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(普通問題)
求GSM網(wǎng)絡(luò)擴容論文參考
為什么要擴容？不擴容有什么弊端？擴容采用了哪些技術(shù)？通過這些技術(shù)擴容取得了怎樣的效果。
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GSM
GSM網(wǎng)絡(luò)
網(wǎng)絡(luò)
擴容
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問題答案
( 1 )
移動通信用戶的迅速增長帶來了移動通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的快速膨脹，但由于新增用戶絕大多數(shù)是低端用戶，如果繼續(xù)對網(wǎng)絡(luò)進行大規(guī)模投資，將不能取得與之相應(yīng)的收益。
為了確保網(wǎng)絡(luò)暢通、解決投資和收益問題，可以啟用半速率語音通信技術(shù)來解決忙時話務(wù)擁塞問題。這不僅能夠有效解決突發(fā)話務(wù)量造成的網(wǎng)絡(luò)阻塞，促進話務(wù)量和業(yè)務(wù)收入的同比增長，還可以節(jié)省無線載頻的投資，提高資源利用率。
聯(lián)通大連分公司通過對相關(guān)數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn):大連是典型的旅游城市，其各個基站的話務(wù)模型隨著季節(jié)的變化有著明顯的不同。對于很多旅游景點附近的基站，如果常年保持高載頻配置，無疑是對網(wǎng)絡(luò)資源的浪費。但頻繁地進行網(wǎng)絡(luò)調(diào)整，則存在著很多現(xiàn)實困難，一是這種情況的小區(qū)眾多，工作量極大，并且其中很多小區(qū)是偏遠的農(nóng)村、海島;二是在反復(fù)的調(diào)整過程中，由于路途遙遠、車輛顛簸等因素，容易造成載頻板以及連接載頻板的鋼跳線的損壞，增加維護成本。
此外，移動運營商越來越多的市場推廣措施促使話務(wù)量增長較快。某些小區(qū)在某些特定時段有大量用戶同時通話的需求，如校園周邊的無線網(wǎng)絡(luò)容量需求量在學(xué)生下課后變得很大。還有臨時舉辦的會議或活動，會造成某些區(qū)域突發(fā)性話務(wù)量劇增，出現(xiàn)嚴重的網(wǎng)絡(luò)擁塞，而活動結(jié)束之后話務(wù)量會立即下降到較低的水平。此時，若增加載頻配置，勢必會降低載頻的利用率，尤其對于校園周圍情形，網(wǎng)絡(luò)擴容也暫時無法滿足話務(wù)量增長需求。在這種情況下，采用半速率信道，可以在不必擴容硬件的情況下有效地解決話務(wù)擁塞，提高接通率。半速率新技術(shù)不失為一種投資小、見效快的解決突發(fā)性高話務(wù)需求的方案。
GSM半速率編碼技術(shù)
半速率技術(shù)是一種通過合理調(diào)整配置速率、擴充網(wǎng)絡(luò)容量的無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化新技術(shù)。半速率語音技術(shù)的應(yīng)用，可使相關(guān)網(wǎng)絡(luò)指標明顯提高，緩解臨時性的網(wǎng)絡(luò)阻塞，取得一定的社會效益和經(jīng)濟效益。
1.1技術(shù)簡介
半速率（HalfRate，簡稱HR）是GSM網(wǎng)的業(yè)務(wù)承載方式之一，相對于全速率（FullRate，簡稱FR）業(yè)務(wù)承載方式而言，降低了碼率、提高了頻譜利用率，理論上可以將無線容量提高一倍。
