GSM网络动态调配载频资源.doc

GSM网络动态调配载频资源

摘要
介绍了载波池技术的原理，以实际应用情况结合统计数据分析该系统的利弊，为提高设备的利用率找到新的思路。

关键词：载波池 话务拥塞 定时调度

项目背景
随着移动通信网络与业务的不断发展，话务量持续快速的增长，对无线网络的载波资源的需求也越来越大；同时在现代生活中人们的移动性大，通信事件的突发性强，经常因分布不均衡而出现下列现象：部分区域某些时段因突发人流量导致话务拥塞，用户得不到良好的网络服务，同时相邻地区因人员较少，网络较闲，设备利用率较低，例如出现在学校生活区与学习区之间、工厂的生活区与办公区之间。随着用户的移动话务量随之移动，为了避免出现阻塞，往往因为个别时段的高话务量进行设备的扩容，其余时段设备存在闲置现象，利用率不高。为了解决上面的问题，充分实现网络资源有效调配，我们考虑采用载波池系统来解决上述问题，为用户提供良好的服务。

载波池技术的原理
载波池又称无线网络动态配置系统，利用不同区域或时间段覆盖区话务量需求的负相关性，通过对载波资源的快速自动切换，确保高话务量区域的通信畅通，实现载波资源的合理使用。利用载波池技术，通过本地或可远程控制的周期性自动切换的光纤直放站系统，可以快速实现基站与远端之间、基站与基站之间或远端与远端之间的载波调度。
载波池系统大致分为近端部分、切换单元、远端部分三个部分，其中近端部分采取信号从基站直接耦合的方式，根据信源基站具体配置的不同，使用不同的耦合方式。信源基站分为具备室外覆盖区和不具备室外覆盖区两类，且信源基站仅为室内分布信源时不考虑分集功能，根据情况的不同选取不同的大功率耦合器件，如下所示：

切换单元是整个系统很重要的部分，配置了电子开关和大功率衰减器，能在本地自动实现智能定时开关载波池系统，从而实现不同区域话务忙闲时段的载波调度。实际使用时根据需要灵活设置，安排整套系统的工作运行计划，可以详细设置，如下图所示：

载波池系统的远端部分和普通的光纤直放站类似，可以带多个远端站，整个系统结构图如下所示：

载波池的实际应用
江宁大学城位于南京市江宁区，是南京市高等教育基地之一。江宁大学城总体建筑和楼宇分布面积很大，学区主要由江宁大学城1基站和江宁大学城2基站覆盖，整体信号较好。
江宁大学城2个基站都是覆盖江宁各大高校教学楼和周围宿舍区，手机用户主要为在校学生，观察了较长时间的话务统计，确认此区域相对忙时时段为21：00～23：00，在22：00左右出现话务高峰，话务量达到饱和状态；而江宁民营科技园1800M基站2扇区主要覆盖江宁区中心区域的一些商务办公楼，话务量在每天09：00～18：00相对较高，没有特定的话务高峰，从 20：00～次日8：00话务低，为较典型的常规话务性小区。可以看出，两基站的小区有可能在不同时段实现话务平衡，充分使用。
24小时连续统计数据见下：

江宁民营科技园1800M基站2扇区系统开通前的话务情况表：
时 间
网元名称
话音信道话务量
TCH阻塞率
0:00:00
D-民营科技园-61 12416
1.03
0.00%
1:00:00
D-民营科技园-61 12416
1.12
0.00%
2:00:00
D-民营科技园-61 12416
0.85
0.00%
3:00:00
D-民营科技园-61 12416
0.24
0.00%
4:00:00
D-民营科技园-61 12416
0.04
0.00%

5:00:00
D-民营科技园-61 12416
0.15
0.00%
6:00:00
D-民营科技园-61 12416
1.03
0.00%
7:00:00
D-民营科技园-61 12416
3.32
0.00%
8:00:00
D-民营科技园-61 12416
4.97
0.00%
9:00:00
D-民营科技园-61 12416
7.38
0.00%
10:00:00
D-民营科技园-61 12416
5.82
0.00%
11:00:00
D-民营科技园-61 12416
4.15
4.21%
12:00:00

D-民营科技园-61 12416
6.01
0.00%
13:00:00
D-民营科技园-61 12416
5.88
0.00%
14:00:00
D-民营科技园-61 12416
6.05
0.00%
15:00:00
D-民营科技园-61 12416
7.4
0.00%
16:00:00
D-民营科技园-61 12416
7.32
0.00%
17:00:00
D-民营科技园-61 12416
7.6
0.00%
18:00:00
D-民营科技园-61 12416
7.8
0.23%
19:00:00
D-民营科技园-61 12416
7.04
0.00%
20:00:00
D-民营科技园-61 12416
5.09
0.00%
21:00:00
D-民营科技园-61 12416
3.53
0.00%
22:00:00
D-民营科技园-61 12416
2.26
0.00%
23:00:00
D-民营科技园-61 12416
1.6
0.00%

