移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基站載頻資源智能調(diào)配技術(shù)的研究

陳海明

（廈門(mén)特力通信息技術(shù)有限公司，福建 廈門(mén) 361009）

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基站載頻資源智能調(diào)配技術(shù)的研究

陳海明

（廈門(mén)特力通信息技術(shù)有限公司，福建 廈門(mén) 361009）

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)基站存在載頻資源大量閑置、載頻利用率低的情況，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋場(chǎng)景的不同，如錯(cuò)峰、互補(bǔ)等，采用基站資源智能調(diào)配的方法，可盤(pán)活閑置的載頻資源、提高載頻利用率、提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋效果。

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò) 載頻資源 載頻利用率 智能調(diào)配

1 引言

目前，各大移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商把工作重點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投入均放在LTE（Long Term Evolution）網(wǎng)絡(luò)上，對(duì)于2G網(wǎng)絡(luò)而言，其將面臨著投資萎縮的現(xiàn)象。主要表現(xiàn)在新開(kāi)站點(diǎn)缺乏載頻、日常擴(kuò)容依賴(lài)于拆閑補(bǔ)忙等方面。在這種形勢(shì)下，2G網(wǎng)絡(luò)壓力較大，其既要應(yīng)對(duì)攀升的話(huà)務(wù)壓力，又要應(yīng)對(duì)多項(xiàng)KPI指標(biāo)壓力。因此，如何挖掘2G網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部空閑的載頻資源、有效提升載頻利用率，已成為當(dāng)前2G網(wǎng)絡(luò)維護(hù)工作的重要內(nèi)容。

2 現(xiàn)網(wǎng)載頻資源利用率規(guī)律

從現(xiàn)網(wǎng)來(lái)看，每個(gè)基站的載頻利用率都呈現(xiàn)一定的波動(dòng)規(guī)律[1]，具體如圖1所示。

從日常的話(huà)務(wù)量統(tǒng)計(jì)來(lái)分析，每個(gè)小區(qū)的話(huà)務(wù)量都是一個(gè)有規(guī)律的時(shí)間函數(shù)，其波動(dòng)周期以天為單位（如圖1所示）。波動(dòng)幅度也是一個(gè)周期函數(shù)，周期一般以周為單位。

雖然周期基本一致，但不同小區(qū)的話(huà)務(wù)量分布不同。例如在以天為周期的變化上，寫(xiě)字樓區(qū)域的話(huà)務(wù)量白天高、晚上低，住宅區(qū)則是白天低、晚上高。又如在以周為周期的變化上，寫(xiě)字樓區(qū)域星期一到星期五話(huà)務(wù)量較高，旅游景點(diǎn)周末話(huà)務(wù)量較高。

由此可見(jiàn)，在各個(gè)時(shí)間段上，不同類(lèi)型的小區(qū)有不同的資源需求。目前的設(shè)計(jì)思路是按照小區(qū)的最忙時(shí)來(lái)設(shè)計(jì)容量，這不可避免地造成了一定的資源浪費(fèi)。如何重新利用這些被“浪費(fèi)”的資源、如何在各個(gè)小區(qū)間進(jìn)行資源調(diào)配，這一直是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作研究的重點(diǎn)。

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的資源調(diào)配工作，由于涉及到硬件的調(diào)撥（即拆閑補(bǔ)忙），目前的調(diào)整周期比較長(zhǎng)，無(wú)法迅速實(shí)現(xiàn)載波設(shè)備的調(diào)配。因此，目前這部分工作主要針對(duì)一些話(huà)務(wù)長(zhǎng)期穩(wěn)定的變化，可操作的調(diào)度最多只能做到以天為單位的調(diào)度，實(shí)際生產(chǎn)中只能做到以周為單位的調(diào)度。如何做到根據(jù)話(huà)務(wù)的實(shí)時(shí)變化進(jìn)行調(diào)整，這是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作研究的重中之重。

圖1 24小時(shí)載頻利用率按一定規(guī)律波動(dòng)示意圖

3 載頻資源調(diào)配的實(shí)現(xiàn)

