GSM频率复用的MRP技术及其实际应用

ＧＳＭ频率复用的ＭＲＰ技术及其实际应用王勇摘要本文讨论了ＧＳＭ系统中不同的频率复用方法，着重论述了ＭＲＰ技术及其对无线网络容量的提高，并结合省第６期ＧＳＭ工程实例，介绍了ＭＲＰ技术的实际应用。

关键词ＧＳＭ移动通信频率复用１概述移动通信是２０世纪通信技术、微电子技术及计算机技术高度发展和相互结合的产物，它集有线通信、无线通信、交换与网络技术于一体，实现了跨地区、跨国界的个人通信。

作为一种方便快捷的通信手段，移动通信发展速度惊人。

１９８７年，省开通ＴＡＣＳ制式模拟移动网。

１９９２年，我国在建设ＧＳＭ试验网。

从１９９４年起，我国开始大规模建设ＧＳＭ数字移动通信网。

现在，中国电信已在全国３１个省、市、自治区建成ＧＳＭ网络，与３２个国家和地区实现国际漫游。

截止１９９８年１０月，中国电信ＧＳＭ数字移动用户已达１５３６多万户，包括模拟用户的总移动用户数已超过２１７７万，用户年增长率达８０％～１５０％。

由于移动用户数的迅速增加，在部分地区，特别是大城市的市区，频率资源变得越来越紧，无线网的容量成了制约用户发展的瓶颈。

在现有频率资源的情况下，尽可能提高频率利用率是当前移动通信运营者关心的热点问题。

本文着重讨论了ＧＳＭ频率分配的ＭＲＰ（ＭｕｌｔｉｐｌｅＲｅｕｓｅＰａｔｔｅｒｎ）技术及其对无线网容量的提高，并结合省第６期ＧＳＭ工程的实例，介绍了ＭＲＰ技术的实际应用。

２频率复用（１）频率复用的概念移动通信的起源可追溯到本世纪２０年代，由于早期的移动通信系统大多是专用通信网，用户较少，频道也不拥挤，再加上信道终端控制技术还不够成熟，往往采用一个大覆盖区的组网方式。

因此，某一地区的某个频率只分配一次。

这在频率利用上是极不经济的。

７０年代以来，随着大容量移动通信系统的出现，早期的频率使用方式已不能满足要求，必须采用以频率复用为基础的蜂窝小区技术。

频率复用就是同一无线频率用于覆盖不同的区域（每个这样的区域称为一个小区或扇区），这些使用同一频率的区域彼此相隔一定的距离（称为同频复用距离），使同频干扰抑制到允许的围以。

（２）干扰保护比常用的频率复用模式有４／２４、７／２１、４／１２、３／９等。

若基站采用方向性天线，根据技术体制的要求，模拟移动通信系统的频率复用采用４／２４或７／２１模式，而ＧＳＭ数字移动通信系统采用４／１２模式。

无论采用哪种复用模式，根本原则是考虑了不同的传播条件及多个干扰等因素后必须满足系统所要求的干扰保护比。

对于ＧＳＭ数字系统，同频及邻频干扰保护比分别如下：同频干扰保护比：Ｃ／Ｉ≥９ｄＢ邻频干扰保护比：Ｃ／Ｉ≥－９ｄＢ在实际工程设计中需对上述Ｃ／Ｉ值另加３ｄＢ的余量。

３进一步提高容量的措施由于近年来移动用户数的激增，对移动网的容量要求越来越大。

提高网络无线容量有以下几种措施：（１）增加可用频率资源。

（２）缩小基站间距，增加基站密度。

（３）提高频率利用率。

增加可用频率受政策影响，难度很大。

增加基站密度也有一定限度。

在建网早期，可通过增加基站密度的方式来增加网络容量。

但是，市区基站的密度不可能无限制地增加。

这一方面是由于基站数越多，投资也越大，而且在繁华的市区，合适站址的选取越来越困难；另一方面，天线在垂直面具有一定的方向性，天线增益越高，方向性越强，在垂直面的波束宽度也就越窄。

若站距太近，则移动台距基站太近，使移动台处于天线的主波束之外，导致接收到的有用信号减弱，同频干扰增大，从而使网络质量下降。

因此，在城市的高话务密度地区，要提高网络无线容量，只有提高频率利用率，采用更紧密的频率复用技术。

更紧密地复用频率就意味着同频复用距离减小，同频干扰增大。

但由于ＧＳＭ数字移动通信系统本身具有许多抗干扰措施，如跳频、动态功率控制、不连续发射等，将这些技术有效地使用，会明显地提高信号的载干比（Ｃ／Ｉ），从而使得更紧密的频率复用成为可能。

