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GSM基站的优化建设
2015-12-17 22:06:07   来源:   评论:0 点击:

GSM数字移动通信发展非常迅速,从早期规划的大区制,到后来的小区制,直到现在的微蜂窝、微微蜂窝,相对应的天线从早期架设在屋面铁塔
   GSM数字移动通信发展非常迅速,从早期规划的大区制,到后来的小区制,直到现在的微蜂窝、微微蜂窝,相对应的天线从早期架设在屋面铁塔上,到后来天线降到屋面上,直到现在要把天线设置在屋面下的外墙侧面上。所有的这些变化都说明,对GSM基站站点的优化在不同阶段要有不同的思路,只有不断更新思想,才能建设和优化好GSM无线网络的通信质量。
     在GSM建设初期,建设基站的主要目的是为了扩大无线覆盖面,尽可能力移动用户提供较为满意的连续覆盖,所以基站数量相对较少,无线网络也相对简单。
     随着GSM移动电话用户数量的飞速增长,GSM基站只有不断地进行扩容与新建,才能满足用户的需求。随着无线网络的不断扩大,网络资源配置不合理现象日益突出,因此,在GSM基站进入快速发展阶段。应重视对基站的优化。
     下面以福州市区GSM基站为例,从3个方面阐述影响移动通信质量的原因,并提出采取优化的方法。
 
一、预测模型的影响及其优化
 
1.预测模型的影响

     根据所使用的频率不同,通常有两种不同数学模型预测GSM基站无线覆盖范围。
 
(1)Okumura电波传播衰减计算模式
     GSM900MHz主要采用CCIR推荐的Okumura电波传播衰减计算模式。该模式是以准平坦地形大城市区的中值场强或路径损耗作为参考,对其他传播环境和地形条件等因素分别以校正因子的形式进行修正。
 
(2)Cost-231-Walfish-Ikegami电波传播衰减计算模式
     GSM 1800 MHz主要采用欧洲电信科学技术研究联合推荐的"Cost- 2-Walfish-Ikegami"电波传播衰减计算模式。该模式的特点是:从对众多城市的电波实测中得出的一种小区域覆盖范围内的电波损耗模式。
     不管是用哪一种模式来预测无线覆盖范围,只是基于理论和测试结果统计的近似计算。由于实际地理环境千差万别,很难用一种数学模型来精确地描述,特别是城区街道中各种密集的、下规则的建筑物反射、绕射及阻挡,给数学模型预测带来很大困难。因此。有一定精度的预测虽可起到指导网络基站选点及布点的初步设什,但是通过数学模型预测与实际信号场强值总是存在差别。

2.采取的优化方法
 
(1)福州市区GSM基站电波传播的环境福州市区内的地理环境是:
    有山(于山、乌山等)、有湖(西湖公园、左海公园等)、有江(闽江等),还有参差不齐的高校大厦。福州市区现有GSM 900 MHz基站198个,GSM 1800 MHz基站也有70个左右(截至1999年底)。这些基站遍布在全市各主要商业区、住宅小区、行政办公大楼、学校以及邮电局(楼)等场所,基站与基站之间最小间距己小于300m。因此,电波传播环境是错综复杂的。
 
(2)优化的方法
    根据福州市区的地理环境和基站分布情况,要得到真实的电波场强覆盖情况,需借助于场强测试仪进行现场实测(路恻)。优化时主要分高话务量密集区和中低话务量区两种情况进行:

①高话务量密集区的场强测试和优化
   所谓高话务量密集区是指福州市的五四路、东街口、五一广场等区域。这些区域每平方公里的爱尔兰数一般在120以上(即120Erl/km2);场强值设置应下低于-65dB,以保证在高话务量区内的所有GSM手机都处在强场强覆盖状况。
    借助场强测试仪进行现场测试(包括室内、室外覆盖),重点了解并记录各基站覆盖区、重叠区、弱场强值区(小于-65 dB。尤其是小于-75 dB)分布情况。然后对这个区域内的场强值调整及优化。

