新版頻率規劃探討

　一、頻率計劃作用和頻率復用依據 計劃蜂窩系統時，我們要考慮一個關鍵目標是怎樣盡可能地達成高系統容量。換句話說，就是在保持可接收服務等級水平話音質量前提條件下，怎樣達成高話務密度（每平方公里用戶數盡可能多）。受頻率資源限制，給定某個蜂窩系統頻率有限（中國分配給移動、聯通 GSM蜂窩移動通信系統 900MHz 頻段各為 6MHz-30 個頻點）。頻率計劃要處理一個問題就是怎樣更有效率地利用頻率資源。和傳統移動系統相比較，蜂窩系統經過更有效頻率復用模式來提升頻帶利用率。

　傳統移動通信系統基站天線架設得盡可能高，功率輸出盡可能大，一個基站覆蓋面積當然也就盡可能大了；傳統移動通信系統中使用同頻率系統之間距離要足夠遠，以確保干擾信號電平低于接收機接收門限。其最終基站覆蓋范圍是受接收機接收門限而定，所以說傳統移動系統能夠說是屬于噪聲受限系統。而實際上即使干擾信號很大，只要有用信號電平比干擾信號電平高出一定 dB 值，用戶也還是能夠接收。蜂窩移動通信系統就是利用這一特征，經過在一定距離上進行頻率復用方法來達成所需 C/I（同頻干擾）、C/A（鄰頻干擾）值。對于一個成熟蜂窩移動通信系統來說，其最終基站覆蓋范圍是受同頻干擾而定，屬于干擾受限系統。通常蜂窩系統干擾保護比為：

　同頻干擾（C/I）：

　模擬>18dB GSM>9dB 鄰頻干擾：（C/A）：模擬>-23dB GSM>-9dB 蜂窩系統是將所需覆蓋地域分為若干小基站覆蓋區，然后將可用頻率分成若干組，每小區使用一組頻率，并隔開一定距離復用相同頻率。雖說將頻率分組后，該頻段所服務用戶數會降低，但因為采取了頻率復用方法，相當于該系統擁有“復用次數乘以頻段乘以系數 L（L 隨復用方法、復用次數和頻段而變，L<=1）”頻率范圍。舉例來說，對某個城市 GSM 系統可用12MHz，共有 60 個頻點，可提供 466.3Erl(GOS=2%，480TCH)，4X3 復用分成 12 組，每組 5 個頻點，復用 4 次，可提供 31(GOS=2%，40TCH)X12X4=1488Erl，在 GOS=2%時，相當于擁有 1489 個 TCH（186 個頻點），37.2MHz 帶寬。這就是蜂窩系統能有效利用頻率基礎原理。

　圖 1 為理想 12 小區復用方法，是將頻率共分為 12 組進行復用。假設各基站參數一樣，地形地物也完全一樣，關鍵是利用復用距離來控制干擾信號。設小區半徑為 R，復用距離為 D，對于 GSM 系統來說，C/I 最小值為 9dB，即 C/I=7.94，考慮 6 個同頻干擾情況，則有：

　 即對于 GSM 系統 D/R 需大于 2.62，一樣可得到模擬系統 D/R>4.4。對于全向基站來說，模擬系統通常采取 12 小區復用方法，其 D/R=6，而 GSM 系統通常采取 7 小區復用方法，其 ，其復用方法圖 2：

　假設頻率被分為 N 組，由幾何關系得出以下結論：

　很輕易看出，在小區范圍一定時，N 越大，同頻復用距離越大，則同頻干擾越輕易控制。不過 N 越大，每組頻點越少，所能容納得用戶數也越少，所以關鍵是怎樣確定適宜 N 值。除了復用距離會影響同頻干擾外，采取功率控制、扇區化（使用定向天線）、不連續發射和跳頻等技術均可用來降低干擾。實際上，巧妙利用地形、地物，我們在縮小復用距離同時，也能夠使同頻干擾滿足對應系統要求。不管怎樣，最終我們確定復用方法根本衡量標準是：要在 90%時間和 90%地點使同頻、鄰頻干擾達成系統要求。對模擬系統來說，定向基站常見復用方法為 7X3（共分為 7 大組，每組分為 3 小組，分配到 3 個扇區上，下同）、4X6 等方法，GSM 系統我們通常采取 4X3、2X6（非跳頻系統頻率計劃、跳頻系統 bcch 頻率計劃），3X3（采取基帶跳頻 non_bcch 頻率計劃），1X3（采取合成器跳頻 non_bcch 載頻計劃）。本文第二部分將著重介紹 MOTOROLA GSM 系統中常常采取 4X3、3X3、1X3 頻率計劃規則。

