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射频---网络优化中的关键问题

2010-10-20   来源:互联网   点击:
朱独清,于上海第二工业大学获得工学学士学位。现任RFS(Radio Frequency Systems )公司地区产品经理,主要负责公司在中国地区的通讯产品,包括传输缆线、基站天线、微波天线及无线分布式系统。   引言  
朱独清,于上海第二工业大学获得工学学士学位。现任RFS(Radio Frequency Systems )公司地区产品经理,主要负责公司在中国地区的通讯产品,包括传输缆线、基站天线、微波天线及无线分布式系统。

  引言

  由于中国的无线蜂窝网络运营商将注意力集中在利用其现有设备提高无线蜂窝网络的性能上,因此采用先进的网络监测工具来实现对射频覆盖范围的严格控制就成了实现网络优化的关键所在。

  尽管中国的无线蜂窝通讯已经历了十年的飞速发展,但这一市场仍保持着高速增长的势头,因此运营商在努力满足市场需求的同时不断地遇到挑战。 消费者和商业人士不但期望无线蜂窝通讯业务有更高的品质和实用性,对于所谓的纵向延伸技术(如: 基于现有2G网络的数据业务)的需求也与日俱增。对于运营商们来说,2.5G业务同样被他们看作是在中国这个快速增长的市场上扩张业务和保持竞争力的颇具潜质的利器。中国无线蜂窝通讯市场虽然已经相当庞大,但仍然在快速地增长着,这就意味着网络规划和网络优化已变得比以前更为地重要。网络越复杂,涉及的业务层越多,需要考虑并实现兼容的参数的数量也就越多。 当网络的业务模式随时可能发生变化且网络间彼此干扰时,网络优化技术,相对于尚未实施优化的网络,更显出其无穷的魔力。

  在世界的其它地方, 运营商同样面临着网络优化的问题。例如,在无线蜂窝通讯市场较为成熟的欧洲和南亚地区, 运营商出于将资本投资最小化和现有资产回报最大化的目的而进行网络优化。这似乎是一个恒定不变的规律:为了保证无线蜂窝网络容量和业务质量的稳定,必须对无线蜂窝网络不断地进行优化。 无线通信顾问John Smyth曾在总部位于澳大利亚的Telstra 担任移动网络射频系统部门的总经理15年。他说: “在模拟通信时代我们认识较早的一些事物中就包括了这一点,无线蜂窝系统需要不断地进行重新设计。由于网络架构在不断地扩张, 业务的模式在不断地变化,系统内部必须要有一定的灵活性以适应这些新的变化。系统的灵活性或许可以作为网络优化的准则,它在网络覆盖、容量以及日显重要的服务质量间起着不断调节平衡的作用。Smyth说:“出于对这种灵活性的需要,运营商们必须时时刻刻地跟踪网络工作状况,这是网络优化的第一步。”Wolf Mende是德国的T-Mobile公司无线规划系统部门的负责人,在这一点上,与Smyth的观点相同。他认为运营商必须对关键性能指标(KPI),如切换成功率、掉话率、保持时间和网络堵塞,连续不断地进行监测,以获得可能需要作调整地区的指标数据。 Mende指出:“如果需要的话,还得进行相关基站的场强测量, 这样我们所获得的就是网络中真实的干扰情况,而不是基于模型的预测。”



  同频干扰问题

  Mende和Smyth都认为网络优化所面临的最大问题是控制射频的干扰。在GSM网络中,同频干扰屏蔽了低电平的载波信号,造成了话音质量的下降;而在CDMA网络中,干扰耗尽了网络容量,使得噪声电平增加。这两种情况导致的最终结果都是网络性能下降,从而使用户满意度降低。 Smyth认为:“在成熟的网络中,上述问题与网络覆盖无关。要真正解决问题必须对干扰进行控制。其目的是让信号到需要它的地方去,远离不需要它的地方。因而,射频管理是网络规划及网络优化的基本步骤之一。”

