GSM和CDMA無線網(wǎng)絡規(guī)劃優(yōu)化方法探討

表格和公式在附件，因為格式不對穿不上來

1 概述
移動通信行業(yè)進入理性發(fā)展時期，可競爭的網(wǎng)絡是有著較高性價比的網(wǎng)絡，需要著眼于完善的服務和一流的網(wǎng)絡質量，要用良好的網(wǎng)絡設計保護投資。對于一個良好運行和可監(jiān)控的無線網(wǎng)絡而言，無線網(wǎng)絡規(guī)劃和優(yōu)化占據(jù)了很重要的位置。在頻譜資源一定的情況下，如何提高網(wǎng)絡覆蓋率、增加網(wǎng)絡容量、如何滿足網(wǎng)絡未來發(fā)展的需求都需要網(wǎng)絡規(guī)劃和優(yōu)化來解決，通過網(wǎng)絡規(guī)劃和優(yōu)化實現(xiàn)各方面的良好平衡。
本文首先闡述了移動網(wǎng)絡規(guī)劃的原則和策略；之后對于GSM和CDMA2000移動通信系統(tǒng)，在無線網(wǎng)絡規(guī)劃和優(yōu)化方法上各自的技術特點，進行了闡述；最后，由于兩種體制的移動通信網(wǎng)絡，在無線網(wǎng)絡規(guī)劃和優(yōu)化方法上，又有很多相似和不同之處，本文對這些異同也進行了比較和探討。
2 移動網(wǎng)絡規(guī)劃原則和策略
我們都知道，移動網(wǎng)絡規(guī)劃和優(yōu)化的基本原則是：在一定的成本下，在滿足網(wǎng)絡服務質量的前提下，建設一個容量和覆蓋范圍都盡可能大的無線網(wǎng)絡，并適應未來網(wǎng)絡發(fā)展和擴容的要求，也就是CCCQ最優(yōu)原則（C-Cost，C-Coverage，C-Capacity，Q-Quality）。
從移動網(wǎng)絡演進的進程，有如下的基本策略：
在網(wǎng)絡建設初期，考慮先覆蓋、后容量，初期建設一張"薄網(wǎng)"；在網(wǎng)絡建設中后期，全方位打造精品網(wǎng)絡，提高QOS質量，關注容量需求，兼顧邊際覆蓋，提高覆蓋率和系統(tǒng)資源利用率。同時關注業(yè)務的可持續(xù)發(fā)展性，簡單靈活進行網(wǎng)絡擴容和新業(yè)務的展開。
3 GSM網(wǎng)絡規(guī)劃關鍵技術
有很多關鍵技術支撐GSM體制下的移動通信系統(tǒng)，例如：功率控制，切換算法，DTX，跳頻等。對于GSM的網(wǎng)絡規(guī)劃和優(yōu)化而言，主要的關鍵技術是：頻率計劃，切換規(guī)劃等，下面分別說明。
3.1 頻率計劃
在GSM系統(tǒng)中，由于頻率資源是有限的，頻率的重復使用是提高頻率利用率，提高系統(tǒng)容量的有效手段。在GSM系統(tǒng)中，主要的干擾來自同鄰頻的干擾，這是由系統(tǒng)的載干比C/I決定的，也就是同頻C/I>＝9dB，第一鄰頻C/I>-9dB,第二鄰頻C/I>-41dB，通�？紤]同頻和第一鄰頻的情況。頻率計劃的核心內容就是如何進行有效的規(guī)劃設計，從而保證整個網(wǎng)絡各個扇區(qū)載頻的頻點都能夠滿足同鄰頻載干比的要求，保證通話質量，提高系統(tǒng)承載容量。
傳統(tǒng)的頻率復用方式是4×3，由于通信頻帶的有限，隨著網(wǎng)絡需求容量和業(yè)務的增加，各種高復用度的頻率復用方式也應運而生，而且大量地在各國商用網(wǎng)上得到運用，比如：多層緊密復用（MRP）,1×3，1×1，同心圓等【1】【2】 。隨著復用距離和復用度的提高，各種相應的抗干擾機制也大量地使用，用以降低系統(tǒng)干擾水平，比如：DTX,跳頻，功率控制等。
在無線網(wǎng)絡規(guī)劃和優(yōu)化中，最為重要和關鍵的技術就是針對不同的地理環(huán)境，網(wǎng)絡配置和用戶承載，進行上述頻率計劃技術的精細設計。
3.2 切換規(guī)劃
切換是從移動通信的大區(qū)制轉向蜂窩體制最為重要的無線鏈路控制手段，能夠保持移動臺MS在穿越不同的蜂窩小區(qū)時通話的連續(xù)性，減小掉話率，并能提供更好的通信質量。
在GSM中，為了適應無線環(huán)境的多重復雜性，降低慢衰落，涌現(xiàn)出了各種豐富有效的切換算法。無線網(wǎng)絡中切換的規(guī)劃和優(yōu)化的主要內容，就是針對不同形態(tài)的場景，制定不同的切換判決，規(guī)劃良好適應網(wǎng)絡環(huán)境的不同"切換門限"。
下面列出常見的各種切換算法的分類，以及相應的"切換門限"：
表1 切換算法和觸發(fā)條件

