随着移动通信事业的发展，不断增长的网络容量的需求和有限频率资源之间的矛盾越发显得突出。于是，在原有GSM900网络的基础上启用GSM1800网络，形成了移动双频网络；GSM1800作为GSM900网络容量的补充，在网络的实际运做中开始发挥其容量的作用。为了更好地充分利用GSM1800频率资源，使之与现有GSM900网络有机结合，我们提出了GMS1800基站与GSM900基站共用BSC这个研究课题，希望通过这个课题的研究，籍此找到一个合理分配移动双频网络资源的方法。
一、 移动双频网络的现状及发展预测
目前的双频网络采用的组网方式是GSM1800和GSM900分别接入各自的BSC、MSC，但共用HLR、AUC、EIR、OMC和SMC等。其中GSM900网络共计有14个MSC 27个BSC 近500个基站实现了对全市的无缝覆盖；GSM1800网络共计有1个MSC 2个BSC 约80个基站实现对话务密集区的覆盖，用以缓解GSM900网络在上述区域的话务压力。因此我们采用的组网原则是设置成双频手机尽量使用GSM1800系统，使GSM1800网络尽量多的分担GSM900网络的话务。我们不难从今年1-9月份GSM1800网上用户登记和开机数量的变化（图一）看出越来越多的双频用户使用我们的GSM1800网络资源，从而也就证明了GSM1800网络作为GSM900网络的容量补充正在不断发挥其作用；但是这组数字也从另一方面告诉了我们这样一个事实：市区GSM1800网上登记用户由年初的5000户激增到9月份时的近45000户，有近9倍的增长，加上目前移动通信手机终端市场上各手机生产厂商更是推波助澜，基本上出售的都是双频手机（各手机生产商基本都已停止了900兆单频手机的生产），因而以后的新入网用户将基本上是双频用户，同时原有的GSM900单频用户也会有相当一部分转为双频用户。这样的GSM1800网络负荷也必将呈现快速上升的趋势。
图一：GSM1800网上用户变化趋势图
如今GSM移动通信网络已近100万，其中绝大部分是单频用户，因而现有的GSM1800网络只是分散补充话务，市区多数使用的还是GSM900网络。随着电信资费的下调以及手机零入网费和单向收费，移动通信用户将以前所未有的高速度发展，这样必将使GSM900网络的压力越来越大，特别是市区，话务量较密集，部分地区一直维持在八百爱尔兰左右，并逐步增长，且同时在GSM七期工程结束时，大部份小区已达十个载波。目前GSM900频宽为18M，使用MRP的频率模式，网络质量还能达到较好的水平。但到2003年两倍于现在的用户量的话，即使加上模拟现有6M的频带，频率资源还是会很紧张，如使用太紧凑的MRP模式，会使网络质量下降，降低用户满意度，同时每小区10个载波再扩容的余量不大。
因此通过对GSM1800网络容量进行大规模扩容，用以满足更多的用户容量需求是势在必行的。GSM1800现有10M频宽，每个小区两到三个载波，没有使用MRP。为了分利用资源，实现市区无缝覆盖，让新增的大多数双频用户大部分时间留在GSM1800网上，在某些室内或信号弱的地方才切去GSM900。五期GSM900的用户容量约137万，GSM1800的用户容量约21万，预计六期末，GSM移动通信用户将达300万，GSM900和GSM1800的用户比例为2:1，即市区有200万为GSM900用户容量，100万左右为GSM1800用户容量。
由上面可以看出，随着双频手机用户的高速增长，如何更加合理地充分利用我们的双频网络资源是摆在我们面前的一个重要课题。由于目前的GSM900网络和GSM1800网络采用的都是同一公司的设备，因而我们提出了GSM900与GSM1800基站共用BSC的课题研究。
二、 GSM900与GSM1800基站共用BSC的研究
1.GSM1800网络覆盖现状
目前所有的GSM1800基站均是与GSM900基站共站址的，具有相同的基站密集度，且绝大部分的GSM1800基站的天线方向与其共站址的GSM900基站的方向是一致的。通过路测，我们得出在市区路面GSM1800网络已经实现了连续无缝覆盖，图二是2003年7月6号进行的GSM1800单网路测图，从中可以看出在市区室外已经形成了完整的GSM1800覆盖。