　二、蜂窩系統頻段劃分 中國在 800MHz 至 900MHz 頻率范圍內分配以下：

　其中模擬系統關鍵制式為 AMPS 和 TACS，它們頻率分配分別圖 4、5 所表示。它們和 GSM系統有一個區分，就是其信令信道固定，A、B 頻帶各有 21 個頻點專門用做信令信道，而GSM 系統則沒有專門信令信道。

　 GSM 作為目前世界上分布最廣蜂窩移動系統，也是現在中國移動系統主干網絡，承載了中國大部分手機用戶。因為 900MHz 頻帶有限，可容納用戶數有限，所以 GSM 系統又發展到1800MHz 。

　現在部分省份移動已開通了 10MHz 帶 寬 GSM1800 蜂 窩 移 動 系 統（1710-1820MHz，1805-1815MHz）。GSM 在 900MHz 和 1800MHz 頻率分配以下：

　 直接用頻率來說明各頻點比較麻煩，所以通常我們用頻率號來表示對應頻率。下面將頻率號和頻率對應關系列出，其中 chan freq.代表頻點中心頻率，chan no.表示頻率號，具體頻率和頻率號對照表參見附錄：

　AMPS/EAMPS（分兩部分）: AMPS/EAMPS A、B 頻段擴展信道：

　chan freq.=825.03-848.97MHzchan no.=1-799 chan freq.=chan no.*0.03+825MHz chan no.=(chan freq.-825)/0.03 EAMPS A 頻段擴展信道：

　chan freq.=824.04-825MHzchan no.=991-1023

　chan freq.=chan no.*0.03+794.31MHz chan no.=(chan freq.-794.31)/0.03 TACS:chan freq.=890.0125-904.9875MHzchan no.=1-600 chan freq.=chan no.*0.025+889.9875MHz chan no.=(chan freq.-889.9875)/0.025 ETACS：chan freq.=872.0125-889.9875MHzchan no.=1329-2047,0 chan freq.=chan no.*0.025+838.7875MHz chan no.=(chan freq.-838.7875)/0.025 0ßà889.9875MHz PGSM:chan freq.=890.2-914.8MHzchan no.=1-124 chan freq.=chan no.*0.2+890MHz chan no.=(chan freq.-890)/0.2 EGSM：chan freq.=880.2-890MHzchan no.=975-1023,0 chan freq.=chan no.*0.2+685.2MHz chan no.=(chan freq.-685.2)/0.2 0ßà890MHz GSM1800:chan freq.=1710.2-1784.8MHzchan no.=512-885 chan freq.=chan no.*0.2+1607.8MHz chan no.=(chan freq.-1607.8)/0.2

　一個頻點帶寬：AMPS 制式為 30KHz，TACS 制式為 25KHz，GSM 為 200KHz。AMPS、TACS 均為頻分多址，1 個頻點為 1 個物理信道；GSM 為時分多址，1 個頻點可支持 8 個物理信道。

　下面將多個蜂窩系統基礎頻率情況列出：

　AMPSTACSGSM AMPSEAMPSTACSETACSUTACSGSM900EGSMGSM1800 頻帶(MHz)2055 雙工間隔(MHz)45454595 頻道數 XX 頻道帶寬(kHz)3025200

　第二部分

　頻 率 復 用 規 則

　 一、頻率分配標準

　通常情況下，GSM 系統常采取全向站：7 小區復用（未跳頻系統）；定向站：4X3（未跳頻系統）、3X3 小區復用（通常是采取基帶跳頻 non_bcch 載頻，也有未跳頻采取，但效果不好）和 1X3 小區復用（采取合成器跳頻 non_bcch 載頻）。不管怎樣進行頻率復用，我們做頻率計劃最關鍵標準就是：將相同和相鄰頻率盡可能分隔開來，以避免同頻、鄰頻干擾，尤其是相正確鄰小區要盡可能避開同頻、鄰頻現象。這條標準對于 GSM 系統和模擬系統均適用。

