四川省数字集群

四川省数字集群移动通信网的网络规划

成都前锋电子股份有限公司 王兵

摘要:

本文介绍了四川省数字集群移动通信网，结合成都市数字集群通信网的设计，分别对数字集群的话务量、频率配置和网络互联方式进行了讨论。

1．引言

数字集群通信是一种新型的陆地无线移动通信系统，它具有数字蜂窝无线通信的基本特征。在功能上具有调度通信和数字蜂窝无线数字通信的基本特点，但是对于共用数字集群通信网的规划来说，其网络设计的基本数据和计算方法需进一步研究。话务量模型、小区覆盖大小、城市中的传播模型以及与其它通信网的互联等方面对数字集群通信网的规划尤其重要。本文结合四川省数字集群通信系统的总体规划，讨论上述问题。

2．需求分析

四川省位于我国西南，是目前西部开发的重点之一，也是我国移动通信迅速增长的省之一。在分析了全四川共用数字集群市场的基础上，成都前锋电子股份有限公司准备建设四川省数字集群网络，该网络为共用数字集群通信网，是一个有多个团体共享频率、共享网络，为社会各企业、公用事业单位服务的商业营运的集群移动通信网，服务对象为政府部门、交通部门、大中型企业、城市公用事业管理系统和社会紧急救援系统等各类用户群体。服务方式主要是采用租用专用虚拟网方式进行。

四川省数字集群通信网需要覆盖四川省最重要的政治、经济、文化中心和最重要的交通运输干线，即除甘孜、阿坝外的全省19个地、市、州。其中成都等大城市党政机关所在地、重要会议区、闹市区和商业区等高话务量地区要求达到100％覆盖，整个城区要求达到80％以上覆盖；对成都市二环路以内、火车站、飞机场等地区要求以确保手机覆盖为主；二环路到三环路之间、以及三环路以外的成都8区12县、省内的主要交通干线、高速公路及沿线地区要求以确保车台覆盖为主。

3．网络结构

四川省数字集群通信网由3个汇接兼本地交换中心、3个本地交换中心和132个集群移动通信基站、调度台、1个网管中心和其它附属系统组成，其网络结构如图1所示。

1

新编数字集群专辑

攀枝花 西 昌 雅 安成 都眉 山乐 山 乐山网关 攀枝花网关 德 阳 广 元 绵阳网关网 管绵 阳 内江网关南充网关 内 江 成都网关宜 宾 卢 洲 达 川广 安南 充遂 宁巴 中资 阳自 贡

图1：网络结构

3.1 交换区的设计

交换区的设计是移动通信网的关键，交换区的大小和容量是整个工程投资合理性和未来扩容的基础。数字集群调度通信业务是一个新型的业务，在建设初期，用户十分有限，就是在系统完全正常运营中，其用户也不可能与GSM相比，因此，数字集群通信网主要采用大区制和中区制的蜂窝结构，交换区的覆盖范围应该大于GSM的交换区，明显应该超出固定本地网的地域范围。根据对四川省用户分布情况、四川省经济和地理环境的综合分析，将成都业务汇接交换区、内江业务汇接交换区和绵阳业务汇接交换区设置成三个调度业务汇接兼交换区，将乐山调度业务交换区、攀枝花调度业务交换区和南充调度业务交换区设置成三个调度业务交换区。在成都、绵阳和内江三个调度业务交换区之间设置低呼损的直达路由作为通话链路和信令链路，按多系统互联形式构成网状结构的网，形成覆盖整个四川的数字集群调度通信系统，实现四川省数字集群调度通信系统移动用户间的互联电话通信、调度通信和数据通信。整个数字集群通信网是沿着高速公路布置的，端局交换区之间无线覆盖不相连，因此没有必要设立高效直达链路。

3.2 与其它通信网的互连方式

大量网络相互连接将给世界的电信用户和经贸带来巨大的益处，不完整的网间互联不但给经营者带来不必要的成本和技术困难，还会使个人和企业消费者承担额外费用。有效的网间互联已成为扩大电信业务范围的关键，对一个新的电信运营商来说，与其它通信网的互连尤其重要。

