新版频率规划探讨模板.docx
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新版频率规划探讨模板
一、频率规划的作用和频率复用的根据
规划蜂窝系统时,我们要考虑的一个主要目标是如何尽可能地达到高系统容量。
换句话说,就是在保持可接受的服务等级水平的话音质量的前提条件下,如何达到高话务密度（每平方公里用户数尽可能多）。
受频率资源的限制,给定某个蜂窝系统的频率有限（中国分配给移动、联通的GSM蜂窝移动通信系统的900MHz频段各为6MHz-30个频点）。
频率规划要解决的一个问题就是怎样更有效率地利用频率资源。
和传统的移动系统相比较,蜂窝系统经过更有效的频率复用模式来提高频带利用率。
传统移动通信系统的基站天线架设得尽量高,功率输出尽量大,一个基站的覆盖面积当然也就尽量大了;传统移动通信系统中使用同频率的系统之间的距离要足够远,以保证干扰信号的电平低于接收机的接收门限。
其最终的基站覆盖范围是受接收机的接收门限而定的,因此说传统的移动系统能够说是属于噪声受限系统。
而实际上即使干扰信号很大,只要有用信号电平比干扰信号电平高出一定的dB值,用户也还是能够接受的。
蜂窝移动通信系统就是利用这一特性,经过在一定的距离上进行频率复用的方式来达到所需的C/I（同频干扰）、C/A（邻频干扰）值。
对于一个成熟的蜂窝移动通信系统来说,其最终的基站覆盖范围是受同频干扰而定,属于干扰受限系统。
一般蜂窝系统的干扰保护比为:
同频干扰（C/I）:
模拟>18dB
GSM>9dB
邻频干扰:
（C/A）:
模拟>-23dB
GSM>-9dB
蜂窝系统是将所需覆盖的地区分为若干小的基站覆盖区,然后将可用的频率分成若干组,每小区使用一组频率,并隔开一定的距离复用相同的频率。
虽说将频率分组后,该频段所服务的用户数会减少,但由于采用了频率复用方式,相当于该系统拥有”复用次数乘以频段乘以系数L（L随复用方式、复用次数和频段而变,L<=1）”的频率范围。
举例来说,对某个城市GSM系统可用12MHz,共有60个频点,可提供466.3Erl（GOS=2%,480TCH）,4X3复用分成12组,每组5个频点,复用4次,可提供31（GOS=2%,40TCH）X12X4=1488Erl,在GOS=2%时,相当于拥有1489个TCH（186个频点）,37.2MHz带宽。
这就是蜂窝系统能有效利用频率的基本原理。
图1为理想的12小区复用方式,是将频率共分为12组进行复用。
假设各基站参数一样,地形地物也完全一样,主要是利用复用距离来控制干扰信号。
设小区半径为R,复用距离为D,对于GSM系统来说,C/I最小值为9dB,即C/I=7.94,考虑6个同频干扰的情况,则有:
即对于GSM系统D/R需大于2.62,同样可得到模拟系统的D/R>4.4。
对于全向基站来说,模拟系统一般采用12小区复用方式,其D/R=6,而GSM系统一般采用7小区复用方式,其,其复用方式如图2:
假设频率被分为N组,由几何关系得出以下结论:
很容易看出,在小区范围一定时,N越大,同频复用距离越大,则同频干扰越容易控制。
可是N越大,每组频点越少,所能容纳得用户数也越少,因此关键是如何确定合适的N值。
除了复用距离会影响同频干扰外,采用功率控制、扇区化（使用定向天线）、不连续发射和跳频等技术均可用来减少干扰。
事实上,巧妙利用地形、地物,我们在缩小复用距离的同时,也能够使同频干扰满足相应的系统要求。
不论怎样,最终我们确定复用方式的根本衡量标准是:
要在90%的时间和90%的地点使同频、邻频干扰达到系统要求。
对模拟系统来说,定向基站的常见复用方式为7X3（共分为7大组,每组分为3小组,分配到3个扇区上,下同）、4X6等方式,GSM系统我们一般采用4X3、2X6（非跳频系统频率规划、跳频系统bcch频率规划）,3X3（采用基带跳频的non_bcch频率规划）,1X3（采用合成器跳频的non_bcch载频规划）。
本文第二部分将着重介绍MOTOROLAGSM系统中经常采用的4X3、3X3、1X3频率规划规则。
二、蜂窝系统的频段划分
中国在800MHz至900MHz频率范围内的分配如下:
其中模拟系统的主要制式为AMPS和TACS,它们的频率分配分别如图4、5所示。
