WCDMA无线网络规划与GSM无线网络规划的比较

-1-WCDMA无线网络规划与GSM无线网络规划的比较关键词：无线网络规划、GSM系统、WCDMA系统、自干扰系统、干扰受限系统、链路预算、话务模型、邻区规划、频谱利用率、导频污染、功率配比、仿真摘要：移动通信网络的服务质量主要取决于无线网络的质量，而无线网络的服务质量取决于无线网络规划的好坏，因此无线网络规划就成为整个移动通信网络的基础和关键。本文从无线网络规划的八个方面对GSM系统和WCDMA系统进行比较，阐明两个系统之间的差异，加深对WCDMA系统无线网络规划的认识和理解。1概述随着第三代移动通信时代的到来，人们在享受丰富多彩移动通信服务的同时对服务质量的要求也更高。移动通信网络的服务质量主要取决与无线网络的质量，而无线网络的服务质量取决于无线网络规划的好坏，因此无线网络规划就成为整个移动通信网络的基础和关键。用户的移动性、无线信号的波动性、业务的多样性和网络系统的复杂性使得WCDMA系统的无线网络规划更加具有挑战性，较为准确的网络规划也更加困难。本文从无线网络规划的八个方面对GSM系统和WCDMA系统进行比较，阐明两个系统之间的差异，加深对WCDMA系统无线网络规划的认识和理解。2GSM系统和WCDMA系统的差异采用TDMA多址技术的GSM系统和采用CDMA多址技术的WCDMA系统都属于数字蜂窝移动通信系统，这两大无线系统在网络规划方面有共同点和不同点。在网络规划的目标、流程，天馈的选择，电波传播和传播模型基本是一样的，大多数移动通信原理概念、理论和方法也基本类似，但不同的系统采用的具体技术和提供的业务的不同使得GSM系统和WCDMA系统在网络规划方面存在很大的差异。下面将从八个方面对这种差异进行比较。2.1覆盖规划GSM网络的覆盖规划基于基站的传播分析，根据基站的发射功率和天馈配置计算出EIRP，同时结合手机的接收灵敏度可以计算出下行链路允许的最大损耗值，利用传播模型就可以得出基站的覆盖距离。GSM网络的规划需要考虑上下行链路平衡的问题，一般情况下我们认为下行覆盖小于上行覆盖时不用做任何调整（不影响用户使用，可以认为链路是平衡的），下行覆盖大于上行覆盖时就需要降低载频板的发射功率。因此GSM网络在频率规划良好和无网外干扰的情况-2-下，其覆盖距离只与最大发射功率有关。在规划时要根据覆盖要求调整基站的发射功率就可以控制每个小区的覆盖能力，在此基础上调整小区的方向角和倾角就可以控制小区的覆盖范围。WCDMA系统是自干扰系统，控制覆盖是WCDMA系统的重要工作，所以覆盖规划是非常重要的。5M信道带宽和3.84Mcps的码片速率使WCDMA系统可以更好的利用多径分集效果。因为Rake接收机能将时延至少为1Chip(1Chip=0.26微秒）的信号组合成有效信号，提高基站的覆盖能力。在WCDMA系统中也需要通过链路预算确定站间距，链路预算的基本原理与GSM系统的上下行平衡一样，但具有以下特点：一、在链路预算时需要考虑软切换增益、干扰余量、阴影衰落余量、快速功控余量；二、基站和用户终端的接收灵敏度比GSM系统高的多（由于宽带扩频系统的处理增益）；三、不同业务的覆盖范围不同。WCDMA属于干扰受限系统，其覆盖不仅取决于NodeB的最大发射功率，而且与系统负荷有关。负荷增加，容量增大，干扰增加，覆盖就会减小；通过降低部分连接的质量要求，同样也可以增加覆盖能力（应用实例：通过AMRC降低数据速率）。因此在覆盖规划时要充分考虑覆盖和容量之间的相互关系，以保证设计所需系统性能指标。2.2容量规划GSM容量基本上由硬件资源决定：一个载波有8个时隙，每个小区的可用话音信道数就决定了可同时连结的用户数。容量规划时根据计算得到的小区面积，就可借助电子地图估算各个小区的业务量，由于用户服从Poisson分布，通过话务量模型查Erlang-B算出所需的信道数目。如果将来网络必须扩容，只需给相应的小区分配新的信道。只要扩容量不超出小区的最大容量（由频率资源和频率复用方式决定），就没有必要对网络作其它改动。