第7章 WCDMA系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

第7章WCDMA系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃 7.1概述 隨著第三代移動通信技術(shù)的興起，UMTS網(wǎng)絡(luò)的建立將帶來一場深刻的革命， 這對網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃也提出了更高的要求。目前，引起了公眾對這一新技術(shù)的極大 興趣。第三代移動通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)正方興未艾。這一全新的移動通信技術(shù)與 傳統(tǒng)的GSM網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃有著本質(zhì)的不同。在全球范圍內(nèi)，人們正緊鑼密鼓地開 發(fā)和研制新的規(guī)劃工具和計算方法，設(shè)計新的工作流程。 UMTS同GSM網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的比較： 1. GSM網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃 GSM網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃基于基站的傳播分析。根據(jù)基站的發(fā)射功率和天線配置，計算 其覆蓋區(qū)域。通常只對下行鏈路進(jìn)行計算，因為GSM技術(shù)不考慮上行鏈路的 情況。下一步是由網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工程師分析所需的小區(qū)容量。根據(jù)計算得到的小 區(qū)面積，就可借助電子地圖估算各個小區(qū)的業(yè)務(wù)量，再通過話務(wù)量模型（如 Erlang-B或Erlang-C）算出所需的信道數(shù)目。接下來就是給基站分配頻率，要 做到相同的頻率只能在具有足夠間距的小區(qū)內(nèi)重復(fù)使用，以免產(chǎn)生干擾。 如果將來網(wǎng)絡(luò)必須擴容，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工程師只需給相應(yīng)的小區(qū)分配新的信道。 只要在總體頻率規(guī)劃中還有合適的頻率，并且擴容量不超出基站的最大容量， 就沒有必要對網(wǎng)絡(luò)作其它改動。否則，就必須增加新的基站或扇區(qū)，還要重 新進(jìn)行頻率計算和信道分配。 2. UMTS網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃 UMTS網(wǎng)規(guī)相對GSM網(wǎng)規(guī)來說，具有以下一些主要不同點： 小區(qū)呼吸： CDMA網(wǎng)絡(luò)與GSM網(wǎng)絡(luò)完全不同。由于不再把信道和用戶分開考慮，也就沒 有了傳統(tǒng)的覆蓋和容量之間的區(qū)別。一個小區(qū)的業(yè)務(wù)量越大，小區(qū)面積就越 小。因為在CDMA網(wǎng)絡(luò)中，業(yè)務(wù)量增多就意味著干擾的增大。這種小區(qū)面積 動態(tài)變化的效應(yīng)稱為“小區(qū)呼吸”?？梢酝ㄟ^下面這個形象的例子加以說明。 在一次朋友的生日派對上，來了許多客人。同時講話的人愈多，就愈難清對 話方的聲音。如果開始是您還能同位于房間另一頭的熟人進(jìn)行交談，那么當(dāng) 房間內(nèi)的嘈雜聲達(dá)到一定程度后，您就根本無法聽明白對方的話。這說明談 話區(qū)的“小區(qū)半徑”縮小了。UMTS網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工程師面對的是一個動態(tài)變化的 網(wǎng)絡(luò)。 在規(guī)劃UMTS網(wǎng)絡(luò)時，首先必須考慮網(wǎng)絡(luò)的擴容性。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工程師不可能 象規(guī)劃GSM網(wǎng)絡(luò)那樣，簡單地給相關(guān)的小區(qū)增配頻率。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃初期就必須 考慮一個確定的信號余量，在計算小區(qū)面積時作為因業(yè)務(wù)量增多而產(chǎn)生干擾 的“補償”。這表明，從一開始，就需要用較小的小區(qū)或者更多的基站建網(wǎng)， 這也意外著投資成本的提高。如果業(yè)務(wù)量信號余量定得太小，那就只有一條 出路，即建誥更多的基站。 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工程師必須注意到上述問題，因為單一地提高發(fā)射功率并不能消除 因業(yè)務(wù)量增多而引起的接受信號的惡化。發(fā)射功率的提高只能改善某一小區(qū) 的接受信號，其付出的代價是增加了對所有相鄰小區(qū)的干擾，從而影響了整 個網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量。 提高發(fā)射功率不能無限期地擴大CDMA小區(qū)的有效范圍或容量（對CDMA網(wǎng) 絡(luò)來說兩者是同義詞）。當(dāng)UMTS網(wǎng)的發(fā)射功率提高一倍時，小區(qū)的容量只 增加百分之十。發(fā)射功率的提高雖然增大了小區(qū)的有效范圍，但是為滿足遠(yuǎn) 程手機用戶的需要，必須超比例地增加發(fā)射功率，這必然影響到其他手機用 戶的通話質(zhì)量。我們回到上述派對的例子，您可以通過提高嗓音同位于房間 另一頭的熟人繼續(xù)交談下去，而其他客人為了聽清對方的聲音也必須同時大 聲說話。這樣一來，整個房間只能淹沒在一片嘈雜聲中。 發(fā)射功率和小區(qū)容量之間的對應(yīng)關(guān)系是漸近式的。UMTS網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工程師必須 減少網(wǎng)絡(luò)的滿載率，因為UMTS小區(qū)的負(fù)載很容易達(dá)到飽和。具體參數(shù)取決 于各種不同的業(yè)務(wù)，當(dāng)然也與網(wǎng)絡(luò)運營商愿意承擔(dān)的風(fēng)險有關(guān)。一般來說， 設(shè)計網(wǎng)絡(luò)時滿載因子預(yù)設(shè)為百分之.六十。在此，“小區(qū)呼吸”效應(yīng)得到了應(yīng) 用。相鄰小區(qū)之間可以相互補償負(fù)載容量，人們稱之為軟負(fù)荷。由于成本原 因，不能大規(guī)模地增加網(wǎng)絡(luò)的容量。對數(shù)據(jù)傳輸量很高的UMTS業(yè)務(wù)所作的 數(shù)學(xué)論證表明，服務(wù)小區(qū)從相鄰小區(qū)借用負(fù)載容量的概率隨數(shù)據(jù)傳輸量的增 大而增加。這是一個令人滿意的結(jié)果。 遠(yuǎn)近效應(yīng)問題： CDMA網(wǎng)絡(luò)的另一典型問題是所謂的遠(yuǎn)近效應(yīng)問題。因為同一小區(qū)的所有用 戶分享相同的頻率，所以對整個系統(tǒng)來說，每個用戶都以最小的功率發(fā)射信 號顯得極其重要。我們還是舉上述派對的例子，房間里只要有一個人高聲叫 嚷，就會妨礙所有其他在座客人的交流。在CDMA網(wǎng)絡(luò)中，可以通過調(diào)整功 率來解決這一問題。例如UMTS網(wǎng)絡(luò)使用的是一個閉環(huán)控制電路，其頻率為 1500HZ。而GSM網(wǎng)絡(luò)用于調(diào)整功率的控制電路頻率為2HZ，并且只針對上 行鏈路。 這種所謂的快速功率控制機制已經(jīng)在UMTS硬件得到了實現(xiàn)。