WCDMA系統(tǒng)的容量規(guī)劃

中京郵電通信設(shè)計(jì)院　　刁兆坤



　　WCDMA系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃包括核心網(wǎng)規(guī)劃和無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃兩大方面，而無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃又可分為WCDMA無線資源規(guī)劃、切換規(guī)劃、功控規(guī)劃、容量規(guī)劃、覆蓋規(guī)劃等眾多方面，本文僅針對(duì)WCDMA系統(tǒng)的容量規(guī)劃做一剖析。同時(shí)提出了增加WCDMA系統(tǒng)容量的具體方法。



一、WCDMA系統(tǒng)規(guī)劃內(nèi)容


　　數(shù)字移動(dòng)通信發(fā)展到3G階段，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營過程中遇到很多具有共性的問題，如用戶移動(dòng)時(shí)發(fā)生掉話，要通話時(shí)無可用信道，通話質(zhì)量差等。用戶所享受到的業(yè)務(wù)服務(wù)取決于無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的質(zhì)量。對(duì)于運(yùn)營商而言，從客戶的滿意度中獲得利益，其網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是關(guān)鍵競爭因素。與第二代移動(dòng)通信相比，第三代移動(dòng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)引入了大量各種比特業(yè)務(wù)，要預(yù)測不同業(yè)務(wù)的模型是困難的。無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃包括在各種情況下計(jì)算鏈路預(yù)算、容量以及小區(qū)基站數(shù)目，同時(shí)要對(duì)基站覆蓋進(jìn)行預(yù)測，對(duì)其參數(shù)進(jìn)行規(guī)劃。除此之外，還需要對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行策劃，計(jì)算基站中信道單元的數(shù)目、傳輸線路容量、基站控制器、交換機(jī)等相關(guān)單元的數(shù)目。在規(guī)劃中需引入性能測量，如掉話率和閉塞等指標(biāo)，用它們來衡量網(wǎng)絡(luò)性能。在小區(qū)中均勻覆蓋區(qū)域提供高比特業(yè)務(wù)，在小區(qū)邊緣提供低比特業(yè)務(wù)。覆蓋區(qū)域設(shè)計(jì)成連續(xù)覆蓋，也可以是熱點(diǎn)地區(qū)覆蓋。不同業(yè)務(wù)、不同實(shí)施策略需要進(jìn)行仔細(xì)估計(jì)。



二、WCDMA系統(tǒng)軟容量


　　對(duì)于小區(qū)需要信道數(shù)的計(jì)算，可以通過可用頻譜、用戶數(shù)預(yù)測，話務(wù)密度信息來衡量，其計(jì)算條件是給定擁塞率，若硬件引起擁塞，查表可以得出結(jié)果。若最大容量是由干擾限制造成，其容量定義為軟容量。對(duì)于軟容量受限系統(tǒng)，不能通過愛爾蘭表計(jì)算，因?yàn)榭傂诺廊萘看笥谄骄�每小區(qū)信道數(shù)。由于相鄰小區(qū)共享一部分干擾，在相同擁塞率條件下，系統(tǒng)將服務(wù)更多話務(wù)量。來自鄰區(qū)干擾越少，在中間小區(qū)內(nèi)可用信道就越多。


　　當(dāng)小區(qū)具有為數(shù)較少的信道，高比特率實(shí)時(shí)用戶出現(xiàn)時(shí)，平均負(fù)荷必須降低，以保證低的擁塞率。由于平均負(fù)荷降低，所以有附加的容量提供給鄰區(qū)利用。這部分容量是從相鄰小區(qū)借用，因此干擾的共享提供軟容量。對(duì)于高比特率的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)用戶，如圖像連接等，提供軟容量是十分必要的。