2.GSM900与GSM1800信号传播衰耗比较
首先我们从理论上来预测分析比较GSM900和GSM1800无线信号的传播衰耗，在这里，我们采用Cost-231-Hata模型来进行预测：
在GSM900与GSM1800基站共站址的前提下
L900=46.3+33.0log900-13.82logh1-α(h2)+
(44.9-6.55h1)logd+Cm
L1800=46.3+33.0log1800-13.82logh1-α(h2)+
(44.9-6.55h1)logd+Cm
其中h1、h2分别代表基站、手机的高度，d代表传播路径；在密集市区时Cm=3dB，而一般市区Cm=0dB。
图二、GSM1800单网路测图
这样，L900-L1800=-10.21 dB。这说明了在共站址的情况下，理论上GSM1800的传播衰耗要比GSM900大10.21 dB 。图三是我们在实际网络中选取共站址的同方向的GSM900与GSM1800各一个小区，用双频TEMS对其BCCH进行扫频测试经处理后的信号强度对比图，图中圆点代表的是在同一经纬度上GSM900的信号减去GSM1800信号的强度差值，粗箭头为基站所在位置及方向，其中图三（1）是A基站第三方向的双频信号强度对比图，图三（2）是B基站第二方向的双频信号强度对比图。从两个图表中我们看到在远离基站覆盖的区域，一般都是GSM1800信号强度要大于GSM900的信号强度，似乎与理论值不符，其实这是由于GSM900频率复用距离太小所致，因此我们只在小区的有效覆盖范围之内进行考察，发现GSM1800信号强度普遍都是弱于GSM900的信号强度：图三（1）中，由于GSM1800天线位置较GSM900天线位置低约10米，表现出GSM900信号强度与GSM1800信号强度差值大多集中在3-10dB范围内，而从图三（2）中，由于该基站两个频段的天线位置高度基本一致，因而表现出来的GSM900信号强度与GSM1800信号强度的差值大都集中于10dB左右。考虑到GSM1800天线增益一般较GSM900天线增益高2dB，载波发射机功率基本一致，以及城市中各建筑物对无线信号的反射作用，综合考虑，实际的测量结果与理论值较相符合。
图三（1）：900兆与1800兆的信号差值图（900兆天线与1800兆天线位置高度不同，但方向和下倾角一致）
图三（2）：900兆与1800兆的信号差值图（900兆天线与1800兆天线位置高度、方向和下倾角均一致）
3.实现GSM1800基站与GSM900基站共用BSC必须具备的前提条件
在GSM标准中，Abis接口标准各厂家不统一，要实现GSM1800基站与GSM900共用BSC，前提条件必须是GSM1800基站设备与GSM900基站设备均是同一厂家的产品，目前使用的GSM1800基站设备与GSM900基站设备均是统一厂家的设备，因而不存在Abis接口不兼容的问题，因此我们完全具备实现GSM1800基站与GSM900基站共用BSC的一切软硬件基础。
4.GSM1800割接基站的选取
在了解了双频网络现状及双频无线信号的传输衰耗后，必须选取合适的GSM1800基站割接到相应的GSM900兆BSC中。由于的GSM900与GSM1800网络都已投入了正式商业运作中的网络，因此我们在进行该项课题的研究时，应以不影响现有用户的正常通信为原则。从基站割接的可操作性（包括基站电路的调配和还原以及基站数据的录入和还原）以及保持网络的稳定性等方面考虑出发，决定选取北京路、迎宾馆和大南路三个GSM1800基站割接到相应的900兆BSC中，其中前两个基站割接到D1局，后一个割接到D2局，这样我们就可以在GSM900基站与GSM1800基站共BSC情况下对GSM1800基站间及GSM1800基站与GSM9O0基站间的切换等的研究，包括INTRA BSC的切换、INTER BSC的切换和INTER MSC的切换。
