第7章 WCDMA系统无线网络规划

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1、 第7章 WCDMA 系统无线网络规划 7.1 概述 随着第三代移动通信技术的兴起，UMTS网络的建立将带来一场深刻的革命， 这对网络规划也提出了更高的要求。目前，引起了公众对这一新技术的极大 兴趣。第三代移动通信网络的建设正方兴未艾。这一全新的移动通信技术与 传统的GSM网络规划有着本质的不同。在全球范围内，人们正紧锣密鼓地开 发和研制新的规划工具和计算方法，设计新的工作流程。 UMTS同GSM网络规划的比较： 1. GSM 网络规划 GSM 网络规划基于基站的传播分析。根据基站的发射功率和天线配置，计算 其覆盖区域。通常只对下行链路进行计算，因为GSM技术不考虑上行链路

2、的 情况。下一步是由网络规划工程师分析所需的小区容量。根据计算得到的小 区面积，就可借助电子地图估算各个小区的业务量，再通过话务量模型（如 Erlang-B或Erlang-C）算出所需的信道数目。接下来就是给基站分配频率，要 做到相同的频率只能在具有足够间距的小区内重复使用，以免产生干扰。 如果将来网络必须扩容，网络规划工程师只需给相应的小区分配新的信道。 只要在总体频率规划中还有合适的频率，并且扩容量不超出基站的最大容量， 就没有必要对网络作其它改动。否则，就必须增加新的基站或扇区，还要重 新进行频率计算和信道分配。 2. UMTS网络规划 UMTS网规相对GSM网规来说，具有以下一些

3、主要不同点： 小区呼吸： CDMA网络与GSM网络完全不同。由于不再把信道和用户分开考虑，也就没 有了传统的覆盖和容量之间的区别。一个小区的业务量越大，小区面积就越 小。因为在 CDMA 网络中，业务量增多就意味着干扰的增大。这种小区面积 动态变化的效应称为“小区呼吸”。可以通过下面这个形象的例子加以说明。 在一次朋友的生日派对上，来了许多客人。同时讲话的人愈多，就愈难清对 话方的声音。如果开始是您还能同位于房间另一头的熟人进行交谈，那么当 房间内的嘈杂声达到一定程度后，您就根本无法听明白对方的话。这说明谈 话区的“小区半径”缩小了。UMTS网络规划工程师面对的是一个动态变化的 网络。

4、 在规划 UMTS 网络时，首先必须考虑网络的扩容性。网络规划工程师不可能 象规划GSM网络那样，简单地给相关的小区增配频率。网络规划初期就必须 考虑一个确定的信号余量，在计算小区面积时作为因业务量增多而产生干扰 的“补偿”。这表明，从一开始，就需要用较小的小区或者更多的基站建网， 这也意外着投资成本的提高。如果业务量信号余量定得太小，那就只有一条 出路，即建造更多的基站。 网络规划工程师必须注意到上述问题，因为单一地提高发射功率并不能消除 因业务量增多而引起的接受信号的恶化。发射功率的提高只能改善某一小区 的接受信号，其付出的代价是增加了对所有相邻小区的干扰，从而影响了整 个网络的通信质量

5、。 提高发射功率不能无限期地扩大CDMA小区的有效范围或容量（对CDMA网 络来说两者是同义词）。当 UMTS 网的发射功率提高一倍时，小区的容量只 增加百分之十。发射功率的提高虽然增大了小区的有效范围，但是为满足远 程手机用户的需要，必须超比例地增加发射功率，这必然影响到其他手机用 户的通话质量。我们回到上述派对的例子，您可以通过提高嗓音同位于房间 另一头的熟人继续交谈下去，而其他客人为 了听清对方的声音也必须同时大声说话。这样一来，整个房间只能淹没在一 片嘈杂声中。 发射功率和小区容量之间的对应关系是渐近式的oUMTS网络规划工程师必须 减少网络的满载率，因为UMTS小区的负载很容易

6、达到饱和。具体参数取决 于各种不同的业务，当然也与网络运营商愿意承担的风险有关。一般来说， 设计网络时满载因子预设为百分之六十。在此，“小区呼吸”效应得到了应 用。相邻小区之间可以相互补偿负载容量，人们称之为软负荷。由于成本原 因，不能大规模地增加网络的容量。对数据传输量很高的UMTS业务所作的 数学论证表明，服务小区从相邻小区借用负载容量的概率随数据传输量的增 大而增加。这是一个令人满意的结果。 远近效应问题： CDMA网络的另一典型问题是所谓的远近效应问题。因为同一小区的所有用 户分享相同的频率，所以对整个系统来说，每个用户都以最小的功率发射信 号显得极其重要。我们还是举上述派对的例子

