WCDMA系統的容量規劃

2019-11-03 09:13:19

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中京郵電通信設計院　　刁兆坤

　　WCDMA系統的網絡規劃包括核心網規劃和無線網絡規劃兩大方面，而無線網絡規劃又可分為WCDMA無線資源規劃、切換規劃、功控規劃、容量規劃、覆蓋規劃等眾多方面，本文僅針對WCDMA系統的容量規劃做一剖析。同時提出了增加WCDMA系統容量的具體方法。

一、WCDMA系統規劃內容

　　數字移動通信發展到3G階段，網絡運營過程中遇到很多具有共性的問題，如用戶移動時發生掉話，要通話時無可用信道，通話質量差等。用戶所享受到的業務服務取決于無線網絡規劃的質量。對于運營商而言，從客戶的滿意度中獲得利益，其網絡規劃是關鍵競爭因素。與第二代移動通信相比，第三代移動系統網絡引入了大量各種比特業務，要預測不同業務的模型是困難的。無線網絡規劃包括在各種情況下計算鏈路預算、容量以及小區基站數目，同時要對基站覆蓋進行預測，對其參數進行規劃。除此之外，還需要對整個網絡進行策劃，計算基站中信道單元的數目、傳輸線路容量、基站控制器、交換機等相關單元的數目。在規劃中需引入性能測量，如掉話率和閉塞等指標，用它們來衡量網絡性能。在小區中均勻覆蓋區域提供高比特業務，在小區邊緣提供低比特業務。覆蓋區域設計成連續覆蓋，也可以是熱點地區覆蓋。不同業務、不同實施策略需要進行仔細估計。

二、WCDMA系統軟容量

　　對于小區需要信道數的計算，可以通過可用頻譜、用戶數預測，話務密度信息來衡量，其計算條件是給定擁塞率，若硬件引起擁塞，查表可以得出結果。若最大容量是由干擾限制造成，其容量定義為軟容量。對于軟容量受限系統，不能通過愛爾蘭表計算，因為總信道容量大于平均每小區信道數。由于相鄰小區共享一部分干擾，在相同擁塞率條件下，系統將服務更多話務量。來自鄰區干擾越少，在中間小區內可用信道就越多。

　　當小區具有為數較少的信道，高比特率實時用戶出現時，平均負荷必須降低，以保證低的擁塞率。由于平均負荷降低，所以有附加的容量提供給鄰區利用。這部分容量是從相鄰小區借用，因此干擾的共享提供軟容量。對于高比特率的實時數據用戶，如圖像連接等，提供軟容量是十分必要的。

　　如果相鄰小區系統用戶較少時，在WCDMA系統中被認為是增加了軟容量。軟容量定義為在軟擁塞的條件下愛爾蘭容量的增加。當平均每個小區具有相同的最大信道數時，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，分析就不能分開進行，各用戶互相影響、引起發射功率改變，這些改變再引起新的改變，如此往復，相互影響，因此預測處理是一個反復的過程，直到穩定為止。

　　軟容量的大小還依賴于傳播環境。如果相鄰小區負載量較低，只有無線資源管理算法在一個小區能實現較高容量時，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，系統就可以實現軟容量。

三、WCDMA容量的估計

　　3G系統是一種寬帶CDMA系統，其網絡組織繼承窄帶CDMA的特點，由于采用碼分多址方式，頻率復用不是一個重要的方面，所以網絡干擾來自自身系統，與同一時間通話用戶的數量有關。

　　WCDMA的頻率復用系數是1，該系統是干擾受限系統，所以容量的實質是對干擾量的估計。對于下行負荷的估計，一個重要方面是對于基站發信功率的估計。這里所說的功率為平均功率，而不是小區邊沿峰值發射功率。對于每個用戶所要求的最小功率，由基站到移動臺平均衰耗及移動臺靈敏度決定，條件是不存在多接入引起干擾（包括小區內和小區外）。干擾引起的噪聲提升使得移動臺所需最少功率比原來有了提高，最后使得系統能接入的用戶數得以減少。

　　對于上行負荷的估計，在全話音業務的情況下，負荷因子的關系可以簡化為：

　　在UMTS中下行容量被認為比上行容量更重要，這是因為話務的不對稱，與下載類型業務較多有關。在3G系統中，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分集。WCDMA用長擴展碼在下行鏈路區別小區，并在上行區別用戶。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個碼組，每組有12個碼。下行正交碼對容量的影響考慮用不規則短碼，該系列在一個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，且引起小區內各用戶之間相互干擾。

　　WCDMA的頻譜效率與鏈路性能有關，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，高容量主要是因為上行鏈路用了多用戶信號檢測技術，與一般接收機比較幾乎提供了2倍的容量。但在下行鏈路，兩個基站向同一移動臺發射信號，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論：下行覆蓋比上行更依賴于負荷，原因是基站總發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。環境對容量的影響一定條件下增加功率對容量的增加，這其實不是最有效的。WCDMA頻譜效率定義為一定比特率下的同時呼叫數，而在3G中更直接用每小區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，系統模擬還需要規定一些條件。

　　一般情況下，窄帶IS95 單載頻全向基站的話務信道數可達23個，2%呼損條件下支持15.76Er1；單載頻3扇區基站每扇區的話務信道數可達20個，2%呼損條件下每基站支持39.54Er1。

　　對于3G WCDMA系統，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個信道。工程設計時應根據實際話務分布需求合理設置載頻數量及合理配置各基站的話務信道數。

四、網絡規劃中提高WCDMA站點容量的方法

　　在實際網絡規劃中，提高WCDMA系統每個基站站點下行鏈路容量的方法有如下幾種。

　　1．運營商啟用新的頻率，即采用新的頻點，依靠增加第二、三載波來實現下行鏈路的容量。WCDMA支持有效的頻率間切換，且使用多個載波可實現負載的平衡，可以增大每個站點的容量。

　　2．使用功分器，即一個扇區的功率可分配到更多的扇區中使用，通過減少每個用戶的發射功率來實現站點容量的提高。在最初網絡規劃階段，為增加站點容量需要對上行鏈路扇區化，但扇區化的結果可能帶來大于最初業務密度所要求的容量。因此使用功分器是一個有效的依靠減少移動臺發射干擾而實現容量提高的可行方法。同時它也是解決特定地形覆蓋的有效方法。

　　3．天饋部分采用發分集。所謂發分集，即在下行鏈路中，信號可以通過兩個基站天線分支發送。因為對移動臺而言，體積小且便宜無疑是大眾追求的方向，使用兩個天線和接收機電路并不可行。如果系統根據來自移動臺的反饋指令調整來自兩個發送天線的相位，在移動臺接受中利用下行鏈路發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，這依賴于該環境多徑分集的程度。可以利用的多徑分集越少，使用發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現。

　　4．扇區化可以用來有效提高基站站點的容量，將一個全向站升級為3扇區定向基站，容量可以提高到原來的2.7倍；升級為6扇區，大約有5.4倍的容量增加。通過增加扇區來增加容量，必須更換全向天線為定向天線，同時重新進行網絡的規劃和優化。

　　5．另外，使用低比特率編碼模式也可提高WCDMA系統的話音容量。

----《通信世界》