华为公司无线网络规划部 王一婷
I. 概述
经过几年的建设和发展，目前国内两大运营商的GSM网络在城区、县城的覆盖已比较完善，但在郊区、乡镇、农村和一些道路以及城市室内、地下室等仍存在诸多的覆盖盲区和弱信号区，这些地区也就是称之为“边际网”的地区。在边远地区的GSM网络建设主要是解决覆盖问题，而在城市热点地区的建设则着眼于提高容量和质量。无论从提升运营商核心竞争力和品牌形象，还是从增加运营收入、发展用户的角度来看，边际地区的网络建设已经成为运营商发展的战略重点之一。 针对边际网，运营商各自出台了各种措施来大力发展边际网，提出了“补充、完善、优化、提高”的建设思路，并把加强ＧＳＭ网络覆盖的广度、深度和质量作为网络建设的重点。
通常我们所说的边际网的定位包含两层含义：第一层是从广度覆盖的角度讲，主要是指城市郊区、县城、乡镇、风景点、公路、铁路等低话务地区；第二层是从深度覆盖的角度讲，主要包括城市室内、地下室内等热点地区。
II. 边际网建设思路
实践表明边际网的建设与传统模式的网络建设存在很大差异性，主要体现在建设模式和建设方案两个方面。
在建设模式上，GSM网络发展到目前的阶段，已经由集中建设时期向“优化、完善”时期过渡。这就需要采取按需建站的方式，哪里需要覆盖就在哪里加站，什么时候需要覆盖就什么时候加站，以本地网为单位，每本地网设置一个BSC作为“移动接入网”的接入点，随时需要，随时加站，随时开通，随时优化。
在建设方案上，对于城市热点地区和边远地区应该采用不同的思路和设备建网。在城市地区应着眼于提高网络质量和容量，不对现有网络进行大的搬迁和调整，保持网络的稳定性，以丰富的业务(含移动数据业务)作为吸引高端用户的主要手段。边远地区则应以网络覆盖为重点，兼顾容量，以话音业务为主，充分吸收用户。
总之，边际网的建设思路是：广覆盖、低成本、高速度。在建设时应该与城市地区网络扩容建设区分开来，在降低边际网建设成本的同时，降低城市主体网络的扩容成本。因此符合边际网的建设思路有两个方向：一是采用能够最大幅度简化配套设备要求的主设备建网，这是因为简化对配套设备要求，既可大幅度降低边际网整体建网成本，又可以降低建设难度，缩短建设周期；二是采用单站覆盖面积大的设备建网，减少站点数，这是因为减少了站点即减少了投资，同时可以加快建网速度，降低维护难度。
对于室内覆盖可以有多种办法解决，由于华为微蜂窝发射功率较大，对面积较小的区域，可以直接使用内置天线来实现覆盖，无需建设费时费力的室内分布式天线系统；对于中大型建筑，推荐尽量使用内置天线和小型外置天线；大型、特大型建筑可以利用华为微蜂窝接入到大楼的室内分布式天线系统。
本文着重于介绍边远地区的边际网建设规划优化的思路。
III. 边际网规划思路
边际网规划思路有别于传统网络规划的一点在于，边际网的规划立足于对现有网络的优化的角度出发，在全面了解现有网络覆盖和容量情况下，确定边际网络的覆盖区域及要求。并对现有网络话务统计分析，定量了解话务分布，收集用户信息，为确定站型寻找科学依据。在边际网络的规划中，对基站业务区的发掘和规划也显得尤为必要。
边际网的特点主要是小容量、广覆盖。应在保证网络质量的前提下，针对不同业务区、不同地形、不同用户的特点进行网络规划。 根据边远地区特点，边际网在站址规划、设备选择、站型确定和天线选型上都会有不同的考虑，边际网基站根据目标业务区来区分大致可分为公路、铁路基站、郊区基站和村镇基站；根据所处环境来区分又分为平原环境、丘陵环境、山区环境、近海环境与荒漠环境。
A. 不同的目标业务区
1. 公路、铁路基站
