基于覆盖条件下的GSMWCDMA共址组网可行性分析.doc

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1、基于覆盖条件下的 GSM/WCDMA共址组网可行性分析江隆干（中国联合网络通信有限公司海南省分公司，海南 海口 570216） 摘要：对于电信运营商而言，基站进小区选址的难度已远远大于 2G 建网之时，而有关运营商已有庞大的 GSM 网 络，能否利用现有的 2G 站址和机房，实现机房、站址、传输资源共享，是电信运营商面临的主要现实问题之一。本 文基于 GSM/WCDMA 技术特点，以密集城区为例通过 2 种方式对 GSM 和 WCDMA 网络的覆盖进行分析，探讨了 海南联通 GSM 和 WCDMA 基站共址的可行性。关键词：GSM；WCDMA；共址；可行性中图分类号：TN929.5文献标识码：

2、A文章编号：1007-3043（2009）03-0028-05Analysis on the Feasibility of GSM/WCDMA Co-site Based on CoverageJIANG Long-gan（China Unicom Hainan Br anch，Haikou 570216，China）Abstract：For the operators， now it is much more difficult to acquire a site than before. The operators in China have a large-scale GSM netwo

3、rk， how to use them to share the equipment room， site， and transmission resource， need atten- tion. Based on the characteristics of GSM/WCDMA， it takes the dense urban area as example to analyze GSM and WCD- MA network coverage in two ways， discusses the feasibility on GSM and WCDMA co -site of Chin

4、a Unicom Hainan Branch.Keywords：GSM； WCDMA； Co-site； Feasibility要现实问题之一。 本文在 GSM/WCDMA 技术特点的基础 上 ， 以密集城区为例 ， 通 过 2 种 方 式 对 GSM 和0 前言3G 网络建设将涉及到网络规划、基站选址与建设 等。 由于我国电信行业已逐渐进入微利时代，欲新建 一个 3G 网络，对运营商来说将是一笔巨额的投资，因 此制定科学的网络建设策略，合理部署 3G 基站，实现 有效地节约投资，降低维护成本，在未来的竞争中将起 到至关重要的作用。 同时，由于进小区选择基站站址 的难度已远远大于 2G 建网之

5、时， 因此如能利用现有2G 站址和机房，实现站址、机房、传输资源共享，不仅 可降低成本，还可绕开选址难题。目前，我国有关电信运营商已拥有庞大的 GSM 网 络，如何在部署 WCDMA 时，通过 GSM/WCDMA 组网， 保证 2G 和 3G 网络合理共存，是电信运营商面临的主收稿日期：2009- 01- 16WCDMA 网络的覆盖情况进行分析 ，GSM 和 WCDMA 基站共址的可行性。探 讨 海 南 联 通1 GS M 和 WCDMA 技术与网络规划特点1.1 GS M 和 WCDMA 技术特点从表 1 可以看出，GSM 和 WCDMA 技术有以下不 同之处。a） GSM 在每个载频信道带

6、宽为 200 kHz 的基础 上采用时分多址（TDMA） 接入方式， 不同基站及小区 间采用频率复用方式， 其网络间的干扰主要是同频和 邻 频 干 扰 。 WCDMA 多址接入为宽带扩频码 分 多 址（CDMA）方式，一个载频的带宽是 5 MHz，各个小区可 使用相同载频， 其网络间的干扰主要是正交相关特性的自干扰。表 1 GSM 和 WCDMA 技术特点比较扰也在不断增加。在用户增加到一定程度时，可能会导致远处用户的信号被淹没在其他用户的干扰中， 形成 覆盖范围随网络负荷增加而缩小的所谓 “呼吸效应”， 使网络的覆盖、容量、质量 3 者紧密相关。也就是说，容 量增大，网络负载增加，干扰增加，

7、覆盖减小或网络质 量下降。 对于城区，如果初期只是一个简单的网络，随 着话务量的增长，“呼吸效应”会导致基站间出现空洞。 这时如果采用插花方式新建基站弥补空洞， 则会引入 新的干扰影响周围基站， 导致网络整体性能下降。 因 此，建网初期就应贯彻“统一规划、重点区域一步到位， 其他区域分步实施”的基本原则，根据规划目标，为网 络设定合理的负荷门限，控制好干扰，避免“呼吸效应” 的影响。在覆盖规划中，应充分考虑该部分可能发生的 覆盖损失。c） GSM 只能提供语音及低速数据业务，网络覆盖 范围不因业务的变化而变化。 WCDMA 除能提供基本 语音业务外，同时还具备高速率数据业务的提供能力。 但由于

