边际网网络的建设规划思路

chinabit

HUAWEI企业无线网络规划部 王一婷

【关键词】边际网   业务区   地形环境   话务模型   话务分布密度   组网方式   天线    小基站
【摘    要】本文针对边际网环境和业务的特殊性，阐述不同业务区、不同地形环境、不同话务模型以及不同组网方式下的边际网络建设规划思路。

一、概述

    目前，我国两大运营商的GSM网络在城区、县城的覆盖均已较为完善，但是在郊区、乡镇、农村和部分道路，以及城市室内、地下室等地方仍存在诸多的覆盖盲区和弱信号区，这些地区也就是称之为“边际网”的地区。边远地区GSM网络的建设主要面临的是覆盖问题，而城市热点地区的建设则着眼于提高网络的容量和质量。无论从提升运营商核心竞争力和品牌形象，还是从增加运营收入、发展用户的角度来看，边际地区的网络建设已经成为运营商发展的战略重点之一。针对边际网，运营商推出了各种措施，以“补充、完善、优化、提高”的建设思路，加强GSM网络覆盖的广度、深度和质量。

    通常边际网的定位包含两层含义：第一层是从广度覆盖的角度讲，主要指城市郊区、县城、乡镇、风景点、公路、铁路等低话务地区，第二层是从深度覆盖的角度讲，主要是指城市室内、地下室内等热点地区。

二、边际网建设思路

    实践表明，边际网的建设与传统模式网络的建设存在很大的差异性，主要体现在建设模式和建设方案两个方面。

  ■  建设模式
    GSM网络发展到目前阶段，已经由集中建设时期向“优化、完善”时期过渡，这就要求网络的建设必须采取按需建站的方式，哪里需要覆盖就在哪里加站，什么时候需要覆盖就什么时候加站，以本地网为单位，在每个本地网设置一个BSC作为“移动接入网”的接入点，随时需要，随时加站，随时开通，随时优化。

  ■  建设方案
    对于城市热点地区和边远地区，则应该采用不同的思路和设备建网：在城市地区应着眼于提高网络的质量和容量，不对现有网络进行大规模的搬迁和调整，保持网络的稳定性，以丰富的业务（含移动数据业务）作为吸引高端用户的主要手段；边远地区则应以网络覆盖为重点，兼顾容量，以话音业务为主，吸取用户。

    总之，边际网的建设思路是广覆盖、低成本、高速度，其建设应与城市地区的网络扩容建设区分，在降低边际网建设成本的同时，降低城市主体网络的扩容成本。因此，符合边际网建设的思路包含两个方向：一是采用能最大幅度简化配套设备要求的主设备建网，简化对配套设备的要求，降低边际网的整体建网成本和难度，缩短建设周期；二是采用单站覆盖面积大的设备建网，减少站点数量，降低投资，加快建网速度，降低维护难度。

    室内覆盖具有多种解决方法，HUAWEI微蜂窝的发射功率较大，对面积较小的区域，可直接采用内置天线实现覆盖，而不需要建设费时费力的室内分布式天线系统；对于中大型建筑，推荐采用内置天线和小型外置天线；对于大型或特大型建筑，可将HUAWEI微蜂窝接入大楼的室内分布式天线系统。

    本文将重点先容边远地区边际网的建设规划和优化思路。

三、边际网规划思路

    边际网规划思路有别于传统网络规划的一点在于，边际网的规划立足于对现有网络的优化角度，在全面了解现有网络覆盖和容量的情况下，确定网络的覆盖区域和要求，并对现有网络的话务统计进行分析，定量了解话务分布，收集用户信息，为确定站型提供依据。在边际网络的规划过程中，基站业务区的发掘和规划亦显得尤为必要。

    边际网具有小容量和广覆盖的特点，它的建设应在保证网络质量的前提下，针对不同的业务区、地形和用户特点进行网络规划。根据不同地区的特点，边际网在站址规划、设备选择、站型确定和天线选型的考虑也不尽相同。边际网基站的建设，根据目标业务可分为公路、铁路基站、郊区基站和村镇基站，根据所处环境可分为平原环境、丘陵环境、山区环境、近海环境与荒漠环境。

