【資料名稱】：PN規(guī)劃算法

【資料作者】：電信

【資料日期】：2010-6-3

【資料語言】：中文

【資料格式】：DOC

【資料目錄和簡介】：

PN規(guī)劃算法
摘要：本文主要介紹了PN規(guī)劃的原理，并結(jié)合聯(lián)通PN規(guī)劃的要求提出了相應的PN規(guī)劃的算法。
關鍵詞：PN規(guī)劃，鄰區(qū)，復用距離，碼片
1.前言
CDMA系統(tǒng)是采用比值為1的頻率復用方式，通過導頻的不同相位來區(qū)分不同的基站（或者扇區(qū)），即在上下行鏈路上的每一個邏輯信道與相同的配置給特殊基站（或者扇區(qū)）的碼序列相乘。這樣避免了GSM系統(tǒng)那樣復雜的頻率規(guī)劃，但是卻可能由于傳播時延（鄰PN-Offset干擾）和導頻偏置復用距離不夠（同PN-Offset干擾），使得一些非相關的導頻信號看起來一樣。鄰近的PN-Offset干擾是影響宏小區(qū)基站覆蓋的主要因素，而相同PN-Offset干擾是影響微小區(qū)基站覆蓋的主要因素。因此，PN碼序列偏置規(guī)劃是CDMA系統(tǒng)特有的問題。
2.基礎理論
2.1相同的PN碼序列偏置
2.1.1 保證非理想指峰不出現(xiàn)在激活集搜索窗中
假設兩個基站正在使用相同的PN碼序列（即有相同PN偏置的PN碼序列），那么這兩個基站之間所必須的最小距離是多少呢？圖2.1顯示了這種情況。





X個碼片 Y個碼片


基站
移動臺
PN1=PN2
圖2.1 有相同PN偏置碼序列的PN偏置規(guī)劃所顯示的情況
在圖2.1中，移動臺位于蜂窩2的邊緣，并且基站2為這個移動臺服務。在移動臺和基站2之間的距離而造成的傳輸時延是Y個碼片。而在移動臺和基站1之間的距離而造成的傳輸時延是X個碼片�；�站1是由PN碼序列1定義的，而基站2是由PN碼序列2定義的。在這個說明中，PN碼序列有相同的PILOT_PN，或者是相同的PN偏置。
圖2.2顯示了時域中的PN碼序列。


X
發(fā)射PN1

接收PN1



Y
發(fā)射PN2

接收PN2



SRCH_WIN_A
W/2
圖2.2 在時域中的PN碼序列，對圖2.1中情況的相應說明
當不同的基站發(fā)射PN碼序列（PN1）和PN碼序列（PN2）時，當它們被排列成一行。但是，在被移動臺接收之前，PN碼序列1延遲了X個碼片，而PN碼序列延遲了Y個碼片。移動臺使用搜索窗口SRCH_WIN_A來截獲和接收經(jīng)歷了傳輸延遲的導頻信號。注意SRCH_WIN_A是始終在最早到達導頻的中央。
當前移動臺正在由基站2服務。如圖2.2所示，假如接收到的PN碼序列1落入了移動臺的SRCH_WIN_A之中，被移動臺截獲的信號而成為PN碼序列2的一個多徑分量。然后移動臺將在SRCH_WIN_A之中解調(diào)兩個導頻信號并且對它們進行組合嘗試。結(jié)果由于這兩個信號沒有相同的信息內(nèi)容就出現(xiàn)了干擾。在這種情況下，PN碼序列1被認為是PN碼序列2的別名干擾（即移動臺錯誤的認為接收到的PN碼序列1是PN碼序列2的多徑分量）。
為了避免PN碼序列的別名干擾，延遲X對于PN1必須足夠的大以落到SRCH_WIN_A的外面。換句話講，X必須大于Y與W/2之和，其中W是以碼片為單位的SRCH_WIN_A的大小。所以避免PN偏置別名干擾的必要條件是：
X>Y+W/2（2.1）
假如我們將Y當做蜂窩2的覆蓋半徑R（以碼片為單位），則我們能夠利用（2.1）式得：
X-Y>W/2
X-Y+(X+Y)>W/2+(X+Y)
或者
D>W/2+(X+Y)-X+Y
D>W/2+2R
由于一個碼片相應的距離為244m，在使用相同PN偏置的兩個基站之間物理距離的條件為：
d>244(W/2+2R)=122W+2r
其中d是以m為單位，r是基站2的覆蓋半徑，以m為單位，W是SRCH_WIN_A的大小，以碼片為單位。
注意在時域中的分離不是避免PN偏置別名干擾的唯一辦法。我們也能夠使用接收到的導頻強度來分離具有相同PN偏置的兩個導頻。假如在基站1和移動臺之間的路徑損耗足夠的大，則PN1在到達移動臺之前將經(jīng)歷衰減。因此，即使PN1落入了SRCH_WIN_A之中，PN1只有非常低的導頻強度，而導致移動臺對于這個碼序列沒有解調(diào)能力。
2..1.2 避免在相鄰搜索窗中無法區(qū)別具有相同偏置的扇區(qū)
D表示小區(qū)1、3間距（以碼片為單位）；
d表示小區(qū)3（或小區(qū)1）與小區(qū)2之間的距離；
表示i基站半徑；
表示i基站導頻相位偏置；
表示i基站到移動臺時延；
表示i基站激活集搜索窗單邊寬度；
表示基站2的鄰近組搜索窗與剩余組搜索窗中的較大值；
表示路徑損耗指數(shù)；
表示i基站的導頻信號的發(fā)射功率。