该应用环境下话务量低、用户高速移动，重点解决的是覆盖问题。公路覆盖与一般城镇或乡村的覆盖有着较大区别，一般来说它要实现的是带状覆盖，故公路的覆盖可采用双向小区，在穿过城镇，旅游点的地区也综合采用三向、全向小区。不同的公路环境差别很大， 如道路所经过的地形往往复杂多变，有平原、高山、树林、隧道等，还要穿过乡村和城镇，所以对其无线网络的规划及天线选型时一定要在充分勘查的基础上具体对待各种道路，灵活规划。
1.纯道路覆盖
纯道路覆盖，即无人居住的山区、沙漠中的重要等级公路。在话务量很少的情况下，为减少基站数量，降低建设成本，要求覆盖距离应尽量远。对这种无线覆盖区域，当采用O1站型时，采用地形匹配天线是最理想的。如八字形的变形全向天线可以增加需要覆盖方向的增益（在最大方向上增益约增加3dB），减少公路两旁无用户区的覆盖能量。这种天线的站址选择很重要，公路的延伸方向应与天线方向图匹配。因为信号进入车内的衰减比进入建筑物内的衰减约小一半，所以对于纯粹的公路覆盖或其它无建筑物覆盖可以不考虑采用预置下倾角天线以预防塔下黑现象。 而当在公路拐弯的地方建站覆盖公路时，推荐S1/1站型，采用高增益定向天线，可增加覆盖距离并达到更好的覆盖，天线方向角指向覆盖目标即可。这时需注意定向天线的前后比不应过高，因公路覆盖时，基本上都是面向快速移动用户，当基站采用两小区进行覆盖，若天线的前后比太高，则容易导致由于两小区的交叠深度过小，不利于切换的正常进行。
2.途径郊区、乡村的道路覆盖
沿途经过郊区、乡村的高速公路、铁路、国道、省道的覆盖，对于同时存在的覆盖要求和一定的话务容量需求，可适当考虑在公路附近选择高处建站，以兼顾道路和乡村。可能的站型有O1、O2、S1/1等，或者也会用到全向加定向等特殊站型。采用的天线可选用全向天线、变形全向天线（如210度心形天线）、定向天线。尤其当选择全向天线时，需根据站址与覆盖目标地区的高度差与视距角度来选择预置电气下倾角度。一般情况下是在满足覆盖区域内良好信号的前提下，尤其应避免“塔下黑”现象，尽可能的达到更好的覆盖效果。需注意的是，由于预置下倾角会影响到基站的覆盖能力，所以在以覆盖为主的地方建议选用不带预置下倾角的天线。但天线挂高在50米以上且近端有覆盖要求时，可优先选用零点填充（大于15%）的天线，或者选用带预置下倾3到5度的天线。
另外，公路附近基站站址的选取除优先考虑高处建站外，还应综合考虑传输、电源是否就近，电源供电是否可靠；高山基站还应考虑能否实现良好的防雷等。对于铁路沿线基站站址的选取，可利用已有的铁路无线列调系统的中继站站址，这类站址的位置大多在车站内，电源、传输等配套设备较易实现。
2. 郊区基站
郊区的应用环境介于城区环境与农村环境之间，有的地方可能更接近城区，基站数量不少，频率复用较为紧密，这时覆盖与干扰控制在站址确定、站型选择和天线选型时都要考虑。而有的地方可能更接近农村地方，覆盖成为重要因素。基站站址的选取主要选择村镇内相对较高的楼房或地势较高的制高点，也可考虑自建铁塔（一般要求塔高在50m左右），以达到较大范围的覆盖。这类覆盖区基站一般不用过多考虑传输和电源问题。综合考虑周围基站的多少与将来的扩容潜力来选择站型，考虑到将来的平滑升级，所以一般不建议采用全向站型，可采用S1/1/1等站型。可根据需要的覆盖面积来估计大概需要的天线类型。根据情况选择水平面半功率波束宽度为65 °的天线或选择半功率波束宽度为90 °的天线，当周围的基站比较少时，应该优先采用水平面半功率波束宽度为90 °的天线。是否采用预置下倾角应根据具体情况来定。从覆盖角度来讲，即使采用下倾角，一般下倾角也比较小。
3. 村镇基站