  1、不同的目标业务区

  （1）公路、铁路基站
    公路、铁路等应用环境具有话务量低、用户高速移动等特点，必须重点解决覆盖问题。公路的覆盖与城镇、乡村的覆盖有着较大区别，一般来说公路要求实现带状覆盖，可采用双向小区，在穿过城镇、旅游点的地区，可综合采用三向、全向小区。由于公路环境的差异很大，如道路所经过的地形往往复杂多变，有平原、高山、树林、隧道等，还要穿过乡村和城镇，因此无线网络的规划和天线选型必须在充分勘查的基础上，灵活规划。

  ■  纯道路覆盖
    纯道路覆盖是指无人居住的山区、沙漠中的重要等级公路的无线覆盖。在话务量很少的情况下，为了减少基站的数量，降低建设成本，要求覆盖距离尽量远。对这种无线覆盖区域，选用单载频的iSITE一体化小基站O1站型时，采用地形匹配天线效果最理想。例如，八字形变形全向天线可增加需要覆盖方向的增益（最大方向增益约增加3dB），减少公路两旁无用户区的覆盖能量，这种天线的站址选择非常重要，天线的方向图必须与公路的延伸方向匹配。由于信号进入车内的衰减比进入建筑物的衰减约小一半，因此对于纯粹的公路覆盖或其它无建筑物覆盖的情况下，可不考虑采用预置下倾角天线，预防塔下黑现象。在公路拐弯的地方建站覆盖公路时，推荐采用iSITE一体化小基站S1/1站型，采用高增益定向天线，增加覆盖距离，改善覆盖效果，天线方向角指向覆盖目标即可。此时需要注意，定向天线的前后比不应过高，这是由于公路覆盖基本上都是面向快速移动的用户，如果天线前后比太高，则很容易导致两小区的交叠深度过小，不利于切换的正常进行。 还可灵活的根据地形、覆盖的要求选用不同发射功率的一体化小基站。

  ■  途径郊区、乡村的道路覆盖
    沿途经过郊区、乡村的高速公路、铁路、国道、省道的覆盖，对覆盖和话务容量兼具一定的需求，可考虑在公路附近选择高处建站，兼顾道路和乡村。可考虑采用O1、O2、S1/1等站型（建议采用iSITE一体化小基站以节省配套成本），也可采用全向加定向等特殊站型，天线可选用全向天线、变形全向天线（如210度心形天线）或定向天线，尤其在选择全向天线时，必需根据站址和覆盖目标地区的高度差与视距角度来选择预置电气下倾角度，在满足覆盖区域信号要求的前提下，避免“塔下黑”现象，尽可能改善覆盖效果。需注意的是，由于预置下倾角会影响基站的覆盖能力，因此在以覆盖为主的地方建议选用不带预置下倾角的天线，但对于天线挂高在50米以上且近端有覆盖要求时，可优先选用零点填充天线，或者选用带预置下倾3到5度的天线。

    另外，公路附近基站站址的选取除优先考虑高处建站外，还应综合考虑传输、电源是否就近，电源供电是否可*等因素。对于铁路沿线的基站站址选取，可利用现有的铁路无线列调系统的中继站站址，这类站址大多设置在车站内，电源、传输等配套设备较易实现。

  （2）郊区基站
    郊区的应用环境介于城区与农村之间：有的地方可能更接近城区，基站数量不少，频率复用较为紧密，此时覆盖和干扰控制在站址确定、站型选择和天线选型时必须统一考虑；另有一些地方更接近农村，覆盖成为重要因素，基站站址的选取主要选择村镇内相对较高的楼房或地势较高的制高点，也可考虑自建铁塔（50米），扩大覆盖范围，这类覆盖区基站一般不用过多考虑传输和电源问题。综合考虑周围基站的数量和未来的扩容潜力，一般不建议采用全向站型，可采用S1/1/1等站型，可根据覆盖面积来估算天线的类型，根据具体情况选择水平波束宽度为65°或90°的天线，在周围基站较少的情况下，优先采用90°天线，具体是否采用预置下倾角则应根据具体的情况而定。从覆盖角度来讲，即使采用下倾角，一般下倾角也不宜太大。

