提高GSM手机特殊区域通话质量和覆盖面积的手段探讨.docx

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提高GSM手机特殊区域通话质量和覆盖面积的手段探讨

[摘要]从GSM的广泛应用范围入手，分析了在特殊区域GSM的通话质量和覆盖范围的问题，结合现有的成熟的技术，针对不同情况提出了提高GSM手机在特殊区域的通话质量和覆盖面积的手段，并进行了总结。

[关键词]GSM；通话质量；覆盖范围

1前言

　　GSM的基础是提供无线连接的蜂窝。

它的服务区域（例如一个城市）被划分成若干个相邻的小区，每个小区设有无线基站。

基站负责将本小区内移动电话的呼叫传送到移动电话业务交换中心（移动电话局），并在移动电话局的控制下实现移动用户间通话的转接，以及移动用户与市话用户通话的转接。

　　但是GSM的蜂窝不可能覆盖所有的地区，在一些特殊的区域，很可能由于各种原因造成通话质量下降，或者是覆盖不了。

本文根据不同的情况提出了不同的解决方案。

2问题的分析

　　GSM进行通信服务的载体是无线电。

电磁波的传播是引起无线电分布的主要问题。

随着重量的减轻，独立性的提高，移动终端只有有限的传输范围。

大家知道，无线电波的功率随距离的平方成反比降低（d－2）；但这条规律只适合于自由空间。

在接近地面的两个移动台之间，地面反射产生的干扰不能忽略，而且很可能有障碍物位于两站的直线路径上。

这样，在城市环境下地面附近的传播更为困难，典型的接收功率是按d－4变化的。

而在一些特殊地点，如地下商城、地下停车场、地铁隧道以及多层写字楼、宾馆和大型购物商场内，由于特殊的地理条件和地形位置，使得这些地方通信变得异常困难，必须要有特殊的方法，进行可靠、经济的传输。

　　无线覆盖水平与基站设置的数量密切相关，在合理设置基站的条件下，基站越多无线覆盖越好，移动用户的通信质量就越好。

但在上述的特殊地点，或是在一些比较偏远的山区和地形复杂的地区，由于建筑物或自然界巨大物体的屏蔽和吸收作用以及传统的蜂窝式网络自身的缺点，造成了无线电波较大的传输衰耗和通信质量严重低劣的阴影区域，基站发射信号或被阻挡，或被屏蔽，信号强度明显下降，形成了移动信号的弱场强区甚至盲区，而无法保证用户的通信质量，出现移动电话接通率低，漫游不畅，掉话乃至用户打不通电话的现象。

然而，这些场所正是移动通信用户较为集中或是十分需要及时服务的地方，用户在这些地方无法便利通信，不仅影响服务声誉，也直接减少了话费收入。

以上两“点”问题的解决，往往依靠设置直放站、分裂小区等办法。

除了经济方面的原因外，从原理上讲，这两种方法也不能无限制地使用，因为扩大了系统覆盖，通信质量要下降；提高了通信质量，往往又要牺牲容量。

近年来，随着业务需求的剧增，这些方法更显捉襟见肘。

如何实现移动信号对这些场所的覆盖，真正有效地保障用户通信，做到服务与创收两全其美，如何提高GSM系统接通率和GSM来话接通率，如何增加GSM的实际覆盖面积，是摆在我们面前的一个重要问题。

我们必须找出某种方法可以更好的解决问题，提高通话质量。

3几种解决方案

3.1双层网、多层网与微蜂窝技术

（1）系统结构

　　双层网将宏蜂窝（GSM900）基站分为两层，下层基站天线较低，主要为慢速移动用户服务；上层基站天线较高，一般在80米以上，在全城区设几个至十几个就可，主要为快速移动用户和大楼里的高层室内用户服务，以减少快速移动用户在网上的频繁切换和高层室内用户的多频道干扰。

　　多层网是指在一个覆盖小区内，除了常规的宏蜂窝（Macrocell）外，在“热点”设置微蜂基站（Microcell），在室内设置微微蜂窝基站（Picocell），成为立体布局。

每种蜂窝执行已定义好的不同功能。

通过在宏蜂窝下引入微蜂窝和微微蜂窝以提供更多的“内含”蜂窝，使容量的增加成为可能。

　　宏蜂窝层用于处理快速移动车辆的业务，微蜂窝层处理慢速移动，集中于步行和交通阻塞车辆的业务，微微蜂窝层用于覆盖商场和办公区等室内区域。

微蜂窝的大小受天线的定位方式所限，典型的做法是置于相对低的地方，如在屋顶下方，高于地面5米至10米，蜂窝半径在100米到1公里间；微微蜂窝天线装于建筑物内业务集中地点。