另外，在切換規(guī)劃中需要注意如下幾點：
1. 市區(qū)內切換帶避開高話務區(qū)域
2. 市區(qū)內切換帶盡量避開十字路口
3. 覆蓋不好的區(qū)域的切換次數(shù)可以考慮降低
4. 覆蓋良好的區(qū)域更多考慮更好小區(qū)切換
4 CDMA網(wǎng)絡規(guī)劃關鍵技術
CDMA是3G發(fā)展的一種先進的通信體制，涉及了很多更為復雜的技術，例如：前反向快速功控、軟切換、準入負荷控制等。對于無線網(wǎng)絡規(guī)劃而言，CDMA規(guī)劃的關鍵技術主要有：前向功率規(guī)劃、容量規(guī)劃、PN規(guī)劃、切換規(guī)劃、功控規(guī)劃等。
4.1 前向功率規(guī)劃
在CDMA 系統(tǒng)中，基站的功率資源是最為寶貴的系統(tǒng)資源，它直接決定了覆蓋、系統(tǒng)支持的容量以及相應的業(yè)務類型。因此，CDMA網(wǎng)絡規(guī)劃和優(yōu)化中，仔細研究基站的總功率和對應的前向各信道的功率資源配比是極為重要的。
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(yè)務信道達到一致的覆蓋半徑，這也是前向功率配比規(guī)劃的基本原則。 由于CDMA的自干擾性，隨著小區(qū)用戶的增加，導頻、同步、尋呼和業(yè)務所需的功率也需同步增加，直到基站功率耗盡。需要注意的是：進行全網(wǎng)規(guī)劃時，還要考慮小區(qū)間的平衡和協(xié)調。
在實際工程運用和設計中，前向功率配比規(guī)劃一般建議規(guī)劃如下：
1. 導頻信道功率：10-20% 總功率
2. 同步信道功率：1-3% 總功率
3. 尋呼信道功率：3.5-8% 總功率
4. 業(yè)務信道功率：69-85% 總功率
如果個別地區(qū)的室內穿透損耗過大（例如：中國東北地區(qū)，房屋結構厚實），需要斟酌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（比如：隧道、海平面等），前向功率的配比也可以靈活考慮，不拘泥于上述的建議。
下面給出前向功率規(guī)劃的背景資料，供參考。（附件中也有）
4.2 容量規(guī)劃
在CDMA系統(tǒng)中，所有小區(qū)可共用相同頻譜，這一點對提高CDMA系統(tǒng)容量非常有利。但也正是同頻復用的原因，系統(tǒng)存在多用戶間的干擾，這種多址干擾則又限制的系統(tǒng)的容量。
容量大小隨用戶分布、用戶行為、系統(tǒng)解調門限等的改變而變化。CDMA的前反向容量也是有所差別的，在進行容量規(guī)劃時，需要從前反向鏈路兩個方面來考慮。
在容量規(guī)劃中，由于CDMA系統(tǒng)反向覆蓋容量比較易于量化，故一般可根據(jù)反向初步估算整個系統(tǒng)，然后通過仿真方式來最終得到整個系統(tǒng)的前反向規(guī)劃設計。反向容量規(guī)劃可以按照軟阻塞公式或者極限容量公式來進行。
針對CDMA的軟容量特性，引入軟阻塞分析CDMA的容量。軟阻塞是指：基站有足夠的信道可用，但是由于在該基站覆蓋范圍內已經(jīng)有很多用戶，如果增加一個用戶，就會使干擾高于事先設定的門限值，這次呼叫會被拒絕，為了獲得更大的系統(tǒng)容量，運營商可以降低質量要求，降低阻塞負荷，這樣系統(tǒng)容量隨著質量指標的改變而改變。軟阻塞屬于一種指標阻塞，隨著不同負荷和不同業(yè)務質量要求而有不同的系統(tǒng)容量。
下面就是在高斯近似下的系統(tǒng)軟阻塞反向容量模型公式：

