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1、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(dòng)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(duì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃也提出了更高的要求。目前，引起了公眾對(duì)這一新技術(shù)的極大 興趣。第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)正方興未艾。這一全新的移動(dòng)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(jì)算方法，設(shè)計(jì)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(jì)算 其覆蓋區(qū)域。通常只對(duì)下行鏈路進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)镚SM技術(shù)不考慮上行鏈路的 情況。下

2、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(jì)算得到的小 區(qū)面積，就可借助電子地圖估算各個(gè)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(kuò)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(kuò)容量不超出基站的最大容量， 就沒有必要對(duì)網(wǎng)絡(luò)作其它改動(dòng)。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(jì)算和信道分配。 2. UMTS網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃 UMTS網(wǎng)規(guī)相對(duì)GSM網(wǎng)規(guī)來說，具有以下一些主要不同點(diǎn)

3、： 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(gè)小區(qū)的業(yè)務(wù)量越大，小區(qū)面積就越 小。因?yàn)樵贑DMA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(dòng)態(tài)變化的效應(yīng)稱為“小區(qū)呼吸”?？梢酝ㄟ^下面這個(gè)形象的例子加以說明。 在一次朋友的生日派對(duì)上，來了許多客人。同時(shí)講話的人愈多，就愈難清對(duì) 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(duì)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(duì)的是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的 網(wǎng)絡(luò)。 在規(guī)劃 UMT

4、S 網(wǎng)絡(luò)時(shí)，首先必須考慮網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)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(gè)確定的信號(hào)余量，在計(jì)算小區(qū)面積時(shí)作為因業(yè)務(wù)量增多而產(chǎn)生干擾 的“補(bǔ)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(hào)余量定得太小，那就只有一條 出路，即建造更多的基站。 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工程師必須注意到上述問題，因?yàn)閱我坏靥岣甙l(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(hào)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(hào)，其付出的代價(jià)是增加了對(duì)所有相鄰小區(qū)的干擾，從而影響了整 個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量。 提高發(fā)射功

5、率不能無限期地?cái)U(kuò)大CDMA小區(qū)的有效范圍或容量（對(duì)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(shí)，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(jī)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(jī)用 戶的通話質(zhì)量。我們回到上述派對(duì)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(duì)方的聲音也必須同時(shí)大 聲說話。這樣一來，整個(gè)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(duì)應(yīng)關(guān)系是漸近式的oUMTS網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工程師必須 減少網(wǎng)絡(luò)的滿載率，因?yàn)閁MTS小區(qū)的負(fù)載很容易達(dá)到飽和。具體參數(shù)取

6、決 于各種不同的業(yè)務(wù)，當(dāng)然也與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商愿意承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)。一般來說， 設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)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(bǔ)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(duì)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(gè)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?yàn)橥恍^(qū)的所有用 戶分享相同的頻率，所以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來說，每個(gè)用戶都以最小的功率發(fā)射信 號(hào)顯得極其重要。我們還是舉上述派對(duì)的例子，房間里只要有一個(gè)人

7、高聲叫 嚷，就會(huì)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(gè)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(duì)上 行鏈路。 這種所謂的快速功率控制機(jī)制已經(jīng)在 UMTS 硬件得到了實(shí)現(xiàn)。盡管如此，網(wǎng) 絡(luò)規(guī)劃工程師還會(huì)遇到這一問題的另一種情況。當(dāng)某一用戶遠(yuǎn)離基站時(shí)，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(shí)際分布情況有關(guān)。當(dāng)用戶密度很大時(shí)，可以用統(tǒng)計(jì)平均 值解決這個(gè)問題；而當(dāng)用戶數(shù)量很小時(shí)，則必須通過模擬方法對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行動(dòng) 態(tài)分析。 上行鏈

8、路和下行鏈路： UMTS網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)量是非對(duì)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(jì)算兩個(gè)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(huì)非常復(fù)雜。上行鏈路是UMTS 小區(qū)有效范圍一個(gè)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)。在上行 鏈路發(fā)射功率由用戶手機(jī)提供：而在下行鏈路發(fā)射功率由基站供給。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(huì)出現(xiàn)前面所述的一些問題。對(duì)UMTS網(wǎng)絡(luò)來 說，其