a.弱场强值区的调整及优化
 
     主要是室内区域的调整及优化,因为电波穿过各种墙体进入室内约有15 dB一20dB的衰减值,因此需加强室内区域的场强值。
     对建好且已投入使用的高楼大厦、宾馆(一般是三级以上)等如果在技术上可采取室内分布系统的,应优先考虑建设室内覆盖点:如果在技术上不能采取室内分布系统的(有些物业管理部门不同意施工),则应考虑建设微蜂窝站点;对于在建或拟建的建筑物(尤其是高档大厦)应积极与业主联系,争取在建设阶段就布好室内分布系统。
    根据实际情况,对室内覆盖站可独立增加频点建站,也可利用原有室外站频点建站(通过天线分路器共享室外、室内载频);可建成定向无线分布式的室内覆盖,也可建成全向式天线分布式的室内覆盖。 
    以上是改善繁华地段弱场强值区的有效方法,解决得好一方面可以解决高层建筑干扰问题,另一方面可提高接通率,吸收话务量。
    目前在福州市区的省政府新大楼、省邮电管理局、省移动公司大厦、福州电信枢纽大楼、大利嘉城、双子星大楼等基站均采用室内覆盖,在邮电公寓等基站建设了微蜂窝站。

b.场强重叠区的调整及优化
 
    场强重叠区主要是相邻多基站无线电波重叠覆盖区域。由于多基站的多扇区对某一特定区域进行无线电波重叠覆盖,必然使进入该特定区域的移动手机出现频繁切换。掉活率上升。因此,必须减少这类区域的重叠覆盖区域的面积。

    对场强重叠区的优化可考虑采用增大下倾角的方法或换成电调下倾角的天线,使覆盖重叠区减小,并减少干扰。
    通过调低周围相关基站的天线挂高、发射功率或使用更低增益(如 8dB)的无线等方法,也可改善场强重叠覆盖带卒的负面影响.减少掉话率。
    目前在福州市的五四路、东街口、五一广场、三叉街等地段上的基站就应降低天线高度或使用更低增益天线或调低基站输出功率。

②中低话务量区的场强测试和优化
 
    所谓中低活务量区是指除了高话务量区外的其它区域,一般指福州市的二环路以外(行政区域划分的三、四级及以下的区域)。该区域场强值最低可放宽到-90 dB~100 dB。借助场强测试仪进行现场测试(包括室内、室外覆盖),重点了解并记录各基站覆盖区、重叠区、弱场强值区(小于-90 dB,尤其是小于-100 dB)分布情况。然后对这个区域内的场强值调整及优化。
    由于这类区域场强重叠区并不像密集区域场强重叠区那样影响移动用户(掉话率),因此应把优化的重点放在改善弱场强值区,最简单、最直接的方法就是增设室外基站,加大场强值,改善覆盖。 
    总之,因预测不准确,对GSM基站进行调整优化,主要是通过增设室内站、微蜂窝站、室外站,调整基站无线参数以及发射功率等方法,改善无线电波的传播及覆盖,使区域内的无线覆盖更接近数学模式电波传播模型,为用户提供良好的通话质量。
 
二、环境变化及其优化
 
1.环境变化

    GSM发展非常迅速,基站遍布城市各个角落与街道,另一方面城市的规划与建设不断地更新和发展,一座座高楼大厦拔地而起。这样,早先建设的基站在某扇区或多个扇区就有可能被后来建设的高楼所阻挡,基站电波传播环境急剧恶化,因此必须对基站进行优化,使基站的资源配置始终处于最优状态,产生出最大经济效益。

2.采取的优化方法
 
(1)基站天线调整
     最有效且简单的办法是对基站天线进行调整,即把被阻挡的扇区天线移到该楼其它位置,避开阻挡建筑物,这种方法适用于无线及馈线调整相对比较容易的基站。例如.福州市电信枢纽GSM基站建设于1995年,当时该基站第一扇区(朝北面)没有阻挡物,但是在1998年城市规划中,位于该基站第一扇区的正前方新建了一座科技大厦,与枢纽大楼相隔不到15 m,完全阻挡了枢纽站第一扇区的无线覆盖,该扇区话务量直线下降。为了使该扇区的资源能得到有效利用,优化时,对该扇区的两副收发/分集接收天线作了及时调整,移到靠西面的北侧,避开阻挡建筑物。
 
(2)搬迁基站或扇区
     当天线及馈线调整较为困难且基站因阻挡,实际利用率大大降低时,可采用两种优化方法。优化方法之一,搬迁基站。当然采取这种方法,在人员、时间、资金等方面要付出代价,应慎重考虑,尽量少采用。优化方法之二,去掉被阻挡的扇区,在周围适当的区域内另设站点。 
     城市中的重要基站往往处于城市的中心,而随着城市现代化建设步伐的下断加快,旧城改造、城市重新规划在所难免,基站所处的周围环境也处于不断更新和改变中。基站周围的无线电波环境也随之改变。因此对城市内基站进行优化应适应城市环境的改变。使无线电波处于较佳覆盖,资源配置处于较合理状态。 
     值得一提的是上述调整是动态的而不是静态的。
 