　以下分別討論 4X3、3X3、1X3 復用方法和規則。（4X3、3X3、1X3 頻率計劃均針對采取定向天線三扇區基站，全向小區頻率計劃應滿足 7 小區復用標準）

　 5、4X3 頻率分組和復用模式討論：

　顧名思義，4X3 復用是將可用頻率分為 4X3=12 組，分別標志為 A1、B1、C1，D1、A2、B2、C2、D2、A3、B3、C3、D3，以下表為例：

　A1B1C1D1A2B2C2D2A3B3C3D3 112 84 3 再將 A1、A2、A3 為一大組分配給某基站 3 個扇區，B1、B2、B3，C1、C2、C3，D1、D2、D3 分別為一大組分配給相鄰基站 3 個扇區。顯然，我們有以下六種頻率復用方法：

　 根據上面頻率次序分組方法，不存在相鄰基站同頻問題，但還有相對小區鄰頻現象：（見圖中紅色箭頭所指位置）

　方法 1：D1---A2；方法 2：D2---A3；方法 3：D1---A2； 方法 4：D2---A3；方法 5：D3---A1；方法 6：D3---A1。

　為此，我們換一個頻率分組方法來看看，見下表：

　A1B1C1D1A2B2C2D2A3B3C3D3 012 0XX 3 一樣六種復用方法：

　方法 1、4 無相對鄰頻現象；方法 2：C1---A2；方法 3：B2---A3；方法 5：C1---A2，B2---A3，D3---A1；方法 6：D3---A1。

　 所以我們推薦采取以上頻率分組復用方法 1、4。因為各個系統基站未必恰好在網格上，所以我們采取前面頻率次序分組方法也未嘗不可，但需避免相對鄰小區鄰頻問題。

　 6、3X3 頻率分組和復用模式討論：

　3X3 復用將可用頻率分為 9 組，分別標志為：A1、B1、C1、A2、B2、C2、A3、B3、C3。以下表所表示：

　A1B1C1A2B2C2A3B3C3

　1011128 4252627 2829303 有以下兩種復用方法：

　方法 1：無相對小區鄰頻現象；方法 2：C1---A2，C2---A3，C3---A1。

　顯然，方法 1 復用方法愈加好。

　 7、1X3 頻率分組和復用模式討論：

　1X3 是頻率復用最為緊密一個方法，通常采取在合成器跳頻系統中，同時還需采取 DTX、功率控制、天線分集等抗干擾技術，以填補因為復用距離減小而帶來干擾惡化。它是將全部non_bcch 頻率分成 A1、A2、A3 三組，將這三組分別作為每個基站 3 個扇區 MA，如表所表示：

　A A A 在跳頻負載（小區頻率數/MA 長度）小于 50%時，應確保同一基站內 3 個小區 MAIO 不鄰頻，每個基站相同方向小區 MAIO 一致，同一基站 3 個小區 HSN 相同，相鄰基站 HSN 不一樣，且同 HSN 基站距離應盡可能遠。

　 8、GSM 頻率分配標準總結：

　*同一基站內不能同鄰頻，通常跳頻時（指合成器跳頻），同一基站各小區跳頻算法（HSN）一致，但起跳點（MAIO）不能鄰頻。注意：凡采取 CCB 合路不支持跳頻。

　*相對小區不能同頻，應避免鄰頻，尤其是 BCCH 和 SDCCH 載頻（通常為該小區第 1 和第2 個載頻）。采取跳頻時，相鄰基站起跳點可相同，但跳頻算法不可一致。

　*BSIC 設計也應注意， BSIC＝8×NCC＋BCC，BCC 可在 0－7 之間選擇，所以相近同、鄰頻小區 BSIC 應盡可能不一致，應盡可能避免在近距離內出現同頻（尤其是 BCCH 載頻）、同 BSIC 情況。

