【資料名稱】：分層緊密復用技術的性能研究.doc

【資料作者】：陳新

【資料日期】：2003

【資料語言】：中文

【資料格式】：DOC

【資料目錄和簡介】：

分層緊密復用技術的性能研究
陳新

一、引言

在大規(guī)模的GSM 移動網(wǎng)絡工程設計中，頻率資源越來越緊張。一般情況下GSM900能提供13.5MHZ的頻帶，而當話務量要求大于106erl以上時，采用頻率緊密復用技術是必然的選擇。

多層緊密復用技術是將每一小區(qū)的頻率分成多層，每層頻率復用模式互不相同。BCCH層采用3×4復用模式，TCH層采用逐漸緊密的復用模式，提高GSM網(wǎng)絡的容量。隨著TCH層次的提高，復用距離縮短，同頻干擾將會增大。本文針對上述情況提出干擾模型，統(tǒng)計計算和分析，并推出實用的解決方案。

二、干擾模型

在蜂窩系統(tǒng)中，由于頻率資源是有限的，頻率的重復使用是提高頻率利用率的有效手段。頻率的重復使用必然造成頻率間相互干擾即同頻干擾。兩頻率相隔距離越近，頻率利用率越高，但是干擾也越大。圖1所示為同頻干擾的分布情況。為了分析方便，小區(qū)以正六邊形代替。圖中D為復用距離，[fn]為復用的頻率。


圖1 干擾示意圖

干擾功率的大小取決于有效發(fā)射功率、復用距離和路徑衰耗。經(jīng)過推導，得出復用頻率族數(shù)K:

K=i2+ij+j2

式中i,j為整數(shù)。

................... （1）

同頻干擾的解析表達式：

.................... （2）

式中Ik為第k個干擾信號，K=1,2,...N。

（2）式也可以表達為：

.................. （3）

式中qk是K個同頻干擾因子，γ是實際地形環(huán)境確定的路徑衰耗斜率，移動環(huán)境中路徑衰耗取值γ=4 。

對于全向天線的基站，第一層干擾源是六個（第二層以上由于干擾小，可以略去），若六個干擾小區(qū)條件相同，考慮干擾最大的情況，則

............................... （4）

對于120。的定向基站，理論認為干擾源是兩個，但是考慮到天線旁瓣和后瓣的影響，干擾源仍以六個計算（最惡劣的情況），由（4）式可以得到

.................................... （5）

三、統(tǒng)計分析

1、干擾與話務分布

網(wǎng)絡干擾除了取決于復用距離之外，還有一個重要因素就是話務分布。同頻復用小區(qū)話務量越大，干擾越嚴重。統(tǒng)計關系由下式構成。

同頻干擾產(chǎn)生的概率為

PI =P1* +P2* +…+Pn*

假設同頻復用小區(qū)出現(xiàn)話務的可能性相同，則

P1=P2=P3=……=Pn ;

小區(qū)中占用每層頻率的可能性取決于設備性能，華為GSM系統(tǒng)M900/M1800采用TCH“順序占用算法”，每層占用的概率是不同的，則

第1層占用概率 P（1-P）m-1
第2層占用概率 P2(1-P)m-2
.
.
.
第n層占用概率 Pm

假設 == ……=

=Pm * [1+ + +…+ ]

P為每個載波的占用概率，B為TCH阻塞率，

P=8*（1-B）7*B

每一個載波至少有一個時隙是空閑，說明載波被占用，B的數(shù)學表達式為

B =

A為話務量、N為信道數(shù)、愛爾蘭B表可以支持上述計算。干擾產(chǎn)生的概率為

PI =n* P1 (P2,P3,…Pn )* Pm *[1+ + +…+ ]

網(wǎng)絡平均干擾



通過不同小區(qū)話務量計算，話務量越大，干擾也越大。因此，我們可以通過建立表格分析網(wǎng)絡干擾。

2、復用族與C/I

根據(jù)（5）式可以計算出復用族與C/I的關系，如表1所示。

表1 復用方案與C/I的關系


計算的條件是復用距離（D）小區(qū)半徑（R）。圖1曲線表示K與C/I 的關系。



3、載干比變化（△C/I）與復用因子變化（△D/R）

由于載干比C/I的變化與復用因子之間的關系是非線性關系，為了討論問題的方便，將C/I和GSM標準11dB相比較，每變化1dB，得到復用因子的變化量（△D/R）。復用因子乘以小區(qū)的半徑就可以得到復用距離， 這一關系理論上說明復用距離的改變，將導致載干比的改變。表2表示兩者之間的數(shù)據(jù)關系，圖 2 表示曲線之間的關系。

表2 載干比變化與復用因子變化關系




華為GSM設備M900/M1800的小區(qū)復用距離如表3所示。

表3M900/M1800覆蓋距離表





例如， M900基站覆蓋半徑 R=2.8km, 滿足C/I=11dB的條件下，復用距離

D=11.03km

若復用距離縮短一公里，查曲線可以得到

C/I≈9dB

4、頻率分層與干擾分布

網(wǎng)絡規(guī)劃中，頻率分層緊密復用技術的核心是對小區(qū)所用的頻率進行分層規(guī)劃，分層方式為BCCH層和TCH層，n1、n2、.....、nm為每一層的載數(shù)，小區(qū)的最大站型