8、 WCDMA 中对不同的业务速率，采用不同的扩 频码，从而形成了不同的扩频增益。 业务速率越高，扩 频码增益越低，网络覆盖能力越弱，这就为网络的覆盖 规划带来了难度。在覆盖规划中，需依据业务发展定位 和要求， 按需提供的业务中覆盖最受限的一种进行整 体的覆盖规划。 由于在 WCDMA 满足 R99 CS64K 业务 覆盖的前提下， 一般可满足 R99 PS128K 速率的下载 要求， 同时在引入 HSDPA 和 HSUPA 时， 经实验网测 试和仿真，也可获得比较理想的吞吐率，因此在数据业 务需求比较多的地区，譬如密集、一般城区和郊区可按 满足 R99 CS64K 连续覆盖的要求进行规划，在数

9、据业 务需求比较低的地区，譬如农村可按 CS12.2K 连续覆 盖的要求进行规划。b） WCDMA R99 采用每秒 1 500 次的上下行快速功率控制机制，保证 WCDMA 系统性能基本要求、克服快衰落影响，较 GSM 需预留相应的功率控制余量。c） WCDMA R99 在同一载频内采用软切换技术， 与 GSM 硬切换技术相比， 可有效地提高切换成功率， 同时获得软切换合并增益，降低接收灵敏度。d） WCDMA 较 GSM 工作于较高频段。 根据无线 传播特性，基本传播损耗与频率和距离有关，当频率越 高、距离越大时，则损耗越大。 由此可知，WCDMA 的无 线传播损耗比 GSM 大。 此外，

10、工作频段越高，虽因波长 较短而建筑物和车体等的贯穿损耗较小， 但其绕射损 耗更大。 由于建筑物和车体对无线传播的损耗是贯穿 损耗和绕射损耗共同影响的结果， 因此 WCDMA 的建 筑物损耗比 GSM 大。1.2 GS M 和 WCDMA 网络规划特点a） GSM 系统的载干比（C/I）决定了其网络间的干 扰主要是同频和邻频干扰，其中要求同频 C/I12 dB， 第一邻频 C/I-6 dB， 第二邻频 C/I-38 dB， 通常只 考虑同频和第一邻频干扰。 GSM 系统的频率资源较 少，频率的重复使用是提高频率利用率、满足覆盖及提 高系统容量的有效手段。 因此，GSM 网络规划的核心 是如何进行

11、有效地规划设点控制好频率干扰， 以保证 整个网络各个扇区载频的频点都能满足同邻频载干比 的要求，保证覆盖和通话质量，提高系统承载容量。 在 网络规划及建设中，只要能控制好频率干扰，就完全可 以采用插花或小区分裂方式， 解决网络覆盖及容量问 题。只要设置好切换关系，局部的网络调整是不会影响 整体质量的。b） 由于 WCDMA 系统采用 CDMA 技术， 各个小 区可使用相同的载频， 其空中接口通过不同扩频码区 分不同信道间的用户，使用户间可共享同一频率，因此 较之于仅靠频率和时隙区分用户的 GSM，频谱利用率 大大提高。但也同时带来了自干扰，即不同的用户和信 道相互干扰。随着用户的增加，无线通信

12、链路受到的干2 GS M 和 WCDMA 基站覆盖分析GSM 和 WCDMA 基站能否共址， 首先是 GSM 的 基站覆盖半径能否满足 WCDMA 网络的基站覆盖要 求，其次是在基站覆盖半径满足要求的前提下，能否控 制好干扰， 机房和天面是否有足够的空间安装新增设 备和天线，并确保不同系统间的天线隔离度。由于覆盖 因素是 GSM 和 WCDMA 基站能否共址的首要条 件 ， 下面就以密集市区为例对 2 个系统的基站覆盖进行分 析。2.1 方法一链路预算是无线网络规划的基本工具， 通过链路 预算可预测小区的覆盖半径。 链路预算通过对规范设 定的发射机和接收机间的设备参数、 系统参数及各种项 目W

13、CDMAGSM载波间隔5 MHz200 kHz多址方式CDMATDMA功率控制频率/Hz1 500（上下行闭环）2（上行）或更低基站同步不需要不需要切换方式软、硬切换硬切换上行频段/MHz19201980909915（900M），1 7451 755（1800M）下行频段/MHz21102170954960（900M），1 8401 850（1800M）的传播模型可计算出特定区域下的覆盖半径。 下面就GSM 和 WCDMA 两种标准网络进行链路预算分析。2.1.1 上行链路预算WCDMA 系统的上行链路预算通常是从最大允许 的上行损耗中除掉其他损耗和增益、负载干扰储备，得 到最大允许的路径损耗

