GSM和CDMA無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化方法探討

表格和公式在附件，因?yàn)楦袷讲粚?duì)穿不上來

1 概述
移動(dòng)通信行業(yè)進(jìn)入理性發(fā)展時(shí)期，可競(jìng)爭(zhēng)的網(wǎng)絡(luò)是有著較高性價(jià)比的網(wǎng)絡(luò)，需要著眼于完善的服務(wù)和一流的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，要用良好的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)保護(hù)投資。對(duì)于一個(gè)良好運(yùn)行和可監(jiān)控的無線網(wǎng)絡(luò)而言，無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化占據(jù)了很重要的位置。在頻譜資源一定的情況下，如何提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋率、增加網(wǎng)絡(luò)容量、如何滿足網(wǎng)絡(luò)未來發(fā)展的需求都需要網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化來解決，通過網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化實(shí)現(xiàn)各方面的良好平衡。
本文首先闡述了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的原則和策略；之后對(duì)于GSM和CDMA2000移動(dòng)通信系統(tǒng)，在無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化方法上各自的技術(shù)特點(diǎn)，進(jìn)行了闡述；最后，由于兩種體制的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，在無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化方法上，又有很多相似和不同之處，本文對(duì)這些異同也進(jìn)行了比較和探討。
2 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃原則和策略
我們都知道，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化的基本原則是：在一定的成本下，在滿足網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的前提下，建設(shè)一個(gè)容量和覆蓋范圍都盡可能大的無線網(wǎng)絡(luò)，并適應(yīng)未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展和擴(kuò)容的要求，也就是CCCQ最優(yōu)原則（C-Cost，C-Coverage，C-Capacity，Q-Quality）。
從移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的進(jìn)程，有如下的基本策略：
在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，考慮先覆蓋、后容量，初期建設(shè)一張"薄網(wǎng)"；在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中后期，全方位打造精品網(wǎng)絡(luò)，提高QOS質(zhì)量，關(guān)注容量需求，兼顧邊際覆蓋，提高覆蓋率和系統(tǒng)資源利用率。同時(shí)關(guān)注業(yè)務(wù)的可持續(xù)發(fā)展性，簡(jiǎn)單靈活進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容和新業(yè)務(wù)的展開。
3 GSM網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)
有很多關(guān)鍵技術(shù)支撐GSM體制下的移動(dòng)通信系統(tǒng)，例如：功率控制，切換算法，DTX，跳頻等。對(duì)于GSM的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化而言，主要的關(guān)鍵技術(shù)是：頻率計(jì)劃，切換規(guī)劃等，下面分別說明。
3.1 頻率計(jì)劃
在GSM系統(tǒng)中，由于頻率資源是有限的，頻率的重復(fù)使用是提高頻率利用率，提高系統(tǒng)容量的有效手段。在GSM系統(tǒng)中，主要的干擾來自同鄰頻的干擾，這是由系統(tǒng)的載干比C/I決定的，也就是同頻C/I>＝9dB，第一鄰頻C/I>-9dB,第二鄰頻C/I>-41dB，通�？紤]同頻和第一鄰頻的情況。頻率計(jì)劃的核心內(nèi)容就是如何進(jìn)行有效的規(guī)劃設(shè)計(jì)，從而保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)各個(gè)扇區(qū)載頻的頻點(diǎn)都能夠滿足同鄰頻載干比的要求，保證通話質(zhì)量，提高系統(tǒng)承載容量。
傳統(tǒng)的頻率復(fù)用方式是4×3，由于通信頻帶的有限，隨著網(wǎng)絡(luò)需求容量和業(yè)務(wù)的增加，各種高復(fù)用度的頻率復(fù)用方式也應(yīng)運(yùn)而生，而且大量地在各國(guó)商用網(wǎng)上得到運(yùn)用，比如：多層緊密復(fù)用（MRP）,1×3，1×1，同心圓等【1】【2】 。隨著復(fù)用距離和復(fù)用度的提高，各種相應(yīng)的抗干擾機(jī)制也大量地使用，用以降低系統(tǒng)干擾水平，比如：DTX,跳頻，功率控制等。
在無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化中，最為重要和關(guān)鍵的技術(shù)就是針對(duì)不同的地理環(huán)境，網(wǎng)絡(luò)配置和用戶承載，進(jìn)行上述頻率計(jì)劃技術(shù)的精細(xì)設(shè)計(jì)。
3.2 切換規(guī)劃
切換是從移動(dòng)通信的大區(qū)制轉(zhuǎn)向蜂窩體制最為重要的無線鏈路控制手段，能夠保持移動(dòng)臺(tái)MS在穿越不同的蜂窩小區(qū)時(shí)通話的連續(xù)性，減小掉話率，并能提供更好的通信質(zhì)量。
在GSM中，為了適應(yīng)無線環(huán)境的多重復(fù)雜性，降低慢衰落，涌現(xiàn)出了各種豐富有效的切換算法。無線網(wǎng)絡(luò)中切換的規(guī)劃和優(yōu)化的主要內(nèi)容，就是針對(duì)不同形態(tài)的場(chǎng)景，制定不同的切換判決，規(guī)劃良好適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的不同"切換門限"。
下面列出常見的各種切換算法的分類，以及相應(yīng)的"切換門限"：
表1 切換算法和觸發(fā)條件