7、，房间里只要有一个人高声叫 嚷，就会妨碍所有其他在座客人的交流。在CDMA网络中，可以通过调整功 率来解决这一问题。例如UMTS网络使用的是一个闭环控制电路，其频率为 1500HZ。而GSM网络用于调整功率的控制电路频率为2HZ,并且只针对上 行链路。 这种所谓的快速功率控制机制已经在UMTS硬件得到了实现。尽管如此，网 络规划工程师还会遇到这一问题的另一种情况。当某一用户远离基站时,必 须得到很大一部分发射功率，以至供给其他用户的功率发生紧缺。这意味着 小区容量与用户的实际分布情况有关。当用户密度很大时，可以用统计平均 值解决这个问题；而当用户数量很小时，则必须通过模拟方法对网络进行动

8、态分析。 上行链路和下行链路： UMTS网络的业务量是非对称的，也就是说网络上行链路和下行链路的数据传 输量有所不同。网络规划工程师首先必须分别计算两个方向的值，然后把两 者适当地结合起来。这样，网络规划工作就会非常复杂。上行链路是 UMTS 小区有效范围一个典型的限制因素，或者说上行链路是受覆盖范围限制的 (coverage limited )；而下行链路是受容量限制的(capacity limited)。在上行 链路发射功率由用户手机提供；而在下行链路发射功率由基站供给。因此， 小区容量在下行链路和下行链路的小区半径相等。 在已经建立的CDMA网络中也会出现前面所述的一些问题。对UM

9、TS网络来 说，其复杂程度更高。 UMTS 网络能同时满足对通信质量和业务量具有不同要 求的各种业务，包括简单的话音业务和传输率达2Mbps的分组数据业务。 综合业务： 实际上， UMTS 网络必须同时满足各种不同业务的需求。所以，网络规划工程 师要综合考虑各种业务。对通信质量要求不高的业务，UMTS小区有着较大的 覆盖范围；反之，对一些通信质量要求很高的业务，其小区覆盖范围就很小。 这样，网络规划工程师在实际工作中不可能只考虑单一的UMTS小区半径， 因为不同的业务对应于不同的小区半径。如果把最小小区半径，也就是说把 通信质量要求最高的业务作为网络规划的标准，那么建网成本是极其昂贵的，

10、也是不现实的。未来的 UMTS 网络规划工程师中级业务的小区半径着手，这 样，小区实际有效范围只能部分满足高级业务的需求。目前，各大网络规划 软件公司已经着手开发和研制针对这种新的 UMTS 网络综合业务的有效算 法。 其它不同之处： UMTS网络与GSM网络相比，还有其它一系列不同之处。GSM网络用分区的 方法解决容量问题。当一个小区的业务量过大时，该小区将分成多个扇区， 并增加相应的天线。这种方法虽然也可用于 UMTS 网络，但效果不大。一方 面，小区覆盖范围的改变会导致前面所述的远近效应问题；另一方面，相互 重叠的扇区因为使用同一频率而彼此产生干扰。 UMTS网络中天线的下倾角（机

11、械或电子的）起到了很重要的作用。它能减少 相邻小区的干扰，并能隐含扩大小区的容量。在实际应用中，可选择下倾角 大而带来的不足。 在 WCDMA 系统中，多径传播已不再成为消极因素，而是理想的结果。因为 接收机能将时延至少为IChip （UMTS网络数据传输率为3.84Mbps,即 lChip=0.26微秒，相当于78米）的信号组合成有效信号。 此外， UMTS 网络还使用所谓的软切换。在这种情况下，一个手机用户可以同 时分派给多个基站。这种方式解决了网络信号的波动，但加大了网络的业务 量，因为每个软传统的 Erlang 模型已不再适用。 与第二代传统的 CDMA 网络相比， UMTS 网

