GSM网络结构调整探讨

毕丹宏

（江苏省邮电规划设计院有限责任公司，南京 210019）

1 引言

随着GSM站间距进一步缩小，频率规划和网络选点更加困难，话音业务密度的增加以及数据业务的快速增长，导致网络底噪抬升，进一步加剧了网络干扰。在资源方面，经过多年的建设，小区分裂达到极限[1]。在频率复用方面，话务热点区域频率复用度也已达到极限。解决无线网络质量的实质是把容量、覆盖用不同的层来解决，并在各层强化，使容量和覆盖这对矛盾在同一层中得到缓减，从而在技术上找到一条解决无线网络质量的有效途径。近期热点技术方案以骨干宏蜂窝覆盖上层，以街道站、小区分布等底层延伸覆盖下层，其特点是在有限资源下提高单位面积的网络承载能力，通过下层网络的建设解决密集城区深度覆盖问题，把话务转移到下城，使信号覆盖和干扰变得更容易控制，以提升网络话音质量，丰富站点资源[2]。

2 GSM网络现状分析

面对即将到来的LTE网络，用户向4G网络的迁移是一个漫长的时间，即使4G网络非常成熟的发达国家，GSM在4～5年内仍是收入和盈利的基础。一些主流运营商认为GSM至少还有10年的生命周期。但是当前GSM网络存在诸多问题，能否在4G用户普及之前继续维持运营商的利润增长，需要我们对GSM网络进行结构优化和局部调整，以下从几个方面阐述GSM中存在的问题。

从设备能力分析，一般基站在使用7年后将进入失效期（如图1所示）。8年以上基站比例较大将导致EDGE终端被迫使用GPRS业务，维护难度剧增，老旧设备厂家软硬件版本支持力度加速下滑，LTE长期演进能力差，硬扩容站点较多，导致反复进站，多数站点功耗预计增加30%～50%。

图1 基站寿命分析曲线

从网络容量分析，主要城市无线资源利用率远远超出集团规定指标，局部半速率比例高、全网拥塞率高、急需全网扩容。未来两年预计数据业务增长150%，话音业务增长30%。网络扁平化难以支持容量立体化。

从网络覆盖分析，高楼层迅速增多，导致高层覆盖问题显现，同时加剧底层覆盖问题。覆盖投诉占比超过一半以上，热点区域室分容量小区低于2%，网络覆盖维系依靠高站、中层站和直放站的传统覆盖模式，早已不适应城市立体化发展现状，与此相对应的1800 MHz小区占比较低。

从四网融合分析，GSM数据业务承载效益不高，TD-SCDMA网络业务负荷不足，TD-SCDMA网络容量快速增长，但不分流GSM网业务，TD-SCDMA网络设备商独立，互操作性差，TD-SCDMA分流GSM网数据业务比例较低[3]。

从频率复用分析，E频点退网，一半以上的900 MHz小区配置大于6载波，900 MHz频率复用度降低至网络质量开始下降的边缘，1800 MHz超过一半小区载波配置大于8。

随着站距的减小，业务量和无线环境复杂度的增加，必将导致频率复用距离减小，同时深度覆盖建设滞后，种种因素必将导致覆盖不足和底噪抬升（如图2所示）。

图2 底噪抬升原因分析

随着城市高密度立体化、容量立体化、底噪节节攀升、底层电平持续弱化、高层干扰趋重（如图3所示）。虽然网络KPI逐年提升，但用户感知逐年下降，KPI无法真实反映用户的感受。网络结构已经成为移动网络持续发展的最大障碍。

图3 底噪、底层覆盖电平与业务分布高度关系图

3 网络结构调整策略

当前急需淘汰老旧设备，全面提升覆盖、语音质量和数据承载能力。随着城市快速发展导致无线环境不断变化，传统机房式建站模式难以适应快速覆盖，需要提供多形态、小体积、大容量基站，以使用分层组网场景。居民环保意识增强将导致机房获取困难，退租后机房式基站受到严峻挑战，站址选择和安装以及伪装需求急速提升。立体建网作为近期最新的研究成果已在重点城市得到应用，立体建网主要包含直放站替换、网络现代化、GSM/TD-SCDMA融合，精确覆盖等方面的内容。

