GSM频率规划介绍

1、GSM网络频率规划简介1频率规划的目的对于移动通信，频率资源始终是一项珍贵资源。提高频谱资源利用效率就是在有限的频谱资源范围内，在保证网络质量可以被接受的前提下，提高网络容量。在不考虑增加频率资源的前提下，提高GSM的网络容量的途径主要有两个：一是小区分裂，通过增加基站密度，提高网络容量；二是频率复用技术。要提高网络容量，就必须对有限的频率资源进行重复使用；频率复用提高了网络容量，但又带来了新问题通话质量的恶化，如何取得网络容量和话音质量的平衡是频率规划必须解决的问题。也就是说，一个良好的频率规划可以在维持良好话音质量的基础上实现网络容量的提升。2频率规划的原则同基站内不允许存在同频、邻频频点

2、；同一小区内BCCH和TCH的频率间隔最好在400K以上；没有采用跳频时，同一小区的TCH间的频率间隔最好在400K以上；直接邻近的基站应避免同频（即使其天线主瓣方向不同，旁瓣及背瓣的影响也会带来较大的干扰）；考虑到天线挂高和传播环境的复杂性，距离较近的基站应尽量避免同频、邻频相对（含斜对）； 通常情况下，1*3复用应保证参与跳频的频点应是参与跳频载频数的二倍以上；重点关注同频复用，避免在邻近区域存在同BCCH同BSIC的情况。 3频率配置一、GSM网络900/1800MHz频段二、我国陆地蜂窝移动通信业务的频率分配三、频率复用方式四、干扰保护比五、保护频带4一、 GSM网络900/1800M

3、Hz频段GSM 900/1800频段移动台发、基站收基站发、移动台收GSM900/1800频段900MHz频段890-915MHz935-960MHz1800MHz频段1710-1785MHz1805-1880MHz国家无委分配给中国移动的频段900MHz频段890-909MHz935-954MHz1800MHz频段1710-1720MHz1805-1815MHz国家无委分配给中国联通的频段900MHz频段909-915MHz954-960MHz1800MHz频段1745-1755MHz1840-1855MHz双工收发间隔 （1）在900MHz频段，双工收发间隔为45MHz（2）在1800MH

4、z频段，双工收发间隔为95MHz5无线频谱的分配1805178517101880 95 MHZ双工间隔基站接收频率基站发射频率DCS1800频率MHZ20MHZ保护频带925915TACS/GSM频率MHZ96045MHZ双工间隔950935905890880基站发射频率基站接收频率10 MHZ保护频带DCS1800GSMTACS/GSMETACS/EGSM6二、我国陆地蜂窝移动通信业务的频率分配中国联通CDMA 800MHz 825835 870880中国移动 GSM 900 890909 935954联通GSM 900 909915 954960中国移动GSM 1800 17101720

5、18051815中国联通GSM 1800 17301740 182518357我国蜂窝频率分配图基站发基站收基站发基站收CDMACT2825835841845870880880890885900910915930925940950960909EGSMGSM(移动)GSM(联通)EGSMGSM(移动)GSM(联通)CDMA806数字集群851数字集群8258218438668采用等间隔频道配置的方法GSM 900MHz 在900MHz频段，共25MHz带宽，载频间隔200KHz，频道序号为1124，其中，中国移动占用194频道（890909/935954MHz），中国联通占用96124频道（90

6、9915/954960MHz）。 频道序号和 频道标称中心频率关系为： fl(n)=890.200+(n-1)*0.200MHz fh(n)=fl(n)+ 45MHz 9GSM 900MHz各频道组的频道号10采用等间隔频道配置的方法DCS1800MHz 在1800MHz频段，共45MHz带宽，载频间隔200KHz，频道序号为512885 。其中：中国移动占用前10MHz ，512559频道，中国联通占用后10MHz， 687736频道。频道序号和频道标称中心频率关系为： fl(n) = 1710.200+(n-512)*0.200MHz fh(n) = fl(n)+95MHz11中国联通GS

7、M 1800MHz占用的频道号频道组号123456789101112各频道组的频道号512513514515516517518519520521522523524525526527528529530531532533534535536537538539540541542543544545546547548549550551552553554555556557558559中国移动GSM 1800MHz占用的频道号12三、 频率复用方式1、频率复用概念 频率复用技术是指同一载频的无线信道用于覆盖不同的区域，这些区域彼此相隔一定的距离，以便把频率干扰控制在系统允许范围内，这样作的结果相当于宝贵的频率