GSM是一個時分系統(tǒng)，一個頻點可分為八個物理信道時隙（TS0至TS7），一個TDMA幀由TS0至TS7組成，一個話務(wù)信道TCH的TDMA復(fù)幀為26個幀，時長為120ms。復(fù)幀中的第13幀為SACCH（慢隨路控制信道），第26幀為空閑幀。系統(tǒng)采用半速率后，幀結(jié)構(gòu)并未起變化，不過系統(tǒng)將復(fù)幀中的奇數(shù)幀分配給一個用戶，而將其中的偶數(shù)幀分配給另一用戶，原先的第26空閑幀就成為第二個用戶的SACCH。這樣，原有的一個TCH 時隙上可以接入兩個用戶的業(yè)務(wù)，增加了信道容量。
現(xiàn)有的GSM系統(tǒng)大多采用FR承載方式，即話音業(yè)務(wù)傳送速率為13kbit/s，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以9.6 kbit/s或4.8 kbit/s或小于2.4 kbit/s的速度傳送;HR語音信道以6.5 kbit/s的速度傳話音業(yè)務(wù)，以4.8 kbit/s或小于2.4 kbit/s的速率傳送數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
半速率功能的開啟要求網(wǎng)絡(luò)和終端均支持半速率功能，目前市場上出售的手機幾乎全是支持半速率的，這為網(wǎng)絡(luò)啟用半速率功能提供了前提條件。
半速率小區(qū)每載頻的信道容量可以翻倍，從而節(jié)省無線載頻的投資，無需額外的載頻擴容、Abis接口的增加和頻率規(guī)劃，能有效地解決突發(fā)話務(wù)量造成的網(wǎng)絡(luò)阻塞。但半速率也會帶來一些負面影響，如:通話時話音質(zhì)量有所下降、掉話次數(shù)有所增加，在C/I較差的環(huán)境下HR語音質(zhì)量下降相對于FR更為明顯。因此，半速率主要用來緩解突發(fā)話務(wù)造成的無線擁塞，不宜將半速率作為無線網(wǎng)絡(luò)擴容的主要手段。
實驗室的實驗結(jié)果表明:HR在提高小區(qū)容量的同時，編碼速率的降低會造成語音質(zhì)量下降，在C/I較差的環(huán)境下，HR語音質(zhì)量下降相對于FR更為明顯。因此，半速率不宜在C/I較差的區(qū)域應(yīng)用。HR信道不支持分組業(yè)務(wù)(GPRS)，分組業(yè)務(wù)僅能分配在FR下，但由于GSM系統(tǒng)對語音和數(shù)據(jù)的承載是分別進行的，所以并不造成影響。
半速率的具體實施方式主要是動態(tài)半速率方式，即根據(jù)小區(qū)業(yè)務(wù)負荷來動態(tài)決定分配全速率或半速率信道，一般當全速率信道占用超過一定比例時開始分配半速率信道，此外，還有固定半速率的方式，即可以將某些時隙人為地靜態(tài)設(shè)置成半速率信道。
GSM系統(tǒng)引入半速率后，每個物理時隙可以承載2個半速率話務(wù)信道。這樣，系統(tǒng)的無線容量理論上可以達到原來的2倍。但這只是一個粗略的估算，還有其他一些因素影響網(wǎng)絡(luò)的實際容量:每載頻話務(wù)信道的增加同時也要求信令信道和公共控制信道數(shù)量的增加;中繼增益——根據(jù)Erlang-B表，如果信道數(shù)翻倍，在相同的擁塞率情況下，所帶來的容量大于2倍;半速率和全速率話務(wù)請求混合的情況，由于部分終端只支持全速率，某些數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)只支持全速率信道因此會出現(xiàn)。
1.2半速率編碼的益處
半速率編碼的益處基本上有四項:
*每載頻的信道容量可以翻倍;
*節(jié)省無線載頻的投資，無需額外的擴容載頻和Abis接口，無需額外的頻率規(guī)劃;
*有效解決突發(fā)話務(wù)量造成的網(wǎng)絡(luò)阻塞:增加了小區(qū)話務(wù)量，減少了話務(wù)信道擁塞率，提高了無線呼叫成功率和切換成功率;
*在語音質(zhì)量方面，用戶體驗基本沒有變化；可以參照TEMS路測結(jié)果，SQI值從全速率時的22，降至半速率的17，而SQI的可接受值最小為10。
1.3半速率給網(wǎng)絡(luò)帶來的弊端
