GRRU在GSM移動通信網絡中的應用

劉 磊，潘險鋒，黃 樂（華信郵電咨詢設計研究院有限公司，浙江杭州310014）

0 前言

隨著GSM網絡建設的不斷深入、網絡覆蓋的不斷完善，現已基本實現了隨時隨地隨意通話。然而，隨著覆蓋率的大幅度提升，在網絡維護和優化工作中逐漸出現了下面一些問題。

a）信道利用率低。相同基站不同覆蓋區或不同基站不同覆蓋區域間存在著話務不均衡現象。有些基站為了應對某些時段的話務峰值，配置了很高的載頻，但大部分時間的信道利用率又很低，從而導致載頻資源的極大浪費。

b）突發性話務給網絡優化帶來壓力。突發性話務可分為3種類型。第一類是短時可預知的突發性話務（如球賽、演唱會、展覽會等），可通過應急車或基站擴容來解決；第二類是不具規律性的突發性話務（如商場促銷活動、會議等），根本無法預知何時會產生集中話務；第三類為周期性的突發高話務（如商場、飯店、酒店等），雖可預知但話務高峰時段并不長，用應急車顯然是不可能的，對基站擴容又會造成資源浪費。

c）頻率資源匱乏成了網絡優化的最大困難。通常，為應對不斷提升的話務量，不得不縮小基站覆蓋半徑、減小頻率復用距離、增加單小區載波數。而在頻率資源有限的情況下，為了滿足用戶的話務需求，也只能犧牲網絡質量換取網絡容量。

d）客觀條件限制。一些基站因某些條件（如機房/機柜空間、傳輸能力等）受限，無法實施正常擴容。

1 GRRU的原理及特性

數字光纖射頻拉遠（GRRU）系統的出現較好地解決了上述問題。GRRU系統是GSM網絡解決方案的新產品。GRRU采用軟件無線電技術，將GSM Um口信號數字化，通過光纖傳送到遠端，利用遠端射頻單元進行再生和放大，成了實現基站信號拉遠覆蓋的無線網絡覆蓋設備。GRRU將在3G中廣泛應用的RRU技術成功應用到GSM系統中，為運營商的網絡覆蓋及優化提供了最有效的解決手段。GRRU系統原理見圖1。

由圖1可知，接入控制單元（DAU）先將基站的射頻信號下變頻到中頻，然后將中頻信號處理成數字信號，通過光纖將數字信號傳送至遠端射頻拉遠單元（DRU），經遠端數字信號處理恢復到模擬中頻信號，再上變頻還原到射頻信號。GRRU采用了先進的數字信號處理和光纖傳輸技術，可實現多載波移動通信信號的遠距離傳輸和大容量、大動態范圍的信號覆蓋。

DAU和DRU間可采用星形、鏈形、環形或菊花鏈形等方式靈活組網。

GRRU系統具有如下一些特點。

a）輸出功率高。總功率輸出為60 W （48 dBm/ch），達到了宏站覆蓋效果。

b）具有上行分集接收能力。上行接收能力達到了宏站覆蓋效果。

c）對信源基站沒有干擾。具有時隙關斷功能，上行噪聲低于-130 dBm（低于自然噪聲），不會對信源基站造成上行干擾。

d）上下行完全平衡。無論級聯多少臺遠端，系統上行噪聲都低于-130 dBm，可完全做到上下行平衡。

e）支持16載波。最大支持16載波配置，可滿足現網小區載波數需求。

f）節省光纖資源。由于GRRU傳輸的為光信號，可以級聯再生且不會產生噪聲疊加，因此1條光纖可級聯多個數字光纖遠端機，采用菊花鏈形組網方式可大大節省光纖資源。

g）自動時延調整功能。能自動調整遠端間時延差，從而避免了時間色散問題。

h）安裝方便。GRRU體積小，不需專用機房和專業電網，可采用掛墻或掛桿安裝方式，業主易接受，建設速度快。

i）調測簡單。射頻信號和光信號傳輸是相互獨立的，無相互影響，調試簡單。

GRRU與其他基站設備功能比較見表1。

表1 GRRU與其他基站設備功能比較

由表1可知：GRRU在最大輸出功率、上行分集、載波數等方面的支持度與宏蜂窩相當，但對配套設施（如機房、外電）的要求大為降低，可實現經濟快速部署；GRRU在參數上具有微蜂窩無法達到的技術優勢；GRRU具有上行干擾小和普通直放站所不具備的上行分集及話務調度功能。