它们与GSM系统有一个区别,就是其信令信道固定,A、B频带各有21个频点专门用做信令信道,而GSM系统则没有专门的信令信道。
GSM作为当前世界上分布最广的蜂窝移动系统,也是当前国内移动系统的主干网络,承载了国内的大部分手机用户。
由于900MHz频带有限,可容纳的用户数有限,因此GSM系统又发展到1800MHz。
当前部分省份的移动已开通了10MHz带宽的GSM1800蜂窝移动系统（1710-1820MHz,1805-1815MHz）。
GSM在900MHz和1800MHz的频率分配如下:
直接用频率来说明各频点比较麻烦,因此一般我们用频率号来表示相应的频率。
下面将频率号与频率的对应关系列出,其中chanfreq.代表频点的中心频率,channo.表示频率号,详细的频率与频率号的对照表参见附录:
AMPS/EAMPS（分两部分）:
AMPS/EAMPSA、B频段的扩展信道:
chanfreq.=825.03-848.97MHzchanno.=1-799
chanfreq.=channo.*0.03+825MHz
channo.=（chanfreq.-825）/0.03
EAMPSA频段的扩展信道:
chanfreq.=824.04-825MHzchanno.=991-1023
chanfreq.=channo.*0.03+794.31MHz
channo.=（chanfreq.-794.31）/0.03
TACS:
chanfreq.=890.0125-904.9875MHzchanno.=1-600
chanfreq.=channo.*0.025+889.9875MHz
channo.=（chanfreq.-889.9875）/0.025
ETACS:
chanfreq.=872.0125-889.9875MHzchanno.=1329-2047,0
chanfreq.=channo.*0.025+838.7875MHz
channo.=（chanfreq.-838.7875）/0.025
0ßà889.9875MHz
PGSM:
chanfreq.=890.2-914.8MHzchanno.=1-124
chanfreq.=channo.*0.2+890MHz
channo.=（chanfreq.-890）/0.2
EGSM:
chanfreq.=880.2-890MHzchanno.=975-1023,0
chanfreq.=channo.*0.2+685.2MHz
channo.=（chanfreq.-685.2）/0.2
0ßà890MHz
GSM1800:
chanfreq.=1710.2-1784.8MHzchanno.=512-885
chanfreq.=channo.*0.2+1607.8MHz
channo.=（chanfreq.-1607.8）/0.2
一个频点的带宽:
AMPS制式为30KHz,TACS制式为25KHz,GSM为200KHz。
AMPS、TACS均为频分多址,1个频点为1个物理信道;GSM为时分多址,1个频点可支持8个物理信道。
下面将几种蜂窝系统的基本频率情况列出:
AMPSTACSGSM
AMPSEAMPSTACSETACSUTACSGSM900EGSMGSM1800
频带（MHz）2055
双工间隔（MHz）45454595
频道数
频道带宽（kHz）3025200
第二部分
频率复用规则
一、频率分配的原则
一般情况下,GSM系统常采用全向站:
7小区复用（未跳频系统）;定向站:
4X3（未跳频系统）、3X3小区复用（一般是采用基带跳频的non_bcch载频,也有未跳频采用的,但效果不好）和1X3小区复用（采用合成器跳频的non_bcch载频）。
不论怎样进行频率复用,我们做频率规划最重要的原则就是:
将相同和相邻的频率尽可能分隔开来,以避免同频、邻频干扰,特别是相正确邻小区要尽量避开同频、邻频现象。
这条原则对于GSM系统和模拟系统均适用。
以下分别讨论4X3、3X3、1X3的复用方式和规则。
（4X3、3X3、1X3的频率规划均针对采用定向天线的三扇区基站,全向小区的频率规划应满足7小区复用原则）
5、4X3的频率分组和复用模式讨论:
顾名思义,4X3复用是将可用频率分为4X3=12组,分别标志为A1、B1、C1,D1、A2、B2、C2、D2、A3、B3、C3、D3,以下表为例:
