应对高业务密度需求的无线网结构调整策略研究

肖秀琴，姚锐，于航

（1.中国移动通信集团设计院有限公司重庆分公司，重庆 401147；2.重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065）

1 引言

中国移动现有的GSM、TD-SCDMA（3G）、TD-LTE（4G）具有不同的覆盖能力和业务应用场景。随着用户数和移动业务量的不断增长，网络规模的不断扩大，网络内外出现的问题日益突出[1]。3G长期受限于技术体制和产业链，网络覆盖并不完善，而4G正处于建设中，均未能明显分流承载GSM网络上的业务，3G、4G终端的业务仍然大量承载在GSM网络上。同时在某些城区尤其是广大农村地区，GSM终端的占有率依然较高，GSM网络目前呈现出语音业务增速趋于平稳，而数据业务仍然快速增长，整体业务量居高不下的趋势。从中国移动的定位以及投资保护的角度来看，GSM必将长期存在和持续运营。由于早期建设过于粗放，没有很好地依据用户分布来合理地配置网络资源，结构性问题的隐患逐渐显现，亟待解决。

图1 研究方法逻辑架构

2 无线网络结构调整方法研究

在无线网络结构中，高业务密度区的问题最为突出，其研究方法架构如图1所示：

2.1 网络频率资源和基站能力分析

（1）基站扇区模型分析

移动通信中的基站扇区通常采用蜂窝模型，典型的是三扇区基站模型。两基站站间距为Dmin，六边形小区覆盖半径为R，Dmin=3R/2，单站点面积S与小区半径R之间有S=KR2的关系，其中三扇区K取1.95。

（2）载频配置与话务量关系

根据ERL-B表，在2%信道阻塞率条件下，TRX配置与话务量的对应关系如表1所示：

表1 TRX配置与话务量关系

（3）话务容限分析

根据单基站覆盖面积和不同TRX配置下的基站话务量承载能力，计算各类型基站在不同站间距下其业务密度的理论最大极限，具体如表2所示：

表2 不同站间距下的业务密度理论极限

（4）频率资源分析

目前中国移动使用的900M系统有19MHz带宽，而1800M系统有20MHz带宽。不同的复用模式下，可以得到不同的最大站型，其中在复用模式4×3、3×3、2×3下，考虑19MHz带宽，最大站型分别是S8/7/7、S10/10/10和S14/14/14。现网通常使用4×3频率复用方式。

2.2 应对高业务密度需求的容量解决方法

（1）小区分裂

小区分裂将拥塞小区分为更小的小区，通过提高信道复用次数来提高系统容量。但小区不是无限可分的，现阶段再靠大规模小区分裂来增加网络容量已不现实[2]。

（2）频率复用

频率复用指的是使用同一频率覆盖不同的区域，同时要满足一定的同频复用距离将同频干扰抑制到允许的指标范围以内。

（3）半速率

从理论上来讲，一个全速率信道作为2个半速率信道来使用，网络容量将扩大1倍。实际上网络容量通常达不到理论状况，半速率在明显增加网络容量的同时，话音质量也有一定程度的下降，一般用于解决话务突发增长或低资费用户较多的区域，在热点区域应慎重使用。

（4）自适应多速率（AMR）语音编码技术

AMR语音码器可以对语音信号进行8种速率编解码，更加智能地解决了信源和信道编码的速率分配问题[3]。相比固定的编码模式提高了语音质量，AMR可以维持一定的语音质量（MOS）、降低C/I要求、提高容量。

在各种编码方式下，语音质量的总体情况如下：

AMR-FR（AMR全速率）>EFR（增强型全速率）>AMR-HR（AMR半速率）≈FR>HR

（5）相关干扰消除技术

上行链路可采用IRC（干扰抑制合并）技术。IRC可以在很大程度上改善上行信号的接收质量，提高上行信号的增益，密集城区可以减少上行干扰3～5dB。下行链路可采用单天线干扰消除SAIC和双天线接收分集MSRD，SAIC是3GPP R6引进的技术，用于手机的单天线接收场合，通过信号处理技术降低干扰对下行信号接收的影响，跟IRC技术相比是上下行解调性能平衡的互补。

（6）分层小区技术

分层小区技术由于网络分层，小区叠加，从而增加了网络容量。在城区宏基站小区分裂已不具有空间的情况下，加强微蜂窝和室内覆盖能够缓解宏蜂窝的话务压力。一般可分为高层站、中层站、低层站和室内站。

（7）载波池

GSM“载波池”的概念应包括2层含义：一是基站资源需集中配置，二是需要具备无线资源动态调度系统。载波池的使用提高了资源利用率，实现存在一定的话务互补性的不同类型之间的载波资源调度[4]。

（8）分布式基站和小区合并

分布式基站和小区合并技术把传统的宏基站设备按照功能划分为2个功能模块。这样做会使建设难度和建设费用降低，建设周期缩短，但增加了故障点。

3 无线网络结构调整策略研究

综合考虑现网运营实际情况以及结构性问题解决方法的效率和成本，制定出无线网络结构调整策略的应用流程，具体如图2所示：

图2 无线网络结构调整的应用流程

（1）新增载频

判决条件：目标区业务密度×（1-室内覆盖占比）<指定站距下理论支撑密度

若目标话务量满足判决条件，则考虑增加载频，之后进入步骤（2），判决是否满足双频网引入时机。

（2）建设双频网

双频网是多频技术的一种，多频技术是指同一移动网采用不同的无线频段[5]。高话务密集区站间距一般来说已经相对较小，而且1800M频率资源丰富，建设双频网成本和可行性均优于新建站。GSM900和GSM1800基站在不同站间距下的支撑业务密度及双频网合计的支撑业务密度如表3所示：