d3
d1d2
ab
r
D21D23
α扇區(qū)

小區(qū)1 小區(qū)2小區(qū)3

圖2.3 三扇區(qū)滿足該準則的模型
為了保證小區(qū)2能獨立判別移動臺送來的導頻信號，小區(qū)1、3至多有1個位于小區(qū)2的移動臺的監(jiān)聽距離內(nèi)，因此，如果該移動臺運動到小區(qū)2的另一位置時，判別關系也不應改變。如滿足下式可達到上面的要求：

即使 取最小值時該式也必須滿足，此時移動臺位于小區(qū)2的邊緣，且與小區(qū)2、3（或1）有直達路徑。 ， ，上式變?yōu)樾�區(qū)1、3中至少有一個到小區(qū)2的距離d應大于

當小區(qū)1、3的距離滿足下式，則這一條件可以保證。（考慮3基站直線排列的最壞情況）
（2.2）
式（2.2）是一充分條件，可確保小區(qū)1、3離小區(qū)2至少為 。對于相同面積小區(qū)，相鄰搜索窗大于剩余組搜索窗和活動組搜索窗的典型情況，式（2.2）比式（2.1）的約束更嚴。也即復用距離滿足：
（2.3）
當窗寬極大時（例如 ），采用導頻功率表述該準則。為防止無法分辨，干擾信號應低于檢測門限。即：
或（2.4）
其中 是檢測導頻載干比 的門限。
令 表示基站到移動臺的凈損耗（包括陰影衰落和天線增益），則

其中 表示i基站到移動臺的距離， 、a=b=1/ 、 表示移動臺和基站i的陰影衰落，服從對數(shù)正態(tài)分布。
在上述表達式中，假設移動臺在小區(qū)2中位置如圖2.3所示，則圖2.3中的最差情況為：
若移動臺位于a點：
則
（2.5）
此處
為找到滿足上式最差情況下的D值，我們需要知道該不等式右邊的最大值。因x服從對數(shù)正態(tài)分布，是無界的。退而求其次，取常數(shù) 使之滿足：
（2.6）
該式表示在90%的時間內(nèi)x小于 ，我們可將 作為最差情況值。這里的 ， 是陰影衰落的標準差。
式（2.5）變?yōu)?br /> （2.7）
對于小區(qū)面積相同的系統(tǒng)，導頻發(fā)射功率是相等的。因此式（2.7）可進一步簡化為
（2.8）
同理，可計算得到
（2.9）
若移動臺位于b點：
or（2.10）
由式（2.8）、式（2.9）、式（2.10）說明復用距離滿足下式：

2.2鄰近的PN碼序列偏置
假如兩個基站正在使用鄰近的PN序列，即由（PILOT_INC×64）碼片分離的PN碼序列，什么是沒有PN偏置別名干擾的必要條件呢？圖2.4顯示了這種情況。






基站1基站2


X個碼片 Y個碼片


基站
移動臺
PN1≠PN2
圖2.4 有鄰近PN偏置碼序列的PN偏置規(guī)劃所顯示的情況
圖2.4顯示了時域中的PN碼序列。
如圖2.4所示，當PN碼序列1（PN1）和PN碼序列2（PN2）分別由它們的基站發(fā)射時沒有排列成一行；而是在兩個序列之間存在一個碼片的相移。在被移動臺接收之前，PN碼序列1延遲了X個碼片，而PN碼序列2延遲了Y個碼片。
由于基站2是為移動臺服務的，通常SRCH_WIN_A會集中接收PN碼序列2（假設這個導頻分量是最早到達的多徑分量）。如圖2.4所示，假如所接收的PN碼序列1沒有落入移動臺的SRCH_WIN_A中，則信號將被移動臺作為PN碼序列2的多徑分量。由于PN碼序列1別名干擾表面上是在PN碼序列2之前到達的，移動臺應該將它的SRCH_WIN_A移位以對準PN碼序列1并且試圖解調(diào)以及合并這兩個信號。結(jié)果就是造成了別名干擾，而且常常會丟掉一個呼叫。