9、復(fù)雜程度更高。UMTS網(wǎng)絡(luò)能同時(shí)滿足對(duì)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(shí)際上， UMTS 網(wǎng)絡(luò)必須同時(shí)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(duì)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(duì)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(shí)際工作中不可能只考慮單一的UMTS小區(qū)半徑， 因?yàn)椴煌臉I(yè)務(wù)對(duì)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(shí)的。未來的

10、UMTS 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工程師中級(jí)業(yè)務(wù)的小區(qū)半徑著手，這 樣，小區(qū)實(shí)際有效范圍只能部分滿足高級(jí)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(duì)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(gè)小區(qū)的業(yè)務(wù)量過大時(shí)，該小區(qū)將分成多個(gè)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(huì)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?yàn)槭褂猛活l率而彼此產(chǎn)生干擾。 UMTS網(wǎng)絡(luò)中天線的下傾角(機(jī)械或電子的)起到了很重要的

11、作用。它能減少 相鄰小區(qū)的干擾，并能隱含擴(kuò)大小區(qū)的容量。在實(shí)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?yàn)?接收機(jī)能將時(shí)延至少為IChip (UMTS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸率為3.84Mbps,即 lChip=0.26微秒，相當(dāng)于78米)的信號(hào)組合成有效信號(hào)。 此外， UMTS 網(wǎng)絡(luò)還使用所謂的軟切換。在這種情況下，一個(gè)手機(jī)用戶可以同 時(shí)分派給多個(gè)基站。這種方式解決了網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的波動(dòng)，但加大了網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù) 量，因?yàn)槊總€(gè)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，

12、UMTS網(wǎng)絡(luò)能異步運(yùn)行，這就導(dǎo)致了傳輸信道的“非正交性”。讓我 們?cè)倩氐角懊媾蓪?duì)的例子，即使理論上能作完滿的安排，一確定誰在什么時(shí) 間才能發(fā)言，但實(shí)際上這中理想的目標(biāo)是不能達(dá)到的，因?yàn)樗锌腿说氖直?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(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)規(guī) 劃相比，其代價(jià)要大得多。UMTS網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是極其復(fù)雜的，因?yàn)樵S許多多的系 統(tǒng)參數(shù)緊密相關(guān)，必須同時(shí)計(jì)算。而當(dāng)前的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃則把這些參數(shù) 分開計(jì)算。 7.2 3G 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程 與第二代移動(dòng)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(duì)于無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，包括在

13、各種情況下，計(jì)算 鏈路預(yù)算、容量和小區(qū)基站數(shù)目，同時(shí)要對(duì)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(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(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)。無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃可以分成幾個(gè)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(jì) (2)

14、 小區(qū)容量估計(jì) (3) 覆蓋范圍預(yù)測 (4) 容量與鏈路計(jì)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(duì)于某小區(qū)而言 是唯一的。在規(guī)劃的過程中，不斷對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，并對(duì)干擾比例因子進(jìn)行 評(píng)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(dòng)化，同時(shí)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

15、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，造成浪費(fèi)。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?？疾斓?SIR 高于所需的值，小區(qū) 半徑可以擴(kuò)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(dòng)通信系統(tǒng)，多址方 式發(fā)生變化，變TDMA/FDMA為CDMA/FDMA方式

16、，但就無線信號(hào)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(hào)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(dòng)通信系統(tǒng)中。通信技術(shù)的發(fā)展必將帶動(dòng)天線概念的發(fā)展。在七十年代的移 動(dòng)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(gè)城市的 移動(dòng)通信需求，采用了全向天線或角形反射器天線。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，移動(dòng)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(diǎn)被廣泛 應(yīng)用于2G數(shù)字蜂窩系

17、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(gè)扇區(qū)需用3副天線，一個(gè)小區(qū)通常劃分為三個(gè)扇區(qū)，因此一 個(gè)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(fèi)用居 高不下，有的站點(diǎn)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(yùn)而生。 3G 階段，隨著無線技術(shù)的改變，信號(hào)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(diǎn)，由 于采用碼分多址方式，頻率復(fù)用不是一個(gè)

18、重要的方面，網(wǎng)絡(luò)干擾來自自身系 統(tǒng)，與一時(shí)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(duì)于 3G( WCDMA),單載頻提供信道由 OVSFQrthogo nal Variable Spread ing Factor)碼與擾碼共同決定，容量比較大。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)。 實(shí)施多載頻時(shí)無線網(wǎng)的設(shè)計(jì)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