A1B1C1D1A2B2C2D2A3B3C3D3
112
84
3
再将A1、A2、A3为一大组分配给某基站的3个扇区,B1、B2、B3,C1、C2、C3,D1、D2、D3分别为一大组分配给相邻基站的3个扇区。
显然,我们有以下六种频率复用方式:
按照上面的频率顺序分组方式,不存在相邻基站同频的问题,但还有相对小区邻频现象:
（见图中红色箭头所指位置）
方式1:
D1---A2;方式2:
D2---A3;方式3:
D1---A2;
方式4:
D2---A3;方式5:
D3---A1;方式6:
D3---A1。
为此,我们换一种频率分组方式来看看,见下表:
A1B1C1D1A2B2C2D2A3B3C3D3
012
3
同样六种复用方式:
方式1、4无相对邻频现象;方式2:
C1---A2;方式3:
B2---A3;方式5:
C1---A2,B2---A3,D3---A1;方式6:
D3---A1。
因此我们推荐采用以上频率分组的复用方式1、4。
由于各个系统的基站未必正好位于网格上,因此我们采用前面的频率顺序分组的方法也未尝不可,但需避免相对邻小区邻频的问题。
6、3X3的频率分组和复用模式讨论:
3X3复用将可用频率分为9组,分别标志为:
A1、B1、C1、A2、B2、C2、A3、B3、C3。
如下表所示:
A1B1C1A2B2C2A3B3C3
1011128
4252627
2829303
有以下两种复用方式:
方式1:
无相对小区邻频现象;方式2:
C1---A2,C2---A3,C3---A1。
显然,方式1的复用方式更好。
7、1X3的频率分组和复用模式讨论:
1X3是频率复用最为紧密的一种方式,一般采用在合成器跳频系统中,同时还需采用DTX、功率控制、天线分集等抗干扰技术,以弥补由于复用距离减小而带来的干扰恶化。
它是将所有non_bcch频率分成A1、A2、A3三组,将这三组分别作为每个基站3个扇区的MA,如表所示:
A
A
A
在跳频负载（小区频率数/MA长度）小于50%时,应保证同一基站内3个小区的MAIO不邻频,每个基站的相同方向的小区的MAIO一致,同一基站3个小区的HSN相同,相邻基站的HSN不同,且同HSN的基站距离应尽量远。
8、GSM频率分配的原则总结:
*同一基站内不能同邻频,一般跳频时（指合成器跳频）,同一基站各小区的跳频算法（HSN）一致,但起跳点（MAIO）不能邻频。
注意:
凡采用CCB合路的不支持跳频。
*相对小区不能同频,应避免邻频,特别是BCCH和SDCCH载频（一般为该小区第1和第2个载频）。
采用跳频时,相邻基站的起跳点可相同,但跳频算法不可一致。
*BSIC的设计也应注意,BSIC＝8×NCC＋BCC,BCC可在0－7之间选择,因此相近的同、邻频小区BSIC应尽量不一致,应尽量避免在近距离内出现同频（特别是BCCH载频）、同BSIC的情况。
*同模拟频率规划相同,基站间有较高的山,不作为邻站考虑;若基站间有大片水域,则要作为邻站考虑。
*未跳频前,不限制BCCH载频的使用范围时,BCCH载频可尽量错开,跳频时BCCH应划出一定的频段,做4X3复用,若频率足够用的话,BCCH可考虑采用5X3甚至是6X3的复用模式,以减小BCCH间的干扰。
以上列出了频率规划的一些原则,但做频率规划还有另外一个重要的原则,就是要符合当地的实际情况。
每个系统的地形、基站情况都不一样,无线信号的传播也不一样,这就要求我们在做频率规划前,多了解一些当地的实际情况,不拘泥于一般频率复用的套路,频率分配方式因地而宜,尽量使频率规划满足当地的情况。
有条件的话,可利用一些专用规划工具结合电子地图进行场强预测,首先观察各小区的覆盖区域是否合理,然后对干扰达不到要求（预测时的同频干扰我们一般设置为12dB左右,留3dB的余量）的区域进行覆盖调整或频率规划的修正。
在基站开通后,由路测和一些统计数据来判断覆盖频率规划是否恰当。
对干扰较严重的区域,可利用调节覆盖、修正频率规划等方法加以处理。
二、切换方面的原则
越区切换是蜂窝移动通信系统区别于其它无线通信的一个主要特征。
GSM系统中大部分切换原则与模拟系统相同,但也有一些有别于模拟系统,如模拟系统的切换对象以基站为中心,一般向外只做一层切换关系;GSM系统则以小区为中心,一般向外做两层切换关系,而且GSM系统针对不同的切换情况有7种不同的算法。