另外，在切換規(guī)劃中需要注意如下幾點(diǎn)：
1. 市區(qū)內(nèi)切換帶避開高話務(wù)區(qū)域
2. 市區(qū)內(nèi)切換帶盡量避開十字路口
3. 覆蓋不好的區(qū)域的切換次數(shù)可以考慮降低
4. 覆蓋良好的區(qū)域更多考慮更好小區(qū)切換
4 CDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)
CDMA是3G發(fā)展的一種先進(jìn)的通信體制，涉及了很多更為復(fù)雜的技術(shù)，例如：前反向快速功控、軟切換、準(zhǔn)入負(fù)荷控制等。對(duì)于無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃而言，CDMA規(guī)劃的關(guān)鍵技術(shù)主要有：前向功率規(guī)劃、容量規(guī)劃、PN規(guī)劃、切換規(guī)劃、功控規(guī)劃等。
4.1 前向功率規(guī)劃
在CDMA 系統(tǒng)中，基站的功率資源是最為寶貴的系統(tǒng)資源，它直接決定了覆蓋、系統(tǒng)支持的容量以及相應(yīng)的業(yè)務(wù)類型。因此，CDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化中，仔細(xì)研究基站的總功率和對(duì)應(yīng)的前向各信道的功率資源配比是極為重要的。
基站總功率一般都是確定的，而前向各個(gè)信道的功率配比決定了前向的覆蓋范圍，這里的前向覆蓋是指：導(dǎo)頻信道、同步信道、尋呼信道和業(yè)務(wù)信道達(dá)到一致的覆蓋半徑，這也是前向功率配比規(guī)劃的基本原則。 由于CDMA的自干擾性，隨著小區(qū)用戶的增加，導(dǎo)頻、同步、尋呼和業(yè)務(wù)所需的功率也需同步增加，直到基站功率耗盡。需要注意的是：進(jìn)行全網(wǎng)規(guī)劃時(shí)，還要考慮小區(qū)間的平衡和協(xié)調(diào)。
在實(shí)際工程運(yùn)用和設(shè)計(jì)中，前向功率配比規(guī)劃一般建議規(guī)劃如下：
1. 導(dǎo)頻信道功率：10-20% 總功率
2. 同步信道功率：1-3% 總功率
3. 尋呼信道功率：3.5-8% 總功率
4. 業(yè)務(wù)信道功率：69-85% 總功率
如果個(gè)別地區(qū)的室內(nèi)穿透損耗過大（例如：中國(guó)東北地區(qū)，房屋結(jié)構(gòu)厚實(shí)），需要斟酌考慮加大前向的導(dǎo)頻功率比例。
另外，需要注意的是：對(duì)于一些非常特殊的地形（比如：隧道、海平面等），前向功率的配比也可以靈活考慮，不拘泥于上述的建議。
下面給出前向功率規(guī)劃的背景資料，供參考。（附件中也有）
4.2 容量規(guī)劃
在CDMA系統(tǒng)中，所有小區(qū)可共用相同頻譜，這一點(diǎn)對(duì)提高CDMA系統(tǒng)容量非常有利。但也正是同頻復(fù)用的原因，系統(tǒng)存在多用戶間的干擾，這種多址干擾則又限制的系統(tǒng)的容量。
容量大小隨用戶分布、用戶行為、系統(tǒng)解調(diào)門限等的改變而變化。CDMA的前反向容量也是有所差別的，在進(jìn)行容量規(guī)劃時(shí)，需要從前反向鏈路兩個(gè)方面來考慮。
在容量規(guī)劃中，由于CDMA系統(tǒng)反向覆蓋容量比較易于量化，故一般可根據(jù)反向初步估算整個(gè)系統(tǒng)，然后通過仿真方式來最終得到整個(gè)系統(tǒng)的前反向規(guī)劃設(shè)計(jì)。反向容量規(guī)劃可以按照軟阻塞公式或者極限容量公式來進(jìn)行。
針對(duì)CDMA的軟容量特性，引入軟阻塞分析CDMA的容量。軟阻塞是指：基站有足夠的信道可用，但是由于在該基站覆蓋范圍內(nèi)已經(jīng)有很多用戶，如果增加一個(gè)用戶，就會(huì)使干擾高于事先設(shè)定的門限值，這次呼叫會(huì)被拒絕，為了獲得更大的系統(tǒng)容量，運(yùn)營(yíng)商可以降低質(zhì)量要求，降低阻塞負(fù)荷，這樣系統(tǒng)容量隨著質(zhì)量指標(biāo)的改變而改變。軟阻塞屬于一種指標(biāo)阻塞，隨著不同負(fù)荷和不同業(yè)務(wù)質(zhì)量要求而有不同的系統(tǒng)容量。
下面就是在高斯近似下的系統(tǒng)軟阻塞反向容量模型公式：

