GSM900/1800双频无线网络参数及其调整[原创]

gutao

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  [摘要]    本文在介绍GSM900／1800无线传播特性和组网原则的基础上，阐述了对无线网络性能影响较大的双频无线网络参数的含义和调整原理。
[关键词]    双频网络；无线参数；优化调整
1  概  述
　    近年来，数字移动通信GSM网络在中国得到了飞速的发展，截至1999年8月份，全国GSM用户已突破2000万。据保守的估计，2005年移动用户数将接近固定用户，达到1亿用户，其中GSM用户将超过8000万，并且用户会更集中。但用户的剧增同样使网络的发展承受了巨大的压力，GSM900由于受到频率资源的限制，最大能承载的用户数应在4000万左右，已无法满足GSM网络的发展需求，因此GSM1800系统的广泛应用已成为GSM网络发展的必然途径。目前在北京、上海、广州、福建、江苏等地已相继开始建设和应用GSMl800系统。
    GSM900和GSMl800双频网络是网络容量和网各覆盖两方面需求相互融合的最有效的方法之一，而其主要功能的实现极大地依赖于GSM900／1800双频无线网络参数的设置，这些参数主要包括小区选择／重选、双频话务切换等控制参数的调整。本文将在900MHz和1800MHz无线传播特点和双频组网原则的基础上，重点介绍部分双频无线网络参数及其调整方法。
　
2  GSM900／1800双频网络
　
2．1   900MHz和1800MHz无线传播特性
    不同频段的无线电波传播路径是不同的，对于900MHz频段的无线通信系统而言，电波传播方式主要是空间波，即直射波、反射波的合成波。由于手机经常不断地受到周围(几米至几十米内)几何形状和大小不同的建筑物、树木及其它障碍物或地形起伏的影响，其接收场强的变化是相当复杂的。这种由传播路径引起的散射、反射、绕射或因障碍物形成的直线路径上的阴影的多径组合使到达手机的信号幅度、相位和入射角等都是随机的，因而手
机有时仅移动几米，接收场就可能出现较大的起伏，这种起伏的变化速率与手机移动速度、电波长有关系。1800MHz的电波波长是900MHz的一半，因而其遭受的多径衰落和阴影效应将更加明显。
    900MHz可采用典型的Okumura-Hata传播模型(适用频率：150~100MHz)进行路径损耗的预估，而1800MHz适宜于改进型的Okumura-Hata传播模型(适用频率：1500~2000MHz)。
     