2

新编数字集群专辑

数字集群通信系统作为一个相对独立和新建的通信网，与其它通信网互联互通是必不可少的，目前尚无专门的数字集群与其他通信网网间互联的技术规范，因此参照《陆地蜂窝移动通信网与其它通信网网间互联技术规范》进行互连。首先实现数字集群网与固定电话网的直接互联，与除固定电话网外的其它通信网互通是由固定电话网转接。成都、内江和绵阳的交换局与所在地的高级长话局及其市话局相连，乐山、攀枝花和南充的交换局与所在地的市话局相连，从而通过交换机的网关实现集群通信网内部用户与公众网内的市话、长话用户之间的互连通信。然后，对于用户数多而没有交换机的地区来说，可以使用专用链路直接与当地的本地网交换机相连，所有出网的呼叫都将在呼叫发起方就近进入固定电话网。

4．话务量模型

4.1 调度用户的平均话务量

数字集群是一个新型的通信业务，其用户的平均话务量和话务量分布还没有经验数据和经验公式。在网络设计的初期，可参照模拟集群有关数据进行设计。美国曾经对模拟集群通信的调度业务作过一个广泛的调查，并得出一个可供参考的结论，即一个典型的调度通话由4个半双工传输组成，每个半双工通话时间大约为4秒，若甲乙两个用户各通话两次，通话时间共计为16秒，加上一方进话完毕，另一方开始讲话时有一个停顿时间，三次停顿时间共计为6秒。

按上述调度通话模式，分别对传输集群、准传输集群和消息集群三种集群方式计算话务量，其中消息集群的信道保留时间取2秒，忙时呼叫次数为1.2次，其结果如下：

传输集群：0.005Erl 消息集群：0.008Erl 准传输集群：0.0067Erl

调度通话的话务量模型一般为：移动台1发射4秒，移动台2回答4秒。在这种情况下，用户平均话务量将比较低，但是在网络规划中必须适当从严要求，根据实际情况进行调整，因此选取调度用户的平均忙时话务量为0.75Erl。

4.2 数据用户的话务量

数据用户的话务量与用户使用的数据终端性能、纠错方式以及对错误数据处理方式都有关，因此，建立数据用户的话务量模型比较困难。这个网络中数据用户所占的比例较少，对系统平均话务量的影响较小。此外，当采用分组数据传输和多时隙传输技术时，将对按单个时隙为每个话音通道所计算出的小区话务量容量产生影响，这些影响还需要进一步研究。

3

新编数字集群专辑

4.3 平均话务量模型

根据上述分析，网络规划中话务量模型为：

调度用户： 70% 0.0075Erl/户 互连电话用户： 20% 0.03Erl/户 数据用户： 10% 0.01Erl/户 用户平均话务量： 0.01225 Erl/户

在上述分析中，仅考虑了信道的占用时间与忙时呼叫次数，而切换次数、鉴权次数、开关机次数等经验数据的取值与模拟集群和GSM都不同，获得这些数据需要进一步调研用户的使用模式，并在实际系统中统计这些数据。

4.4 小区容量

对于带有全向天线的8载频基站来说，由于存在SMS（短消息业务），每个基站分配2个控制信道，30个业务信道，用户平均话务量0.01225Erl/户。30个业务信道的话务量为24.802Erl，即2024个用户。成都市最终用户为50000，这需37个基站。这个数量大大超过了为保证覆盖所需的基站数量（根据理论计算，覆盖成都市三环以内约所需基站小于20个），显然这是一个容量受限的通信网络。

在上述的计算中，没有考虑到终端的移动性，这相当于假定信道保持时间与呼叫保持时间都近似为负指数分布，也就是不区分信道保持时间与呼叫保持时间。使切换在结果上等效于呼叫速率的增加而同时减少小区中的平均保持时间，这样所支持的话务量不变。在参考文献[6]中，假设某个小区的通话将以某种固定的概率要求切换，并且假设信道保持时间为负指数分布，可以推出了阻塞概率的数学模型，根据此模型，可以进行多维非线性方程组的数学计算，从而得到考虑了移动性的话务量。

5．网络规划

5.1 频率复用系数的选择

在蜂窝通信网中，为了最大限度地节约频率资源，在服务区内基站必须非常密集地复用频率，即邻近的不同小区尽量地使用相同载频，这就要求系统必须在干扰抑制而不是噪声抑制情况下工作。在方案设计阶段，根据蜂窝通信的理论确定频率的复用方案，在进行干扰测试和计算机模拟后确定最后的频率使用方案。

