PHS网络优化分析

PHS网络优化分析

【摘 要】 网络优化是PHS运营的关键所在，本文对PHS网络优化的内容包括：覆盖、容量、切换、寻呼区设置、干扰、同步等问题进行了探讨。

【关键词】 PHS 网络优化 覆盖 容量 切换 干扰 同步

　　一、引言

　　截止2004年底，中国PHS用户已达到6500万，相对于2003年底的3500万将近翻了一番，如此之快的增加速度，给PHS网络运营质量提出了巨大的挑战。用户数的增加使运营商需要不断地对网络进行扩容，原有PHS网络设计时的网络模型已发生巨大改变，某些区域的话务量可能已达饱和或已超过原有设计容量，城市规划和城市建设使原有PHS网络的覆盖情况也发生改变，这就需要紧随环境的变化以及业务量的改变来及时对PHS网络进行优化，以保证网络的通信质量，为用户提供满意的服务，使PHS继续保持发展的势头。目前PHS运营商中国电信和中国网通都已经把PHS网络优化作为PHS工作的重点。

　　二、PHS网络优化的内容

　　PHS网络优化是保证PHS网络质量的关键，网络优化工作一直贯穿于网络的建设、运行之中。PHS网络优化的内容涉及对基站覆盖区域的分析、小区容量的考虑、切换频繁程度和切换成功率的兼顾、寻呼区的设置、频率干扰的解决、精确同步的实现等。网络优化要达到以最少的资源实现最优的运行质量。

　　目前的PHS网络已经达到了一定的规模，其网络优化主要是以实测数据为基础，对热点地区的话务量进行统计分析，对CS信号覆盖情况包括信号强度分布、CS覆盖层数进行分析，对各Slave基站相对于Master基站的相对时间差的测量，还要通过实际的通话路测来得到整个呼叫建立到呼叫释放过程中发生的无线事件的统计，包括：呼叫失败次数(率)，正常释放次数，掉话次数(率)，切换(Handover和TCH Switching)尝试次数，切换失败次数(率)，位置更新尝试次数，位置更新失败次数(率)，并通过信令分析各种事件失败的原因，最后总结目前网络存在的问题，如信道资源不足、干扰过大、基站同步未达要求、覆盖不合理造成的切换过多等，由此得出网络优化的方案。以上数据的采集需要有相应的强大的测试工具、软件的支持，才能更加快速科学准确的完成PHS网络的优化工作。目前PHS网络优化的路测设备和后期分析软件还是比较丰富、功能也是非常强大的。PHS路测系统可以完成路测数据和话务统计数据的地理信息化标注与分析，图形、表格方式能形象地描绘出网络质量状况，为调整、优化网络提供可靠、直观的依据。

　　1.PHS网络优化中的覆盖分析

　　在建网初期，首先是通过链路预算来对基站的覆盖范围进行预测。L[dB]=Ptx [dBm]+Gtx [dBi]−Prx [dBm]+Grx [dBi]−M [dB]，其中Ptx为基站发射功率，Prx 为接收机灵敏度，M为衰落余量、Gtx和Grx 为天线增益。PHS系统中基站CS发射功率最大为500mw(实际使用的有500mw、300mw、20mw、10mw)，终端PS发射功率最大为10mw，接收灵敏度为16dBμV(-91dBm)。PHS的传播模型可以选取COST231-WI模型，该模型比较适合于微蜂窝结构下建筑物较多的环境，其损耗由L0+Lrts+Lmsd三部分组成，其中L0为自由空间损耗，Lrts为房檐到街道衍射的损耗，Lmsd为多遮挡物衍射的损耗。通过以上参数就可以计算出PHS基站的覆盖范围。该计算只是理论值，由于实际的传播环境十分复杂，所以还必须通过实测对该模型进行修正。实测过程可以利用电子地图和相应的路测软件通过路测得到PHS覆盖区域内CCH信道信号强度的分布图。利用地形分析工具，对指定区域的三维地理、地貌特性作出地形剖面图。利用有代表性的路测数据，就可根据分析结果对传播模型进行校准。通常10mw的CS覆盖范围在50-150米；20mw的CS覆盖范围在100-300米；300mw的基站覆盖范围在300-1000米；500mw的基站覆盖范围在500-1500米。另外，通过在通话状态下进行路侧，可以在CS侧和PS侧记录上下行TCH信道的发射功率以及BER。根据CS和PS的发射功率曲线(谁先达到最大发射功率)以及BER的变化曲线可以判别覆盖是上行受限还是下行受限。之后可以根据测试结果通过调整基站发射功率确定合适的小区边缘，达到覆盖范围内上下行的均衡。