盡管如此，網(wǎng) 絡(luò)規(guī)劃工程師還會遇到這一問題的另一種情況。當(dāng)某一用戶遠(yuǎn)離基站時，必 須得到很大一部分發(fā)射功率，以至供給其他用戶的功率發(fā)生緊缺。這意味著 小區(qū)容量與用戶的實際分布情況有關(guān)。當(dāng)用戶密度很大時，可以用統(tǒng)計平均 值解決這個問題；而當(dāng)用戶數(shù)量很小時，則必須通過模擬方法對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行動 態(tài)分析。 上行鏈路和下行鏈路： UMTS網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)量是非對稱的，也就是說網(wǎng)絡(luò)上行鏈路和下行鏈路的數(shù)據(jù)傳 輸量有所不同。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工程師首先必須分別計算兩個方向的值，然后把兩 者適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合起來。這樣，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工作就會非常復(fù)雜。上行鏈路是UMTS 小區(qū)有效范圍一個典型的限制因素，或者說上行鏈路是受覆蓋范圍限制的 (coverage limited)； 而下行鏈路是受容量限制的(capacity limited)。在上彳亍 鏈路發(fā)射功率中用戶手機提供；而在下行鏈路發(fā)射功率中基站供給。因此， 小區(qū)容量在下行鏈路和下行鏈路的小區(qū)半徑相等。 在已經(jīng)建立的CDMA網(wǎng)絡(luò)中也會出現(xiàn)前面所述的一些問題。對UMTS網(wǎng)絡(luò)來 說，其復(fù)雜程度更高。UMTS網(wǎng)絡(luò)能同時滿足對通信質(zhì)量和業(yè)務(wù)量具有不同要 求的各種業(yè)務(wù)，包括簡單的話音業(yè)務(wù)和傳輸率達(dá)2Mbps的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。 綜合業(yè)務(wù)： 實際上，UMTS網(wǎng)絡(luò)必須同時滿足各種不同業(yè)務(wù)的需求。所以，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工程 師要綜合考慮各種業(yè)務(wù)。對通信質(zhì)量要求不高的業(yè)務(wù)，UMTS小區(qū)有著較大的 覆蓋范圍；反之，對一些通信質(zhì)量要求很高的業(yè)務(wù)，其小區(qū)覆蓋范圍就很小。 這樣，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工程師在實際工作中不可能只考慮單一的UMTS小區(qū)半徑， 因為不同的業(yè)務(wù)對應(yīng)于不同的小區(qū)半徑。如果把最小小區(qū)半徑，也就是說把 通信質(zhì)量要求最高的業(yè)務(wù)作為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的標(biāo)準(zhǔn)，那么建網(wǎng)成本是極其昂貴的， 也是不現(xiàn)實的。未來的UMTS網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工程師中級業(yè)務(wù)的小區(qū)半徑著手，這 樣，小區(qū)實際有效范圍只能部分滿足高級業(yè)務(wù)的需求。目前，各大網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃 軟件公司已經(jīng)著手開發(fā)和研制針對這種新的UMTS網(wǎng)絡(luò)綜合業(yè)務(wù)的有效算 法。 其它不同之處： UMTS網(wǎng)絡(luò)與GSM網(wǎng)絡(luò)相比，還有其它一系列不同之處。GSM網(wǎng)絡(luò)用分區(qū)的 方法解決容量問題。當(dāng)一個小區(qū)的業(yè)務(wù)量過大時，該小區(qū)將分成多個扇區(qū)， 并增加相應(yīng)的天線。這種方法雖然也可用于UMTS網(wǎng)絡(luò)，但效果不大。一方 面，小區(qū)覆蓋范圍的改變會導(dǎo)致前面所述的遠(yuǎn)近效應(yīng)問題；另一方面，相互 重疊的扇區(qū)因為使用同一頻率而彼此產(chǎn)生干擾。 UMTS網(wǎng)絡(luò)中天線的下傾角(機械或電子的)起到了很重要的作用。它能減少 相鄰小區(qū)的干擾，并能隱含擴大小區(qū)的容量。在實際應(yīng)用中，可選擇下傾角 大而帶來的不足。 在WCDMA系統(tǒng)中，多徑傳播已不再成為消極因素，而是理想的結(jié)果。因為 接收機能將時延至少為IChip (UMTS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸率為3.84Mbps,即 1Chip=0.26微秒，相當(dāng)于78米)的信號組合成有效信號。 此外，UMTS網(wǎng)絡(luò)還使用所謂的軟切換。在這種情況下，一個手機用戶可以同 時分派給多個基站。這種方式解決了網(wǎng)絡(luò)信號的波動，但加大了網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù) 量，因為每個軟傳統(tǒng)的Erlang模型已不再適用。 與第二代傳統(tǒng)的CDMA網(wǎng)絡(luò)相比，UMTS網(wǎng)絡(luò)有許多不同之處。尤其值得一 提的是，UMTS網(wǎng)絡(luò)能異步運行，這就導(dǎo)致了傳輸信道的“非正交性”。讓我 們再回到前面派對的例子，即使理論上能作完滿的安排，一確定誰在什么時 間才能發(fā)言，但實際上這中理想的目標(biāo)是不能達(dá)到的，因為所有客人的手表 是不可能精確到同步的。 通過上面的分析，可以清楚地看到，UMTS網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與當(dāng)前的移動通信網(wǎng)絡(luò)規(guī) 劃相比，其代價要大得多°UMTS網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是極其復(fù)雜的，因為許許多多的系 統(tǒng)參數(shù)緊密相關(guān)，必須同時計算。而當(dāng)前的移動通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃則把這些參數(shù) 分開計算。 7.2 3G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程 與第二代移動通信相比，第三代系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，引入大量各種比特大量業(yè)務(wù)，預(yù) 測不同業(yè)務(wù)的模型是困難的。對于無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，包括在各種情況下，計算 鏈路預(yù)算、容量和小區(qū)基站數(shù)目，同時要對基站覆蓋進(jìn)行預(yù)測，參數(shù)進(jìn)行規(guī) 劃。除此之外，還需要整個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行策劃， 計算基站中信道單元的數(shù)目、傳輸線路容量、基站控制器、交換機等其他單 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)，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)計成連續(xù)覆蓋，也可以是熱點地區(qū)覆蓋。不同業(yè)務(wù)，不同實施策略，需要 進(jìn)行仔細(xì)估計。