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WCDMA与GSM网络规划的研究

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来源: 作者: 2019-03-21 11:23:18

1、引言

目前,2G无线接入已相当成熟,络覆盖和络质量都达到了比较高的用户满意度。如何充分利用现有络资源,提高用户满意程度和节约建投资,是WCDMA络设计规划的主要内容。由于空中接口的革命性变化,无线接入部分的演进也是革命性的,而空中接口的不同反映了WCDMA系统的新要求。WCDMA系统是以频谱效率技术构建的络,需要把不同比特率、不同服务种类和不同性质要求的业务混合在一起,与GSM的无线接口和接入方式完全不同,因此,WCDMA的无线接入部分将会重新部署,如何使现有GSM络与WCDMA络协同发展,无疑会给移动通信的发展带来深远的影响。

2、WCDMA与GSM络规划的区别

2.1链路预算与上行覆盖

在GSM系统中,上行链路和下行链路是基本平衡的,小区半径可以由基站下行信号电平高于某一设计要求的门限值决定。

在WCDMA中,上下行链路的平衡并非络设计目标。基站功率在下行由小区所有用户及信令共享,因而不会成为覆盖受限链路。相反,发射功率是在规范中加以定义的。由于发射功率有限,上行路测则成为WCDMA系统覆盖的受限链路。因此,WCDMA系统的链路预算通常是指上行链路预算,即从最大允许的上行损耗中除掉路径损耗以外的其它损耗和增益,从而得到最大允许的路径损耗,再将最大允许路径损耗值带入传播模型中,得到预期的小区覆盖半径和覆盖面积。应该注意的是,这样得出的小区半径是在无负载的情况下的最大小区半径,即空载孤立小区的覆盖半径。由于WCDMA的覆盖区域不像GSM那样由信号电平的绝对值来决定,因而它的覆盖与系统的负载或干扰水平相关。

理解了WCDMA小区覆盖是上行受限的,在设计中考虑上行功率分布就很重要,因为它可以反映上行链路覆盖水平。不同的上行功率覆盖门限值反映出不同的覆盖区域,比如室内、车载、室外、无覆盖等因素,这些门限值的设置是用的最大发射功率(21dBm)减去穿透损耗余量得出的。

2.2容量分析与覆盖规划

在GSM系统中,容量分析是比较简单的,主要是在收集数据的基础上分析未来业务的增长和分布情况,从而得出不同小区的容量,覆盖规划则主要和GSM系统设备相关参数和小区覆盖类型等相关。在WCDMA系统中,容量一般受下行链路限制,覆盖受上行链路限制。由于WCDMA系统需要承载多种不同的业务类型,因此,和GSM系统相比,业务估计比较困难,而容量除了和覆盖相关外,还与业务数与业务类型有关,因此,只能在已有数据的基础上结合经验公式进行预测和计算。

由于WCDMA的覆盖区域不像GSM那样由信号电平的绝对值来决定,它的覆盖与系统的负载或干扰水平相关,加入负载和邻近小区干扰后,小区半径会做相应的收缩,而GSM系统中同一频点的复用则必须满足一定的空间隔离要求,空间隔离要求取决于载干比(C/D)。另外,GSM系统小区的覆盖和容量取决于载干比及硬件配置,上下行容量是对称的,而WCDMA采用编码扩频技术,频率复用为一,干扰信号来自小区及所有临近小区,因而是自干扰系统。正因为这种同频率的干扰特性,WCDMA系统的容量和覆盖是相关的,上行容量和下行容量是独立的,设计时最受限链路决定系统容量。在规划设计WCDMA时,按最受限上行链路确定覆盖,按最受限下行功率确定容量。

从以上分析可知,由于WCDMA系统自身技术的复杂性和灵活性以及工作环境的多样性,使得WCDMA络规划变得异常复杂,各种参数需要多次调整才能得到理想结果。

2.3软切换

GSM系统使用频率分割,小区之间的移动采用不同频点的硬切换,规划设计时要留出足够的切换区。而WCDMA系统采用软切换,即终端同时和更多个小区保持无线连接。软切换是WCDMA(CDMA)独有的,软切换增益可以提高小区边界的通话质量,或增加覆盖区域,可以减少小区间重叠,扩展小区覆盖,因而要在链路预算中加入软切换增益。但是,软切换会造成多链路下行发射,影响系统容量,因此WCDMA络规划设计要强调控制主服务小区的有效覆盖,尽量减少不必要的切换区。

由于其自干扰系统,WCDMA系统设计中天线的选择直接影响到相邻小区或扇区间的干扰控制的好坏,采用65度水平波瓣宽的天线三扇区覆盖要明显好于GSM系统设计中常采用的90度水平波瓣宽的天线,其原因仍然是基于软切换和硬切换的差别。WCDMA的硬切换不需要过大的扇区间重叠,天线高度在同一范围内应与周围天线高度相当,天线过高,容易造成越区覆盖,造成导频污染,影响系统的容量和质量。

3、WCDMA与GSM规划的相同之处

尽管WCDMA无线络规划和GSM无线络规划有很多不同之处,但由于两者都属于陆地数字蜂窝通信技术,因此它们的规划还是有相同之处的。

3.1链路预算

任何无线通信链路的覆盖范围都可以通过链路预算来描述。除了负载因子、干扰因子、Eb/No等特定参数与具体是哪一种接入络有关外,其他参数(比如阴影衰落余量、人的身体的损耗等)对GSM和WCDMA来说都是相同的。

