G三種制式的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案規(guī)劃比較

1、3G 三種制式的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)規(guī)劃比較(2006-1-1817:1)一、前言作為 3G 時(shí)代的開(kāi)拓先鋒，上海貝爾阿爾卡特全面支持WCDMATD-SCDMZ 和 CDMA2000三大國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，提出完善、成熟的多制式端到端3G 網(wǎng)絡(luò)解決方案， WCDM 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)規(guī)劃已得到業(yè)界的普遍認(rèn)可。通過(guò)互相比較借鑒和吸收，上海貝爾阿爾卡特基于同一設(shè)計(jì)平臺(tái)， 將相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃手段移植拓展到TD-SCDMA 和 CDMA2000 開(kāi)發(fā)出完善的設(shè)計(jì)規(guī)劃工具鏈，形成完整的全制式 3G 設(shè)計(jì)能力，保持 3G 規(guī)劃領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。WCDM 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)劃原理和方法已被廣泛了解，本文將從比較TD-SCDMA CDMA2000

2、與 WCDM 制式設(shè)計(jì)規(guī)劃方法的異同入手，說(shuō)明TD-SCDMA 和 CDMA200 設(shè)計(jì)規(guī)劃方法和特點(diǎn)。二、TD-SCDM 與 WCDM 設(shè)計(jì)規(guī)劃比較TD-SCDMA為我國(guó)提出的第三代移動(dòng)通信的制式和WCDM 系統(tǒng)相比較教，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和規(guī)劃上既有共同的特點(diǎn)，也存在一定的區(qū)別。以下分別從技術(shù)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)方法、規(guī)劃方 法三個(gè)方面來(lái)分析和闡述。1. TD 技術(shù)特點(diǎn)對(duì)容量和覆蓋的影響TD-SCDMA統(tǒng)是一個(gè)綜合了時(shí)分雙功(TDD、時(shí)分多址(TDMA、碼分多址(CDMA、頻分多址(FDMA 的一個(gè)系統(tǒng)。其信道每幀長(zhǎng)為10ms,由兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同時(shí)長(zhǎng)為5ms 的子幀構(gòu)成。每個(gè)子幀由三個(gè)特殊時(shí)隙和七個(gè)常規(guī)時(shí)隙構(gòu)成

3、，每個(gè)時(shí)隙又可以分為若 干個(gè)碼道。這種信道結(jié)構(gòu)對(duì)于TD-SCDMA!統(tǒng)容量和覆蓋的計(jì)算都有影響。首先，在七個(gè)常規(guī)時(shí)隙中，除了 TS0 和 TS1 的上下行關(guān)系確定外，其它時(shí)隙可根據(jù)需 要進(jìn)行上下行關(guān)系設(shè)置。因而， TD-SCDMA 勺容量計(jì)算多了其它系統(tǒng)所沒(méi)有的一項(xiàng)新內(nèi)容一 時(shí)隙轉(zhuǎn)換點(diǎn)的配置,即根據(jù)用戶話務(wù)需求的特點(diǎn),合理的配置上下行時(shí)隙的比例。其次，TD-SCDMA 用戶是通過(guò)占用某個(gè)時(shí)隙上某個(gè)碼道進(jìn)行通信的，因此TD-SCDMlk 務(wù)對(duì)資源的占用是以時(shí)隙和碼道為單位的。同時(shí)，在每個(gè)子幀三個(gè)特殊時(shí)隙種的主保護(hù)間隔(GP 為 75 卩 s(96chip)，這個(gè)時(shí)間長(zhǎng)度確定了在沒(méi)有時(shí)隙間干擾的前

