WCDMA中的軟容量和軟覆蓋規劃

2019-11-03 09:22:33

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供稿：網友

江西移動網絡部網管中心梅輝

　　第二代移動通信系統GSM主要采用時分/頻分多址的無線接入方式，它的無線網絡規劃一般可以分為兩步。第一步主要是無線路徑衰耗的預測，以便保證所需業務區域的無線覆蓋。第二步是根據對業務區業務量的估計進行頻率規劃，以便確定系統的容量。通常在對GSM系統的無線規劃中，主要考慮的是話音業務和少量的數據業務（例如SMS業務），這樣對于給定的信道數量，小區的容量是一個常數。因此在GSM的無線規劃中，覆蓋和容量的規劃可以分別獨立地進行。

　　而在WCDMA系統中，引入了多媒體業務和每種業務所具有的不同的QoS的概念。多業務環境和WCDMA系統本身的特點使得在規劃WCDMA系統時有許多不同于GSM系統規劃的地方。其中特別要注意的是在規劃WCDMA系統時，小區的覆蓋和負荷要相互結合起來考慮。由于限制了移動臺的最大發射功率，這樣在上行鏈路限制了小區的覆蓋范圍；而在下行鏈路由于干擾而限制了小區的容量。另外在WCDMA系統中，功率控制（TPC）、由于軟切換和更軟切換產生的增益、上下行鏈路的功率預算不同等因素在做規劃時都要加以考慮。

　　總之,GSM系統的無線網絡規劃是在小區的容量和覆蓋兩者間求得最佳點，而WCDMA系統無線網絡規劃要在容量、覆蓋、不同服務質量三者間尋求最佳點，這就相應地增加了WCDMA系統無線網絡規劃的復雜度。

　　一、WCDMA系統無線網絡規劃中的容量和覆蓋關系

　　WCDMA系統本身是一個干擾受限系統，在對其進行網絡規劃的時候，容量和覆蓋的規劃要聯合起來考慮，不像GSM系統網絡規劃時容量和覆蓋是分開來考慮的。這主要是由于小區的負荷會對小區允許的最大傳播損耗產生影響，也就是對覆蓋產生影響，同時小區負荷又是小區容量的決定因素。當負荷比較小時WCDMA系統是上行鏈路覆蓋受限，當負荷比較大時下行鏈路容量受限。因此在網絡規劃時覆蓋和容量的規劃對于上、下行鏈路是不同的。特別是3G系統提供多媒體業務，每種業務的服務質量（QoS）不同，所以準確地規劃覆蓋和容量就更為重要。

　　1.上行鏈路覆蓋

　　在WCDMA無線網絡規劃的初始化布局階段，上行鏈路功率預算一般基于鏈路質量方程。

　　當上行鏈路負荷因子趨于1時,小區達到它的極點容量，或者漸進小區容量。當用戶的數據速率不太高的時候（此時處理增益W/Ri比較高）,上行鏈路小區的負荷因子和小區的覆蓋幾乎呈線性關系。

　　2.下行鏈路覆蓋

　　WCDMA下行鏈路和上行鏈路具有明顯的不同，主要表現在：

　　(1)基站的發射功率是由它所服務的所有移動臺共享；

　　(2)不同移動臺是否會遭受到相鄰小區的干擾，取決于移動臺在小區中的位置；

　　(3)下行鏈路的負荷因子與正交系數有很大關系。

　　同上行鏈路一樣，當下行鏈路負荷因子趨于1時，下行鏈路容量也達到它的最大值，即極點容量，此時所需的基站功率達到無限。所以在做網絡規劃時，小區的負荷一般不能太大，負荷因子應該保持在一個比1小的值，以便使整個網絡達到穩定狀態。

　　3.上、下鏈路間比較

　　由上述論述,我們可以得到WCDMA系統無線網絡規劃時的上、下行鏈路覆蓋和容量之間關系，如圖1所示。從圖中可以看出下行鏈路覆蓋范圍隨小區負荷因子的增加迅速減小，而上行鏈路僅當小區的負荷因子接近1時，小區的覆蓋范圍才減小得比較明顯，由此可見下行鏈路的覆蓋比上行鏈路的覆蓋更依賴于負荷。其原因是：在下行鏈路中不管用戶數為多少，最大發射功率同樣為40dBm，它被下行鏈路的所有用戶共享；而在上行鏈路中每個額外用戶有自己的功率放大器。因此，在下行鏈路中，即使下行鏈路的負荷很低時，作為用戶函數的覆蓋仍然隨負荷的增加在減少。

