频率规划方案探讨（8页）

一、频率计划作用和频率复用依据

计划蜂窝系统时，我们要考虑一个关键目标是怎样尽可能地达成高系统容量。换句话说，就是在保持可接收服务等级水平话音质量前提条件下，怎样达成高话务密度（每平方公里用户数尽可能多）。受频率资源限制，给定某个蜂窝系统频率有限（中国分配给移动、联通GSM蜂窝移动通信系统900MHz频段各为6MHz-30个频点）。频率计划要处理一个问题就是怎样更有效率地利用频率资源。和传统移动系统相比较，蜂窝系统经过更有效频率复用模式来提升频带利用率。

传统移动通信系统基站天线架设得尽可能高，功率输出尽可能大，一个基站覆盖面积当然也就尽可能大了；传统移动通信系统中使用同频率系统之间距离要足够远，以确保干扰信号电平低于接收机接收门限。其最终基站覆盖范围是受接收机接收门限而定，所以说传统移动系统能够说是属于噪声受限系统。而实际上即使干扰信号很大，只要有用信号电平比干扰信号电平高出一定dB值，用户也还是能够接收。蜂窝移动通信系统就是利用这一特征，经过在一定距离上进行频率复用方法来达成所需C/I（同频干扰）、C/A（邻频干扰）值。对于一个成熟蜂窝移动通信系统来说，其最终基站覆盖范围是受同频干扰而定，属于干扰受限系统。通常蜂窝系统干扰保护比为：

同频干扰（C/I）： ?模拟>18dB

GSM>9dB

邻频干扰：（C/A）：模拟>-23dB

GSM>-9dB

蜂窝系统是将所需覆盖地域分为若干小基站覆盖区，然后将可用频率分成若干组，每小区使用一组频率，并隔开一定距离复用相同频率。虽说将频率分组后，该频段所服务用户数会降低，但因为采取了频率复用方法，相当于该系统拥有“复用次数乘以频段乘以系数L（L随复用方法、复用次数和频段而变，L<=1）”频率范围。举例来说，对某个城市GSM系统可用12MHz，共有60个频点，可提供466.3Erl(GOS=2%，480TCH)，4X3复用分成12组，每组5个频点，复用4次，可提供31(GOS=2%，40TCH)X12X4=1488Erl，在GOS=2%时，相当于拥有1489个TCH（186个频点），37.2MHz带宽。这就是蜂窝系统能有效利用频率基础原理。

图1为理想12小区复用方法，是将频率共分为12组进行复用。假设各基站参数一样，地形地物也完全一样，关键是利用复用距离来控制干扰信号。设小区半径为R，复用距离为D，对于GSM系统来说，C/I最小值为9dB，即C/I=7.94，考虑6个同频干扰情况，则有：

即对于GSM系统D/R需大于2.62，一样可得到模拟系统D/R>4.4。对于全向基站来说，模拟系统通常采取12小区复用方法，其D/R=6，而GSM系统通常采取7小区复用方法，其 ，其复用方法图2：

假设频率被分为N组，由几何关系得出以下结论：

很轻易看出，在小区范围一定时，N越大，同频复用距离越大，则同频干扰越轻易控制。不过N越大，每组频点越少，所能容纳得用户数也越少，所以关键是怎样确定适宜N值。除了复用距离会影响同频干扰外，采取功率控制、扇区化（使用定向天线）、不连续发射和跳频等技术均可用来降低干扰。实际上，巧妙利用地形、地物，我们在缩小复用距离同时，也能够使同频干扰满足对应系统要求。不管怎样，最终我们确定复用方法根本衡量标准是：要在90%时间和90%地点使同频、邻频干扰达成系统要求。对模拟系统来说，定向基站常见复用方法为7X3（共分为7大组，每组分为3小组，分配到3个扇区上，下同）、4X6等方法，GSM系统我们通常采取4X3、2X6（非跳频系统频率计划、跳频系统bcch频率计划），3X3（采取基带跳频non_bcch频率计划），1X3（采取合成器跳频non_bcch载频计划）。本文第二部分将着重介绍MOTOROLA GSM系统中常常采取4X3、3X3、1X3频率计划规则。

二、蜂窝系统频段划分

中国在800MHz至900MHz频率范围内分配以下：

其中模拟系统关键制式为AMPS和TACS，它们频率分配分别图4、5所表示。它们和GSM系统有一个区分，就是其信令信道固定，A、B频带各有21个频点专门用做信令信道，而GSM系统则没有专门信令信道。