在蜂窝通信系统中，在使用全向天线时同频信扰比为：

C/I=1.2478∗K2

其中：K为频率复用系数。

根据上式，可求得不同复用系数对应的同频信扰比，如表1所示。

4

新编数字集群专辑

表1：不同复用系数对应的同频信扰比（全向天线）

复用系数K

同频信扰比C/I（dB）

7 17.9 9 20.0 12 22.5

在实际系统中，也可以通过扇区化进行信道复用，然而需要增加移动终端切换的速率。在这种情况下，可以重新进行频率规划。当使用方向图为120°的定向天线时，同频信扰比为：

C/I=2.5814∗K2

其中：K为频率复用系数。

根据上式，可求得不同复用系数对应的同频信扰比，如表2所示。

表2：不同复用系数对应的同频信扰比（定向天线）

复用系数K

同频信扰比C/I（dB）

4 16.2 7 21.0 9 23.2

根据中国数字集群行业标准，数字集群要求的同频信扰比为C/I≥19dB，由表1可以得出频率复用系数应该大于或等于9，由表2可以得出频率复用系数应该大于或等于7，从而提高频谱效率。成都地区基站密度高和信号传播有大型障碍物阻挡，导致了小区之间的大量重叠区和干扰电平高。一个均匀的同频无线区结构意味着在整个服务区内话务量密度处处相等，实际上服务区内各处的话务量密度不可能是均匀的，将随着所处环境有很大变化。对于高密度话务量区，采用小区；对于话务量密度低的地区，采用大区。此外在系统扩容过程中，可将某些大区分裂，而一些大区维持不变。在这种大区和小区并存的无线区域结构中，相邻基站小区半径不同，因此要求的同频复用距离也不一样。这将给频道分配带来困难，同时可能出现小区干扰大区的情况，为了避免这种情况发生，要求设置一个过渡性的缓冲区，在这个区内的大小基站不能进行频率复用，也就是说要降低频率的复用效率。基于以上原因，选取频率复用系数K为12。按等间隔的方式进行频道配置，以族为单位进行频率复用，小区频率配置如图2所示。

5

新编数字集群专辑

图2：频率配置

在网络建设过程中，我们还必须对射频指标或天线进行优化，如适当地调整发射功率或将天线方向适当下倾来最小化相互之间的干扰，同时必须保持所需的覆盖区域和服务质量。

5.2 小区半径

在理论上，可以利用小区分裂提高系统容量，在较小半径的小区中，越区切换会很频繁，特别是对数字集群的大量车载用户来说。将提高MSC的硬件要求。另外，对于数字集群通信的数据传输来说，切换有可能造成数据的丢失，我们应尽量避免频繁的切换，将以上要求和小区偏差在半径的1/4以内的严格要求结合考虑，在成都市内选取小区半径为1公里。

5.3 频谱效率

对于商用数字集群通信网，可使用的频率为200对，即收发带宽分别为5MHz，当频率复用系数K=12时，每小区可以配置16个载频，其中配置4个控制信道，业务信道为60个，小区话务量容量为54.57Erl，按小区形状为正六边形，小区半径为1公里计算，频谱效率为4.198Erl/MHz/km2。当使用100对频点时，每小区可以分配8个载频，每个基站分配2个控制信道，30个业务信道的话务量为24.802，其频谱效率3.816Erl/MHz/km2。

这两种情况都能满足数字集群系统用户容量的要求，为了获得更高的频谱效率，在保证最低C/I的前提下，应该尽量减少频率复用系数，提高每小区载频数，或者说要尽量将有限的频率资源集中使用。

6．结束语

网络规划在组建数字集群专用共网方面起到十分重要的作用，为了应急突发事件和调度指挥，全国各地将逐渐建立数字集群专用共网，只有完整的网络规划，才能保证网络安全可靠地运行。

6

新编数字集群专辑

参考文献：

[1] 唐守廉编著。《电信管制》。北京邮电大学出版社。2001年12月。

[2] Jhong.Sam Lee 等著，许希斌等译。《CDMA系统工程工程手册》。人民邮电出版社。2001年2月。

[3] 中华人民共和国行业标准SJ/T11228-2000《数字集群移动通信系统体制》。 [4] 郑祖辉等编著。《集群移动通信工程》。人民邮电出版社。1996年2月。

[5] 邮电部北京设计院编著。《电信工程设计手册---移动通信分册》。人民邮电出版社。1994年1月。

[6] 李建东、杨家玮编著。《个人通信》。人民邮电出版社。1998年5月。

7