S m/m/m

小區(qū)支持的話務量由m值和呼損確定。但是，在一定頻率資源條件下，如總的可用載波數(shù)為N，要求頻率效率的確最大，其受限于網(wǎng)絡的干擾，與每一層所用的復用方式有關。

N=n1+n2+n3+......+nm

根據(jù)緊密復用規(guī)則，

n2≥n3 ≥n4 ≥...... ≥Nm

網(wǎng)絡中小區(qū)的載干比(平均值）：

C/I=

令總需覆蓋面積為S，每小區(qū)覆蓋面積為Scell，則為了滿足覆蓋所需小區(qū)數(shù)為S/Scell，

第m層頻率族復用次數(shù)


可以得出結(jié)論，覆蓋面積S上的總的信道數(shù)為

單位面積信道數(shù)


從式中看出單位面積信道數(shù)與小區(qū)半徑R和分層數(shù)m有關，m取值受限于N和網(wǎng)絡允許的干擾，TCH層頻率數(shù)取值為：

nm∈〔12,3〕

以N=50的情況為例，BCCH安排12個頻點，TCH層n2、n3 、...nm取值如表4所示。

表4 頻率分層、話務量和載干比


由表4可以看出，決定網(wǎng)絡平均載干比的因素是緊密復用層，經(jīng)過整理可以得出站型、話務量和載干比的關系表，如表5所示。

表5 站型TRX 、話務量和載干比。條件N=50，呼損B=2%。



圖3表示在總載頻數(shù)一定的情況下，利用多層緊密復用技術，TX和載干比C/I的關系曲

圖3 TRX～C/I的關系曲線

計算數(shù)值利用理論上的干擾模型，γ路徑損耗指數(shù)取4，而實際路徑損耗與理論有一定偏差，但其變化規(guī)律是一致的。

四、實驗測試

為了驗證上述理論分析的準確性，選用William C.提出的同頻干擾的測量模型，對實際網(wǎng)絡進行測試。模型構成如圖4所示。


A小區(qū)和B1-B6小區(qū)屬于同頻小區(qū)，發(fā)生在一個信道上的同信道干擾將與發(fā)生在給定區(qū)域的其它信道上的相當。因此，可以選擇任何一個信道，并在所有同信道基站都用該信道在夜間發(fā)射測量同頻道干擾。

用一個信道f1記錄信號電平C，無其它小區(qū)此時沒有應用此頻點，用另一信道f2記錄干擾電平I（認為同頻干擾），而用第三個信道f3(沒有使用的頻點）作為噪聲電平記錄N。采用掃描接收機記錄數(shù)據(jù)，載干比C/I

（C/I）DB = C (dBm)- I (dBm)

以東勝市GSM900網(wǎng)為研究對象，如圖5所示。分別對電信局（S5/5/5）基站、南分局（S4/4/4）基站和龍翔公司（S3/3/3）基站進行測量，頻率配置表如表6所示。

表6 頻率配置



由于東勝網(wǎng)絡比較簡單，復用頻點較少，將電信局小區(qū)3和南分局小區(qū)2看成是同頻復用小區(qū)。由于網(wǎng)絡已經(jīng)投入運營，無法完全按照William C. Y. Lee 的模型進行測試，工程上可以用測量同頻復用小區(qū)BCCH的信號強度估計網(wǎng)絡載干比（C/I）的大小。測量南分局小區(qū)2，用掃描接收機接收85號載頻和82號載頻的信號強度，最差的載干比C/I也有33dB，平均載干比為37.6dB。南分局小區(qū)2天線背對電信局小區(qū)3。天線前后比一般25dB，60°定向天線旁瓣和主瓣比約為 2.6dB。網(wǎng)絡同頻干擾非常小，滿足系統(tǒng)對載干比的要求。

五、結(jié)論

分層頻率緊密復用技術在10MHZ的帶寬條件下，最大支持的站型是8/8/8（滿足C/I≥12dB)。網(wǎng)絡規(guī)劃時，考慮到功率控制、跳頻和DTX的效果，站型可以適當增大。網(wǎng)絡干擾實際值和理論值有一定偏差，但是其變化趨勢是一致的。實測環(huán)境比設計的測試環(huán)境寬松，已有的實際網(wǎng)絡環(huán)境較簡單，變化趨勢對于頻率層安排具有普遍意義。

華為M900/M1800設備采用分層緊密復用技術，不需要特殊條件即可提高頻率利用率，最大限度減少網(wǎng)絡干擾。在一定帶寬條件下，站型的增大是有限制的。站型越大，頻率利用效率越高，同頻干擾越大，需要在網(wǎng)絡規(guī)劃中采用相應技術配合解決。

[ 本帖最后由 onlyjim 于 2011-11-4 17:46 編輯 ]