5.GSM1800基站与GSM900基站共用BSC的研究计划
鉴于移动网络在九月下旬进行GSM七期工程的基站割接工作，新开三个GSM900兆的MSC，为了不影响此次工程割接工作，因此我们制定了以下的研究计划：
2003/8/26-2003/8/27：准备三个割接基站的CDD，交BSC进行数据录入的准备
2003/8/30：OMC电路组进行三个基站的传输割接，要求北京路（GSM1800基站）和迎宾馆（GSM1800基站）割接到D1局，将大南路（GSM1800基站）割接到D2局，并将相关传输位置提早通知BSC进行数据录入。
2003/8/31-2003/9/10：进行相关的双频操作测试及相关小区参数调整：包括GSM900-GSM1800之间的INTRA-BSC HANDOVER、INTER-BSC HANDOVER、INTER-MSC HANDOVER以及GSM1800-GSM1800之间的INTRA-BSC HANDOVER、INTER-BSC HANDOVER、INTER-MSC HANDOVER等的测试，同时包括双频切换次数、系统负荷等的前后比较。
6.GSM1800基站与GSM900基站共用BSC的具体研究
具备了软硬件基础后，必须对相关参数进行正确设置才能保证两个频段的基站共用BSC时设备的正常运作。
（1）系统参数的设定
A、 MSC DATA方面：HOMAPVERSION和PHASE2参数设定
HOMAPVERSION参数是指要实现移动台在不同小区间切换时系统间传送信息的协议版本，对于的移动网络，系统要求设置该参数值为2，即使用GSM标准的MAP2协议。
PHASE2参数决定BSC在BSSMAP信令层是否支持GSM phase 2错误处理的参数，一般设置PHASE2=1，即BSC支持该种错误处理。
B、 BSC DATA方面：GSYSTYPE、MODE及CLMRKMSG设定
GSYSTYPE参数指的是BSC的系统类型，对于同时接有GSM1800基站和GSM900基站的BSC，该参数必须设置为MIXED；MODE参数为BSC的频段操作模式参数，必须将该参数设置为MULTI；根据GSM标准，移动台在建立呼叫时必须将其功率级别通过CM3信息报告给BSC；由于移动台在不同频段使用的功率级别是不同的，为了实现双频手机在两种频段之间的切换，必须将CM3信息传送至MSC，这是由CLMRKMSG参数进行控制，一般设为0，即BSC无条件地将CM3信息送往MSC。只有将上述参数正确设置，才可以实现同一BSC对两种频段资源的控制和管理。
C、CELL DATA方面：包括CSYSTYPE、ECSC和MBCR等的设置
对于MIXED的BSC，由于其可以同时连接不同频段的小区，因此我们必须通过CSYSTYPE（小区的系统类型）这个参数来界定该小区属于是哪种频段的资源，其参数值包括GSM、DCS1800和PCS1900，分别对应GSM900基站、GSM1800基站和PCS1900基站。ECSC为CM3信息控制发送参数，对于双频移动台，此参数必须设置为YES，才可以完成双频操作。MBCR指的是双频网络控制双频移动台向系统发送的测试报告中每个频段所应报告的最强可识别的邻区BCCH数目，在高话务且GSM1800网络较完善的地区，该参数设为3。
D、 硬件特征参数：BAND
该参数是BSC中用来描述基站硬件特征的，必须与实际硬件特征相符，若所连基站设备为GSM900系列，该参数值为GSM；若为GSM1800系列的基站设备，则参数值为DCS。
（2）其他参数包括CBQ、CB、ACCMIN、CRO、LEVEL、LEVTHR及LEVHYST等的设置