否则，就必须增加新的基站或扇区，还要重新进行频率计划。容量规划是WCDMA规划的难点，因为WCDMA是干扰受限系统，容量与所受干扰直接相关的。WCDMA系统的容量是由上、下行链路共同决定的。WCDMA系统的用户业务量是非对称的，也就是说网络上行链路和下行链路的数据传输量有所不同。决定容量的干扰构成对上下行来说也完全不同，因此不同的网络、不同的用户分布、不同的话务模型容量的受限方向是不同的。对于上行链路来说用户受到的干扰为所有用户终端到达NodeB接收机功率的和（包括接收机的底噪），系统噪声上升与上行的负荷是一一对应的关系（如50%的负载对应3dB的噪声上升），而且系统带多大的负载仍可以稳定运行（也就是最多允许多大的噪声上升）对任何厂家的设备都是一样的。各种链路增强技术如收分集、MUD等都是为了降低干扰上升，但不同厂家对这些降低干扰上升技术的实现和实现的好坏会影响系统的容量。WCDMA系统业务的多样性使得业务模型更加复杂，在规划阶段我们无法精确的知道每个小区带多少用户后，噪声就上升到了设备允许的极限。-3-下行链路的干扰为用户终端接收到的本小区的非正交化信号、邻近小区发射信号以及接收机底噪的总和，因此下行容量与小区的最大发射功率和用户的空间分布相关。小区的最大发射功率越大、用户离基站的距离越近，该小区的下行容量就越大。无论是上行容量还是下行容量我们都无法通过计算来得到，只能通过仿真来获得。由于WCDMA系统异频之间的切换（哪怕是同一个扇区的载频之间）是硬切换，硬切换需启动压缩模式，对系统资源占用教多。因此WCDMA系统的扩容没有GSM网络那样简单（给相关的小区增加载频）；小区分裂的扩容方法代价也比较大，因此在容量规划初期就必须考虑一个确定的信号余量，在计算小区面积时作为因业务量增多而产生干扰的“补偿”。2.3频率规划GSM系统的容量受到频率带宽的限制，频率必须经过复用才能满足一定区域的容量要求，但频率的复用必然会使我们面临同邻频干扰的问题。GSM系统是干扰受限系统，根据空口的解调要求，系统需要满足一定的同邻频载干比的要求，因此频率规划是解决容量和话音质量平衡的关键技术。通常的频率复用方式有5×3、4×3，在采用了抗干扰措施后（跳频、功控、不连续发射）可以使用紧密的复用方式，如：分层紧密复用、普通同心圆、智能同心圆、分离复用技术（1×3、1×1）。1×3复用方式是将可规划的TCH频点平均分配给同一个基站三个小区（每个小区分配到频点数会大于TCH载频数），每个小区的TCH载频在分配到的频点上进行射频跳频，其他基站重复这种频率分配方式。1×3复用方式的关键是通过合理设置每个TCH载频的跳频偏移量来减少同邻频的碰障概率，从而保证TCH信道的通话质量。1×1复用方式可以被看做是1×3复用方式的一个特例，将频点全部分配到同一个小区，但需要在一个基站的三个小区内合理设置每个TCH载频的跳频偏移量。不论采用那种复用技术，实际的平均频率复用度都不能低于6。大型网络的规划我们可以运用规划软件（如ASSET）来进行频率规划。WCDMA系统采用1×1的频率复用方式，不同扇区的载频可以复用相同的频点（一个载频用一个频点），频率规划较单一，一般由用户给出可用频率，无需规划。WCDMA的频率规划重点在于利用可用频点实现异频组网，如利用异频分层组网、异频切换等。由于采用了宽带扩频技术和不同的调制方式，WCDMA系统的频谱利用率比GSM系统高的多。GSM系统30M带宽每小区最多可以同时接入200个语音用户（复用系数为6），而WCDMA系统30M带宽每小区可以同时接入360个语音用户（假设每小区的一个载频可以同时接入60个语音用户），是GSM系统的1.8倍。2.4邻区规划GSM系统的邻区规划非常重要，邻区的定义不仅是用户移动性的保证也是网络规划缺陷的弥补。比如可以用定义邻区来解决“孤岛”效应。GSM系统每个小区最多可以配置32个邻小区。但是邻小区配置过多会使切换速度变慢和切换不合理的现象发生。