在立体建网调整网络结构过程中，需要做到精确覆盖，根据话务分布、地形地貌、建筑结构特点有针对性更改建设方案。针对大型商业地区采用RRU独立小区提供底层容量，RRU共小区提供底层覆盖；针对工业园区采用分布式基站，RRU级联共小区解决话务潮汐变化问题；针对市区大型公园等开阔地带采用高容量RRU，闲时RRU共小区提供覆盖，忙时RRU按照预定分裂方案提供容量；针对大型办公楼宇、宾馆等话务热点区域采用RRU加光纤分布或微蜂窝加内置天线的覆盖方式；针对居民区底层覆盖，采用一体化低功率小基站加内置天线的方式，既可以避免干扰小区外宏站，也可有效解决低层容量和覆盖问题。

4 立体网建设方式

立体建网的核心内容是分层规划以及解决频率复用的问题。分层规划应着力于调整网络结构，解决不利于干扰控制、质量提升的规划问题，提升用户感受。通常把各层定义为微蜂窝层、室分热点层，宏站覆盖层和宏站容量层[4]，各层定位如表1所示。

表1 立体网各层定位

我们以某地区城市广场为例，写字楼建有分布系统但高层信号杂乱，干扰大，广场主要依靠高站、中站和直放站覆盖，存在大量切换区，越区干扰严重，通话质量差。对于此种类型区域，我们采用共小区解决方案，首先是搬迁高站至中层楼宇，解决最大干扰源；其次是RRU替换分布系统直放站信源；然后采用耦合室分信源信号的方法覆盖部分无室分的小高层楼宇；最后是采用新建微蜂窝方式吸收高层楼宇近点的热点话务。对于广场区域，在中层楼宇新建1800 MHz网络解决话务容量不足的问题（如图4所示）。

图4 共小区调整CBD核心区网络结构

立体建网需要考虑的另外一个重要问题是频率复用。根据载干比要求和频率复用度的关系：q=D/R=SQRT(3×N)

其中D为复用距离，R为小区半径，N为复用簇小区数，q为频率复用度；

其中r为路径损耗斜率，m为同频复用小区数；

现网规模应用的4×3复用情况下，C/I最差计算约为13dB，现网实际无法达到，且根据经验该值主要适用于TCH信道；

不同业务信道复用度要求不同，以BCCH信道为例理论上可以按4×3复用，复用度为12，BBCH载频内包含本小区所有的信令信息，一旦干扰严重将造成所有用户的通信失败，因此放宽余量，按6×3复用，复用度为18；

对于TCH信道，理论上可以按4×3复用，复用度为12，可以通过采用跳频等技术压缩复用距离，做到3×3复用，复用度为9～12；

对于PDCH信道，干扰较话音提升6 dB左右，载干比要求提升，根据计算复用度要求为13.28；

数据业务的增长带来底噪抬升，干扰增加，同比例下数据比话音下行干扰高6 dB，干扰增大提升了对频率复用度的要求，数据业务占比为n%时，频率复用度要求为（13.28-12)×(4×n%+1-n%）/4，因此数据业务占比每提升10%，考虑干扰和复用度要求，承载业务密度下降约1%～3%。

考虑全网平均载干比始于频率复用度5×3，拐点出现在4×3和3×3之间，复用度过高将导致网络质量明显下降；数据业务的质量下滑始于拐点5×3，因此建议全网平均频率复用度不低于4×3，900 MHz平均站型不超过S6，1800 MHz平均站型不超过S8。当前中国移动934～954 MHz带宽，按照20 MHz带宽计算，建议设置6个室分专用频点，25个BCCH专用频点，使得20 MHz频率资源，实现S6/6/6平均站型，频率复用度为12；25 MHz频率资源的1800 MHz系统，建议设置10个室分频点，27个BCCH专用频点，在频率复用度为12的前提下，可以实现S8/8/8平均站型。

5 总结

本文探讨的GSM网络结构调整，旨在分析转型期GSM网络面临的困境，提供网络结构优化调整的建议及方式。对于即将到来的LTE网络大规模建设期，除了日常的规划、选址、设计、实施等工作，有必要借鉴GSM立体网的建设经验，从网络建设初期就做好全网的结构规划与调整，避免抢工期造成不必要的重复建设问题。

[1]吴晓升.GSM网城区深度覆盖的研究[J].移动通信,2008,32(5):60-63.

[2]戈玲,邱杰,杨明帅.GSM立体结构组网策略研究[J].移动通信,2008,32(21):64-67.

[3]丁东.GSM立体网覆盖思路和解决方案[J].电信技术,2010,(8):52-54.

[4]刘静艳,张阳.基于MR数据的GSM网立体邻区优化技术研究[J].电信工程技术与标准化,2012,25(8):51-54.