  （3）村镇基站
    村镇覆盖基站站址的选取相对比较容易。一般村镇内的用户相对比较集中，村镇周围的用户分布较分散，而且村镇的周围都有公路经过，覆盖也是最关注的问题。选择村镇内相对地势较高的制高点，可实现较大范围的覆盖，站型的选取则必须综合考虑村镇的话务强度，以及公路漫游用户对话务量的贡献。如果村镇周围地势平坦，村镇有发展潜力，建议选取S1/1/1站型，在实现广覆盖的基础上为基站扩容留有余地；如果用户不多，发展潜力不大，有公路经过，则可选用S1/1站型，以iSITE一体化小基站加强对公路的覆盖。针对山区和丘陵地带不发达的乡镇或村庄，乡村往往就在某条省道或国道的附近，需结合覆盖附近的公路，推荐在乡村和公路的结合部或村镇口建站，采用S2/1站型，用S2覆盖乡镇和一边公路，S1覆盖公路的另一边，也可采用O＋S站型，由于地理环境的差别很大，具体站型可根据实际情况灵活配置。在偏远地区，基站很广的半径内分布的零散用户，话务量较小，因此需要根据不同的用户分布、地形特点来进行基站选址、选型和天线选择。

2、不同的地形环境

    地形对于无线传播有着很大的影响，一般可分为平原、丘陵、山区、近海和荒漠几种情况。

  （1）平原环境

    受到不同地形的影响，基站覆盖距离并不能反映基站设备本身的性能，且各种丘陵、山区等地形千差万别，因此在一般情况下，大家以平原做为覆盖距离预测的主要参考地形。平原的标准概念是理想的开阔地形，这里参照Okumura-Hata传播模型进行分析。

    根据下面公式可计算出有效无线辐射功率EIRP和覆盖距离：
EIRP=10×log(Pbt/0.001)-Lf×0.047-Lcb+Gab
d=10^((EIRP-Pr-69.55+9.94-26.16×logf+13.82×log H )/(44.9-6.55×log H ))
其中：
Pbt： 基站TRX输出功率（单位W）
Lf： 馈线长度
Lcb： 合路器损耗
Gab： 基站天线增益（dBd）
d： 覆盖距离
EIRP： 有效辐射功率
Pr： 接收门限
f：  频率
H： 基站天线高度。

    在上述参数中，接收门限和频率相对固定，有效辐射功率和天线挂高的变化相对较小。有效辐射功率增加n dB时（如损耗减少n dB），覆盖距离增加值⊿=新覆盖距离/旧覆盖距离＝10(a+n)/b/10a/b ＝10n/b，仅与天线高度H和EIRP增加值有简单的数学关系（其中：b=44.9-6.55×log H）。可以看到，损耗减少1dB，覆盖距离增加约6-7%。
应该注意，这些数值是理想平原情况下的理论计算结果，实际效果逊色于此值。由于实际情况下影响覆盖距离的因素较为复杂，与地形、跳线损耗等相关，预测结果仅做参考。在确定站点的设备选型和天馈配置时，可通过平原地区覆盖结果，结合站点的实际情况和覆盖要求，选用合适的基站设备和天线型号。

    平原地带周围地势平坦、宽阔，对于有发展潜力的村镇建议选择宏蜂窝基站，根据用户量选择O1或O2站型，而对于偏重解决覆盖问题的地区，从成本角度考虑，建议选用室外型小基站。

    实际建站时，可根据具体的地形选择天线的极化方式：垂直单极化天线与双极化天线比较而言，从发射角度来看，垂直于地面的手机更容易与垂直极化信号匹配，因此垂直单极化天线比其他非垂直极化天线的覆盖效果好一些，特别在开阔的山区和平原农村更加明显。从接收的角度来看，空旷地域的信号反射较少，信号极化方向改变不大，采用双极化天线进行极化分集接收时，分集增益不如空间分集，因此在信号反射较为复杂的丘陵或山区环境下，更宜选择双极化天线。