-4-WCDMA系统的邻区规划与GSM系统基本一致，每个小区最多可以配置32个邻区（包括同频邻区、异频邻区、异系统邻区），同频邻区的数目最好不要超过8个。2.5站址规划GSM系统的站址规划既要考虑对覆盖目标的有效覆盖又要防止过覆盖造成“孤岛”效应，降低频率的复用度。GSM的站址规划需要考虑站址位置（规则网孔中的理想位置），高度（海拔很高的山峰不宜作为站址）和周围环境（干扰源、衰落快和反射物）三个因素。在市区楼群中选址时，可巧妙利用建筑物的高度，实现网络层次结构的划分。WCDMA系统的站址规划与GSM差别不大，但WCDMA特别要避免选择过高的站址，这比GSM要求严格。导频污染属于WCDMA系统特有的，越区覆盖的信号对其它的扇区形成干扰，会造成导频污染，不仅影响网络质量，还降低了系统容量，是影响网络性能的一项重要因素。所以控制覆盖是WCDMA规划的重要内容，包括站高、下倾角的确定。导频污染增加了网络干扰，使得切换等算法不能有效工作。因此WCDMA系统的站址规划中高站对网络的危害是非常严重的，要坚决杜绝高站。2.6主要系统参数的规划一、功控规划GSM网络的功率控制，根据设置的理想接收电平的需要调整基站与手机的发射功率，从而减少功耗,降低整网干扰。由于GSM功控的是慢速功控（最快2Hz的速率），无法抵消无线信号的快速变化，尤其在无线环境较差的地区，有可能会因为来不及功控而导致掉话。因此GSM功控参数的规划需要根据实际的地形确定功控的上下行门限、功控步长、滤波器长度等。WCDMA系统的功率控制包括开环功控和闭环功控。开环功率控制的目的是提供初始发射功率的粗略估计。闭环功控包括内环功控和外环功控，在WCDMA中，上下行链路均支持1.5kHz速率的内环功率控制（也叫快速闭环功率控制）。外环功率控制根据无线链路的需要来调整目标SIR从而取得较为稳定的通信质量。快速闭环功率控制的目标是使接收信号的SIR达到目标SIR来克服信号的快衰落和远近效应问题。WCDMA系统的功率控制参数的规划主要是确定每个业务上下行功控范围（上下行链路的动态调整范围），确定功控调整周期、测量滤波系数、功控调整步长、控制定时器、触发门限等控制参数。二、切换规划GSM系统的切换属于硬切换，在切换时需要先断开原小区链路再接入目标小区，在切换过程中会丢失部分信息。GSM系统的切换触发条件是源小区的上下行电平和质量差、目标小区的电平好、小区之间的负荷、TA过大等紧急情况，切换算法采用源小区的TCH电平和目标小区的BCCH电平作为切换的测量比较值，内容包括测量报告的处理、小区的排序准则、切换种类、惩-5-罚处理、切换后的功率预测、同心圆切换技术等。在规划中需要合理设置小区的层级、切换算法种类、切换门限和迟滞、判决时间等参数。WCDMA系统频率内的切换基本上是软切换（两个RNC的小区，如没有IUr接口就只能进行硬切换），新旧链路会共存一段时间，链路不会中断，切换比较平滑，激活集每更新一次都是一次切换。WCDMA软切换算法采用导频信道CPICH的Ec/Io作为切换的测量比较值，过多的软切换概率会降低下行链路的容量。在规划时要设置合适的切换参数设置（相对门限、绝对门限、滤波系数、迟滞、延迟触发时间），保持软切换的开销低于要求的阈值，使上下行链路提供足够的分集增益。WCDMA系统的频率间和系统间切换是硬切换，切换算法也采用导频信道CPICH的Ec/Io或BCCH的信号强度作为切换的测量比较值，在信号测量时需要启动压缩模式。硬切换时会有信号的中断，与GSM系统的切换没有太大的区别。2.7干扰控制GSM系统的通话质量由通话所占用的频点的干扰情况决定，同一个小区信道之间的通话质量毫不相关。通过网络设计（复用方式、复用距离、跳频等）控制频率干扰（保证同邻频载干比），通过功控和切换算法来降低干扰，保证通话质量。在GSM系统中，容量、覆盖、质量三者间没有直接的联系，可以独立分析、独立设计，网络设计难点在于频率规划。WCDMA系统是自干扰系统，容量、覆盖、质量