WCDMA系統中關鍵技術的分析及應用解決方案

對于無線網絡規劃而言，WCDMA規劃的關鍵技術主要有前向功率規劃、功控規劃、容量規劃和切換規劃等。以下從工程的角度對WCDMA系統中的關鍵技術進行闡述和分析，以便進行同類規劃設計工作時參考。

1、前向功率規劃

WCDMA系統基站的功率一般是由業務信道（如專用信道DCH）和公共信道（如公共導頻信道CPICH）共享的，它們之間的功率分配是動態的，這就使得在進行網絡規劃時，最優地配置基站功率對于達到最大網絡容量和所需覆蓋是非常重要的。另外，網絡中的無線環境和移動用戶位置的不確定性，使得為滿足用戶的服務達到一定的QoS，基站的一部分功率必須作為儲備預留出來，這包括軟切換余量、快衰落余量和干擾儲備等。表1給出了下行鏈路公共信道功率占基站功率的最大比例。值得注意的是，同步信道（SCH）和公共控制物理信道（CCPCH）是彼此時分復用的。

表1下行鏈路公共信道典型功率值

為了使整個網絡的容量達到最優，基站的導頻信道功率和業務信道功率在進行網絡規劃時應取最優值。除了以上關于功率的分配外，在進行網絡規劃時，小區下行鏈路功率的分配中還要考慮一些儲備，這主要基于正交函數余量、功控余量、陰影和軟切換余量及功率阻塞等考慮。

1.1正交系數余量

WCDMA下行鏈路為區分用戶采用正交碼字，這種正交碼在多徑無線傳播環境下將損失部分正交性，這種影響主要取決于多徑環境和基站與移動臺之間的路徑損耗。在進行網絡規劃時，通常把正交系數取為一個常數，實際上它是一個隨環境變化的變量，所以在進行網絡規劃時要給出一個功率余量，以補償這種變化對接收信號的影響。

1.2功控余量

WCDMA系統功控的特點是上下行鏈路采用快速功控。在下行鏈路基站發給移動臺的功率需要滿足移動臺接收機在達到服務質量的條件下能解調出有用信號的最小發射功率，使網絡的干擾達到最小、網絡容量最大化。但由于功控的誤差或移動臺的移動性，快速功控不可能使移動臺在小區的任何位置都收到相同的最小功率，這樣接收功率總是在最佳值附近偏移；另外，功控環路中的時延和功控信令錯誤等因素都會影響功控的精確度，所以在進行網絡規劃時要考慮一個功控余量。功控余量一般根據無線傳播環境從仿真中得到。

1.3陰影和軟切換余量

在網絡規劃的鏈路預算中一般要考慮由于阻擋引起的衰落余量，具體取多少與規劃中區域覆蓋率有關。由于軟切換可以帶來軟切換增益，用于對抗慢衰落和快衰落的影響，因此陰影引起的衰落余量和軟切換結合起來會對移動臺和基站間允許的路徑損耗產生影響，從而也就會影響基站的發射功率。在網絡規劃中，對基站的功率進行分配時可以考慮一個余量。

1.4功率阻塞

在規劃網絡基站的功率時，要考慮基站允許發射的最大功率，如果小區移動臺所需的功率超出基站允許的發射功率時，移動臺可能就會產生中斷、服務質量下降或者拒絕一些移動臺接入網絡等問題。

基站總功率一般都是確定的，而前向各個信道的功率配比決定了前向的覆蓋范圍，這里的前向覆蓋是指導頻信道、同步信道、尋呼信道和業務信道達到一致的覆蓋半徑，這也是前向功率配比規劃的基本原則。由于CDMA具有自干擾性，因此隨著小區用戶的增加，導頻、同步、尋呼和業務所需的功率也需要同步增加，直到基站允許發射的最大功率。需要注意的是，進行全網規劃時，還要考慮小區間的平衡和協調。

在實際設計和工程運用中，對于前向功率配比，一般建議采用以下數據規劃：

●導頻信道功率：10%～20%總功率；

●同步信道功率：1%～3%總功率；

●尋呼信道功率：3.5%～8%總功率；

●業務信道功率：69%～85%總功率。

在規劃基站的發射功率時，應考慮公共信道、業務信道所需功率和各種余量，具體比例如圖1所示。

圖1WCDMA系統基站功率分配

如果個別地區的室內穿透損耗過大，則需要考慮加大前向的導頻功率比例。

另外需要注意的是：對于一些非常特殊的地形（如隧道、海平面等），前向功率的配比也可以靈活考慮，不必拘泥于上述的建議。

2、功控規劃

WCDMA功控的目的是：既維持高質量的通信，又不對占用同一信道的其他用戶產生不應有的干擾，使每個移動臺到達基站時都達到最小所需的信噪比。在 WCDMA中，功控的好處是降低平均發射功率。在一般的通信鏈路情況下，發射功率較低；在無線衰落較大的鏈路情況下，功控會自動升高功率以抵抗衰落。

功控分為前向功控和反向功控，反向功控又分為開環和閉環兩部分。在無線網絡功控規劃中，需要重點、仔細控制的參數有誤幀率（FER）、解調門限（Eb/Nt）、功控初始發射功率和功控步長等；另外，規劃中還需要注意各參數配合規劃的收斂性。