表3 GSM900和GSM1800基站在不同站间距下及双频网合计的支撑业务密度

A判决条件：目标区业务密度×（1-室内覆盖占比）达到或接近指定站距下900M单频网理论支撑密度

B判决条件：目标区业务密度×（1-室内覆盖占比）<指定站距下双频网理论支撑密度

若目标话务量同时满足判决条件A和B，则建设双频网；若不满足A判决条件，则完成步骤（1）后结束；若不满足B判决条件，则进入步骤（3）。

（3）小区分裂

定向小区分裂有2种方式，3N分裂后，新小区半径是原小区半径的0.58倍；4N分裂后，新小区半径是原小区半径的1/2。根据实际环境进行小区分裂，若小区分裂平均站间距大于300m，可进行小区分裂；若小于300m或实际受限，则进入步骤（4）。

（4）建设街道站立体覆盖网

街道站应建立在话务量密度较大的区域，不要求连续覆盖，热点区域做到区域性连续覆盖即可。街道站覆盖半径控制在50m左右，推荐使用室外型宏基站。

（5）在以上各阶段进行的同时，建设室内覆盖，减轻宏站压力。

（6）根据业务区域特点在话务相关性的区域采用载波池技术，满足热点区域峰值话务。

（7）对半速率话务量比例高的区域，采用AMRHR等技术。

4 无线网络结构调整策略应用实例

4.1 某地现网结构分析

（1）高业务密度区域筛选

需要提取某地GSM宏基站数据、扇区数据和三维地图，通过仿真计算后得到的城区业务密度情况如图3所示：

图3 城区业务密度

城区平均业务密度为616.5Erl/km2，图中黄色区域高于600Erl/km2，而红色区域高于1200Erl/km2。按照业务密度分布的不同，划分出某地的高业务密度区域为中心区，平均业务密度高于1000Erl/km2。

（2）业务密度分析

对中心区900M和1800M宏基站各小区的TRX数进行统计，其中900M宏小区TRX数达到6.43而1800M宏小区TRX数达到6.92。

中心区的宏站配置、总话务量及业务密度情况具体如表4所示：

表4 中心区情况汇总

从表4可以看出，中心区单站业务密度已超过300m站距下的单站支撑业务密度1109.23 Erl/km2。

（3）TRX分析

在已有的设备上新增载频成本最低，提升容量快。按照前述分析，考虑平均站型配置S7/7/7，中心区各小区平均载频数都接近7，因此进一步增加载频的空间有限。

（4）双频网宏站话务分析

在高业务密度区域，1800M单载频承载业务量与900M相当，都在3.6Erl/载频左右；从表4可以看出1800M站点总量少于900M，可以继续发展双频网来避免900M的频率规划困难。

（5）站间距分析

为考虑小区分裂的可行性，对某地的高话务密集区进行站间距分析，其中900M宏站的站间距达到0.29km而1800M宏站的站间距达到0.31km。

下面为全面分裂后的情况，如表5所示：

表5 全面分裂后的站距

根据国外运营商经验，密集城区的站间距一般不会小于200～300m，因而现阶段小区分裂已不能大范围使用。

（6）微蜂窝负荷分析

室内产生的业务比例通常较高，其中一部分业务量是由宏蜂窝吸纳，一部分是室内覆盖吸纳。某地移动热点区域的微蜂窝，其业务量比重分布为：宏站业务占比81.30%，微站业务量占比18.70%。从业务量比重来看，微站的业务量占比偏少，应加大微站的建设力度。

（7）半速率话务比例分析

半速率用于忙时吸收突发话务，并不作为常规的容量解决手段，一般要求话务比例不超过15%为宜。而在某地高业务密度的中心区，忙时半速率话务比例达到了15.35%，在设备条件具备的条件下，应在忙时适时开启AMR-HR，以提高通话质量。

4.2 整体解决方案

热点区域当前业务密度、载频配置、站间距等情况如下：中心区的业务密度为1649.81Erl/km2，900M宏站站间距为0.29km，载频数为6.3，而1800M宏站站间距为0.31km，载频数为6.92。

根据热点区域当前情况，按照无线网络结构调整策略流程分析，得到如下网络结构调整解决方案，具体如表6所示：

表6 网络结构调整解决方案

5 总结

在用户规模和业务量不断攀高的现阶段，虽然中国移动3G、4G网络建设已逐渐开展，但目前仍未明显分流业务，GSM将长期作为重要的基础网络而存在。针对GSM网络进行持续调整和优化，对于保证良好的用户体验、保护投资均具有重要意义。由于前期的建设方式较为粗放，GSM网络在容量、频率、干扰等方面的结构性问题逐渐凸现。针对在运营实践中出现的GSM网络结构性问题进行了深入分析，从理论计算到实际解决方法进行了研究，归纳总结了一整套行之有效、易于操作的无线网络结构调整策略和流程，并在现网中进行了实践。

[1]吴猛.GSM网络覆盖分析系统的研究与实现[D].北京:北京邮电大学, 2011.

[2]张奇.如何提高GSM网络的容量[J].移动通信, 2000(1).

[3]Michel Mouly, Marie-Bernadette.GSM数字移动通信系统[M].骆健霞,顾龙信,徐云宵,译.北京: 电子工业出版社, 2000.

[4]赵谡.GSM无线利用率评估及在网络建设中的应用探讨[J].通信与信息技术, 2010(3).

[5]张威.GSM网络优化——原理与工程[M].2版.北京: 人民邮电出版社, 2010.