2 GRRU的應用場景

2.1 話務分流

2.1.1 密集商務區話務調度

在密集商務區（如大城市中心商圈）寫字樓、商場林立，室內分布小區密集，小區忙時分布比較分散，不同時段話務不平衡問題凸現。

圖1 GRRU系統原理

a）寫字樓區域的話務量白天高晚上低。

b）住宅區、城中村的話務量白天低、晚上高。

c）餐飲及娛樂場所（如體育中心）每天都有固定的話務高峰，其他時間的話務量很低。

d）寫字樓的話務量從周一到周五較高，而商場、購物中心周末的話務量較高。

對上述地區的室內分布系統進行信源合并比較適合，以錯峰吸收話務、提高信道利用率、抗擊突發話務的沖擊。

2.1.2 提高空閑基站利用率

像會展中心和體育館這些場所，每年使用次數有限，載波資源平常被閑置，而其周邊的市民休閑娛樂場所話務要求高，可采用GRRU將會展中心和體育場的資源利用起來，以提高空閑載波的利用率。

2.2 建站困難的區域使用

隨著業主電磁輻射保護和城市美化意識的不斷提高，使得越來越多的區域無法建設基站。鑒于GRRU設備具有體積小、易安裝、隱蔽好等特點，并具備宏站覆蓋能力（如輸出功率大、上行分集、載波容量大、無上行干擾及上下行平衡等），因此在這些區域完全可由GRRU代替宏站的覆蓋。

與宏蜂窩覆蓋相比，GRRU具有如下優勢。

a）減少物業談點難度。設備體積小，安裝方式多樣，無需配套設施，便于隱蔽。

b）能加快工程建設進度、縮短設備投產時間。

c）能大大節約網絡建設投資。

2.3 專網覆蓋

由于高速公路和高速鐵路區域的車速較快，有可能會產生位置更新和小區切換頻繁現象，從而發生信令擁塞和掉話等問題。采用GRRU就可以將1段區間設為同一個位置區，從而減少位置更新和切換次數。

在這種場景下，GRRU的優勢將體現在2個方面。

a）在高速公路和高速鐵路等狹長地帶實施專網覆蓋，充分利用GRRU設備的優異組網能力，且遠端機采用菊花鏈形組網方式進行級聯連接，就能大大節省光纖資源并方便施工。

b）由于高速鐵路車速很快（如超過250 km/h），所以相鄰2臺遠端機間的重疊覆蓋區域要求較大。采用普通光纖直放站很容易出現由時延色散引起的通話質量問題，而GRRU設備的時延自動調整功能能很好地避免這一問題。

2.4 村通工程

村通工程具有廣域覆蓋、話務量低、配套的基站小區信道利用率低等特點。采用GRRU取代一些信道利用率低的基站小區，能有效地提高信道利用率、節省基站及其配套設施投資。

2.5 城中村覆蓋

城中村建筑密集、信號衰落嚴重，須建分布系統進行覆蓋，且所需遠端數量較多。采用GRRU覆蓋城中村時，不僅具有宏站的覆蓋功率大、上行分集等能力，還可減少遠端數量，并具有噪聲抑制功能。多臺遠端級聯上行噪聲仍低于-130 dBm，且上下行保持平衡（多臺模擬載波池級聯必會產生噪聲疊加或上下行不平衡，從而造成干擾信源小區或單通、掉話等異常現象）。

另外，城中村還可能會存在私裝直放站。私裝直放站的上行噪聲、交調等指標極低，會嚴重干擾信源小區。GRRU具有噪聲抑制功能，可抑制私裝直放站的上行干擾，保證信源小區的覆蓋效果。

3 GRRU應用條件及限制

3.1 設備參數的限制

目前，主要廠家的GRRU性能相近。其系統支持900 MHz頻段，每套遠端分布系統最大可配置16個載波；每個遠端機的最大輸出功率為48 dBm；每系統最大的1個近端機可帶4個遠端機，1個遠端機可再級聯5個擴展遠端機，即最多可帶24個遠端機。

3.2 光路長度的限制

因GSM受限于時間提前量（TA），故光纖拉遠距離也受限。在單時隙模式下，1 TA=3.69 μs，所以最大時延為 63×3.69=233（μs），單向最大時延為 116.5 μs。因光纖傳輸時延為無線空間時延的1.5倍、設備的時延為 5 μs，系統允許的傳輸光程應為（116.5-5）/1.5/1 000/1 000×30 0000=22.3（km），所以遠近端距離一般不宜超過20 km。