　*同模擬頻率計劃相同，基站間有較高山，不作為鄰站考慮；若基站間有大片水域，則要作為鄰站考慮。

　*未跳頻前，不限制 BCCH 載頻使用范圍時，BCCH 載頻可盡可能錯開，跳頻時 BCCH 應劃出一定頻段，做 4X3 復用，若頻率足夠用話，BCCH 可考慮采取 5X3 甚至是 6X3 復用模式，以減小 BCCH 間干擾。

　以上列出了頻率計劃部分標準，但做頻率計劃還有另外一個關鍵標準，就是要符合當地實際情況。每個系統地形、基站情況全部不一樣，無線信號傳輸也不一樣，這就要求我們在做頻率計劃前，多了解部分當地實際情況，不拘泥于通常頻率復用套路，頻率分配方法因地而宜，盡可能使頻率計劃滿足當地情況。有條件話，可利用部分專用計劃工具結合電子地圖進行場強估計，首先觀察各小區覆蓋區域是否合理，然后對干擾達不到要求（估計時同頻干擾我們通常設置為 12dB 左右，留 3dB 余量）區域進行覆蓋調整或頻率計劃修正。在基站開通后，由路測和部分統計數據來判定覆蓋頻率計劃是否合適。對干擾較嚴重區域，可利用調整覆蓋、修正頻率計劃等方法加以處理。

　 二、切換方面標準

　越區切換是蜂窩移動通信系統區分于其它無線通信一個關鍵特征。GSM 系統中大部分切換標準和模擬系統相同，但也有部分有別于模擬系統，如模擬系統切換對象以基站為中心，通常向外只做一層切換關系；GSM 系統則以小區為中心，通常向外做兩層切換關系，而且GSM 系統針對不一樣切換情況有 7 種不一樣算法。

　下面列出 GSM 系統計劃中切換方面需注意部分問題：

　*做切換小區之間不可同頻。

　*切換應做雙向切換，避免單向切換。

　*一個小區不能存在兩個同 BCCH 載頻、同 BSIC 切換小區。

　*一個小區切換選擇不要作得過少或過多，通常以兩層切換選擇為宜，尤其是覆蓋公路、鐵路小區。

　對于一個穩定 GSM 系統，可依據路測數據來修改在計劃中不合理切換小區。

　三、天線傾角確實定標準

　在系統計劃中，我們常常把注意力放在頻率分配中，忽略了對天線相關參數（天線型號、高度、傾角等）確實定。實際上，在基站位置確定后，其天線型號、高度已確定，其傾角確實定直接影響了基站覆蓋情況，也對全部系統參數設定和統計數據好壞有顯著影響。計劃時，天線傾角確實定也應重視。

　在介紹天線傾角確實定標準前，先看一下天線部分常見指標：

　極化方法：公用移動通信系統采取頻段，決定了天線全部采取垂直極化方法（雙極化天線出于極化分集考慮，適適用于市區）

　水平平面半功率角（H-Plane Half Power beamwidth）:(45°,60°,90°等)定義了天線水平平面

　波束寬度。角度越大,在扇區交界處覆蓋越好，但當提升天線傾角時，也越輕易發生波束畸變,形成越區覆蓋。角度越小，在扇區交界處覆蓋越差。提升天線傾角能夠在移動程度上改善扇區交界處覆蓋，而且相對而言，不輕易產生對其它小區越區覆蓋。

　在市中心基站因為站距小，天線傾角大，應該采取水平平面半功率角小天線，郊區選擇水平平面半功率角大天線。

　垂直平面半功率角（V－Plane Half Power beamwidth）:（48°,33°,15°,8°）

　定義了天線垂直平面波束寬度。垂直平面半功率角越小，偏離主波束方向時信號衰減越快，在越輕易經過調整天線傾角正確控制覆蓋范圍。

　天線傾角（downtilt）：定義了天線傾角范圍，在此范圍內，天線波束發生畸變較小。

　前后比(Front-Back Ratio):（25－30dB）表明了天線對后瓣抑制好壞。選擇前后比低天線，天線后瓣有可能產生越區覆蓋，造成切換關系混亂，產生掉話。應優先選擇前后比為 30 天線。