村镇覆盖时基站站址的选取比较容易。一般村镇内的用户相对比较集中，村镇周围的用户分布较分散，并且村镇的周围都有公路经过，覆盖也是最关注的问题。可选择村镇内相对地势较高的制高点，以达到较大范围的覆盖。站型的选取要综合考虑该村镇的话务强度，公路上的漫游用户对话务量的贡献。若村镇周围的地势平坦，村镇有发展潜力，则可选取S1/1/1站型，在实现广覆盖的基础上为将来的基站扩容留有一定的余地；若用户不多，发展潜力不大，有公路经过，可选用S1/1站型，加强对公路的覆盖。 针对山区和丘陵地带不发达的乡镇或村庄，此时乡村往往就在某条省道或国道附近，需结合覆盖附近的公路。推荐在乡村和公路的结合部或村镇口建站，采用S2/1站型，用S2覆盖乡镇及一边公路，S1覆盖另一边公路。也可采用O＋S站型。 因地理环境差别很大，站型可根据实际情况灵活配置。在偏远地区，基站很广的半径内分布零散用户，话务量较小。需要区分不同的用户分布、地形特点来进行基站选址、选型、选择天线。
B. 不同的地形环境
地形对于传播有很大的影响，一般分为平原、丘陵、山区、近海和荒漠几种情况。
1. 平原环境
受到不同地形的影响，基站覆盖距离并不能反映基站设备本身的性能。且各种丘陵、山区等地形千差万别，所以在一般情况下，我们以平原做为覆盖距离预测的主要参考地形。平原的标准概念是理想开阔地形。这里参照的是Okumura-Hata传播模型。
根据下面的公式可分别算出有效无线辐射功率EIRP和覆盖距离，
EIRP=10×log(Pbt/0.001)-Lf×0.047-Lcb+Gab
d=10^((EIRP-Pr-69.55+9.94-26.16×logf+13.82×log H )/(44.9-6.55×log H ))
其中，Pbt：基站TRX输出功率（单位W）、Lf：馈线长度、 Lcb：合路器损耗、Gab：基站天线增益（dBd）、d：覆盖距离、EIRP：有效辐射功率、Pr：接收门限、f：频率、H：基站天线高度。其中，门限和频率相对固定，有效辐射功率和天线挂高改变比较容易。当有效辐射功率增加n dB时（比如损耗减少 n dB），覆盖距离增加值⊿=新覆盖距离/旧覆盖距离＝10(a+n)/b/10a/b ＝10n/b，仅与天线高度H和EIRP增加值有简单的数学关系（其中b=44.9-6.55×log H）。可以看到损耗减少1dB，覆盖距离增加约6-7%。应该注意，这些数值是理想平原情况下的理论计算结果，实际效果逊色于此值。由于实际情况下影响覆盖距离的因素较复杂（比如地形、跳线损耗等），预测结果仅做参考。在确定站点的设备选型与天馈配置时，可以利用理想平原地区覆盖结果，结合站点的实际情况和覆盖要求，选用最合适的基站设备和天线型号。
在平原地带，周围地势平坦而宽阔，对于有发展潜力的村镇建议选择宏蜂窝基站。根据用户量选择O1或O2站型。对于偏重解决覆盖问题的地区，从成本角度考虑，则可选用室外型小基站。
可根据地形对于天线极化方式进行选择，垂直单极化天线与双极化天线比较而言，从发射的角度来看，由于垂直于地面的手机更容易与垂直极化信号匹配，因此垂直单极化天线会比其他非垂直极化天线的覆盖效果要好一些。特别是在开阔的山区和平原农村就更明显。而从接收的角度，在空旷的地方由于信号的反射较少，信号的极化方向改变不大，采用双极化天线进行极化分集接收时，分集增益不如空间分集。所以在有较多反射信号的丘陵、山区等环境下，更适宜选择双极化天线。
2. 丘陵、山区环境