19、危險(xiǎn)。 (2) 避免多載波基站孤立，應(yīng)在一群小區(qū)中實(shí)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(gè)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(shí)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(duì)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

20、求，以避免干擾。 天線掛高取決于覆蓋要求，施工時(shí)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： v+/-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(hào)在傳播路徑方向上的差別， 將時(shí)延擴(kuò)散、瑞利衰落、多徑、

21、信道干擾的影響降低，將同頻率、同時(shí)隙信 號(hào)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(gè)天線單元組成的陣列天線，通過調(diào)節(jié)各單元信號(hào) 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(dòng)測出用戶方向，將波束指向用戶，實(shí)現(xiàn)波束跟用戶走。 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(gè)天線單元組 成，每個(gè)天線單元有對(duì)應(yīng)加權(quán)器，共有M組加權(quán)器，可以形成M個(gè)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

22、，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(gè)天線收到的信號(hào)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(shí)別信號(hào)到達(dá)方向以及數(shù)字成型的實(shí)現(xiàn)，識(shí)別信號(hào)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(shí)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

23、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。 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(duì)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(gè)用 戶關(guān)聯(lián)，不會(huì)追蹤覆蓋面內(nèi)移動(dòng)用戶，增加鏈路范圍聚集波束，使移動(dòng)用戶 減少發(fā)射功率，從而增加容量。如移動(dòng)用戶講入傳播衰耗較大區(qū)域，聚集波 束指向移動(dòng)用戶，并保持。當(dāng)用戶講入覆蓋好區(qū)域，不再需要聚集波束，用 戶回到

24、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(gè)用戶和一組用戶璉路預(yù)算， 增強(qiáng)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(duì)用戶 覆蓋，改善鏈路范圍。 “波束切換系統(tǒng)”在幾個(gè)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(gè)30度波束覆蓋 代替一個(gè)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(duì)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(duì)于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃而言，選用智能天線，相對(duì)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、

25、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(jí)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(dòng)臺(tái)慢慢走出原先的服務(wù)小區(qū)，將要進(jìn)入另一個(gè)服務(wù)小區(qū)時(shí)，原基站與 移動(dòng)臺(tái)之間的鏈路將由新基站與移動(dòng)臺(tái)之間的鏈路來取代，這就是切換的含 義。 切換是移動(dòng)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(xiàng)功能。 1. 協(xié)議狀態(tài) UE的狀態(tài)可以分成兩個(gè)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(gè)系統(tǒng)的 CONNECTED 狀態(tài)。在 UTRAN CONNECTED 狀

26、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(gè)通信連接轉(zhuǎn)移到另一個(gè)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(dòng)臺(tái)開始與一個(gè)新的基站聯(lián)系時(shí)，并不立即中斷與原來基站之 間的通信。軟切換僅僅能運(yùn)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(hào)在 NODEB做最大增益比合并。而

27、軟切換發(fā)生在兩個(gè)NODEB之間，分集信號(hào)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(huì)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(dòng)壓縮模式進(jìn)行異頻測量和異系統(tǒng)測量。 切換的種類

28、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(jí)切換等。 切換典型過程：測量控制一＞ 測量報(bào)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(bào)告階段，UE給網(wǎng)絡(luò)發(fā)送測量報(bào)告消息。在切換判決階段，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)測量 報(bào)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(dòng)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

29、，如小區(qū)重選，切換，功控等可能會(huì)使用相同類型 的測量。 UE 必須可以支持多個(gè)測量同時(shí)進(jìn)行，但每個(gè)測量是單獨(dú)控制和報(bào)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(shí)進(jìn)行通信，在UE處被同時(shí)解調(diào)和相關(guān) 合并，就是軟切換和更軟切換中與UE同時(shí)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

30、 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(huì)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(bào)測量結(jié)果，第二次是在事件評(píng)估前由高層對(duì) 物理層報(bào)上來的測量結(jié)果進(jìn)行處理，根據(jù)時(shí)間遠(yuǎn)近確定濾波器的系數(shù)，對(duì)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(hào)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(gè)碼道上的接收功率。RSCP (接收信號(hào)碼功率)的參考點(diǎn) 是 UE 處的天線連接器。 ? SIR 信噪