I
發(fā)射PN1

接收PN1


X
Y
發(fā)射PN2

接收PN2



SRCH_WIN_A
W/2
圖2.5 在時域中的PN碼序列，對圖2.4中情況的對應說明
圖2.4顯示了為了避免PN偏置的別名干擾，需要采取的下列措施：
X<I+Y-W/2
或者
X+Y<I-W/2+2Y
D<I-W/2+2R
由于一個碼片對應于244m的距離，在使用鄰近PN偏置的兩個基站之間的物理距離d的條件是：
d<244(I-W/2+2R)
或者
d<244I-122W+2r（2.7）
其中d是以m為單位；r是基站2的覆蓋半徑，單位是m；W是SRCH_WIN_A的大小，以碼片為單位。（2.7）式是由I分開的兩個鄰近PN碼序列的之間沒有別名干擾的條件。
3 PN規(guī)劃算法
3.1聯(lián)通PN規(guī)劃的原則
運營商為了對不同設備供應商服務的所有業(yè)務區(qū)進行統(tǒng)籌管理，會制定統(tǒng)一的PN規(guī)劃要求。實際網(wǎng)絡規(guī)劃時，在運營商PN規(guī)劃要求的基礎上，根據(jù)網(wǎng)絡規(guī)劃的需求適當調(diào)整。聯(lián)通在一期網(wǎng)絡建設時制定了PN規(guī)劃的標準。具體的項目可以要求設計院提供相應的標準。
聯(lián)通一期PN設置要求中PILOT_INC可以為3或4，下面給出了PILOT_INC為3的導頻設置要求，一期網(wǎng)絡的PN規(guī)劃大部分基于下面的設置要求作出。
PN_INC3
小區(qū)PN偏置3171339保留PN偏置150318486
6174342 153321489
9177345 159327495
15183351 162330498
18186354 165333501
21189357邊界PN偏置12180348
27195363 24192360
30198366 36204372
33201369 48216384
39207375 60228396
42210378 72240408
45213381 84252420
51219387 96264432
54222390 108276444
57225393 120288456
63231399 132300468
66234402 144312480
69237405 156324492
75243411 168336504
78246414
81249417




87255423
90258426
93261429




99267435
102270438
105273441




111279447
114282450
117285453




123291459
126294462
129297465




135303471
138306474
141309477




147315483
聯(lián)通的要求中，前面一列PN偏置可以使用，后面的保留PN偏置用作擴容，邊界PN偏置考慮到不同業(yè)務區(qū)可能使用的PILOT_INC不一樣，使用3和4的公倍數(shù)12的倍數(shù)，方便切換。
3.2 PN規(guī)劃算法
3.2.1 PN 規(guī)劃總流程
1.這里的各基站參數(shù)包括基站經(jīng)緯度、方向角、下傾角、傳播模型、天線掛高、天線類型、定標功率、天饋損耗。其中傳播模型是事先定義好的，每個基站可選擇不同的傳播模型。傳播模型的內(nèi)容包括以下幾點：
K1～K7；
有效高度算法：Absolute Height、Average Height、Relative Height、Slope Height（需配合電子地圖使用）；
各Clutter高度以及相關的校正因子（需配合電子地圖使用）；
2.在基站導入時，可以按照不同的地物環(huán)境分成不同的phase。對于每個phase，軟件按照不同的地物環(huán)境提供一個參考值，用戶也可以自己定義一個覆蓋半徑的裕量值，以彌補沒有電子地圖帶來的計算誤差。該值需要在軟件生成后進一步的驗證得到。
3.分配PN碼時注意第一扇區(qū)的PN碼最小。

