现阶段GSM网络发展的关键问题分析

沈忱

（中国移动通信集团有限公司，北京 100032）

1 GSM网络发展现状

现阶段中国移动已建成全球覆盖面最广、运行稳定、网络质量较高的GSM网络；但随着用户的持续增长，网络规模持续扩大，在部分热点区域已经出现了瓶颈，而近些年来，资费的调整和用户行为的改变，使得GSM数据业务呈现爆炸性增长，GSM网络是以话音业务为主体，在数据业务支撑上存在短板，在数据速率上无法与3G相比，无法支撑大数据量业务的需求，同时数据业务的大规模使用，已经影响到了现有话音业务，出现寻呼阻塞、质量下降等情况。

2 现阶段GSM网络发展的关键问题

2.1 网络结构日益复杂，频率资源尤显紧张

随着移动市场规模不断变大，为满足客户的需求，移动对网络的投入持续增加，在原有的频率资源不变，城市建筑愈趋复杂的情况下，网络复杂度也越来越高。当前，在无线网络覆盖非常完善的城市中，除部分建站困难、结构封闭的室内区域还存在覆盖盲点外，影响其它大部分区域网络质量的主要因素不是弱覆盖，而是网内干扰。无线网络的网内干扰本质是频率之间的干扰（包括同频和邻频）。

网内频率干扰可能来自于两个方面，一是频率设置得不好导致出现了本该避免的同邻频，二是网络结构已经相当复杂，在总体频率资源受限的情况下同邻频现象已经不可避免。

频率之间的干扰产生的原因主要包括如下两方面。

一是频率规划得不好，例如存在大量邻区同频和邻频。在这种情形中，频率资源相对充足，只要进行合理的频率优化，无线网络质量就有较大提升空间。

二是小区之间重叠覆盖较多、载波配置较高，导致频率规划难度大、优化空间小。在这种情形中，必须进行无线网络结构的优化和调整，才能从根本上提升无线网络质量。

无线网络结构主要包括基站布局、天线高度、方向、下倾、功率、载波配置等因素。

2.2 数据业务增长较快，网络质量受到冲击

近年来，中国移动GSM网络的话音与数据业务高速发展，特别是数据业务增长异常迅猛，现网的频率和容量资源问题日益凸显，话音和数据业务相互争抢资源的现象越来越严重。数据业务流量增长有其区域性、局部性的特点，数据业务增长不是全网普遍高速增长，而是在部分数据热点区域有快速增长，带动全网的数据业务总量的提高。

随着数据业务的高速发展，数据业务流量和等效话务量在不断上涨，其对公共信道的占比也呈上涨的趋势。在资源有限的情况下，话音业务对公共信道的占比却在降低。特别是一些数据业务热点区域，由于数据业务流量的大幅上涨，不可避免会大量消耗公共信道。此外，由于寻呼消息是在整个LAC区内发送的，LAC下各小区公共信道中PCH配置数目决定了整个LAC区最大寻呼承载能力。在保证现有网络质量不下降的前提下，数据业务高速发展对公共信道资源的需求，必然导致LAC区的收缩，而LAC区的收缩会造成位置更新次数增多，影响接通率。

GSM网络无法支撑如此庞大的数据业务增长，不可避免的带来了网络质量和用户感知下降的问题，而数据业务占用资源大，收益较话音差，靠持续的、大规模网络扩容来满足数据业务的增长，会造成投资的沉淀，因此在适当扩容的基础上，对数据业务进行分流才是降低影响的关键因素。

2.3 网络噪声抬升，频率问题更显突出

随着各运营商移动网络的大规模建设，网络底噪在逐步提升，通常情况下，底噪越高，一些弱的信号会淹没在底噪下，使基站接收灵敏度下降，信噪比变小，造成通话质量差，造成手机难接入，小区切入成功率低等问题，严重则容易掉话。

通过路测采集到的数据表明：在现网中同等质量要求的电平越来越高，网络底噪上升明显，C/I逐渐下降，话音0等级由-79dBm上升到-62dBm，话音3等级由-100dBm上升到-83dBm（如图1所示）。

图1 2005～2009年GSM900电平-质量趋势

干扰是影响底噪高低的关键因素之一，影响底噪的主要因素如下。

2.3.1 大量使用无线直放站

使用无线直放站主要作用是在覆盖区域内放大信号，直放站会把上行的带宽内的所有信号放大，包括有用信号和噪声（热噪声和直放站自身产生的噪声），这部分噪声经过链路损耗之后到达基站，叠加在基站自身的噪声上，抬高了基站底噪。

