GSM和WCDMA共站址分析

  目前國內(nèi)移動(dòng)運(yùn)營商擁有覆蓋良好的GSM網(wǎng)絡(luò),3G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)應(yīng)該以2G網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ),在城區(qū)應(yīng)實(shí)現(xiàn)3G的連續(xù)覆蓋,才能降低建網(wǎng)成本,提供業(yè)務(wù)的連續(xù)服務(wù)能力。如何解決GSM與WCDMA的共址組網(wǎng),在3G商用時(shí)是一個(gè)不可回避的話題。如何解決GSM與WCDMA的共址,充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的資源,也是每個(gè)運(yùn)營商必須考慮的問題。GSM與WCDMA共站址方案在覆蓋策略、容量負(fù)荷分擔(dān)、2G系統(tǒng)改造等方面存在諸多問題,在實(shí)際操作和實(shí)現(xiàn)過程中也相當(dāng)復(fù)雜,對(duì)相關(guān)理論研究帶來了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

一、GSM/WCDMA干擾分析

  WCDMA和GSM共站的干擾,主要需要考慮DCS1800基站發(fā)射對(duì)WCDMA基站接收的干擾。GSM900的頻段和WCDMA的頻段相差很遠(yuǎn),正常工程中要求滿足的水平隔離很容易滿足GSM900和WCDMA共站的隔離度要求。同樣,WCDMA基站發(fā)射雖對(duì)DCS1800基站接收會(huì)產(chǎn)生干擾,由于頻段的間隔較大,隔離度要求并不高,正常工程的水平隔離也比較容易滿足。

  1.GSM900與WCDMA之間的干擾問題

  底噪上升小于1dB時(shí)對(duì)WCDMA系統(tǒng)產(chǎn)生的影響可以忽略,此時(shí)對(duì)應(yīng)系統(tǒng)容量減少7.5%,可以計(jì)算出使底噪下降1dB所需要的外來噪聲為-108.87dBm/3.84MHz。

  GSM本身存在GSM900與DCS1800之間的共站址要求。GSM協(xié)議規(guī)定,GSM900落入DCS1800的雜散必須小于-95dBm/200kHz(即:-95+13=-82.17dBm/3.84MHz)。WCDMA比DCS1800頻率更高,GSM900在WCDMA頻帶內(nèi)的雜散干擾只會(huì)比-95dBm/200kHz小,所以GSM900落入WCDMA核心頻段的雜散也可以參考該指標(biāo)。

  GSM900對(duì)WCDMA的雜散干擾為26.87dB,GSM900的三階互調(diào)產(chǎn)物不會(huì)落在WCDMA頻段。

  由于GSM協(xié)議主要考慮的是DCS1800和GSM900之間共站址的問題,因此對(duì)于DCS1800的雜散要求主要是規(guī)定了其落入GSM900接收頻段的雜散指標(biāo)必須小于-95dBm/200kHz。而對(duì)于在WCDMA的接收頻段的雜散要求,僅僅是-29dBm/3.84MHz。因此建議兩系統(tǒng)天線間所需要的隔離距離為:垂直距離大于0.45m,水平距離大于1.2m,其中水平隔離時(shí)天線將背離一定角度。

  2.DCS1800與WCDMA之間的干擾問題

  DCS1800下行鏈路頻帶比較接近WCDMA主要工作頻段上行鏈路的頻帶,偶次互調(diào)產(chǎn)物不會(huì)產(chǎn)生任何危害,但奇次互調(diào)的產(chǎn)物則有可能在WCDMA上行鏈路頻帶中造成干擾,如圖1所示。

  通過在GSM中進(jìn)行適當(dāng)?shù)念l率規(guī)劃可以避免IM產(chǎn)物,如果DCS1800信道占用從512到684(f1)以及從799到885(f2)的帶寬,fIM3將干擾WCDMA上行頻帶(1920~1980MHz)。

  一般情況下DCS1800對(duì)WCDMA的雜散干擾為79.87dB。廠商提供的DCS1800基站設(shè)備的雜散指標(biāo)一般都優(yōu)于GSM協(xié)議規(guī)定的指標(biāo),DCS1800基站設(shè)備落入WCDMA核心頻段的雜散小于-95dBm/200kHz(-82.17dBm/3.84MHz),即-82.17-(-108.87)=26.7dB。

  對(duì)于WCDMA系統(tǒng),f=2000MHz,考慮到饋線損耗接頭損耗對(duì)于18dBi的天線取15dB,這樣可以計(jì)算出GSM系統(tǒng)和WCDMA系統(tǒng)天線主瓣正對(duì)時(shí)所需要的隔離距離為8.15m。