圖3.1PN規(guī)劃算法總的流程圖
3.2.2計算基站的覆蓋半徑

圖3.2計算基站的覆蓋半徑
1.由于目前沒有電子地圖格式，無法進行電子地圖的讀取，該步驟可在以后實現(xiàn)；
2.最大路徑損耗的計算方法為：
=（-1）*（137.77+該基站的最大天線增益(dBi)-基站天饋損耗）
此處的132.77是參考目前部門使用的鏈路預算表。
3.覆蓋半徑的計算方法
將計算得到的 乘以該基站的覆蓋半徑裕量值，就得到基站的覆蓋半徑。注意這里d的單位是米。
公式中 的計算均跟電子地圖有關系，具體計算方法可參見《接收功率預測算法1.0》。由于目前還不能讀取電子地圖，因此將以上三項進行簡化：
＝天線掛高；
均為0；
將計算得到的各基站半徑保存起來。
4.路徑損耗的計算方法就是計算半徑的逆運算，將計算得到的各點的路徑值保存起來。
5.接收功率的計算方法

式中Pr是接收天線功率，Pt是基站側(cè)發(fā)射功率； 是發(fā)射天線增益；L是計算出的總的路徑損耗； 是接收天線增益，即移動臺天線增益，設為0； 是發(fā)射端饋線損耗； 是接收天線損耗，設為0。
將計算得到的各點功率值保存起來。
6.生成基站的覆蓋圖
設某個點上計算得到接收到的四個基站接收功率分別為 ，其中 最大，則最后生成的覆蓋圖中顯示的接收功率即為 。













3.2.3計算各基站的鄰區(qū)

圖3.3計算基站的鄰區(qū)
1.當遍歷地圖某點時，根據(jù)前面保存的各點的接收功率值，知道該點能夠接收小區(qū)A、B、C的信號，則在這一點可記錄小區(qū)A的鄰區(qū)包括小區(qū)B、小區(qū)C。
2.記錄各鄰區(qū)的重疊面積其實就是記錄各鄰區(qū)的重疊次數(shù)：
假設當前窗口的共有4個bin，第1個bin能夠接收小區(qū)A、小區(qū)B的信號，第2個bin能夠接收A、B、C的信號，第3個bin能夠接收B、C的信號，第四個bin能夠接收B、C的信號，則小區(qū)A與其鄰區(qū)B的重疊面積為2，與其鄰區(qū)C的重疊面積為1。
記錄各鄰區(qū)的重疊面積其實就是記錄各鄰區(qū)的重疊次數(shù)：
3.出口是指返回到主程序





3.2.4鄰區(qū)PN規(guī)劃算法
圖3.4鄰區(qū)PN規(guī)劃算法

1.計算兩個站點之間的距離
已知地球半徑R=6378km；第一個站點經(jīng)度：(單位:弧度)；緯度：(單位:弧度)；第二個站點經(jīng)度：經(jīng)度(單位:弧度)；緯度 (單位:弧度)，則按照球面坐標到直角坐標的轉(zhuǎn)換關系得到:






于是,A、B兩點的距離(當兩點距離遠小于地球半徑時，弦長近似等于弧長)
（單位：km）

























3.2.5 非孤島站鄰區(qū)PN復用算法

圖3.5非孤島站PN復用算法
1. PN復用次數(shù)越少、PN碼越小，該PN的優(yōu)先級越高，采用該PN碼的可能性越高；
2. 復用距離的計算方法：

其中D是復用距離；
r是當前基站的覆蓋半徑；
、 分別是待復用基站各小區(qū)和當前基站的相應小區(qū)沿兩個基站連線方向的天線增益； 表示路徑損耗指數(shù)，即Planet模型中的-(K2/10)；
為-19dB，計算時需換算為倍數(shù)；
＝1.29 ，此處取 為8dB；
最后的計算公式變?yōu)椋?br />


3.2.6 孤島站鄰區(qū)PN復用算法

圖3.6孤島站PN復用算法
4.PN復用算法的另一種思路
整個PN規(guī)劃的思路不變，只是PN復用算法也可以考慮另外一種：
1.標記未分配PN碼的基站；
2.計算地圖上每個bin中接收到的每個扇區(qū)Ec的強度；
3.統(tǒng)計每個Bin上已分配PN碼的小區(qū)與未分配PN碼的小區(qū)Ec強度的差值，若在90%（此處的百分比可調(diào)整）的Bin上BTSi（已分配）和BTSj（未分配）相應小區(qū)的Ec強度差值滿足19dB（此處的門限值也可調(diào)整）的差值，則BTSj可與BTSi進行PN復用；
4.必然會出現(xiàn)不滿足以上情況的基站，此時我們可設置不同的門限值（改變90％或者19dB），將依照不同門限值進行復用的基站的PN用不同的顏色顯示，表示這樣的復用會產(chǎn)生一些PN混淆，請用戶自己手動修改。

該方法的好處在于計算簡便，算法實現(xiàn)起來也比較容易；缺點在于與相鄰PN算法的判斷標準不太一致。