8、资源获得再生。 在按蜂窝结构的移动网中，蜂窝小区是以N个正六边形组成群，各蜂窝小区群可以按一定的规律使用相同的频率组。假设每个群有N个小区，则需用N组频率。 频率复用结果，使系统内部必然会产生频率干扰，因此必须采取抗干扰措施，使频率干扰控制在系统允许范围内。132、频率复用方式 根据GSM体制的推荐，GSM无线网络规划基本上采用4*3频率复用方式，即每4个基站为一群，每个基站分成3个三叶草形60扇区或3个120扇区，共需12组频率。因为这种方式同频干扰保护比C/I能够比较可靠的满足GSM标准的要求。14GSM本身采用了许多抗干扰技术，如跳频、自动功率控制、基于话音激活非连续发射、天线分集等，这

9、些技术合理利用，将有效提高C/I比，因此可以采用更紧密的频率复用方式，增加频率复用系数，提高频率利用率。比较典型的频率复用方式除4*3外，还有3*3、 2*6、1*3及多重频率复用MRP(Multiple Reuse Patten)。各种复用方式的复用图如下。15A3A2A1A3A2A1D3D2D1C3C2C1C3C2C1D3D2D1A3A2D3D2D1A1B3B2B1C3C2C1B3B2B1B3B2B1C3C2C1B3B2B1C3C2C1A3A2A14*3频率复用方式16A3A2A1C3C2C1B3B2B1A3A2A1C3C2C1B3B2B1A3A2A1C3C2C1B3B2B1A3A2A1C

10、3C2C1B3B2B1A3A2A1B3B2B1B3B2B13*3频率复用方式 采用3*3频率复用方式，一般不需要改变现有网络结构，但容量增加有限，同时需要采用跳频技术降低干扰。172*6频率复用方式 采用2*6频率复用方式，虽然可较大提升系统容量（约是4*3复用的1.6倍），但需要对天线系统及频率规划作较大的调整。要求系统具备自动功率控制、不连续发射、跳频（一般基带跳频）等功能，另外对天线系统要求较高，需配置高性能的窄带天线。1 11735 91 11735 91 11735 94 12628101 11735 91 11735 91 11735 91 11735 91 11735 94 12

11、628101 11735 94 12628101 11735 91 11735 91 11638 94 12628 101 11735 94 12628101 11735 918A3T3A2 T2T1A1B3T3B2 T2T1B1C3T3C2 T2T1C1D3T3D2 T2T1D1A3T3A2 T2T1A1C3T3C2 T2T1C1A3T3A2 T2T1A1B3T3B2 T2T1B1A3T3A2 T2T1A1B3T3B2 T2T1B1D3T3D2 T2T1D1C3T3C2 T2T1C1B3T3B2 T2T1B1D3T3D2 T2T1D11*3频率复用方式 采用1*3频率复用方式必须注意三点：一

12、是必须采用射频跳频、自动功率控制、不连续发射、天线分集等技术有效地降低干扰，二是要保证一定的跳频频点数，第三是频率加载率必须控制在50%以下，同时需加强网络优化，才能获得比较好的效果。19TCH的13 T1T2T3AT1T2T3BT1T2T3CT1T2T3DT1 :f1, f4, f7, f10 , f13 , f16 MAIO=0,2,4,6,8T2 :f2, f5, f8, f11 , f14 , f17 MAIO=1,3,5,7,9T3 :f3, f6, f9, f12 , f15 , f18 MAIO=2,4,6,8,10Site(A): HSN=1Site(B): HSN=2Site

13、(C): HSN=3Site(D): HSN=4 .20TCH的11复用方式T1T1T1CT1T1T1AT1T1T1BT1T1T1DT1 :f1, f2, f3, f4 , f5 , f6 , f7 , f8 , f9 , f10 S1:MAIO=0,6,12,18,S2:MAIO=2,8,14,20,S3:MAIO=4,10,16,22 Site(A): HSN=1 Site(B): HSN=2 Site(C): HSN=3 Site(D): HSN=4 .21 多重频率复用方式又称为分层频率复用（MRP）。它可以在同一个GSM网络内，根据需要采用几种不同的频率复用方式。如下图所示，L表是小