下面列出GSM系统规划中切换方面需注意的一些问题:
*做切换的小区之间不可同频。
*切换应做双向切换,避免单向切换。
*一个小区不能存在两个同BCCH载频、同BSIC的切换小区。
*一个小区的切换选择不要作得过少或过多,一般以两层切换选择为宜,特别是覆盖公路、铁路的小区。
对于一个稳定的GSM系统,可根据路测的数据来修改在规划中不合理的切换小区。
三、天线倾角的确定原则
在系统规划中,我们常常把注意力放在频率的分配中,忽视了对天线相关参数（天线型号、高度、倾角等）的确定。
实际上,在基站位置确定后,其天线型号、高度已确定,其倾角的确定直接影响了基站的覆盖情况,也对所有系统参数的设定和统计数据的好坏有明显的影响。
规划时,天线倾角的确定也应重视。
在介绍天线倾角的确定原则前,先看一下天线的一些常见指标:
极化方式:
公用移动通信系统采用的频段,决定了天线都采用垂直极化方式（双极化天线出于极化分集的考虑,适用于市区）
水平平面的半功率角（H-PlaneHalfPowerbeamwidth）:
（45°,60°,90°等）定义了天线水平平面的波束宽度。
角度越大,在扇区交界处的覆盖越好,但当提高天线倾角时,也越容易发生波束畸变,形成越区覆盖。
角度越小,在扇区交界处覆盖越差。
提高天线倾角能够在移动程度上改进扇区交界处的覆盖,而且相对而言,不容易产生对其它小区的越区覆盖。
在市中心基站由于站距小,天线倾角大,应当采用水平平面的半功率角小的天线,郊区选用水平平面的半功率角大的天线。
垂直平面的半功率角（V－PlaneHalfPowerbeamwidth）:
（48°,33°,15°,8°）
定义了天线垂直平面的波束宽度。
垂直平面的半功率角越小,偏离主波束方向时信号衰减越快,在越容易经过调整天线倾角准确控制覆盖范围。
天线倾角（downtilt）:
定义了天线倾角的范围,在此范围内,天线波束发生的畸变较小。
前后比（Front-BackRatio）:
（25－30dB）表明了天线对后瓣抑制的好坏。
选用前后比低的天线,天线的后瓣有可能产生越区覆盖,导致切换关系混乱,产生掉话。
应优先选用前后比为30的天线。
天线增益（gain）:
排除天线制造工艺的差别,天线波束越小,增益越大。
其它参数:
略。
天线倾角的确定
天线倾角与天线高度、小区覆盖半径和天线的垂直平面半功率角有关,假设天线高度为H,所希望得到的覆盖半径R,天线垂直平面的半功率角A,需确定天线倾角B。
由视距传播可得（R>>H时）:
tg（B-A/2）=H/R
则:
B=arctg（H/R）+A/2
说明:
不考虑路径损耗,D点功率电平是C点的一半,即小3dB。
由此计算覆盖半径不完全合理。
可是厂家只提供半功率角指标。
根据我们的经验,此计算公式适合900MHz,覆盖半径在2公里以下,天线高度在25-50米之间的情况。
当天线高度小于20米时,我们一般以计算角度减1~2度,天线高度大于50米时,我们一般以计算角度加1~2度。
当小区覆盖半径大于5公里时,一般我们不加倾角。
在小区半径位于2-5公里时,可酌情设置倾角。
第三部分
其它频率复用方式探讨
根据GSM体制规范的建议,一般在无线网络规划中都采用4×3频率复用方式,即4个基站区（每个基站分为3个120°扇形小区或60°三叶草形小区）,12个扇形区为一小区群。
这种频率复用方式由于同频复用距离大,能够比较可靠地满足GSM体制对同频干扰保护比和邻频干扰保护比的指标要求,使GSM网络运行质量好,安全性好。
可是,这种复用方式频率利用率低,满足不了业务量大的地区扩大网络容量的要求。
中国城市人口密度很大,GSM网经过几次大规模扩容后,特大城市和部分大城市的市区宏蜂窝基站平均站距不到1000m,小区覆盖半径也就是几百米左右,有些”热点”地区站距只有300m左右。
可见,再靠大规模小区分裂技术来增加网络容量已经不现实了。
因此,对于许多经济发达的城市,为了满足移动用户迅猛增长的需求,一个措施是向DCS1800发展,建立双频网。
另一个措施就是在900MHZ现有的频率资源情况下,采用密化的频率复用技术。