31、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(diǎn)是UE處的天線連 接器。 其中： RSCP =接收信號(hào)每碼道上的功率(Received Signal Code Power)，一個(gè)碼 道上導(dǎo)頻比特的接收功率。 ISCP =干擾信號(hào)每碼道上的功率(Interferenee Signal Code Powe),在導(dǎo) 頻比特上測量的接收信號(hào)上的干擾。測量中只包括干擾的非正交部分。 SF=擴(kuò)頻因子(Spreadi ng Factor)。 ? P-CPICH RSCP (基本公共導(dǎo)頻信道接收信號(hào)碼功率)

32、 接收信號(hào)碼功率， P-CPICH 上測得的一個(gè)碼道上的功率。 RSCP 的參考點(diǎn)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(gè)接收碼功率。 ? UTRA(UMTS陸地?zé)o線接入)載波RSSI (接收信號(hào)強(qiáng)度指示) 接收信號(hào)強(qiáng)度指示(Received Signal Strength Indicator, RSSI)，相對(duì)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(diǎn) 是UE處的天線連接器。 ? GSM 載波 RSSI 接收信號(hào)強(qiáng)度指示(Received Signal

33、Strength Indicator，RSSI),相對(duì)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(diǎn) 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(gè)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(diǎn)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(jì)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(cuò)率(Block Err

34、or Rate, BLER)的估計(jì)。BLER的估計(jì)基于無線 鏈路合并后計(jì)算每個(gè)傳輸塊的CRC (循環(huán)冗余校驗(yàn))。只有包括CRC的傳 輸信道要求 BLER 的估計(jì)。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(gè)載波上整個(gè)UE的發(fā)射功率。UE發(fā)射功率的參考點(diǎn)應(yīng)為UE的天線連接 器處。 ? 在 UE 中，除上述測量項(xiàng)以外，還要進(jìn)行時(shí)間與時(shí)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(hào)強(qiáng)度指示(Received Signal St

35、rength Indicator),指在 UTRAN 的 接入點(diǎn)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(diǎn)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(shí)不應(yīng)測量SIR。SIR測量 的參考點(diǎn)在天線連接器。 其中： RSCP =接收信號(hào)每碼道上的功率(Received Signal Code Powe)，一個(gè)碼 上的接收功率。 ISCP =干擾信號(hào)每碼道上的功率(Interferenee Signal Code Power)，接收 信 號(hào)

36、 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(kuò)頻因子 SIR error SIRerror = SIR 叫"其中: SIR = UTRAN測得的SIR，以dB為單位。 SIRtarget ave =在一段時(shí)間內(nèi)SIRtarget的平均值，這段時(shí)間同在計(jì)算SIRerror時(shí) 用到的SIR的計(jì)算時(shí)間是一樣的。51兀加的平均值為算術(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(gè)發(fā)射功率和最大發(fā)射功率之比（0???100% ），整個(gè) 發(fā)射功率［W］是來自一個(gè)UTRAN接入點(diǎn)一個(gè)載波上的平均功率［W］。最大

37、發(fā)射 功率是指在為每個(gè)小區(qū)配置最大功率的情況下，來自一個(gè)UTRAN接入點(diǎn)的 一個(gè)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(diǎn)的發(fā)射 載波上進(jìn)行。發(fā)射載波頻率測量的參考點(diǎn)是天線連接器。在發(fā)射分集的情況 下，每個(gè)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，給定的擾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(diǎn)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(shí)，應(yīng)包括所有的時(shí)隙，例如，發(fā)射間隙的時(shí)隙，在測量時(shí)也應(yīng) 包括。發(fā)射碼功率測量的參考點(diǎn)是天線連接器。

38、 在發(fā)射分集的情況下，每個(gè) 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(duì)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(cuò)率的估計(jì)。傳輸信道（TrCH）的BER是根據(jù)對(duì)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(gè)TTI的結(jié)束時(shí)刻都有可能報(bào)告對(duì)傳輸信道BER的估計(jì)。報(bào)告的傳輸信道 BER應(yīng)當(dāng)是在當(dāng)前TrCH的最新一個(gè)TTI內(nèi)的BER估計(jì)。只需報(bào)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(duì)在NodeB上經(jīng)過無線鏈路合并之后的DPC