3.1 智能調(diào)配技術(shù)概述

當(dāng)需要新增一個(gè)覆蓋區(qū)（如A覆蓋區(qū)）時(shí)，傳統(tǒng)的方法是在A覆蓋區(qū)新建一個(gè)基站進(jìn)行覆蓋。如果每個(gè)新增覆蓋都采用傳統(tǒng)方法，勢(shì)必造成載頻資源的浪費(fèi)。載頻資源智能調(diào)配方案是從后臺(tái)話(huà)統(tǒng)服務(wù)器（如O SS[2]服務(wù)器）篩選出載頻資源有富余的幾個(gè)小區(qū)，將這幾個(gè)載頻資源有富余的小區(qū)調(diào)配到A覆蓋區(qū)使用，達(dá)到A區(qū)的覆蓋效果，同時(shí)盤(pán)活了其他載頻有富余小區(qū)的載頻資源?；据d頻資源調(diào)配示意圖如圖2所示。

如從OSS（Operation Support System）服務(wù)器篩選出2個(gè)相互錯(cuò)峰的B小區(qū)和C小區(qū)。B小區(qū)覆蓋寫(xiě)字樓小區(qū)，話(huà)務(wù)量主要集中在白天；晚上時(shí)段，載頻幾乎處于空閑狀態(tài)。C小區(qū)覆蓋KTV小區(qū)，白天幾乎沒(méi)有話(huà)務(wù)需求，話(huà)務(wù)量主要集中在晚上。系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)判斷B小區(qū)和C小區(qū)的話(huà)務(wù)忙閑狀態(tài)。如在白天，系統(tǒng)判斷B小區(qū)忙、C小區(qū)閑，此時(shí)系統(tǒng)將C小區(qū)的載頻資源自動(dòng)調(diào)配到A覆蓋區(qū)；在晚上，系統(tǒng)判斷B小區(qū)閑，而C小區(qū)忙，此時(shí)系統(tǒng)將B小區(qū)的載頻資源自動(dòng)調(diào)配到A覆蓋區(qū)。

3.2 智能調(diào)配原理描述

智能調(diào)配方案由硬件和軟件2部分組成。其核心部分為軟件，硬件只是起到輔助的作用。硬件由近端單元、遠(yuǎn)端單元和監(jiān)控單元組成。

智能調(diào)配是利用一套軟件自動(dòng)連接到核心網(wǎng)交換機(jī)，并實(shí)時(shí)登錄到BSC（Base Station Controller）網(wǎng)元[3]，采集指定扇區(qū)的載頻資源的利用情況，然后進(jìn)行計(jì)算分析，形成調(diào)配指令。服務(wù)器再把調(diào)配指令發(fā)送到近端單元上，近端單元根據(jù)指令，從符合條件的基站扇區(qū)耦合出部分射頻信號(hào)，傳輸?shù)竭h(yuǎn)端單元。經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)端單元的線(xiàn)性放大后，經(jīng)天線(xiàn)發(fā)射出去，實(shí)現(xiàn)載頻資源在不同小區(qū)之間的智能調(diào)配。

圖2 基站載頻資源調(diào)配示意圖

3.3 智能調(diào)配實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

（1）智能調(diào)配的切換過(guò)程

在智能調(diào)配的過(guò)程中，覆蓋區(qū)會(huì)存在小區(qū)間切換的過(guò)程。如B小區(qū)信號(hào)切換成C小區(qū)的信號(hào)，C小區(qū)信號(hào)切換成B小區(qū)的信號(hào)。在切換過(guò)程中，必須設(shè)計(jì)好切換算法，并處理好切換過(guò)程，否則會(huì)出現(xiàn)大量掉話(huà)現(xiàn)象。根據(jù)基站功率控制原理[4]來(lái)設(shè)計(jì)切換算法是比較理想的方法。切換過(guò)程如下所示：

1）網(wǎng)管實(shí)時(shí)采集B小區(qū)、C小區(qū)的載頻利用率數(shù)據(jù)，然后根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的切換閥值進(jìn)行對(duì)比分析，判斷是否滿(mǎn)足切換條件。如果滿(mǎn)足切換條件，那么系統(tǒng)立即發(fā)起切換流程。

