現(xiàn)階段GSM網(wǎng)絡發(fā)展的關鍵問題分析

沈忱

（中國移動通信集團有限公司，北京 100032）

1 GSM網(wǎng)絡發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)階段中國移動已建成全球覆蓋面最廣、運行穩(wěn)定、網(wǎng)絡質量較高的GSM網(wǎng)絡；但隨著用戶的持續(xù)增長，網(wǎng)絡規(guī)模持續(xù)擴大，在部分熱點區(qū)域已經(jīng)出現(xiàn)了瓶頸，而近些年來，資費的調(diào)整和用戶行為的改變，使得GSM數(shù)據(jù)業(yè)務呈現(xiàn)爆炸性增長，GSM網(wǎng)絡是以話音業(yè)務為主體，在數(shù)據(jù)業(yè)務支撐上存在短板，在數(shù)據(jù)速率上無法與3G相比，無法支撐大數(shù)據(jù)量業(yè)務的需求，同時數(shù)據(jù)業(yè)務的大規(guī)模使用，已經(jīng)影響到了現(xiàn)有話音業(yè)務，出現(xiàn)尋呼阻塞、質量下降等情況。

2 現(xiàn)階段GSM網(wǎng)絡發(fā)展的關鍵問題

2.1 網(wǎng)絡結構日益復雜，頻率資源尤顯緊張

隨著移動市場規(guī)模不斷變大，為滿足客戶的需求，移動對網(wǎng)絡的投入持續(xù)增加，在原有的頻率資源不變，城市建筑愈趨復雜的情況下，網(wǎng)絡復雜度也越來越高。當前，在無線網(wǎng)絡覆蓋非常完善的城市中，除部分建站困難、結構封閉的室內(nèi)區(qū)域還存在覆蓋盲點外，影響其它大部分區(qū)域網(wǎng)絡質量的主要因素不是弱覆蓋，而是網(wǎng)內(nèi)干擾。無線網(wǎng)絡的網(wǎng)內(nèi)干擾本質是頻率之間的干擾（包括同頻和鄰頻）。

網(wǎng)內(nèi)頻率干擾可能來自于兩個方面，一是頻率設置得不好導致出現(xiàn)了本該避免的同鄰頻，二是網(wǎng)絡結構已經(jīng)相當復雜，在總體頻率資源受限的情況下同鄰頻現(xiàn)象已經(jīng)不可避免。

頻率之間的干擾產(chǎn)生的原因主要包括如下兩方面。

一是頻率規(guī)劃得不好，例如存在大量鄰區(qū)同頻和鄰頻。在這種情形中，頻率資源相對充足，只要進行合理的頻率優(yōu)化，無線網(wǎng)絡質量就有較大提升空間。

二是小區(qū)之間重疊覆蓋較多、載波配置較高，導致頻率規(guī)劃難度大、優(yōu)化空間小。在這種情形中，必須進行無線網(wǎng)絡結構的優(yōu)化和調(diào)整，才能從根本上提升無線網(wǎng)絡質量。

無線網(wǎng)絡結構主要包括基站布局、天線高度、方向、下傾、功率、載波配置等因素。

2.2 數(shù)據(jù)業(yè)務增長較快，網(wǎng)絡質量受到?jīng)_擊

近年來，中國移動GSM網(wǎng)絡的話音與數(shù)據(jù)業(yè)務高速發(fā)展，特別是數(shù)據(jù)業(yè)務增長異常迅猛，現(xiàn)網(wǎng)的頻率和容量資源問題日益凸顯，話音和數(shù)據(jù)業(yè)務相互爭搶資源的現(xiàn)象越來越嚴重。數(shù)據(jù)業(yè)務流量增長有其區(qū)域性、局部性的特點，數(shù)據(jù)業(yè)務增長不是全網(wǎng)普遍高速增長，而是在部分數(shù)據(jù)熱點區(qū)域有快速增長，帶動全網(wǎng)的數(shù)據(jù)業(yè)務總量的提高。

隨著數(shù)據(jù)業(yè)務的高速發(fā)展，數(shù)據(jù)業(yè)務流量和等效話務量在不斷上漲，其對公共信道的占比也呈上漲的趨勢。在資源有限的情況下，話音業(yè)務對公共信道的占比卻在降低。特別是一些數(shù)據(jù)業(yè)務熱點區(qū)域，由于數(shù)據(jù)業(yè)務流量的大幅上漲，不可避免會大量消耗公共信道。此外，由于尋呼消息是在整個LAC區(qū)內(nèi)發(fā)送的，LAC下各小區(qū)公共信道中PCH配置數(shù)目決定了整個LAC區(qū)最大尋呼承載能力。在保證現(xiàn)有網(wǎng)絡質量不下降的前提下，數(shù)據(jù)業(yè)務高速發(fā)展對公共信道資源的需求，必然導致LAC區(qū)的收縮，而LAC區(qū)的收縮會造成位置更新次數(shù)增多，影響接通率。