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根据规范，GSM1800手机发射功率一般为30dBm，比GSM900手机低3dB；对相同材料的天馈线系统，GSMl800的天馈线损耗比GSM900高0~2dB，而且1800MHz的电波遭受建筑物的阻挡作用更加严重，穿透损耗比900MHz电波来得更大。因此，GSM1800系统的覆盖面积比GSM900小40％~58％。农村地区GSM1800的基站覆盖半径最高在10km左右；而在城市，一般在0．6~1．1km左右。由此可见，GSMl800的组网方式必然要有别于GSM900。
2．2  GSM900／1800双频组网
    在双频网络中，如何在两个频段的网络中进行话务控制及分配是确立建网原则和网络运行的依据。GSM1800系统的引入可采用单独组网以及GSMl800与现有的GSM900系统混合组网两种方式。单独组网则需要独立的GSM1800设备，如MSC、BSC和BTS，而混合组网则与GSM900共用MSC或BSC。虽然单独组网在网络结构、无线规划和运行维护上有着较好的优越性，但1800MHz电波传播特点决定了覆盖相同面积的区域，GSM1800的基站要比GSM900的多。因而，从投资成本和设备利用率方面考虑，目前一些频率资源比较紧张的省份均采用混合组网方式发展GSM1800。以GSMl800解决高话务区的容量问题，同时推广使用GSM900／1800双频手机，利用GSM900网络实现无缝隙覆盖。从这个意义上讲，所谓双频无线网络实质上是以GSM900网络为依托，以GSMl800网络覆盖区域构成的双层网络结构。为了充分发挥GSMl800系统的作用，提高网络的话务承载能力，在双频组网中一般遵循下列原则：
    (1)在优选频段上建立呼叫。在GSMl800系统建立初期，由于双频手机用户数量较少，有较多的空闲信道和较高的载干比，应通过合理的设备，使双频手机尽可能进入GSM1800系统，减小GSM900系统的负荷。
    (2)在一般情况下，都切换到优选频段上。对于移动速度不快的双频用户，在切换过程中，应使其尽可能切入GSM1800小区；而GSMl800手机高速移动时，应使其切换到GSM900覆盖层中，以减少手机的切换频度，提高通信质量。
    (3)尽量将呼叫保持在优选频段上。
    (4)小区变拥塞后，呼叫应切换到优选频段上。
　
3  双频无线网络参数
　
    手机有两种工作状态，即Idle(空闲)状态和Active(连接)状态。在手机与网络建立连接前处于Idle状态，而建立连接后则处于Active状态。Idle状态下的手机会进行“小区选择和重选”两种动作，目的是希望通过选择与重选使手机接入一个理想的小区，从而能够减少通话过程的小区切换次数；Active状态下的手机可能进行“小区切换”动作。因而与双频网络有关的无线网络参数主要有：小区选择、重选参数和小区切换参数。
3．1  多频段指示(Multiband Reporting)
    参数“多频段指示”用于通知手机需报告两个频段的邻区内容。在单频段的GSM系统中，手机向网络报告邻区测量结果时，只需报告一个频段内信号最强的6个邻区的内容。在双频网络中，由于要求手机优先进人GSM1800，因此要求手机在报告测量结果时不仅根据信号的强弱，还需根据信号的频段。由于在组网初期，GSM1800系统的业务量很小，一般希望移动台能尽可能地工作于该频段上。因此应设置GSM1800小区的切换优先级较高，相
应的多频段指示应选择“3”为宜。在双频网络中，建议将此参数设成2，即手机需报告邻区表中包含GSM900及GSMl800中信号强度最强、NCC已知且是允许的三个邻区的测量结果，在剩余位置上报告当前所用频段的邻区，若还有剩余位置，则报告其余邻区的情况，而不管邻区处于那个频段。
    多频段指示(MBCR)包含于信息单元“邻小区描述”中，在每个小区广播的系统消息2ter和5ter中发送。
3．2  小区选择
    小区选择是指手机开机后选择合适小区登记的过程。根据GSM规范，小区选择过程采用C1准则，据此得到一组根据场强高低顺序排列的BCCH频点(C1＞0)。
    C1＝(RxLev—RxLevAccMin)—MAX(MsTxPwrMaxCCCH—P,O)
其中，RxLev：手机平均接收电平；
      RxLevAccMin：手机最小接入电平；
      MsTxPwrMaxCCCH：手允许最大发射功率；
      P：手机实际最大发射功率。
3．3  小区级别定义
    采用参数小区禁止限制(CBQ)来定义小区的级别，该参数包含于信息单元“小区选择参数”中，在每个小区广播的系统消息中周期发送给手机。Phase1手机不理解CBQ信息，手机直接登记在Cl最大的小区(并且绝大多数Phase1手机采用Cl算法进行小区重选)；Phase2手机先选择级别高(CBQ＝0)中Cl最大的小区，当发现不了级别高的小区时，在级别低的小区中选择Cl最大的小区登记。但对于Phase2的GSM900手机来说，每次小区选择，在得到没有更高优先级的小区存在的消息前，都必须扫描所有的BCCH信道进行判断，并且在小区重选过程中，会有其他方法来控制手机在空闲状态下小区的选择。
    在网络建设初期，GSM1800作为优先选择网络，可将CBQ设置为0(级别正常)，GSM900之CBQ设为1(级别低)。但双频手机入网时，只要有接收电平大于入网电平的GSMl800小区存在，手机将选择GSMl800小区登记入网。
3．4  小区重选
    手机入网后不断监测周围小区，至少有5分钟从其BA(BCCH Allocation)列表中读取6个最强的邻区的BCCH，至少30秒钟读取这6个邻区的BSIC码，周期寻找是否有更合适的小区登记，这就有小区重选的过程。小区重选根据C2和C1参数来判断，若手机计算某邻区(与当前小区位于同一位置区)的C2值超过手机当前停留小区的C2值，且维持5秒钟以上，则手机将启动小区重选而进入该小区。若手机测量到一个与当前小区不在同一个位置区的小区，其计算得到的C2值超过当前小区C2值与小区重选滞后参数的和，且维持5秒钟以上，则手机将启动小区重选而进入该小区。
   