12、络有许多不同之处。尤其值得一 提的是， UMTS 网络能异步运行，这就导致了传输信道的“非正交性”。让我 们再回到前面派对的例子，即使理论上能作完满的安排，一确定谁在什么时 间才能发言，但实际上这中理想的目标是不能达到的，因为所有客人的手表 是不可能精确到同步的。 通过上面的分析，可以清楚地看到， UMTS 网络规划与当前的移动通信网络规 划相比，其代价要大得多。 UMTS 网络规划是极其复杂的，因为许许多多的系 统参数紧密相关，必须同时计算。而当前的移动通信网络规划则把这些参数 分开计算。 7.2 3G 网络规划流程 与第二代移动通信相比，第三代系统网络，引入大量各种比特大量业务，预

13、测不同业务的模型是困难的。对于无线网络规划，包括在各种情况下，计算 链路预算、容量和小区基站数目，同时要对基站覆盖进行预测，参数进行规 划。除此之外，还需要整个网络进行策划， 计算基站中信道单元的数目、传输线路容量、基站控制器、交换机等其他单 元的数目。 在规划中，需引入性能测量，如掉话率和闭塞等指标，衡量网络性能。在小 区中均匀覆盖区域提供高比特业务，在小区边缘提供低比特业务。覆盖区域 设计成连续覆盖，也可以是热点地区覆盖。不同业务，不同实施策略，需要 进行仔细估计。无线网络规划可以分成几个阶段， 准备阶段： （1） 确定覆盖目标 (2) 确定容量目标 (3) 确定覆盖策略 •

14、 估算预测阶段 (1) 小区业务量估计 (2) 小区容量估计 (3) 覆盖范围预测 (4) 容量与链路计算 • 规划调整阶段 (5) 无线覆盖优化调整 (6) 控制信道功率规划 (7) 导频规划 (8) 软切换参数规划 (9) PN 偏移切换 经过一些列工作，得到无线网络环境特性、确定控制信道分配、规划切换参 数后，可以进行详细覆盖分析。小区内干扰与总干扰之比，对于某小区而言 是唯一的。在规划的过程中，不断对网络进行分析，并对干扰比例因子进行 评估，在用这些因子来预测不同小区的覆盖。重复进行这迭代过程，直至达 到收敛。用规划工具来使过程自动化，同时可以检测覆盖中的缝

15、隙。通常情 况下，3G网络业务是不均匀的，带来的问题是使性能下降。一方面，业务密 集区域干扰增加，使质量变差。另一方面，质量可能过剩，造成浪费。系统 效率可以通过自适应控制小区半径、天线方向和上行链路接收功率门限得到 改善。小区半径通过调节导频功率来控制。考察到 SIR 高于所需的值，小区 半径可以扩大，反之，小区半径就减少。分别改变(增加或减少)上行链路 所需接收功率门限可以平衡上下行链路的小区半径。在分扇区的配置中，改 变各扇区的中心角，可以均衡该基站的通信质量。 7.3 3G 无线网络天线 7.3.1 引言 3G系统(包括WCDMA和CDMA2000)作为新一代移动通信系统，多址方

16、 式发生变化，变TDMA/FDMA为CDMA/FDMA方式，但就无线信号而言， 仍然面临有效利用频率资源，减少网络干扰，最大效率完成电波信号的转化 基站天线是用户终端与基站控制设备间通信系统的桥梁，广泛应用于蜂窝移 动通信系统中。通信技术的发展必将带动天线概念的发展。在七十年代的移 动通信系统中，由于用户少，较少的载频和少量的基站即可覆盖一个城市的 移动通信需求，采用了全向天线或角形反射器天线。随着经济发展，移动终 HUAWE' WA000010 WCDMA系统基本原理ISSUE1.0 WCDMA 系统无线网络规划 端需求量的急剧增加，旧的基站已不能满足需求，尤其数字蜂窝技术的发展， 基

17、站配置需要新型天线，以改善市区的多路径衰落、区域分配和多信道网络 组织。 平板式天线由于其剖面低、结构轻巧、便于安装、电性能优越等优点被广泛 应用于2G数字蜂窝系统。在80年代中期至90年代中后期，大多采用单极化 (VP)天线，而一个扇区需用3副天线，一个小区通常划分为三个扇区，因此一 个小区要用9副天线，天线数目太多给基站建设、安装带来困难，安装费用居 高不下，有的站点根本无法安装分集接收天线，即使安装了也无法得到最佳 分集接收增益。因此，双极化天线技术应运而生。 3G阶段，随着无线技术的改变，信号检测方式的改变，蜂窝网络必须调整和 优化，需要更新型的基站天线满足这一要求，如自适应控制天

