）而不发生频率冲突。,45,MA就是跳频的频率 HSN就是MA的跳频次序 HSN063 0循环顺序（Cyclic） 163随机（Random） 例如Cell A的MA=1,4,7,10,13, 使用HSN0，频率的排列次序1,4,7,10,13, 使用HSN1，频率的排列次序7,1,13,4,10, 使用HSN2，频率的排列次序1,10,4,13,7,Cell A M A=1,4,7,10,13,Cell B M A=2,5,8,11,14,Cell C M A=3,6,9,12,15,跳频技术,46,跳频技术,Cell A

24、 MA=1,4,7,10,13,MAIO就是MA的跳频起始点 例如Cell A的MA=1,4,7,10,13, 使用HSN2，跳频次序1,10,4,13,7, 使用MAIO0，跳频次序1,10,4,13,7, 使用MAIO1，跳频次序10,4,13,7,16, 使用MAIO2，跳频次序4,13,7,16,19, 如果Cell A内有2个TCH载频 第1个TCH载频使用MAIO0 那第二个TCH载频不能使用MAIO0 目的是避免Cell内的同频干扰,Cell B MA=2,5,8,11,14,Cell C MA=3,6,9,12,15,47,跳频技术,Occupancy Rate,Occupan

25、cy Rate 就是我们所说的频率负荷 TCH载频数/MA,Cell A MA=1,4,7,10,13,16,19,22,25 TCH载频3,Cell A的Loading/Occupancy Rate = 3/9 =33.3%,48,链路预算,链路预算是无线网络规划的基本步骤，是估算无线网络规模的简便方法。 链路预算基于移动台和BTS之间上下行链路的最大允许路径损耗和基站所在区域的无线传播模型，计算在特定环境下一个基站的最大覆盖范围。,49,链路预算的参数,50,链路预算的参数,合成器衰耗,51,链路预算的参数,馈线衰耗,7/8“的馈线衰耗值: 4dB/100m (900MHz) 6dB/10

26、0m (1800MHz) 2.5dB/40m (900MHz收发共用馈线) 3.5dB/40m (1800MHz收发共用馈线) 跳线衰耗值 0.5dB(900MHz) 1dB(1800MHz),52,链路预算的参数,接收灵敏度,53,链路预算的参数,基站发射功率,54,链路预算的参数,移动台的参数,55,链路预算的参数,基站发射功率,56,链路预算,L Loss =EIRP - EIAP EIRP=Tx PA Output Combiner - Common Cable Loss +Antenna Gain EIAP=Effective Isotropic Available Power(dB

27、m),无线链路损耗,EIRP,EIAP,57,链路预算,58,链路预算,59,链路预算,天线增益,全向天线 Default 6.5 V with 11 dBi gain 定向天线 Default 65H/6.5 V with 18 dBi gain,dBd = dBi - 2.15dB dBi:以等向同性天线(Isotropic Antenna)为基准计算的天线的有效辐射功率。 dBd:以半波偶极天线（Dipole Antenna)为基准计算的天线的有效辐射功率。,60,链路预算,61,无线波的传播方式,1).直线传播 2).反射 3).透射 4).绕射,4,1,3,2,62,自由空间传播,B

28、,d,D,A,L = 20 log F + 20 log D + 32.44 L = path loss in dB F = frequency in MHz D = distance in km L increases as the square of the distance Figures at 1 km F = 900 MHz, L = 91.52 dB F = 1800 MHz, L = 97.54 dB,63,传播方式,64,传播模型,在无线网规划中通常通过传播模型估算基站的覆盖范围，模型的准确性关系到规划和建设的合理性和经济性。 目前常用的传播模型主要是经验模型和确定性模型。经验

29、模型又叫统计模型，确定性模型考虑了更多的无线传播环境因素，但计算复杂，需借助高精度数字地图和工具软件的支持。经验模型容易实现且计算速度快，但应用不同的无线环境时需要进行模型校正来保证准确性。目前蜂窝移动通信网络规划以经验模型为主。,65,传播模型,66,传播模型,Okumura - Hata Model,L = 69.55 + 26.16 Log(F) - 13.82 Log(H) + (44.9 - 6.55 Log(H) Log(D) + C,L = Path Loss in dB F = Frequency in MHz (between 150 and 1500 MHz) H = Ef

30、fective base station antenna height in meters (between 30 and 200 m) D = Distance from transmitter to receiver in kilometers (between 1 and 20 km) C = Correction factor for environment type: = 0 dB for dense urban area = -5 dB for urban area = -8.3 dB for suburban area = -21 dB for rural quasi open

31、area = -26 dB for rural open area,67,传播模型,COST 231 - Hata Model,L = 46.3 + 33.9 Log(F) - 13.82 Log(H) + (44.9 - 6.55 Log(H) Log(D) + C,L = Path Loss in dB F = Frequency in MHz (between 1500 and 2000 MHz) D = Distance from transmitter to receiver in kilometers (between 1 and 20 km) H = Effective base

32、 station antenna height in meters (between 30 and 200 m) C = Correction factor for environment type: = -2 dB for dense urban environment: high buildings, medium and wide streets = -5 dB for medium urban cities and wide streets = -8 dB for dense urban environment: high residential buildings, wide str

33、eets = -10 dB for medium suburban environment, industrial areas and small homes = -26 dB for rural with dense forests and quasi no hills,68,传播模型,69,规划软件常用传播模型,目前常用的规划软件有PLANET,TEMS CELLPLANER等，其中PLANET的通用模型（general model）是基于Hata模型和Cost231模型的，针对两者的不足，在模型中增加了地物校正因子和绕射损耗。,70,传播模型,Example of the standar

34、d model in PlaNET tool,PRX = PTX+ K1+ K2 log(d)+ K3log(Heff)+ K4Diffraction+ K5 log(Heff)log(d)+ K6(meff)+ Kclutter + Gant,PTX Transmit power (EIRP) in dBm PRX Receive power in dBm K1 Constant offset in dBm K2 Multiplying factor for log(d) K3 Multiplying factor for log(Heff)-compensates for gain due to antenna height K4 Coefficient to weigh diffraction loss K5 Okumura-Hara type of multiplying factor for log(Heff)log(d) K6 Correction factor for the mobile effective antenna height gain K6 (Hmeff) d Dist