  如果取10dB,則d=2.58m。

  但是,對(duì)于現(xiàn)實(shí)天線安裝時(shí)不會(huì)使兩系統(tǒng)天線主瓣正對(duì),一般采用圖2所示的安裝方法。



  一般情況下,定向天線在偏離主瓣90°時(shí),天線的增益將下降至0°,對(duì)于圖2所示的安裝方式,應(yīng)取和為0,隔離距離為d=0.26m。

  但是,由于存在天線旁瓣的影響(天線旁瓣由于天線型號(hào)的不同而無法確切計(jì)算);同時(shí)在天線1m范圍內(nèi)屬于電波不穩(wěn)定區(qū)域,應(yīng)該采用工程性操作,建議水平隔離距離>1m。實(shí)際工程中,很多站點(diǎn)可能由于空間的關(guān)系,無法滿足水平隔離度要求,建議采用垂直隔離大于0.5m的方案。

二、GSM/WCDMA鏈路預(yù)算分析

  WCDMA和GSM共站址的前提條件是兩系統(tǒng)首先在覆蓋上要達(dá)到平衡,表1給出了GSM900、DCS1800、WCDMA在語音業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的上行最大路徑損耗。

  對(duì)于密集城區(qū)和城區(qū),根據(jù)鏈路預(yù)算結(jié)果,DCS1800話音和WCDMA的CS64kbit/s覆蓋能力基本一致,需要的站點(diǎn)數(shù)大體相當(dāng)。GSM900比WCDMA的覆蓋能力按WCDMA話音業(yè)務(wù)計(jì)算高8dB,但目前密集城區(qū)和其它城區(qū)的GSM網(wǎng)絡(luò)是容量受限,GSM站址密度很大,可以彌補(bǔ)WCDMA的覆蓋能力,因此在密集城區(qū)和其它城區(qū),WCDMA和GSM共站址不是覆蓋受限,而是容量受限。對(duì)于WCDMA系統(tǒng)的容量受限問題,可以采用分層組網(wǎng)和多載頻技術(shù)解決,因此在密集城區(qū)和其它城區(qū),單從覆蓋角度來看,GSM和WCDMA完全可以共站址。

  對(duì)于郊區(qū)和農(nóng)村,WCDMA的覆蓋能力較強(qiáng),這些地區(qū)需要的基站總數(shù)較少且站址容易獲得,同時(shí)WCDMA具有很多覆蓋增強(qiáng)的技術(shù),如可以在WCDMA組網(wǎng)中引入單向塔放(TMA,可以引入12dB的增益,彌補(bǔ)饋線的損耗。)、雙向塔放(可以帶來10dB以上的雙向增益,用于彌補(bǔ)饋線損耗和增強(qiáng)下行發(fā)射功率)、四天線接收技術(shù)(可以帶來6dB的增益,提高基站的接收靈敏度,彌補(bǔ)WCDMA和GSM空間損耗上的差異),并且在WCDMA建網(wǎng)初期借助WCDMA和GSM雙模終端可以利用2G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)郊區(qū)和農(nóng)村的連續(xù)覆蓋,所以從覆蓋角度看WCDMA和GSM在農(nóng)村和郊區(qū)完全可以共站址。

  對(duì)于室內(nèi)覆蓋,當(dāng)WCDMA和GSM共站點(diǎn)時(shí),主要考慮WCDMA和GSM共室內(nèi)分布系統(tǒng):對(duì)于已建GSM室內(nèi)分布系統(tǒng),如果器件不支持WCDMA工作頻段,需要更換寬頻器件,這樣WCDMA和GSM可以共用室內(nèi)分布系統(tǒng)。由于GSM和WCDMA基站的多樣性,并且可以引入干線放大器,因此在室內(nèi)WCDMA和GSM系統(tǒng)可以達(dá)到共同覆蓋。

三、共站址建設(shè)

  對(duì)于已經(jīng)具有GSM網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營商來說,如果能夠充分利用GSM的站址資源,將會(huì)減少WCDMA網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本。

  1.設(shè)備機(jī)房

  考察設(shè)備機(jī)房是否滿足共站址建設(shè)的要求主要是看在增加WCDMA設(shè)備的情況下機(jī)房是否有足夠剩余空間以及機(jī)房的承重能否滿足要求。