GSM作为目前世界上分布最广蜂窝移动系统，也是现在中国移动系统主干网络，承载了中国大部分手机用户。因为900MHz频带有限，可容纳用户数有限，所以GSM系统又发展到1800MHz。现在部分省份移动已开通了10MHz带宽GSM1800蜂窝移动系统（1710-1820MHz，1805-1815MHz）。GSM在900MHz和1800MHz频率分配以下：

直接用频率来说明各频点比较麻烦，所以通常我们用频率号来表示对应频率。下面将频率号和频率对应关系列出，其中chan freq.代表频点中心频率，chan no.表示频率号，具体频率和频率号对照表参见附录：

AMPS/EAMPS（分两部分）:

AMPS/EAMPS A、B频段扩展信道：

chan freq.=825.03-848.97MHzchan no.=1-799

chan freq.=chan no.*0.03+825MHz

chan no.=(chan freq.-825)/0.03

EAMPS A频段扩展信道：

chan freq.=824.04-825MHzchan no.=991-1023

chan freq.=chan no.*0.03+794.31MHz

chan no.=(chan freq.-794.31)/0.03

TACS:chan freq.=890.0125-904.9875MHzchan no.=1-600

chan freq.=chan no.*0.025+889.9875MHz

chan no.=(chan freq.-889.9875)/0.025

ETACS：chan freq.=872.0125-889.9875MHzchan no.=1329-2047,0

chan freq.=chan no.*0.025+838.7875MHz

chan no.=(chan freq.-838.7875)/0.025

0?à889.9875MHz

PGSM:chan freq.=890.2-914.8MHzchan no.=1-124

chan freq.=chan no.*0.2+890MHz

chan no.=(chan freq.-890)/0.2

EGSM：chan freq.=880.2-890MHzchan no.=975-1023,0

chan freq.=chan no.*0.2+685.2MHz

chan no.=(chan freq.-685.2)/0.2

0?à890MHz

GSM1800:chan freq.=1710.2-1784.8MHzchan no.=512-885

chan freq.=chan no.*0.2+1607.8MHz

chan no.=(chan freq.-1607.8)/0.2

一个频点带宽：AMPS制式为30KHz，TACS制式为25KHz，GSM为200KHz。AMPS、TACS均为频分多址，1个频点为1个物理信道；GSM为时分多址，1个频点可支持8个物理信道。

下面将多个蜂窝系统基础频率情况列出：

AMPSTACSGSM

AMPSEAMPSTACSETACSUTACSGSM900EGSMGSM1800

频带(MHz)2055

双工间隔(MHz频道数XX

频道带宽(kHz)3025200

第二部分

频 率 复 用 规 则

一、频率分配标准

通常情况下，GSM系统常采取全向站：7小区复用（未跳频系统）；定向站：4X3（未跳频系统）、3X3 小区复用（通常是采取基带跳频non_bcch载频，也有未跳频采取，但效果不好）和1X3小区复用（采取合成器跳频non_bcch载频）。不管怎样进行频率复用，我们做频率计划最关键标准就是：将相同和相邻频率尽可能分隔开来，以避免同频、邻频干扰，尤其是相正确邻小区要尽可能避开同频、邻频现象。这条标准对于GSM系统和模拟系统均适用。

以下分别讨论4X3、3X3、1X3复用方法和规则。（4X3、3X3、1X3频率计划均针对采取定向天线三扇区基站，全向小区频率计划应满足7小区复用标准）

5、4X3频率分组和复用模式讨论：

顾名思义，4X3复用是将可用频率分为4X3=12组，分别标志为A1、B1、C1，D1、A2、B2、C2、D2、A3、B3、C3、D3，以下表为例：

A1B1C1D1A2B2C2D2A3B3C3D3

112

84

3

再将A1、A2、A3为一大组分配给某基站3个扇区，B1、B2、B3，C1、C2、C3，D1、D2、D3分别为一大组分配给相邻基站3个扇区。显然，我们有以下六种频率复用方法：

