WCDMA與GSM網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的研究

摘要　文章從WCDM和GSM固有的技術(shù)特點(diǎn)出發(fā)，闡述了它們的規(guī)劃特點(diǎn)，分析了兩者共存時(shí)所面臨的問題和挑戰(zhàn)，提出了解決方案，為相關(guān)工程實(shí)踐提供了可實(shí)現(xiàn)的策略。

1、引言

目前，2G無線接入網(wǎng)已相當(dāng)成熟，網(wǎng)絡(luò)覆蓋和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量都達(dá)到了比較高的用戶滿意度。如何充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源，提高用戶滿意程度和節(jié)約建網(wǎng)投資，是WCDMA網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)規(guī)劃的主要內(nèi)容。由于空中接口的革命性變化，無線接入網(wǎng)部分的演進(jìn)也是革命性的，而空中接口的不同反映了WCDMA系統(tǒng)的新要求。WCDMA系統(tǒng)是以頻譜效率技術(shù)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)，需要把不同比特率、不同服務(wù)種類和不同性質(zhì)要求的業(yè)務(wù)混合在一起，與GSM的無線接口和接入方式完全不同，因此，WCDMA的無線接入部分將會(huì)重新部署，如何使現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)與WCDMA網(wǎng)絡(luò)協(xié)同發(fā)展，無疑會(huì)給移動(dòng)通信的發(fā)展帶來深遠(yuǎn)的影響。

2、WCDMA與GSM網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的區(qū)別

2.1　鏈路預(yù)算與上行覆蓋

在GSM系統(tǒng)中，上行鏈路和下行鏈路是基本平衡的，小區(qū)半徑可以由基站下行信號(hào)電平高于某一設(shè)計(jì)要求的門限值決定。

在WCDMA中，上下行鏈路的平衡并非網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)目標(biāo)�；�站功率在下行由小區(qū)所有用戶及信令共享，因而不會(huì)成為覆蓋受限鏈路。相反，手機(jī)發(fā)射功率是在規(guī)范中加以定義的。由于手機(jī)發(fā)射功率有限，上行路測(cè)則成為WCDMA系統(tǒng)覆蓋的受限鏈路。因此，WCDMA系統(tǒng)的鏈路預(yù)算通常是指上行鏈路預(yù)算，即從最大允許的上行損耗中除掉路徑損耗以外的其它損耗和增益，從而得到最大允許的路徑損耗，再將最大允許路徑損耗值帶入傳播模型中，得到預(yù)期的小區(qū)覆蓋半徑和覆蓋面積。應(yīng)該注意的是，這樣得出的小區(qū)半徑是在無負(fù)載的情況下的最大小區(qū)半徑，即空載孤立小區(qū)的覆蓋半徑。由于WCDMA的覆蓋區(qū)域不像GSM那樣由信號(hào)電平的絕對(duì)值來決定，因而它的覆蓋與系統(tǒng)的負(fù)載或干擾水平相關(guān)。

理解了WCDMA小區(qū)覆蓋是上行受限的，在設(shè)計(jì)中考慮手機(jī)上行功率分布就很重要，因?yàn)樗�可以反映上行鏈路覆蓋水平。不同的上行功率覆蓋門限值反映出不同的覆蓋區(qū)域，比如室內(nèi)、車載、室外、無覆蓋等因素，這些門限值的設(shè)置是用手機(jī)的最大發(fā)射功率（21dBm）減去穿透損耗余量得出的。

2.2　容量分析與覆蓋規(guī)劃

在GSM系統(tǒng)中，容量分析是比較簡單的，主要是在收集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上分析未來業(yè)務(wù)的增長和分布情況，從而得出不同小區(qū)的容量，覆蓋規(guī)劃則主要和GSM系統(tǒng)設(shè)備相關(guān)參數(shù)和小區(qū)覆蓋類型等相關(guān)。在WCDMA系統(tǒng)中，容量一般受下行鏈路限制，覆蓋受上行鏈路限制。由于WCDMA系統(tǒng)需要承載多種不同的業(yè)務(wù)類型，因此，和GSM系統(tǒng)相比，業(yè)務(wù)估計(jì)比較困難，而容量除了和覆蓋相關(guān)外，還與業(yè)務(wù)數(shù)與業(yè)務(wù)類型有關(guān)，因此，只能在已有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行預(yù)測(cè)和計(jì)算。