然而，半速率技術(shù)也會給網(wǎng)絡(luò)帶來如下弊端:
*偶爾通話時話音質(zhì)量有所下降。
*掉話次數(shù)有所增加。因為使用半速率信道時，語音編碼速率只有6.5kbit/s，且無法提供較好的冗余差錯保護，對誤碼率較為敏感，從而對無線環(huán)境要求高于全速率信道。而在無線環(huán)境較差的地方容易產(chǎn)生RadioLink Failure原因的掉話。要想克服此類掉話，一方面應(yīng)該加強小區(qū)覆蓋，盡量選取覆蓋較好的小區(qū)開啟半速率;另一方面應(yīng)該注意調(diào)節(jié)門限值，多使用全速率信道。
*在C/I較差的環(huán)境下，HR語音質(zhì)量下降相對于FR 更為明顯。
半速率功能的啟用
啟用半速率功能，必須得到硬件設(shè)備和軟件功能的支持，下面以西門子設(shè)備為例，介紹一下大連聯(lián)通公司半速率功能的開啟。
首先需要說明，該網(wǎng)無線系統(tǒng)軟件是BR5.5版本。
半速率的啟用原則:
*盡可能成對地分配半速率信道至一個時隙上;
*全速率和半速率的自動分配:在網(wǎng)絡(luò)資源允許的情況下，全速率信道優(yōu)先分配，在全速率信道已占滿時，分配半速率信道。對于BR5.5版本來說，半速率和全速率信道雖然可以動態(tài)分配，但一個基站控制器下所有小區(qū)使用相同的門限值。
從BR6.0版本開始，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以根據(jù)小區(qū)負荷設(shè)定半速率開啟門限值，半速率的動態(tài)分配實現(xiàn)了不同小區(qū)使用不同的門限值的功能，在全速率信道占用比例高于設(shè)定的門限值時，分配半速率信道。
BR6.0還提供了半速率信道自動配對的功能，BSC每400ms對TCH的負荷及占用情況進行觀察，如有半速率通話未配對時，觸發(fā)小區(qū)內(nèi)的強制切換;將兩個半速率的語音業(yè)務(wù)放在同一個信道內(nèi)。BR6.0這兩個新功能，使半速率的小區(qū)在通話質(zhì)量及話務(wù)統(tǒng)計等方面的指標有了明顯的提升。
半速率對硬件要求:TRAU中的TRAC板需在V3版本以上;BSC中SN16為QTLP。
2.1半速率功能的實施
我們做了開通半速率小區(qū)的試驗，開通了2個BSC中的4個基站11個小區(qū)的半速率功能，經(jīng)過幾天的統(tǒng)計觀察，發(fā)現(xiàn)開啟半速率有效地減少了這些小區(qū)話務(wù)信道擁塞，增加了話務(wù)量，提高了呼叫成功率，并且切換的成功率也有所增加。
三次試驗的結(jié)果表明:開啟半速率語音功能以后對網(wǎng)絡(luò)是安全的;語音質(zhì)量在普通用戶可以接受范圍之內(nèi)，沒有接到針對半速率語音業(yè)務(wù)的用戶投訴;所有網(wǎng)絡(luò)運行指標，包括掉話率、話務(wù)掉話比等，在開啟半速率語音功能前后負面變化不明顯;不能支持半速率信道的手機可以得到同小區(qū)分配的全速率信道并正常使用。
2.2半速率對掉話率的影響
雖然開啟半速率語音功能后，掉話率、掉話比等沒有明顯變化，但半速率所造成的掉話也是不容忽視的。我們對開通的120個小區(qū)進行了統(tǒng)計:分別取了開通半速率小區(qū)后的7月8日～7月31日和開通前5月8日～5月31日忙時（10點～11點）的話務(wù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)。表1是這些小區(qū)在開通前后的總的掉話次數(shù)變化情況。
從表1中可以看出，平均掉話次數(shù)在開通后增加125次，結(jié)合啟用前一般全網(wǎng)總掉話水平（約2700次），掉話率上升了約0.03個百分點，即從原來的0.63左右至少上升到現(xiàn)在的0.66左右。這是只計算了這些開通半速率小區(qū)本身的掉話次數(shù)，從理論上來說，在半速率小區(qū)與全速率小區(qū)的切換過程中，掉話次數(shù)也會比以前全速率小區(qū)間切換有所增加。