根据上面频率次序分组方法，不存在相邻基站同频问题，但还有相对小区邻频现象：（见图中红色箭头所指位置）

方法1：D1---A2；方法2：D2---A3；方法3：D1---A2；

方法4：D2---A3；方法5：D3---A1；方法6：D3---A1。

为此，我们换一个频率分组方法来看看，见下表：

A1B1C1D1A2B2C2D2A3B3C3D3

012

0XX

3

一样六种复用方法：

方法1、4无相对邻频现象；方法2：C1---A2；方法3：B2---A3；方法5：C1---A2，B2---A3，D3---A1；方法6：D3---A1。

所以我们推荐采取以上频率分组复用方法1、4。因为各个系统基站未必恰好在网格上，所以我们采取前面频率次序分组方法也未尝不可，但需避免相对邻小区邻频问题。

6、3X3频率分组和复用模式讨论：

3X3复用将可用频率分为9组，分别标志为：A1、B1、C1、A2、B2、C2、A3、B3、C3。以下表所表示：

A1B1C1A2B2C2A3B3C3

1011128

4252627

2829303

有以下两种复用方法：

方法1：无相对小区邻频现象；方法2：C1---A2，C2---A3，C3---A1。

显然，方法1复用方法愈加好。

7、1X3频率分组和复用模式讨论：

1X3是频率复用最为紧密一个方法，通常采取在合成器跳频系统中，同时还需采取DTX、功率控制、天线分集等抗干扰技术，以填补因为复用距离减小而带来干扰恶化。它是将全部non_bcch频率分成A1、A2、A3三组，将这三组分别作为每个基站3个扇区MA，如表所表示：

A1:

A2:

A3:

在跳频负载（小区频率数/MA长度）小于50%时，应确保同一基站内3个小区MAIO不邻频，每个基站相同方向小区MAIO一致，同一基站3个小区HSN相同，相邻基站HSN不一样，且同HSN基站距离应尽可能远。

8、GSM频率分配标准总结：

*同一基站内不能同邻频，通常跳频时（指合成器跳频），同一基站各小区跳频算法（HSN）一致，但起跳点（MAIO）不能邻频。注意：凡采取CCB合路不支持跳频。

*相对小区不能同频，应避免邻频，尤其是BCCH和SDCCH载频（通常为该小区第1和第2个载频）。采取跳频时，相邻基站起跳点可相同，但跳频算法不可一致。

*BSIC设计也应注意， BSIC＝8×NCC＋BCC，BCC可在0－7之间选择，所以相近同、邻频小区BSIC应尽可能不一致，应尽可能避免在近距离内出现同频（尤其是BCCH载频）、同BSIC情况。

*同模拟频率计划相同，基站间有较高山，不作为邻站考虑；若基站间有大片水域，则要作为邻站考虑。

*未跳频前，不限制BCCH载频使用范围时，BCCH载频可尽可能错开，跳频时BCCH应划出一定频段，做4X3复用，若频率足够用话，BCCH可考虑采取5X3甚至是6X3复用模式，以减小BCCH间干扰。

以上列出了频率计划部分标准，但做频率计划还有另外一个关键标准，就是要符合当地实际情况。每个系统地形、基站情况全部不一样，无线信号传输也不一样，这就要求我们在做频率计划前，多了解部分当地实际情况，不拘泥于通常频率复用套路，频率分配方法因地而宜，尽可能使频率计划满足当地情况。有条件话，可利用部分专用计划工具结合电子地图进行场强估计，首先观察各小区覆盖区域是否合理，然后对干扰达不到要求（估计时同频干扰我们通常设置为12dB左右，留3dB余量）区域进行覆盖调整或频率计划修正。在基站开通后，由路测和部分统计数据来判定覆盖频率计划是否合适。对干扰较严重区域，可利用调整覆盖、修正频率计划等方法加以处理。

二、切换方面标准

越区切换是蜂窝移动通信系统区分于其它无线通信一个关键特征。GSM系统中大部分切换标准和模拟系统相同，但也有部分有别于模拟系统，如模拟系统切换对象以基站为中心，通常向外只做一层切换关系；GSM系统则以小区为中心，通常向外做两层切换关系，而且GSM系统针对不一样切换情况有7种不一样算法。

下面列出GSM系统计划中切换方面需注意部分问题：

*做切换小区之间不可同频。

*切换应做双向切换，避免单向切换。

*一个小区不能存在两个同BCCH载频、同BSIC切换小区。

*一个小区切换选择不要作得过少或过多，通常以两层切换选择为宜，尤其是覆盖公路、铁路小区。

对于一个稳定GSM系统，可依据路测数据来修改在计划中不合理切换小区。

三、天线倾角确实定标准

在系统计划中，我们常常把注意力放在频率分配中，忽略了对天线相关参数（天线型号、高度、倾角等）确实定。实际上，在基站位置确定后，其天线型号、高度已确定，其倾角确实定直接影响了基站覆盖情况，也对全部系统参数设定和统计数据好坏有显著影响。计划时，天线倾角确实定也应重视。