不同的厂商针对各自的设备情况，提出了许多紧密复用频率的方法。

这些方法包括智能双层网（ＩＵＯ）技术、ＭＲＰ技术、１／３复用等等。

在７．２ＭＨｚ带宽情况下，这几种方法对无线网容量的提高及与４／１２复用方式的比较见表１，其中带宽为７．２ＭＨｚ，ＧＯＳ＝２％，每用户话务量为０．０２５Ｅｒｌ。

表1 不同频率复用方式容量的比较４ＭＲＰ技术在以上几种提高容量的方法中，１／３复用是最紧密的复用方式，容量提高比较大，频率利用率很高，但干扰增加也很大。

２／１２复用需要增加基站的扇区数，从而增加了基站的天线数量。

下面着重介绍一下ＭＲＰ技术。

４．１基本原理ＭＲＰ技术就是把所有可用载频分为几组，每一组载频作为独立的一层。

做频率规划时逐层分配载频，不同层的频率采用不同的复用方式，频率复用逐层紧密，也就是说在整个网络中采用不同的复用类型。

ＭＲＰ打破了固定频率簇的概念，载频分配灵活，使一个扇区分配的频率不可能与邻近扇区的完全相同，改善了跳频效果，这也是ＭＲＰ优于固定频率复用（如４／１２、３／９）的地方。

在固定频率复用的网络中，共用同一组载频的邻近小区，其频率完全相同，跳频增益不够明显。

如果可用频率为７．２ＭＨｚ，那么可用载频数为３６个。

假设载频编号从１至３６，分成４组，分组方式如表２所示。

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、ＴＣＨ３三组，每组分别有９、８、７个载频可供复用。

在频率规划时，先分配ＢＣＣＨ，１２个载频按４／１２复用方式，每个小区分配１个ＢＣＣＨ载频；接着分配ＴＣＨ３，每个小区分配ＴＣＨ３中的１个载频；然后依次分配ＴＣＨ２、ＴＣＨ１。

这样，每个基站扇区最多可有４个载频（１个ＢＣＣＨ和３个ＴＣＨ）。

如果按传统的４／１２复用方式，每扇区最多只能有３个载频。

４．２平均频率复用系数为了度量频率复用的紧密程度，引入平均频率复用系数的概念。

平均频率复用系数＝总可用载频数÷每扇区最大载频数如果总可用载频数一定，则每扇区载频数越多，平均频率复用系数就越小。

仍以７．２ＭＨｚ带宽、３６个载频为例，若采用传统的４／１２复用方式，每扇区最多３个载频，平均频率复用系数为１２；若采用上述ＭＲＰ分组复用方法，每扇区最多４个载频，平均频率复用系数降为９。