結(jié)束語
半速率功能以可以接受的話音質(zhì)量損失，換來了無線網(wǎng)絡(luò)容量的增大，提高了頻譜利用率。在各種突發(fā)性話務(wù)增大的情況下，半速率功能可以有效發(fā)揮吸收話務(wù)、保護網(wǎng)絡(luò)設(shè)備安全、保障通信暢通等重要作用，是值得推廣使用的一項功能，但不能將半速率作為無線網(wǎng)絡(luò)擴容的主要手段。
參考文獻
[1]周勝強，“移動通信基站故障淺談”，《移動通信》，2001年第9期
聯(lián)通大連分公司通過對相關(guān)數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn):大連是典型的旅游城市，其各個基站的話務(wù)模型隨著季節(jié)的變化有著明顯的不同。對于很多旅游景點附近的基站，如果常年保持高載頻配置，無疑是對網(wǎng)絡(luò)資源的浪費。但頻繁地進行網(wǎng)絡(luò)調(diào)整，則存在著很多現(xiàn)實困難，一是這種情況的小區(qū)眾多，工作量極大，并且其中很多小區(qū)是偏遠的農(nóng)村、海島;二是在反復(fù)的調(diào)整過程中，由于路途遙遠、車輛顛簸等因素，容易造成載頻板以及連接載頻板的鋼跳線的損壞，增加維護成本。
此外，移動運營商越來越多的市場推廣措施促使話務(wù)量增長較快。某些小區(qū)在某些特定時段有大量用戶同時通話的需求，如校園周邊的無線網(wǎng)絡(luò)容量需求量在學(xué)生下課后變得很大。還有臨時舉辦的會議或活動，會造成某些區(qū)域突發(fā)性話務(wù)量劇增，出現(xiàn)嚴重的網(wǎng)絡(luò)擁塞，而活動結(jié)束之后話務(wù)量會立即下降到較低的水平。此時，若增加載頻配置，勢必會降低載頻的利用率，尤其對于校園周圍情形，網(wǎng)絡(luò)擴容也暫時無法滿足話務(wù)量增長需求。在這種情況下，采用半速率信道，可以在不必擴容硬件的情況下有效地解決話務(wù)擁塞，提高接通率。半速率新技術(shù)不失為一種投資小、見效快的解決突發(fā)性高話務(wù)需求的方案。
GSM半速率編碼技術(shù)
半速率技術(shù)是一種通過合理調(diào)整配置速率、擴充網(wǎng)絡(luò)容量的無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化新技術(shù)。半速率語音技術(shù)的應(yīng)用，可使相關(guān)網(wǎng)絡(luò)指標明顯提高，緩解臨時性的網(wǎng)絡(luò)阻塞，取得一定的社會效益和經(jīng)濟效益。
1.1技術(shù)簡介
半速率（HalfRate，簡稱HR）是GSM網(wǎng)的業(yè)務(wù)承載方式之一，相對于全速率（FullRate，簡稱FR）業(yè)務(wù)承載方式而言，降低了碼率、提高了頻譜利用率，理論上可以將無線容量提高一倍。
GSM是一個時分系統(tǒng)，一個頻點可分為八個物理信道時隙（TS0至TS7），一個TDMA幀由TS0至TS7組成，一個話務(wù)信道TCH的TDMA復(fù)幀為26個幀，時長為120ms。復(fù)幀中的第13幀為SACCH（慢隨路控制信道），第26幀為空閑幀。系統(tǒng)采用半速率后，幀結(jié)構(gòu)并未起變化，不過系統(tǒng)將復(fù)幀中的奇數(shù)幀分配給一個用戶，而將其中的偶數(shù)幀分配給另一用戶，原先的第26空閑幀就成為第二個用戶的SACCH。這樣，原有的一個TCH 時隙上可以接入兩個用戶的業(yè)務(wù)，增加了信道容量。
現(xiàn)有的GSM系統(tǒng)大多采用FR承載方式，即話音業(yè)務(wù)傳送速率為13kbit/s，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以9.6 kbit/s或4.8 kbit/s或小于2.4 kbit/s的速度傳送;HR語音信道以6.5 kbit/s的速度傳話音業(yè)務(wù)，以4.8 kbit/s或小于2.4 kbit/s的速率傳送數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