功控規劃中需注意的問題如下：

●在呼叫建立過程中就已經存在開環和閉環功控過程，因此功控參數要很好地與接入過程的參數進行配合；

●由于各個信道的解調門限是有區別的，因此針對信道功控參數的規劃，還要注意將信道間增益差考慮進來。

為了定量考察功控性能的好壞，需要考慮功控誤差（PCE）的均方差（STD_PCE）、誤塊率（BLER）和發射功率三個主要參數指標，其關系如下：

PCE=RSIR-TSIR

式中，RSIR代表SIR的估計值，TSIR代表外環功控所產生的SIR目標值。

PCE反映了實際SIR與目標SIR的一致性。在理想功控情況下，PCE的對數值呈正態分布，其均值為0，而STD_PCE則反映了功控性能的優劣。顯然，STD_PCE、BLER和發射功率越低，說明功控性能越好。

3、容量規劃

對于小區需要信道數的計算，可以通過可用頻譜、用戶數預測以及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，則查表可以得出結果；若最大容量是由干擾限制造成的，則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，系統將為更多的話務量提供服務。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，以保證低擁塞率。由于平均負荷降低，因此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的，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，給他們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

在WCDMA系統中，所有用戶共享在空間信道上的干擾源，分析不能分開進行，各用戶互相影響而引起發射功率改變，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，那么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。

在WCDMA系統中，所有小區可共用相同頻譜，這一點對提高WCDMA系統容量非常有利。但也正是同頻復用的原因，系統存在多用戶間的干擾，這種多址干擾又限制了系統的容量。容量大小隨用戶分布、用戶行為、系統解調門限等改變而變化。WCDMA的前/反向容量也是有差別的，在進行容量規劃時，需要從前/ 反向鏈路兩個方面來考慮。

在容量規劃中，由于WCDMA系統反向覆蓋容量比較易于量化，因此一般可根據反向初步估算整個系統，然后通過仿真最終得到整個系統的前/反向規劃設計。反向容量規劃可以按照阻塞公式或者極限容量公式來進行。

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以下5種：

●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，并且采用多個載波實現負載的平衡，可以增大每個站點的容量。

●采用功分器。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，采用功分器是一個有效減少移動臺發射干擾實現容量提高的可行方法，同時也是解決特定地形覆蓋的有效方法。

●天饋部分采用發分集。所謂發分集，就是在下行鏈路中，信號可以通過兩個基站天線分支發送。對移動臺而言，體積小且便宜無疑是大眾追求的方向，而采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，在移動臺接收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依賴于該環境多徑分集的程度?？梢岳玫亩鄰椒旨缴?，采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。

●扇區化。這種方法可以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，大約可以提高5.4倍的容量。通過增加扇區來增加容量，必須更換全向天線為定向天線，同時需重新進行網絡的規劃和優化。

●采用低比特率編碼模式。這種方法也可提高WCDMA系統的語音容量。

4、軟切換

目前商用的CDMA系統支持多種類型的切換，主要類型有硬切換、軟切換和更軟切換。WCDMA系統中沿用了大部分原IS-95和cdma2000中的軟切換技術。

軟切換是一種常態，WCDMA系統中UE幾乎一直處在軟切換狀態下，這樣可以保證用戶通話的連續性和穩定性，而硬切換過程則不會經常發生，硬切換將影響用戶通話的主觀感受并容易造成掉話，在進行網絡設計時應盡量避免硬切換的發生。

WCDMA系統對軟切換狀態下的事件進行了定義。

事件（Event）1a：1個P-CPICH進入了測量范圍（Reporting Range），切入新的測量小區。

事件1b：1個P-CPICH離開了測量范圍，原測量小區切出。

事件1c：1個非激活集的P-CPICH好于激活集中的某個P-CPICH，原小區被新加入小區替換。

軟切換是CDMA系統中有特色的、廣泛的切換類型。與GSM系統的硬切換不同的是，軟切換是一種狀態，由多個基站同時支持一個呼叫，CDMA的移動臺經常在相當長的呼叫時間里處于軟切換狀態。而GSM中的硬切換是時間離散的短暫事件，它在呼叫從一個小區交換到另外一個小區或者從一個載頻交換到另一個載頻時發生。WCDMA中的軟切換機制更能夠保證呼叫的完整性，降低同頻干擾和掉話，均

衡話務負荷。

在WCDMA的無線網絡規劃中，切換規劃的關鍵點是：選取合理的切換帶位置，盡量避免切換帶在密集話務區；規劃合理的切換帶寬度，保證合理的軟切換比例，一般軟切換（不含更軟切換）比例要控制在40%以內；確定合理的切換參數（T-ADD、T- DROP、TT-DROP等）；制定有效、合理的鄰區關系和鄰區優先級。

總體上說，WCDMA的無線網絡和GSM無線網絡的規劃和優化都是構建在蜂窩移動通信網絡的基礎上的，在技術方法上具有一定的共通性和可比擬性，但是由于通信體制上有本質的區別，從而體現出WCDMA需要更多的信息論、通信原理和數理基礎，與GSM系統相比，WCDMA系統稍復雜一些。對于網絡規劃和優化而言，它們都需要具有有效分析問題的思路和解決問題的策略方法，在合適的場景下采用適合的解決方案。

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