無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃可以分成幾個階段， 準(zhǔn)備階段： (1) 確定覆蓋目標(biāo) (2) 確定容量目標(biāo) (3) 確定覆蓋策略 ? 估算預(yù)測階段 (1) 小區(qū)業(yè)務(wù)量估計 (2) 小區(qū)容量估計 (3) 覆蓋范圍預(yù)測 (4) 容量與鏈路計算 ? 規(guī)劃調(diào)整階段 (5) 無線覆蓋優(yōu)化調(diào)整 (6) 控制信道功率規(guī)劃 (7) 導(dǎo)頻規(guī)劃 (8) 軟切換參數(shù)規(guī)劃 (9) PN偏移切換 經(jīng)過一些列工作，得到無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境特性、確定控制信道分配、規(guī)劃切換參 數(shù)后，可以進(jìn)行詳細(xì)覆蓋分析。小區(qū)內(nèi)干擾與總干擾之比，對于某小區(qū)而言 是唯一的。在規(guī)劃的過程中，不斷對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，并對干擾比例因子進(jìn)行 評估，在用這些因子來預(yù)測不同小區(qū)的覆蓋。重復(fù)進(jìn)行這迭代過程，直至達(dá) 到收斂。用規(guī)劃工具來使過程自動化，同時可以檢測覆蓋中的縫隙。通常情 況下，3G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)是不均勻的，帶來的問題是使性能下降。一方面，業(yè)務(wù)密 集區(qū)域干擾增加，使質(zhì)量變差。另一方面，質(zhì)量可能過剩，誥成浪費。系統(tǒng) 效率可以通過自適應(yīng)控制小區(qū)半徑、天線方向和上行鏈路接收功率門限得到 改善。小區(qū)半徑通過調(diào)節(jié)導(dǎo)頻功率來控制。考察到SIR高于所需的值，小區(qū) 半徑可以擴大，反之，小區(qū)半徑就減少。分別改變(增加或減少)上行鏈路 所需接收功率門限可以平衡上下行鏈路的小區(qū)半徑。在分扇區(qū)的配置中，改 變各扇區(qū)的中心角，可以均衡該基站的通信質(zhì)量。 7.3 3G無線網(wǎng)絡(luò)天線 7.3.1引言 3G系統(tǒng)(包括WCDMA和CDMA2000)作為新一代移動通信系統(tǒng)，多址方 式發(fā)生變化，變TDMA/FDMA為CDMA/FDMA方式，但就無線信號而言， 仍然面臨有效利用頻率資源，減少網(wǎng)絡(luò)干擾，最大效率完成電波信號的轉(zhuǎn)化。 基站天線是用戶終端與基站控制設(shè)備間通信系統(tǒng)的橋梁，廣泛應(yīng)用于蜂窩移 動通信系統(tǒng)中。通信技術(shù)的發(fā)展必將帶動天線概念的發(fā)展。在七十年代的移 動通信系統(tǒng)中，由于用戶少，較少的載頻和少量的基站即可覆蓋一個城市的 移動通信需求，采用了全向天線或角形反射器天線。隨著經(jīng)濟發(fā)展，移動終 端需求量的急劇增加，舊的基站已不能滿足需求，尤其數(shù)字蜂窩技術(shù)的發(fā)展， 基站配置需要新型天線，以改善市區(qū)的多路徑衰落、區(qū)域分配和多信道網(wǎng)絡(luò) 組織。 平板式天線由于其剖面低、結(jié)構(gòu)輕巧、便于安裝、電性能優(yōu)越等優(yōu)點被廣泛 應(yīng)用于2G數(shù)字蜂窩系統(tǒng)。在80年代中期至90年代中后期，大多采用單極化 (VP)天線，而一個扇區(qū)需用3副天線，一個小區(qū)通常劃分為三個扇區(qū)，因此一 個小區(qū)要用9副天線，天線數(shù)目太多給基站建設(shè)、安裝帶來困難，安裝費用居 高不下，有的站點根本無法安裝分集接收天線，即使安裝了也無法得到最佳 分集接收增益。因此，雙極化天線技術(shù)應(yīng)運而生。 3G階段，隨著無線技術(shù)的改變，信號檢測方式的改變，蜂窩網(wǎng)絡(luò)必須調(diào)整和 優(yōu)化，需要更新型的基站天線滿足這一要求，如自適應(yīng)控制天線、智能化天 線。 7.3.2 3G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 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，由 于采用碼分多址方式，頻率復(fù)用不是一個重要的方面，網(wǎng)絡(luò)干擾來自自身系 統(tǒng)，與一時間通話用戶數(shù)量有關(guān)。在城市市區(qū)，一般配置三扇區(qū)站型，在郊 區(qū)、縣城和公路，根據(jù)需要配置三扇區(qū)站型或全向站，交通干線覆蓋一般配 置為兩扇區(qū)站型，如圖7-1所示。 定向小區(qū) 全向小區(qū) 圖7-1 3G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 對于 3G(WCDMA)，單載頻提供信道由 OVSF(Orthogonal Variable Spreading Factor)碼與擾碼共同決定，容量比較大。工程設(shè)計時應(yīng)根據(jù)實際話務(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)。 實施多載頻時無線網(wǎng)的設(shè)計應(yīng)注意以下問題： (1) 要優(yōu)化硬切換，以減少發(fā)生掉話的危險。 (2) 避免多載波基站孤立，應(yīng)在一群小區(qū)中實施多載波以減少硬切換。 (3) 避免使高話務(wù)小區(qū)成為硬切換發(fā)生的邊界小區(qū)。 7.3.3 3G無線網(wǎng)絡(luò)典型天線 3G典型天線的選擇需考慮幾個方面，基站天線的選擇應(yīng)依據(jù)以下原則： (1) 根據(jù)基站扇區(qū)數(shù)量、話務(wù)密度、覆蓋要求合理選擇定向天線的半功率角及 增益。 (2) 為節(jié)省天線位置，宜采用雙工器。 (3) 在城市密集區(qū)，宜采用雙極化天線。 天線指向調(diào)整和2G工程應(yīng)用相同，在實際工程中,可以根據(jù)話務(wù)分布情況和通 信質(zhì)量要求對定向天線的主瓣方向、下傾角進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。天線隔離度在 工程中需注意，天線的安裝要滿足水平與垂直隔離度的要求，以避免干擾。 天線掛高取決于覆蓋要求，施工時應(yīng)根據(jù)覆蓋、干擾、隔離度及遠(yuǎn)期發(fā)展發(fā) 求合理設(shè)置天線掛高。 3G網(wǎng)絡(luò)用的天線與2G類似，天線基本要求如下： 定向天線增益：13-16dBd 全向天線增益：9-10dBd 定向天線半功率角：60-65度，或者90度 全向天線不圓度： ＜+/-1dB 駐波比：＜1.5 阻抗：50歐(不平衡式) 最大輸入功率：＞500W 天線分集方式，或者采用空間分集，或者極化分集接收為標(biāo)準(zhǔn)配置。 7.3.4 3G智能天線 1. 智能天線原理 智能天線采用空分復(fù)用(SDMA)方式，利用信號在傳播路徑方向上的差別， 將時延擴散、瑞利衰落、多徑、信道干擾的影響降低，將同頻率、同時隙信 號區(qū)別開來，和其他復(fù)用技術(shù)相結(jié)合，最大限度地有效利用頻譜資源。 基站智能天線是一種有多個天線單元組成的陣列天線，通過調(diào)節(jié)各單元信號 的加權(quán)幅度和相位，改變陣列的方向圖，從而抑制干擾，提高信噪比，它可 以自動測出用戶方向，將波束指向用戶，實現(xiàn)波束跟用戶走。 7 J 7, 2 * N USER1 USERm 圖7-2智能天線方框圖 智能天線是天線陣列，圖7-2表示方框圖，圖中可以看出，由N個天線單元組 成，每個天線單元有對應(yīng)加權(quán)器，共有M組加權(quán)器，可以形成M個方向的波 束，M表示用戶數(shù)，其可以大于天線單元數(shù)，天線陣的尺寸和天線元的數(shù)目 決定最大增益和最小波束寬度，意味在天線陣的尺寸和天線增益，及天線側(cè) 瓣性能兩者之間要取得平衡。