2）近端單元收到切換指令。假設(shè)當(dāng)前A區(qū)域由B小區(qū)提供信號(hào)覆蓋，則由B小區(qū)信號(hào)切換成C小區(qū)信號(hào)覆蓋A區(qū)域，此時(shí)近端單元將開(kāi)啟電子開(kāi)關(guān)，引入C小區(qū)的信號(hào)。

3）近端將指令下發(fā)到遠(yuǎn)端，遠(yuǎn)端單元開(kāi)啟旁路功能，將C小區(qū)的信號(hào)引入A區(qū)域。此時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)B、C兩個(gè)小區(qū)的信號(hào)共同對(duì)A區(qū)域進(jìn)行覆蓋。旁路功能主要由功分器、選頻器、寬帶步進(jìn)衰減器、合路器共同實(shí)現(xiàn)。C小區(qū)的信號(hào)走功分器、選頻器、合路器組成的支路通道，B小區(qū)的信號(hào)走功分器、寬帶衰減器、合路器組成的支路通道。

4）遠(yuǎn)端再以每秒2dB的速度逐步調(diào)整旁路功能的寬帶衰減器（即B小區(qū)走的支路通道）。逐漸降低B小區(qū)在A區(qū)的信號(hào)電平，直至B小區(qū)信號(hào)低于C小區(qū)信號(hào)電平6dB以上后，用戶(hù)終端會(huì)根據(jù)接收到的來(lái)自不同小區(qū)的信號(hào)電平，自動(dòng)觸發(fā)功率切換。此時(shí)繼續(xù)衰減B小區(qū)的信號(hào)電平，直至衰減31dB以上，B小區(qū)徹底退出A覆蓋區(qū)。

由此可見(jiàn)，電子控制開(kāi)關(guān)、旁路設(shè)計(jì)、功率逐步衰減是整個(gè)切換過(guò)程的關(guān)鍵設(shè)計(jì)內(nèi)容。

（2）電子控制開(kāi)關(guān)

給近端機(jī)安裝自動(dòng)切換的電子開(kāi)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)將射頻信號(hào)按要求輸送到遠(yuǎn)端或是輸送到RFL（Radio Frequency Load，射頻負(fù)載）。電子控制開(kāi)關(guān)由安裝在近端的監(jiān)控板控制，當(dāng)需要將BTS信號(hào)輸送到遠(yuǎn)端時(shí)，電子開(kāi)關(guān)打開(kāi)；當(dāng)不需要輸送BTS信號(hào)時(shí)，切斷電子開(kāi)關(guān)，充B TS耦合的信號(hào)直接由射頻負(fù)載吸收。

（3）如何判斷小區(qū)的載頻利用率

要實(shí)現(xiàn)基站載頻資源的智能調(diào)配，就必須清楚相關(guān)基站載頻的實(shí)時(shí)占用情況。從話(huà)統(tǒng)OSS數(shù)據(jù)庫(kù)是無(wú)法獲取實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)參數(shù)的，因?yàn)镺SS數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)滯后現(xiàn)網(wǎng)1小時(shí)。只有獲取實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的載頻時(shí)隙占用信息，才能實(shí)現(xiàn)有效的實(shí)時(shí)智能調(diào)配。

獲取基站載頻的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，只有一條途徑，即主設(shè)備廠(chǎng)家提供的人機(jī)交互接口。如諾基亞提供的OMC-R、摩托羅拉提供的MMI（Man-Machine Interface）。人機(jī)接口命令是GSM基站子系統(tǒng)的重要功能模塊，它是工程師與GSM基站子系統(tǒng)溝通的“語(yǔ)言”。通過(guò)人機(jī)接口命令可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理與維護(hù)，獲取基站每塊載頻的所有時(shí)隙的實(shí)時(shí)狀態(tài)。

具體方法是：網(wǎng)管中心通過(guò)交換機(jī)并取得相應(yīng)的授權(quán)后，通過(guò)telnet[5]遠(yuǎn)程登錄到網(wǎng)元BSC，然后根據(jù)基站主設(shè)備廠(chǎng)家提供的人機(jī)接口命令，查詢(xún)指定扇區(qū)的載頻時(shí)隙狀態(tài)，再根據(jù)計(jì)算公式——載頻利用率（%）=100*已用時(shí)隙數(shù)/總可用時(shí)隙數(shù)，計(jì)算得到載頻利用率。