GSM網(wǎng)絡無法支撐如此龐大的數(shù)據(jù)業(yè)務增長，不可避免的帶來了網(wǎng)絡質量和用戶感知下降的問題，而數(shù)據(jù)業(yè)務占用資源大，收益較話音差，靠持續(xù)的、大規(guī)模網(wǎng)絡擴容來滿足數(shù)據(jù)業(yè)務的增長，會造成投資的沉淀，因此在適當擴容的基礎上，對數(shù)據(jù)業(yè)務進行分流才是降低影響的關鍵因素。

2.3 網(wǎng)絡噪聲抬升，頻率問題更顯突出

隨著各運營商移動網(wǎng)絡的大規(guī)模建設，網(wǎng)絡底噪在逐步提升，通常情況下，底噪越高，一些弱的信號會淹沒在底噪下，使基站接收靈敏度下降，信噪比變小，造成通話質量差，造成手機難接入，小區(qū)切入成功率低等問題，嚴重則容易掉話。

通過路測采集到的數(shù)據(jù)表明：在現(xiàn)網(wǎng)中同等質量要求的電平越來越高，網(wǎng)絡底噪上升明顯，C/I逐漸下降，話音0等級由-79dBm上升到-62dBm，話音3等級由-100dBm上升到-83dBm（如圖1所示）。

圖1 2005～2009年GSM900電平-質量趨勢

干擾是影響底噪高低的關鍵因素之一，影響底噪的主要因素如下。

2.3.1 大量使用無線直放站

使用無線直放站主要作用是在覆蓋區(qū)域內(nèi)放大信號，直放站會把上行的帶寬內(nèi)的所有信號放大，包括有用信號和噪聲（熱噪聲和直放站自身產(chǎn)生的噪聲），這部分噪聲經(jīng)過鏈路損耗之后到達基站，疊加在基站自身的噪聲上，抬高了基站底噪。

2.3.2 話務量大

在同樣場景下話務量高比話務量低的情況下，上行底噪平均高于5～10dB，如果沒有功率控制功能，高話務更容易產(chǎn)生系統(tǒng)干擾，從而抬升底噪。

2.3.3 基站密度程度

通過現(xiàn)網(wǎng)測試，GSM900在站點密集區(qū)的上行底噪高于站點稀疏區(qū)的底噪，主要原因是在密集區(qū)，網(wǎng)絡結構復雜，干擾較多，底噪抬升幅度高。

2.3.4 網(wǎng)絡結構復雜

覆蓋小區(qū)越多，網(wǎng)絡結構復雜，無線環(huán)境嘈雜，越容易受到干擾，底噪抬升幅度越大。

2.3.5 天饋線的安裝工藝

如果天饋系統(tǒng)的跳線轉接頭，存在工藝差，轉接頭松動的現(xiàn)象，就可以導致天饋系統(tǒng)上的無源器件在大功率下產(chǎn)生無源交調(diào)。同時由于基站天饋線在室外放置，室外的惡劣環(huán)境會使得無源器件受到污染、腐蝕、氧化等，也會促使長生無源交調(diào)信號。

網(wǎng)絡噪聲抬升體現(xiàn)出整個無線環(huán)境的惡化，降低噪聲從頻率規(guī)劃、直放站應用、話務雙網(wǎng)均衡、天饋工藝等多方面因素考慮。

2.4 新技術應用

GSM作為世界上最成熟的無線接入制式歷經(jīng)10多年發(fā)展，至今仍煥發(fā)勃勃生機，在整個成熟產(chǎn)業(yè)鏈的共同推動下，各種新技術的吸收和融合迅速而穩(wěn)健。隨著各種新技術在GSM網(wǎng)絡中的應用，GSM系統(tǒng)的生命周期得到了有效延續(xù)。