  （2）丘陵、山区环境

    在偏远的丘陵山区，山体阻挡严重，电波的传播衰落较大，覆盖难度大，基站具体建在山顶、山腰、山脚或山坳里的适当位置，需要结合不同的用户分布和地形特点进行基站的选址、选型、天线选择。下面是几种常见的情况：盆地型山区建站、高山上建站、半山腰建站、普通山区建站。在盆地中心选址建站，如果盆地范围不大，推荐采用全向站型，如果盆地范围较大，或需要兼顾某条出入盆地的交通要道，推荐采用S1/1/1或O＋S站型；对于普通地形起伏不大的山区，推荐采用S1/1/1站型，尽量增加信号强度，给信号衰减留下更多的余量；在半山腰建站时，基站天线的挂高低于山顶，山的背面无法覆盖，建议采用定向小区，使用半功率角较大的天线（如210度天线），覆盖基站所在的山坡一侧，使天线方向图尽可能与覆盖区匹配。

    对于上述地形基站天线的选择，必须综合考虑站高和地势等因素。例如，有时受制于微波传输的因素，必须在某些很高的山上建站，此时天线离用户分布面往往有150米以上的落差，如果覆盖的目标区域就在山脚下附近，且地势位置相对较低，则应选择垂直半功率角较大的天线，满足垂直方向的覆盖要求，并考虑配以带预置下倾角的全向天线，使信号波形向下，避免出现“塔下黑”现象。

    山区村庄、公路的覆盖通常采用建宏蜂窝高山站或沿路建小基站两种方案。对于公路迂回在交错且高度差别不大的山丘间，即使在高山顶建宏蜂窝基站，下行信号也会受到地形地貌的影响，从而影响依山而建的公路覆盖，使宏蜂窝基站无法发挥覆盖范围广的优势，造成资源浪费，因此综合考虑路段的具体状况，在沿路增加小基站是一种理想的选择方案。对于村庄较大，地处山体环绕之中的情况，则应根据话务量决定是否建宏蜂窝高山站，分析环境的实际情况和路测结果，采用最少基站获得最佳覆盖效果，推荐新增基站类型。另外，对于个别地形特殊地段，可在周围基站开通后进行测试，考虑是否加站进行辅助覆盖。

  （3）近海、荒漠环境

    研究表明，海上无线传播模型接近于自由空间的传播模型。这类覆盖区覆盖面广，无线传播环境好，无线电波传播距离可达到很远，站址选取可考虑选择高山（大于100米）作为站址，扩大覆盖面。沙漠、戈壁地区的信号传播也远比一般的平原地区更远，适合采用60米或者更高的天线挂高，尽可能增加信号的覆盖区域。

    此类基站的天线选型可从不同角度进行分析。为了尽可能地增大覆盖范围，在天线的增益方面一般选择高增益的天线，天线极化方式采用垂直单极化天线为宜。海面、沙漠环境的覆盖一般要求天线具有较宽的水平波瓣宽度，而对天线的垂直波瓣宽度的要求较窄，以保证良好的水平覆盖面，并提供足够的增益可满足远覆盖距离的要求。海面、沙漠的覆盖必须考虑到地球球面曲率的影响，因此天线架设得很高（超过100米），在近端容易形成盲区，因此建议选择具有零点填充的天线，改善覆盖效果。

    HUAWEI双时隙扩展小区方案在这一环境中具有较大的优势。采用HUAWEIGSM900设备单时隙扩展小区方案，可在现有GSM技术的基础上，对BSS系统进行改造，使小区覆盖范围突破35公里的限制，提供更大的覆盖范围，最远可达到70公里，而采用双时隙扩展小区方案则可使覆盖距离进一步提高到120公里。在实际使用环境中，考虑到塔高、地形等各因素的限制，建议在不明显增加成本的情况下，选用塔放和大功率功放的方法提高设备的上下行覆盖能力。由于全向站型天线的增益较低，扩容困难，无法支撑大站型，因此在扩展小区一般不采用全向天线，建议站型选择宏蜂窝定向站。