前面已经提到目前移动双频网络采用的是GSM1800独立MSC和BSC的组网方式，从实际运作过程中我们发现，由于GSM1800无线信号的传播衰减很大，在建筑物相对密集及室内地区，存在大量的GSM1800网络覆盖弱信号区，同时我们采用的是让双频移动台优先使用GSM1800资源的组网原则，这样就必然造成GSM900网络与GSM1800网络之间频繁的局间切换和位置更新的次数，大大增加了的系统的信令负荷，因此我们在设置小区参数如CBQ、CB、ACCMIN、CRO、LEVEL、LEVTHR、LEVHYST、KOFFSET及KHYST等，就会有所顾虑，这将不能最大限度地发挥GSM1800网络的效用。我们作这个研究，将GSM1800基站与GSM900基站共用BSC，实际上就将原来大量的局间切换变为了局内切换，同时也大大减少了位置更新的次数，使得系统负荷得到减轻。在不改变现有双频网络的组网原则基础上，为了更好地让GSM1800网络吸收更多的话务，我们对下列参数进行了细致的研究：
首先，CBQ、CB参数的调整
CBQ和CB两个参数共同决定了小区的优先级别，下表列出了两个参数不同组合，适用于Phase-2的移动台;对于Phase-1的移动台，CBQ参数不起作用，即仅由阴影部分决定小区的优先级别。
|
CBQ |
CB |
Cell Selection |
Cell Reselection |
|
HIGH |
YES |
Barred |
Barred |
|
HIGH |
NO |
Normal |
Normal |
|
LOW |
YES |
Low |
Normal |
|
LOW |
NO |
Low |
Normal |
根据既定的组网原则，我们将GSM1800小区的CBQ设为HIGH，CB设为NO，而GSM900基站小区的CBQ则一般设为LOW，这样在移动台进行小区选择及重选时，就会优先选用GSM1800基站小区。
其次，对于ACCMIN、CRO参数的设置
根据GSM的规范，移动台必须进行小区选择和小区重选锁定在某一小区上进行信息交换才能接入网络。移动台进行小区选择和重选必须遵循C1和C2原则，分别是：
C1=(rxlev-ACCMIN)-MAX(CCHPWR-p,0)
C2=C1+CRO-TO*H(PT-T) 当PT≠31
C2=C1-CRO 当PT=31
公式中，黑色斜体部分为可以通过系统进行设定的参数：rxlev为移动台实际的接收信号电平，CCHPWR为系统设定的移动台接入网络时所允许的最大发射功率，p为移动台由其本身功率级别所决定的最大发射功率，一般将CCHPWR设置为与p值相同，对于GSM900其CCHPWR和p值为33dBm，而对于GSM1800其CCHPWR和p值为30dBm，TO和PT均设置为0，这样我们实际运行网络的C1和C2原则就简化为：
C1=rxlev-ACCMIN 式（1）
C2=C1+CRO 式（2）
下面就这两个原则分别介绍ACCMIN和CRO的作用和设置：
ACCMIN参数是界定移动台在空闲状态下允许接入网络所需的最小接收信号电平。现在中心市区基站的平均间距在600-800m之间，对于GSM900小区室外切换电平约为-65dBm左右，而其信号已经通过天线的下倾、功率控制等手段进行控制。另外，由于GSM1800兆频段的信号对介质的穿透能力较GSM900兆频段要弱，根据测试结果，在市区一般建筑物条件下，GSM1800系统室外和室内的信号强度差平均为20dB，而GSM900系统室外和室内的信号强度差平均为13dB；而且GSM1800系统室内信号起伏较大。可见GSM1800系统的覆盖缝隙主要存在于室内。只有移动台所接收到的信号电平rxlev大于ACCMIN时，即式（1）中C1值大于0时，移动台才可能锁定该小区。
CRO参数是移动台进行小区重选时对实际的接收信号的修正。移动台在进行小区重选时，究竟该选择哪一个小区，是根据根据移动台对不同小区BCCH强度的测量值按式（2）计算选择C2值最大的小区进行锁定。这样我们就可以很容易地通过将CRO设置为不同的值来改变小区的C2值，从而控制移动台的小区重选行为。值得注意的是移动台在进行小区重选时，首先必须满足该小区的C1值大于0。