18、线、智能化天 线。 7.3.2 3G 网络结构 3G系统是一种宽带CDMA系统，其网络组织，继承窄带CDMA的特点，由 于采用码分多址方式，频率复用不是一个重要的方面，网络干扰来自自身系 统，与一时间通话用户数量有关。在城市市区，一般配置三扇区站型，在郊 区、县城和公路，根据需要配置三扇区站型或全向站，交通干线覆盖一般配 置为两扇区站型，如图7-1所示。 定向小区 全向小区 图7-1 3G 网络结构图 对于3G(WCDMA)，单载频提供信道由OVSF码与扰码共同决定，容量比 较大。工程设计时应根据实际话务分布需求，合理设置载频数量及合理配置 各基站的话务信道数。 实施多载

19、频时无线网的设计应注意以下问题： (1) 要优化硬切换，以减少发生掉话的危险。 (2) 避免多载波基站孤立，应在一群小区中实施多载波以减少硬切换。 (3) 避免使高话务小区成为硬切换发生的边界小区。 7.3.3 3G 无线网络典型天线 3G典型天线的选择需考虑几个方面，基站天线的选择应依据以下原则： (1) 根据基站扇区数量、话务密度、覆盖要求合理选择定向天线的半功率角及 增益。 (2) 为节省天线位置，宜采用双工器。 (3) 在城市密集区，宜采用双极化天线。 天线指向调整和2G工程应用相同，在实际工程中,可以根据话务分布情况和通 信质量要求对定向天线的主瓣方向、下倾角进行适

20、当的调整。天线隔离度在 工程中需注意，天线的安装要满足水平与垂直隔离度的要求，以避免干扰。 天线挂高取决于覆盖要求，施工时应根据覆盖、干扰、隔离度及远期发展发 求合理设置天线挂高。 3G网络用的天线与2G类似，天线基本要求如下： 定向天线增益： 13-16dBd 全向天线增益： 9-10dBd 定向天线半功率角： 60-65度，或者90度 全向天线不圆度： <+/-1dB 驻波比： <1.5 阻抗： 50 欧(不平衡式) 最大输入功率： >500W 天线分集方式，或者采用空间分集，或者极化分集接收为标准配置。 7.3.4 3G 智能天线 1. 智能天线原理 智能天线采用

21、空分复用(SDMA)方式，利用信号在传播路径方向上的差别， 将时延扩散、瑞利衰落、多径、信道干扰的影响降低，将同频率、同时隙信 号区别开来，和其他复用技术相结合，最大限度地有效利用频谱资源。 HUAWE' WA000010 WCDMA系统基本原理ISSUE1.0 WCDMA 系统无线网络规划 基站智能天线是一种有多个天线单元组成的阵列天线，通过调节各单元信号 的加权幅度和相位，改变阵列的方向图，从而抑制干扰，提高信噪比，它可 以自动测出用户方向，将波束指向用户，实现波束跟用户走。 USER1 USERm 图7-2 智能天线方框图 智能天线是天线阵列，图7-2表示方框图

22、，图中可以看出，由N个天线单元组 成，每个天线单元有对应加权器，共有M组加权器，可以形成M个方向的波 束， M 表示用户数，其可以大于天线单元数，天线阵的尺寸和天线元的数目 决定最大增益和最小波束宽度，意味在天线阵的尺寸和天线增益，及天线侧 瓣性能两者之间要取得平衡。智能天线通过调节从每一个天线收到的信号的 相位与幅度，结合使得形成所需要的波束，此过程称为波束形成。可以形成 各种波束--扫描波束、多波束、成型波束、及有受控零位的波束。根据方向图 分成两种类：自适应方向图智能天线和固定形状方向图智能天线。 智能天线关键技术是识别信号到达方向以及数字成型的实现，识别信号到达 方向 AOA(ANG