　　如果相鄰小區(qū)系統(tǒng)用戶較少時(shí)，在WCDMA系統(tǒng)中被認(rèn)為是增加了軟容量。軟容量定義為在軟擁塞的條件下愛爾蘭容量的增加。當(dāng)平均每個(gè)小區(qū)具有相同的最大信道數(shù)時(shí)，軟阻塞與硬阻塞相比的愛爾蘭容量增加量為：
　　軟容量＝愛爾蘭容量（軟擁塞）/愛爾蘭容量（硬擁塞）－1


　　由于在WCDMA系統(tǒng)中所有用戶共享在空間信道上的干擾源，分析就不能分開進(jìn)行，各用戶互相影響、引起發(fā)射功率改變，這些改變?cè)僖�起新的改變，如此往�?fù)，相互影響，因此預(yù)測處理是一個(gè)反復(fù)的過程，直到穩(wěn)定為止。


　　軟容量的大小還依賴于傳播環(huán)境。如果相鄰小區(qū)負(fù)載量較低，只有無線資源管理算法在一個(gè)小區(qū)能實(shí)現(xiàn)較高容量時(shí)，才可獲得軟容量。如果這種算法是基于寬帶干擾而不是吞吐量或連接數(shù)，系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)軟容量。



三、WCDMA容量的估計(jì)


　　3G系統(tǒng)是一種寬帶CDMA系統(tǒng)，其網(wǎng)絡(luò)組織繼承窄帶CDMA的特點(diǎn)，由于采用碼分多址方式，頻率復(fù)用不是一個(gè)重要的方面，所以網(wǎng)絡(luò)干擾來自自身系統(tǒng)，與同一時(shí)間通話用戶的數(shù)量有關(guān)。


　　WCDMA的頻率復(fù)用系數(shù)是1， 該系統(tǒng)是干擾受限系統(tǒng)，所以容量的實(shí)質(zhì)是對(duì)干擾量的估計(jì)。對(duì)于下行負(fù)荷的估計(jì)，一個(gè)重要方面是對(duì)于基站發(fā)信功率的估計(jì)。這里所說的功率為平均功率，而不是小區(qū)邊沿峰值發(fā)射功率。對(duì)于每個(gè)用戶所要求的最小功率，由基站到移動(dòng)臺(tái)平均衰耗及移動(dòng)臺(tái)靈敏度決定，條件是不存在多接入引起干擾（包括小區(qū)內(nèi)和小區(qū)外）。干擾引起的噪聲提升使得移動(dòng)臺(tái)所需最少功率比原來有了提高，最后使得系統(tǒng)能接入的用戶數(shù)得以減少。


　　對(duì)于上行負(fù)荷的估計(jì)，在全話音業(yè)務(wù)的情況下，負(fù)荷因子的關(guān)系可以簡化為：


　　在UMTS中下行容量被認(rèn)為比上行容量更重要，這是因?yàn)樵拕?wù)的不對(duì)稱，與下載類型業(yè)務(wù)較多有關(guān)。在3G系統(tǒng)中，下行容量考慮比較多，影響上下行不同的因素為正交碼和基站發(fā)分集。WCDMA用長擴(kuò)展碼在下行鏈路區(qū)別小區(qū)，并在上行區(qū)別用戶。下行用218的gold碼，該碼被截成周期為10ms的幀，可用擾碼512 ，分成32個(gè)碼組，每組有12個(gè)碼。下行正交碼對(duì)容量的影響考慮用不規(guī)則短碼，該系列在一個(gè)路徑的條件下是正交的，在多徑的條件下部分正交性將消失，且引起小區(qū)內(nèi)各用戶之間相互干擾。


　　WCDMA的頻譜效率與鏈路性能有關(guān)，理論分析與仿真表明，上行鏈路的容量是下行鏈路容量的2～2.5倍。除了基站采用天線分集外，高容量主要是因?yàn)樯闲墟溌酚昧硕嘤脩粜盘?hào)檢測技術(shù)，與一般接收機(jī)比較幾乎提供了2倍的容量。但在下行鏈路，兩個(gè)基站向同一移動(dòng)臺(tái)發(fā)射信號(hào)，而它們并不正交，只能起到多徑分集的作用。