圖1上行鏈路和下行鏈路中覆蓋與容量關系

　　由此我們可以知道：當負荷較低時，覆蓋明顯受限于上行鏈路，而容量受限于下行鏈路。因此我們在進行網絡規劃時，對覆蓋規劃時集中于上行鏈路，采用成熟技術來提高上行鏈路的覆蓋，如通過增加天線增益，減小基站射頻部分的基站噪聲系數，減小天線和基站低噪聲放大器間的電纜損耗（使用塔頂放大器MHA）等方式來實現。而對容量規劃時主要針對下行鏈路，這可以通過使用更多的載頻，發射分集和基站扇區化等方式來實現。

　　二、軟容量和軟容量的規劃

　　在進行WCDMA系統的容量和覆蓋規劃時，兩種情況可能出現：

　　容量受限情況這種情況一般是由于根據規劃區域用戶的業務特征所確定的系統負荷因子大于系統實際允許的最大負荷因子所導致。對于容量受限情況可分為兩種，一種情況是上行鏈路容量受限，例如在農村，規劃的小區服務范圍比較大而負荷因子小；而在城市，由于用戶比較多，小區的負荷一般規劃為比較大，基站的發射功率限定了小區服務的最大用戶數，所以常常是下行鏈路容量受限。

　　覆蓋受限情況根據規劃區域用戶的業務特征所確定的系統負荷因子小于系統實際允許的最大負荷因子。同容量受限情況一樣也存在上、下行鏈路覆蓋受限。

　　由于存在以上兩種情況，并且在進行WCDMA系統規劃時必須同時考慮軟容量和軟覆蓋的情況，所以我們首先假設所規劃的小區為覆蓋受限情況,以說明如何確定小區的軟容量和軟覆蓋。

　　首先根據小區允許的最大負荷因子、鏈路預算方程和場強預測模型計算出小區的覆蓋范圍，然后根據小區覆蓋范圍內用戶的業務特征（如用戶的移動速度，所使用的業務類型和所要滿足的覆蓋概率等）計算出小區的負荷因子。對于實時業務，業務類型經常用Erlangs來表示，而對于非實時業務，業務類型則用kbps來表示。計算出小區的負荷因子后，比較系統最大允許的負荷因子，則可能存在下面容量和覆蓋受限兩種情況。

　　(1)覆蓋受限情況系統允許的最大負荷小于計算小區覆蓋范圍時的小區負荷。這意味著在計算小區覆蓋范圍時所取的小區負荷因子太大。為了使兩者相等，則必須取一個更小的負荷因子重新計算小區覆蓋范圍。減小負荷因子意味著系統的干擾減小，小區覆蓋范圍增大。小區覆蓋范圍增大則可以吸收更多的用戶，這也同時增加了小區的干擾和負荷。這個過程一直重復進行，直到最后小區的負荷因子大小和根據小區范圍內用戶業務特征所得到的負荷因子大小相等，則此時的小區范圍和負荷因子為最終規劃的小區范圍和容量。

　　(2)容量受限情況這種情況和上一種正好相反，系統允許的最大負荷大于計算小區覆蓋范圍時的小區負荷。這意味著要減小小區的覆蓋范圍，這樣就減小了小區服務的用戶數。由于小區的覆蓋范圍減小，小區的負荷因子也就要重新計算，整個過程是一個迭代過程，直到根據小區內用戶業務特征所計算出的小區負荷因子和系統的實際負荷因子相等，則可以最終確定小區的覆蓋范圍。

　　三、結束語

　　由于WCDMA系統中引入了新的業務需求以及在系統無線接口等方面不同于第二代GSM系統，所以在無線網絡的規劃設計方面也就不同于GSM系統。本文對WCDMA系統中軟容量和軟覆蓋問題做了詳細的探討，從中可以看出在進行網絡規劃時容量和覆蓋要同時考慮，并且兩者對上下行鏈路也具有不同的影響。另外本文對在規劃初始階段如何確定小區的范圍和容量作了比較詳細的論述。所有這些結論對于WCDMA系統無線網絡規劃工程師具有較好的指導意義。

　　
----《通信世界》