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载波池系统及工程实现
冯华君 陈 凡 王世顺
０ 前言
中国移动在打造GSM精品网络过程中遇到了许多难于解决的问题：由于覆盖区电磁环境要求高等原因，新建基站难；许多基站忙闲时刻话务量差异大，如写字楼白天话务很忙，夜晚却很空闲，住宅区则反之；某些地区（如行人密集区）存在话务量突发，易使相关小区产生拥塞；会展中心等公众活动场所基站的频率利用率低下；某些不宜建基站的农村，佳节期间话务需求极高却难以得到满足等。
笔者以为，解决上述问题的较好办法是建立载波池。例如贵阳市交通宾馆基站1扇区为一大型住宅区，白天话务量稀少，夜晚却很忙，拥塞率大于157.34%，掉话率大于14.69%，每线话务量达0.81 Erl；附近铁五局基站3扇区（配有8载频）话务稀少，每线话务量仅为0.26 Erl。后在该扇区建立载波池，将其载频同时引向前者。运行表明，前者忙时吸收话务量得以减少（后者迅速上升），拥塞率减为0，掉话率降为4.5%。可见，新建的载波池明显地提升了网络质量。
全国多个试用样例表明，载波池技术已成为GSM深层次网络优化的重要措施之一。
1 载波池系统
载波池系统又称载频池系统。该系统能为空闲基站载频提供射频搭载，综合网管中心在网络上指配信号链路，实时或定时调度载频资源到高通信需求地区，以吸收该地区话务。可见载波池系统起到了形成载频储备和共享的频率利用模式，其动态配置方式也突破了传统的频率固定配置模式，其意义是积极的。
载频池系统是在光纤直放站基础上，增加切换、监控等单元构成的。由于前者已为大家所熟悉，现只简介其余单元。
a） 切换单元：含控制系统和电子开关两部分。前者实现对后者的定时或实时控制，后者把施主基站（载波池）载频送往受主基站，形成新覆盖。
b） 监控系统：本系统监控功能繁多，并分布于各功能单元。例如，近端机的监控部分能实现与远端机的切换、参数设置、状态查询等功能；切换单元的监控部分能实现软件下载、统计、记录（操作、告警）、操作权限管理等功能。其中告警功能包括衰减告警、输出功率告警、驻波告警、光功率告警、电源告警等。
为了提高可靠性，系统还采取了：
a） 控制信道冗余方式；
b） 收信分集技术；
c） 光电转换模块另置近、远端机之外，以远离热源（功放）；
d） 配置备用电源等措施。
由此可见，本系统远比光纤直放站复杂。
由上述各单元（含软硬件）组成的载波池系统，能在全网运行状态中实现载频频率和数量均可控的远距离调配与传送（故本系统又称动态无线资源配置系统），在效果上如同将施主基站天线时间性拉远。
２ 载波池系统工程
２．1 工程实施依据
工程实施依据：
a） 900 MHz/1800 MHz TDMA数字蜂窝移动通信网工程设计规范；
b） 关于公众数字蜂窝移动通信系统使用频段的通知；
c） 电磁辐射防护规范，通信工程建设环境保护技术规定；
d） 环境电磁波卫生标准等国家或信产部颁发的标准；
e） 现场勘察资料和测试数据。
２．2 中国移动网络设计技术指标
载波池系统作为移动网络构成部分之一，其技术指标的选择如下：
a） 无线信道呼损率：业务信道（TCH）2%，控制信道（SDCCH）0.1%；
b） 同频干扰保护比：C/I≥12 dB（无跳频），C/I≥9 dB（有跳频）；
c） 邻频干扰保护比： C/I≥-6 dB（200 kHz）， C/I≥-38 dB（400 kHz）；
d） 无线覆盖区内可接通率：移动台可在覆盖区内95%位置、99%时间接入网络；
e） 无线覆盖边缘场强：室外≥-90 dBm；
f） 在基站接收端位置上收到的上行噪声电平＜-120 dBm；
g） 覆盖区与周围小区有良好的切换关系；
h） 覆盖区域内误码率：室外直放站系统覆盖区域内通信质量为０～２的地方大于90%;
i） 设备安装前后增加的施主小区掉话率不超过0.2%；且安装后的施主基站掉话率不超过1%。
２．3 工程前期准备
工程前期准备工作包括频率规划、施主基站选取等。现以义乌市杭大分校基站（下称校站）为受主基站加以说明。