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其中，T是计数器，一旦小区被手机记录在信号电平最大的6个邻区表中时，从0开始计数，精度为1个TDMA帧。一旦该小区从手机信号电平最大的6个邻区中去除时，重置为0；CRO为小区重选偏置(CELL_RESELECT_OFFSET)，表示对C2的人为修正值，CRO代表的电平值为0~126(dBm)，根据对小区的倾向程度来设置CRO，倾向越大，CRO越大；TO为临时偏置(TEMPORARY_OFFSET)，表示对C2的临时修正值，它仅在一般时间内对C2发生作用，这段时间由惩罚时间PT(PENALTY_TIME)确定，TO值一般与CRO相同或较高于CRO。CRO、TO和PT等小区重选参数是通过小区BCCH广播传送。
    空闲模式时，系统消息2包含了切换邻区表信息，系统消息2、2bis和2ter则通过BCCH广播，参数CRO、TO和PT在每个小区广播的系统消息中传送，服务于手机的小区重选。
3．5  小区切换
    双频网络中的切换过程与原有的GSM900网络中的基本相同，即需经过信道测量、预处理、切换门限判决和后选小区表生成等步骤。小区切换的目的是降低掉话，所以在GSM900和GSM1800中所有紧急切换类型全部保留，同频段间的切换一般分为两种：紧急切换(Emergency handover)和向较好小区切换(Better Cell handover)。前者包括上下行链路的信号强度、话音质量较差或干扰较大等；后者目的在于优化网络，使通话能被另一小区更好地保持，属正常切换。在GSMl800和GSM900之间，采取紧急切换的方式，但为防止双频网络之间出现“乒乓切换”现象，可关闭不同频带的PBGT(Power Budget for Neighbour Cell，GSM规范05．08)切换，并可采用适当的时间和场强惩罚值。
    GSM900和GSMl800的网间切换，是实现双频话务控制的主要手段。在通常情况下，GSMl800网络吸收双频话务的工作已基本通过小区选择和重选得到完成，仅有少部分工作需要由网间切换来完成。不同的系统可有不同的切换实现方法，Alcatel系统采用了优先频段切换；而Ericsson系统则以HCS(小区分层结构)作为双频话务控制的主要手段。A1catel系统的切换条件如下：

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其中，Load(0)：当前服务小区的话务负担；
      MultiBand_Load_Level：设定当前服务小区话务的门限值；
      AvRxlev_Ncell(n)：收到相邻小区(n)的平均场强；
      L_RxLev_OCHO(n)：作为切换侯选小区的场强门限值；
      MsTxPwr_Max(n)：优先频带内手机允许发送的最大功率；
      P：允许频带内手机的功率。
如果当前服务小区的话务达到设定的门限值，并且切换候选小区的场强门限值达到设定门限值，则双频手机将向优先频段切换。
    双频网络中另一个比较重要的切换因素是速度原因引起的切换。由于GSMl800一般采用微蜂窝结构，因此对手机的移动速度较为敏感。GSMl800系统应具有速度测量能力，当手机在连接状态下的速度达到一定门限后，强制其切换进入GSM900小区，从而减少切换次数，提高通信质量。
    切换邻区表包含在系统消息5中，而系统消息5ter包含了非目前服务频段的邻区表，手机通过SACCH获得小区切换的邻区表。
3．6  小区分层结构(HSC)
    HCS的目的就是使手机接收的信号强度达到系统规定的优先频段小区的门限值，将优先频段的小区作为服务小区，而不管另一频段的信号是否更强。HCS算法设置了LEVEL、LEVTHIR、LEVHYST三个参数。LEVEL参数用来区分层次，GSM1800为l，GSM900为2；LEVTHIR是一个重要的参数，当GSMl800信号高于LEVTHIR十LEVHYST时，无论GSM900信号多高，也不发生切换；当GSM1800信号低于LEVTHIR—LEVHYST时，才允许向GSM900切换。因GSMl800和GSM900之间无频率干扰，故LEVTHIR可取较低值。
　
4  结束语
　
    GSM双频网络的无线接口参数的种类和数量繁多，调整方法也多种多样。掌握这些参数的含义和调整范围是开展双频无线网络优化工作的基础，对边界漫游问题的处理和话务均衡等工作都将起到积极作用。随着GSMl800和双频网络的进一步发展和应用，双频无线网络参数必须根据实际情况进行适应性调整，本文仅介绍了基于规范的双频无线网络的部分参数设置，希望能对开展双频网络优化工作提供有益的帮助，不妥之处希望得到各位同行的批评与指正。