諾基亞設(shè)備查看載頻時(shí)隙用到的OMC-R指令為ZERO，格式如下：

......中間部分省略，輸出結(jié)果如表1所示。

其中，RTSL表示時(shí)隙序號(hào)，CH.STATUS表示信道狀態(tài)，有ID、FR、HR、GP這4種狀態(tài)類(lèi)型。ID表示空閑時(shí)隙、FR表示被用戶(hù)占用的全速率信道（計(jì)算時(shí)要按2個(gè)信道計(jì)算）、HR表示被用戶(hù)占用的半速率信道、GP表示被GPRS用戶(hù)占用的數(shù)據(jù)信道。載頻利用率的計(jì)算公式為：

摩托羅拉設(shè)備查看載頻時(shí)隙用到的MMI指令為disp_cell_status，它顯示特定小區(qū)或某個(gè)站所有小區(qū)的狀態(tài)?？梢钥吹叫^(qū)工作狀態(tài)、SDCCH及TCH的配置和占用情況。命令格式如下：

disp_cell_status cell=＜cell_desc＞|＜location＞

若輸入＜cell_desc＞，則顯示指定CELL的工作狀態(tài)；若輸入＜location＞則顯示指定站上所有小區(qū)的工作狀態(tài)。

例如，以下命令可顯示0號(hào)站上所有CELL的工作狀態(tài)：

表1 諾基亞設(shè)備ZERO指令輸出的結(jié)果

disp_cell_status 0

系統(tǒng)響應(yīng)

Start of Report for LOCATION 0:

......中間內(nèi)容省略，輸出結(jié)果如表2所示：

表2 摩托羅拉設(shè)備disp_cell_status指令輸出結(jié)果

從表2可以看出，時(shí)隙的狀態(tài)有3種，分別為FREE、INUSE和UNAVL。FREE表示空閑的時(shí)隙數(shù)量、INUSE表示已被占用時(shí)隙數(shù)量、UNAVL表示無(wú)效時(shí)隙數(shù)量。載頻利用率的計(jì)算公式為：

4 試驗(yàn)結(jié)果

（1）試驗(yàn)場(chǎng)景描述

覆蓋某商業(yè)大樓的基站為O2配置，話(huà)務(wù)繁忙出現(xiàn)在白天，晚上幾乎沒(méi)有話(huà)務(wù)。該基站全天載頻利用率都較低。覆蓋某娛樂(lè)城的基站也為O2配置，話(huà)務(wù)繁忙出現(xiàn)在晚上，忙時(shí)開(kāi)啟半速率后，依然存在擁塞問(wèn)題，而白天幾乎沒(méi)有話(huà)務(wù)。這兩個(gè)場(chǎng)景的話(huà)務(wù)模型正好形成錯(cuò)峰。由于這兩幢樓的話(huà)務(wù)高峰正好錯(cuò)開(kāi)，試驗(yàn)期間，可采用網(wǎng)絡(luò)資源智能調(diào)配方案，從商業(yè)大樓室分基站動(dòng)態(tài)調(diào)配載頻資源到娛樂(lè)城，解決娛樂(lè)城的擁塞問(wèn)題。

（2）試驗(yàn)方案

從商業(yè)大廈室分基站（O2）的射頻輸出口，通過(guò)耦合器耦合0dBm左右的信號(hào)。通過(guò)近端單元，采用光纖進(jìn)行傳輸，再由遠(yuǎn)端單元放大，與娛樂(lè)城室分基站合路后，一起覆蓋娛樂(lè)城。試驗(yàn)方案拓?fù)鋱D如圖3所示。

通過(guò)軟件采集來(lái)分析商業(yè)大廈和娛樂(lè)城這兩個(gè)基站的載頻實(shí)時(shí)利用情況。當(dāng)娛樂(lè)城基站載頻利用率達(dá)到80%以上，且商業(yè)大廈基站的載頻利用率小于50%時(shí)，將商業(yè)大廈基站的載頻資源動(dòng)態(tài)調(diào)配到娛樂(lè)城，協(xié)助娛樂(lè)城基站一同進(jìn)行覆蓋。