14、区中频率层，F表示层中的频率复用方式，越到上层频率复用越紧密。显然多重频率复用方式可以更合理的按照网内话务密度分布情况，不同的区域采用不同的复用方式，在大幅度提升网络容量的同时，可以较好地保证网络质量。L3(F3)L3(F3)L3(F3) L2(F2) L2(F2)L1(F1) L1(F1)多重频率复用(MRP)22多重频率复用(MRP)MRP技术（Multiple Reuse Pattern)将整段频率划分为相互正交的BCCH频段和干TCH频段，每一段载频作为独立的一层。不同层的频率采用不同的复用方式，频率复用逐层紧密。5x3 REUSE4x3 REUSE3x3 REUSE 23多重频率复用

15、(MRP)频率多重复用MRP的特点 提高了网络容量，频率复用逐层紧密，较大地 提高了频率利用率。 信道分配灵活，可根据容量需求及话务分布情况灵活进行频率规划。 可释放出一些频点用于优化频点或微蜂窝。 可采用功控技术及不连续发射技术来降低干扰。24复用方式可用带宽基站最大配置容量(GOS=2%)容量比4*36MHz3/2/2(或3/3/2)37.992Erl13*33/3/344.688Erl1.1762*62/2/2/2/2/249.200Erl1.2951*34/4/463.117Erl1.661MRP(12,9,6)3/3/344.688Erl1.1764*37.2MHz3/3/344.6

16、88Erl13*34/4/357.076Erl1.2772*63/3/3/2/2/269.288Erl1.5501*35/5/582.029Erl1.837MRP(12,9,6)4/4/463.117Erl1.412各种复用方式容量比较 从上表可以看出，频率复用越紧密，容量增幅越大；可用频带越宽，增容的幅度越大。25四、 干扰保护比干扰保护比C/I可由下式确定： C/I=10nD/RA()式中：n传播衰落系数，经验值取3.35 D同频干扰站至被干扰小区远端边缘的距离 R干扰源小区半径 A()天线耦合系数（为天线耦合夹角），由干扰站天线的水平面方向图和干扰方向偏离角度确定。实际上，干扰来自各个方

17、向，因此总的干扰应为来自各个方向干扰的和。 26干扰0dB-9dB9dB0dBfcfc+200kHzfcffRelative power(dB)Relative power(dB)C/IcC/Ia1carrierinterferercarrierinterferer(C/Ic)9dB(C/Ia1)-9dB(C/Ia2)-41dB(C/Ia1)-49dB同频干扰邻频干扰27 干扰 参考载干比同道干扰 9dB200KHz邻道干扰C/Ia1 -9dB400KHz邻道干扰C/Ia2 -41dB600KHz邻道干扰C/Ia3 -49dB28载干比GSM系统中，对载干比的要求是：同频载干比： C/I9dB

18、；工程中加3dB余量，即C/I12dB邻频载干比： C/I9dB；工程中加3dB余量，即C/I6dBGSM的频率规划通常采用43复用方式。对于业务量较大的地区，还可以采用其它的复用方式，如33、13。无论采用哪种复用方式，必须满足干扰保护比的要求。载波偏离400KHz时的载干比： C/I（载波/干扰）41dB 29五、保护频带 原则：移动通信系统满足干扰保护比要求GSM900系统，移动和联通两系统之间应留有保护带宽。GSM1800系统与其它无线电话系统的频率相邻时，应考虑相互干扰情况，留出足够的保护带宽。30跳频技术一、概述1、为了提高系统信道编码及交织的有效性，可以采用跳频技术，慢跳频的原理

19、是，所有移动台依据从一个算法中导出的频率序列上发送它的时隙。移动台在一个时隙上发射或接收，下一个时隙又跳到另一个频率上发射或接收。2、跳频算法的参数是在呼叫建立及切换时发给移动台的，每一突发脉冲序列改变一次频率，跳频的速率大约为217次/秒。3、支持广播控制信道（BCCH）的物理信道不跳。4、基地台与移动台在一个小区内，跳频是同步的。5、同一呼叫，TDMA第N帧时用C0而第N+1帧时用C1。6、对慢速移动终端，跳频改善通话质量明显，大约有6.5 dB系统增益。31二、GSM系统采用跳频的目的 1、频率分集（多径衰落分集）：多径传播导致频率选择性衰落.跳频可使呼叫在话音质量严重降低之前跳出衰落低