  朱独清――RFS公司基站天线系统地区产品经理认为:“这是一个棘手的问题,由于小区众多,在进行网络优化的时候,我们必须保证在传输能量的同时没有形成叠加,这一点对每个使用同一频率的CDMA 系统的小区来讲尤其重要。 ”对网络频率进行详尽规划,为我们宏观衡量传输质量提供了一种有效的方法。但是,当诊断出问题区域并对相关问题进行排除时,都不可避免地需要对系统本身的某一点进行调谐。Mende说:“在上述情况下,我们能够进行调校的是天线波束。我们从运行中的系统获得测量数据,在对测量结果进行分析后,决定需要修改哪些参数,比如天线方向,倾角或传输功率。”

  但是,仅仅调整天线波束非但不能解决问题,还会引起同频干扰。这是因为如果对天线产生的射频能量未加严格控制,其杂散旁瓣以及后瓣可能会在相邻或邻近小区的方向上产生影响,形成干扰隐患。在一个成熟的市场中,当某地有多个运营商存在,并且天线又位于同一站点时,该地的小区干扰问题也会层出不穷,这些让网络优化人员头痛不已。  

  让射频到需要它的地方去

  对射频能量加强控制的需要促进了目前天线技术的不断发展。 这些发展旨在降低杂散发射,加强对天线覆盖范围的控制。
Vibhore Bharti―― 印度无线蜂窝网络运营商Idea Cellular的射频规划经理认为:“天线在网络优化中起着非常重要的作用,它是射频管理的主要部分。提高天线效率,即控制频率污染的能力是十分重要的一个环节。”朱独清认为: “我们要做的是保证射频能量在不造成任何污染的情况下进行传播,让能量到需要它的地方去,远离不需要它的地方。因此,抑制天线旁瓣和后瓣,并且通过调校电倾角来调整天线覆盖范围是相当重要的。小区越小时,其重要性越为突出, 因为倾角越大,潜在的干扰就越大。”

  在GSM网络中, 干扰影响的大小通常用载波信号(C)与同频干扰水平(I)的比值来表示,也称为C/I比值。GSM网络可接受话音质量的最小C/I值为9-10分贝。当干扰水平降低时,C/I值便增高,话音质量和网络容量因此得到改善。

  朱独清谈到,有关研究显示C/I值的提高与天线上波瓣的抑制度有关。在寻求降低干扰水平时,尽可能地对上波瓣进行抑制就成了天线设计师和制造商关注的焦点。过去,上波瓣的抑制度通常在12dB以内,而如今的目标抑制度已达到了18-20dB。RFS的Optimizer系列天线更在整个倾角范围内取得了高于20dB的抑制度。旁瓣相对于主瓣越小,天线抵御同频干扰的能力就越强。如果引起干扰的不是第一上波瓣,则可能是第二上波瓣,因此每个不需要的信号都必须尽量小。




  Smyth 也同意射频管理的第一步是对天线进行调校。他称电倾角调校功能为现代成熟网络的小区规划和管理的一大优势。以机械方式对天线波束进行倾角调校虽然易于操作,但对杂散旁瓣的辐射收效甚微,甚至会增加来自于后瓣的干扰。而电倾角调校技术能将所有的主瓣、后瓣和旁瓣倾斜至同一角度,也就是说,电倾角调校技术可在不同倾角角度对旁瓣进行辐射管理,以加强对干扰的控制。与客户的接触点——基站天线