　　2.PHS网络优化中的容量考虑

　　标准PHS基站支持1个控制信道对应3个业务信道，称为1C3T，随着密集话务区对基站信道数的需求的增加，采用组控技术逐渐出现了1C7T以及1C15T的基站。在容量优化的过程中必须要考虑基站覆盖区的话务量。话务量分布与时间地点都有关系，在设计时要考虑到忙时话务量的情况。1C3T的基站在5%阻塞率下可以承载0.899erl的话务，1C7T的基站在5%阻塞率下可以承载3.738erl的话务，1C15T的基站在5%阻塞率下可以承载10.633erl的话务。覆盖区内总的话务量可以通过测算公式：总话务量(erl)=有效面积×每平米人数×PS拥有率×平均话务量(通常为0.02erl)来计算得到。由此可见基站覆盖面积越大覆盖区内总话务量越大，单位面积的容量越小，所以要通过实际区域的话务量情况来设计基站覆盖区域的大小。在进行容量设计时还要考虑到切换的因素，要给PS的切换预留出一定的余量，保证PS切换的成功率。在进行容量优化时，为了兼顾网络的通信质量和网络建设成本，一般控制覆盖区内容量利用率(忙时话务总量除以无线网络的容量)在60%～75%比较合理，如果实际覆盖区容量利用率超过75%，则网络需要进行扩容。扩容可以通过小区分裂来实现，也可以通过组控技术增加基站业务信道数量来实现，如上面所提到的1C7T和1C15T。

　　3.PHS网络优化中切换问题的解决

　　PHS的切换都为硬切换，即在覆盖边缘信号弱到一定程度后，PS首先会断开原有链接，转而搜寻更强的信号，这一过程大约需要1～2s的时间，会导致话音不连贯，用户能够感觉到短暂的停顿。PHS切换分为CS内切换和CS间切换。CS内切换(TCH switching)主要考虑误码率(门限值1×10E-6)和信道忙闲；CS间的切换主要考虑切换门限电平(断链门限参考值：26dBμV，建链门限参考值：32dBμV)，同时还要考虑误码率和信道的忙闲。切换要保证移动用户在移动过程中能连续不断的以可以接受的通信质量进行通信。目前PHS切换优化遇到的主要问题是频繁切换，造成这一问题的原因一是由于PHS基站本身是小功率基站，覆盖范围较小，过去建网多采用10mw和20mw的小功率基站，解决办法是采用大功率基站(500mw、300mw)与小功率基站配合，扩大覆盖范围，兼顾容量，从而适当的减少切换的频次。二是在某些多基站覆盖地区接收到的不同基站的信号电平都低于切换门限电平，导致频繁切换。一般15s内切换次数不超过3次，每次切换时间不超过1.2s，则可以确保切换过程中话音清晰，切换主观感觉不明显；15s内切换次数3～5次，有超过1.2s的切换请求，则主观明显感觉切换，但对通话连贯性影响不大；如果15s内切换次数超过5次，且有超过1.2秒的切换请求，则频繁的切换会影响通话的连贯性，用户感觉通话质量不好。针对这一问题的解决办法主要有：增设基站，提高该地区的信号电平，或者在距离较近的基站采用定向天线覆盖这一区域，或者根据基站分布情况，分别调整各个基站的切换门限电平。目前PHS推出了无缝切换技术可以提高切换的速度，但是这需要PS的支持，而当前大量的用户还是使用旧的PS，所以要继续做好传统PHS网络的切换优化工作，给大量的老客户提供优质的服务。

　　4.PHS网络优化中寻呼区设置的原则

　　寻呼区是由一组基站覆盖的区域组成，该区域中的基站有相同的寻呼区编号。网络侧会登记PS所处的寻呼区，当PS被叫时，网络侧会令该PS所处的寻呼区内的所有CS发送寻呼消息。综合考虑PHS网络的处理能力和网络资源利用率，PHS网络每小时最大寻呼次数设计在5000次(中兴和朗讯的PHS网络)到8000次(UT斯达康的PHS网络)，所以寻呼区的设计要考虑到业务量的大小，不能设计的太大；而寻呼区太小会造成PS频繁进行越区位置登记，位置登记要占用CCH和TCH，这样相对的减少了无线资源，降低了其它PS切换成功的可能性。所以要综合考虑这两方面因素来合理的设计寻呼区的大小。在进行寻呼区的优化时，可以从以下几个方面入手：首先寻呼区的边界要尽量选在话务密度较低的地区，避开十字路口、主干道等用户密度大和用户频繁流动的场所；其次寻呼区不宜为狭长状，最好是接近正六边形，这样可以减少越区位置登记的概率；最后由于寻呼区的边界区对被叫PS来说服务质量较差，所以要避免落在需要高服务质量的单位，如政府机关和管理部门等。