将负载按这种方式分层的原因与切换功能有关，车载电话在微蜂窝间快速移动产生频繁切换，加重网络的负担，从网络管理出发，将产生频繁切换的业务移到较小切换的宏蜂窝，将提高网络效率。

慢速移动的车辆，由于它穿过蜂窝边界需花较长的时间，产生切换的可能性较小，因此由微蜂窝来处理这类业务，处于高楼或是地下场所，由于业务繁忙以及电磁环境复杂，造成通话困难或是掉话严重，就必须用微蜂窝或是微微蜂窝来进行话务的传输。

（2）用途与性价比

　　在现有的蜂窝网络基础上建设微蜂窝基站就好比在某些交通特别拥堵的地区再新修一些小马路。

微蜂窝基站主要有两种用途：

一是解决宏蜂窝难以覆盖的“盲点”；二是解决话务量特别高的“热点”。

　　微蜂窝和微微蜂窝有三种类型：

室外型、厅堂型和摩天大楼高层室内型。

室外型安装在话务繁忙的街区和广场、体育场等；厅堂型安装在会议厅、展览厅、售货厅、体育馆、地下车库等；摩天大楼高层室内型主要是解决特高建筑物的高层室内覆盖和多频道干扰问题。

但是微蜂窝基站的性能价格比太低，如30个单载频或10个双载频的微蜂窝基站吸收的话务量才相当于一个S5／5／5宏蜂窝基站吸收的话务量，但它们的价格分别是一个S5／5／5宏蜂窝基站的10倍、5倍。

　　（3）设计要点

　　微蜂窝层是在现有的蜂窝层（宏蜂窝）下面再建立一个连续覆盖的微蜂窝层，在宏蜂窝基站的间距为400米的情况下，若在每个宏蜂窝基站下面再加4个双载频微蜂窝基站，从理论上来讲，在13MHz频率带宽下，就是利用目前成熟的频率规划技术，在北京、上海、广州这样的特大城市，网络容量达到400万～600万也不成问题，但如果这样，在城区就需要新建4000个微蜂窝基站，基站寻址难度、工程建设难度和投资规模就非常大；而且运行维护、频率规划也有很大困难，所以世界上还没有哪一个大城市单纯为了增加网络容量，而建了一个连续覆盖的微蜂窝层。

　　如果能够提供无线网络的一些关键的基础设施，分级蜂窝结构很容易完成。

这包括高容量基站控制器，处理分级蜂窝结构的软件，能够在网络中灵活调度的微蜂窝基站。

　　根据运营者的实际需求，分级网络可由许多不同的办法构成。

任何时候，为提高密集区的容量，微蜂窝只能用于业务“热点”。

也可建成重叠网络，这不仅可提供冗余覆盖，也增强对快速移动台的处理。

然而，在频率紧张的地区（如只有5MHz），可能只用一个微蜂窝结构来建整个GSM网络。

3.2移动通信室内匀点信号分布系统

（1）系统结构

　　移动通信匀点分布系统根据要覆盖的建筑物的盲区状况，通常可以采用三种不同的设计方案；普通电缆方式，泄漏电缆方式和光纤电缆方式。

●普通电缆方式

　　系统采用全双工网络设计，电缆通过合路器组成一个树状网络，每一个末端连接确定位置上的室内天线，以消除需覆盖的盲区。

下行信号通过室外天线接收，经下行放大器放大，分路器分路，并由馈线传送到各处的室内到天线，以达到信号覆盖的目的；同样地，上行信号经室内天线接收，合路器耦合，上行放大器放大，由馈线传送到室外天线并送回基站。