14、，将其带入传播模型中，即可得 到预期的小区覆盖半径和覆盖面积。 由于 WCDMA 的 覆盖区域与系统的负载或干扰水平相关，而不像 GSM 那样由信号电平的绝对值来决定， 因此加入负载和邻 近小区干扰后，小区半径会作相应的收缩。 在 WCDMA 的链路预算中，要引入一个称之为负载因子的参数，并 为其预留相应的干扰储备， 使得系统在实际上非均匀 的负载运行状态下仍能通过小区呼吸调整维持平衡。 上行链路预算见表 2。表 2 有关项目的取值说明如下：a） 移动台额定发射功率：依据规范，GSM900 移动 终端最大发射功率取定为 33 dBm， 即 2 W，GSM1800 取定为 30 dBm， 即 1

15、 W，WCDMA 取定为 21 dBm， 即125 mW。b） 移动台天线增益：移动台天线一般采用类似偶台 天 线 连 接 器也有一定的损耗 ， 所以取平均增益为 0 dB。c） 人体损耗：人体损耗是在通话过程中因人体对 电磁波的吸收而导致的损耗。对于话音业务来说，一般 移动台贴近人耳，移动台发射的功率有一半被吸收，所 以有 3 dB 损耗。 对于数据业务来说，移动台一般离人 体有一定的距离，损耗小，基本上可以忽略，所以取定 为 0 dB。 CS64K 视频业务的人体损耗虽介于语音和数 据业务之间，但从业务的可靠性考虑，计算时仍取定为3 dB。d） 接收机灵敏度：由于考虑了建筑物损耗，因此 W

16、CDMA（CS64K）基站接收机灵敏度是基于 TU3 信道 类型所要求的 Eb/No、 基站接收机噪声系数按厂家平 均值、上行负荷按 50%计算取得的。 GSM 基站接收机 灵敏度按规范取定为-104 dBm。从以上以 GSM900 为比较参考点的最大允许链路 损耗的结果可以看出 ，GSM1800 和 WCDMA （CS64K） 的 上 行 覆 盖 能 力 差 不 多 ，WCDMA （CS64K） 略 优 于 GSM1800， 而 GSM900 的 上 行覆盖能力则明显优于 GSM1800 和 WCDMA（CS64K）。2.1.2 下行链路预算表 2密集城区上行链路预算表在 WCDMA 中，

17、一个普遍的观点是，对于下行链路， 小 区 内 所 有用户共享同一 Node B 的 功 率 资 源 ，Node B 将依据系统负荷和用户地理 位置分布， 动态地分配发送 给每一用户的下行功率。 此 外，由于多径传播，下行信道 不 可 能 通 过正交码完全区 分， 且相邻基站的干扰也随 机变化， 这就意味着在不同 传播环境下， 不同部分的信 号功率将被处理 为 干 扰 ， 系 统 的 总 体 干扰水平难以评 估。 由于基站发送功率和系 统的总体干扰随 机 变 化 ， 下 行链路很难与上行链路一样 通过链路预算分析求取最大 允许的路径损耗， 其覆盖范 围也无法准确估算。 因此，认 为无线规划小区下

18、行链路的项 目WCDMA（CS64K）GSM1800GSM900备 注频率/MHz19501750912取上行频段的中值移动台发射功率/W0.12512按系统规范取定移动台最大发射功率/dBm21.03033a移动台天线增益/dBi000b移动台天线高度/m1.51.51.5按现网平均值取定人体损耗/dB333c等效全向辐射功率/dBm18.027.030.0d=a+b-c接 收 机 部 分接收机灵敏度/dBm-117-104-104m基站天线增益/dBi181818n基站中的电缆长度/m505050按现网平均值取定基站中的电缆及接头损耗/dB4.13.83o-按 7/8馈线计算取定，其中接头

19、及跳线损耗取 1 dB最大路径损耗/dB148.61145.20149.00p=d-m+n-o功控余量1.800q对数正态衰落储备/dB7.847.847.84r软切换增益/dB300s建筑物/车内损耗/dB202016t小区内允许最大路径损耗/dB122.0117.4125.2l=p-q-r+s-t高频段的相对损耗（以 GSM900 为参考点）/dB11.29.60j-按 Cost231-hata 模型计算最大允许链路损耗（室内）（以 GSM900 为参考点）/dB110.8107.8125.2u=l-j覆盖效果主要是通过无线规划软件的仿真来分析的，而很少有人对下行链路预算进行分析。但从信令

