移动网络基站载频资源智能调配技术的研究

陈海明

（厦门特力通信息技术有限公司，福建 厦门 361009）

移动网络基站载频资源智能调配技术的研究

陈海明

（厦门特力通信息技术有限公司，福建 厦门 361009）

移动通信网络基站存在载频资源大量闲置、载频利用率低的情况，根据网络覆盖场景的不同，如错峰、互补等，采用基站资源智能调配的方法，可盘活闲置的载频资源、提高载频利用率、提升网络覆盖效果。

移动网络 载频资源 载频利用率 智能调配

1 引言

目前，各大移动运营商把工作重点和网络建设投入均放在LTE（Long Term Evolution）网络上，对于2G网络而言，其将面临着投资萎缩的现象。主要表现在新开站点缺乏载频、日常扩容依赖于拆闲补忙等方面。在这种形势下，2G网络压力较大，其既要应对攀升的话务压力，又要应对多项KPI指标压力。因此，如何挖掘2G网络内部空闲的载频资源、有效提升载频利用率，已成为当前2G网络维护工作的重要内容。

2 现网载频资源利用率规律

从现网来看，每个基站的载频利用率都呈现一定的波动规律[1]，具体如图1所示。

从日常的话务量统计来分析，每个小区的话务量都是一个有规律的时间函数，其波动周期以天为单位（如图1所示）。波动幅度也是一个周期函数，周期一般以周为单位。

虽然周期基本一致，但不同小区的话务量分布不同。例如在以天为周期的变化上，写字楼区域的话务量白天高、晚上低，住宅区则是白天低、晚上高。又如在以周为周期的变化上，写字楼区域星期一到星期五话务量较高，旅游景点周末话务量较高。

由此可见，在各个时间段上，不同类型的小区有不同的资源需求。目前的设计思路是按照小区的最忙时来设计容量，这不可避免地造成了一定的资源浪费。如何重新利用这些被“浪费”的资源、如何在各个小区间进行资源调配，这一直是网络优化工作研究的重点。

网络优化的资源调配工作，由于涉及到硬件的调拨（即拆闲补忙），目前的调整周期比较长，无法迅速实现载波设备的调配。因此，目前这部分工作主要针对一些话务长期稳定的变化，可操作的调度最多只能做到以天为单位的调度，实际生产中只能做到以周为单位的调度。如何做到根据话务的实时变化进行调整，这是网络优化工作研究的重中之重。

图1 24小时载频利用率按一定规律波动示意图

3 载频资源调配的实现

3.1 智能调配技术概述

当需要新增一个覆盖区（如A覆盖区）时，传统的方法是在A覆盖区新建一个基站进行覆盖。如果每个新增覆盖都采用传统方法，势必造成载频资源的浪费。载频资源智能调配方案是从后台话统服务器（如O SS[2]服务器）筛选出载频资源有富余的几个小区，将这几个载频资源有富余的小区调配到A覆盖区使用，达到A区的覆盖效果，同时盘活了其他载频有富余小区的载频资源。基站载频资源调配示意图如图2所示。

如从OSS（Operation Support System）服务器筛选出2个相互错峰的B小区和C小区。B小区覆盖写字楼小区，话务量主要集中在白天；晚上时段，载频几乎处于空闲状态。C小区覆盖KTV小区，白天几乎没有话务需求，话务量主要集中在晚上。系统可以实时判断B小区和C小区的话务忙闲状态。如在白天，系统判断B小区忙、C小区闲，此时系统将C小区的载频资源自动调配到A覆盖区；在晚上，系统判断B小区闲，而C小区忙，此时系统将B小区的载频资源自动调配到A覆盖区。

3.2 智能调配原理描述

智能调配方案由硬件和软件2部分组成。其核心部分为软件，硬件只是起到辅助的作用。硬件由近端单元、远端单元和监控单元组成。

智能调配是利用一套软件自动连接到核心网交换机，并实时登录到BSC（Base Station Controller）网元[3]，采集指定扇区的载频资源的利用情况，然后进行计算分析，形成调配指令。服务器再把调配指令发送到近端单元上，近端单元根据指令，从符合条件的基站扇区耦合出部分射频信号，传输到远端单元。经过远端单元的线性放大后，经天线发射出去，实现载频资源在不同小区之间的智能调配。