23、LE OF ARRIVAL)的算法有：MUSIC算法、ESPRIT算法、 最大似然算法等。数字成型实现就是选取最佳加权系数，获得最佳波束。自 适应算法首先确定准则，常用有最大似然、最大信噪比SINR、最小均方误差 MMSE、最小方差，具体产品选择其中一种，图7-3表示形成波束智能天线框 图。 HUAWE' WA000010 WCDMA 系统基本原理 ISSUE1.0 WCDMA 系统无线网络规划 2. 智能天线在3G中应用 智能天线在2G网络中的成功应用，表明智能天线对于抑制干扰有明显改善作 用，3G标准指出智能天线应用要求，改善网络容量与性能，技术上考虑“聚 集波束”、“自适应波

24、束形成”以及“波束切换”。 “聚集波束”用在特定地理区域，增加覆盖面或容量。这种波束不与某个用 户关联，不会追踪覆盖面内移动用户，增加链路范围聚集波束，使移动用户 减少发射功率，从而增加容量。如移动用户进入传播摔耗较大区域，聚集波 束指向移动用户，并保持。当用户进入覆盖好区域，不再需要聚集波束，用 户回到公用导频信道控制之下。 “自适应波束形成”用在下行方向，可以改进单个用户和一组用户琏路预算， 增强系统性能。在恶劣传播条件下，相小区覆盖边沿、地下室，延伸对用户 覆盖，改善链路范围。 “波束切换系统 ”在几个窄波束之间交换用户，其效果是形成窄扇区，而无 切换损耗。由于3G系统容量随扇区数

25、目的增加而增加，四个30度波束覆盖 代替一个120度波束覆盖，带来2〜4倍容量增加。用户在波束之间被转换， 不需专门辅助信道。 3G中对智能天线的应用是灵活的，可以有多种选择，波束切换型智能天线是 初始阶段的选择。对于网络规划而言，选用智能天线，相对不用智能天线， 减少网络外部引入干扰（同频干扰、邻频干扰、其他系统干扰），也减少网 络自身干扰，改善的数量级取决于波束的数量，提高网络的容量。 WCDMA 系统无线网络规划 HUAWE' WA000010 WCDMA 系统基本原理 ISSUE1.0 7.4 3G 切换规划 7.4.1 概述 当移动台慢慢走出原先的服务小区，将要进入另

26、一个服务小区时，原基站与 移动台之间的链路将由新基站与移动台之间的链路来取代，这就是切换的含 义。 切换是移动性管理的内容，在3G中主要由RRC层协议负责完成此项功能。 1. 协议状态 UE的状态可以分成两个大类：IDLE状态和CONNECTED状态。IDLE状态 可以分成：UTRAN IDLE，GPRS IDLE，GSM IDLE；同样有三个系统的 CONNECTED 状态。在 UTRAN CONNECTED 状态里，又细分成：URA-PCH， CELL-PCH， CELL-FACH， CELL-DCH 四种状态。切换从广义上讲是 UE 处 于CONNECTED状态下从一个通信连接转移

27、到另一个通信连接的过程。在本 文，如果不加说明，指的是UE处于CELL-DCH状态的切换。 2. 切换分类 切换的种类按照MS与网络之间连接建立释放的情况可以分为：更软切换，软 切换，硬切换。 软切换指当移动台开始与一个新的基站联系时，并不立即中断与原来基站之 间的通信。软切换仅仅能运用于具有相同频率的CDMA信道之间。 软切换和更软切换的区别在于：更软切换发生在同一 NODEB里，分集信号在 NODEB做最大增益比合并。而软切换发生在两个NODEB之间，分集信号在 RNC做选择合并。 硬切换包括同频，异频和异系统间切换三种情况。 要注意的是：软切换是同 频之间的切换，但同频之间的切

28、换不都是软切换。 如果目标小区与原小区同 频，但是属于不同RNC,而且RNC之间不存在Iur接口，就会发生同频硬切 换，另外同一小区内部码字切换也是硬切换。 异系统硬切换包括FDD mode和TDD mode之间的切换，在R99里，还包括 WCDMA 系统和 GSM 系统间的切换，在 R2000 里，还包括 WCDMA 和 cdma2000 之间的切换。 异频硬切换和异系统硬切换需要启动压缩模式进行异频测量和异系统测量。 huawe' WA000010 WCDMA系统基本原理ISSUE1.0 WCDMA 系统无线网络规划 切换的种类按照切换的目的可以分为边缘切换，质量差紧急切换，快速电