3.2传播模型和传播预侧工具

由于同属于无线通信系统,在使用的传播模型和传播预测工具上,GSM无线络与WCDMA无线络是非常类似的。它们的传播模型的主要区别是使用的载波频率不同,因此具有不同的载波频率校正因子。

Hata模型中路径损耗的计算公式如下:

Hata传播模型被广泛应用于GSM900(载波频率为900MHz)的传播预测。而GSM1800和WCDMA传播模型是COST231模型对Hata模型进行的扩展,这使传播模型可以适用于GSM1800和WCDMA的频段。

COST231的计算公式如下:

除了频率范围这个参数和Hata模型不一致外,其他参数的范围都和Hata模型相同。COST231模型的频率范围比Hata模型高,COST231的频率范围为1500MHz至2000MHz。事实上,GSM1800的传播模型中只要增加一个简单的校正因子33.9log(f/fcsm)即可成为WCDMA的传播模型。通过外场的路测数据来校正传播模型的方法对于GSM1800和WCDMA来说都是相同的。

由此可以看出传播模型与载频频率密切相关,与具体采用哪种无线接入技术无关。GSM和WCDMA的传播模型预测工具基本相同,而不管采用哪种接入技术,传播模型预测工具的主要目的是预测在服务区内距离基站不同地点的路径损耗。我们可以做一些辅助计算,在GSM中,辅助计算内容包括RSSI、同频和邻频干扰等;在WCDMA中,辅助计算内容包括公共导频信道的Ec/No和软切换状态等。当然,这些辅助计算的结果也是通过路径损耗预测得出的。

3.3控制覆盖

不管采用哪种接入技术,蜂窝络的性能都可以通过对覆盖的良好控制而得到提升。这里的“控制”是指保证小区覆盖到希望覆盖的地区,而没有覆盖到不希望覆盖的地区。与GSM相对比,由于CDMA系统本身的特性,WCDMA中的可控参数并不多。覆盖的控制是无线络设计的第一步,正如前面章节所述,通过标识GSM中同频干扰的区域、W(A)NIA中低的Ec/Io或者软切换过多的区域,无线络传播预测工具可以辅助我们进行覆盖的控制。在设计阶段如果发现了这些问题,可以通过采取相应的措施(比如,调整天线的类型、天线的高度、下倾角、方向角等)来解决这些问题,这样就可以减少络开通后优化的工作量。

4、WCDMA与GSM系统之间的干扰

共站时主要考虑不同系统间的干扰问题,包括ACIR(邻道干扰比),发射机带外杂散和接收机阻塞等。

ACIR直接影响WCDMA上下行系统容量,造成系统容量的下降。WCDMADL受UEACIR、WCDMABS最大发射功率和GSM BS干扰功率的影响。当干扰方GSM功率增加(如WCDMA UE离GSM BS很近)时,在一些点WCDMA的功率控制可靠性下降,可能导致该UE掉话,此时并不会影响WCDMA系统的其他用户。然而,WCDMA UE发射功率可能影响GSM BS时,那些使用靠近WCDMA载波频率的信道的GSM接收机C/I会降低。当GSM UE靠近WCDMA BS时,由于GSM系统是窄带系统,相对于宽带干扰系统,其终端的选择性很好,因而GSM UE的选择性不是系统干扰的主要因素。此时,WCDMA BS发射将引起对GSM终端的共道干扰。在WCDMA BS附近将形成对GSM系统的临界干扰区域,该区域的大小决定于GSM业务C/I的要求和WCDMA BS对相邻频率的影响。GSM UE也可以对WCDMA BS构成干扰。由于功率控制的作用,对WCDMA上行链路干扰不是直接的,对系统的干扰是针对覆盖区域内的所有用户,而不是只限于小区边缘地带。

另外一个影响系统干扰的参数是两个系统的小区半径。当干扰方和被干扰方系统的小区半径大致相同并且设置合理时,可以大大降低系统容量的损失。当小区半径不同时,例如WCDMA小区半径远大于干扰系统,此时系统容量损失会增大。

WCDMAFDD与GSM900/1800的干扰考虑要分Co-Site(共站)和Co-Area(同物理区域)两种情况:

(1)GSMDL干扰WCDMAUL:当灵敏度降低6S=0.1dB时,隔离度Is要求为74dB(Co-Area)和40dB(Co-Site);当6S=0.8dB时,s=65dB(Co-Area)和3ldB(Co-Site);防止接收阻塞的Is>=59dB。

(2)WCDMADL干扰GSMUL:此时在各种环境下的杂散隔离要求为Is=18dB;防止接收阻塞的要求为GSM900Is>=35dB,GSM1800 Is>=43dB。

上面阐述了在各种条件下WCDMA与2G系统间的隔离度要求,在具体环境中需结合各厂家的产品来计算,一般情况各厂家的设备指标均较规范要求好,对于共站(Co-Site)的情况,可通过调整天线间水平、垂直空间隔离,以及调整天线间方位角、增加外部滤波器的方法解决;对于同物理区域(Co-Area)的情况,可通过扩大天线间的距离、调整天线间的相对角度、增加外部滤波器的方法解决。

5、建议

本文基于大量的络建设经验,从无线络规划设计角度阐述了GSM和WCDMA系统的主要不同点及其对系统的影响,正确理解了这些要点有利于系统的规划设计。在一开始便确立了一个良好的无线络结构,可以避免后期不必要的优化调整,节约投资,降低络运营成本,从而在保证高质量服务前提下,使络的容量和质量得到最大程度的发挥。

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