  2.電源及電源設(shè)備

  共站址建設(shè)的電源和電源設(shè)備方面,我們需要考慮包括交流電源設(shè)施、直流電源設(shè)施以及蓄電池等多方面的因素。在共站址工程建設(shè)過程中,由于WCDMA設(shè)備和GSM設(shè)備可能不是由一個(gè)廠家提供的,設(shè)備的參數(shù)可能有所差別,在共站址建設(shè)過程中,必須考慮這些因素,必要時(shí)需要對(duì)現(xiàn)有電源設(shè)備進(jìn)行擴(kuò)容,比如:更改市電交流引入的供電能力、增加高頻開關(guān)電源的整流模塊或者接線端子、空氣開關(guān),甚至可能要新增加1~2組新的蓄電池組等。新電源設(shè)備的引入,勢(shì)必對(duì)機(jī)房空間的使用需要進(jìn)行周密規(guī)劃。具體情況需要根據(jù)工程勘察設(shè)計(jì)結(jié)果提前對(duì)現(xiàn)有電源系統(tǒng)進(jìn)行改造。

  3.接地系統(tǒng)

  對(duì)于室內(nèi)、室外接地,要考慮原有接地的接地端子是否有空余,在實(shí)際利用時(shí),還要注意接地端處的一些處理方法,避免接地排時(shí)間長而引起的接地不良現(xiàn)象。WCDMA基站設(shè)備共有室外的防雷接地、室內(nèi)保護(hù)接地、室內(nèi)工作接地3種。

  4.傳輸設(shè)備

  目前網(wǎng)絡(luò)狀況一般是一個(gè)WCDMA基站對(duì)傳輸系統(tǒng)的要求是一個(gè)扇區(qū)1~2個(gè)2Mbit/s,傳輸?shù)馁Y源需求與網(wǎng)絡(luò)各期建設(shè)的規(guī)劃時(shí)間以及網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的實(shí)際方案有密切的關(guān)系,應(yīng)適應(yīng)多種傳輸方式。另外,對(duì)于基站的要求是盡可能節(jié)省傳輸資源,尤其是在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期。

  5.鐵塔及抱桿

  天線在鐵塔或樓頂?shù)脑龈呒苌习惭b時(shí),絕大多數(shù)情況下鐵塔和增高架可以共用而無需新增相應(yīng)設(shè)施。考慮到GSM天線與WCDMA天線的隔離問題以及WCDMA天線規(guī)劃的高度,如果不滿足相關(guān)的隔離條件,需要增加抱桿或者新的增高架,對(duì)已有鐵塔結(jié)構(gòu)的改動(dòng)需要在工程勘察設(shè)計(jì)時(shí)提前做好周密安排。

  綜上所述,在GSM、WCDMA基站共站址的條件下,工程上要考慮的主要因素是鐵塔上WCDMA天線的安排、機(jī)房供電系統(tǒng)容量以及傳輸容量這三個(gè)主要的方面,解決好這三方面的問題,可以節(jié)約工程建設(shè)成本,縮短工程建設(shè)周期。

四、GSM/WCDMA共站點(diǎn)后覆蓋和容量分析

  在典型的傳播環(huán)境下,WCDMA與2G的站距比較結(jié)果如圖3所示。

  在GSM與WCDMA室外共站點(diǎn)情況下,WCDMA小區(qū)在空載和本小區(qū)、鄰小區(qū)加載的情況下,CS64kbit/s業(yè)務(wù)覆蓋半徑分別小于2km和1km,由于話務(wù)量的原因,在該城市GSM基站密度很高,密集城區(qū)站間距大約1000m,城區(qū)大約1600m,因此從WCDMA覆蓋距離來看,WCDMA與GSM完全可以共站址。

  某城市利用已有的商用GSM室內(nèi)分布系統(tǒng),建成了WCDMA和GSM共室內(nèi)分布系統(tǒng)。通過測(cè)試,WCDMA的CPICH的和/Io的分布圖情況如圖4和圖5所示。


圖4 WCDMA的CPICH分布圖



圖5 WCDMA的CPICH的/IO分布圖


  從WCDMA的CPICH的/Io和測(cè)試結(jié)果覆蓋情況來看,在WCDMA與GSM共用室內(nèi)分布系統(tǒng)的情況下,WCDMA信號(hào)覆蓋較好。

  從WCDMA角度分析,如果考慮上行負(fù)載控制在50%以內(nèi),下行負(fù)載控制在75%以內(nèi),在WCDMA和GSM共站后,WCDMA的容量是受限的,不過可以通過采用多載頻和分層組網(wǎng)技術(shù)來解決這個(gè)問題。


----《通信世界》

作者:朱猷梅 張毅 黃幫明    

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