由于WCDMA的覆蓋區(qū)域不像GSM那樣由信號(hào)電平的絕對(duì)值來決定，它的覆蓋與系統(tǒng)的負(fù)載或干擾水平相關(guān)，加入負(fù)載和鄰近小區(qū)干擾后，小區(qū)半徑會(huì)做相應(yīng)的收縮，而GSM系統(tǒng)中同一頻點(diǎn)的復(fù)用則必須滿足一定的空間隔離要求，空間隔離要求取決于載干比（C/D）。另外，GSM系統(tǒng)小區(qū)的覆蓋和容量取決于載干比及硬件配置，上下行容量是對(duì)稱的，而WCDMA采用編碼擴(kuò)頻技術(shù)，頻率復(fù)用為一，干擾信號(hào)來自小區(qū)及所有臨近小區(qū)，因而是自干擾系統(tǒng)。正因?yàn)檫@種同頻率的干擾特性，WCDMA系統(tǒng)的容量和覆蓋是相關(guān)的，上行容量和下行容量是獨(dú)立的，設(shè)計(jì)時(shí)最受限鏈路決定系統(tǒng)容量。在規(guī)劃設(shè)計(jì)WCDMA時(shí)，按最受限上行鏈路確定覆蓋，按最受限下行功率確定容量。

從以上分析可知，由于WCDMA系統(tǒng)自身技術(shù)的復(fù)雜性和靈活性以及工作環(huán)境的多樣性，使得WCDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃變得異常復(fù)雜，各種參數(shù)需要多次調(diào)整才能得到理想結(jié)果。

2.3　軟切換

GSM系統(tǒng)使用頻率分割，小區(qū)之間的移動(dòng)采用不同頻點(diǎn)的硬切換，規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)要留出足夠的切換區(qū)。而WCDMA系統(tǒng)采用軟切換，即終端同時(shí)和更多個(gè)小區(qū)保持無線連接。軟切換是WCDMA（CDMA）獨(dú)有的，軟切換增益可以提高小區(qū)邊界的通話質(zhì)量，或增加覆蓋區(qū)域，可以減少小區(qū)間重疊，擴(kuò)展小區(qū)覆蓋，因而要在鏈路預(yù)算中加入軟切換增益。但是，軟切換會(huì)造成多鏈路下行發(fā)射，影響系統(tǒng)容量，因此WCDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)要強(qiáng)調(diào)控制主服務(wù)小區(qū)的有效覆蓋，盡量減少不必要的切換區(qū)。

由于其自干擾系統(tǒng)，WCDMA系統(tǒng)設(shè)計(jì)中天線的選擇直接影響到相鄰小區(qū)或扇區(qū)間的干擾控制的好壞，采用65度水平波瓣寬的天線三扇區(qū)覆蓋要明顯好于GSM系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常采用的90度水平波瓣寬的天線，其原因仍然是基于軟切換和硬切換的差別。WCDMA的硬切換不需要過大的扇區(qū)間重疊，天線高度在同一范圍內(nèi)應(yīng)與周圍天線高度相當(dāng)，天線過高，容易造成越區(qū)覆蓋，造成導(dǎo)頻污染，影響系統(tǒng)的容量和質(zhì)量。

3、WCDMA與GSM規(guī)劃的相同之處

盡管WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和GSM無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃有很多不同之處，但由于兩者都屬于陸地?cái)?shù)字蜂窩通信技術(shù)，因此它們的規(guī)劃還是有相同之處的。

3.1　鏈路預(yù)算

任何無線通信鏈路的覆蓋范圍都可以通過鏈路預(yù)算來描述。除了負(fù)載因子、干擾因子、Eb/No等特定參數(shù)與具體是哪一種接入網(wǎng)絡(luò)有關(guān)外，其他參數(shù)（比如陰影衰落余量、人的身體的損耗等）對(duì)GSM和WCDMA來說都是相同的。