20、谷.跳频频率愈多, 跳频增益愈大.跳频在抵抗多径衰落方面的益处对于慢速移动的移动终端比快速移动的移动终端显著.322、干扰分集：在某一固定频率的强干扰仅对跳频信号在瞬间内有影响 - 强干扰被分为若干个弱干扰.缘于交织技术以及信号处理技术, GSM能非常有效地抵制瞬间干扰和弱干扰.33跳频的干扰分集效果4个频率跳频的例子F1F2F3F4经过解交织、前向纠错后：干扰得到抑制跳频得到的TDMA- 在F1到F4上跳频：连续的干扰被离散为瞬间干扰34上图：跳频对Rxqual (BER)略有改善下图：跳频可显著改善丢帧率 (20-30%)跳频主要改善丢帧率FER 引入跳频技术后，我们发现某一CI值所对应的

21、RXQUAL值和非跳频网络是相似的，但在解码后所得到的误码率和帧删除率主要依赖于跳频数量的多少和系统负载情况，因此在跳频网络仅仅用CI或QXQUAL来评估跳频网络是不够的。在跳频网络解码后的误码率和帧删除率的指标才能衡量网络的质量。 35跳频的方式SFH是分离复用的关键SFH使得一个TRX工作在多个载频上跳频频率愈多, 跳频增益愈大必须采用宽带耦合器BFH不支持分离复用一个通话在几个工作在不同载频 上的TRX上顺序传输.一个TRX对应一个频点，更多的跳频点意味着更多的TRX.可采用谐振腔耦合器。S(t)fz(sn)TRX1TRX2TRXnfa(s1)fb(s2)L0= Fa, Fb, ?, F

22、zS(t)TRXfa(s1)fb(s2)fz(sn).基带跳频原理合成器跳频原理36跳频技术基带跳频收发信机数量与频率数相同各收发信机的工作频率固定信道在不同时隙使用不同收发信机f2f4f1f2f3f4f5f6Call 1Call 2NarrowbandCombiners37跳频技术合成器跳频收发信机的工作频率在不断地改变频率数与收发信机数无关 信道始终通过制定的收发信机传输信息f2f4f1 f2 f3 f4 f5 f6f2f4Call 1Call 2f1 f2 f3 f4 f5 f6BroadbandCombiners38基带跳频与合成器跳频的关键区别两者均可用来改善网络质量或提高网络容量基

23、带跳频的效果受收发信机数量的限制;每个发信机只能对应1个频点，当携带BCCH的TRX出现故障时，易导致整个小区瘫痪；衰耗小，仅为3.5dB;合成器跳频与收发信机数量无关可以在宽广的频谱上进行跳跃使得跳频的效率充分发挥配置高时耦合器的衰耗大，H2D时，衰耗4.5dB,H4D时，衰耗8dB.携带BCCH的TRX优先级最高，当出现故障时携带BCCH信道的TMDA帧能自动通过另一个载频发射出去。跳频技术39跳频技术MAMobile AllocationHSNHopping Sequence NumberMAIOMobile Allocation Index OffsetOccupancy Rate跳频

24、系统参数40跳频技术参数名称：移动分配 英文名称：MA：Mobile Allocation Frequency List参数描述：GSM系统中的移动分配（MA）指示了一个跳频用的频率集合，即：对于某个小区，一旦确定了其MA，那么在该小区中通信频点将按一定的规律在MA给出的集合中跳变。数值范围：GSM900系统：1124，9751023GSM1800系统：512885默认值 ：设置说明及影响：MA应根据网络设计要求设置。另外每个MA集合中的元素个数不可以超过63个。MA中不可以包含BCCH载频。41跳频技术参数名称：跳频序列号 英文名称：HSN：Hopping Sequence Number参数

