【摘要】文章分析了上海世博园区移动网络话务需求和建设难点，讨论了各种提升移动网络容量及质量的技术，并针对世博园区高话务密度情况提出了移动网络解决方案。
【关键词】世博园区 移动网络 高话务密度 容量提升
1世博园区移动网络需求分析
1.1 2010年上海世博会概况
上海2010年世界博览会拟在2010年5月1日至10月31日举行，共184天。预计将吸引200多个国家和国际组织参展，7000万人次参观，平均日流量为40万人次，高峰日流量为60万人次，极端高峰日流量为80万人次，均创世博会历史纪录。按照世博园区规划面积5.28平方公里计算，上海世博会极端高峰日人流密度将达到151515人次/平方公里。
1.2 话务分布
取定极端高峰日话务需求作为世博园区需保障的用户容量，预计话务达到0.035Erl/用户，得出世博园区的话务需求情况如下：
由于活动安排和场馆开场散场等因素，人们会在不同区域间迁移，因此，话务量在地点上呈现流动性、在时间上呈现起伏性。
2建设难点
一方面，世博园区极端高峰的话务密度远超现网最高话务密度，这对于无线通信网络建设是一个巨大的挑战。表2为现网高话务密度区域话务量数据：
由表2可看出，香港的铜锣湾是全球话务密度最高的商业区，上海的南京路和徐家汇是全国话务密度最高的商业区。而世博园区5300Erl/km2的高话务密度将超过现网最高话务密度的两倍以上，这对于无线通信网络建设是一个巨大的挑战。而且由于世博会参观人员移动频繁，对网络负荷均衡性也是一个挑战。
另一方面，鉴于世博园区的建设要求，移动网络室外站点的建设规模和建设位置将受到很大的限制，如果按照一般的网络建设方式，有限的站址资源和频谱资源难以满足园区高话务密度的需求。
如何在有限的条件下利用现有各种技术最大程度控制干扰，尽可能提高网络的容量，以满足世博园区移动用户各种业务需求，将成为世博园区移动网络建设最重要的内容。
3移动网络解决高话务密度的技术
3.1技术分类
目前普遍使用的容量提升技术，根据其解决问题方式的不同，可以分为三类：网络容量提升技术、信道容量提升技术和小区容量提升技术。
（1）网络容量提升技术
通过使用不同类型的小区、更有效地分配业务使小区容量增大。包括如下技术：增加额外频段、双频组网、载波池技术、增加微蜂窝（街道站、室内覆盖系统等）等。
EGSM频段使用
根据05.05协议规定，EGSM频段为880～890/925～935MHz，其中上海移动与铁通共用885～890/930～935MHz频段。相对于1800MHz频段，其传播损耗小，目前设备和市场上的GSM终端绝大部分都支持E频段。在高话务密度区，可以考虑申请EGSM频段，满足大容量网络需求。
但考虑到政策风险，此频段有可能退频，在设计建设方案的时候对此要有充分的准备。
900M/1800M双频组网
引入GSM1800网络，采用GSM900/GSM1800双频组网方式可以满足GSM高话务密度移动网络的需求。
根据05.05协议规定，目前1800M频段分配情况如表3所示：
现有GSM终端大都支持900M/1800M双频段，可引入1800MHz频段，利用900M/1800M双频组网来满足世博园区大容量需求。并且可以考虑申请DCS剩余频段，进一步提升网络容量。
载波池技术
载波池系统是利用可以远程控制的射频开关系统，在基站本地覆盖区和直放站覆盖区之间，或者几个直放站之间进行载波的切换，如图1所示：
载波池技术适合人流按照一定的规律周期性地在几个不同的区域内流动，从而导致不同区域的移动通信话务量产生周期的互补性波动的场景。比如在世博园区，可以在世博村和展馆采用载波池技术，白天展馆人流量比较大，世博村人流量比较少；晚上世博村人流量比较大，展馆区很空。采用载波池技术就可以动态调度载频资源，白天将载波调度到展馆区，晚上调度到世博村，从而满足世博村和展馆区在不同时段的话务需求。
微蜂窝
微蜂窝用于解决高“热点”地区话务。“热点”是指话务特别集中（如室外人流集中区域、室内会议中心等）的地区，这些地区手机用户特别多，造成局部的高话务量。对于室外热点区域，可以建设街道站进行话务吸收；对于室内热点区域，可以建设室内覆盖系统进行话务吸收。
（2）信道容量提升技术
设法提高信道的吞吐量。包括如下技术：开通半速率、开通AMR等。
半速率
半速率的基本原理是通过新的语音编码算法将语音编码速率降低到约为全速率语音的一半，让两个逻辑半速率业务信道复用一个物理TDMA帧时隙，从而获得两个逻辑信道。这样，一个TRX最多可以支持16个半速率业务信道，从而使BSS系统容量获得近一倍的提升，在频谱资源紧张的地区可支持更多的用户。缺点是在话音质量上与全速率有一定的差异。
AMR技术
AMR（Adaptive Multi Rate）是多种语音编解码算法的集合，不同的编解码算法会产生不同速率的语音码流。AMR共提供了4.75kbps、5.15kbps、5.90kbps、6.70kbps、7.40kbps、7.95kbps、10.2kbps、12.2kbps八种信道速率。
AMR语音编解码器可实时根据无线环境的具体状况和无线信道质量，选择多种码率中的一种，从而达到语音编码和信道编码的最优组合，最大限度地提高当前无线环境下的语音质量。AMR技术也增强了抗干扰能力，在同等语音质量要求下，能够适应紧密的频率复用，节省运营商的频率带宽。这些实际上也就是提高了相同无线环境下的网络容量。
（3）小区容量提升技术