39、CH上的平 均比特差錯(cuò)率的估計(jì)。所有發(fā)送的傳輸信道的每個(gè)TTI結(jié)束之后都有可能報(bào)告 對(duì)物理信道BER的估計(jì)。報(bào)告的物理信道BER是對(duì)每個(gè)傳輸信道的最新的 一個(gè) TTI 內(nèi) BER 估計(jì)的平均。 ? 其它測量：包括往返時(shí)間、傳播時(shí)延、各種接入前導(dǎo)等測量項(xiàng)目。 7.4.3 同頻切換 下面對(duì) 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(dòng)臺(tái)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(dòng)臺(tái)連續(xù)不斷進(jìn)行測量的小區(qū)名單，但 是這些

40、小區(qū)的導(dǎo)頻的Ec/Io值尚未強(qiáng)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: POol ￡,JJDaF?ll3 —_——二 Pitot ￡/4i>f?cL12 T Rr|x:rl.iig ran^e + HjsLt-tSi&.cvEriLrii 匚ornecTed io ceU I EvenL .A -add lcLL2 ￡vml IC =replace 悴II】 wiGti leEIJ Ezv^oi LB =renQv- ce]]3 圖7-4 WCDMA軟切換算法方案通用機(jī)制 如果在期間內(nèi)，導(dǎo)頻_E

41、c/lo＞最佳導(dǎo)頻_Ec/lo報(bào)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。 如果在期間內(nèi)，導(dǎo)頻_Ec/lov最佳導(dǎo)頻_Ec/lo報(bào)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。 如果在期間內(nèi)，激活集已滿，最佳候選導(dǎo)頻_Ec/lo ＞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(qiáng)的候選小區(qū)（即監(jiān)測集中最強(qiáng)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(gè)小區(qū)。 其中: 報(bào)告范圍是軟切換的閾值； 滯后事件 1A 是加入磁滯； 滯后事件1

42、B是刪除磁滯； 滯后事件1C是替換磁滯； △T 是觸發(fā)時(shí)間； 最佳導(dǎo)頻_Ec/lo是激活集中小區(qū)測量的最強(qiáng)值； 先前最差的導(dǎo)頻_Ec/lo是激活集中小區(qū)測量的最強(qiáng)值； 最佳候選導(dǎo)頻_Ec/lo是監(jiān)測集中小區(qū)測量的最強(qiáng)值； 導(dǎo)頻_Ec/lo是測量與過濾的量。 744 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(gè)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(shí)，由于負(fù)載的原因而進(jìn)行雙向

43、 切換是很重要的。系統(tǒng)間的切換是由源RNC侶SC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(hào)沒有間隙產(chǎn)生 則移動(dòng)臺(tái)不能夠用一個(gè)接收機(jī)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?yàn)橐惶资瞻l(fā)信機(jī) 只能同時(shí)工作在一組收發(fā)頻率上，若要對(duì)其它頻率的信號(hào)進(jìn)行測量，接收機(jī) 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(hào)的正常發(fā) 送，需將原來信號(hào)在剩余發(fā)送時(shí)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

44、較近時(shí)，為保證測量效果，需同時(shí)停止上行信號(hào)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(huì)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(shí)現(xiàn)，例如移動(dòng)臺(tái)跑出WCDMA覆蓋范圍； RNC命令移動(dòng)臺(tái)用壓縮模式開始系統(tǒng)間的測量； RNC根據(jù)移動(dòng)臺(tái)的測量選擇目標(biāo)GSM小區(qū)； RNC給移動(dòng)臺(tái)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WC

45、DMA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(yùn)營商由2?3個(gè)可用的FDD載波，運(yùn)營商可使用一個(gè)頻率開 始運(yùn)營，第二和第三頻率需要用來對(duì)付隨后容量的增加。幾個(gè)頻率可以通過 兩種不同的方法使用。對(duì)于高容量的站點(diǎn)，在同一個(gè)站點(diǎn)可使用幾個(gè)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(duì)于軟切換的規(guī)劃包括對(duì)相應(yīng)軟切換參數(shù)的設(shè)置和對(duì)軟切換率的控制， WCDMA 由于采用了相對(duì)軟切換門限而使門限等參數(shù)的設(shè)置基本比較固定， 但

46、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?yàn)?過多的軟切換不僅會(huì)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(huì)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(gè)合適的范圍內(nèi)。 網(wǎng)絡(luò)性能有關(guān)的參數(shù)有： Reporting Range:報(bào)告范圍，用于設(shè)置事件1a和lb,也就是本文公式la-1和 1a-2, lb-1，lb-2中的參數(shù)R