20、上来看，导频信号的覆盖是 WCDMA 覆 盖的基础，WCDMA 覆盖需满足的首先是公共导频信 道（CPICH）的信号覆盖，而在 GSM 则是 BCCH 的信号 覆盖。 由于 WCDMA 的导频信号发射功率是恒定的， 因此通过对导频信号的接收测量就可对不同小区的传 播损耗做出定量的分析与描述。 依据正常的 WCDMA 码 道 功 率 分 配 情 况 ，CPICH 仅 占 总 功 率 的 10% ， 而 GSM 的技术体制是 TDMA， 系统的时隙就是信道，因 此 BCCH 的功率与基站最大发射功率相等，不存在信 道上的功率分配损耗。 下行链路预算如表 3 所示。表 3 有关项目的取值说明如下：a

21、） 接收机灵敏度：GSM 规范要求的手机接收灵敏 度为-100 dBm， 但实际测试中信号低于-94 dBm 时就 难以实现通话，因此基于实际取-94 dBm 作为 GSM 手 机接收机灵敏度。 对于 WCDMA 而言，受 UE 内部器件 和 Noise Figure 的限制， UE 的接收灵敏度通常要比基 站性能差一些，经现网测试，当 CPICH 的 RSCP 低于-105 dBm 时，CS64K 视频通话业务就处于不稳定状态， 因此取-105 dBm 作为满足 CS64K 业务覆盖时的手机 接收灵敏度。b） Ec/Io： 在 WCDMA 中， 下行覆盖指标除考虑CPICH 的 RSCP 值

22、外，还要考虑其 Ec/Io 值，为在同等时，不考虑 Ec/Io 值的影响。从以上以 GSM900 为比较参考点的最大允许链路 损耗的结果可以看出 ，GSM1800 和 WCDMA （CS64K） 的下行覆盖能力基本相当， 而 GSM900 的下行覆盖能 力则明显优于 GSM1800 和 WCDMA（CS64K）。2.1.3 上下行链路预算结果比较通过对比表 2 和表 3 的上行和下行链路预算结果 可以看出，GSM 的上行和下行链路是基本平衡的， 而 WCDMA 在上行容量负荷为 50%的情况下， CS64K 业 务的上行和下行链路也是基本平衡的， 同时 WCDMA CS64K 业务的小区最大覆

23、盖半径与 GSM1800 的小区 最大覆盖半径基本相当。2.1.4 基于链路预算的小区覆盖半径无线电波的传播损耗与工作频段、所处地形地貌、 覆盖范围大小关系密切，基于移动通信的复杂特性，严 格的理论分析很难实现， 通常都使用建立在大量统计 数据基础上总结出来的传播模型。 COST 231-Hata 的 经验公式为Lb=46.3+33.9lgf-13.82lghb-（hm）+（44.9-6.55lghb）lgd+Cm式中：f频率（MHz）hb基站天线高度（m），按 GSM 现网密集城区 基站平均高度取 30 m（hm）接收机高度修正参数（m），取 1.5 md发射天线和接收机之间的 距离（km）

24、条件下进行比较，通过上面链路预算来分析覆盖情况表 3密集城区下行链路预算表城市修正参数，中型城市Cm取 0根据所允许的最大路径损耗为基 准 ， 计 算得出小区覆盖半径 ， WCDMA（CS64K）为 364 m，GSM1800 为 300 m，GSM900 为 933 m。 为保证 有效的覆盖， 使用户拥有较好的体 验，减少小区边缘存在的弱信号因不 能成功切换而造成掉话，在实际网络 中小区之间存在着重叠覆盖。 典型测 试表明，GSM900 的重叠覆盖约为小区覆盖半径的 1/3，因此所对应的站间 距 离 WCDMA （CS64K） 为 608 m，GSM1800 为 500 m，GSM900 小

25、 区 覆 盖半径为 1 555 m。由于各个地区的地形地貌不一，因此不同地区的传播模型也各不相项 目WCDMA（CS64K）GSM1800GSM900备 注频率/MHz21451845950基站最大发射功率/dBm334343a基站天线增益/dBi181818b基站中的电缆长度/m505050基站中的电缆损耗/dB4.153.83c-按 7/8馈线计算取定，其 中接头及跳线损耗取 1 dB功控余量000d对数正态衰落储备/dB7.847.847.84e软切换增益/dB300f建筑物/车内损耗/dB202016g移动台天线增益/dBi000h人体损耗/dB333i手机接收机灵敏度/dBm-105