山区应用环境特点：在偏远的丘陵山区，山体阻挡严重，电波的传播衰落较大，覆盖难度大。基站或建在山顶上、山腰间、山脚下、或山坳里的适当位置。需要结合不同的用户分布、地形特点来进行基站选址、选型、选择天线。以下这几种情况比较常见的：盆地型山区建站、高山上建站、半山腰建站、普通山区建站等。在盆地中心选址建站，如果盆地范围不大，推荐采用全向站型；如果盆地范围较大，或需要兼顾到某条出入盆地的交通要道，推荐采用S1/1/1或O＋S的站型。普通地形起伏不大的山区，推荐采用S1/1/1站型，尽量增加信号强度，给信号衰减留下更多的余量。 当半山腰建站，基站天线的挂高低于山顶，山的背面无法覆盖。建议使用定向小区，建议用半功率角较大的天线（如210度天线），覆盖基站所在山坡一侧，原则是天线方向图尽可能与覆盖区匹配。
对此类地形下的基站天线选择要综合考虑站高、地势等因素。比如，有时受制于微波传输的因素，必须在某些很高的山上建站，此时天线离用户分布面往往有150米以上的落差。如果覆盖的目标区域就在山脚下附近，且地势位置相对较低，则应选择垂直半功率角较大的方向图，更好地满足垂直方向的覆盖要求，并考虑配以带预置下倾角的全向天线，使信号波形向下，避免出现“塔下黑”的现象。天线的极化方式上适宜选取双极化天线以获得较理想的分集增益。
通常实现山区村庄、公路的覆盖有两种方案：建宏蜂窝高山站或沿路建小基站。对于公路迂回在交错且高度差别不大的山丘间，即使建宏蜂窝基站于某高山顶，下行信号也势必受到地形地貌较大的影响，从而影响依山而建的公路覆盖。这样，宏蜂窝基站无法发挥覆盖范围广的优势，无形中造成了资源的浪费。所以，综合考虑路段的具体状况，沿路增加小基站将是最佳选择。对于村庄较大，地处山体环绕之中的情况，则应在综合考虑话务量而决定是否建宏蜂窝高山站。应根据了解到的实际情况与实地观测和对路测结果的分析，采用最少基站获得最佳覆盖效果的原则，推荐新增基站的类型。另外，对于个别地形特殊地段，可在周围基站开通后再作测试，考虑是否加站做辅助覆盖。
3. 近海、荒漠环境
经研究表明，在海上的无线传播模型接近于自由空间传播模型。这类覆盖区覆盖面广，无线传播环境好，无线电波传播距离可达到很远，在站址选取时考虑选择高山（大于100m）作为站址，以扩大覆盖面。沙漠以及戈壁地区的信号传播也远较一般平原地区更远，适合采用60米或者更高的天线挂高来尽可能覆盖最大的区域。
此类基站的天线选型方面可从不同角度进行分析。由于需要尽可能的增大覆盖范围，在天线的增益方面一般选择高增益的天线；在天线极化方式的选择上，以采用垂直单极化天线为宜；海面及沙漠覆盖一般要求天线具有比较宽的水平波瓣宽度，而对天线的垂直波瓣宽度则要求较窄，这样能保证良好的水平覆盖面，并提供足够的增益满足远覆盖距离的要求； 在进行海面和沙漠覆盖时，由于要考虑地球球面曲率的影响，所以一般天线架设得很高，会超过100米，在近端容易形成盲区，因此建议选择具有零点填充的天线，可以改善覆盖效果，提高服务质量。
值得强调的是华为双时隙扩展小区的使用。 从华为GSM900的设备方面考虑，采用单时隙扩展小区的方案，在现有GSM技术的基础上，对BSS系统进行改造，使小区覆盖范围突破35km的限制，可以提供更大覆盖范围的小区，最远可以到70公里。而采用双时隙扩展小区的方案，可以使覆盖距离最远到达120公里。极大的降低了网络建设成本。 在实际使用环境中，考虑到有塔高，地形等各方面的限制。建议配置原则是，在不明显增加成本的情况下尽量提高设备上下行的覆盖能力，通常的做法是选用塔放和大功率功放。考虑到全向站型天线增益较低，将来扩容困难，无法支持大站型等一系列的问题。在扩展小区的使用中一般不采用全向天线， 建议站型选择宏蜂窝定向站。
C. 不同话务模型和话务分布密度