其中：

根據(jù)以上公式可以看出，CDMA系統(tǒng)反向容量與功控精度、系統(tǒng)的解調門限（用戶接入速率、運動速率都直接影響解調門限）、假定激活因子、小區(qū)干擾、小區(qū)負荷，系統(tǒng)軟阻塞率有密切的關系，即CDMA系統(tǒng)的反向容量會隨網(wǎng)絡環(huán)境的變化而產生波動。
按照文獻【3】的軟阻塞公式編程仿真，可以得到下表所示的系統(tǒng)反向容量。
表2 不同環(huán)境下的系統(tǒng)反向容量

在CDMA1X系統(tǒng)中，前向容量分析必須考慮前向鏈路功率損耗、用戶分布情況、鏈路信號衰減、系統(tǒng)解調門限、功率控制精度。
前向容量的規(guī)劃一般都在專門的仿真平臺上仿真得到，這里不贅述。
4.3 PN規(guī)劃
在CDMA2000中，扇區(qū)是通過一個215長的m序列來區(qū)分的，它在不同扇區(qū)通過PN的相位作一定偏移來實現(xiàn)。由于只有有限數(shù)量的PN偏置，最多512個不同的相位可用，因此需要對PN偏置的應用進行規(guī)劃，以避免PN混淆�！�4】
在實際規(guī)劃CDMA網(wǎng)絡的PN偏置時，首先要確定系統(tǒng)參數(shù)PILOT_INC，PILOT_INC的取值決定了不同基站導頻間的相位偏移量。之后規(guī)劃可用的PN偏置數(shù)目，而可用的PN偏置個數(shù)＝512/PILOT_INC。
PILOT_INC越小，則可用導頻相位偏置數(shù)越多，同相位的導頻間復用距離將增大，這樣將降低同相復用導頻間的干擾。因此，兩個導頻的相位間隔問題類比于GSM中的鄰頻隔離；兩個同相導頻間的復用距離類比于GSM中的同頻復用。
在實際應用中，工程中通常設置 PILOT_INC＝4。當PILOT_INC＝4時，可用的偏置數(shù)為128個，相鄰兩個偏置之間的相位差為256chips，相當于62km。
4.4 切換規(guī)劃
軟切換是CDMA系統(tǒng)中最有特色的，也是最為廣泛的切換類型。與GSM系統(tǒng)的硬切換不同的是，軟切換是一種狀態(tài)，由多個基站同時支持一個呼叫，CDMA的移動臺經(jīng)常在相當長的呼叫時間里處于軟切換狀態(tài)【5】。而GSM中的硬切換是時間離散的短暫事件，當呼叫從一個小區(qū)交換到另外一個小區(qū)或者從一個載頻交換到另一個載頻時發(fā)生。CDMA中的軟切換機制更能夠保證呼叫的完整性，降低同頻干擾，降低掉話，均衡話務負荷。
在CDMA的無線網(wǎng)絡規(guī)劃中，切換規(guī)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(qū)；規(guī)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(shù)（T-ADD、T-DROP、TT-DROP等）；制定有效合理的鄰區(qū)關系和鄰區(qū)優(yōu)先級。
4.5 功控規(guī)劃