　天線增益（gain）: 排除天線制造工藝差異，天線波束越小，增益越大。

　其它參數：略。

　天線傾角確實定 天線傾角和天線高度、小區覆蓋半徑和天線垂直平面半功率角相關，假設天線高度為 H，所期望得到覆蓋半徑 R，天線垂直平面半功率角 A，需確定天線傾角 B。

　 由視距傳輸可得（R>>H 時）：tg(B-A/2)=H/R 則：B=arctg(H/R)+A/2 說明：不考慮路徑損耗，D 點功率電平是 C 點二分之一，即小 3dB。由此計算覆蓋半徑不完全合理。不過廠家只提供半功率角指標。依據我們經驗，此計算公式適合 900MHz，覆蓋半徑在 2 公里以下，天線高度在 25-50 米之間情況。當日線高度小于 20 米時，我們通常以計算角度減 1~2 度，天線高度大于 50 米時，我們通常以計算角度加 1~2 度。當小區覆蓋半徑大于 5 公里時，通常我們不加傾角。在小區半徑在 2-5 公里時，可酌情設置傾角。

　第三部分

　其它頻率復用方法探討

　依據 GSM 體制規范提議，通常在無線網絡計劃中全部采取 4×3 頻率復用方法，即 4 個基站區（每個基站分為 3 個 120°扇形小區或 60°三葉草形小區），12 個扇形區為一小區群。這種頻率復用方法因為同頻復用距離大，能夠比較可靠地滿足 GSM 體制對 同頻干擾保護比和鄰頻干擾保護比指標要求，使 GSM 網絡運行質量好，安全性好。

　不過，這種復用方法頻率利用率低，滿足不了業務量大地域擴大網絡容量要求。中國城市人口密度很大，GSM 網經過幾次大規模擴容后，特大城市和部分大城市市區宏蜂窩基站平均站距不到 1000m，小區覆蓋半徑也就是幾百米左右，有些“熱點”地域站距只有 300m 左右?？梢?，再靠大規模小區分裂技術來增加網絡容量已經不現實了。

　所以，對于很多經濟發達城市，為了滿足移動用戶迅猛增加需求，一個方法是向 DCS1800發展，建立雙頻網。另一個方法就是在 900MHZ 現有頻率資源情況下，采取密化頻率復用技術。

　各個廠家全部依據自己設備能力及軟件功效采取了不一樣密化復用技術，但這是以降低同頻復用距離，降低干擾保護比為代價。因為在 GSM 系統中，采取了很多抗干擾技術，如跳頻、功率控制、話音不連續傳輸（DTX）、分集接收等，將這些技術有效應用會深入提升載波干擾比 C/I，使 C/I 有一定富余，所以，可經過采取密化頻率復用技術深入增加網絡容量，并使網絡滿足服務質量要求。比較經典密化頻率復用技術關鍵有 3×3，2×6，2×3，1×3 技術。

　實際上大家全部是將常規 4×3 頻率復用技術和密化 3×3，2×3，1×3 頻率復用技術混合采取。因為混合采取方法不一樣，也就出現了多個不一樣復用模式。

　一、MRP (Multiple Reuse Pattern)技術 基礎原理：

　多反復用模式（MRP）技術就是把全部可用載頻有規律地分為幾組，每一組中載頻作為獨立一層，在做頻率計劃時，每組載頻可依據網絡容量需要采取不一樣復用方法。

　需要指出是，因為廣播控制信道（BCCH）不使用不連續發射（DTX）和跳頻技術，發射功率較大，其干擾特征和業務信道（TCH）不一樣，所以，為了確保網絡服務質量和安全可靠，提議 BCCH 采取 4×3 復用方法，顯然，用于 BCCH 載頻數應不少于 12 個。在實際應用中，通常分配 12~15 個。

　現以頻率帶寬為 6MHZ 加以說明，國家無委會在 900MHZ 頻段上，劃分給中國電信頻段，當用于 GSM 網頻帶為 6MHZ 時，可用載頻數為 30 對，頻道號是 65~95（劃分給中國聯通頻段有 29 對載頻，頻道號是 96~124），采取 MRP 技術時，將 30 對載頻按 12/9/6/3 分為 4 組，分組方法以下表所述。