　　通過分析可以得出結(jié)論：下行覆蓋比上行更依賴于負(fù)荷，原因是基站總發(fā)射功率被下行所有用戶共享，650kbit/s以下覆蓋由上行決定，容量由下行決定。環(huán)境對(duì)容量的影響一定條件下增加功率對(duì)容量的增加，這其實(shí)不是最有效的。WCDMA頻譜效率定義為一定比特率下的同時(shí)呼叫數(shù)，而在3G中更直接用每小區(qū)5MHz上吞吐量表示，單位是kbit/s、cell、載波。它由很多因素決定，變化很大，系統(tǒng)模擬還需要規(guī)定一些條件。


　　一般情況下，窄帶IS95 單載頻全向基站的話務(wù)信道數(shù)可達(dá)23個(gè)，2%呼損條件下支持15.76Er1；單載頻3扇區(qū)基站每扇區(qū)的話務(wù)信道數(shù)可達(dá)20個(gè)，2%呼損條件下每基站支持39.54Er1。


　　對(duì)于3G WCDMA系統(tǒng)， 單載頻提供信道由OVSF碼與擾碼共同決定，其容量比較大，目前提供33個(gè)信道。工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際話務(wù)分布需求合理設(shè)置載頻數(shù)量及合理配置各基站的話務(wù)信道數(shù)。



四、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中提高WCDMA站點(diǎn)容量的方法


　　在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，提高WCDMA系統(tǒng)每個(gè)基站站點(diǎn)下行鏈路容量的方法有如下幾種。


　　1．運(yùn)營商啟用新的頻率，即采用新的頻點(diǎn)，依靠增加第二、三載波來實(shí)現(xiàn)下行鏈路的容量。WCDMA支持有效的頻率間切換，且使用多個(gè)載波可實(shí)現(xiàn)負(fù)載的平衡，可以增大每個(gè)站點(diǎn)的容量。


　　2．使用功分器，即一個(gè)扇區(qū)的功率可分配到更多的扇區(qū)中使用，通過減少每個(gè)用戶的發(fā)射功率來實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)容量的提高。在最初網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃階段，為增加站點(diǎn)容量需要對(duì)上行鏈路扇區(qū)化，但扇區(qū)化的結(jié)果可能帶來大于最初業(yè)務(wù)密度所要求的容量。因此使用功分器是一個(gè)有效的依靠減少移動(dòng)臺(tái)發(fā)射干擾而實(shí)現(xiàn)容量提高的可行方法。同時(shí)它也是解決特定地形覆蓋的有效方法。


　　3．天饋部分采用發(fā)分集。所謂發(fā)分集，即在下行鏈路中，信號(hào)可以通過兩個(gè)基站天線分支發(fā)送。因?yàn)閷?duì)移動(dòng)臺(tái)而言，體積小且便宜無疑是大眾追求的方向，使用兩個(gè)天線和接收機(jī)電路并不可行。如果系統(tǒng)根據(jù)來自移動(dòng)臺(tái)的反饋指令調(diào)整來自兩個(gè)發(fā)送天線的相位，在移動(dòng)臺(tái)接受中利用下行鏈路發(fā)分集就可能獲得相干增益。下行鏈路分集將下行鏈路容量提高到一定程度，這依賴于該環(huán)境多徑分集的程度�？梢岳�用的多徑分集越少，使用發(fā)分集獲得的下行鏈路容量增益越大。下行鏈路分集無須額外的天線來實(shí)現(xiàn)。


　　4．扇區(qū)化可以用來有效提高基站站點(diǎn)的容量，將一個(gè)全向站升級(jí)為3扇區(qū)定向基站，容量可以提高到原來的2.7倍；升級(jí)為6扇區(qū)，大約有5.4倍的容量增加。通過增加扇區(qū)來增加容量，必須更換全向天線為定向天線，同時(shí)重新進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和優(yōu)化。


　　5．另外，使用低比特率編碼模式也可提高WCDMA系統(tǒng)的話音容量。



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