26、-94-94j小区内允许最大路径损耗/dB124.01120.36125.16l=a+b-c-d-e+f-g+h-i-j高频段的相对损耗（以 GSM900 为参考点）/dB129.80p-按 Cost231-hata模型计算最大允许链路损耗（室内）（以 GSM900 为参考点）/dB112.01110.56125.16u=l-p际的传播模型， 通常往往利用电测数据对标准模型进行修正， 用修正后的模型计算小区的覆盖半径 （由于 COST 231 -Hata 模型综合了许多大中城市的统计数 据， 在中小型城市应用时， 其小区覆盖半径的计算结 果， 往往会比应用实地修正后模型的计算结果小一 些）。

27、但即使在同一密集区域类型内，由于各个地方的 地形地貌有一定的差别， 修正后的模型与实际还是会 有一定偏差的，因此建议规划时将 GSM 现网信号的覆 盖和站点的分布情况作为相应的参考。2.2 方法二根据天线下倾角与天线高度、 垂直半功率角及小 区覆盖范围间的关系， 在不考虑无线传播特性影响的 前提下，小区覆盖半径的计算公式为 R=Htan（90-+/2）（应用此公式条件为天线倾角必须大于垂直半功率角的一半），其几何关系如图 1 所示。根据海南联通 GSM 的现网数据，在密集城区基站 的 平 均 高 度 为 30 m、18 dBi 天 线的垂直波瓣宽度为 6，则小区覆盖半径与天线下倾角的关系如图

28、2 所示。图 1天线下倾角与小区覆盖范围几何关系图经过分析，目前密集市区的海南联通 GSM900 系图 2 天线下倾角与小区覆盖半径关系图统的天线下倾角平均约为 10，盖半径为 244 m。2.3 现网站点情况分析由图 2 可得小区的覆WCDMA 和 GSM 的基站共址除覆盖要满足要求外，机房和天面是否有足够空间安装新增设备和天线， 并确 保不同系统间的天线隔离度， 也是不同系统共站要考 虑的重要因素。 因此，在进行 WCDMA 规划时，现网站 点的勘察就显得十分重要。 另外，由于 WCDMA 网络 的规划不仅要考虑覆盖因素、同时也要考虑容量因素， 因此要从覆盖和容量 2 个方面综合确定站间距

29、和基站 选址的需求。 考虑到在现实中很难选择到完全符合规 划的理想站址， 因此只要在总体上能满足规划要求的 情况下，都可以优先选择 2G 基站作为 3G 站址，以便 加快建设速度，以确保在竞争中的时间效率优势。目前海南联通密集城区的 GSM900 系统基站间距约为 400500 m，有部分基站间距只有 180300 m。 可 以说密集城区 GSM900 系统的基站覆盖半径已不再受 限于链路预算， 而是受限于天线下倾角。 为了满足容 量、减少同邻频干扰等其他因素，在小区分裂的同时， 可通过控制站高和加大天线下倾角来控制覆盖范围， 避免越区覆盖和过度重叠覆盖。 因此，现 GSM900 系统的基站间

30、距能完全满足 WCDMA CS64K业 务 和GSM1800 的覆盖要求，在不考虑机房、 天面等其他因素的情况下，除少部分基站间距过密，难以控制干扰、 导频污染及过度重叠覆盖会增加软切换率的基站外， 其余绝大部分基站均可考虑共站。3 结束语参考文献：1 （芬）Harri Holma，Antti Toskala. WCDMA 技术与系统设计M. 付景兴 ， 马 敏 ， 陈 泽 强 ， 等 ， 译 . 第 2 版. 北 京 ： 机械工业出版社出版 ，2004：138-147.从对海南联通 GSM900 网络的分析来看，其密集作者简介：江隆干（1975-），海南文昌人，工程师，学士，主要从事移动网络

31、规 划设计研究、通信网络规划、工程建设管理工作。城区基站间距可完全满足 WCDMA（CS64K）业务的连续覆盖要求，具有共站组网的基本条件。由于基站进小 区选址的难度已远远大于 2G 建网之时， 如果能够利 用现有的 2G 站址和机房，实现机房、站址、传输资源 共 享 ， 不仅可降低成本 ， 还可绕开选址难题 。 但覆盖距离/m1 8001 6001 4001 2001 00080060040020001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15天线下倾角/天线下倾角/覆盖距离/mHRAB A 基站天线主瓣投影点 B 小区覆盖范围远点H 基站天线高度（m） R 小区覆盖半径（m） 天线下倾角（） 基站天线垂直半功率角（）