智能天線通過調(diào)節(jié)從每一個天線收到的信號的 相位與幅度，結(jié)合使得形成所需要的波束，此過程稱為波束形成?？梢孕纬?各種波束--掃描波束、多波束、成型波束、及有受控零位的波束。根據(jù)方向圖 分成兩種類：自適應(yīng)方向圖智能天線和固定形狀方向圖智能天線。 智能天線關(guān)鍵技術(shù)是識別信號到達(dá)方向以及數(shù)字成型的實現(xiàn)，識別信號到達(dá) 方向 AOA(ANGLE OF ARRIVAL)的算法有：MUSIC算法、ESPRIT算法、 最大似然算法等。數(shù)字成型實現(xiàn)就是選取最佳加權(quán)系數(shù)，獲得最佳波束。自 適應(yīng)算法首先確定準(zhǔn)則，常用有最大似然、最大信噪比SINR、最小均方誤差 MMSE、最小方差，具體產(chǎn)品選擇其中一種，圖7-3表示形成波束智能天線框 圖。 果站 圖7-3波束成型智能天線原理示意圖 2. 智能天線在3G中應(yīng)用 智能天線在2G網(wǎng)絡(luò)中的成功應(yīng)用，表明智能天線對于抑制干擾有明顯改善作 用，3G標(biāo)準(zhǔn)指出智能天線應(yīng)用要求，改善網(wǎng)絡(luò)容量與性能，技術(shù)上考慮“聚 集波束”、“自適應(yīng)波束形成”以及“波束切換”。 “聚集波束”用在特定地理區(qū)域，增加覆蓋面或容量。這種波束不與某個用 戶關(guān)聯(lián)，不會追蹤覆蓋面內(nèi)移動用戶，增加鏈路范圍聚集波束，使移動用戶 減少發(fā)射功率，從而增加容量。如移動用戶進(jìn)入傳播衰耗較大區(qū)域，聚集波 束指向移動用戶，并保持。當(dāng)用戶進(jìn)入覆蓋好區(qū)域，不再需要聚集波束，用 戶回到公用導(dǎo)頻信道控制之下。 “自適應(yīng)波束形成”用在下行方向，可以改進(jìn)單個用戶和一組用戶璉路預(yù)算， 增強系統(tǒng)性能。在惡劣傳播條件下，相小區(qū)覆蓋邊沿、地下室，延伸對用戶 覆蓋，改善鏈路范圍。 “波束切換系統(tǒng)”在幾個窄波束之間交換用戶，其效果是形成窄扇區(qū)，而無 切換損耗。由于3G系統(tǒng)容量隨扇區(qū)數(shù)目的增加而增加，四個30度波束覆蓋 代替一個120度波束覆蓋，帶來2?4倍容量增加。用戶在波束之間被轉(zhuǎn)換， 不需專門輔助信道。 3G中對智能天線的應(yīng)用是靈活的，可以有多種選擇，波束切換型智能天線是 初始階段的選擇。對于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃而言，選用智能天線，相對不用智能天線， 減少網(wǎng)絡(luò)外部引入干擾（同頻干擾、鄰頻干擾、其他系統(tǒng)干擾），也減少網(wǎng) 絡(luò)自身干擾，改善的數(shù)量級取決于波束的數(shù)量，提高網(wǎng)絡(luò)的容量。 7.4 3G切換規(guī)劃 7.4.1概述 當(dāng)移動臺慢慢走出原先的服務(wù)小區(qū)，將要進(jìn)入另一個服務(wù)小區(qū)時，原基站與 移動臺之間的鏈路將由新基站與移動臺之間的鏈路來取代，這就是切換的含 義。 切換是移動性管理的內(nèi)容，在3G中主要由RRC層協(xié)議負(fù)責(zé)完成此項功能。 1. 協(xié)議狀態(tài) UE的狀態(tài)可以分成兩個大類：IDLE狀態(tài)和CONNECTED狀態(tài)。IDLE狀態(tài) 可以分成：UTRAN IDLE，GPRS IDLE，GSM IDLE；同樣有三個系統(tǒng)的 CONNECTED 狀態(tài)。在 UTRAN CONNECTED 狀態(tài)里，又細(xì)分成：URA-PCH， CELL-PCH，CELL-FACH，CELL-DCH四種狀態(tài)。切換從廣義上講是UE處 于CONNECTED狀態(tài)下從一個通信連接轉(zhuǎn)移到另一個通信連接的過程。在本 文，如果不加說明，指的是UE處于CELL-DCH狀態(tài)的切換。 2. 切換分類 切換的種類按照MS與網(wǎng)絡(luò)之間連接建立釋放的情況可以分為：更軟切換，軟 切換，硬切換。 軟切換指當(dāng)移動臺開始與一個新的基站聯(lián)系時，并不立即中斷與原來基站之 間的通信。軟切換僅僅能運用于具有相同頻率的CDMA信道之間。 軟切換和更軟切換的區(qū)別在于：更軟切換發(fā)生在同一NODEB里，分集信號在 NODEB做最大增益比合并。而軟切換發(fā)生在兩個NODEB之間，分集信號在 RNC做選擇合并。 硬切換包括同頻，異頻和異系統(tǒng)間切換三種情況。要注意的是：軟切換是同 頻之間的切換，但同頻之間的切換不都是軟切換。如果目標(biāo)小區(qū)與原小區(qū)同 頻，但是屬于不同RNC，而且RNC之間不存在Iur接口，就會發(fā)生同頻硬切 換，另外同一小區(qū)內(nèi)部碼字切換也是硬切換。 異系統(tǒng)硬切換包括FDD mode和TDD mode之間的切換，在R99里，還包括 WCDMA系統(tǒng)和GSM系統(tǒng)間的切換，在R2000里，還包括 WCDMA和 cdma2000之間的切換。 異頻硬切換和異系統(tǒng)硬切換需要啟動壓縮模式進(jìn)行異頻測量和異系統(tǒng)測量。 切換的種類按照切換的目的可以分為邊緣切換，質(zhì)量差緊急切換，快速電平 下降緊急切換，干擾切換，速度敏感性切換，負(fù)荷切換，分層分級切換等。 切換典型過程：測量控制一＞測量報告一＞ 切換判決一＞ 切換執(zhí)行一＞新的測量 控制。 在測量控制階段，網(wǎng)絡(luò)通過發(fā)送測量控制消息告訴UE進(jìn)行測量的參數(shù)。在測 量報告階段，UE給網(wǎng)絡(luò)發(fā)送測量報告消息。在切換判決階段，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)測量 報告做出切換的判斷。在切換執(zhí)行階段，UE和網(wǎng)絡(luò)走信令流程，并根據(jù)信令 做出響應(yīng)動作。 7.4.2測量過程 在WCDMA系統(tǒng)中，測量可分為同頻測量、異頻測量、系統(tǒng)間測量、業(yè)務(wù)量 測量和UE內(nèi)部測量。 UTRAN的不同功能或過程，如小區(qū)重選，切換，功控等可能會使用相同類型 的測量。UE必須可以支持多個測量同時進(jìn)行，但每個測量是單獨控制和報告 的。 在UE中，將測量小區(qū)分為三類： 激活集中的小區(qū):這些小區(qū)與UE同時進(jìn)行通信，在UE處被同時解調(diào)和相關(guān) 合并，就是軟切換和更軟切換中與UE同時通信的小區(qū)。 監(jiān)視集中的小區(qū)：除了激活集外，UE需要監(jiān)測的鄰區(qū)。 檢測集中的小區(qū):UE檢測到的所有小區(qū)。 在IDLE模式UE根據(jù)BCCH上的系統(tǒng)消息塊類型11里包含的測量控制信息 來執(zhí)行測量。在 CELL-FACH，CELL-PCH，URA-PCH 狀態(tài)下，UE 根據(jù) BCCH 上的系統(tǒng)消息塊類型12里包含的測量控制信息來執(zhí)行測量，在CELL-DCH 狀態(tài)下，UE根據(jù)UTRAN下發(fā)測量控制消息來執(zhí)行測量。 測量結(jié)果會經(jīng)過兩次平滑性處理，第一次處理在物理層，目的是濾除快衰落 的影響，然后物理層向高層上報測量結(jié)果，第二次是在事件評估前由高層對 物理層報上來的測量結(jié)果進(jìn)行處理，根據(jù)時間遠(yuǎn)近確定濾波器的系數(shù)，對測 量結(jié)果進(jìn)行加權(quán)平均處理。 1. UE的測量 P-CCPCH RSCP 接收信號碼功率，就是測量到的來自TDD小區(qū)的P-CCPCH (基本公共控制 物理信道)上一個碼道上的接收功率。RSCP (接收信號碼功率)的參考點 是UE處的天線連接器。 ? SIR 信噪比，定義為：(RSCP/ISCP) (SF/2)。SIR的測量應(yīng)當(dāng)在無線鏈路合并之 后的DPCCH (專用物理控制信道)上進(jìn)行。SIR的參考點是UE處的天線連 接器。 其中： RSCP =接收信號每碼道上的功率(Received Signal Code Power)，一個碼 道上導(dǎo)頻比特的接收功率。 ISCP =干擾信號每碼道上的功率(Interference Signal Code Powe)，在導(dǎo) 頻比特上測量的接收信號上的干擾。測量中只包括干擾的非正交部分。 SF=擴頻因子(Spreading Factor)。 ? P-CPICH RSCP (基本公共導(dǎo)頻信道接收信號碼功率) 接收信號碼功率，P-CPICH上測得的一個碼道上的功率。RSCP的參考點是 UE處的天線連接器。如果P-CPICH采用發(fā)射分集，那么來自每根天線的接 收碼功率應(yīng)分別測量，再進(jìn)行相加，成為P-CPICH上的整個接收碼功率。 ? UTRA(UMTS陸地?zé)o線接入)載波RSSI (接收信號強度指示) 接收信號強度指示(Received Signal Strength Indicator, RSSI)，相對信道 寬度內(nèi)的寬帶接收功率。測量在UTRAN的下行載波上進(jìn)行。RSSI的參考點 是UE處的天線連接器。 ? GSM 載波 RSSI 接收信號強度指示(Received Signal Strength Indicator， RSSI)，相對信道 寬度內(nèi)的寬帶接收功率。測量在GSM的BCCH載波上進(jìn)行。RSSI的參考點 是UE處的天線連接器。 ? CPICH Ec/No (公共導(dǎo)頻信道) 接收到的每個碼片的能量與頻帶內(nèi)噪聲功率密度之比。Ec/No同RSCP/RSSI 是一樣的。測量在基本CPICH上進(jìn)行。Ec/No的參考點是UE處的天線連接 器。如果基本CPICH采用發(fā)射分集，則來自每根天線的每碼片接收功率(Ec) 要分別測量，并且在計算Ec/No之前，將基本CPICH上的每碼片能量加起來 才能得到Ec。 ? 傳輸信道的BLER 傳輸信道塊差錯率(Block Error Rate, BLER)的估計。BLER的估計基于無線 鏈路合并后計算每個傳輸塊的CRC (循環(huán)冗余校驗)。只有包括CRC的傳 輸信道要求BLER的估計。在連接模式下，在任何傳輸信道中都可以測量 BLER。在空閑模式下，如果要求測量BLER，應(yīng)當(dāng)測量傳輸信道PCH (尋呼 信道)上的BLER。 . UE發(fā)射功率 一個載波上整個UE的發(fā)射功率。UE發(fā)射功率的參考點應(yīng)為UE的天線連接 器處。 . 在UE中，除上述測量項以外，還要進(jìn)行時間與時序方面的測量，限于篇 幅，就不在此描述了。 2. RNC的測量 .RSSI 接收信號強度指示(Received Signal Strength Indicator)，指在 UTRAN 的 接入點處，在UTRAN上行載波信道帶寬的范圍內(nèi)的寬帶接收功率。RSSI測 量的參考點是在天線連接器 . SIR 信噪比，定義為：(RSCP/ISCP) SF.測量應(yīng)當(dāng)在NodeB上經(jīng)過無線鏈路合并 之后的DPCCH上進(jìn)行。在壓縮模式下，發(fā)送間隙時不應(yīng)測量SIR。SIR測量 的參考點在天線連接器。 其中： RSCP =接收信號每碼道上的功率(Received Signal Code Powe)，一個碼 上的接收功率。 ISCP =干擾信號每碼道上的功率(Interference Signal Code Power)，接收 信號上的干擾。測量中只包括干擾的非正交部分。 SF=用于DPCCH上的擴頻因子 .SIRerror SIRerror = SIR -SIRtarget_ave, 其中： SIR = UTRAN測得的SIR，以dB為單位。 SIRtarget ave =在一段時間內(nèi)SIRtarget的平均值，這段時間同在計算SIRerror時 用到的SIR的計算時間是一樣的。SIRtarget的平均值為算術(shù)平均，SIRtarget ave 的單位是dB . 發(fā)射的載波功率 發(fā)射的載波功率，是整個發(fā)射功率和最大發(fā)射功率之比（0???100% ），整個 發(fā)射功率［W］是來自一個UTRAN接入點一個載波上的平均功率［W］。最大發(fā)射 功率是指在為每個小區(qū)配置最大功率的情況下，來自一個UTRAN接入點的 一個載波上的平均發(fā)射功率［W］。測量可能在任何來自UTRAN接入點的發(fā)射 載波上進(jìn)行。發(fā)射載波頻率測量的參考點是天線連接器。在發(fā)射分集的情況 下，每個分支的載波功率都應(yīng)當(dāng)測量。 ? 發(fā)射碼功率 發(fā)射碼功率是在給定的載波，給定的枕碼和信道碼的情況下的發(fā)射功率。測 量可以在發(fā)自UTRAN接入點的任何專用無線鏈路的DPCCH域上進(jìn)行，并可 以反映DPCCH （專用物理控制信道）域的導(dǎo)頻比特的功率。在壓縮模式下測 量發(fā)射功率時，應(yīng)包括所有的時隙，例如，發(fā)射間隙的時隙，在測量時也應(yīng) 包括。發(fā)射碼功率測量的參考點是天線連接器。在發(fā)射分集的情況下，每個 分支的發(fā)射碼功率［W］都應(yīng)測量并且相加 ? 傳輸信道的BER 傳輸信道的BER是對經(jīng)過無線鏈路合并之后的DPDCH（專用物理數(shù)據(jù)信道） 數(shù)據(jù)的平均比特差錯率的估計。傳輸信道（TrCH）的BER是根據(jù)對NodeB的 信道譯碼輸入端的非收縮（puncture）比特進(jìn)行測量得到的結(jié)果。在TrCH的 每個TTI的結(jié)束時刻都有可能報告對傳輸信道BER的估計。報告的傳輸信道 BER應(yīng)當(dāng)是在當(dāng)前TrCH的最新一個TTI內(nèi)的BER估計。只需報告那些經(jīng)過 信道編碼的傳輸信道的BER。 ? 物理信道的 BER 物理信道的BER是對在NodeB上經(jīng)過無線鏈路合并之后的DPCCH上的平 均比特差錯率的估計。所有發(fā)送的傳輸信道的每個TTI結(jié)束之后都有可能報告 對物理信道BER的估計。報告的物理信道BER是對每個傳輸信道的最新的 一個TTI內(nèi)BER估計的平均。 ? 其它測量：包括往返時間、傳播時延、各種接入前導(dǎo)等測量項目。 7.4.3同頻切換 下面對WCDMA切換算法作簡單描述。WCDMA軟切換算法采用導(dǎo)頻信道 CPICH的Ec/Io作為切換的測量值，該值通過使用的三層信令告知RNC。 下述術(shù)語用于描述切換： 激活集：激活集中的小區(qū)形成了與移動臺之間的軟切換連接 相鄰集/監(jiān)測集：相鄰集或監(jiān)測集是移動臺連續(xù)不斷進(jìn)行測量的小區(qū)名單，但 是這些小區(qū)的導(dǎo)頻的Ec/Io值尚未強到可以加入激活集。 WCDMA切換算法 圖7-4簡單描述了 WCDMA切換的基本算法，軟切換算法如下: -add ccLLl = noplace cell] - recru^s Mill wiGti leEIJ 圖7-4 WCDMA軟切換算法方案通用機制 如果在^丁期間內(nèi)，導(dǎo)頻_Ec/Io＞最佳導(dǎo)頻_Ec/Io報告范圍滯后事件1A，且激 活集未滿，該小區(qū)被加入激活集，此事件稱為事件1A或無線鏈路加入。 如果在^丁期間內(nèi)，導(dǎo)頻_Ec/Io＜最佳導(dǎo)頻_Ec/Io報告范圍滯后事件1B，則該 小區(qū)從激活集中刪除，此事件稱為事件1B或無線鏈路刪除。 如果在AT期間內(nèi)，激活集已滿，最佳候選導(dǎo)頻_Ec/Io ＞先前最差的導(dǎo)頻_Ec/Io +滯后事件1C，激活集中最弱的小區(qū)被最強的候選小區(qū)（即監(jiān)測集中最強的 小區(qū)）替換。此事件被稱為事件1C或無線鏈路加入和刪除的組合。圖5—20 中假設(shè)激活集最多為兩個小區(qū)。 