【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(yǔ)言】：中文

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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(yīng)的PN規(guī)劃的算法。
關(guān)鍵詞：PN規(guī)劃，鄰區(qū)，復(fù)用距離，碼片
1.前言
CDMA系統(tǒng)是采用比值為1的頻率復(fù)用方式，通過(guò)導(dǎo)頻的不同相位來(lái)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(gè)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(fù)雜的頻率規(guī)劃，但是卻可能由于傳播時(shí)延（鄰PN-Offset干擾）和導(dǎo)頻偏置復(fù)用距離不夠（同PN-Offset干擾），使得一些非相關(guān)的導(dǎo)頻信號(hào)看起來(lái)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(wèn)題。
2.基礎(chǔ)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(shè)兩個(gè)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(gè)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(gè)碼片 Y個(gè)碼片


基站
移動(dòng)臺(tái)
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(dòng)臺(tái)位于蜂窩2的邊緣，并且基站2為這個(gè)移動(dòng)臺(tái)服務(wù)。在移動(dòng)臺(tái)和基站2之間的距離而造成的傳輸時(shí)延是Y個(gè)碼片。而在移動(dòng)臺(tái)和基站1之間的距離而造成的傳輸時(shí)延是X個(gè)碼片。基站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(gè)說(shuō)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(shí)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(shí)域中的PN碼序列，對(duì)圖2.1中情況的相應(yīng)說(shuō)明
當(dāng)不同的基站發(fā)射PN碼序列（PN1）和PN碼序列（PN2）時(shí)，當(dāng)它們被排列成一行。但是，在被移動(dòng)臺(tái)接收之前，PN碼序列1延遲了X個(gè)碼片，而PN碼序列延遲了Y個(gè)碼片。移動(dòng)臺(tái)使用搜索窗口SRCH_WIN_A來(lái)截獲和接收經(jīng)歷了傳輸延遲的導(dǎo)頻信號(hào)。注意SRCH_WIN_A是始終在最早到達(dá)導(dǎo)頻的中央。
當(dāng)前移動(dòng)臺(tái)正在由基站2服務(wù)。如圖2.2所示，假如接收到的PN碼序列1落入了移動(dòng)臺(tái)的SRCH_WIN_A之中，被移動(dòng)臺(tái)截獲的信號(hào)而成為PN碼序列2的一個(gè)多徑分量。然后移動(dòng)臺(tái)將在SRCH_WIN_A之中解調(diào)兩個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)并且對(duì)它們進(jìn)行組合嘗試。結(jié)果由于這兩個(gè)信號(hào)沒(méi)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(rèn)為是PN碼序列2的別名干擾（即移動(dòng)臺(tái)錯(cuò)誤的認(rèn)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(duì)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(dāng)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(gè)碼片相應(yīng)的距離為244m，在使用相同PN偏置的兩個(gè)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(shí)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(dǎo)頻強(qiáng)度來(lái)分離具有相同PN偏置的兩個(gè)導(dǎo)頻。假如在基站1和移動(dòng)臺(tái)之間的路徑損耗足夠的大，則PN1在到達(dá)移動(dòng)臺(tái)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(dǎo)頻強(qiáng)度，而導(dǎo)致移動(dòng)臺(tái)對(duì)于這個(gè)碼序列沒(méi)有解調(diào)能力。
2..1.2 避免在相鄰搜索窗中無(wú)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(dǎo)頻相位偏置；
表示i基站到移動(dòng)臺(tái)時(shí)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(dǎo)頻信號(hào)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(zhǔn)則的模型
為了保證小區(qū)2能獨(dú)立判別移動(dòng)臺(tái)送來(lái)的導(dǎo)頻信號(hào)，小區(qū)1、3至多有1個(gè)位于小區(qū)2的移動(dòng)臺(tái)的監(jiān)聽(tīng)距離內(nèi)，因此，如果該移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)到小區(qū)2的另一位置時(shí)，判別關(guān)系也不應(yīng)改變。如滿足下式可達(dá)到上面的要求：

即使 取最小值時(shí)該式也必須滿足，此時(shí)移動(dòng)臺(tái)位于小區(qū)2的邊緣，且與小區(qū)2、3（或1）有直達(dá)路徑。 ， ，上式變?yōu)樾�區(qū)1、3中至少有一個(gè)到小區(qū)2的距離d應(yīng)大于

