PHS網絡優化分析

【摘 要】 網絡優化是PHS運營的關鍵所在，本文對PHS網絡優化的內容包括：覆蓋、容量、切換、尋呼區設置、干擾、同步等問題進行了探討。

【關鍵詞】 PHS 網絡優化 覆蓋 容量 切換 干擾 同步

　　一、引言

　　截止2004年底，中國PHS用戶已達到6500萬，相對于2003年底的3500萬將近翻了一番，如此之快的增加速度，給PHS網絡運營質量提出了巨大的挑戰。用戶數的增加使運營商需要不斷地對網絡進行擴容，原有PHS網絡設計時的網絡模型已發生巨大改變，某些區域的話務量可能已達飽和或已超過原有設計容量，城市規劃和城市建設使原有PHS網絡的覆蓋情況也發生改變，這就需要緊隨環境的變化以及業務量的改變來及時對PHS網絡進行優化，以保證網絡的通信質量，為用戶提供滿意的服務，使PHS繼續保持發展的勢頭。目前PHS運營商中國電信和中國網通都已經把PHS網絡優化作為PHS工作的重點。

　　二、PHS網絡優化的內容

　　PHS網絡優化是保證PHS網絡質量的關鍵，網絡優化工作一直貫穿于網絡的建設、運行之中。PHS網絡優化的內容涉及對基站覆蓋區域的分析、小區容量的考慮、切換頻繁程度和切換成功率的兼顧、尋呼區的設置、頻率干擾的解決、精確同步的實現等。網絡優化要達到以最少的資源實現最優的運行質量。

　　目前的PHS網絡已經達到了一定的規模，其網絡優化主要是以實測數據為基礎，對熱點地區的話務量進行統計分析，對CS信號覆蓋情況包括信號強度分布、CS覆蓋層數進行分析，對各Slave基站相對于Master基站的相對時間差的測量，還要通過實際的通話路測來得到整個呼叫建立到呼叫釋放過程中發生的無線事件的統計，包括：呼叫失敗次數(率)，正常釋放次數，掉話次數(率)，切換(Handover和TCH Switching)嘗試次數，切換失敗次數(率)，位置更新嘗試次數，位置更新失敗次數(率)，并通過信令分析各種事件失敗的原因，最后總結目前網絡存在的問題，如信道資源不足、干擾過大、基站同步未達要求、覆蓋不合理造成的切換過多等，由此得出網絡優化的方案。以上數據的采集需要有相應的強大的測試工具、軟件的支持，才能更加快速科學準確的完成PHS網絡的優化工作。目前PHS網絡優化的路測設備和后期分析軟件還是比較豐富、功能也是非常強大的。PHS路測系統可以完成路測數據和話務統計數據的地理信息化標注與分析，圖形、表格方式能形象地描繪出網絡質量狀況，為調整、優化網絡提供可靠、直觀的依據。