在介绍天线倾角确实定标准前，先看一下天线部分常见指标：

极化方法：公用移动通信系统采取频段，决定了天线全部采取垂直极化方法（双极化天线出于极化分集考虑，适适用于市区）

水平平面半功率角（H-Plane Half Power beamwidth）:(45°,60°,90°等)定义了天线水平平面波束宽度。角度越大,在扇区交界处覆盖越好，但当提升天线倾角时，也越轻易发生波束畸变,形成越区覆盖。角度越小，在扇区交界处覆盖越差。提升天线倾角能够在移动程度上改善扇区交界处覆盖，而且相对而言，不轻易产生对其它小区越区覆盖。

在市中心基站因为站距小，天线倾角大，应该采取水平平面半功率角小天线，郊区选择水平平面半功率角大天线。

垂直平面半功率角（V－Plane Half Power beamwidth）:（48°,33°,15°,8°）

定义了天线垂直平面波束宽度。垂直平面半功率角越小，偏离主波束方向时信号衰减越快，在越轻易经过调整天线倾角正确控制覆盖范围。

天线倾角（downtilt）：定义了天线倾角范围，在此范围内，天线波束发生畸变较小。

前后比(Front-Back Ratio):（25－30dB）表明了天线对后瓣抑制好坏。选择前后比低天线，天线后瓣有可能产生越区覆盖，造成切换关系混乱，产生掉话。应优先选择前后比为30天线。

天线增益（gain）: 排除天线制造工艺差异，天线波束越小，增益越大。

其它参数：略。

天线倾角确实定

天线倾角和天线高度、小区覆盖半径和天线垂直平面半功率角相关，假设天线高度为H，所期望得到覆盖半径R，天线垂直平面半功率角A，需确定天线倾角B。

由视距传输可得（R>>H时）：tg(B-A/2)=H/R

则：B=arctg(H/R)+A/2

说明：不考虑路径损耗，D点功率电平是C点二分之一，即小3dB。由此计算覆盖半径不完全合理。不过厂家只提供半功率角指标。依据我们经验，此计算公式适合900MHz，覆盖半径在2公里以下，天线高度在25-50米之间情况。当日线高度小于20米时，我们通常以计算角度减1~2度，天线高度大于50米时，我们通常以计算角度加1~2度。当小区覆盖半径大于5公里时，通常我们不加倾角。在小区半径在2-5公里时，可酌情设置倾角。

第三部分

其它频率复用方法探讨

依据GSM 体制规范提议，通常在无线网络计划中全部采取4×3 频率复用方法，即4个基站区（每个基站分为3个120°扇形小区或60°三叶草形小区），12个扇形区为一小区群。这种频率复用方法因为同频复用距离大，能够比较可靠地满足GSM体制对 同频干扰保护比和邻频干扰保护比指标要求，使GSM 网络运行质量好，安全性好。

不过，这种复用方法频率利用率低，满足不了业务量大地域扩大网络容量要求。中国城市人口密度很大，GSM网经过几次大规模扩容后，特大城市和部分大城市市区宏蜂窝基站平均站距不到1000m，小区覆盖半径也就是几百米左右，有些“热点”地域站距只有300m左右。可见，再靠大规模小区分裂技术来增加网络容量已经不现实了。

所以，对于很多经济发达城市，为了满足移动用户迅猛增加需求，一个方法是向DCS1800发展，建立双频网。另一个方法就是在900MHZ现有频率资源情况下，采取密化频率复用技术。

各个厂家全部依据自己设备能力及软件功效采取了不一样密化复用技术，但这是以降低同频复用距离，降低干扰保护比为代价。因为在GSM系统中，采取了很多抗干扰技术，如跳频、功率控制、话音不连续传输（DTX）、分集接收等，将这些技术有效应用会深入提升载波干扰比C/I，使C/I有一定富余，所以，可经过采取密化频率复用技术深入增加网络容量，并使网络满足服务质量要求。比较经典密化频率复用技术关键有3×3，2×6，2×3，1×3 技术。

实际上大家全部是将常规4×3频率复用技术和密化3×3，2×3，1×3频率复用技术混合采取。因为混合采取方法不一样，也就出现了多个不一样复用模式。

一、MRP (Multiple Reuse Pattern)技术

基础原理：

多反复用模式（MRP）技术就是把全部可用载频有规律地分为几组，每一组中载频作为独立一层，在做频率计划时，每组载频可依据网络容量需要采取不一样复用方法。

需要指出是，因为广播控制信道（BCCH）不使用不连续发射（DTX）和跳频技术，发射功率较大，其干扰特征和业务信道（TCH）不一样，所以，为了确保网络服务质量和安全可靠，提议BCCH采取4×3复用方法，显然，用于BCCH载频数应不少于12个。在实际应用中，通常分配12~15个。