江宁大学城2基站1扇区系统开通前的话务情况表：
时 间
网元名称
话音信道话务量
TCH阻塞率
0:00:00
G-大学城2-6 12571
0.61
0.00%
1:00:00
G-大学城2-6 12571
0
0.00%
2:00:00
G-大学城2-6 12571
0.02
0.00%
3:00:00
G-大学城2-6 12571
0
0.00%
4:00:00
G-大学城2-6 12571
0
0.00%
5:00:00
G-大学城2-6 12571
0.08
0.00%
6:00:00
G-大学城2-6 12571
0.45
0.00%
7:00:00
G-大学城2-6 12571
1.35
0.00%
8:00:00
G-大学城2-6 12571
1.34
0.00%
9:00:00
G-大学城2-6 12571
2.11
0.00%
10:00:00
G-大学城2-6 12571
2.14
0.00%
11:00:00
G-大学城2-6 12571
1.61
0.00%
12:00:00
G-大学城2-6 12571
2.8
0.00%
13:00:00
G-大学城2-6 12571
2.06
0.00%
14:00:00
G-大学城2-6 12571
2.09
0.00%
15:00:00
G-大学城2-6 12571
2.14
0.00%
16:00:00
G-大学城2-6 12571
1.92
000%
17:00:00
G-大学城2-6 12571
3.57
0.00%
18:00:00
G-大学城2-6 12571
3.81
0.00%
19:00:00
G-大学城2-6 12571
3.35
0.00%
20:00:00
G-大学城2-6 12571
4.06
0.00%
21:00:00
G-大学城2-6 12571
7.01
0.56%
22:00:00
G-大学城2-6 12571
9.37
12.31%
23:00:00
G-大学城2-6 12571
4.84
1.80%

江宁大学城1基站3扇区系统开通前的话务情况表：
时 间
网元名称
话音信道话务量
TCH阻塞率
0:00:00
G-大学城-24 12553
0.71
0.00%
1:00:00
G-大学城-24 12553
0.2
0.00%
2:00:00
G-大学城-24 12553
0.02
0.00%
3:00:00
G-大学城-24 12553
0.02
0.00%
4:00:00
G-大学城-24 12553
0.01
0.00%
5:00:00
G-大学城-24 12553
0.12
0.00%
6:00:00
G-大学城-24 12553
0.46
0.00%
7:00:00
G-大学城-24 12553
1.45
0.00%
8:00:00
G-大学城-24 12553
2.32
0.00%
9:00:00
G-大学城-24 12553
3.17
0.00%
10:00:00
G-大学城-24 12553
3.65
0.00%
11:00:00
G-大学城-24 12553
5.02
0.82%
12:00:00
G-大学城-24 12553
6.84
8.25%
13:00:00
G-大学城-24 12553
6.11
4.01%
14:00:00
G-大学城-24 12553
8.16
13.20%
15:00:00
G-大学城-24 12553
7.29
5.77%
16:00:00
G-大学城-24 12553
6.78
1.29%
17:00:00
G-大学城-24 12553
7.73
2.49%
18:00:00
G-大学城-24 12553
8.97
13.72%
19:00:00
G-大学城-24 12553
5.02
0.82%
20:00:00
G-大学城-24 12553
6.84
8.25%
21:00:00
G-大学城-24 12553

6.11
4.01%
22:00:00
G-大学城-24 12553
10.16
44.20%
23:00:00
G-大学城-24 12553
5.84
1.10%

方案采用一套BSD-2110系统和一套BSD-2900S切换单元来实现江宁民营科技园1800M第2小区和江宁大学城2第1小区、江宁大学城1第3小区无线资源动态配置，解决江宁大学城晚上21：00-23：00之间话务量高的问题。晚上21：00-8：00将江宁民营科技园1800M2小区的小区载频调至江宁大学城2个基站使用（通过定时电子开关和光纤传输实现此功能）。载波池系统在远端基站处重新安装了独立天馈系统，用于覆盖江宁大学城教学楼及周围宿舍区，吸收江宁大学城2个基站相应小区覆盖的溢出话务量。在早上8：00之后，将资源再次调回江宁民营科技园1800M基站2扇区，恢复原有状态，示意图如下：
光纤
宏蜂窝