  Smyth认为: “基站天线是运营商与客户的主要接触点。但是,让我觉得奇怪的是运营商会不惜花上数十万美元收购、开发一个基站,而对仅需数百美元投资的天线及其维护却要斤斤计较。实际上,在你未将基站建设完成、投入运行并指向用户的方向之前,你在基站上的所得为零。" 这就给网络运营商们提出了一个值得思考而又十分有趣的问题: 将现有的天线升级为更高性能的天线有什么好处?朱独清认为:“这样做可以增加网络容量,从而延缓了仅仅为满足容量需求而进行的网络升级。 "Smyth 相信,这个思路对那些追求将现有投资回报最大化的运营商来说是颇具吸引力的。 他说:“通过升级实现用较高性能的天线替代现有天线,便能够以低得多的成本获得足以应付各种变化的网络适应力,降低网络的总体干扰水平、减小掉话率、延长保持时间、提高网络利用率。”一位最近刚刚更换了全网基站设备的美国曼哈顿的运营商说:“我真希望我当时就知道这个信息,这样我就有机会去验证一下是不是只花十分之一的钱升级天线系统,就能够大幅度改善服务并提高网络的最终容量。”

  在另一方面, T-Mobile的Mende却较为审慎。他认为:“采用较高性能的天线总是有好处的。在建设新基站时,我们总是应该采用具有最好干扰抑制特性的天线,但是否替换现有天线却很难决定!”

  网络发展带来的问题

  当网络不断发展、新技术不断产生, 网络优化工作就会更频繁,而地位也就更为重要。例如: 实时视频传播等3G业务,将导致大量不可预测的小区业务负载,优化难题中又必须考虑网络覆盖这一因素。
2003年底,T-Mobile将会推出其德国 UMTS网络。Mende敏锐地注意到:“我们面临着许多挑战。因为网络动态状况不同,预计3G网络对于干扰的敏感度会比GSM网络更高。我们已从理论上进行了所有的计算。现在,是检验我们的计算与真实情况间差距的时候了。”

  对将来网络优化的预期,促使对远程天线倾角控制技术需求的增加(远程天线倾角控制技术主要是指从天线塔顶以外的其它地点对天线倾角进行控制的能力)。Smyth认为远程倾角控制有许多优点:无需租用设备登临天线塔的费用;避免了对在同一地点拥有基站的其它运营商的影响;简化了网络的重新设计中可能需要的经常性倾角调控操作。 Smyth说: “我们的目标就是让运营商能够全天动态地根据业务流量模式的变化对网络进行调整。我的设想是针对各种业务流量情况进行一整套预设值的设定,使所有的天线都能够针对某一特定的小区规划做出调整,而这一设想特别适用于 CDMA系统。”

  Mende也有着类似的设想。他设想在网络监测、规划和运行间存在着闭合环回控制。 “对网络动态状况、网络的季节性变化及每周的变化进行跟踪是很有好处的。我们可以观察业务流向,然后对这些地区进行优化。而要迅速做到这一切,我们需要实现对天线系统的远程控制。”朱独清则认为远程倾角控制是多功能、高性能天线的另一个基本特性。“首先,你需要一个能够控制旁瓣的天线;然后,你需要将其远程激活;最后,你必须能够提供可行的、最佳优化方案所需的网络管理信息。
至此可以看出,以上讨论都是基于许多国家运营商都必须面对的业已成熟的2G市场。正像本月财务报告所显示,用户增长已趋于平缓。而另一方面,在中国市场,无线蜂窝通讯仍然保持着迅猛发展的势头。无论是在何种情况下,运营商都面临这样一个问题,现有网络是否能够满足其所承载的需求,尤其是能否满足包含GPRS和EDGE业务的多样化需求。

  无论是高性能的用于控制干扰的天线,还是用于完成优化流程的先进的监测工具都已存在,而关键是要以长远的眼光看问题。新技术的实施不仅能带来立竿见影的效益,而且也为网络满足未来的需求作好了准备。下面,你该做的就是迈出你行动的第一步。



  [图片说明]:

  高性能天线的旁瓣抑制度已达到了高于20dB的水平,足以降低同频干扰。

  研究显示同频干扰与天线上波瓣抑制度间有很强的关联性。

  < RFS_network op_3.jpg>在网络优化方面,RFS Optimiser APXV系列高性能天线与Optimiser RT远程倾角控制系统(正在安装)配套,可进行严格的覆盖调整。

----《中国移动通信》

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