现以频率带宽为6MHZ加以说明，国家无委会在900MHZ 频段上，划分给中国电信频段，当用于GSM网频带为6MHZ时，可用载频数为30对，频道号是 65~95（划分给中国联通频段有29对载频，频道号是96~124），采取MRP技术时，将30对载频按12/9/6/3分为4 组，分组方法以下表所述。

6MHZ带宽MRP载频分组方法

逻辑信道频道号

BCCH7

TCTCH2

微蜂窝939495

广播控制信道（BCCH），业务信道TCH1， TCH2 及微蜂窝分别可有12，9，6，3 对载频可配置，那么，BCCH采取4×3复用方法，TCH1采取3×3复用方法，TCH2采取2×3复用方法，可配置成3/3/3结构基站，比单纯使用4×3模式提升了容量。

一样，假如用于GSM网频率带宽为7.2MHz，那么，可用载频数为36对，频道号60~95，按12/9/8/7分成4 组，分组方法以下表所表示。

7.2MHZ带宽MRP载频分组方法

逻辑信道频道号

BCCH1　　　　　　　　　　　　　　　　　　

TCH1　　　　　　　　　　　　787980　　　　　　　　　

TCH2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　88788　

TCH3　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　95

其中，广播控制信道（BCCH）组有12个载频可供复用，业务信道分TCH1、TCH2、TCH3三层，每层分别有9、8、7个载频可供复用，在作频率计划时，为了确保网络安全，要求先配置BCCH，12个载频按4×3复用方法，12个扇形小区，每个小区分配1个BCCH载频；接着按3×3方法配置TCH1，每个小区分配TCH1层中1个载频，再依次按2×3方法配置TCH2、TCH3。这么，每个基站3个扇形小区全部可配置4个载频（4/4/4 站型）。配置载频时，应尽可能避免相邻载频在同一小区或相邻小区使用，在TCH2和THC3层中分别有2个和1个载频可供调整。余下3个载频可分配给微蜂窝或微微蜂窝用，载频配置示意图见图。

当可用频带为9.6MHZ，频道号47~95，有49对载频，可按12/9/8/6/6/6/2规律分7组，基站载频可配置成 6/6/6 结构。

假如可用频带较宽，有12MHZ以上。从理论上讲，基站载频可配置成8/8/8，甚至更多。由此可见，网络容量会大大提升。这对设备能力和软件功效提出了更严格要求。

依据BCCH和TCH载频选择方法不一样，又分多个MRP，现介绍以下两种：

1、固定型MRP

固定型MRP就是划分给业务信道（TCH）各层载频固定不变，相互独立，不重合，如上两表所表示，做频率计划时，逐层配置载频，这么做优点是TCH载频调整轻易，假如某层TCH出现了干扰等问题，只要调整那一层即可，无须考虑其它层载频影响。缺点是载频配置不灵活。

2、改善型MRP

改善型MRP就是划分给业务信道（TCH）各层载频相互重合，不独立，具体分组方法以下表所表示，TCH3层分配载频不变，而在TCH2层中增加了TCH3层载频，在TCH1层中增加了TCH2层载频，在作频率计划时，可依据话务量密度分布情况，采取不一样复用方法，灵活配置载频。

改善7.2MHZ带宽MRP载频分组方法

逻辑信道频道号

BCCH1　　　　　　　　　　　　　　　　　　

TCH1　　　　　　　　　　　82　83　84　85　86　87　88　　

TCH2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　8878889　

TCH3　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　95

MRP技术关键特点

MRP技术打破了传统固定频率复用模式，使载频配置灵活，尤其是使一个扇形小区分配载频不可能和同频复用扇形小区载频完全相同，既改善了同频干扰保护比，也改善了跳频效果，这是MRP技术显著特点。

　MRP技术可依据容量需求及话务量分布情况灵活进行频率计划，可逐步提升网络容量，比单纯使用4×3复用方法网络容量高，和单纯采取3×3，2×3，1×3复用方法相比对网络质量影响小，采取技术如跳频、功率控制，不连续发射（DTX）是GSM系统应含有技术，在设备及软件上无其它特殊要求，只要进行精心网络计划和优化，能满足网络安全可靠运行。富余载频可用于微蜂窝。