图2 基站载频资源调配示意图

3.3 智能调配实现的关键技术

（1）智能调配的切换过程

在智能调配的过程中，覆盖区会存在小区间切换的过程。如B小区信号切换成C小区的信号，C小区信号切换成B小区的信号。在切换过程中，必须设计好切换算法，并处理好切换过程，否则会出现大量掉话现象。根据基站功率控制原理[4]来设计切换算法是比较理想的方法。切换过程如下所示：

1）网管实时采集B小区、C小区的载频利用率数据，然后根据预先设计的切换阀值进行对比分析，判断是否满足切换条件。如果满足切换条件，那么系统立即发起切换流程。

2）近端单元收到切换指令。假设当前A区域由B小区提供信号覆盖，则由B小区信号切换成C小区信号覆盖A区域，此时近端单元将开启电子开关，引入C小区的信号。

3）近端将指令下发到远端，远端单元开启旁路功能，将C小区的信号引入A区域。此时，在短时间内B、C两个小区的信号共同对A区域进行覆盖。旁路功能主要由功分器、选频器、宽带步进衰减器、合路器共同实现。C小区的信号走功分器、选频器、合路器组成的支路通道，B小区的信号走功分器、宽带衰减器、合路器组成的支路通道。

4）远端再以每秒2dB的速度逐步调整旁路功能的宽带衰减器（即B小区走的支路通道）。逐渐降低B小区在A区的信号电平，直至B小区信号低于C小区信号电平6dB以上后，用户终端会根据接收到的来自不同小区的信号电平，自动触发功率切换。此时继续衰减B小区的信号电平，直至衰减31dB以上，B小区彻底退出A覆盖区。

由此可见，电子控制开关、旁路设计、功率逐步衰减是整个切换过程的关键设计内容。

（2）电子控制开关

给近端机安装自动切换的电子开关，可以实现将射频信号按要求输送到远端或是输送到RFL（Radio Frequency Load，射频负载）。电子控制开关由安装在近端的监控板控制，当需要将BTS信号输送到远端时，电子开关打开；当不需要输送BTS信号时，切断电子开关，充B TS耦合的信号直接由射频负载吸收。

（3）如何判断小区的载频利用率

要实现基站载频资源的智能调配，就必须清楚相关基站载频的实时占用情况。从话统OSS数据库是无法获取实时动态参数的，因为OSS数据库的数据滞后现网1小时。只有获取实时动态的载频时隙占用信息，才能实现有效的实时智能调配。

获取基站载频的动态实时数据，只有一条途径，即主设备厂家提供的人机交互接口。如诺基亚提供的OMC-R、摩托罗拉提供的MMI（Man-Machine Interface）。人机接口命令是GSM基站子系统的重要功能模块，它是工程师与GSM基站子系统沟通的“语言”。通过人机接口命令可以对系统进行管理与维护，获取基站每块载频的所有时隙的实时状态。

具体方法是：网管中心通过交换机并取得相应的授权后，通过telnet[5]远程登录到网元BSC，然后根据基站主设备厂家提供的人机接口命令，查询指定扇区的载频时隙状态，再根据计算公式——载频利用率（%）=100*已用时隙数/总可用时隙数，计算得到载频利用率。

诺基亚设备查看载频时隙用到的OMC-R指令为ZERO，格式如下：

......中间部分省略，输出结果如表1所示。

其中，RTSL表示时隙序号，CH.STATUS表示信道状态，有ID、FR、HR、GP这4种状态类型。ID表示空闲时隙、FR表示被用户占用的全速率信道（计算时要按2个信道计算）、HR表示被用户占用的半速率信道、GP表示被GPRS用户占用的数据信道。载频利用率的计算公式为：

摩托罗拉设备查看载频时隙用到的MMI指令为disp_cell_status，它显示特定小区或某个站所有小区的状态。可以看到小区工作状态、SDCCH及TCH的配置和占用情况。命令格式如下：

disp_cell_status cell=＜cell_desc＞|＜location＞

若输入＜cell_desc＞，则显示指定CELL的工作状态；若输入＜location＞则显示指定站上所有小区的工作状态。

例如，以下命令可显示0号站上所有CELL的工作状态：

表1 诺基亚设备ZERO指令输出的结果

disp_cell_status 0

系统响应

Start of Report for LOCATION 0:

......中间内容省略，输出结果如表2所示：

表2 摩托罗拉设备disp_cell_status指令输出结果

从表2可以看出，时隙的状态有3种，分别为FREE、INUSE和UNAVL。FREE表示空闲的时隙数量、INUSE表示已被占用时隙数量、UNAVL表示无效时隙数量。载频利用率的计算公式为：