　6MHZ 帶寬 MRP 載頻分組方法

　邏輯信道頻道號 BCCH7 TCH83848586 TCH2 微蜂窩 939495 廣播控制信道（BCCH），業務信道 TCH1， TCH2 及微蜂窩分別可有 12，9，6，3 對載頻可配置，那么，BCCH 采取 4×3 復用方法，TCH1 采取 3×3 復用方法，TCH2 采取 2×3復用方法，可配置成 3/3/3 結構基站，比單純使用 4×3 模式提升了容量。

　一樣，假如用于 GSM 網頻率帶寬為 7.2MHz，那么，可用載頻數為 36 對，頻道號 60~95，按 12/9/8/7 分成 4 組，分組方法以下表所表示。

　7.2MHZ 帶寬 MRP 載頻分組方法

　邏輯信道頻道號 BCCH1

　 TCH1

　787980

　TCH2

　 88788

　TCH3

　 95 其中，廣播控制信道（BCCH）組有 12 個載頻可供復用，業務信道分 TCH1、TCH2、TCH3三層，每層分別有 9、8、7 個載頻可供復用，在作頻率計劃時，為了確保網絡安全，要求先配置 BCCH，12 個載頻按 4×3 復用方法，12 個扇形小區，每個小區分配 1 個 BCCH 載頻；接著按 3×3 方法配置 TCH1，每個小區分配 TCH1 層中 1 個載頻，再依次按 2×3 方法配置 TCH2、TCH3。這么，每個基站 3 個扇形小區全部可配置 4 個載頻（4/4/4 站型）。配置載頻時，應盡可能避免相鄰載頻在同一小區或相鄰小區使用，在 TCH2 和 THC3 層中分別有 2 個和 1 個載頻可供調整。余下 3 個載頻可分配給微蜂窩或微微蜂窩用，載頻配置示意圖見圖。

　 當可用頻帶為 9.6MHZ，頻道號 47~95，有 49 對載頻，可按 12/9/8/6/6/6/2 規律分 7 組，基站載頻可配置成 6/6/6 結構。

　假如可用頻帶較寬，有 12MHZ 以上。從理論上講，基站載頻可配置成 8/8/8，甚至更多。由此可見，網絡容量會大大提升。這對設備能力和軟件功效提出了更嚴格要求。

　依據 BCCH 和 TCH 載頻選擇方法不一樣，又分多個 MRP，現介紹以下兩種：

　1、固定型 MRP 固定型 MRP 就是劃分給業務信道（TCH）各層載頻固定不變，相互獨立，不重合，如上兩表所表示，做頻率計劃時，逐層配置載頻，這么做優點是 TCH 載頻調整輕易，假如某層 TCH出現了干擾等問題，只要調整那一層即可，無須考慮其它層載頻影響。缺點是載頻配置不靈活。

　2、改善型 MRP 改善型 MRP 就是劃分給業務信道（TCH）各層載頻相互重合，不獨立，具體分組方法以下表所表示，TCH3 層分配載頻不變，而在 TCH2 層中增加了 TCH3 層載頻，在 TCH1 層中增加了 TCH2 層載頻，在作頻率計劃時，可依據話務量密度分布情況，采取不一樣復用方法，靈活配置載頻。

　改善 7.2MHZ 帶寬 MRP 載頻分組方法

　邏輯信道頻道號 BCCH1

　 TCH1

　78798081 82 83 84 85 86 87 88

　 TCH2

　 8878889

　TCH3

　 95

　MRP 技術關鍵特點 MRP 技術打破了傳統固定頻率復用模式，使載頻配置靈活，尤其是使一個扇形小區分配載頻不可能和同頻復用扇形小區載頻完全相同，既改善了同頻干擾保護比，也改善了跳頻效果，

　這是 MRP 技術顯著特點。

　MRP 技術可依據容量需求及話務量分布情況靈活進行頻率計劃，可逐步提升網絡容量，比單純使用 4×3 復用方法網絡容量高，和單純采取 3×3，2×3，1×3復用方法相比對網絡質量影響小，采取技術如跳頻、功率控制，不連續發射（DTX）是 GSM系統應含有技術，在設備及軟件上無其它特殊要求，只要進行精心網絡計劃和優化，能滿足網絡安全可靠運行。富余載頻可用于微蜂窩。