半速率功能的開啟要求網(wǎng)絡(luò)和終端均支持半速率功能，目前市場上出售的手機幾乎全是支持半速率的，這為網(wǎng)絡(luò)啟用半速率功能提供了前提條件。
半速率小區(qū)每載頻的信道容量可以翻倍，從而節(jié)省無線載頻的投資，無需額外的載頻擴容、Abis接口的增加和頻率規(guī)劃，能有效地解決突發(fā)話務(wù)量造成的網(wǎng)絡(luò)阻塞。但半速率也會帶來一些負面影響，如:通話時話音質(zhì)量有所下降、掉話次數(shù)有所增加，在C/I較差的環(huán)境下HR語音質(zhì)量下降相對于FR更為明顯。因此，半速率主要用來緩解突發(fā)話務(wù)造成的無線擁塞，不宜將半速率作為無線網(wǎng)絡(luò)擴容的主要手段。
實驗室的實驗結(jié)果表明:HR在提高小區(qū)容量的同時，編碼速率的降低會造成語音質(zhì)量下降，在C/I較差的環(huán)境下，HR語音質(zhì)量下降相對于FR更為明顯。因此，半速率不宜在C/I較差的區(qū)域應(yīng)用。HR信道不支持分組業(yè)務(wù)(GPRS)，分組業(yè)務(wù)僅能分配在FR下，但由于GSM系統(tǒng)對語音和數(shù)據(jù)的承載是分別進行的，所以并不造成影響。
半速率的具體實施方式主要是動態(tài)半速率方式，即根據(jù)小區(qū)業(yè)務(wù)負荷來動態(tài)決定分配全速率或半速率信道，一般當全速率信道占用超過一定比例時開始分配半速率信道，此外，還有固定半速率的方式，即可以將某些時隙人為地靜態(tài)設(shè)置成半速率信道。
GSM系統(tǒng)引入半速率后，每個物理時隙可以承載2個半速率話務(wù)信道。這樣，系統(tǒng)的無線容量理論上可以達到原來的2倍。但這只是一個粗略的估算，還有其他一些因素影響網(wǎng)絡(luò)的實際容量:每載頻話務(wù)信道的增加同時也要求信令信道和公共控制信道數(shù)量的增加;中繼增益——根據(jù)Erlang-B表，如果信道數(shù)翻倍，在相同的擁塞率情況下，所帶來的容量大于2倍;半速率和全速率話務(wù)請求混合的情況，由于部分終端只支持全速率，某些數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)只支持全速率信道因此會出現(xiàn)。
1.2半速率編碼的益處
半速率編碼的益處基本上有四項:
*每載頻的信道容量可以翻倍;
*節(jié)省無線載頻的投資，無需額外的擴容載頻和Abis接口，無需額外的頻率規(guī)劃;
*有效解決突發(fā)話務(wù)量造成的網(wǎng)絡(luò)阻塞:增加了小區(qū)話務(wù)量，減少了話務(wù)信道擁塞率，提高了無線呼叫成功率和切換成功率;
*在語音質(zhì)量方面，用戶體驗基本沒有變化；可以參照TEMS路測結(jié)果，SQI值從全速率時的22，降至半速率的17，而SQI的可接受值最小為10。
1.3半速率給網(wǎng)絡(luò)帶來的弊端
然而，半速率技術(shù)也會給網(wǎng)絡(luò)帶來如下弊端:
*偶爾通話時話音質(zhì)量有所下降。
*掉話次數(shù)有所增加。因為使用半速率信道時，語音編碼速率只有6.5kbit/s，且無法提供較好的冗余差錯保護，對誤碼率較為敏感，從而對無線環(huán)境要求高于全速率信道。而在無線環(huán)境較差的地方容易產(chǎn)生RadioLink Failure原因的掉話。要想克服此類掉話，一方面應(yīng)該加強小區(qū)覆蓋，盡量選取覆蓋較好的小區(qū)開啟半速率;另一方面應(yīng)該注意調(diào)節(jié)門限值，多使用全速率信道。
*在C/I較差的環(huán)境下，HR語音質(zhì)量下降相對于FR 更為明顯。
半速率功能的啟用