　　1.PHS網絡優化中的覆蓋分析

　　在建網初期，首先是通過鏈路預算來對基站的覆蓋范圍進行預測。L[dB]=Ptx [dBm]+Gtx [dBi]?Prx [dBm]+Grx [dBi]?M [dB]，其中Ptx為基站發射功率，Prx 為接收機靈敏度，M為衰落余量、Gtx和Grx 為天線增益。PHS系統中基站CS發射功率最大為500mw(實際使用的有500mw、300mw、20mw、10mw)，終端PS發射功率最大為10mw，接收靈敏度為16dBμV(-91dBm)。PHS的傳播模型可以選取COST231-WI模型，該模型比較適合于微蜂窩結構下建筑物較多的環境，其損耗由L0+Lrts+Lmsd三部分組成，其中L0為自由空間損耗，Lrts為房檐到街道衍射的損耗，Lmsd為多遮擋物衍射的損耗。通過以上參數就可以計算出PHS基站的覆蓋范圍。該計算只是理論值，由于實際的傳播環境十分復雜，所以還必須通過實測對該模型進行修正。實測過程可以利用電子地圖和相應的路測軟件通過路測得到PHS覆蓋區域內CCH信道信號強度的分布圖。利用地形分析工具，對指定區域的三維地理、地貌特性作出地形剖面圖。利用有代表性的路測數據，就可根據分析結果對傳播模型進行校準。通常10mw的CS覆蓋范圍在50-150米；20mw的CS覆蓋范圍在100-300米；300mw的基站覆蓋范圍在300-1000米；500mw的基站覆蓋范圍在500-1500米。另外，通過在通話狀態下進行路側，可以在CS側和PS側記錄上下行TCH信道的發射功率以及BER。根據CS和PS的發射功率曲線(誰先達到最大發射功率)以及BER的變化曲線可以判別覆蓋是上行受限還是下行受限。之后可以根據測試結果通過調整基站發射功率確定合適的小區邊緣，達到覆蓋范圍內上下行的均衡。

　　2.PHS網絡優化中的容量考慮

　　標準PHS基站支持1個控制信道對應3個業務信道，稱為1C3T，隨著密集話務區對基站信道數的需求的增加，采用組控技術逐漸出現了1C7T以及1C15T的基站。在容量優化的過程中必須要考慮基站覆蓋區的話務量。話務量分布與時間地點都有關系，在設計時要考慮到忙時話務量的情況。1C3T的基站在5%阻塞率下可以承載0.899erl的話務，1C7T的基站在5%阻塞率下可以承載3.738erl的話務，1C15T的基站在5%阻塞率下可以承載10.633erl的話務。覆蓋區內總的話務量可以通過測算公式：總話務量(erl)=有效面積×每平米人數×PS擁有率×平均話務量(通常為0.02erl)來計算得到。由此可見基站覆蓋面積越大覆蓋區內總話務量越大，單位面積的容量越小，所以要通過實際區域的話務量情況來設計基站覆蓋區域的大小。在進行容量設計時還要考慮到切換的因素，要給PS的切換預留出一定的余量，保證PS切換的成功率。在進行容量優化時，為了兼顧網絡的通信質量和網絡建設成本，一般控制覆蓋區內容量利用率(忙時話務總量除以無線網絡的容量)在60%～75%比較合理，如果實際覆蓋區容量利用率超過75%，則網絡需要進行擴容。擴容可以通過小區分裂來實現，也可以通過組控技術增加基站業務信道數量來實現，如上面所提到的1C7T和1C15T。

　　3.PHS網絡優化中切換問題的解決

　　PHS的切換都為硬切換，即在覆蓋邊緣信號弱到一定程度后，PS首先會斷開原有鏈接，轉而搜尋更強的信號，這一過程大約需要1～2s的時間，會導致話音不連貫，用戶能夠感覺到短暫的停頓。PHS切換分為CS內切換和CS間切換。CS內切換(TCH switching)主要考慮誤碼率(門限值1×10E-6)和信道忙閑；CS間的切換主要考慮切換門限電平(斷鏈門限參考值：26dBμV，建鏈門限參考值：32dBμV)，同時還要考慮誤碼率和信道的忙閑。切換要保證移動用戶在移動過程中能連續不斷的以可以接受的通信質量進行通信。目前PHS切換優化遇到的主要問題是頻繁切換，造成這一問題的原因一是由于PHS基站本身是小功率基站，覆蓋范圍較小，過去建網多采用10mw和20mw的小功率基站，解決辦法是采用大功率基站(500mw、300mw)與小功率基站配合，擴大覆蓋范圍，兼顧容量，從而適當的減少切換的頻次。二是在某些多基站覆蓋地區接收到的不同基站的信號電平都低于切換門限電平，導致頻繁切換。一般15s內切換次數不超過3次，每次切換時間不超過1.2s，則可以確保切換過程中話音清晰，切換主觀感覺不明顯；15s內切換次數3～5次，有超過1.2s的切換請求，則主觀明顯感覺切換，但對通話連貫性影響不大；如果15s內切換次數超過5次，且有超過1.2秒的切換請求，則頻繁的切換會影響通話的連貫性，用戶感覺通話質量不好。針對這一問題的解決辦法主要有：增設基站，提高該地區的信號電平，或者在距離較近的基站采用定向天線覆蓋這一區域，或者根據基站分布情況，分別調整各個基站的切換門限電平。目前PHS推出了無縫切換技術可以提高切換的速度，但是這需要PS的支持，而當前大量的用戶還是使用舊的PS，所以要繼續做好傳統PHS網絡的切換優化工作，給大量的老客戶提供優質的服務。