各个厂家都根据自己设备的能力及软件功能采用了不同的密化的复用技术,但这是以减少同频复用距离,降低干扰保护比为代价的。
由于在GSM系统中,采取了许多抗干扰技术,如跳频、功率控制、话音不连续传输（DTX）、分集接收等,将这些技术有效应用会进一步提高载波干扰比C/I,使C/I有一定的富余,因此,可经过采用密化的频率复用技术进一步增加网络容量,并使网络满足服务质量要求。
比较典型的密化的频率复用技术主要有3×3,2×6,2×3,1×3技术。
实际上大家都是将常规的4×3频率复用技术和密化的3×3,2×3,1×3频率复用技术混合采用。
由于混合采用的方式不同,也就出现了几种不同的复用模式。
一、MRP（MultipleReusePattern）技术
基本原理:
多重复用模式（MRP）技术就是把所有可用的载频有规律地分为几组,每一组中的载频作为独立的一层,在做频率规划时,每组的载频可根据网络容量的需要采用不同的复用方式。
需要指出的是,由于广播控制信道（BCCH）不使用不连续发射（DTX）和跳频技术,发射功率较大,其干扰特性与业务信道（TCH）不同,因此,为了保证网络的服务质量和安全可靠,建议BCCH采用4×3复用方式,显然,用于BCCH的载频数应不少于12个。
在实际应用中,一般分配12~15个。
现以频率带宽为6MHZ加以说明,国家无委会在900MHZ频段上,划分给中国电信的频段,当用于GSM网的频带为6MHZ时,可用载频数为30对,频道号是65~95（划分给中国联通的频段有29对载频,频道号是96~124）,采用MRP技术时,将30对载频按12/9/6/3分为4组,分组方式如下表所述。
6MHZ带宽MRP载频分组方式
逻辑信道频道号
BCCH7
TCH83848586
TCH2
微蜂窝939495
广播控制信道（BCCH）,业务信道TCH1,TCH2及微蜂窝分别可有12,9,6,3对载频可配置,那么,BCCH采用4×3复用方式,TCH1采用3×3复用方式,TCH2采用2×3复用方式,可配置成3/3/3结构的基站,比单纯使用4×3模式提高了容量。
同样,如果用于GSM网的频率带宽为7.2MHz,那么,可用载频数为36对,频道号60~95,按12/9/8/7分成4组,分组方式如下表所示。
7.2MHZ带宽MRP载频分组方式
逻辑信道频道号
BCCH1
TCH1 787980
TCH2 88788
TCH3 95
其中,广播控制信道（BCCH）组有12个载频可供复用,业务信道分TCH1、TCH2、TCH3三层,每层分别有9、8、7个载频可供复用,在作频率规划时,为了保证网络安全,要求先配置BCCH,12个载频按4×3复用方式,12个扇形小区,每个小区分配1个BCCH载频;接着按3×3方式配置TCH1,每个小区分配TCH1层中1个载频,再依次按2×3方式配置TCH2、TCH3。
这样,每个基站3个扇形小区都可配置4个载频（4/4/4站型）。
配置载频时,应尽量避免相邻载频在同一小区或相邻小区使用,在TCH2和THC3层中分别有2个和1个载频可供调整。
余下的3个载频可分配给微蜂窝或微微蜂窝用,载频配置示意图见图。
当可用频带为9.6MHZ,频道号47~95,有49对载频,可按12/9/8/6/6/6/2规律分7组,基站载频可配置成6/6/6结构。
如果可用频带较宽,有12MHZ以上。
从理论上讲,基站载频可配置成8/8/8,甚至更多。
由此可见,网络的容量会大大提高。
这对设备的能力和软件的功能提出了更严格的要求。
根据BCCH和TCH载频选取的方式不同,又分几种MRP,现介绍以下两种:
1、固定型的MRP
固定型的MRP就是划分给业务信道（TCH）各层的载频固定不变,互相独立,不重叠,如上两表所示,做频率规划时,逐层配置载频,这样做的优点是TCH载频调整容易,如果某层TCH出现了干扰等问题,只要调整那一层即可,不必考虑其它层载频的影响。
缺点是载频配置不灵活。
2、改进型的MRP
改进型的MRP就是划分给业务信道（TCH）各层的载频互相重叠,不独立,具体分组方式如下表所示,TCH3层分配的载频不变,而在TCH2层中增加了TCH3层的载频,在TCH1层中增加了TCH2层的载频,在作频率规划时,可根据话务量密度分布情况,采用不同的复用方式,灵活配置载频。
改进的7.2MHZ带宽MRP载频分组方式
逻辑信道频道号
BCCH1
升级会员 