  3、不同话务模型和话务分布密度

    首先，根据边际网基站覆盖目标的不同，应对边际网络地区的话务模型进行适当的调整。例如，可根据用户低话务量的特点，改变小城市和乡镇地区的话务模型，从运营商的角度看，就是降低每用户的建设成本。

    话务模型受社会、经济环境、用户行为、资费政策等因素的影响较大，并随着用户的增长而不断地发生变化。衡量话务模型的项目包括：忙时移动用户每户话务量、平均呼叫占用时长、移动用户主/被叫、忙时移动用户每户呼叫次数、呼叫接通率、忙时位置更新、被叫时引起的二次寻呼比例、每次呼叫切换次数、忙时每用户收发短消息数、当地漫游用户占总用户比例、移动用户激活比例、移动用户与固定电话间拨打比例等。通过具有针对性地调整边际地区的话务模型，可近似地预算出系统的话务量，进而规划出适于实地情况的基站容量。

    其次，必须充分考虑移动电话话务分布的不平均性，对话务分布密度进行预测，并结合基站覆盖范围内的话务量主要集中区域，提供基站布局和站型选择的依据。

  4、不同组网方式

    从目前的网络情况来看，新建边际网的规划通常采用插花式组网和搬迁式组网两种方案，边际网的频率规划也因组网方式的不同而不同，具体采用何种复用方式则应根据具体的情况灵活处理。

（1）插花式组网
    在现有网络中进行插花式补盲，与现有基站共同完成对目标地区的覆盖。此种组网方式不对原网络设备进行改动和调整，或做较小的改动和调整，与各厂家网络参数的设定相互配合，建设周期较短，速度快，适用于边际网建设初期。

    在进行频率规划之前，必须详细收集现网的运行数据，包括现网邻近基站与新建基站经纬度、现网基站站型、天线挂高、方位角、载频频点、各小区BSIC码、CGI等，另外规划区域的地理环境也是影响频率规划的一个重要因素。频率规划必须遵循干扰最小的原则，同频、邻频复用应留有足够的距离保护，避免同一小区的各相邻小区出现同频、同BSIC的小区。

（2）搬迁式组网
    这种组网方式对现有边际网的其它厂商的基站进行搬迁，使整个边际网的建设和设备供应归属于同一厂家。这种组网方式有利于网络建设的高质量，网络问题的处理速度快，有利于提高网络的运行指标，后期维护省时省力。由于各厂家的设备存在差异，搬迁后可能会出现覆盖范围的差异，这就要求新的工程在边际网建设初期，对原有的基站进行仔细勘测，数据记录，做到心中有数，综合考虑可能出现的问题，这种网络建设方案的工程周期相对较长。

    频率规划的可选择空间较大，由于区域内为同一厂商的设备，且区域内所有基站的频率配置全部重新规划，因此频率复用方式可根据实际情况灵活选用。边际网基站的站间距相对较大，频率资源比较宽松。基站大多实现广覆盖，一般不采用紧密的频率复用方式，而采用较为宽松的4×3复用方式；基站站型配置一般较小，为了扩容方便，最好BCCH、TCH分层使用。仔细提取与现有网络连接边界附近其它现网运行基站的相关参数，包括基站经纬度、基站天线挂高、基站天线方位角、基站载频数配置、载频频率、各小区的BSIC编码、CGI（需注意编码进制格式）。

    总之，良好的频率规划是在小区合理规划的基础上获得的，它包括了站址、天线方向、高度、下倾角、发射功率等各个环节。

四、总结

    边际网的环境和应用有其特殊性，这种特殊性决定了其发展思路和建设思路不同于以往的主体GSM网络的建设。随着边际地区的用户逐渐加入手机用户行列，要求这一地域采用更先进和性能价格比高的移动通信设备，以及合理的网络规划，满足用户需求，通过完善网络覆盖和网络服务质量激活用户和话务的增长。