在了解了这两个参数的作用之后，我们该如何设置其参数值呢？很显然，我们根据前面实际的测试情况，将GSM1800小区的CRO值设为10，即GSM1800小区的C2值得到20dB的额外补偿，这样就能使GSM1800小区在小区重选排队时相对于GSM900小区处于优势位置，使得移动台能优先选用GSM1800系统。对于ACCMIN，我们若一味地强调移动台应优先选用GSM1800小区，而将GSM1800小区的ACCMIN值设得很低（最低值为104，即手持移动台的接收机灵敏度：-104dBm）的话，势必造成在GSM1800覆盖较差的地区，譬如室内，其信号强度仅是刚好满足式（1）中的条件或是略大一点，由于受CRO参数的修正，系统认为该小区的信号强度足够强；这样一旦移动台在该小区发起呼叫，要么通话质量差，甚至掉话，要么切换到信号更强的GSM900小区。因此我们根据目前GSM1800网络的实际覆盖情况，将GSM1800小区的ACCMIN设置为95，较市区GSM900小区（ACCMIN一般设为99）大4dB左右，使之与CRO一起配合，使移动台在室外GSM1800信号足够强的地方尽量优先选用GSM1800系统，而在室内等一些GSM1800信号不是太好的地方由于GSM1800小区信号强度不能满足式（1）而被剔除出去，使移动台选用GSM900小区。当然，这必然会造成双频移动台进出室内时，将会进行大量的小区重选动作。
再有，LEVEL、LEVTHR、LEVHYST、KOFFSET、KHYST参数的设置
上面所讲到的CBQ、CB、ACCMIN和CRO等参数，都是针对移动台在空闲模式下来控制其行为的。当移动台在通话时，以上这些参数是不起作用的，这时必须依靠LEVEL、LEVTHR、LEVHYST、KOFFSET、KHYST等参数来完成对移动台的必要的调控。
移动台一般是在不断移动中完成通话过程的，这样就必然会存在小区间的切换，那么移动台如何去选择切换的目标小区呢？其实很简单，依然是基于比较邻近小区BCCH号强度的原则，对于ERICSSON系统，即所谓的K算法。由于实际的GSM1800信号较GSM900信号要弱，为了要让移动台在通话状态下尽量使用GSM1800小区，我们惟有类似移动台在空闲模式下的做法：将GSM1800小区设置优先级，并对其实际接收的信号强度给予适当的补偿值进行修正。
小区优先级别是通过小区分层结构（Hierarchical Cell Structures）来实现的。系统提供了三层小区结构，分别是：Layer 1、Layer 2和Layer 3，层数越低，优先级越高。我们可以通过参数LEVEL来设定小区所属的层，而LEVTHR参数是界定移动台在不同层的小区间切换时小区的信号门限值，LEVHYST参数是指信号强度的滞后值，只有Layer 1和Layer 2小区才有这两个参数。根据我们的组网原则，当然是将GSM1800小区的LEVEL设为1，给予最优先的级别，一般情况下，移动台会停留在LEVEL=1的小区层上，只有当服务小区的接收信号电平rxlev低于本身小区的LEVTHR-LEVHYST，且处于同一层的邻区均不满足切换条件时，移动台才会向高层小区切换；通常对于GSM1800小区，我们设置LEVTHR值为85，LEVHYST值为2，这对于市区基站平均站距在600-800米的情况下GSM1800小区信号在室外是较易满足的。毫无疑问，在室内等一些GSM1800网络覆盖不好的区域，移动台必然会切换到GSM900小区，这也就是说，当移动台在通话状态下进出室内时，无疑会产生大量的GSM900与GSM1800之间的切换。
对邻区接收信号电平进行适当的修正是通过KOFFSET、KHYST等参数来实现的。KOFFSET参数是采用K算法对侯选邻区进行排序时，对相应邻区接收信号电平进行修正的，而KHYST则是用来防止无线信号的不稳定而在小区边界产生乒乓切换，一般将KHYST设为3。对于每一个切换关系，都有其独立的KOFFSET和KHYST参数，KOFFSET是不对称的，即KOFFSETa→b=-KOFFSETb→a,因此我们可以适当调整GSM1800小区与GSM900小区之间得KOFFSET参数值，使得移动台能较易切换到GSM1800小区。