CDMA功控的目的是即維持高質量通信，又不對占用同一信道的其他用戶產生不應有的干擾，使得每個移動臺到達基站時都達到最小所需的信噪比。CDMA中的功率控制很大的好處是降低了平均發(fā)射功率【4】。在一般的通信鏈路情況下，發(fā)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。
功控分為前向功率控制和反向功率控制，而反向功率控制又分為開環(huán)和閉環(huán)兩部分。在無線網(wǎng)絡功控規(guī)劃中，主要需要仔細控制的參數(shù)有：誤幀率FER、解調門限Eb/Nt、功控初始發(fā)射功率、功控步長等，規(guī)劃中需要注意各參數(shù)配合規(guī)劃的收斂性。
功控規(guī)劃的注意點：
1. 功控分95和2000體制有慢速和快速的區(qū)別，實際規(guī)劃中要仔細調查本地網(wǎng)手機用戶版本，對于95和2000手機采用不同的功控策略；
2. 在呼叫建立過程中，就已經(jīng)存在開環(huán)和閉環(huán)功控過程，因此功控參數(shù)要很好地與接入過程的參數(shù)進行配合；
3. 由于各個信道的解調門限是有區(qū)別的，因此針對信道的功控參數(shù)規(guī)劃，還要注意將信道間增益差考慮進來。
5 GSM與CDMA網(wǎng)絡規(guī)劃的比較
GSM和CDMA系統(tǒng)作為蜂窩移動通信網(wǎng)絡，在進行網(wǎng)絡規(guī)劃和優(yōu)化中都有很多非常類似的方法可以相互借鑒；同時由于體制的不同，也有很多具體實施的方法存在差異，下面分別說明。
5.1 網(wǎng)絡規(guī)劃技術比較
移動網(wǎng)絡規(guī)劃技術中，考慮了GSM和CDMA體制的不同，方法上有所異同。列表比較如下：
表3 CDMA與GSM網(wǎng)絡規(guī)劃方法比較

從上表可以看出，CDMA和GSM由于體制差異，在規(guī)劃方法上，CDMA的覆蓋和容量緊密相關，兩者都是動態(tài)變化的，需要大型仿真；而GSM覆蓋容量基本上是分離和靜態(tài)，預測方法既可。
5.2 網(wǎng)絡優(yōu)化技術比較
在移動網(wǎng)絡的優(yōu)化技術中，CDMA和GSM也各有異同，下面列表說明如下：
表4 CDMA與GSM網(wǎng)絡優(yōu)化方法比較

從上表可以看出，CDMA和GSM的網(wǎng)絡優(yōu)化，總的技術方法還是類同的，但是涉及到體制上差異，在一些具體的優(yōu)化方法上有所不同。
6 小結
總體上說，GSM和CDMA的無線網(wǎng)絡規(guī)劃和優(yōu)化，都是建構在蜂窩移動通信網(wǎng)絡基礎上的，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變化，體現(xiàn)出CDMA需要更多的信息論、通信原理和數(shù)理基礎，相比GSM系統(tǒng)而言，稍復雜一些。
對于網(wǎng)絡規(guī)劃和優(yōu)化而言，都需要具有有效分析問題的思路和解決的策略方法，在合適的場景下采用適合的解決方案。