2.3.2 话务量大

在同样场景下话务量高比话务量低的情况下，上行底噪平均高于5～10dB，如果没有功率控制功能，高话务更容易产生系统干扰，从而抬升底噪。

2.3.3 基站密度程度

通过现网测试，GSM900在站点密集区的上行底噪高于站点稀疏区的底噪，主要原因是在密集区，网络结构复杂，干扰较多，底噪抬升幅度高。

2.3.4 网络结构复杂

覆盖小区越多，网络结构复杂，无线环境嘈杂，越容易受到干扰，底噪抬升幅度越大。

2.3.5 天馈线的安装工艺

如果天馈系统的跳线转接头，存在工艺差，转接头松动的现象，就可以导致天馈系统上的无源器件在大功率下产生无源交调。同时由于基站天馈线在室外放置，室外的恶劣环境会使得无源器件受到污染、腐蚀、氧化等，也会促使长生无源交调信号。

网络噪声抬升体现出整个无线环境的恶化，降低噪声从频率规划、直放站应用、话务双网均衡、天馈工艺等多方面因素考虑。

2.4 新技术应用

GSM作为世界上最成熟的无线接入制式历经10多年发展，至今仍焕发勃勃生机，在整个成熟产业链的共同推动下，各种新技术的吸收和融合迅速而稳健。随着各种新技术在GSM网络中的应用，GSM系统的生命周期得到了有效延续。

2.4.1 多CCCH

2010年以来，中国移动GSM网络业务发展保持了较快的增速，话务量和数据流量的增长，引起了网络资源的紧张，尤其是数据业务对资源的占用日益突出，部分热点区域出现明显的空中接口寻呼容量不足的问题，大量的寻呼排队拥塞、超时和二次寻呼等造成交换机负荷升高和寻呼成功率的大幅下降，导致GSM网络质量出现不同程度的下降。通过使用多CCCH，扩大CCCH信道容量实现单位时间内寻呼消息的最大传送，解决由于业务量上升而导致的寻呼超时，LAC区过多而引起的寻呼容量上的瓶颈以及数据业务过多导致的话音无法接入等问题。

2.4.2 联合寻呼

联合寻呼是在网络同时提供话音业务和分组业务情况下出现的，联合寻呼是指网络可以把CS业务的寻呼通过PS业务的信道发送给用户。GSM系统中，手机进行PS业务时在PDTCH信道上传输数据，不会监听CCCH寻呼信道，此时CS寻呼将会失败。

联合寻呼功能支持将CS寻呼消息在手机正在传输数据的PDTCH信道上发送给手机，使正在进行PS业务的用户也能收到CS寻呼消息。传统的联合寻呼需要GS接口（SGSN和MSC之间的接口，一般局都不采用此结构）支持。不过现在很多厂家设备已支持在BSC开通CS联合寻呼功能就可以实现联合寻呼。

2.4.3 AMR

随着用户量的逐渐增加，GSM网络的频率资源越来越紧张，特别是一些城区人口密集区域，仅靠增加频率或者是站点的方式不仅投资比较多，还往往给系统引入较多的干扰，使通话质量降低，基于这些原因，GSM系统考虑引入AMR自适应多速率编码模式用于增加系统容量和提高话音质量，在载干比C/I较好的情况下，编码模式工作于AMR-HR，提高更高的无线容量，C/I较差的情况下，则工作于AMR-FR，提供比EFR更好的话音质量。

目前AMR分为AMR-NB和AMR-WB，AMRWB应用于窄带GSM(全速信道16kbit/s，GMSK)的优势在于其可采用从6.6kbit/s，8.85kbit/s和12.65kbit/s三种编码，当网络繁忙时C/I恶化，编码器可以自动调整编码模式，从而增强QoS。在这种应用中，AMR-WB抗扰度优于AMR-NB。

3GPP的测试结果显示，载波干扰比率C/I较低时，AMR-WB仍可提供远高于EFR的话音质量，载波干扰比率C/I较高时，AMR-WB 12.65kbit/s的编码同其它宽带话音编码标准(如G722，48kbit/s)质量相当，但明显节省资源，从而更适用于窄带GSM系统。

AMR-WB应用于EDGE、3G可充分体现其优势。足够的传输带宽保证AMR-WB可采用从6.6～23.85kbit/s共9种编码，话音质量超越固定电话。

图2 话音质量与载干比的关系

引入AMR技术以后，对原有GSM的信道模式、切换、功率控制等多个方面都有了变化，但并不影响非AMR用户正常接入系统，试验表明自适应多速率编码可以有效的提高系统容量，缓解高话务区域的拥塞情况，不仅节省了频率资源，还可以节省设备投资，引入AMR编码方式以后，话音质量得到较大的提高，有助于提高用户满意度，这些优点都有助于提高GSM网络的竞争力（如图2所示）。

3 结束语

GSM网络建设在激烈的市场竞争环境中日趋完善，良好的无线网络和优质的服务是运营商立于不败之地的保障。挖掘现有网络容量潜力，降低网络干扰，提高网络利用率是目前GSM网络建设的重要目标，以最大程度地保护现有投资，实现业务价值。