其中：

根據(jù)以上公式可以看出，CDMA系統(tǒng)反向容量與功控精度、系統(tǒng)的解調(diào)門限（用戶接入速率、運(yùn)動(dòng)速率都直接影響解調(diào)門限）、假定激活因子、小區(qū)干擾、小區(qū)負(fù)荷，系統(tǒng)軟阻塞率有密切的關(guān)系，即CDMA系統(tǒng)的反向容量會(huì)隨網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的變化而產(chǎn)生波動(dòng)。
按照文獻(xiàn)【3】的軟阻塞公式編程仿真，可以得到下表所示的系統(tǒng)反向容量。
表2 不同環(huán)境下的系統(tǒng)反向容量

在CDMA1X系統(tǒng)中，前向容量分析必須考慮前向鏈路功率損耗、用戶分布情況、鏈路信號(hào)衰減、系統(tǒng)解調(diào)門限、功率控制精度。
前向容量的規(guī)劃一般都在專門的仿真平臺(tái)上仿真得到，這里不贅述。
4.3 PN規(guī)劃
在CDMA2000中，扇區(qū)是通過一個(gè)215長(zhǎng)的m序列來區(qū)分的，它在不同扇區(qū)通過PN的相位作一定偏移來實(shí)現(xiàn)。由于只有有限數(shù)量的PN偏置，最多512個(gè)不同的相位可用，因此需要對(duì)PN偏置的應(yīng)用進(jìn)行規(guī)劃，以避免PN混淆�！�4】
在實(shí)際規(guī)劃CDMA網(wǎng)絡(luò)的PN偏置時(shí)，首先要確定系統(tǒng)參數(shù)PILOT_INC，PILOT_INC的取值決定了不同基站導(dǎo)頻間的相位偏移量。之后規(guī)劃可用的PN偏置數(shù)目，而可用的PN偏置個(gè)數(shù)＝512/PILOT_INC。
PILOT_INC越小，則可用導(dǎo)頻相位偏置數(shù)越多，同相位的導(dǎo)頻間復(fù)用距離將增大，這樣將降低同相復(fù)用導(dǎo)頻間的干擾。因此，兩個(gè)導(dǎo)頻的相位間隔問題類比于GSM中的鄰頻隔離；兩個(gè)同相導(dǎo)頻間的復(fù)用距離類比于GSM中的同頻復(fù)用。
在實(shí)際應(yīng)用中，工程中通常設(shè)置 PILOT_INC＝4。當(dāng)PILOT_INC＝4時(shí)，可用的偏置數(shù)為128個(gè)，相鄰兩個(gè)偏置之間的相位差為256chips，相當(dāng)于62km。
4.4 切換規(guī)劃
軟切換是CDMA系統(tǒng)中最有特色的，也是最為廣泛的切換類型。與GSM系統(tǒng)的硬切換不同的是，軟切換是一種狀態(tài)，由多個(gè)基站同時(shí)支持一個(gè)呼叫，CDMA的移動(dòng)臺(tái)經(jīng)常在相當(dāng)長(zhǎng)的呼叫時(shí)間里處于軟切換狀態(tài)【5】。而GSM中的硬切換是時(shí)間離散的短暫事件，當(dāng)呼叫從一個(gè)小區(qū)交換到另外一個(gè)小區(qū)或者從一個(gè)載頻交換到另一個(gè)載頻時(shí)發(fā)生。CDMA中的軟切換機(jī)制更能夠保證呼叫的完整性，降低同頻干擾，降低掉話，均衡話務(wù)負(fù)荷。
在CDMA的無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，切換規(guī)劃的關(guān)鍵點(diǎn)是：選取合理的切換帶位置，盡量避免切換帶在密集話務(wù)區(qū)；規(guī)劃合理的切換帶寬度，保證合理的軟切換比例，一般軟切換（不含更軟切換）比例要控制在40％以內(nèi)；確定合理的切換參數(shù)（T-ADD、T-DROP、TT-DROP等）；制定有效合理的鄰區(qū)關(guān)系和鄰區(qū)優(yōu)先級(jí)。
4.5 功控規(guī)劃
CDMA功控的目的是即維持高質(zhì)量通信，又不對(duì)占用同一信道的其他用戶產(chǎn)生不應(yīng)有的干擾，使得每個(gè)移動(dòng)臺(tái)到達(dá)基站時(shí)都達(dá)到最小所需的信噪比。CDMA中的功率控制很大的好處是降低了平均發(fā)射功率【4】。在一般的通信鏈路情況下，發(fā)射功率較低；在無線衰落較大的鏈路情況下，功控會(huì)自動(dòng)升高功率，以抵抗衰落。