當(dāng)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(duì)于相同面積小區(qū)，相鄰搜索窗大于剩余組搜索窗和活動(dòng)組搜索窗的典型情況，式（2.2）比式（2.1）的約束更嚴(yán)。也即復(fù)用距離滿足：
（2.3）
當(dāng)窗寬極大時(shí)（例如 ），采用導(dǎo)頻功率表述該準(zhǔn)則。為防止無(wú)法分辨，干擾信號(hào)應(yīng)低于檢測(cè)門限。即：
或（2.4）
其中 是檢測(cè)導(dǎo)頻載干比 的門限。
令 表示基站到移動(dòng)臺(tái)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(dòng)臺(tái)的距離， 、a=b=1/ 、 表示移動(dòng)臺(tái)和基站i的陰影衰落，服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布。
在上述表達(dá)式中，假設(shè)移動(dòng)臺(tái)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(dòng)臺(tái)位于a點(diǎn)：
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(duì)數(shù)正態(tài)分布，是無(wú)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)差。
式（2.5）變?yōu)?br /> （2.7）
對(duì)于小區(qū)面積相同的系統(tǒng)，導(dǎo)頻發(fā)射功率是相等的。因此式（2.7）可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為
（2.8）
同理，可計(jì)算得到
（2.9）
若移動(dòng)臺(tái)位于b點(diǎn)：
or（2.10）
由式（2.8）、式（2.9）、式（2.10）說(shuō)明復(fù)用距離滿足下式：

2.2鄰近的PN碼序列偏置
假如兩個(gè)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(méi)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(gè)碼片 Y個(gè)碼片


基站
移動(dòng)臺(tái)
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(shí)域中的PN碼序列。
如圖2.4所示，當(dāng)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(shí)沒(méi)有排列成一行；而是在兩個(gè)序列之間存在一個(gè)碼片的相移。在被移動(dòng)臺(tái)接收之前，PN碼序列1延遲了X個(gè)碼片，而PN碼序列2延遲了Y個(gè)碼片。
由于基站2是為移動(dòng)臺(tái)服務(wù)的，通常SRCH_WIN_A會(huì)集中接收PN碼序列2（假設(shè)這個(gè)導(dǎo)頻分量是最早到達(dá)的多徑分量）。如圖2.4所示，假如所接收的PN碼序列1沒(méi)有落入移動(dòng)臺(tái)的SRCH_WIN_A中，則信號(hào)將被移動(dòng)臺(tái)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(dá)的，移動(dòng)臺(tái)應(yīng)該將它的SRCH_WIN_A移位以對(duì)準(zhǔn)PN碼序列1并且試圖解調(diào)以及合并這兩個(gè)信號(hào)。結(jié)果就是造成了別名干擾，而且常常會(huì)丟掉一個(gè)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(shí)域中的PN碼序列，對(duì)圖2.4中情況的對(duì)應(yīng)說(shuō)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(gè)碼片對(duì)應(yīng)于244m的距離，在使用鄰近PN偏置的兩個(gè)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(kāi)的兩個(gè)鄰近PN碼序列的之間沒(méi)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(yùn)營(yíng)商為了對(duì)不同設(shè)備供應(yīng)商服務(wù)的所有業(yè)務(wù)區(qū)進(jìn)行統(tǒng)籌管理，會(huì)制定統(tǒng)一的PN規(guī)劃要求。實(shí)際網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)，在運(yùn)營(yíng)商PN規(guī)劃要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的需求適當(dāng)調(diào)整。聯(lián)通在一期網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)制定了PN規(guī)劃的標(biāo)準(zhǔn)。具體的項(xiàng)目可以要求設(shè)計(jì)院提供相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。
聯(lián)通一期PN設(shè)置要求中PILOT_INC可以為3或4，下面給出了PILOT_INC為3的導(dǎo)頻設(shè)置要求，一期網(wǎng)絡(luò)的PN規(guī)劃大部分基于下面的設(shè)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(kuò)容，邊界PN偏置考慮到不同業(yè)務(wù)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(biāo)功率、天饋損耗。其中傳播模型是事先定義好的，每個(gè)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(diǎn)：
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(guān)的校正因子（需配合電子地圖使用）；
2.在基站導(dǎo)入時(shí)，可以按照不同的地物環(huán)境分成不同的phase。對(duì)于每個(gè)phase，軟件按照不同的地物環(huán)境提供一個(gè)參考值，用戶也可以自己定義一個(gè)覆蓋半徑的裕量值，以彌補(bǔ)沒(méi)有電子地圖帶來(lái)的計(jì)算誤差。該值需要在軟件生成后進(jìn)一步的驗(yàn)證得到。
3.分配PN碼時(shí)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(jì)算基站的覆蓋半徑