3.3 網絡結構和頻率規劃的限制

采用GRRU的拉遠組網方式時，局部網絡結構將發生變化。由于網絡處于動態狀態，故對頻率規劃提出了更高要求。被調度的小區，使用的頻點既要滿足原覆蓋區域的頻率規劃要求，又要滿足調度目標區域的頻率規劃要求，因此在頻點的使用上需更加慎重。在GRRU的調用中，應盡量避免跨BSC、跨LAC小區間的調用，以降低對現有網絡的影響。另外，為了避免重疊覆蓋區域的時間色散，選擇的施主信源不能與DRU有重疊覆蓋區域。

3.4 調度小區參數的重新修正

作為被調度的小區，為適應調度目標區域的網絡環境，需對原小區的網絡參數設置進行重新修正。即將目標區域的相鄰小區加入BA表，并根據目標區域特點進行具有針對性的參數修正，使之不僅能適應原覆蓋區域的網絡環境，還能保證調度目標區域的正常通話。因此，設計GRRU時應綜合考慮傳輸資源、頻率規劃、小區參數和網絡結構等方面的影響。

4 投資效益分析

GRRU系統的價格一般為8萬~12萬元，配置不同價格也有所不同。下面將對GRRU與新建宏站、新建微蜂窩及載波擴容等3種方案的投資效益進行比較。其中：在與新建站、新建微蜂窩方案比較時，GRRU都考慮了相同的載波建設成本，所比較的只是配套設備投入；在與載波擴容方案比較時，GRRU利用現網空閑資源，不需增加載波投入。

4.1 與新建宏基站比較

a）建設內容。GRRU系統避免了機房配套（含電源、機房裝修、空調）投資，增加了GRRU設備，而其他投入（如傳輸、基站主設備、天饋線等）2者則是相同的。使用GRRU系統時，選址難度較小，不需要專用機房，建站周期短，能在短時間內及時解決網絡問題。

b）建設成本。新建1個宏基站的配套（不含傳輸）投資平均需20萬元以上。與其相較，GRRU系統可節省大量投資。

c）效果差異。2者覆蓋能力基本相同，新建站有較好的機房環境及動力保障，運行比GRRU系統穩定。

4.2 與新建微蜂窩比較

a）建設內容。2者的配套建設相同。GRRU系統除本身設備外，還需增加基站載波。

b）建設成本。新建1個4載波配置微蜂窩基站的投資約為12萬元，而GRRU系統除擴容載波的12萬元外，還需8萬~12萬元的系統費，因此采用GRRU系統會比微蜂窩方案增加一定的投資。

c）效果差異。GRRU系統可有效地進行資源調度，投入的載波可在本地和遠端調度；GRRU輸出功率大，覆蓋能力優于微蜂窩，可用于室外較大區域覆蓋。

4.3 與直接擴容比較

a）建設內容。直接擴容只需增加載波板和少量基站配件，而GRRU則利用原富余載波，不需增加載波，但需安裝GRRU設備。

b）建設成本。直接擴容1個載波的投資約為3萬元，因此當需擴容3載頻以上時，GRRU可節省投資、提高閑置載波利用率。

c）效果差異。GRRU可有效地提高載波資源利用率，達到擴容目的，但運行不如直接擴容穩定。

從以上比較可知，GRRU系統的優勢主要在于配套資源的節省和空閑載頻資源的有效利用。在當今配套資源越來越貴的情況下，應用GRRU系統可以節省大量投資；同時，空閑載頻的充分利用對提高網絡資源利用率和經濟效益都有重要的現實意義。

5 結束語

近些年來，電信運營商關注的網絡深度覆蓋和資源優化整合催生了GRRU。GRRU是近年來GSM無線網的新技術之一，并深受電信運營商的關注。GRRU借鑒3G射頻拉遠設計思路，在GSM直放站基礎上采用射頻信號數字化傳輸技術，擴大了其應用范圍，為GSM無線網絡的覆蓋添加了補充手段。

［1］郭梯云，鄔國揚，李建東，等.移動通信［M］.4版.西安：西安電子科技大學出版社，2006.

［2］湯云峰，柳延強，宋曉峰，等.市區復雜無線環境下的高速鐵路GRRU 專網方案探討［J］.移動通信，2008（11）.