因此，整个系统能确保每一分布点都能及时、安全地收到和发出信号，保证通信畅通无阻。

　　●泄漏电缆方式

　　泄漏电缆是由同轴电缆上分装多路天线演变出来的连续天线。

泄漏电缆匀点分布系统如图3。

下行信号经室外定向天线接收，放大器放大，由泄漏电缆传输并同时向覆盖面发射；反之，上行信号由泄漏电缆耦合接收、传输，放大器放大，由室外定向线发回基站。

　　泄漏电缆匀点分布系统放大器位置主要由传输长度确定，即一定强度的信号进入电缆后，在一定覆盖场强的要求下能传输多长距离，或者说在传输电缆路什么位置需加入放大器。

　　●光纤方式

　　光纤方式分布系统是采用光纤作为信号的传输媒体，其系统结构可简单地由图4来表示。

下行电信号通过光电器件转换成光信号，经光合路器／分路器，光纤传输送到各分布点，再经光电器件转换成电信号送到分布天线发射出去。

上行电信号也是以同样方式发射回基站。

（2）性能比较

　　普通电缆方式是最为常用的一种方案，其优点是使用频率范围广，覆盖面大而造价成本低，主要用于地下商场、地下停车场、多层写字楼、宾馆和大型购物商场。

这些场所的特点是盲区面积不大，但各盲区互相隔离且相对分散，采用普通电缆方案正可以有效地解决建筑物内部结构复杂且需要覆盖的区域相对分散的问题。

　　采用泄漏电缆方式的优点是场强均匀，并可根据设计有效地控制覆盖范围，适用于狭长型区域如地铁、隧道及高楼大厦的电梯。

特别是，在地铁及隧道由于有弯道，加上车厢会阻挡电波传输，只有使用泄漏电缆才能保证传输不会中断。

　　对于光纤方式，由于信号是通过光纤传送到各处天线的，而光纤的传输损耗比电缆传输损耗小得多，所以与电缆传输方式相比，几乎可以不考虑信号在传输中的损耗，这样就可以避免在距离较长的区域因采用普通电缆或泄漏电缆而不得不在系统中加入过多的放大器以致引入噪声和互调。

因此，光纤方式相对于前两种方式，有其明显的优点：

信号传输性能好，无须在建筑物内安放长距离的电缆，安装方便；但也有其致命的缺陷；因光电器件较为昂贵而使系统的总造价太高。

　　（3）设计要点

　　首先要确定覆盖区域。

室内覆盖的目的是在建筑物内部需要场强覆盖，而基站信号又无法辐射的区域提供理想的信号覆盖。

因此，工程设计的首要工作是勘测确定哪些区域已被基站所覆盖，哪些区域还需室内分布系统增强信号。

在勘测时，应特别注意话务繁忙地带，即用户最经常使用移动电话的地方，往往这一区域要设计一个分布天线。

　　接着预测覆盖效果确定工程方案。

经过实地勘测，可基本确定各分布天线的位置，并根据各分布天线管辖范围来确定其每个信道的输出功率。

为了使方案规划更加准确，往往可对这些区域进行场强覆盖预测。

具体地可以采取以下方法：

用信号发生器和室内天线组发射单元，在分布天线位置发出所设计的相应输出功率，而将测试手机作为接收单元，在相应覆盖区域各点测试场强的大小，观察是否能良好地接收到信号。

为使工程具有良好的性能价格比，工程设计还需选取放大量合适的匀点分布系统。

至此，确定系统放大量所有参数均已获得，这样就可选取合适的室内匀点分布系统进行施工。

3.3同频中继器

　　由于我国山多地广，扩容工程还是以建设新的基站为主。

对于经济发达的城市、乡镇，用户数量大，经济效益明显，而对于经济不太发达的县城、乡镇，用户数量小，建设基站投资大，不经济。

另外，既便在现代化的城市中，隧道、地铁、地下商场、停车场和一些封闭的大型建筑物，由于山脉、地面和建筑物的屏蔽作用，成为移动通信的弱信点区或盲区，如果在这些很小的区域建设基站，将造成频谱资源的人财力资源的严重浪费。

　　邮电部在1992年的《移动电话网络技术体制》中规定“对于需要覆盖，而增设基站又不经济或不方便的局部地区”可采用设置同频中继器的方法来扩大覆盖范围。

　　以下介绍同频中继器的系统结构、特点及技术问题。

（1）系统结构

　　同频中继器属于同频放大设备，将上行（移动台到基站）、下行（基站到移动台）两路信号分别放大，扩大覆盖范围。

基本原理是利用前向天线接收基站下行信号，经过低噪声放大器将有用信号放大，而外界噪声信号放大不明显，提高载噪比，再经窄带滤波器将有用信号放大，而外界噪声信号放大不明显，提高载噪比，再经窄滤波器多重滤波送功放放大，由后向天线发射到移动台；同时利用后向天线接收移动台上行信号，经低噪声放大器、窄带滤波器、功放发射到基站。

　　一般来说，同频中继器的构成包括前向天线、后向天线和主机。

前向、后向天线工作频段都包含上、下行频段、同时传输上、下行信号；主机包含上、下行两条放大链路，并且采用双工器工作，以减少天线数量，功率放大器采用多信道共同放大以简化系统结构，降低成本。

（2）同频中继器的特点

　　优点：

设立成本远小于基站。

可以用宽带滤波器实现数字、模拟系统兼容，结构简单，减少投资。

耗电量小，可用太阳能电源解决。

环境要求低，可露天工作，耐寒冬酷暑。

安装简