其中： 報告范圍是軟切換的閾值； 滯后事件1A是加入磁滯； 滯后事件1B是刪除磁滯； 滯后事件1C是替換磁滯； △T是觸發(fā)時間； 最佳導(dǎo)頻_Ec/Io是激活集中小區(qū)測量的最強值； 先前最差的導(dǎo)頻_Ec/Io是激活集中小區(qū)測量的最強值； 最佳候選導(dǎo)頻_Ec/Io是監(jiān)測集中小區(qū)測量的最強值； 導(dǎo)頻_Ec/Io是測量與過濾的量。 7.4.4 WCDMA和GSM系統(tǒng)間的切換 WCDMA和GSM標(biāo)準(zhǔn)支持WCDMA與GSM之間兩個方向的切換。這些切換 被使用是為了覆蓋和負(fù)載平衡的原因。在WCDMA配置的初期，有必要能切 換到GSM系統(tǒng)以提供連續(xù)的覆蓋，從GSM切換到WCDMA可用來減少GSM 小區(qū)的負(fù)載。當(dāng)WCDMA網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)量提高時，由于負(fù)載的原因而進(jìn)行雙向 切換是很重要的。系統(tǒng)間的切換是由源RNC/BSC觸發(fā)的，從接收系統(tǒng)的角度 來看，系統(tǒng)間切換與RNC間切換或BSC間切換相似。 1. 壓縮模式 WCDMA采用連續(xù)的發(fā)送與接收方式，并且如果WCDMA信號沒有間隙產(chǎn)生 則移動臺不能夠用一個接收機進(jìn)行系統(tǒng)間的測量。因此頻率間和系統(tǒng)間的測 量均需要壓縮模式。 引入壓縮模式是為了 FDD下進(jìn)行異頻測量或異系統(tǒng)測量。.因為一套收發(fā)信機 只能同時工作在一組收發(fā)頻率上，若要對其它頻率的信號進(jìn)行測量，接收機 需停止工作，將頻率切換到目標(biāo)頻率進(jìn)行測量。為了保證下行信號的正常發(fā) 送，需將原來信號在剩余發(fā)送時間內(nèi)發(fā)送，此即下行壓縮模式。當(dāng)測量頻率 與上行發(fā)送頻率較近時，為保證測量效果，需同時停止上行信號的發(fā)送，此 即上行壓縮模式。 下圖為壓縮模式示意圖。 圖7-5壓縮模式示意圖。 在壓縮模式間隙期間快速功控不能使用，部分交織增益將會損失；因此在壓 縮幀期間需要更高的Eb/No值，從而導(dǎo)致容量的降低。典型的系統(tǒng)間切換過 程如下： 系統(tǒng)間切換觸發(fā)器在RNC實現(xiàn)，例如移動臺跑出WCDMA覆蓋范圍； RNC命令移動臺用壓縮模式開始系統(tǒng)間的測量； RNC根據(jù)移動臺的測量選擇目標(biāo)GSM小區(qū)； RNC給移動臺發(fā)切換命令。 從GSM到WCDMA系統(tǒng)間的切換由GSM的BSC發(fā)起。由于GSM采用非 連續(xù)發(fā)射與接收方式，因此從GSM獲得WCDMA的測量值不需要壓縮模式。 7.4.5 WCDMA內(nèi)的頻率間切換 大多數(shù)UMTS運營商由2?3個可用的FDD載波，運營商可使用一個頻率開 始運營，第二和第三頻率需要用來對付隨后容量的增加。幾個頻率可以通過 兩種不同的方法使用。對于高容量的站點，在同一個站點可使用幾個頻率， 或者宏小區(qū)層與微小區(qū)層使用不同的頻率。在WCDMA載波間的頻率間切換 需要支持這些方案。 與系統(tǒng)間切換一樣，頻率間切換也需要同樣方式的壓縮模式測量。 7.4.6切換規(guī)劃 對于軟切換的規(guī)劃包括對相應(yīng)軟切換參數(shù)的設(shè)置和對軟切換率的控制， WCDMA由于采用了相對軟切換門限而使門限等參數(shù)的設(shè)置基本比較固定， 但切換率的控制還基本與IS-95相似，要保持在30%到40%之間，主要是因為 過多的軟切換不僅會增加無線資源的開銷，而且在軟切換增加到一定程度后， 反而會減少下行鏈路的容量。 在下行鏈路，每增加一條軟切換鏈路，就增加一定程度的系統(tǒng)干擾，而如果 系統(tǒng)干擾的增加程度超過了軟切換的分集增益，軟切換就不能給系統(tǒng)容量帶 來任何好處。所以，在WCDMA中軟切換必須很好的規(guī)劃，以在上行和下行 鏈路提供足夠的分集是軟切換率控制在一個合適的范圍內(nèi)。 網(wǎng)絡(luò)性能有關(guān)的參數(shù)有： Reporting Range :報告范圍，用于設(shè)置事件1a和1b，也就是本文公式1a-1和 1a-2，1b-1，1b-2中的參數(shù)R。R佰如果設(shè)得大就相當(dāng)于軟切換區(qū)域大，因為 R值越大，同樣條件下，進(jìn)入ACTIVE SET就越容易。 W是用于計算活動集小區(qū)質(zhì)量時對不同的小區(qū)采用的權(quán)值。計算公式1a-1和 1a-2，1b-1，1b-2 時要用到。 Hystersis:事件報告中的磁滯值，和GSM中一樣，引入磁滯值的目的是盡量 避免乒乓效應(yīng)。此值設(shè)得過大會導(dǎo)致切換不易發(fā)生，設(shè)得過小會導(dǎo)致不能有 效避免乒乓效應(yīng)。 Reporting deactivation threshold：事件有效時的活動集內(nèi)的最大小區(qū)數(shù)，等于 活動集內(nèi)的最大小區(qū)數(shù)減1，實際上用來確定活動集內(nèi)的最大小區(qū)數(shù)，僅適用 于1A事件，此值設(shè)得過大可能會導(dǎo)致系統(tǒng)干擾的增加程度超過軟切換的分集 增益，設(shè)得過小會不能充分利用軟切換的分集增益。 Reporting activation threshold 為事件有效時的活動集內(nèi)的最少小區(qū)數(shù)，僅適用 于1C事件。 Time to trigger： 觸發(fā)時間，用來盡量避免快衰落的影響。此值設(shè)得過大會導(dǎo) 致切換延遲，設(shè)得過小會導(dǎo)致切換頻繁。 Amount of reporting： 事件報告轉(zhuǎn)周期報告后的最大報告次數(shù)。常與Reporting interval 一起使用。 Reporting interval： 事件報告轉(zhuǎn)周期報告后的報告周期。與Amount of reporting 結(jié)合使用，使用時要注意避免過度增加信令流量。 Reporting Cell Status： 主要用于指示 measured result的小區(qū)組成原則，包括最 大報告小區(qū)數(shù)以及報告小區(qū)的屬性。 7.5 WCDMA功控規(guī)劃 7.5.1引言 在WCDMA系統(tǒng)中，無線資源管理包括功率管理，移動性管理，負(fù)載管理， 信道分配與重配置，AMR模式控制等幾個方面。其中，功率管理是一個非常 重要的環(huán)節(jié)。這是因為在WCDMA系統(tǒng)中，功率是最終的無線資源，所以最 有效地使用無線資源的唯一手段就是嚴(yán)格控制功率的使用。 在功率管理部分，一方面，提高針對某用戶的發(fā)射功率能夠改善該用戶的服 務(wù)質(zhì)量；另一方面，由于CDMA系統(tǒng)的自干擾性。因為WCDMA采用寬帶擴 頻技術(shù)，所有信號共享相同頻譜，每個移動臺的信號能量被分配在整個頻帶 范圍內(nèi)，這樣對其他移動臺來說就成為寬帶噪聲。這種提高會帶來對其他用 戶接受質(zhì)量的降低。所以，功率的使用在CDMA系統(tǒng)中是矛盾的。 另外，無線電環(huán)境中存在陰影、多徑衰落和遠(yuǎn)距離損耗影響，蜂窩式移動臺 在小區(qū)內(nèi)的位置是隨機的，且經(jīng)常變動，所以路徑損耗會大幅度的變化，特 別在多區(qū)蜂窩DS/CDMA系統(tǒng)中，所有小區(qū)均采用相同頻率，理論上不同用 戶分配的地址碼是正交的，實際上很難保證，造成各信道間的相互干擾，從 而不可避免地引起嚴(yán)重的“遠(yuǎn)近效應(yīng)”（發(fā)生在上行鏈路中，如果小區(qū)中的 所有用戶均以相同的功率發(fā)射，則靠近基站的移動臺到達(dá)基站的信號強，遠(yuǎn) 離基站的移動臺到達(dá)基站的信號弱，導(dǎo)致強信號掩蓋弱信號）和“拐角效應(yīng)” （發(fā)生在下行鏈路中，當(dāng)移動臺處于小區(qū)拐角處，所接收到的干擾是小區(qū)附 近的三倍，當(dāng)干擾嚴(yán)重時，移動臺的通信質(zhì)量會迅速下降）。 