移動網絡基站載頻資源智能調配技術的研究

陳海明

（廈門特力通信息技術有限公司，福建 廈門 361009）

移動網絡基站載頻資源智能調配技術的研究

陳海明

（廈門特力通信息技術有限公司，福建 廈門 361009）

移動通信網絡基站存在載頻資源大量閑置、載頻利用率低的情況，根據網絡覆蓋場景的不同，如錯峰、互補等，采用基站資源智能調配的方法，可盤活閑置的載頻資源、提高載頻利用率、提升網絡覆蓋效果。

移動網絡 載頻資源 載頻利用率 智能調配

1 引言

目前，各大移動運營商把工作重點和網絡建設投入均放在LTE（Long Term Evolution）網絡上，對于2G網絡而言，其將面臨著投資萎縮的現象。主要表現在新開站點缺乏載頻、日常擴容依賴于拆閑補忙等方面。在這種形勢下，2G網絡壓力較大，其既要應對攀升的話務壓力，又要應對多項KPI指標壓力。因此，如何挖掘2G網絡內部空閑的載頻資源、有效提升載頻利用率，已成為當前2G網絡維護工作的重要內容。

2 現網載頻資源利用率規律

從現網來看，每個基站的載頻利用率都呈現一定的波動規律[1]，具體如圖1所示。

從日常的話務量統計來分析，每個小區的話務量都是一個有規律的時間函數，其波動周期以天為單位（如圖1所示）。波動幅度也是一個周期函數，周期一般以周為單位。

雖然周期基本一致，但不同小區的話務量分布不同。例如在以天為周期的變化上，寫字樓區域的話務量白天高、晚上低，住宅區則是白天低、晚上高。又如在以周為周期的變化上，寫字樓區域星期一到星期五話務量較高，旅游景點周末話務量較高。

由此可見，在各個時間段上，不同類型的小區有不同的資源需求。目前的設計思路是按照小區的最忙時來設計容量，這不可避免地造成了一定的資源浪費。如何重新利用這些被“浪費”的資源、如何在各個小區間進行資源調配，這一直是網絡優化工作研究的重點。

網絡優化的資源調配工作，由于涉及到硬件的調撥（即拆閑補忙），目前的調整周期比較長，無法迅速實現載波設備的調配。因此，目前這部分工作主要針對一些話務長期穩定的變化，可操作的調度最多只能做到以天為單位的調度，實際生產中只能做到以周為單位的調度。如何做到根據話務的實時變化進行調整，這是網絡優化工作研究的重中之重。

圖1 24小時載頻利用率按一定規律波動示意圖

3 載頻資源調配的實現

3.1 智能調配技術概述

當需要新增一個覆蓋區（如A覆蓋區）時，傳統的方法是在A覆蓋區新建一個基站進行覆蓋。如果每個新增覆蓋都采用傳統方法，勢必造成載頻資源的浪費。載頻資源智能調配方案是從后臺話統服務器（如O SS[2]服務器）篩選出載頻資源有富余的幾個小區，將這幾個載頻資源有富余的小區調配到A覆蓋區使用，達到A區的覆蓋效果，同時盤活了其他載頻有富余小區的載頻資源。基站載頻資源調配示意圖如圖2所示。

如從OSS（Operation Support System）服務器篩選出2個相互錯峰的B小區和C小區。B小區覆蓋寫字樓小區，話務量主要集中在白天；晚上時段，載頻幾乎處于空閑狀態。C小區覆蓋KTV小區，白天幾乎沒有話務需求，話務量主要集中在晚上。系統可以實時判斷B小區和C小區的話務忙閑狀態。如在白天，系統判斷B小區忙、C小區閑，此時系統將C小區的載頻資源自動調配到A覆蓋區；在晚上，系統判斷B小區閑，而C小區忙，此時系統將B小區的載頻資源自動調配到A覆蓋區。

3.2 智能調配原理描述

智能調配方案由硬件和軟件2部分組成。其核心部分為軟件，硬件只是起到輔助的作用。硬件由近端單元、遠端單元和監控單元組成。

智能調配是利用一套軟件自動連接到核心網交換機，并實時登錄到BSC（Base Station Controller）網元[3]，采集指定扇區的載頻資源的利用情況，然后進行計算分析，形成調配指令。服務器再把調配指令發送到近端單元上，近端單元根據指令，從符合條件的基站扇區耦合出部分射頻信號，傳輸到遠端單元。經過遠端單元的線性放大后，經天線發射出去，實現載頻資源在不同小區之間的智能調配。