三.网络扩建及其优化
 
1.网络建设的发展

     在网络建设初期,往往把基站各相关的参数设置在有利于扩大基站覆盖面的位置上。随着GSM用户增多,网络下断扩建,基站越建越多,GSM无线网络不断向小蜂窝--微蜂窝结构发展,原先的基站参数(如基站的输出功率、无线高度、无线增益、无线倾角等)设置已不适应现在无线网络的发展需要,必须进行调整。
     由这个因素引起的基站优化工作量最大,涉及面也最广,而且也是最迫切需要解决的问题,因为这直接关系到整个无线网络能否顺利扩容、增加无线网络容量、满足用户对GSM移动通信的需求等问题。

2.采取的优化方法

     --这种因素引起的基站优化可从两个层面进行:
 
(1)对设在市内高层建筑上基站的优化
     毫无疑问,这类基站(一般是指天线离地挂高在30m以上)在GSM建设初期起到了重要的作用,在基站数不断增加的情况下,这类基站正面作用越来越小、反面作用越来越突出,它阻碍基站的进一步发展(建设、扩容),特别是给频率复用造成困难。 --在对福州市内早期建设在高层建筑物上的一些基姑进行优化时。可采取以下方法:
    ①如果无线能降高的,就采取降低天线高度的办法,便于在其周围建设新基站,提高频率复用率。例如,目前福州市内的邮电公寓基站由原先天线挂在14层屋面的50mn铁塔上,降到现今14层屋面上(还是太高,优化时应调整到8层外侧墙上)。
    ②如果无线不能降高或降高很困难的基站,有两种办法:
    a.对这些高层站使用的频率重新分配(规划),使之与大部分市内低层基站使用的频率不重复,形成福州市内高层建筑物群覆盖和低层建筑物群覆盖两个层面,例如福州市邮政大厦、江滨等基站可调整为高层覆盖区。
    b.由于市内高层站也不能设置太多,那样会浪费宝贵的频率资源,因此对一些多余的基站(特别是市中心、繁华地段的高层基站)则应拆除,像福州市闽江饭店基站就应拆除。
 
(2)对设在低层建筑物上基站的优化
    对这类基站(一般指10层以下民用住宅楼,天线离地挂高在15m~30m之间),如果是基站无线覆盖半径要求控制在500m左右时,这样的无线离地挂高是比较合适的。随着基站小区的不断分裂,小区半径间隔越来越小(已达到300m,甚至更小), 这时就要对天线进行调整。
    由于对这类基站进行优化,主要是把基站无线覆盖小区半径控制在一个更小的范围内,因此,通常采用调整无线倾角的办法来加以控制。一方面,调整天线下倾角方法简单、施工方便、周期短,且又能使天线在干扰方向上的增益减小:另一方面无线下倾后,提高了本覆盖区内的信号强度,既改善了本覆盖区的场强,又增加了抗同频干扰的能力,因此能有效地对服务区进行控制。
    当通过调整天线倾角无法达到预期的目的时,就要通过更换小增益天线、调整基站的发射功率,或者降低天线的离地高度等方法来控制小区信号强度。 --在实际工程中对天线下倾角调整不是越大越好,这是因为随着天线下倾角的增大,水平方向传播特性图将变成扁平。一般下倾角超过10°,水平方向图就会出现失真。因而天线下倾角在0°~10°之间选择较为合理。
    另外,有些厂家在设计天线时,把主瓣与旁瓣交界处的场强值设地成0 dB,且天线内部本身又没有设置下倾角度,为了抑制该0dB场强值落在最想覆盖的基站小区内(造成近距离覆盖效果不好),因而无线下倾角至少也要下倾1°~2°。如果运营商选择这类天线,则天线下倾角建议在1°~10°之间选择为宜。
    当然,影响GSM基站通信质量的因素是非常复杂的,如智能跳频技术运用的好坏、配套传输和电源质量稳定的情况、
工程施工质量的好坏等因素都会直接影响到基站通信质量,限于文章的篇幅。这里不再一一论述。

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