25、描述：GSM系统中，每个小区所使用的载频的集合用“小区分配（CA）”表示，记为R0，R1，RN1，其中Ri表示绝对频道号。对于每次通信过程，基站和移动台所用的载频的集合用“移动分配（MA）”表示，记为M0，M1，Mn1，其中Mi表示绝对频道号。显然MA是CA的一个子集。在通信过程中，空中接口上采用的载频号是集合MA中的一个元素。变量“移动分配索引（MAI）”即用来确定集合MA中一个确切的元素，0MAIn1。根据GSM规范05.02的给定的跳频算法，MAI是TDMA帧号FN（或缩减帧号RFN）、跳频序列号（HSN）和移动分配索引偏置（MAIO）的函数。其中HSN确定了跳频过程中频点运行的轨迹，相

26、邻的、采用相同MA的小区，取不同的跳频序列号可以保证在跳频过程中频率的利用不发生冲突。在GSM规范中规定BCCH信道不允许参加跳频，而BCCH信道又必须分配在时隙0上。数值范围：063，其中0为循环跳频，其它为随机跳频。默认值 ：设置说明及影响：HSN可以根据需要在可选范围内选取，但必须注意采用相同频率组的小区必须采用不同的HSN。42跳频技术参数名称： 移动分配索引偏置 英文名称：MAIO Offset参数描述：GSM系统中，每个小区所使用的载频的集合用“小区分配（CA）”表示，记为R0，R1，RN1，其中Ri表示绝对频道号。对于每次通信过程，基站和移动台所用的载频的集合用“移动分配（MA）

27、”表示，记为M0，M1，Mn1，其中Mi表示绝对频道号。显然MA是CA的一个子集。在通信过程中，空中接口上采用的载频号是集合MA中的一个元素。变量“移动分配索引（MAI）”即用来确定集合MA中一个确切的元素，0MAIn1。根据GSM规范05.02的给定的跳频算法，MAI是TDMA帧号FN（或缩减帧号RFN）、跳频序列号（HSN）和移动分配索引偏置（MO）的函数。其中MO是MAI的一个初始偏移量，其目的是为了防止多个信道在同一时间内争抢同一个载频。数值范围：063默认值 ：设置说明及影响：当设备采用射频跳频时MO由设备在基站的程序中自动生成；否则MO可以由网络操作员设置。在后一种情况下，网络操作

28、员在设置时需注意：采用同一组MA的不同小区，在MO的取值上应保持一致。采用不同的MO，可以让同一站址的不同扇区使用相同的频率组（MA）而不发生频率冲突。43MA就是跳频的频率HSN就是MA的跳频次序HSN0630循环顺序（Cyclic）163随机（Random）例如Cell A的MA=1,4,7,10,13,使用HSN0，频率的排列次序1,4,7,10,13,使用HSN1，频率的排列次序7,1,13,4,10,使用HSN2，频率的排列次序1,10,4,13,7,Cell AM A=1,4,7,10,13,Cell BM A=2,5,8,11,14,Cell CM A=3,6,9,12,15,跳

29、频技术44跳频技术Cell AMA=1,4,7,10,13,MAIO就是MA的跳频起始点例如Cell A的MA=1,4,7,10,13,使用HSN2，跳频次序1,10,4,13,7,使用MAIO0，跳频次序1,10,4,13,7,使用MAIO1，跳频次序10,4,13,7,16,使用MAIO2，跳频次序4,13,7,16,19,如果Cell A内有2个TCH载频第1个TCH载频使用MAIO0那第二个TCH载频不能使用MAIO0目的是避免Cell内的同频干扰Cell BMA=2,5,8,11,14,Cell CMA=3,6,9,12,15,45跳频技术Occupancy RateOccupanc

30、y Rate 就是我们所说的频率负荷TCH载频数/MACell AMA=1,4,7,10,13,16,19,22,25TCH载频3Cell A的Loading/Occupancy Rate= 3/9 =33.3%46链路预算链路预算是无线网络规划的基本步骤，是估算无线网络规模的简便方法。链路预算基于移动台和BTS之间上下行链路的最大允许路径损耗和基站所在区域的无线传播模型，计算在特定环境下一个基站的最大覆盖范围。47链路预算的参数48链路预算的参数合成器衰耗DHy/2TxTx4.5dB LossH2DCCCCTxTxTxTxC/DD4.9dB LossDHy/2TxTx8dB LossH4DH