（3）GSM1800基站与GSM900基站共用BSC后的具体运行情况。
通过以上的测试研究，我们按照小区设计文件的设计规范，制定了三个割接基站的小区参数设计文件（即CDD，具体CDD文件资料在附表1中给出），并交付BSC组进行数据的录入，同时在电路组的大力配合下，于2003年8月30号完成了三个GSM1800基站的割接和开通工作。下面我们将通过对割接前后的STS报表数据进行对比分析，从话务变化、切换数据、位置更新、系统负荷等方面来了解GSM1800基站与GSM900基站共用BSC后的运行状况。
由于受电路割接等工作的可操作性限制，我们只是选择了三个GSM1800基站割接到相应的GSM900 BSC中来进行研究，因而我们接下来的各种情况的分析都是基于这三个GSM1800基站所覆盖的区域来进行的。
A、 话务变化
表一给出了从2003/8/23到2003/9/10北京路、迎宾馆和大南路三个站点的GSM1800和GSM900小区各自的忙时话务量：以2003/8/30为分界线，在此日期前的为GSM1800与GSM900独立MSC、BSC的话务数据；在此日期后的是已经共用BSC的话务数据。我们将这个表中的区域总话务量、GSM900小区话务量和GSM1800小区话务量用图表画出，见图四。由表一中数据及图四的折线图我们可以看出在GSM1800基站与GSM900基站共用BSC后，这三个割接站所在区域的总的话务量（包括GSM900话务和GSM1800话务）基本呈平稳态势，仅是随日期的变化以星期为单位进行周期性变化，而GSM1800小区的总话务量呈明显的上升趋势，GSM900小区总话务量则表现为下降趋势。这说明了两个频段的基站共用BSC后，按照我们既定的组网原则，是比较容易地将话务控制流向到GSM1800系统，这样就能够很好地发挥GSM1800网络作为GSM900网络的容量补充网的作用。
|
TCH |
CELLID |
8月23日 |
8月24日 |
8月25日 |
8月26日 |
8月27日 |
8月30日 |
8月31日 |
9月1日 |
9月2日 |
9月4日 |
9月5日 |
|
北京路 |
BJL1 |
19.41 |
45.74 |
43.66 |
38.84 |
31.21 |
33.21 |
33.81 |
29.89 |
30.29 |
26.5 |
24.07 |
|
GSM900 |
BJL2 |
13.53 |
17.21 |
19.05 |
18.3 |
18.32 |
19.02 |
18.15 |
24.2 |
15 |
13.46 |
13.24 |
|
|
BJL3 |
13.9 |
21.66 |
21.74 |
19.38 |
18.89 |
19.27 |
21.84 |
16.41 |
17.69 |
11.21 |
10.54 |
|
迎宾馆 |
YBG1 |
14.64 |
22.27 |
26.77 |
23.94 |
17.64 |
13.98 |
15.96 |
13.56 |
13.9 |
7.68 |
6.43 |
|
GSM900 |
YBG2 |
11.52 |
20.71 |
22.59 |
20.26 |
21.16 |
16.44 |
19.39 |
18.97 |
19.9 |
21.05 |
16.17 |
|
|
YBG3 |
5.97 |
9.66 |
12.16 |
9.49 |
8.1 |
7.79 |
10.15 |
7.8 |
8.23 |
7.58 |
6.66 |
|
大南路 |
DNL1 |
11.44 |
18.46 |
17.06 |
18.29 |
16.9 |
17.79 |
16.42 |
18.6 |
18.38 |
17.51 |
16.79 |
|
GSM900 |
DNL2 |
7.59 |
10.03 |
11.31 |
11.48 |
9.61 |
9.35 |
|