4、提下，TD-SCDA 嘛統(tǒng)的小區(qū)的基本覆蓋范圍為11.3km。當(dāng)然也可以通過(guò)允許干擾或減少時(shí)隙的方法突破11.3km 的限制。2. TD-SCDMA 與 WCDM 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的比較由于 TD-SCDMA 系統(tǒng)采用智能天線、多用戶檢測(cè)等關(guān)鍵技術(shù)，這些技術(shù)可以降低系統(tǒng)的 干擾，從而使得 TD-SCDMAI、區(qū)呼吸效應(yīng)不象 WCDM 系統(tǒng)這樣明顯，因此 TD-SCDMA 勺容量 和覆蓋計(jì)算可分別考慮,然后根據(jù)系統(tǒng)受限的情況取定最終的設(shè)計(jì)規(guī)模。總的流程如下圖 所示。下面分別就覆蓋和容量計(jì)算進(jìn)行說(shuō)明。覆蓋分析計(jì)算在 TD-SCDMA 勺覆蓋分析時(shí)，其原理和WCDM 類(lèi)似，也是進(jìn)行上行鏈路最大允許路徑損

5、耗的分析，只是在具體的參數(shù)取值與WCDM 不同。這些參數(shù)主要是：1）處理增益TD-SCDM 與 WCDM 相比處理增益計(jì)算公式更為復(fù)雜，由于TD-SCDMA片速率只有1.28Mchip/s，擴(kuò)頻因子為 1 至 16,所以總體來(lái)講 TD-SCDMA統(tǒng)的處理增益比 WCDM 要 小。2）Node B 接收機(jī)靈敏度TD-SCDM 與 WCDM 接收機(jī)靈敏度的定義是一致的，是指僅對(duì)于熱噪聲，達(dá)到給定質(zhì)量 所需要的最小接收電平，由于TD-SCDM 的 GP 與 WCDM 小了十幾個(gè) dB，而其它參數(shù)取值比較接近，因而造成 TD-SCDMA 接收機(jī)靈敏度比 WCDM 低。TD-SCDM 除話音業(yè)務(wù)外，其它

6、業(yè) 務(wù)的接收機(jī)靈敏度差別較小。這樣就使得TD-SCDMA 個(gè)業(yè)務(wù)之間覆蓋范圍的差別不象WCDMA那樣大，各業(yè)務(wù)覆蓋區(qū)域比較一致。因而使得TD-SCDMA!網(wǎng)更簡(jiǎn)單。3）陰影衰落量由于存在陰影衰落的影響，為了保證一定的覆蓋概率，必須保留一定的陰影衰落余量，其大小與陰影衰落標(biāo)準(zhǔn)方差和覆蓋概率有關(guān)。同時(shí)，由于WCDM 有軟切換，軟切換可以降低陰影衰落余量。但 TD-SCDMA 勺切換是接力切換，因此不考慮軟切換的增益。例如： 假定陰影衰落標(biāo)準(zhǔn)方差 8dB,要求的區(qū)域覆蓋概率 95%則 WCMD 需要保留 4.7dB 陰影衰落 余量，TD-SCDMA需要保留 8.7dB 陰影衰落余量，這差值的 4dB

7、 就是軟切換增益。4）快衰落余量WCDMA 1500H 的快速功控可以在一定程度上對(duì)抗快落，因此需要保留一定的功率作為 儲(chǔ)備用于補(bǔ)償快衰落，即快衰落余量。TD-SCDMA 200H 的功控速度無(wú)法對(duì)抗快落，因此不考慮快衰落余量。5）天線增益TD-SCDM 系統(tǒng)采用了智能天線，智能天線增益的典型值：全向天線為89dBi，定向天線 1415dBi，同時(shí)還要考慮智能天線賦形增益8 或 9dB。WCDM 采用普通的天線。6）饋線損耗考慮到饋線及接頭帶來(lái)的損耗，WCDM 系統(tǒng)保留一定的余量，通常取 3dB。但 TD-SCDM 系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)中功放位于天線下端，因此饋線損耗取OdB。7）噪聲增加量考慮到 C