3.2　傳播模型和傳播預(yù)側(cè)工具

由于同屬于無線通信系統(tǒng)，在使用的傳播模型和傳播預(yù)測(cè)工具上，GSM無線網(wǎng)絡(luò)與WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)是非常類似的。它們的傳播模型的主要區(qū)別是使用的載波頻率不同，因此具有不同的載波頻率校正因子。

Hata模型中路徑損耗的計(jì)算公式如下：

Hata傳播模型被廣泛應(yīng)用于GSM900（載波頻率為900MHz）的傳播預(yù)測(cè)。而GSM1800和WCDMA傳播模型是COST231模型對(duì)Hata模型進(jìn)行的擴(kuò)展，這使傳播模型可以適用于GSM1800和WCDMA的頻段。

COST 231的計(jì)算公式如下：

　　除了頻率范圍這個(gè)參數(shù)和Hata模型不一致外，其他參數(shù)的范圍都和Hata模型相同。COST231模型的頻率范圍比Hata模型高，COST231的頻率范圍為1500MHz至2000MHz。事實(shí)上，GSM1800的傳播模型中只要增加一個(gè)簡單的校正因子33.9log（f/fcsm）即可成為WCDMA的傳播模型。通過外場的路測(cè)數(shù)據(jù)來校正傳播模型的方法對(duì)于GSM1800和WCDMA來說都是相同的。

由此可以看出傳播模型與載頻頻率密切相關(guān)，與具體采用哪種無線接入技術(shù)無關(guān)。GSM和WCDMA的傳播模型預(yù)測(cè)工具基本相同，而不管采用哪種接入技術(shù)，傳播模型預(yù)測(cè)工具的主要目的是預(yù)測(cè)在服務(wù)區(qū)內(nèi)距離基站不同地點(diǎn)的路徑損耗。我們可以做一些輔助計(jì)算，在GSM中，輔助計(jì)算內(nèi)容包括RSSI、同頻和鄰頻干擾等；在WCDMA中，輔助計(jì)算內(nèi)容包括公共導(dǎo)頻信道的Ec/No和軟切換狀態(tài)等。當(dāng)然，這些輔助計(jì)算的結(jié)果也是通過路徑損耗預(yù)測(cè)得出的。

3.3　控制覆蓋

不管采用哪種接入技術(shù)，蜂窩網(wǎng)絡(luò)的性能都可以通過對(duì)覆蓋的良好控制而得到提升。這里的“控制”是指保證小區(qū)覆蓋到希望覆蓋的地區(qū)，而沒有覆蓋到不希望覆蓋的地區(qū)。與GSM相對(duì)比，由于CDMA系統(tǒng)本身的特性，WCDMA中的可控參數(shù)并不多。覆蓋的控制是無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的第一步，正如前面章節(jié)所述，通過標(biāo)識(shí)GSM中同頻干擾的區(qū)域、W（A）NIA中低的Ec/Io或者軟切換過多的區(qū)域，無線網(wǎng)絡(luò)傳播預(yù)測(cè)工具可以輔助我們進(jìn)行覆蓋的控制。在設(shè)計(jì)階段如果發(fā)現(xiàn)了這些問題，可以通過采取相應(yīng)的措施（比如，調(diào)整天線的類型、天線的高度、下傾角、方向角等）來解決這些問題，這樣就可以減少網(wǎng)絡(luò)開通后優(yōu)化的工作量。