校站2扇区为学生宿舍和大型居民区，并和梅湖新村基站（下称村站）相邻。它们的话务量高峰时间为18:00~23:00，且存在掉话和拥塞现象。而周边基站（商城、市场停止营业后）存有大量空闲载频。为此，选一周边基站建立载波池，向校站提供载频支持。
２.3.1 频率规划
频率规划的目的是为受主基站（本例为校站）提供不存在频率干扰的载频（包括控制频道和业务频道。由于选择原则和方法相同，故只以前者为例加以说明）。
具体方法是：首先对校站周围（主要是第1和第2小区圈内各基站）的控制载频使用情况进行调查。经查，在校站2扇区存在的控制载频频点有2、13、47、53、60、62、65、68等。为防止干扰，上述频点以及邻频（频点号为3、4、45、46、52、54、59、61、63、64等）均不可用作受主小区控制载频。因此可列出载波池控制载频可用的频点有1、2、5、6、7、8、9……
２.3.2 施主基站的选取和频率选择
a） 周边基站夜间均存在大量闲置载频，分别列出其控制频道和业务频道，从中删除掉上述不可用频点，其余频点均可作为受主基站使用频点。例如对本例而言，控制载频就可从1、2、5、6、7、9、11等频点中选用。
b） 根据与受主基站远近（决定光路损耗大小）、光纤传输资源、电源及监控系统实现的可行性、同一个位置区（否则来往信令过多）等条件，选定施主基站。本例选定福田市场B基站作为施主基站（下称福站），即将载波池建立在该基站。
c） 确定载频。载波池的频率选择有如下考虑：
在载波池工程中，受主小区频点选择有两个方案：一是此频点同于施主小区，系统构成简单，但通用性差；二是此频点随受主小区无线环境而变，本方案通用性强，但系统构成复杂。
基于义乌移动首次开发这一技术，故本例采用方案一，例如控制载频频点选为5，它和福站白天控制载频完全相同。
2.3.3 覆盖区电磁情况调查
本步骤的目的是掌握覆盖区的场强分布和通信质量情况，主要为工程提供支持，其次是为了了解其他运营商网络质量。
a） 常用调试软件为珠海万禾ANTPilot for GPRS； 分析软件为珠海万禾ANT for GPRS；测试手机为SAGEM OT160 。
b） 测试呼叫时长为45 s，间隔为10 s，呼叫号码为1860。
c） 测试内容有中国移动、中国联通和电信小灵通的室内外信号电平分布、通话质量、接通率、掉话率以及干扰。
２.3.4 容量需求
工程目的是要满足受主基站信道需求。就本例而言，校站2扇区业务信道原配置32个。基于受主基站晚间话务量大和载频整体搬移容易，故这里将施主基站32个信道全部搬移过来，可增强话务量吸收能力１倍以上。
2.3.5 天线的选用
工程中，搬迁载频的天线选用有两种方案：
a） 方案一：与受主基站天线合用，其实现难度小，费用省，但需采用天线共用器而使损耗增大，输出功率减小；
b） 方案二：与受主基站天线分用，即搬迁载频另设天线，其输出功率大，形成覆盖范围大，但工程实现难度大，费用高。
就本例而言，业主不仅要求覆盖校站1、2扇区，还希望分流村站3扇区话务，显然应该选用方案二，另立天线。新天线选用16 dBi的美化平板天线。
２.3.6 电磁防护分析
前期准备阶段还需验证电磁防护的可行性，尤其不能突破公众辐射限值。电磁辐射防护国家标准规定的公众辐射电磁辐射限值为：一天24 h内，频率为300~3 000 MHz时，环境电磁辐射在任意连续6 min的均值应满足功率密度小于0.4 W/m2。
本例拟用20 W远端设备，此时天线口得到的功率约为40 dBm（10 W），设人们活动范围距天线为5 m（通常大于10 m）外，则此时最强功率密度为0.032 W/m2，远小于国家标准规定的0.4 W/m2。
本工程的电磁辐射充分满足公众辐射防护要求。
２．4 工程实施
2.4.1 组网原理
组网原理如图1所示。
2.4.2 器材配备
a） 信号链路控制系统：包括切换单元、网管中心接口；
b） 光纤直放站系统：包括近端机、配置单元、远端机和天线；
c） 其他设备：包括电源、线缆、射频接头等。