因此，如何有效功率控制，在保證用戶要求的QoS的前提下，最大程度降低發(fā) 射功率，減少系統(tǒng)干擾，增加系統(tǒng)容量，是 WCDMA技術(shù)中關(guān)鍵的關(guān)鍵。 WCDMA系統(tǒng)有前向功率控制（即控制基站發(fā)射功率）和反向功率控制（即 控制移動臺發(fā)射功率），其中反向功率控制尤為重要，因為確保系統(tǒng)容量和 通信質(zhì)量，克服衰落和解決遠(yuǎn)近效應(yīng)等問題，很大程度上都要靠它。 7.5.2功控實現(xiàn)原理 1.快速功控特性 與GSM系統(tǒng)相比，WCDMA的功控實現(xiàn)方式起了很大變化。其中，快速功控 是WCDMA系統(tǒng)中引入的一個非常重要的概念。 由于無線傳播環(huán)境的惡劣，在典型的蜂窩移動通信環(huán)境中，基站與移動臺之 間的發(fā)射信號往往是經(jīng)過多次反射、散射和折射才到達(dá)各自的接收端的。這 樣很容易就造成了信號的多徑衰落。對于慢速移動的接收機，快衰落會對其 接收質(zhì)量誥成很大影響。在GSM系統(tǒng)中，手機每480ms上報一次測量報告， 功控的最快頻度不超過每秒2次。因此，對于GSM系統(tǒng)，其對抗多徑衰落的 主要手段是通過系統(tǒng)跳頻來實現(xiàn)的。對于 WCDMA 系統(tǒng)，在上行情況下， DPCCH將10ms的無線幀劃分為15個時隙，每個時隙包含一個功控命令 （TPC cmd）。由于功控的速度高于快衰落，從而有效保證了慢速運動時的 移動臺的接收質(zhì)量。 也就是說，對慢速移動臺，快速功控通過克服快衰落而給系統(tǒng)帶來一定的增 益。表7-1比較了在三種不同的運動情況下慢速功控和快速功控情況下所需要 的Eb/Io的值和所需要的相對發(fā)射功率的變化情況： 表7-1三種不同情況下慢速功控和快速功控變化情況表 Required Eb/Io 慢速功控 快速功控（1500Hz） 快速功控增益 ITU Pedestrian A 3Km/h 11.3dB 5.5dB 5.8dB ITU Vehicular A 3Km/h 8.5dB 6.7dB 1.8dB ITU Vehicular A 50Km/h 6.8dB 7.3dB -0.5dB 快速功控帶來的另外兩個好處是：能夠在短時間內(nèi)迅速調(diào)節(jié)移動臺的功率， 從而在很大程度上避免了遠(yuǎn)近效應(yīng)的產(chǎn)生；同時功率的迅速調(diào)整也減少了對 其他小區(qū)或移動臺的干擾。 2. 功控實現(xiàn)方式 在 WCDMA系統(tǒng)中，功控可以分為兩大類：內(nèi)環(huán)功控和外環(huán)功控。 內(nèi)環(huán)功控的主要作用是是通過控制物理信道的發(fā)射功率，使接收SIR（信干比） 收斂于目標(biāo)SIR。WCDMA系統(tǒng)中是通過估計接收到的Eb/No （比特能量與干 擾功率譜密度之比）來發(fā)出相應(yīng)的功率調(diào)整命令的，而Eb/No與SIR具有一 定的對應(yīng)關(guān)系。如：對于12.2kbps的語音業(yè)務(wù)，Eb/No的典型值為5.0dB,在碼 片速率為3.84Mcps的情況下，處理增益為10log10（3.84M/12.2k）=25dB。所 以 SIR=5dB-25dB=-20dB。即：載干比（C/I）＞-20dB。 外環(huán)功控是通過動態(tài)地調(diào)整內(nèi)環(huán)功控的SIR目標(biāo)值，使通信質(zhì)量始終滿足要 求（即達(dá)到規(guī)定的FER/BLER/BER值）。外環(huán)功控在RNC中進(jìn)彳〒。中于無線 信道的復(fù)雜性，僅根據(jù)SIR值進(jìn)行功率控制并不能真正反應(yīng)鏈路質(zhì)量。比如: 對于靜止用戶、低速用戶（移動速率3km/H）和高速用戶（移動速率50km/H） 來說，在保證相同F(xiàn)ER的基礎(chǔ)上，對SIR的要求是不同的。而最終的通信質(zhì) 量是通過FER/BLER/BER衡量，因此有必要根據(jù)實際FER/BLER值動態(tài)調(diào)整 SIR目標(biāo)值。 娜 內(nèi)環(huán)功控又可以分為開環(huán)和閉環(huán)兩種方式。開環(huán)功控的目的是提供初始發(fā)射 功率的粗略估計。它是根據(jù)測量結(jié)果對路徑損耗和干擾水平進(jìn)行估計，從而 計算初始發(fā)射功率的過程。在 WCDMA中，開環(huán)功率控制 上下行情況都用到。 對于WCDMA-FDD系統(tǒng)，由于上下行頻段間隔較大，所以上下行的快衰落情 況是完全不相關(guān)的。因此，開環(huán)功控根據(jù)下行信號所得到的路徑損耗的估計 對于上行情況來說是很不準(zhǔn)確的。解決這個問題的方法就是引入快速閉環(huán)功 控。 閉環(huán)功控是對通信期間的上、下行鏈路進(jìn)行快諫功率調(diào)整，以使鏈路的質(zhì)量 收斂于目標(biāo)SIR。3GPP協(xié)議中上行鏈路的閉環(huán)功控可以采取兩種算法。兩種 算法中，上行功控步長取1或2dB。在DPCCH （專用物理控制信道）上的功 控步長調(diào)整量△ dpcch=Atpc*TPC_cmd0 TPC_cmd為利用不同算法得到的TPC （傳輸功率控制）合成命令。DPDCH的功率根據(jù)DPDCH和DPCCH之間的 功率偏置來設(shè)置。 這兩種方式的區(qū)別在于：開環(huán)是采用上行鏈路干擾情況估計下行鏈路或根據(jù) 下行鏈路估計上行鏈路，是不閉合的。而閉環(huán)是存在一反饋環(huán)，是閉合的； 開環(huán)功控的初始發(fā)射功率是由RNC （下行）或UE （上行）確定，而閉環(huán)功控 是由NodeB完成，RNC僅給出內(nèi)環(huán)功控的目標(biāo)SIR值。 圖7-6閉環(huán)功率控制的基本結(jié)構(gòu) 3. SSDT (site selection diversity transmission)站點選擇發(fā)射分集 軟切換中，在下行鏈路上同時有兩個或多個基站同時向一個UE發(fā)射信號，這 就占用了額外的系統(tǒng)資源（發(fā)射功率），造成了額外的干擾，從而降低了前 向容量。因此，仔細(xì)涉及軟切換期間的功率控制算法對改善系統(tǒng)容量有重要 的意義。軟切換中功率控制的另一種算法是 SSDT（site selection diversity transmission），其基本思想是讓路徑損耗最小的基站發(fā)射信號，其他基站只 接收上行鏈路信號和發(fā)射DPCCH （專用物理控制信道）。這樣可以減少下行 鏈路的總發(fā)射功率和額外的干擾。SSDT是在軟切換模式下一種可選的宏分集 方法。 SSDT的具體實現(xiàn)方法為：首先，UE從ACTIVE SET中選擇一個小區(qū)作為 PRIMARY CELL，所有其它小區(qū)就劃入NON PRIMARY CELL，SSDT的首要 目標(biāo)是在下行鏈路中只從PRIMARY CELL發(fā)射信號，以減小在軟切換模式下 多路發(fā)射引起的干擾；其次是要在沒有網(wǎng)絡(luò)干預(yù)的情況下實現(xiàn)迅諫站址選擇， 從而保持軟切換的優(yōu)勢。為了選擇PRIMARY CELL，給每個小區(qū)分配一個臨 時識別碼，然后UE周期性地把PRIMARY CELL的識別碼通知給ACTIVE SET 里的其他小區(qū)，UE選定的NON PRIMARY CELL就關(guān)閉發(fā)射功率，PRIMARY CELL的識別碼通過上行鏈路FBI域發(fā)送。SSDT的激活、中止以及ID碼分配 都是由高層信令來執(zhí)行的。 SSDT由網(wǎng)絡(luò)根據(jù)軟切換的ACTIVE SET進(jìn)行初始化，一旦決定采用SSDT， 就在當(dāng)前的軟切換周期內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)把SSDT （站點選擇發(fā)射分集）選擇已激活的 消息通知小區(qū)和UE，否則TPC （傳輸功率控制）就仍在通常的模式下運作， 即每個小區(qū)按照上行TPC指令來控制其發(fā)射功率。