　　4.PHS網絡優化中尋呼區設置的原則

　　尋呼區是由一組基站覆蓋的區域組成，該區域中的基站有相同的尋呼區編號。網絡側會登記PS所處的尋呼區，當PS被叫時，網絡側會令該PS所處的尋呼區內的所有CS發送尋呼消息。綜合考慮PHS網絡的處理能力和網絡資源利用率，PHS網絡每小時最大尋呼次數設計在5000次(中興和朗訊的PHS網絡)到8000次(UT斯達康的PHS網絡)，所以尋呼區的設計要考慮到業務量的大小，不能設計的太大；而尋呼區太小會造成PS頻繁進行越區位置登記，位置登記要占用CCH和TCH，這樣相對的減少了無線資源，降低了其它PS切換成功的可能性。所以要綜合考慮這兩方面因素來合理的設計尋呼區的大小。在進行尋呼區的優化時，可以從以下幾個方面入手：首先尋呼區的邊界要盡量選在話務密度較低的地區，避開十字路口、主干道等用戶密度大和用戶頻繁流動的場所；其次尋呼區不宜為狹長狀，最好是接近正六邊形，這樣可以減少越區位置登記的概率；最后由于尋呼區的邊界區對被叫PS來說服務質量較差，所以要避免落在需要高服務質量的單位，如政府機關和管理部門等。

　　5.PHS網絡優化中干擾問題的解決

　　PHS的干擾分為系統內干擾和系統間干擾。系統內干擾又分為鄰頻干擾和同頻干擾。鄰頻干擾主要通過保證設備具有良好的鄰道選擇性(≥50dB)來解決。同頻干擾則主要通過網絡優化來解決。同頻干擾有CCH同頻干擾和TCH同頻干擾。基站密度過大且天線下傾角過小是引起同頻干擾的主要原因。解決該問題需要適當減小天線的發射功率，縮小基站的覆蓋范圍；或適當降低基站天線高度，調整天線的下傾角。此方法可同時降低CCH和TCH的同頻干擾。TCH的同頻干擾主要依靠干擾規避機制來來解決，干擾規避機制通過為用戶重新分配一個干擾較小的頻點或時隙來降低TCH同頻干擾。系統內干擾還有PHS網絡系統內大功率基站對小功率基站的干擾，這可以通過將小功率基站用于室內覆蓋(1.9GHz的無線信號穿透能力較差)來解決。系統間干擾包括PHS與900MHz/1800MHzGSM系統邊緣頻率的信號干擾，以及與未來3G系統的頻率干擾。當前需要解決的是與GSM系統間的干擾。根據經驗，當PHS基站正好對著GSM基站主瓣輻射方向時，PHS基站與GSM1800MHz基站間隔最好在50米以上，與GSM900MHz基站間隔最好在20米以上；不在GSM基站主瓣輻射方向時，最好相隔10米以上。