　　5.PHS网络优化中干扰问题的解决

　　PHS的干扰分为系统内干扰和系统间干扰。系统内干扰又分为邻频干扰和同频干扰。邻频干扰主要通过保证设备具有良好的邻道选择性(≥50dB)来解决。同频干扰则主要通过网络优化来解决。同频干扰有CCH同频干扰和TCH同频干扰。基站密度过大且天线下倾角过小是引起同频干扰的主要原因。解决该问题需要适当减小天线的发射功率，缩小基站的覆盖范围；或适当降低基站天线高度，调整天线的下倾角。此方法可同时降低CCH和TCH的同频干扰。TCH的同频干扰主要依靠干扰规避机制来来解决，干扰规避机制通过为用户重新分配一个干扰较小的频点或时隙来降低TCH同频干扰。系统内干扰还有PHS网络系统内大功率基站对小功率基站的干扰，这可以通过将小功率基站用于室内覆盖(1.9GHz的无线信号穿透能力较差)来解决。系统间干扰包括PHS与900MHz/1800MHzGSM系统边缘频率的信号干扰，以及与未来3G系统的频率干扰。当前需要解决的是与GSM系统间的干扰。根据经验，当PHS基站正好对着GSM基站主瓣辐射方向时，PHS基站与GSM1800MHz基站间隔最好在50米以上，与GSM900MHz基站间隔最好在20米以上；不在GSM基站主瓣辐射方向时，最好相隔10米以上。

　　6.PHS网络优化中的基站同步

　　基站同步是PHS系统中的一个关键问题，由于PHS采用TDD的双工方式，所以如果基站不同步，会造成基站间CCH时隙的错位，出现控制信道的同频干扰，严重影响基站的正常工作。基站间同步精度要求基站间时差不超过31.2μs，超过该值则认为基站已失步，该基站将会对其他邻近的基站造成频率干扰。PHS的同步包括GPS同步和PSC同步。GPS同步的目的是对无线帧相位的修正，PSC的同步则是通过线路时钟，对已经取得统一同步起点的无线帧的相位进行控制与维持。为保证GPS同步效果，建议一般情况下每个Master基站带40个左右的Slave基站，在高密度区可以增加到50-60个Slave基站。在低密度区内可以只设置一个Master基站，在高密度区内为了提高系统的抗灾变能力，建议增加一个Master基站作为备份。

　　三、PHS典型覆盖区域优化的方法

　　PHS网络的优化根据覆盖区域类型可以划分为室外密集话务区的优化、室外稀疏话务区的优化、室内覆盖的优化。以下对这三种典型的覆盖区域类型的优化进行分析。

　　1.室外密集话务区的优化

　　室外密集话务区承担了大比重的话务量，所以室外密集话务区的优化是PHS网络优化的一个重点。优化中要注意以下几个方面：

　　1)应使用500mw大功率基站覆盖，相邻基站覆盖重叠区不得过大，以免产生过多的切换。

　　2)可以调整基站CCH信道和TCH信道的功率，使PCCH≤PTCH，这样基站覆盖区边缘CCH信号较弱，PS不易接入。而在通话中的PS由于TCH信号较强，能够保证通话质量，不易掉话。

　　3)寻呼区的边界应避免落在室外密集话务区内，以免位置更新占用过多的信道资源。

　　4)及时调整寻呼区大小，将寻呼次数过高的小区进行分裂。

　　5)室外密集话务区应采用组控和分层覆盖的方式，这样可以减少控制信道干扰的概率。

　　6)同步问题的解决是关键，同步做不好，系统将产生严重干扰。

　　2.室外稀疏话务区的优化

　　对城市中不繁华的地区、城乡结合地区、乡镇以及城乡之间的道路等稀疏话务区。可以设法增大基站覆盖面积，以有效地降低建网成本。具体可以使用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号增强16-18dB，当基站天线倾角为5度时的覆盖半径可以扩大到2公里左右。这样提高了单个基站的覆盖半径，降低了跨区切换的次数，提高了网络的通话效果。对于公路等狭长地带，可以采用500mW定向天线来进行覆盖，以降低切换的频率。

　　3.室内覆盖的优化

　　PHS进行室内覆盖时，主要使用小功率基站，这样既能做好覆盖，又可以解决信道问题；适当的利用直放站可以将室外的信号引入室内，还可以对室内盲区进行覆盖，但是直放站不能增加信道；对于底层建筑可以通过架设室外基站，通过信号的穿透性对室内进行覆盖；对于电梯、狭长的楼道等则可以采用定向天线进行覆盖；对于人流密集的商场、超市等可以采用吸顶天线进行覆盖；对于小型饭馆及其包间则可以利用10m、20m的长馈线，避开墙壁的阻挡将信号引入各房间；对于大楼各楼层可以利用功分器、干线放大器、合路器、耦合器、天线等器件对信号进行分离和放大，通过建设室内分布系统来实现理想覆盖。

　　四、小结

　　当前PHS吸引顾客的一个重要原因是低廉的资费，但是网络的质量并不能令人满意，要巩固PHS的客户群，就必须加强对PHS网络通信质量的提高，这就需要不断的抓好PHS网络优化的问题，根据环境、用户数、业务量的变化及时调整网络，切实提高PHS网络的覆盖效果和用户满意度，增强PHS的市场竞争力。