29、平 下降紧急切换，干扰切换，速度敏感性切换，负荷切换，分层分级切换等。 切换典型过程：测量控制—＞测量报告－＞切换判决—＞切换执行－＞新的测量 控制。 在测量控制阶段，网络通过发送测量控制消息告诉UE进行测量的参数。在测 量报告阶段，UE给网络发送测量报告消息。在切换判决阶段，网络根据测量 报告做出切换的判断。在切换执行阶段，UE和网络走信令流程，并根据信令 做出响应动作。 7.4.2 测量过程 在 WCDMA 系统中，测量可分为同频测量、异频测量、系统间测量、业务量 测量和 UE 内部测量。 UTRAN 的不同功能或过程，如小区重选，切换，功控等可能会使用相同类型 的测量。 UE

30、必须可以支持多个测量同时进行，但每个测量是单独控制和报告 的。 在 UE 中，将测量小区分为三类： 激活集中的小区：这些小区与UE同时进行通信，在UE处被同时解调和相关 合并，就是软切换和更软切换中与UE同时通信的小区。 监视集中的小区：除了激活集外，UE需要监测的邻区。 检测集中的小区：UE检测到的所有小区。 在 IDLE 模式 UE 根据 BCCH 上的系统消息块类型 11里包含的测量控制信息 来执行测量。在 CELL-FACH, CELL-PCH，URA-PCH 状态下，UE 根据 BCCH 上的系统消息块类型12里包含的测量控制信息来执行测量，在CELL-DCH 状态下， U

31、E 根据 UTRAN 下发测量控制消息来执行测量。 测量结果会经过两次平滑性处理，第一次处理在物理层，目的是滤除快衰落 的影响，然后物理层向高层上报测量结果，第二次是在事件评估前由高层对 物理层报上来的测量结果进行处理，根据时间远近确定滤波器的系数，对测 量结果进行加权平均处理。 1. UE 的测量 P-CCPCH RSCP 接收信号码功率，就是测量到的来自TDD小区的P-CCPCH上一个码道上的 接收功率。RSCP的参考点是UE处的天线连接器。 huawe' WA000010 WCDMA系统基本原理ISSUE1.0 WCDMA 系统无线网络规划 • SIR 信噪比，定义为：(R

32、SCP/ISCP) (SF/2)。SIR的测量应当在无线链路合并之 后的DPCCH上进行。SIR的参考点是UE处的天线连接器。 其中： RSCP =接收信号每码道上的功率(Received Sig nal Code Power)，一个码 道上导频比特的接收功率。 ISCP =干扰信号每码道上的功率(Interferenee Signal Code Powe)，在导 频比特上测量的接收信号上的干扰。测量中只包括干扰的非正交部分。 SF=扩频因子(Spreadi ng Factor)。 • P-CPICH RSCP 接收信号码功率， P-CPICH 上测得的一个码道上的功率。 RSCP

33、 的参考点是 UE 处的天线连接器。如果 P-CPICH 采用发射分集，那么来自每根天线的接 收码功率应分别测量，再进行相加，成为P-CPICH上的整个接收码功率。 • UTRA 载波 RSSI 接收信号强度指示(Received Signal Strength Indicator, RSSI)，相对信道 宽度内的宽带接收功率。测量在UTRAN的下行载波上进行。RSSI的参考点 是UE处的天线连接器。 • GSM 载波 RSSI 接收信号强度指示(Received Signal Strength Indicator，RSSI),相对信道 宽度内的宽带接收功率。测量在GSM的BCCH载波

34、上进行。RSSI的参考点 是UE处的天线连接器。 • CPICH Ec/No 接收到的每个码片的能量与频带内噪声功率密度之比。Ec/No同RSCP/RSSI 是一样的。测量在基本CPICH上进行。Ec/No的参考点是UE处的天线连接 器。如果基本CPICH采用发射分集，则来自每根天线的每码片接收功率(Ec) 要分别测量，并且在计算Ec/No之前，将基本CPICH上的每码片能量加起来 才能得到 Ec。 • 传输信道的 BLER 传输信道块差错率(Block Error Rate, BLER)的估计。BLER的估计基于无线 链路合并后计算每个传输块的CRC。只有包括CRC的传输信道要求BL