RC-5PJ/PK/NK-45C
接室外天馈系统TX/RX
接室外天馈系统RX
LD
-
1
LD
-
2
电子
开关
485
线
江工移动机房
基站中继端机
民营科技园机房
RC-5PJ/PK/NK-45C
接室外天线
接室外天线
远端机
江苏大学研究生公寓楼
江宁大学城

载波池系统近端和切换单元安装在江宁民营科技园1800M基站机房，将射频信号转换成光信号后沿光纤传输至江宁大学城1和江宁大学城2基站。
载波池系统远端和发射天线安装在江宁大学城1和江宁大学城2基站机房和铁塔平台上。

系统开通后效果分析
载波池系统开通后，效果较好，下面将分析话务量吸收情况。
1) 江宁民营科技园1800M基站2扇区（信源小区）话务情况：
载波池系统把江宁民营科技园1800M基站2扇区的信号在每天晚上21：00到次日临晨8：00调到江宁大学城2基站1扇区，信源小区在此时段话务量上升至原先的2倍左右，未出现阻塞现象，下表为载波池系统开通前后该小区的话务量变化情况：
开通前信源小区的话务量
日 期
时 间
网元名称
话音信道话务量
TCH阻塞率
开通前七天
21:00:00
D-民营科技园-61 12416
3.29
0.00%
22:00:00
D-民营科技园-61 12416
2.27
0.00%
开通前六天
21:00:00
D-民营科技园-61 12416
2.94
0.00%
22:00:00
D-民营科技园-61 12416
2.65
0.00%
开通前五天
21:00:00
D-民营科技园-61 12416
3.54
0.00%
22:00:00
D-民营科技园-61 12416
2.26
0.00%
开通前四天
21:00:00
D-民营科技园-61 12416
3.44
0.00%
22:00:00
D-民营科技园-61 12416
2.61
0.00%
开通前三天
21:00:00
D-民营科技园-61 12416
3.05
0.00%
22:00:00
D-民营科技园-61 12416
2.34
0.00%
开通前两天
21:00:00
D-民营科技园-61 12416
3.89
0.00%
22:00:00
D-民营科技园-61 12416
2.4
0.00%
开通前一天
21:00:00
D-民营科技园-61 12416
3.53
0.00%
22:00:00
D-民营科技园-61 12416
2.26
0.00%
平均值
21:00:00
D-民营科技园-61 12416
3.38
0.00%
22:00:00
D-民营科技园-61 12416
2.40
0.00%

开通后信源小区的话务量
日 期
时 间
网元名称
话音信道话务量
TCH阻塞率
开通后一天
21:00:00
D-民营科技园-61 12416
6.66
0.00%
22:00:00
D-民营科技园-61 12416
7.88
0.00%
开通后两天
21:00:00
D-民营科技园-61 12416
6.77
0.00%
22:00:00
D-民营科技园-61 12416
6.13
0.00%
开通后三天
21:00:00
D-民营科技园-61 12416
8.36
0.00%
22:00:00
D-民营科技园-61 12416
6.06
0.00%
开通后四天
21:00:00
D-民营科技园-61 12416
8.2
0.00%
22:00:00
D-民营科技园-61 12416
5.84
0.00%
开通后五天
21:00:00
D-民营科技园-61 12416
7.65
0.00%
22:00:00
D-民营科技园-61 12416

6.56
0.00%
开通后六天
21:00:00
D-民营科技园-61 12416
7.47
0.00%
22:00:00
D-民营科技园-61 12416
5.2
0.00%
平均值
21:00:00
D-民营科技园-61 12416
7.52
0.00%
22:00:00
D-民营科技园-61 12416
6.45
0.00%
由上述对比表可以看出：系统开通前江宁民营科技园1800M基站2小区在系统开通后，晚间21：00-次日1：00话务量有了明显提升，达到了预期的实验目的，充分利用了夜间闲置的基站小区资源。