47、。R值如果設(shè)得大就相當(dāng)于軟切換區(qū)域大，因?yàn)?R值越大，同樣條件下，進(jìn)入ACTIVE SET就越容易。 W是用于計(jì)算活動(dòng)集小區(qū)質(zhì)量時(shí)對(duì)不同的小區(qū)采用的權(quán)值。計(jì)算公式la-1和 la-2，lb-1，lb-2 時(shí)要用到。 Hystersis:事件報(bào)告中的磁滯值，和 GSM 中一樣，弓丨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(huì)導(dǎo)致切換不易發(fā)生，設(shè)得過小會(huì)導(dǎo)致不能有 效避免乒乓效應(yīng)。 Reporting deactivation threshold：事件有效時(shí)的活動(dòng)集內(nèi)的最大小區(qū)數(shù)，等于 活動(dòng)集內(nèi)的最大小區(qū)數(shù)減1,實(shí)際上用來確定活動(dòng)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(huì)

48、導(dǎo)致系統(tǒng)干擾的增加程度招過軟切換的分集 增益，設(shè)得過小會(huì)不能充分利用軟切換的分集增益。 Reporting activation threshold 為事件有效時(shí)的活動(dòng)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(shí)間，用來盡量避免快衰落的影響。此值設(shè)得過大會(huì)導(dǎo) 致切換延遲，設(shè)得過小會(huì)導(dǎo)致切換頻繁。 Amount of reporting： 事件扌報(bào)告轉(zhuǎn)周期扌報(bào)告后的最大扌報(bào)告次數(shù)。常與Reporting interval —起使用。 Reporting interval： 事件報(bào)告轉(zhuǎn)周期報(bào)告后 的報(bào)告周期。與Amount of reporting 結(jié)合

49、使用，使用時(shí)要注意避免過度增加信令流量。 Reporting Cell Status： 主要用于扌指示 measured result的小區(qū)纟組成原則，包】括最 大扌報(bào)告小區(qū)數(shù)以及扌報(bào)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(dòng)性管理，負(fù)載管理， 信道分配與重配置，AMR模式控制等幾個(gè)方面。其中，功率管理是一個(gè)非常 重要的環(huán)節(jié)。這是因?yàn)樵赪CDMA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(duì)某用戶的發(fā)射功率能夠改善該用戶的服 務(wù)

50、質(zhì)量；另一方面，由于CDMA系統(tǒng)的自干擾性。因?yàn)閃CDMA采用寬帶擴(kuò) 頻技術(shù)，所有信號(hào)共享相同頻譜，每個(gè)移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)能量被分配在整個(gè)頻帶 范圍內(nèi)，這樣對(duì)其他移動(dòng)臺(tái)來說就成為寬帶噪聲。這種提高會(huì)帶來對(duì)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(dòng)臺(tái) 在小區(qū)內(nèi)的位置是隨機(jī)的，且經(jīng)常變動(dòng)，所以路徑損耗會(huì)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(shí)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

51、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(dòng)臺(tái)到達(dá)基站的信號(hào)強(qiáng)，遠(yuǎn) 離基站的移動(dòng)臺(tái)到達(dá)基站的信號(hào)弱，導(dǎo)致強(qiáng)信號(hào)掩蓋弱信號(hào)）和“拐角效應(yīng)” （發(fā)生在下行鏈路中，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)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(shí)，移動(dòng)臺(tái)的通信質(zhì)量會(huì)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(dòng)臺(tái)發(fā)射功率），其中反向功率控制尤為重要，因?yàn)榇_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)

52、等問題，很大程度上都要靠它。 7.5.2 功控實(shí)現(xiàn)原理 1. 快速功控特性 與GSM系統(tǒng)相比，WCDMA的功控實(shí)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(gè)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(dòng)通信環(huán)境中，基站與移動(dòng)臺(tái)之 間的發(fā)射信號(hào)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(hào)的多徑衰落。對(duì)于慢速移動(dòng)的接收機(jī)，快衰落會(huì)對(duì)其 接收質(zhì)量造成很大影響。在 GSM 系統(tǒng)中，手機(jī)每480ms上報(bào)一次測量報(bào)告， 功控的最快頻度不超過每秒2次。因此，對(duì)于GSM系統(tǒng)，其對(duì)抗多徑衰落的 主要手段是通過系統(tǒng)跳頻來實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于 WCDM