2.4.3 工程安装与调试
工程安装包括主设备安装、天线安装、无源器件安装、电源安装。
整个工程安装和布线均应按照中国移动通信工程施工标准进行施工。其中接地必须严格按照标准，保证施工质量和防雷要求；电源设备安装时应依照就近原则，并采用经业主同意的标准电源。
安装完成后还需进行测试，以验证效果。以本工程为例，对校站1、2扇区进行了覆盖测试。数据表明新天线形成了对它们的重迭覆盖，且室内外覆盖率达到97%，信号强度为-55~-83 dBm，通话质量优良，0~2级占97.8%。
２．5 后续优化
本阶段目的是核实和优化无线环境，强化载频池作用。所要做的工作有频率核查与优化、噪声影响评估等。
2.5.1 频率核查与优化
在受主基站以所用载频为中心，逐渐向两侧延展，进行扫描测试，籍以复核本站及周边基站频率使用情况，以及证实载波池频率选用的合理性。如果出现频率干扰，应进行频率重选。需要注意的是，本检查应在全时段内进行，尤其在话务忙时。
本工程经检查证明所用频率无同、邻频干扰，说明频率选用正确。
2.5.2 噪声影响评估
引入载波池后，其输出载频线路增长，又由于上行功率小，施主基站上行噪声影响必然增大。故本检查要对噪声影响程度作出评估。影响过大时，要找出原因，作进一步处理。
本工程通过操作维护中心（OMC）观察施主基站话音质量，无明显影响，又经测试，上行噪声功率小于-120 dBm，可见工程是成功的。
2.5.3 话务量均衡检查
话务量均衡检查的目的是核查施主基站白天和夜晚话务量吸收的改善情况。
以本工程为例，福站于17:30将载频送向校站有关扇区，以吸收它们的忙时话务量，03:00又将这些载频返回福站。于是福站夜晚话务量由0升为10 Erl。显然，由于载频池的设立，减小了福站昼夜话务量吸收之差值，其均衡度获得了改善。
10 Erl话务量的吸收是通过多层覆盖、功率调整和OMC参数设置联合实现的。做法是：对于多层覆盖而言，通过新设天线形成的新小区，实现对受主基站（尤其是校站1、2扇区）又一重覆盖。通过改变新设天线高度、增益、天馈线损耗、俯仰角来控制话务量吸收的大小；也可通过调整远端机输出功率、分集接收以及参数设置来控制话务量吸收能力。为此，工程中常需预先设定目标覆盖，估算出施、受主小区场强大小，结合切换控制来反推出所需覆盖场强，由此来调整天线。
利用新设天线或功率大小等形成的新小区为微蜂窝覆盖，受主基站原天线则形成宏区。于是在校站1、2扇区形成了大小覆盖的双层网。微蜂窝起话务量吸收作用，又不对原网络结构造成影响。宏覆盖的作用一是与外界相邻，二是吸收话务量（包括村站少量话务量）。
在参数设置中，尤需注意掌控Load sharping 和AWOFFSET这两个参数，因为它们均能影响话务量吸收能力。请注意：前者参数是用于描述负载共用性的。在该功能开通时，当本小区TCH占用数量超出一定门限（如80%）时，移动终端将被强制切换到比较空闲的（由新设天线形成的）新小区，以空出本小区信道；后者参数能协助终端向新小区切换，即当移动用户由其他小区切向受主小区时，由于该参数的存在，会使用户转为切到新小区。
３ 测试结论
工程结束后，要对全系统进行运行测试，以证明其有效性。
以本工程为例，施工完成后，福站成了载波池的施主基站，后对其进行了一周的连续测试。数据表明其晚间话务量由0增加到10 Erl；校站1、2扇区分别下降2 Erl和5 Erl；拥塞率均为0；村站3扇区话务量变化不大，但掉话率和拥塞率都有下降，其中前者由3.6%下降为0.3%，后者由0.1%下降为0。说明载波池的设立不仅提高了校站通信质量指标，也改善了村站网络指标。
４ 结束语
载波池技术是改善网络质量和提高服务水平的新型技术。自2005年底涌现出来后，已在镇江、贵阳、西安、杭州、哈尔滨、金华等地逐渐获得试用。事实已证明，它是中国移动创建精品网络的重要技术之一。但在该技术的实施过程中，必须认真地设计、施工、调试和后续优化，才能使其性能得到充分发挥。
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