4、WCDMA與GSM系統(tǒng)之間的干擾

共站時(shí)主要考慮不同系統(tǒng)間的干擾問題，包括ACIR（鄰道干擾比），發(fā)射機(jī)帶外雜散和接收機(jī)阻塞等。

ACIR直接影響WCDMA上下行系統(tǒng)容量，造成系統(tǒng)容量的下降。WCDMA DL受UE ACIR、WCDMA BS最大發(fā)射功率和GSM BS干擾功率的影響。當(dāng)干擾方GSM功率增加（如WCDMA UE離GSM BS很近）時(shí)，在一些點(diǎn)WCDMA的功率控制可靠性下降，可能導(dǎo)致該UE掉話，此時(shí)并不會(huì)影響WCDMA系統(tǒng)的其他用戶。然而，WCDMA UE發(fā)射功率可能影響GSM BS時(shí)，那些使用靠近WCDMA載波頻率的信道的GSM接收機(jī)C/I會(huì)降低。當(dāng)GSM UE靠近WCDMA BS時(shí)，由于GSM系統(tǒng)是窄帶系統(tǒng)，相對(duì)于寬帶干擾系統(tǒng)，其終端的選擇性很好，因而GSM UE的選擇性不是系統(tǒng)干擾的主要因素。此時(shí)，WCDMA BS發(fā)射將引起對(duì)GSM終端的共道干擾。在WCDMA BS附近將形成對(duì)GSM系統(tǒng)的臨界干擾區(qū)域，該區(qū)域的大小決定于GSM業(yè)務(wù)C/I的要求和WCDMA BS對(duì)相鄰頻率的影響。GSM UE也可以對(duì)WCDMA BS構(gòu)成干擾。由于功率控制的作用，對(duì)WCDMA上行鏈路干擾不是直接的，對(duì)系統(tǒng)的干擾是針對(duì)覆蓋區(qū)域內(nèi)的所有用戶，而不是只限于小區(qū)邊緣地帶。

另外一個(gè)影響系統(tǒng)干擾的參數(shù)是兩個(gè)系統(tǒng)的小區(qū)半徑。當(dāng)干擾方和被干擾方系統(tǒng)的小區(qū)半徑大致相同并且設(shè)置合理時(shí)，可以大大降低系統(tǒng)容量的損失。當(dāng)小區(qū)半徑不同時(shí)，例如WCDMA小區(qū)半徑遠(yuǎn)大于干擾系統(tǒng)，此時(shí)系統(tǒng)容量損失會(huì)增大。

WCDMA FDD與GSM900/1800的干擾考慮要分Co-Site（共站）和Co-Area（同物理區(qū)域）兩種情況：

（1）GSM DL干擾WCDMA UL：當(dāng)靈敏度降低6S=0.1dB時(shí)，隔離度Is要求為74dB（Co-Area）和40dB（Co-Site）；當(dāng)6S=0.8dB時(shí)，s=65dB（Co-Area）和3ldB（Co-Site）；防止接收阻塞的Is＞=59dB。

（2）WCDMA DL干擾GSM UL：此時(shí)在各種環(huán)境下的雜散隔離要求為Is=18dB；防止接收阻塞的要求為GSM900 Is＞=35dB，GSM1800 Is＞=43dB。

上面闡述了在各種條件下WCDMA與2G系統(tǒng)間的隔離度要求，在具體環(huán)境中需結(jié)合各廠家的產(chǎn)品來計(jì)算，一般情況各廠家的設(shè)備指標(biāo)均較規(guī)范要求好，對(duì)于共站（Co-Site）的情況，可通過調(diào)整天線間水平、垂直空間隔離，以及調(diào)整天線間方位角、增加外部濾波器的方法解決；對(duì)于同物理區(qū)域（Co-Area）的情況，可通過擴(kuò)大天線間的距離、調(diào)整天線間的相對(duì)角度、增加外部濾波器的方法解決。

5、建議

本文基于大量的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，從無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)角度闡述了GSM和WCDMA系統(tǒng)的主要不同點(diǎn)及其對(duì)系統(tǒng)的影響，正確理解了這些要點(diǎn)有利于系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)。在一開始便確立了一個(gè)良好的無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以避免后期不必要的優(yōu)化調(diào)整，節(jié)約投資，降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營成本，從而在保證高質(zhì)量服務(wù)前提下，使網(wǎng)絡(luò)的容量和質(zhì)量得到最大程度的發(fā)揮。