53、A 系統(tǒng)，在上行情況下， DPCCH將10ms的無線幀劃分為15個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙包含一個(gè)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(yùn)動(dòng)時(shí)的 移動(dòng)臺(tái)的接收質(zhì)量。 也就是說，對(duì)慢速移動(dòng)臺(tái)，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(yùn)動(dòng)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(duì)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

54、.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(gè)好處是：能夠在短時(shí)間內(nèi)迅速調(diào)節(jié)移動(dòng)臺(tái)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(shí)功率的迅速調(diào)整也減少了對(duì) 其他小區(qū)或移動(dòng)臺(tái)的干擾。 2. 功控實(shí)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(jì)接收到的Eb/No

55、（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(duì)應(yīng)關(guān)系。女口：對(duì)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(dòng)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中講行。由干無線 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(duì)于靜止用戶、

56、低速用戶（移動(dòng)速率3km/H）和高速用戶（移動(dòng)速率50km/H） 來說，在保證相同F(xiàn)ER的基礎(chǔ)上，對(duì)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(shí)際FER/BLER值動(dòng)態(tài)調(diào)整 SIR目標(biāo)值。 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(jì)。它是根據(jù)測量結(jié)果對(duì)路徑損耗和干擾水平進(jìn)行估計(jì)，從而 計(jì)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(duì)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(hào)所得到的路徑損耗的估計(jì) 對(duì)于

57、上行情況來說是很不準(zhǔn)確的。解決這個(gè)問題的方法就是引入快速閉環(huán)功 控。 閉環(huán)功控是對(duì)通信期間的上、下行鏈路進(jìn)行快速功率調(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_cmd°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(jì)下行鏈路或根據(jù) 下行鏈路估計(jì)上行鏈路，是不閉合的。而閉環(huán)是存在一反

58、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。 接收信號(hào)雜數(shù) （p或）估計(jì) —? 按一定算法產(chǎn) 生功控指令 —? T 功控指等插入 t 接收信號(hào)解調(diào) VVE的產(chǎn)生 按一定算法進(jìn)行發(fā)射功率調(diào)整啣4" 口 發(fā)射信右 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(diǎn)選擇發(fā)射分集 軟切換中，在下行鏈路上同時(shí)有兩個(gè)或多個(gè)基站同時(shí)向一個(gè)UE發(fā)射信號(hào)，這

59、 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(duì)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(hào)，其他基站只 接收上行鏈路信號(hào)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(shí)現(xiàn)方法為：首先， UE 從 ACTIVE SET 中選擇一個(gè)小區(qū)作為 PRIMARY CELL，所有其它小

60、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(hào)，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(shí)現(xiàn)迅速站址選擇， 從而保持軟切換的優(yōu)勢。為了選擇PRIMARY CELL，給每個(gè)小區(qū)分配一個(gè)臨 時(shí)識(shí)別碼，然后UE周期性地把PRIMARY CELL的識(shí)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(shí)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 都是由高戻信令來執(zhí)行的。 SSDT由網(wǎng)絡(luò)根據(jù)軟切換的ACTI

61、VE 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(diǎn)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(yùn)作， 即每個(gè)小區(qū)按照上行TPC指令來控制其發(fā)射功率。臨時(shí)識(shí)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

62、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是基于SIR的優(yōu)化和活動(dòng)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(dòng)集大小 的改變），確定每個(gè)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(duì)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(duì)外環(huán)功控的相關(guān)參數(shù)取值進(jìn)行 研究和實(shí)驗(yàn)，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(bào)告的時(shí)間系數(shù)：時(shí)間系數(shù)值除以目標(biāo)BLER值即可得出需要測量

63、 的塊數(shù) N： BLER測量報(bào)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(duì)SIR收斂的SIR遲滯值進(jìn)行檢驗(yàn)，為測量報(bào)告參數(shù)； ? SIR測量報(bào)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(jí)數(shù)及對(duì)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

64、； ? 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(diǎn)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(Location Areas)； ? 路由區(qū)域(Routing Areas)；

65、 ? 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： 聖:：:： ' PC MUCPC UCUhd 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、

66、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(gè)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(jì)算主要是基于容量和鏈路預(yù)算。一個(gè)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(shí)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(jì)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(shí)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)戻。物理戻完成物理信道的編碼、調(diào)制及擴(kuò)頻。鏈路戻又分成兩個(gè)子戻： 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(dòng)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：