圖3.2計(jì)算基站的覆蓋半徑
1.由于目前沒(méi)有電子地圖格式，無(wú)法進(jìn)行電子地圖的讀取，該步驟可在以后實(shí)現(xiàn)；
2.最大路徑損耗的計(jì)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(yù)算表。
3.覆蓋半徑的計(jì)算方法
將計(jì)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(jì)算均跟電子地圖有關(guān)系，具體計(jì)算方法可參見(jiàn)《接收功率預(yù)測(cè)算法1.0》。由于目前還不能讀取電子地圖，因此將以上三項(xiàng)進(jìn)行簡(jiǎn)化：
＝天線掛高；
均為0；
將計(jì)算得到的各基站半徑保存起來(lái)。
4.路徑損耗的計(jì)算方法就是計(jì)算半徑的逆運(yùn)算，將計(jì)算得到的各點(diǎn)的路徑值保存起來(lái)。
5.接收功率的計(jì)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(jì)算出的總的路徑損耗； 是接收天線增益，即移動(dòng)臺(tái)天線增益，設(shè)為0； 是發(fā)射端饋線損耗； 是接收天線損耗，設(shè)為0。
將計(jì)算得到的各點(diǎn)功率值保存起來(lái)。
6.生成基站的覆蓋圖
設(shè)某個(gè)點(diǎn)上計(jì)算得到接收到的四個(gè)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(jì)算各基站的鄰區(qū)

圖3.3計(jì)算基站的鄰區(qū)
1.當(dāng)遍歷地圖某點(diǎn)時(shí)，根據(jù)前面保存的各點(diǎn)的接收功率值，知道該點(diǎn)能夠接收小區(qū)A、B、C的信號(hào)，則在這一點(diǎn)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(shí)就是記錄各鄰區(qū)的重疊次數(shù)：
假設(shè)當(dāng)前窗口的共有4個(gè)bin，第1個(gè)bin能夠接收小區(qū)A、小區(qū)B的信號(hào)，第2個(gè)bin能夠接收A、B、C的信號(hào)，第3個(gè)bin能夠接收B、C的信號(hào)，第四個(gè)bin能夠接收B、C的信號(hào)，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(shí)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(jì)算兩個(gè)站點(diǎn)之間的距離
已知地球半徑R=6378km；第一個(gè)站點(diǎn)經(jīng)度：(單位:弧度)；緯度：(單位:弧度)；第二個(gè)站點(diǎn)經(jīng)度：經(jīng)度(單位:弧度)；緯度 (單位:弧度)，則按照球面坐標(biāo)到直角坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系得到:






于是,A、B兩點(diǎn)的距離(當(dāng)兩點(diǎn)距離遠(yuǎn)小于地球半徑時(shí)，弦長(zhǎng)近似等于弧長(zhǎng))
（單位：km）

























3.2.5 非孤島站鄰區(qū)PN復(fù)用算法

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

其中D是復(fù)用距離；
r是當(dāng)前基站的覆蓋半徑；
、 分別是待復(fù)用基站各小區(qū)和當(dāng)前基站的相應(yīng)小區(qū)沿兩個(gè)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(jì)算時(shí)需換算為倍數(shù)；
＝1.29 ，此處取 為8dB；
最后的計(jì)算公式變?yōu)椋?br />


3.2.6 孤島站鄰區(qū)PN復(fù)用算法

圖3.6孤島站PN復(fù)用算法
4.PN復(fù)用算法的另一種思路
整個(gè)PN規(guī)劃的思路不變，只是PN復(fù)用算法也可以考慮另外一種：
1.標(biāo)記未分配PN碼的基站；
2.計(jì)算地圖上每個(gè)bin中接收到的每個(gè)扇區(qū)Ec的強(qiáng)度；
3.統(tǒng)計(jì)每個(gè)Bin上已分配PN碼的小區(qū)與未分配PN碼的小區(qū)Ec強(qiáng)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(yīng)小區(qū)的Ec強(qiáng)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(jìn)行PN復(fù)用；
4.必然會(huì)出現(xiàn)不滿足以上情況的基站，此時(shí)我們可設(shè)置不同的門限值（改變90％或者19dB），將依照不同門限值進(jìn)行復(fù)用的基站的PN用不同的顏色顯示，表示這樣的復(fù)用會(huì)產(chǎn)生一些PN混淆，請(qǐng)用戶自己手動(dòng)修改。

該方法的好處在于計(jì)算簡(jiǎn)便，算法實(shí)現(xiàn)起來(lái)也比較容易；缺點(diǎn)在于與相鄰PN算法的判斷標(biāo)準(zhǔn)不太一致。