使小区可以容纳更多的载频。包括如下技术：紧密频率复用、CoBCCH、跳频、AMR、DTX、功控等。
紧密频率复用技术
所谓频率复用是指一个小区使用的信道隔一定距离后在另一个小区重复使用。频率复用度就是频率复用的紧密程度，简单地讲，复用度大小就是每个基本复用簇中小区的数量。通常复用度以12为界，小于12的称之为紧密频率复用，大于12的称之为宽松频率复用，等于12为常规频率复用。
为了提高业务量大的地区的网络容量，可以采用紧密频率复用技术。比较典型的紧密频率复用技术有MPR（Multiple Reuse Pattern，多重频率复用）、3×3、2×6、2×3、1×3、1×1等技术。
其中MRP技术就是把所用的载频分为几组，每组中的载频作为独立的一层，每层采用不同的复用方式，在做频率规划时，逐层配置载频，频率复用逐层紧密。此技术可根据容量需求及话务量分布情况灵活进行频率规划，逐步提高网络容量，比仅使用3×3复用方式网络容量高，与2×3、1×3相比对网络质量影响小。
紧密频率复用会导致网上干扰上升，要取得较好的话音质量，须采取一定的抗干扰技术，如跳频、DTX等。
CoBCCH（混合小区）
所谓混合小区，是指同一个小区内，同时存在900M和1800M两种频段，双频用户可以在这两个频段间自由切换。GSM900/DCS1800混合小区是基于同心圆实现的，混合小区共用BCCH、SDCCH、PDCH，增加了TCH信道数目，提高了容量。
对于话务密集区域，内圆1800M连续覆盖，可以开通CoBCCH；对于1800M不连续覆盖区域，会受内外圆载频数、站间距等因素影响，开通CoBCCH有一定风险。
跳频技术
跳频就是手机和基站都按照一个相同的频点序列来收发信息，这个频点序列就是跳频序列（HSN）。跳频可使干扰分散到携带突发脉冲的不同的载频上，从而降低干扰，提高系统在同等干扰条件下的通信质量，是GSM系统抗干扰和提高频率复用度的一项重要技术。
3.2各技术与容量增益的关系
考察不同方案可以得到的容量增益，大致估算如下：
微蜂窝>半速率（100%）>1×3复用>MRP>双频网>半速率（50%）>EGSM频段>CoBCCH>AMR
世博园区大容量移动网络解决方案可以结合园区实际情况，对现有技术进行选择实施。
4世博园区移动网络解决方案
4.1网络建设方案
在现有技术水平下，宏基站的布站密度最高可以达到4个/km2，假定GSM（可用25MHz）、DCS（可用75MHz）的全部可用频点都用于宏基站，世博园5.28平方公里面积的20个宏基站也只能解决6600Erl的话务量，只占总话务需求（28000Erl）的20%左右，世博区域必须建设多层网络来吸收话务。
我们采用“宏基站+街道站+应急车+室内覆盖”的分层网建设方案，“宏基站+街道站+应急车”满足室外话务需求，“室内覆盖”满足室内话务需求。各层的作用分别为：
宏基站实现道路连续覆盖，并可作为街道站、室内覆盖的容量后备；
街道站吸收室外人流密集区的话务；
应急车吸收大型广场等确定人流聚集区域的话务；
室内话务由室内覆盖吸收。
4.2网络容量提升技术选择
要建设世博园区高话务密度的大容量网络，实质就是在容量、覆盖、通话质量、成本等因素中间找到平衡点，继而结合实际情况选择网络容量提升技术。具体分析如下：
世博会期间需要临时申请增加EGSM频段和DCS频段，并且使用双频组网来满足大话务密度、大话务量的需求。可以采用CoBCCH技术提高网络容量，为了降低干扰可使用跳频技术。
实践表明，在载干比较差的情况下半速率甚至有比全速率更高的语音质量，开通半速率后的语音质量下降程度在可以接受的范围之内，所以在世博园区采用半速率也是比较可行的容量提升方案。
AMR增强了抗干扰能力，能够适应紧密的频率复用，因此也可以采用，以提高相同网络条件下的网络话音质量。
考虑到世博园区宏站站址有限，测算的结果表明，宏站只能吸收不到1/5的总话务量，因此需要针对室外热点区域和室内区域，建设大量的街道站和室内覆盖站。室外热点区域和室内覆盖采用载波池技术，合理调配频点资源，提高频点资源利用率，满足不同区域不同时段话务的变化。
至于紧密频率复用技术，由于频率复用越紧密，网内干扰越大，网络质量也就下降越多。这是频率规划与网络质量之间不可避免的关系规律。所以在申请临时频率，且大量建设街道站和室内覆盖的情况下，MRP频率复用方案足以满足容量需求，不必采用1×3等更紧密复用的方案，以免增加网络干扰。
4.3小结
综上所述，世博园区大容量移动网络解决方案为：采用“宏基站＋街道站＋室内覆盖”的分层网建设方案，申请扩展频段，采用双频组网、MPR、CoBCCH和跳频技术，开通半速率和AMR，大量建设街道站和室内覆盖系统，并且街道站和室内覆盖系统使用载波池技术均衡不同区域不同时段的话务。
参考文献
[1]William C. Y. Lee. 移动蜂窝通信——模拟和数字系统（第二版）[M]. 北京: 电子工业出版社, 1995.
[2]华为技术有限公司. GSM无线网络规划与优化[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2004.★
【作者简介】
谭皓：硕士毕业于东南大学自动控制理论及应用专业。现任职于中国移动通信集团设计院有限公司上海分公司，长期从事移动通信网络工作，对移动网络规划、设计、建设、维护有丰富经验，研究方向为无线网络的规划、设计。
收稿日期：2009年2月5日