2) 江宁大学城2基站1小区（远端小区1）话务情况：
开通前远端小区1的话务量
日 期
时 间
网元名称
话音信道话务量
TCH阻塞率
开通前七天
21:00:00
G-大学城2-6 12571
9.91
15.58%
22:00:00
G-大学城2-6 12571
9.8
7.33%
开通前六天
21:00:00
G-大学城2-6 12571
8.89
2.09%
22:00:00
G-大学城2-6 12571
6.97
0.40%
开通前五天
21:00:00
G-大学城2-6 12571
6.26
0.00%
22:00:00
G-大学城2-6 12571
6.83
0.00%
开通前四天
21:00:00
G-大学城2-6 12571
9.07
13.00%
22:00:00
G-大学城2-6 12571
7.89
6.83%
开通前三天
21:00:00
G-大学城2-6 12571
6.91
0.11%
22:00:00
G-大学城2-6 12571
6.9
5.22%
开通前两天
21:00:00
G-大学城2-6 12571
10.52
26.76%
22:00:00
G-大学城2-6 12571
8.59
14.99%
开通前一天
21:00:00
G-大学城2-6 12571
7.01
0.56%
22:00:00
G-大学城2-6 12571
9.37
12.31%
平均值
21:00:00
G-大学城2-6 12571
8.36
8.30%
22:00:00
G-大学城2-6 12571
8.05
6.73%
开通后远端小区1的话务量
日 期
时 间
网元名称
话音信道话务量
TCH阻塞率
开通后一天
21:00:00
G-大学城2-6 12571
4.04
0.00%
22:00:00
G-大学城2-6 12571
3.08
0.00%
开通后两天
21:00:00
G-大学城2-6 12571
6.09
0.00%
22:00:00
G-大学城2-6 12571
6.88
0.00%
开通后三天
21:00:00
G-大学城2-6 12571
6.11
0.00%
22:00:00
G-大学城2-6 12571
10.56
2.02%
开通后四天
21:00:00
G-大学城2-6 12571
7.62
0.00%
22:00:00
G-大学城2-6 12571
7.23
0.00%
开通后五天
21:00:00
G-大学城2-6 12571
8.4
0.01%
22:00:00
G-大学城2-6 12571
7.73
0.00%
开通后六天
21:00:00
G-大学城2-6 12571
5.93
0.00%
22:00:00
G-大学城2-6 12571
8.88
0.05%
平均值
21:00:00
G-大学城2-6 12571
6.37
0.00%
22:00:00
G-大学城2-6 12571
7.39
0.35%
由上述对比可以看出：系统开通后，江宁大学城2基站1扇区话务量下降的幅度并不大，但阻塞率下降非常明显，避免之前的话务溢出，也就是说，民营科技园1800M基站基本上是吸收的原本溢出的话务量。这样，不仅提高了江宁民营科技园1800M基站2扇区设备利用率，而且还产生了较明显的经济效益。

3) 江宁大学城1基站3小区（远端小区2）话务情况：
开通前远端小区2的话务量
日 期
时 间
网元名称
话音信道话务量
TCH阻塞率
开通前七天
21:00:00
G-大学城-24 12553
9.91
15.58%
22:00:00
G-大学城-24 12553
9.8
7.33%
开通前六天
21:00:00
G-大学城-24 12553
8.89
2.09%
22:00:00
G-大学城-24 12553
6.97
0.40%
开通前五天
21:00:00
G-大学城-24 12553
4.26
0.00%
22:00:00
G-大学城-24 12553
6.83
0.00%
开通前四天
21:00:00
G-大学城-24 12553
9.07
13.00%
22:00:00
G-大学城-24 12553
7.89
6.83%
开通前三天
21:00:00
G-大学城-24 12553
6.91
0.11%
22:00:00
G-大学城-24 12553
6.9
5.22%
开通前两天
21:00:00
G-大学城-24 12553
10.52
26.76%
22:00:00
G-大学城-24 12553
8.59
14.99%
开通前一天
21:00:00
G-大学城-24 12553
7.01
0.56%
22:00:00
G-大学城-24 12553
9.37
12.31%
平均值
21:00:00
G-大学城-24 12553
8.08
8.30%
22:00:00
G-大学城-24 12553
8.05
6.73%

开通后远端小区2的话务量
日 期
时 间
网元名称
话音信道话务量
TCH阻塞率
开通后一天
21:00:00
G-大学城-24 12553
4.21
0.00%
22:00:00
G-大学城-24 12553
3.03
0.00%
开通后两天
21:00:00
G-大学城-24 12553
3.69
0.00%
22:00:00
G-大学城-24 12553
3.61
0.00%
开通后三天
21:00:00
G-大学城-24 12553
6.46
0.00%
22:00:00
G-大学城-24 12553
6.64
0.00%
开通后四天
21:00:00
G-大学城-24 12553
6.21
0.00%
22:00:00
G-大学城-24 12553
4.16
0.00%
开通后五天
21:00:00
G-大学城-24 12553
3.47
0.00%
22:00:00
G-大学城-24 12553
4.26
0.00%
开通后六天
21:00:00
G-大学城-24 12553
5.29
0.00%
22:00:00
G-大学城-24 12553
2.72
0.00%
平均值
21:00:00
G-大学城-24 12553
4.89
0.00%
22:00:00
G-大学城-24 12553
4.07
0.00%
可以看出系统开通后，江宁大学城1第3扇区（远端小区2）话务量有一定程度的下降，原先的话务阻塞情况得到了明显的缓解。