35、ER 的估计。在连接模式下，在任何传输信道中都可以测量BLER。在空闲模式下， 如果要求测量BLER，应当测量传输信道PCH上的BLER。 huawe' WA000010 WCDMA系统基本原理ISSUE1.0 WCDMA 系统无线网络规划 • UE发射功率 一个载波上整个UE的发射功率。UE发射功率的参考点应为UE的天线连接 器处。 • 在UE中，除上述测量项以外，还要进行时间与时序方面的测量，限于篇 幅，就不在此描述了。 2. RNC的测量 • RSSI 接收信号强度指示(Received Signal Strength Indicator),指在 UTRAN 的 接入点

36、处，在UTRAN上行载波信道带宽的范围内的宽带接收功率。RSSI测 量的参考点是在天线连接器 • SIR 信噪比，定义为：(RSCP/ISCP) SF.测量应当在NodeB上经过无线链路合并 之后的DPCCH上进行。在压缩模式下，发送间隙时不应测量SIR。SIR测量 的参考点在天线连接器。 其中： RSCP =接收信号每码道上的功率(Received Signal Code Powe)，一个码 上的接收功率。 ISCP =干扰信号每码道上的功率(Interferenee Signal Code Power)，接收 信 号 上 的 干 扰 。 测 量 中 只 包 括 干 扰 的 非 正

37、 交 部 分 。 SF=用于DPCCH上的扩频因子 SIR error SIRerror = SIR 一 SIRtarget_ave，其中: SIR = UTRAN测得的SIR，以dB为单位。 SIRtarget ave =在一段时间内SIRtarget的平均值，这段时间同在计算SIRerror时 用到的SIR的计算时间是一样的。SIRtarget的平均值为算术平均，SIRtarget ave target target_ave 的单位是dB - • 发射的载波功率 发射的载波功率，是整个发射功率和最大发射功率之比(0...100%)，整个 发射功率［W］是来自一个UTRAN接

38、入点一个载波上的平均功率［W］。最大发射 功率是指在为每个小区配置最大功率的情况下，来自一个UTRAN接入点的 一个载波上的平均发射功率［W］。测量可能在任何来自UTRAN接入点的发射 载波上进行。发射载波频率测量的参考点是天线连接器。在发射分集的情况 下，每个分支的载波功率都应当测量。 huawe' WA000010 WCDMA系统基本原理ISSUE1.0 WCDMA 系统无线网络规划 • 发射码功率 发射码功率是在给定的载波，给定的扰码和信道码的情况下的发射功率。测 量可以在发自UTRAN接入点的任何专用无线链路的DPCCH域上进行，并可 以反映 DPCCH 域的导频比特的功率。在压缩

39、模式下测量发射功率时，应包 括所有的时隙，例如，发射间隙的时隙，在测量时也应包括。发射码功率测 量的参考点是天线连接器。在发射分集的情况下，每个分支的发射码功率[W] 都应测量并且相加 • 传输信道的 BER 传输信道的BER是对经过无线链路合并之后的DPDCH数据的平均比特差错 率的估计。传输信道(TrCH)的BER是根据对NodeB的信道译码输入端的非 收缩(puncture)比特进行测量得到的结果。在TrCH的每个TTI的结束时刻 都有可能报告对传输信道 BER 的估计。报告的传输信道 BER 应当是在当前 TrCH 的最新一个 TTI 内的 BER 估计。只需报告那些经过信道编码的

40、传输信 道的 BER。 • 物理信道的 BER 物理信道的BER是对在NodeB上经过无线链路合并之后的DPCCH上的平 均比特差错率的估计。所有发送的传输信道的每个TTI结束之后都有可能报告 对物理信道 BER 的估计。报告的物理信道 BER 是对每个传输信道的最新的 一个TTI内BER估计的平均。 • 其它测量：包括往返时间、传播时延、各种接入前导等测量项目。 7.4.3 同频切换 下面对 WCDMA 切换算法作简单描述。 WCDMA 软切换算法采用导频信道 CPICH的Ec/Io作为切换的测量值，该值通过使用的三层信令告知RNC。 下述术语用于描述切换： 激活集：激活集中的小

41、区形成了与移动台之间的软切换连接 相邻集/监测集：相邻集或监测集是移动台连续不断进行测量的小区名单，但 是这些小区的导频的Ec/Io值尚未强到可以加入激活集。 WCDMA切换算法 图7-4简单描述了 WCDMA切换的基本算法，软切换算法如下： Pilot F/Xl-[ccL12 PiJctrALofcdU __———二 *7 4 T K£|x:rl.ii^ 牛 R< polling. 口啓 R + H)KLC.XSi&_c¥EriLrii 匚orneLTef5 io <^IJ I EvenL .A -udd lcLL2 H诧!nd DC =replace