啟用半速率功能，必須得到硬件設(shè)備和軟件功能的支持，下面以西門子設(shè)備為例，介紹一下大連聯(lián)通公司半速率功能的開啟。
首先需要說明，該網(wǎng)無線系統(tǒng)軟件是BR5.5版本。
半速率的啟用原則:
*盡可能成對地分配半速率信道至一個時隙上;
*全速率和半速率的自動分配:在網(wǎng)絡(luò)資源允許的情況下，全速率信道優(yōu)先分配，在全速率信道已占滿時，分配半速率信道。對于BR5.5版本來說，半速率和全速率信道雖然可以動態(tài)分配，但一個基站控制器下所有小區(qū)使用相同的門限值。
從BR6.0版本開始，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以根據(jù)小區(qū)負荷設(shè)定半速率開啟門限值，半速率的動態(tài)分配實現(xiàn)了不同小區(qū)使用不同的門限值的功能，在全速率信道占用比例高于設(shè)定的門限值時，分配半速率信道。
BR6.0還提供了半速率信道自動配對的功能，BSC每400ms對TCH的負荷及占用情況進行觀察，如有半速率通話未配對時，觸發(fā)小區(qū)內(nèi)的強制切換;將兩個半速率的語音業(yè)務(wù)放在同一個信道內(nèi)。BR6.0這兩個新功能，使半速率的小區(qū)在通話質(zhì)量及話務(wù)統(tǒng)計等方面的指標有了明顯的提升。
半速率對硬件要求:TRAU中的TRAC板需在V3版本以上;BSC中SN16為QTLP。
2.1半速率功能的實施
我們做了開通半速率小區(qū)的試驗，開通了2個BSC中的4個基站11個小區(qū)的半速率功能，經(jīng)過幾天的統(tǒng)計觀察，發(fā)現(xiàn)開啟半速率有效地減少了這些小區(qū)話務(wù)信道擁塞，增加了話務(wù)量，提高了呼叫成功率，并且切換的成功率也有所增加。
三次試驗的結(jié)果表明:開啟半速率語音功能以后對網(wǎng)絡(luò)是安全的;語音質(zhì)量在普通用戶可以接受范圍之內(nèi)，沒有接到針對半速率語音業(yè)務(wù)的用戶投訴;所有網(wǎng)絡(luò)運行指標，包括掉話率、話務(wù)掉話比等，在開啟半速率語音功能前后負面變化不明顯;不能支持半速率信道的手機可以得到同小區(qū)分配的全速率信道并正常使用。
2.2半速率對掉話率的影響
雖然開啟半速率語音功能后，掉話率、掉話比等沒有明顯變化，但半速率所造成的掉話也是不容忽視的。我們對開通的120個小區(qū)進行了統(tǒng)計:分別取了開通半速率小區(qū)后的7月8日～7月31日和開通前5月8日～5月31日忙時（10點～11點）的話務(wù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)。表1是這些小區(qū)在開通前后的總的掉話次數(shù)變化情況。
從表1中可以看出，平均掉話次數(shù)在開通后增加125次，結(jié)合啟用前一般全網(wǎng)總掉話水平（約2700次），掉話率上升了約0.03個百分點，即從原來的0.63左右至少上升到現(xiàn)在的0.66左右。這是只計算了這些開通半速率小區(qū)本身的掉話次數(shù)，從理論上來說，在半速率小區(qū)與全速率小區(qū)的切換過程中，掉話次數(shù)也會比以前全速率小區(qū)間切換有所增加。
結(jié)束語
半速率功能以可以接受的話音質(zhì)量損失，換來了無線網(wǎng)絡(luò)容量的增大，提高了頻譜利用率。在各種突發(fā)性話務(wù)增大的情況下，半速率功能可以有效發(fā)揮吸收話務(wù)、保護網(wǎng)絡(luò)設(shè)備安全、保障通信暢通等重要作用，是值得推廣使用的一項功能，但不能將半速率作為無線網(wǎng)絡(luò)擴容的主要手段。
參考文獻
[1]周勝強，“移動通信基站故障淺談”，《移動通信》，2001年第9期
回答者：
chenjianghua
回答時間：2010-04-02 16:52
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