通过精心的频率规划，平均频率复用系数还可以进一步缩小。

据介绍，最小平均频率复用系数可为７。

４．３ＢＣＣＨ的分组方法由于ＢＣＣＨ不使用ＤＴＸ和跳频，发射功率大，干扰特性与ＴＣＨ不同，为保证ＢＣＣＨ的安全，用于ＢＣＣＨ的载频数应不少于１２个。

在实际应用中，一般取１２～１５个。

（１）连续的ＢＣＣＨ分组连续的ＢＣＣＨ分组就是ＢＣＣＨ载频连续选取，如表２所示。

这样做的优点是ＢＣＣＨ和ＴＣＨ的交互影响小，缺点是分配ＢＣＣＨ载频时需考虑邻频干扰。

表2 MRP载频分组方式（２）分散的ＢＣＣＨ分组分散的ＢＣＣＨ分组就是ＢＣＣＨ载频离散选取，如表３所示。

由于ＢＣＣＨ频率组不存在邻频，分配ＢＣＣＨ时不需要考虑邻频干扰，ＢＣＣＨ频率规划容易，但ＴＣＨ与ＢＣＣＨ存在交互影响，使ＴＣＨ频率规划难度增加。

表3 分散的BCCH分组方式４．４ＴＣＨ的分组方法（１）严格的ＭＲＰ严格的ＭＲＰ就是各层ＴＣＨ载频严格分开，互不重叠，如表２所示。

频率规划时，载频逐层分配。

这样做的优点是ＴＣＨ载频调整容易，某层ＴＣＨ出了问题，只要调整那一层即可，不必考虑其余频率层的影响；缺点是在郊区有些载频用不上，造成频率分配困难。

由于基站载频数是根据话务密度的分布而设的，在郊区及农村话务密度低，基站的载频数相应地也少。

假设在农村地区设了许多全向２载频的基站，这些站只能分配ＢＣＣＨ和ＴＣＨ１这２个载频，即使有合适的ＴＣＨ２或ＴＣＨ３也无法使用。

（２）改进的ＭＲＰ为了克服严格的ＭＲＰ分组方法的不足，对ＴＣＨ的分组加以调整，出现了改进的ＭＲＰ，如表４所示。

在改进的ＭＲＰ分组方法中，ＴＣＨ３分组不变，而在ＴＣＨ２组中增加了ＴＣＨ３的频率，在ＴＣＨ１组中增加了ＴＣＨ２的频率。

这样，在做郊区及农村频率规划时，选择余地就大了。

表4 改进的MRP分组方式４．５ＭＲＰ技术对无线网络容量的提高采用ＭＲＰ技术，实质上是以牺牲部分网络质量为代价，来换取网络容量的提高。

在使用ＭＲＰ技术的网络中，ＴＣＨ载频复用距离比４／１２复用方式更近，增加了每个扇区的可用载频数，从而增加了无线网容量，提高了频率利用率。

ＭＲＰ技术可根据容量需求及话务量分布情况进行频率规划，在需要扩大容量的地方（如市区）增加载频，频率分配灵活，可逐步提高网络容量。

以７．２ＭＨｚ带宽为例，由表１可以看出，采用ＭＲＰ技术，无线网容量比４／１２复用的网络提高４７％。

５ＭＲＰ技术的实际应用省第６期ＧＳＭ工程已经启动。

这次ＧＳＭ扩容工程频率复用采用改进的ＭＲＰ，跳频采用基带跳频技术，所用频段为８９６．８～９０８．８ＭＨｚ／９４１．８～９５３．８ＭＨｚ，带宽１２．２ＭＨｚ，共计６１个载频，载频编号为３４～９４。

预留了４个载频供微蜂窝使用，则宏蜂窝有５７个载频可用。

若采用传统的４／１２复用，基站最大配置到５／５／５，每个基站可容纳移动用户３４２４户。

但采用改进的ＭＲＰ技术后，基站最大可配置到６／６／６，平均频率复用系数降为５７／６＝９．５，每个基站可容纳移动用户４２７２户，基站可容纳用户数量比５／５／５站型提高了２５％。

从理论上讲，基站载频配置数还可以再多一些（例如可配到７／７／７甚至８／８／８），但考虑到网络的质量及安全性，频率复用的紧密程度不宜大幅度提高，所以本期工程基站只配置到６／６／６。

由于这次工程首次采用ＭＲＰ技术，为确保ＢＣＣＨ载频的质量，ＢＣＣＨ取了１５个，具体的频率分组如下：微蜂窝：３４～３７；ＢＣＣＨ：８０～９４；ＴＣＨ１：３８～７９；ＴＣＨ２：４８～７９；ＴＣＨ３：５７～７９；ＴＣＨ４：６５～７９；ＴＣＨ５：７３～７９。

在使用ＭＲＰ时，应注意以下问题：（１）采用ＭＲＰ技术，由于同频复用距离缩短，同频干扰变大，必须采用跳频、动态功率控制、不连续发射等技术对抗干扰，这也是ＭＲＰ技术应用的前提条件。

跳频就是载频按某种频率序列进行跳变。

跳频包括基带跳频和射频跳频两种。

基带跳频是基站的每个收发信机工作频率固定，每个时隙的信号按跳频序列切换到发射相应频率的收发信机上。

基带跳频需有３个以上的收发信机才能获得跳频增益。

射频跳频是使每个收发信机的工作频率按一定的跳频序列发生跳变。

跳频的作用是提供了频率分集和干扰分集，改善了最坏情况，均衡了网干扰。

据有关测试，３个载频参与跳频时，可得到３ｄＢ的跳频增益，若跳频数量增加，跳频增益也会相应地增大。

动态功率控制是指在一定围，改变移动台和基站的发射功率。

在保证良好接收的前提下，尽量减小发射功率，这样不仅延长了手机电池的使用时间，更重要的是降低了全网的干扰。

不连续发射就是移动台和基站的发射机只在讲话时开启，而在通话间隙由系统发送舒适噪声。