4 试验结果

（1）试验场景描述

覆盖某商业大楼的基站为O2配置，话务繁忙出现在白天，晚上几乎没有话务。该基站全天载频利用率都较低。覆盖某娱乐城的基站也为O2配置，话务繁忙出现在晚上，忙时开启半速率后，依然存在拥塞问题，而白天几乎没有话务。这两个场景的话务模型正好形成错峰。由于这两幢楼的话务高峰正好错开，试验期间，可采用网络资源智能调配方案，从商业大楼室分基站动态调配载频资源到娱乐城，解决娱乐城的拥塞问题。

（2）试验方案

从商业大厦室分基站（O2）的射频输出口，通过耦合器耦合0dBm左右的信号。通过近端单元，采用光纤进行传输，再由远端单元放大，与娱乐城室分基站合路后，一起覆盖娱乐城。试验方案拓扑图如图3所示。

通过软件采集来分析商业大厦和娱乐城这两个基站的载频实时利用情况。当娱乐城基站载频利用率达到80%以上，且商业大厦基站的载频利用率小于50%时，将商业大厦基站的载频资源动态调配到娱乐城，协助娱乐城基站一同进行覆盖。

（3）试验结果

术前准备:备好负压吸引器、氧气、气管插管等抢救用品及药物。患者术前需要排空膀胱,护士要给予指导,准备完成后进入取卵室,核对患者信息,确认签字无误,这部分工作由三方人员完成,巡回护士、手术医师及实验室人员,之后即进入手术过程。

两个基站开通前后的话务量变化曲线图如图4所示。

从图4可以看出，两个基站在开通前后，话务量均发生了变化。商业大厦基站吸收了部分娱乐城场景的话务量，日均话务量上升，每天增加45Erl左右，这就解决了娱乐城基站的拥塞问题。试验效果明显，达到了载频资源智能调配和话务分流的效果。

图3 试验方案拓扑图

5 结束语

通过后台软件实时判断指定小区的载频利用率，再结合射频硬件，从而实现了基站间载频的智能调配。通过该方法，盘活了网络中闲置的载频资源，有效提高了网络的载频资源利用率。该方法解决了当前2G投资萎缩、缺乏载频，既要应对攀升的话务压力，又要应对各项KPI指标的难题，同时该方法能够给运营商带来极大的经济效益，使网络质量和客户感知度都能够得到显著提升。

图4 两个基站开通前后的话务量变化曲线图

[1] 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: 20-45.

[2] 3GPP TR 25.942 V6.1.0. Radio Frequency (RF) system scenarios[S]. 2012.

[3] 3GPP TS 48.051 V10.0.0. Base Station Controller - Base Transceiver Station (BSC-BTS) interface[S]. 2011.

[4] 刘良华,代才莉. GSM基站系统运行与维护[M]. 北京: 科学出版社, 2012: 30-50.

[5] 马坤,杨波. Telnet协议在网管系统中的应用[J]. 信息技术与信息化, 2006(4): 125-127.★

陈海明：工程师，毕业于北京林业大学，现任职于厦门特力通信息技术有限公司，长期从事移动通信工作，对网络建设、网络优化以及网络设备设计开发有较深的了解和研究。

金光：宁波大学信息科学与工程学院教授，主要研究方向为网络与移动计算、信息安全。

江先亮：博士研究生就读于浙江大学计算机科学与技术学院，研究方向为网络与移动计算。

Research on Intelligent Allocation Technique of Carrier Frequency Resource in Mobile Network Base Station

CHEN Hai-ming
(Xiamen TETECOM Information Technology Co., Ltd., Xiamen 361009, China)

In view of large amounts of vacant and underutilized carrier frequency resources in mobile network base station (BS), these frequency resources can be reused by means of intelligent allocation method of BS resource according to different network coverage scenes including off-peak and complementation to enhance both carrier frequency utilization and the effect of network coverage.

mobile network carrier frequency resource carrier frequency utilization intelligent allocation

10.3969/j.issn.1006-1010.2015.07.013

TN929.53

A

1006-1010(2015)07-0061-05

陈海明. 移动网络基站载频资源智能调配技术的研究[J]. 移动通信, 2015,39(7): 61-65.

2014-12-18

责任编辑：刘妙 liumiao@mbcom.cn