2.4.1 多CCCH

2010年以來，中國移動GSM網(wǎng)絡業(yè)務發(fā)展保持了較快的增速，話務量和數(shù)據(jù)流量的增長，引起了網(wǎng)絡資源的緊張，尤其是數(shù)據(jù)業(yè)務對資源的占用日益突出，部分熱點區(qū)域出現(xiàn)明顯的空中接口尋呼容量不足的問題，大量的尋呼排隊擁塞、超時和二次尋呼等造成交換機負荷升高和尋呼成功率的大幅下降，導致GSM網(wǎng)絡質量出現(xiàn)不同程度的下降。通過使用多CCCH，擴大CCCH信道容量實現(xiàn)單位時間內(nèi)尋呼消息的最大傳送，解決由于業(yè)務量上升而導致的尋呼超時，LAC區(qū)過多而引起的尋呼容量上的瓶頸以及數(shù)據(jù)業(yè)務過多導致的話音無法接入等問題。

2.4.2 聯(lián)合尋呼

聯(lián)合尋呼是在網(wǎng)絡同時提供話音業(yè)務和分組業(yè)務情況下出現(xiàn)的，聯(lián)合尋呼是指網(wǎng)絡可以把CS業(yè)務的尋呼通過PS業(yè)務的信道發(fā)送給用戶。GSM系統(tǒng)中，手機進行PS業(yè)務時在PDTCH信道上傳輸數(shù)據(jù)，不會監(jiān)聽CCCH尋呼信道，此時CS尋呼將會失敗。

聯(lián)合尋呼功能支持將CS尋呼消息在手機正在傳輸數(shù)據(jù)的PDTCH信道上發(fā)送給手機，使正在進行PS業(yè)務的用戶也能收到CS尋呼消息。傳統(tǒng)的聯(lián)合尋呼需要GS接口（SGSN和MSC之間的接口，一般局都不采用此結構）支持。不過現(xiàn)在很多廠家設備已支持在BSC開通CS聯(lián)合尋呼功能就可以實現(xiàn)聯(lián)合尋呼。

2.4.3 AMR

隨著用戶量的逐漸增加，GSM網(wǎng)絡的頻率資源越來越緊張，特別是一些城區(qū)人口密集區(qū)域，僅靠增加頻率或者是站點的方式不僅投資比較多，還往往給系統(tǒng)引入較多的干擾，使通話質量降低，基于這些原因，GSM系統(tǒng)考慮引入AMR自適應多速率編碼模式用于增加系統(tǒng)容量和提高話音質量，在載干比C/I較好的情況下，編碼模式工作于AMR-HR，提高更高的無線容量，C/I較差的情況下，則工作于AMR-FR，提供比EFR更好的話音質量。

目前AMR分為AMR-NB和AMR-WB，AMRWB應用于窄帶GSM(全速信道16kbit/s，GMSK)的優(yōu)勢在于其可采用從6.6kbit/s，8.85kbit/s和12.65kbit/s三種編碼，當網(wǎng)絡繁忙時C/I惡化，編碼器可以自動調(diào)整編碼模式，從而增強QoS。在這種應用中，AMR-WB抗擾度優(yōu)于AMR-NB。

3GPP的測試結果顯示，載波干擾比率C/I較低時，AMR-WB仍可提供遠高于EFR的話音質量，載波干擾比率C/I較高時，AMR-WB 12.65kbit/s的編碼同其它寬帶話音編碼標準(如G722，48kbit/s)質量相當，但明顯節(jié)省資源，從而更適用于窄帶GSM系統(tǒng)。

AMR-WB應用于EDGE、3G可充分體現(xiàn)其優(yōu)勢。足夠的傳輸帶寬保證AMR-WB可采用從6.6～23.85kbit/s共9種編碼，話音質量超越固定電話。

圖2 話音質量與載干比的關系

引入AMR技術以后，對原有GSM的信道模式、切換、功率控制等多個方面都有了變化，但并不影響非AMR用戶正常接入系統(tǒng)，試驗表明自適應多速率編碼可以有效的提高系統(tǒng)容量，緩解高話務區(qū)域的擁塞情況，不僅節(jié)省了頻率資源，還可以節(jié)省設備投資，引入AMR編碼方式以后，話音質量得到較大的提高，有助于提高用戶滿意度，這些優(yōu)點都有助于提高GSM網(wǎng)絡的競爭力（如圖2所示）。

3 結束語

GSM網(wǎng)絡建設在激烈的市場競爭環(huán)境中日趨完善，良好的無線網(wǎng)絡和優(yōu)質的服務是運營商立于不敗之地的保障。挖掘現(xiàn)有網(wǎng)絡容量潛力，降低網(wǎng)絡干擾，提高網(wǎng)絡利用率是目前GSM網(wǎng)絡建設的重要目標，以最大程度地保護現(xiàn)有投資，實現(xiàn)業(yè)務價值。