8、DMA 系統(tǒng)是一個(gè)自干擾系統(tǒng)容量，隨著用戶的增長(zhǎng)，系統(tǒng)的干擾上升，小區(qū)覆 蓋減小，這就是小區(qū)呼吸效應(yīng)。WCDM 系統(tǒng)小區(qū)呼吸效應(yīng)明顯，為了平衡容量和覆蓋的關(guān)系， 我們通常采用迭帶的算法。 簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí)也可采用固定負(fù)載的方法， 噪聲增加量取 3dB。 由于 TD-SCDMA系統(tǒng)采用智能天線、多用戶檢測(cè)降低小區(qū)干擾等的技術(shù)，因而，噪聲 增加量較小，通常在 12dB 范圍以?xún)?nèi)。鏈路預(yù)算在確定了上述參數(shù)后，通過(guò)鏈路預(yù)算可以計(jì)算出在各種區(qū)域的小區(qū)的覆蓋范圍。在密集市區(qū)、話音業(yè)務(wù)情況下，比較TD-SCDM;和 WCDM 的鏈路預(yù)算，雖然 TD-SCDM 接收機(jī)靈敏度比 WCDM 小了十幾個(gè) dB,但由于智能

9、天線、饋線損耗等因素的作用，TD-SCDMA 勺MAPL 比 WCDM 只小了 23dB。如果比較分析 TD-SCDMA 各種不同速率的業(yè)務(wù)之間的差距就會(huì) 發(fā)現(xiàn)各業(yè)務(wù)和覆蓋區(qū)域比較一致。容量分析計(jì)算由于 WCDM 系統(tǒng)小區(qū)呼吸效應(yīng)比較明顯，小區(qū)的容量和覆蓋密切關(guān)聯(lián)。小區(qū)覆蓋范圍受到小區(qū)內(nèi)用戶數(shù)和業(yè)務(wù)量的影響。在用戶密度確定的前提下，小區(qū)內(nèi)的用戶數(shù)和業(yè)務(wù)量 又決定于小區(qū)的覆蓋范圍。因此，阿爾卡特采用對(duì)話務(wù)量分析和鏈路預(yù)算進(jìn)行迭代分析的 處理方法，使設(shè)計(jì)結(jié)果更為合理準(zhǔn)確。在 TD-SCDMA 系統(tǒng)的容量分析方面，由于 TD-SCDMA 系統(tǒng)容量和覆蓋可以分別進(jìn)行，因 此TD-SCDMA 系統(tǒng)的容量

10、分析與 WCDM 相比較簡(jiǎn)單。由于 TD-SCDMA 系統(tǒng)上下時(shí)隙配比可以進(jìn)行靈活的設(shè)置，因此容量分析計(jì)算首先需要通 過(guò)上下行話務(wù)量的計(jì)算確定時(shí)隙分配。雖然每個(gè)小區(qū)的上下行時(shí)隙比例都可以單獨(dú)設(shè)置， 但考慮到如果相鄰小區(qū)上下行時(shí)隙比例設(shè)置不一致，會(huì)造成小區(qū)間上下行時(shí)隙干擾。因此 時(shí)隙設(shè)置時(shí)應(yīng)該使成片的小區(qū)設(shè)置一致。由于TD-SCDMA 采用的多項(xiàng)技術(shù)使得其上下行容量接近碼道極限，并且 TD-SCDMA 各種業(yè)務(wù)對(duì)資源的占用是以時(shí)隙和碼道為單位的。系統(tǒng)定義 一個(gè)時(shí)隙的擴(kuò)頻因子為 16 的碼道為一個(gè) BRU 因而所有業(yè)務(wù)對(duì)資源的占用都是用BRU 衡量的。由于所有業(yè)務(wù)對(duì)資源的占用都是用BRU 這個(gè)統(tǒng)一