　　6.PHS網絡優化中的基站同步

　　基站同步是PHS系統中的一個關鍵問題，由于PHS采用TDD的雙工方式，所以如果基站不同步，會造成基站間CCH時隙的錯位，出現控制信道的同頻干擾，嚴重影響基站的正常工作。基站間同步精度要求基站間時差不超過31.2μs，超過該值則認為基站已失步，該基站將會對其他鄰近的基站造成頻率干擾。PHS的同步包括GPS同步和PSC同步。GPS同步的目的是對無線幀相位的修正，PSC的同步則是通過線路時鐘，對已經取得統一同步起點的無線幀的相位進行控制與維持。為保證GPS同步效果，建議一般情況下每個Master基站帶40個左右的Slave基站，在高密度區可以增加到50-60個Slave基站。在低密度區內可以只設置一個Master基站，在高密度區內為了提高系統的抗災變能力，建議增加一個Master基站作為備份。

　　三、PHS典型覆蓋區域優化的方法

　　PHS網絡的優化根據覆蓋區域類型可以劃分為室外密集話務區的優化、室外稀疏話務區的優化、室內覆蓋的優化。以下對這三種典型的覆蓋區域類型的優化進行分析。

　　1.室外密集話務區的優化

　　室外密集話務區承擔了大比重的話務量，所以室外密集話務區的優化是PHS網絡優化的一個重點。優化中要注意以下幾個方面：

　　1)應使用500mw大功率基站覆蓋，相鄰基站覆蓋重疊區不得過大，以免產生過多的切換。

　　2)可以調整基站CCH信道和TCH信道的功率，使PCCH≤PTCH，這樣基站覆蓋區邊緣CCH信號較弱，PS不易接入。而在通話中的PS由于TCH信號較強，能夠保證通話質量，不易掉話。

　　3)尋呼區的邊界應避免落在室外密集話務區內，以免位置更新占用過多的信道資源。

　　4)及時調整尋呼區大小，將尋呼次數過高的小區進行分裂。

　　5)室外密集話務區應采用組控和分層覆蓋的方式，這樣可以減少控制信道干擾的概率。

　　6)同步問題的解決是關鍵，同步做不好，系統將產生嚴重干擾。

　　2.室外稀疏話務區的優化

　　對城市中不繁華的地區、城鄉結合地區、鄉鎮以及城鄉之間的道路等稀疏話務區。可以設法增大基站覆蓋面積，以有效地降低建網成本。具體可以使用PHS基站放大器，如CHOSEN-PHS系列基站功率放大器可以使基站上行信號增強16-18dB，當基站天線傾角為5度時的覆蓋半徑可以擴大到2公里左右。這樣提高了單個基站的覆蓋半徑，降低了跨區切換的次數，提高了網絡的通話效果。對于公路等狹長地帶，可以采用500mW定向天線來進行覆蓋，以降低切換的頻率。

　　3.室內覆蓋的優化

　　PHS進行室內覆蓋時，主要使用小功率基站，這樣既能做好覆蓋，又可以解決信道問題；適當的利用直放站可以將室外的信號引入室內，還可以對室內盲區進行覆蓋，但是直放站不能增加信道；對于底層建筑可以通過架設室外基站，通過信號的穿透性對室內進行覆蓋；對于電梯、狹長的樓道等則可以采用定向天線進行覆蓋；對于人流密集的商場、超市等可以采用吸頂天線進行覆蓋；對于小型飯館及其包間則可以利用10m、20m的長饋線，避開墻壁的阻擋將信號引入各房間；對于大樓各樓層可以利用功分器、干線放大器、合路器、耦合器、天線等器件對信號進行分離和放大，通過建設室內分布系統來實現理想覆蓋。

　　四、小結

　　當前PHS吸引顧客的一個重要原因是低廉的資費，但是網絡的質量并不能令人滿意，要鞏固PHS的客戶群，就必須加強對PHS網絡通信質量的提高，這就需要不斷的抓好PHS網絡優化的問題，根據環境、用戶數、業務量的變化及時調整網絡，切實提高PHS網絡的覆蓋效果和用戶滿意度，增強PHS的市場競爭力。