圖2 基站載頻資源調配示意圖

3.3 智能調配實現的關鍵技術

（1）智能調配的切換過程

在智能調配的過程中，覆蓋區會存在小區間切換的過程。如B小區信號切換成C小區的信號，C小區信號切換成B小區的信號。在切換過程中，必須設計好切換算法，并處理好切換過程，否則會出現大量掉話現象。根據基站功率控制原理[4]來設計切換算法是比較理想的方法。切換過程如下所示：

1）網管實時采集B小區、C小區的載頻利用率數據，然后根據預先設計的切換閥值進行對比分析，判斷是否滿足切換條件。如果滿足切換條件，那么系統立即發起切換流程。

2）近端單元收到切換指令。假設當前A區域由B小區提供信號覆蓋，則由B小區信號切換成C小區信號覆蓋A區域，此時近端單元將開啟電子開關，引入C小區的信號。

3）近端將指令下發到遠端，遠端單元開啟旁路功能，將C小區的信號引入A區域。此時，在短時間內B、C兩個小區的信號共同對A區域進行覆蓋。旁路功能主要由功分器、選頻器、寬帶步進衰減器、合路器共同實現。C小區的信號走功分器、選頻器、合路器組成的支路通道，B小區的信號走功分器、寬帶衰減器、合路器組成的支路通道。

4）遠端再以每秒2dB的速度逐步調整旁路功能的寬帶衰減器（即B小區走的支路通道）。逐漸降低B小區在A區的信號電平，直至B小區信號低于C小區信號電平6dB以上后，用戶終端會根據接收到的來自不同小區的信號電平，自動觸發功率切換。此時繼續衰減B小區的信號電平，直至衰減31dB以上，B小區徹底退出A覆蓋區。

由此可見，電子控制開關、旁路設計、功率逐步衰減是整個切換過程的關鍵設計內容。

（2）電子控制開關

給近端機安裝自動切換的電子開關，可以實現將射頻信號按要求輸送到遠端或是輸送到RFL（Radio Frequency Load，射頻負載）。電子控制開關由安裝在近端的監控板控制，當需要將BTS信號輸送到遠端時，電子開關打開；當不需要輸送BTS信號時，切斷電子開關，充B TS耦合的信號直接由射頻負載吸收。

（3）如何判斷小區的載頻利用率

要實現基站載頻資源的智能調配，就必須清楚相關基站載頻的實時占用情況。從話統OSS數據庫是無法獲取實時動態參數的，因為OSS數據庫的數據滯后現網1小時。只有獲取實時動態的載頻時隙占用信息，才能實現有效的實時智能調配。

獲取基站載頻的動態實時數據，只有一條途徑，即主設備廠家提供的人機交互接口。如諾基亞提供的OMC-R、摩托羅拉提供的MMI（Man-Machine Interface）。人機接口命令是GSM基站子系統的重要功能模塊，它是工程師與GSM基站子系統溝通的“語言”。通過人機接口命令可以對系統進行管理與維護，獲取基站每塊載頻的所有時隙的實時狀態。

具體方法是：網管中心通過交換機并取得相應的授權后，通過telnet[5]遠程登錄到網元BSC，然后根據基站主設備廠家提供的人機接口命令，查詢指定扇區的載頻時隙狀態，再根據計算公式——載頻利用率（%）=100*已用時隙數/總可用時隙數，計算得到載頻利用率。

諾基亞設備查看載頻時隙用到的OMC-R指令為ZERO，格式如下：

......中間部分省略，輸出結果如表1所示。

其中，RTSL表示時隙序號，CH.STATUS表示信道狀態，有ID、FR、HR、GP這4種狀態類型。ID表示空閑時隙、FR表示被用戶占用的全速率信道（計算時要按2個信道計算）、HR表示被用戶占用的半速率信道、GP表示被GPRS用戶占用的數據信道。載頻利用率的計算公式為：

摩托羅拉設備查看載頻時隙用到的MMI指令為disp_cell_status，它顯示特定小區或某個站所有小區的狀態。可以看到小區工作狀態、SDCCH及TCH的配置和占用情況。命令格式如下：

disp_cell_status cell=＜cell_desc＞|＜location＞

若輸入＜cell_desc＞，則顯示指定CELL的工作狀態；若輸入＜location＞則顯示指定站上所有小區的工作狀態。

例如，以下命令可顯示0號站上所有CELL的工作狀態：

表1 諾基亞設備ZERO指令輸出的結果

disp_cell_status 0

系統響應

Start of Report for LOCATION 0:

......中間內容省略，輸出結果如表2所示：

表2 摩托羅拉設備disp_cell_status指令輸出結果

從表2可以看出，時隙的狀態有3種，分別為FREE、INUSE和UNAVL。FREE表示空閑的時隙數量、INUSE表示已被占用時隙數量、UNAVL表示無效時隙數量。載頻利用率的計算公式為：