11、的單位衡量，這種方式很適合采用擴(kuò)展背包模型。下圖為話務(wù)模型和其他常見(jiàn)的話務(wù)處理模型的比較示例。從比較示例可以看到，對(duì)于同樣的話務(wù)和質(zhì)量需求條件下，上海貝爾阿爾卡特的話務(wù) 模型與其他常見(jiàn)的話務(wù)處理模型相比，對(duì)系統(tǒng)資源的需求是最小的，是最優(yōu)的設(shè)計(jì)。根據(jù) TD-SCDMA 勺特點(diǎn)，還開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)工具，將話務(wù)模型集成在當(dāng)中。3.TD-SCDMA 與 WCDM 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃比較上海貝爾阿爾卡特在三種制式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中采用的是統(tǒng)一規(guī)劃工具A9155,這個(gè)工具是以 FORSK 公司開(kāi)發(fā)的規(guī)劃工具 Atoll 為基礎(chǔ)，通過(guò)功能定制、二次開(kāi)發(fā)、集成第三方 功能以及參數(shù)預(yù)制等形成的。同樣這三種制式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

12、規(guī)劃流程也基本一致。通常分為下 列幾步：數(shù)據(jù)的收集和分析，傳播模型的選擇，覆蓋預(yù)測(cè)，Monte Carlo 仿真以及基于仿真結(jié)果的業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)等。基于A9155 的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程如下圖所示：在 TD-SCDMA統(tǒng)的規(guī)劃方面，其規(guī)劃流程與WCDM 基本一致，并且 TD-SCDMA 規(guī)劃效果主要取決于規(guī)劃工具功能。TD-SCDM 規(guī)劃產(chǎn)生了一些新的規(guī)劃圖和統(tǒng)計(jì)結(jié)果。由于TD-SCDMA 系 統(tǒng)采用智能天線、多用戶檢測(cè)、動(dòng)態(tài)信道分配等技術(shù)，因此要求TD-SCDMA 系統(tǒng)的規(guī)劃工具必須充分考慮 TD-SCDMA 關(guān)鍵技術(shù)，才能獲得準(zhǔn)確的規(guī)劃結(jié)果。同時(shí)，由于WCDMATD-SCDMAh 具體的信道結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技

13、術(shù)等方面存在的差異，使得三種制式在具體 的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃結(jié)果（圖、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等）上也略有差別。三、CDMA2000 1X EVD 側(cè)絡(luò)設(shè)計(jì)和規(guī)劃1.CDMA2000 1x EVD O 的主要技術(shù)特點(diǎn)CDMA2000 1x EVDO 系統(tǒng)主要是針對(duì)非實(shí)時(shí)、非對(duì)稱(chēng)的高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)而設(shè)計(jì)的，其 基本設(shè)計(jì)思想是將高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和低速語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分離開(kāi)來(lái)，利用單獨(dú)載波提供 高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。因此，從無(wú)線鏈路設(shè)計(jì)的角度上，系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化的重點(diǎn)是前向鏈路。 為了解決前向鏈路的高速傳輸問(wèn)題，EVDO 采用了前向鏈路時(shí)分復(fù)用、自適應(yīng)編碼調(diào)制，HARQ 智能調(diào)度算法，虛擬軟切換等多種新技術(shù)，對(duì)反向鏈路也進(jìn)行了一定優(yōu)化

14、。在無(wú)線 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和規(guī)劃中，必須充分考慮這些新技術(shù)帶來(lái)的影響。下面首先對(duì)這些特點(diǎn)進(jìn)行介 紹。與 CDMA2000 1x 相比，EVDO 的下行鏈路采用了新的技術(shù)體制，前向覆蓋特性也明顯 不同，主要包括以下特點(diǎn)：1）前向鏈路時(shí)分復(fù)用EVDO 充分利用了數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)的不對(duì)稱(chēng)性和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的特征，前向鏈路設(shè)計(jì)為時(shí)分復(fù)用（TDM）CDM 膽道。對(duì)于前向鏈路，用戶將得到1X EV-DO 載波的全部功率。另外，不管是傳輸控制信息還是傳輸業(yè)務(wù)信息，EV-D O 的載波總是以全功率發(fā)射。2）自適應(yīng)調(diào)制編碼和 HARQEVDO 前向采用了自適應(yīng)調(diào)制編碼方式和HARQ 能夠自動(dòng)適應(yīng)信道條件變化，選擇