31、y/2TxTxHy/249链路预算的参数馈线衰耗 7/8“的馈线衰耗值: 4dB/100m (900MHz) 6dB/100m (1800MHz) 2.5dB/40m (900MHz收发共用馈线) 3.5dB/40m (1800MHz收发共用馈线) 跳线衰耗值 0.5dB(900MHz) 1dB(1800MHz)50链路预算的参数ReceiverGSM900GSM1800GSM1900BTS-107dBm-104dBm-104dBmMobile-102dBm-100dBm-100dBm接收灵敏度51链路预算的参数基站发射功率52链路预算的参数移动台的参数53链路预算的参数基站发射功率54链路预

32、算L Loss =EIRP - EIAPEIRP=Tx PA Output Combiner - Common Cable Loss +Antenna GainEIAP=Effective Isotropic Available Power(dBm)无线链路损耗EIRPEIAP55链路预算56链路预算57链路预算天线增益全向天线Default 6.5 V with 11 dBi gain定向天线Default 65H/6.5 V with 18 dBi gaindBd = dBi - 2.15dBdBi:以等向同性天线(Isotropic Antenna)为基准计算的天线的有效辐射功率。dBd

33、:以半波偶极天线（Dipole Antenna)为基准计算的天线的有效辐射功率。58链路预算59无线波的传播方式1).直线传播2).反射3).透射4).绕射413260自由空间传播BdDAL = 20 log F + 20 log D + 32.44L = path loss in dBF = frequency in MHzD = distance in kmL increases as the square of the distanceFigures at 1 kmF = 900 MHz, L = 91.52 dBF = 1800 MHz, L = 97.54 dB61传播方式62传播模

34、型 在无线网规划中通常通过传播模型估算基站的覆盖范围，模型的准确性关系到规划和建设的合理性和经济性。 目前常用的传播模型主要是经验模型和确定性模型。经验模型又叫统计模型，确定性模型考虑了更多的无线传播环境因素，但计算复杂，需借助高精度数字地图和工具软件的支持。经验模型容易实现且计算速度快，但应用不同的无线环境时需要进行模型校正来保证准确性。目前蜂窝移动通信网络规划以经验模型为主。63传播模型64传播模型Okumura - Hata ModelL = 69.55 + 26.16 Log(F) - 13.82 Log(H) + (44.9 - 6.55 Log(H) Log(D) + CL = P

35、ath Loss in dBF = Frequency in MHz (between 150 and 1500 MHz)H = Effective base station antenna height in meters (between 30 and 200 m)D = Distance from transmitter to receiver in kilometers (between 1 and 20 km)C = Correction factor for environment type:= 0 dB for dense urban area= -5 dB for urban

36、area= -8.3 dB for suburban area= -21 dB for rural quasi open area= -26 dB for rural open area65传播模型COST 231 - Hata ModelL = 46.3 + 33.9 Log(F) - 13.82 Log(H) + (44.9 - 6.55 Log(H) Log(D) + CL = Path Loss in dBF = Frequency in MHz (between 1500 and 2000 MHz)D = Distance from transmitter to receiver i

37、n kilometers (between 1 and 20 km)H = Effective base station antenna height in meters (between 30 and 200 m)C = Correction factor for environment type:= -2 dB for dense urban environment: high buildings, medium and wide streets= -5 dB for medium urban cities and wide streets= -8 dB for dense urban e

38、nvironment: high residential buildings, wide streets= -10 dB for medium suburban environment, industrial areas and small homes= -26 dB for rural with dense forests and quasi no hills66传播模型67规划软件常用传播模型 目前常用的规划软件有PLANET,TEMS CELLPLANER等，其中PLANET的通用模型（general model）是基于Hata模型和Cost231模型的，针对两者的不足，在模型中增加了地

39、物校正因子和绕射损耗。68传播模型Example of the standard model in PlaNET toolPRX = PTX+ K1+ K2 log(d)+ K3log(Heff)+ K4Diffraction+ K5 log(Heff)log(d)+ K6(meff)+ Kclutter + Gant PTX Transmit power (EIRP) in dBmPRX Receive power in dBmK1 Constant offset in dBmK2 Multiplying factor for log(d)K3 Multiplying factor for log(Heff)-compensates for gain due to antenna heightK4 Coefficient to weigh diffraction lossK5 Okumura-Hara type of multiplying factor for log(Heff)log(d)K6 Correction factor for the mobile effectiv