功控分為前向功率控制和反向功率控制，而反向功率控制又分為開環(huán)和閉環(huán)兩部分。在無線網(wǎng)絡(luò)功控規(guī)劃中，主要需要仔細(xì)控制的參數(shù)有：誤幀率FER、解調(diào)門限Eb/Nt、功控初始發(fā)射功率、功控步長(zhǎng)等，規(guī)劃中需要注意各參數(shù)配合規(guī)劃的收斂性。
功控規(guī)劃的注意點(diǎn)：
1. 功控分95和2000體制有慢速和快速的區(qū)別，實(shí)際規(guī)劃中要仔細(xì)調(diào)查本地網(wǎng)手機(jī)用戶版本，對(duì)于95和2000手機(jī)采用不同的功控策略；
2. 在呼叫建立過程中，就已經(jīng)存在開環(huán)和閉環(huán)功控過程，因此功控參數(shù)要很好地與接入過程的參數(shù)進(jìn)行配合；
3. 由于各個(gè)信道的解調(diào)門限是有區(qū)別的，因此針對(duì)信道的功控參數(shù)規(guī)劃，還要注意將信道間增益差考慮進(jìn)來。
5 GSM與CDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的比較
GSM和CDMA系統(tǒng)作為蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化中都有很多非常類似的方法可以相互借鑒；同時(shí)由于體制的不同，也有很多具體實(shí)施的方法存在差異，下面分別說明。
5.1 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃技術(shù)比較
移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃技術(shù)中，考慮了GSM和CDMA體制的不同，方法上有所異同。列表比較如下：
表3 CDMA與GSM網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法比較

從上表可以看出，CDMA和GSM由于體制差異，在規(guī)劃方法上，CDMA的覆蓋和容量緊密相關(guān)，兩者都是動(dòng)態(tài)變化的，需要大型仿真；而GSM覆蓋容量基本上是分離和靜態(tài)，預(yù)測(cè)方法既可。
5.2 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)比較
在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化技術(shù)中，CDMA和GSM也各有異同，下面列表說明如下：
表4 CDMA與GSM網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法比較

從上表可以看出，CDMA和GSM的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，總的技術(shù)方法還是類同的，但是涉及到體制上差異，在一些具體的優(yōu)化方法上有所不同。
6 小結(jié)
總體上說，GSM和CDMA的無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化，都是建構(gòu)在蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的，技術(shù)方法上具有一定的共通性和可比擬性。但是由于通信體制上有本質(zhì)的變化，體現(xiàn)出CDMA需要更多的信息論、通信原理和數(shù)理基礎(chǔ)，相比GSM系統(tǒng)而言，稍復(fù)雜一些。
對(duì)于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化而言，都需要具有有效分析問題的思路和解決的策略方法，在合適的場(chǎng)景下采用適合的解決方案。