（3）試驗(yàn)結(jié)果

術(shù)前準(zhǔn)備:備好負(fù)壓吸引器、氧氣、氣管插管等搶救用品及藥物?；颊咝g(shù)前需要排空膀胱,護(hù)士要給予指導(dǎo),準(zhǔn)備完成后進(jìn)入取卵室,核對(duì)患者信息,確認(rèn)簽字無(wú)誤,這部分工作由三方人員完成,巡回護(hù)士、手術(shù)醫(yī)師及實(shí)驗(yàn)室人員,之后即進(jìn)入手術(shù)過(guò)程。

兩個(gè)基站開(kāi)通前后的話(huà)務(wù)量變化曲線(xiàn)圖如圖4所示。

從圖4可以看出，兩個(gè)基站在開(kāi)通前后，話(huà)務(wù)量均發(fā)生了變化。商業(yè)大廈基站吸收了部分娛樂(lè)城場(chǎng)景的話(huà)務(wù)量，日均話(huà)務(wù)量上升，每天增加45Erl左右，這就解決了娛樂(lè)城基站的擁塞問(wèn)題。試驗(yàn)效果明顯，達(dá)到了載頻資源智能調(diào)配和話(huà)務(wù)分流的效果。

圖3 試驗(yàn)方案拓?fù)鋱D

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)后臺(tái)軟件實(shí)時(shí)判斷指定小區(qū)的載頻利用率，再結(jié)合射頻硬件，從而實(shí)現(xiàn)了基站間載頻的智能調(diào)配。通過(guò)該方法，盤(pán)活了網(wǎng)絡(luò)中閑置的載頻資源，有效提高了網(wǎng)絡(luò)的載頻資源利用率。該方法解決了當(dāng)前2G投資萎縮、缺乏載頻，既要應(yīng)對(duì)攀升的話(huà)務(wù)壓力，又要應(yīng)對(duì)各項(xiàng)KPI指標(biāo)的難題，同時(shí)該方法能夠給運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)極大的經(jīng)濟(jì)效益，使網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和客戶(hù)感知度都能夠得到顯著提升。

圖4 兩個(gè)基站開(kāi)通前后的話(huà)務(wù)量變化曲線(xiàn)圖

[1] 張威. GSM網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化——原理與工程[M]. 2版. 北京: 人民郵電出版社, 2010: 20-45.

[2] 3GPP TR 25.942 V6.1.0. Radio Frequency (RF) system scenarios[S]. 2012.

[3] 3GPP TS 48.051 V10.0.0. Base Station Controller - Base Transceiver Station (BSC-BTS) interface[S]. 2011.

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[5] 馬坤,楊波. Telnet協(xié)議在網(wǎng)管系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 信息技術(shù)與信息化, 2006(4): 125-127.★

陳海明：工程師，畢業(yè)于北京林業(yè)大學(xué)，現(xiàn)任職于廈門(mén)特力通信息技術(shù)有限公司，長(zhǎng)期從事移動(dòng)通信工作，對(duì)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)有較深的了解和研究。

金光：寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院教授，主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)計(jì)算、信息安全。

江先亮：博士研究生就讀于浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)計(jì)算。

Research on Intelligent Allocation Technique of Carrier Frequency Resource in Mobile Network Base Station

CHEN Hai-ming
(Xiamen TETECOM Information Technology Co., Ltd., Xiamen 361009, China)

In view of large amounts of vacant and underutilized carrier frequency resources in mobile network base station (BS), these frequency resources can be reused by means of intelligent allocation method of BS resource according to different network coverage scenes including off-peak and complementation to enhance both carrier frequency utilization and the effect of network coverage.

mobile network carrier frequency resource carrier frequency utilization intelligent allocation

10.3969/j.issn.1006-1010.2015.07.013

TN929.53

A

1006-1010(2015)07-0061-05

陳海明. 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基站載頻資源智能調(diào)配技術(shù)的研究[J]. 移動(dòng)通信, 2015,39(7): 61-65.

2014-12-18

責(zé)任編輯：劉妙 liumiao@mbcom.cn