臨時識別碼的分配由網(wǎng)絡(luò) 執(zhí)行并且要通知所有ACTIVE SET內(nèi)的小區(qū)和UE，用于站址選擇。 而UE通過周期性地測量所有ACTIVE SET內(nèi)的小區(qū)發(fā)射的公共導(dǎo)頻信道的接 收功率（RSCP of CPICHs）來選擇PRIMARY CELL，導(dǎo)頻信道接收功率最高 的小區(qū)就成為PRIMARY CELL。 7.5.3功控參數(shù)的規(guī)劃 在3G系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計準(zhǔn)則是基于SIR的優(yōu)化和活動集的管理。如何設(shè) 置合理的導(dǎo)頻信道功率，不同業(yè)務(wù)類型的SIR目標(biāo)值，切換區(qū)（活動集大小 的改變），確定每個業(yè)務(wù)區(qū)的覆蓋大小和質(zhì)量，是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃必須完成的工作。 在 WCDMA系統(tǒng)中，內(nèi)環(huán)功控主要由NODE—B來完成。通過內(nèi)環(huán)功控，使 得收斂于目標(biāo)SIR （目標(biāo)SIR是由外環(huán)功控確定的）。因此，這里對功控參數(shù) 的規(guī)劃主要體現(xiàn)在外環(huán)參數(shù)的規(guī)劃上。通過對外環(huán)功控的相關(guān)參數(shù)取值進(jìn)行 研究和實驗，使外環(huán)功控既能滿足控制精度的要求，又能滿足控制速度的要 求。 具體涉及外環(huán)功控的參數(shù)大致有以下一些： ? BLER報告的時間系數(shù)：時間系數(shù)值除以目標(biāo)BLER值即可得出需要測量 的塊數(shù)N； BLER測量報告參數(shù)； ? 最大觀察塊數(shù)：該參數(shù)用來控制測量塊數(shù)的上限值； ? SIR收斂的遲滯值:對SIR收斂的SIR遲滯值進(jìn)行檢驗，為測量報告參數(shù)； ? SIR測量報告的控制參數(shù)：SIR測量濾波系數(shù)：測量SIRerr所用的濾波系 數(shù)； ? 上行外環(huán)功控參數(shù)：SIR變化的范圍，SIR調(diào)整系數(shù)，SIR目標(biāo)值下降步 長，SIR最大降低步長； ? 上行軟容量控制參數(shù)：語音質(zhì)量等級數(shù)及對應(yīng)的BLER值； ? 缺省CPICH功率下行功率平衡參數(shù)：觸發(fā)/停止DPB過程的門限，下行 功率平衡的調(diào)整周期、調(diào)整比例； ? 下行外環(huán)控制參數(shù)：觸發(fā)和停止下行外環(huán)控制的門限； ? 內(nèi)環(huán)功控參數(shù)：SIR初始值，調(diào)整步長，算法模式選擇； 以上這些參數(shù)都由OM給出，參數(shù)之間相互聯(lián)系，相互配合，共同發(fā)揮作用。 7.6 WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和資源規(guī)劃 7.6.1基本的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 1. 網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu) WCDMA的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在前面的章節(jié)中有所描述，分為核心網(wǎng)和接入網(wǎng)兩 大主要部分。在本章主要從網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的角度介紹無線接入部分UTRAN的結(jié)構(gòu) 特點以及影響無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的一些主要的技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。 區(qū)域種類和相互間的關(guān)系 (1) 區(qū)域(Areas)種類有： ? 位置區(qū)域(L ocation Areas)； ? 路由區(qū)域(Routing Areas)； ? UTRAN 登記區(qū)域(UTRAN Registration Areas)； ? Cell區(qū)域。 (2) 各種區(qū)域間的相互關(guān)系如圖7-7所示： 圖7-7名種區(qū)域間的關(guān)系圖 位置區(qū)和路由區(qū)的劃分與在GSM和GRPS中的劃分方法類似。 2.小區(qū)結(jié)構(gòu) 華為 WCDMA 的 NodeB 支持全向、3 1、3 2、3 4、6 1、6 2、6 4(并柜) 等小區(qū)配置。WCDMA中的小區(qū)結(jié)構(gòu)與GSM 的類似，稱謂不同，“小區(qū)” CELL類似GSM中的“基站”；“扇區(qū)” SECTOR相當(dāng)于GSM中的小區(qū)。 比如：什么叫 3*1、3*2、3*4、6*1、6*2、6*4？ 第一位為：每小區(qū)支持的扇區(qū)數(shù)，第二位為每扇區(qū)支持的載頻數(shù)，3*1即基站 支持3扇區(qū)，每扇區(qū)1個載頻，6*4即基站支持6扇區(qū)，每扇區(qū)4載頻。 小區(qū)結(jié)構(gòu)規(guī)劃是要在小區(qū)范圍內(nèi)可以均勻地提供高比特率，或者小區(qū)邊界的 數(shù)據(jù)率可以小于靠近基站區(qū)城，從而允許有較大的小區(qū)范圍。 小區(qū)數(shù)目的計算主要是基于容量和鏈路預(yù)算。一個網(wǎng)絡(luò)可能是覆蓋受限或容 量受限的，容量受限意味著最大小區(qū)半徑不能支持總的提供的業(yè)務(wù)流量，此 時小區(qū)數(shù)目可按每平方公里小區(qū)能支持多少用戶來計算。覆蓋受限則意味著 在小區(qū)內(nèi)有足夠的容量來支持全部業(yè)務(wù)流，此時用最大小區(qū)面積可以求出所 需的基站數(shù)目。 3. 空中接口的分層結(jié)構(gòu) 空中接口的功能可以接照協(xié)議形成分層結(jié)構(gòu)，自下而上是物理層、鏈路層和 網(wǎng)絡(luò)層。物理層完成物理信道的編碼、調(diào)制及擴頻。鏈路層又分成兩個子層： 媒介接入控制(MAC)和鏈路接入控制(LAC)。前者確定物理層提供的資源，而 后者則完成邏輯鏈路連接的建立、保持和釋放。網(wǎng)絡(luò)層的功能是通話控制、 移動性管理和無線資源的管理。 4. 信道分配和重配置 信道分配主要有以下幾類： 面向連接的信道配置：基本信道配置（FRC）、動態(tài)信道重配置（DCCC） 面向小區(qū)的信道配置：小區(qū)碼資源分配、小區(qū)信道資源分配、上行擾碼分配 其中： 基本信道配置：根據(jù)業(yè)務(wù)請求，分配信道類型和帶寬，根據(jù)業(yè)務(wù)QoS配置信 道各層參數(shù)。 動態(tài)信道配置：在通信期間，根據(jù)業(yè)務(wù)當(dāng)前狀況，動態(tài)改變信道配置，包括 信道類型和信道各層參數(shù)。 小區(qū)信道資源分配：公共信道是小區(qū)內(nèi)的資源，包括RACH，F(xiàn)ACH，DSCH， CPCH 等。 小區(qū)碼資源管理：小區(qū)下行碼資源分配策略和碼資源維護(hù)。 上行擾碼分配：上行擾碼包括給公共信道RACH （隨機接入信道）和CPCH （公共分組信道）預(yù)留的擾碼，和給使用專用信道的UE分配的擾碼兩部分。 當(dāng)RRC （無線資源控制）連接或RAB （無線接入承載）建立請求時，基本信 道配置實體根據(jù)業(yè)務(wù)類型和速率要求決定信