4 試驗結果

（1）試驗場景描述

覆蓋某商業大樓的基站為O2配置，話務繁忙出現在白天，晚上幾乎沒有話務。該基站全天載頻利用率都較低。覆蓋某娛樂城的基站也為O2配置，話務繁忙出現在晚上，忙時開啟半速率后，依然存在擁塞問題，而白天幾乎沒有話務。這兩個場景的話務模型正好形成錯峰。由于這兩幢樓的話務高峰正好錯開，試驗期間，可采用網絡資源智能調配方案，從商業大樓室分基站動態調配載頻資源到娛樂城，解決娛樂城的擁塞問題。

（2）試驗方案

從商業大廈室分基站（O2）的射頻輸出口，通過耦合器耦合0dBm左右的信號。通過近端單元，采用光纖進行傳輸，再由遠端單元放大，與娛樂城室分基站合路后，一起覆蓋娛樂城。試驗方案拓撲圖如圖3所示。

通過軟件采集來分析商業大廈和娛樂城這兩個基站的載頻實時利用情況。當娛樂城基站載頻利用率達到80%以上，且商業大廈基站的載頻利用率小于50%時，將商業大廈基站的載頻資源動態調配到娛樂城，協助娛樂城基站一同進行覆蓋。

（3）試驗結果

術前準備:備好負壓吸引器、氧氣、氣管插管等搶救用品及藥物。患者術前需要排空膀胱,護士要給予指導,準備完成后進入取卵室,核對患者信息,確認簽字無誤,這部分工作由三方人員完成,巡回護士、手術醫師及實驗室人員,之后即進入手術過程。

兩個基站開通前后的話務量變化曲線圖如圖4所示。

從圖4可以看出，兩個基站在開通前后，話務量均發生了變化。商業大廈基站吸收了部分娛樂城場景的話務量，日均話務量上升，每天增加45Erl左右，這就解決了娛樂城基站的擁塞問題。試驗效果明顯，達到了載頻資源智能調配和話務分流的效果。

圖3 試驗方案拓撲圖

5 結束語

通過后臺軟件實時判斷指定小區的載頻利用率，再結合射頻硬件，從而實現了基站間載頻的智能調配。通過該方法，盤活了網絡中閑置的載頻資源，有效提高了網絡的載頻資源利用率。該方法解決了當前2G投資萎縮、缺乏載頻，既要應對攀升的話務壓力，又要應對各項KPI指標的難題，同時該方法能夠給運營商帶來極大的經濟效益，使網絡質量和客戶感知度都能夠得到顯著提升。

圖4 兩個基站開通前后的話務量變化曲線圖

[1] 張威. GSM網絡優化——原理與工程[M]. 2版. 北京: 人民郵電出版社, 2010: 20-45.

[2] 3GPP TR 25.942 V6.1.0. Radio Frequency (RF) system scenarios[S]. 2012.

[3] 3GPP TS 48.051 V10.0.0. Base Station Controller - Base Transceiver Station (BSC-BTS) interface[S]. 2011.

[4] 劉良華,代才莉. GSM基站系統運行與維護[M]. 北京: 科學出版社, 2012: 30-50.

[5] 馬坤,楊波. Telnet協議在網管系統中的應用[J]. 信息技術與信息化, 2006(4): 125-127.★

陳海明：工程師，畢業于北京林業大學，現任職于廈門特力通信息技術有限公司，長期從事移動通信工作，對網絡建設、網絡優化以及網絡設備設計開發有較深的了解和研究。

金光：寧波大學信息科學與工程學院教授，主要研究方向為網絡與移動計算、信息安全。

江先亮：博士研究生就讀于浙江大學計算機科學與技術學院，研究方向為網絡與移動計算。

Research on Intelligent Allocation Technique of Carrier Frequency Resource in Mobile Network Base Station

CHEN Hai-ming
(Xiamen TETECOM Information Technology Co., Ltd., Xiamen 361009, China)

In view of large amounts of vacant and underutilized carrier frequency resources in mobile network base station (BS), these frequency resources can be reused by means of intelligent allocation method of BS resource according to different network coverage scenes including off-peak and complementation to enhance both carrier frequency utilization and the effect of network coverage.

mobile network carrier frequency resource carrier frequency utilization intelligent allocation

10.3969/j.issn.1006-1010.2015.07.013

TN929.53

A

1006-1010(2015)07-0061-05

陳海明. 移動網絡基站載頻資源智能調配技術的研究[J]. 移動通信, 2015,39(7): 61-65.

2014-12-18

責任編輯：劉妙 liumiao@mbcom.cn