首先，针对边际网基站覆盖目标的不同，应对边际网络地区的话务模型做适当的调整。如，根据用户低话务量的特点，改变小城市及乡镇地区的话务模型。从运营商的角度来说就是需降低每用户的采购成本。
话务模型受社会、经济环境，主力用户群的组成情况等因素影响较大；且将随着用户的增长不断发生变化。常用的衡量话务模型的项目有：忙时移动用户每户话务量、平均呼叫占用时长、 移动用户主/被叫、忙时移动用户每户呼叫次数、呼叫接通率、忙时位置更新、被叫时引起的二次寻呼比例、每次呼叫切换次数、忙时每用户收发短消息数、当地漫游用户占总用户比例、移动用户激活比例、移动用户与固定电话间拨打比例等。通过有针对性的适当调整边际地区的话务模型，可较近似的预算出系统话务量，进而规划合适实地情况的基站容量。
其次，要充分考虑到移动电话话务分布的不平均性。我们需要对话务分布密度进行预测，并结合基站覆盖范围内的话务量主要集中区域，作为基站布局、站型选择等规划依据。
D. 不同组网方式
就目前国内的网络情况来看，新建的边际网的规划中可以考虑的组网方案有两种：插花式组网和搬迁式组网。对于边际网的频率规划因组网方式的不同，而采用的规划方式各异。具体使用何种复用方式应根据具体情况灵活处理。
1. 插花式组网
在现有运行的网络中进行插花式补盲，使得与现有的基站共同完成对目标地区的覆盖。此种组网方式对现有的网络设备不需要做改动和调整或做较小改动和调整，在各厂家网络参数设定的相互配合下，建设周期较短，速度快。
在做频率规划前需详细收集现网运行数据。这些数据包括： 现网邻近基站与新建基站经纬度、 现网基站站型、天线挂高、方位角、载频频点、各小区BSIC码、CGI ；另外，所规划区域的地理环境也是影响频率规划好坏的一个重要因素。在频率规划中，应始终遵循干扰最小原则，同频、邻频复用要留有足够的距离保护；注意避免同一小区的各相邻小区中出现同频、同BSIC的小区。
2. 搬迁式组网
对目前现有的边际网其它厂商的网上基站进行搬迁，新的边际网建设厂家重新进入，使得整个边际网建设和设备供应归属于同一厂家。这种组网方式有利于保证网络建设的高质量，网上问题的处理响应速度和处理速度较快，有利于提高网络的运行指标，后期维护省时省力。因为各厂家设备有差异，搬迁后可能会出现覆盖范围的差异，这就要求新的建设者在边际网的建设初期对原有的基站进行仔细的勘测，数据记录，做到在工程设计时心中有数，充分考虑可能出现的覆盖问题；因为涉及到基站的搬迁问题，所以网络建设周期相对较长。
在做频率规划时的可选择性大，因为区域内均为同一厂商的设备，并且区域内所有的基站频率配置全部重新规划，所以频率的复用方式可根据实际情况灵活选用。边际网的基站站间距相对比较大，频率资源比较宽松；基站大多为实现广覆盖所设，一般不采用紧密的频率复用方式，而采用较为宽松的4×3复用方式；基站的站型配置一般较小，但为了以后扩容的方便，最好BCCH和TCH分层使用。 仔细提取与现有网络连接边界附近其它现网运行基站的相关参数：包括基站经纬度、基站天线挂高、基站天线方位角、基站载频数配置、载频频率、各小区的BSIC编码、CGI（需注意编码的进制格式）。总之， 一个良好的频率规划是在小区合理规划（包括站址、天线方向、高度、下倾角、发射功率等）的基础上获得的。
IV. 总结
边际网有其特殊性，这种特殊性决定了其发展思路、建设思路等均不同于以往的主体GSM网的建设。随着边际地区用户逐渐加入手机用户行列，这就要求有更先进、性能价格比更优异的移动通信设备，以及最合理的网络规划以满足这些用户的需求，用更完善的超前的网络覆盖来刺激用户的进一步增长。