15、相應(yīng)的速率和編碼方式，同時(shí)降低了對(duì)測(cè)量誤差和時(shí)延的敏感性。從網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，降 低了對(duì)系統(tǒng)解調(diào)門(mén)限的要求，獲得了系統(tǒng)增益。3）智能調(diào)度算法EVDO 前向鏈路采用智能調(diào)度算法，無(wú)線條件好的用戶，可以獲得較高的速率，具有較 高的優(yōu)先級(jí)。相對(duì)于 CDMA2000 1x 系統(tǒng)，EVDC 可以獲得一定的多用戶分集增益。4）虛擬軟切換EVDO 前向鏈路采用虛擬軟切換，可以直接進(jìn)行業(yè)務(wù)協(xié)商和建立業(yè)務(wù)連接，降低了對(duì)系 統(tǒng)信道資源的占用率，加快可切換速度。但相對(duì)于CDMA2000 1x 來(lái)說(shuō)，無(wú)宏分集增益。虛擬軟切換增益比軟切換增益要低。在反向鏈路，EVDOf CDMA2000 1x 相似，都采用碼分方式，

16、主要區(qū)別為反向信道的設(shè) 計(jì)和反向速率的考慮， EVDO 采用反向鏈路速率控制，反向速率與系統(tǒng)反向負(fù)載、當(dāng)前傳輸 速率等因素有關(guān)。EVDO 與 CDMA2000 1x 的主要區(qū)別如下表所示。2.CDMA2000 1x EVD 0 的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)通常情況下，CDMA2000 1x 會(huì)與 EVDO 混合組網(wǎng)，由于 CDMA 1X 和 EVDO 需要分配不同 的載波，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，必須充分考慮EVDO 和 CDMA2000 1x 技術(shù)體制的差異及其對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響。需要同時(shí)對(duì) CDMA 1X 和 EVDOh 下行鏈路分別進(jìn)行鏈路預(yù)算和覆蓋分析，同時(shí)通過(guò) 恰當(dāng)?shù)脑拕?wù)模型，結(jié)合用戶密度，進(jìn)行容量分析，判斷覆蓋受限

17、還是容量受限，選擇合理 的小區(qū)半徑策略。1）反向鏈路在反向鏈路，反向鏈路設(shè)計(jì)與CDMA2000 1x 相似，采用最大允許路徑損耗（ MAPL 的計(jì)算，二者的覆蓋范圍也非常接近。與WCDM 相比，主要存在以下差異I 終端發(fā)射功率的差異：CDMA2000 1x/EVDO 勺終端發(fā)射功率為 23dBm WCDM 的終端發(fā)射功率為 21/24dBm。l 擴(kuò)頻帶寬的差異：CDMA2000 Ix/EVDO 勺擴(kuò)頻帶寬為 1.2288MHz, WCDM 的擴(kuò)頻帶寬為3.84MHz。l 速率的差異：CDMA2000 1x/EVDO 勺反向速率為 9.6/19.2/38.4/76.8/153.6 kbps WC

18、DM 的反向速率為 12.2/64/128/384 kbps 。l 解調(diào)門(mén)限的差異：主要為 Eb/No 要求的不同。2）前向鏈路在前向鏈路，EVDOf CDMA2000 1x 和 WCDM 的多址方式不同，鏈路覆蓋只與基站總功 率，無(wú)線環(huán)境和傳輸速率有關(guān)，從鏈路設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，它們之間的主要差異為：l 業(yè)務(wù)信道最大發(fā)射功率的差異：EVD（采用時(shí)分方式，業(yè)務(wù)信道滿功率發(fā)射，因而不需要迭代算法。CDMA2000 1x 和 WCDM 的功率為所有信道共享。l 解調(diào)門(mén)限的差異：EVD（采用了自適應(yīng)編碼調(diào)制和HARQ 降低了對(duì)系統(tǒng)門(mén)限的要求。l 軟切換增益的差異：EVD（采用虛擬軟切換，CDMA2000 1x 和 WCDM