载波池系统对现网的影响
从话务量吸收情况上看，载波池系统效果较好，但是也给无线网络的维护引入了新的问题，需要无线维护人员注意：
1) 信号耦合造成信源小区柜顶的输出功率降低，本方案采用的大功率耦合器直通端损耗约为0.2dB，因此原基站输出功率会受到一定的影响，但这种影响不大。
2) 小区数据需要调整，由于信源小区增加了新的覆盖区域，所以需要增加相应的邻区切换关系。
3) 载波池系统采用的是光纤传输方式，信源小区和远端小区间的光纤路由不能过长，一般不超过10公里为宜，需要信源小区和远端小区间留有光纤资源。
4) 本方案采用的独立天馈的覆盖方式,对江宁大学城的2个基站本身没有影响，覆盖范围不变，各项网络指标没有变化，同时因覆盖区域无1800M基站，信源小区的频率规划无需调整。

投资分析
我们以本次试点为案例，以调用载频资源1次(指21：00~次日早晨8：00)平均增加20ERL话务量计算：
按每分钟0.3元计算，则每Erl的收入0.3×60 = 18元；
则调度1次（每天）的话务收入约：20 Erl×18 =360元；
每周话务收入约：360×7 = 2520元；
每年话务收入约： 2520元×52 =131040元；

覆盖情况、系统性能分析
江宁民营科技园1800M基站2扇区吸收了江宁大学城1和江宁大学城2原来溢出和流失的的话务量，增加了覆盖区域总的话务量。具体情况分析如下：
1) 载波池系统从原理上来说，把本端2扇区的信号通过切换单元调用到2个远端小区进行覆盖，与基站相比功率没有基站的功率大，但因现网设置的双频网策略优先使用1800M资源，仍能达到分流900M基站话务、吸收溢出话务的目的。
2) 该系统的功能之一是吸收基站话务，另一功能实现载波资源的有效利用；这很好的解决了某些区域基站在特定时段的载波空闲与一些区域基站在特定时段的载波紧缺问题，可有效的利用城市中大量的空闲载频资源，提高了硬件的负荷率，同时避免某些建设基站的困难或重复建设、扩容的问题。
3) 由于设备结构简单，安装方便，对相关配套设施要求相对简单，建设方便灵活；在硬件和软件方面均可实现定时切换功能，易于使用。
4) 从上面统计分析中可以看到，在我们对该动态配置系统进行调整后，吸收的话务量得到了提高，取得了一些经济效益。考虑到增加此系统也需要增加一定的成本，因此，此系统在适用面上有一定的限制。如果选择合适的安装点，能够将远端的覆盖点设备的载频配置降低或是吸收更多的话务量，那么此系统安装还是可以取得一定经济效益的。
5) 在自动控制方面，切换单元可以定时对载波资源自动调配，无需工作人员的干预，同时可以建立统一网管监控中心（不增加投资成本）。该网管独立于移动网管，不会对移动网管产生影响，可以有效的提高资源调度的及时性。该网管组成为1台台式电脑、1只无线MODEM，1张SIM卡。通信方式为数传或短信，通过命令程序实现远程控制。这样，特别合适在一些大型展览馆和体育场等话务突发性较强的地区，及时灵活的调用话务资源。

除了上面提到成本因素此外，我们从试点的情况来看，认为还有以下一些因素可能会此系统的应用过程中需要考虑。
1) 由于采用光纤直放站进行资源调度，因此远端单元与本端的距离受到光路长度的制约。适用距离理论要求需要小于15km，实际经验建议小于10km。
2) 由于联通G网的频点资源比较紧张，为了在进行远端调度的时候避免引入频率干扰，建议调度1800M基站资源。如果调度900M的基站资源，则远端地区的覆盖必须进行有效的控制，并及时做好优化工作。
3) 此系统1个本端最多可以带4个远端单元。如果远端覆盖区域太分散必将会需要增加大量的相邻小区，从而导致系统邻小区加不下的情况。因此，建议远端点覆盖相对集中或者相对封闭。

总结
江宁大学城载波池系统是在江苏联通系统第一次使用，从开通前后的对比来看，系统整体效果较好，有效的解决了江宁大学城夜间话务繁忙的问题，达到了预期的效果。载波池系统投资小、见效快，且不增加宝贵的载频资源，为我们解决热点地区话务不均衡的问题，提供了一个非常有效的手段。采用载波池技术，实现了动态调配GSM网络载频资源的目的，节约了运维成本，避免了话费收入因拥塞而流失。