42、 ceil! wi|h Lt=H3 feveni IB ~ rerrav- ce]]3 图7-4 WCDMA软切换算法方案通用机制 如果在期间内，导频_Ec/lo＞最佳导频_Ec/lo报告范围滞后事件1A,且激 活集未满，该小区被加入激活集，此事件称为事件1A或无线链路加入。 如果在期间内，导频_Ec/lov最佳导频_Ec/lo报告范围滞后事件1B,则该 小区从激活集中删除，此事件称为事件1B或无线链路删除。 如果在期间内，激活集已满，最佳候选导频—Ec/Io〉先前最差的导频—Ec/Io +滞后事件1C,激活集中最弱的小区被最强的候选小区（即监测集中最强的 小区）替换。此事件被称

43、为事件1C或无线链路加入和删除的组合。图5—20 中假设激活集最多为两个小区。 其中: 报告范围是软切换的阈值； 滞后事件1A是加入磁滞； 滞后事件1B是删除磁滞； 滞后事件1C是替换磁滞； △T是触发时间； 最佳导频_Ec/lo是激活集中小区测量的最强值； huawe' WA000010 WCDMA系统基本原理ISSUE1.0 WCDMA 系统无线网络规划 先前最差的导频_Ec/lo是激活集中小区测量的最强值； 最佳候选导频_Ec/lo是监测集中小区测量的最强值； 导频_Ec/lo是测量与过滤的量。 744 WCDMA和GSM系统间的切换 WCDMA和GSM标准支持

44、WCDMA与GSM之间两个方向的切换。这些切换 被使用是为了覆盖和负载平衡的原因。在WCDMA配置的初期，有必要能切 换到GSM系统以提供连续的覆盖，从GSM切换到WCDMA可用来减少GSM 小区的负载。当WCDMA网络的业务量提高时，由于负载的原因而进行双向 切换是很重要的。系统间的切换是由源RNC侶SC触发的，从接收系统的角度 来看，系统间切换与RNC间切换或BSC间切换相似。 1. 压缩模式 WCDMA采用连续的发送与接收方式，并且如果WCDMA信号没有间隙产生 则移动台不能够用一个接收机进行系统间的测量。因此频率间和系统间的测 量均需要压缩模式。 引入压缩模式是为了 FDD下进行

45、异频测量或异系统测量。因为一套收发信机 只能同时工作在一组收发频率上，若要对其它频率的信号进行测量，接收机 需停止工作，将频率切换到目标频率进行测量。为了保证下行信号的正常发 送，需将原来信号在剩余发送时间内发送，此即下行压缩模式。当测量频率 与上行发送频率较近时，为保证测量效果，需同时停止上行信号的发送，此 即上行压缩模式。 下图为压缩模式示意图。 图7-5 压缩模式示意图。 huawe' WA000010 WCDMA系统基本原理ISSUE1.0 WCDMA 系统无线网络规划 在压缩模式间隙期间快速功控不能使用，部分交织增益将会损失；因此在压 缩帧期间需要更高的 Eb/No 值，

46、从而导致容量的降低。典型的系统间切换过 程如下： 系统间切换触发器在RNC实现，例如移动台跑出WCDMA覆盖范围； RNC命令移动台用压缩模式开始系统间的测量； RNC根据移动台的测量选择目标GSM小区； RNC给移动台发切换命令。 从GSM到WCDMA系统间的切换由GSM的BSC发起。由于GSM采用非 连续发射与接收方式，因此从GSM获得WCDMA的测量值不需要压缩模式。 7.4.5 WCDMA 内的频率间切换 大多数UMTS运营商由2〜3个可用的FDD载波，运营商可使用一个频率开 始运营，第二和第三频率需要用来对付随后容量的增加。几个频率可以通过 两种不同的方法使用。对于高容

47、量的站点，在同一个站点可使用几个频率， 或者宏小区层与微小区层使用不同的频率。在WCDMA载波间的频率间切换 需要支持这些方案。 与系统间切换一样，频率间切换也需要同样方式的压缩模式测量。 7.4.6 切换规划 对于软切换的规划包括对相应软切换参数的设置和对软切换率的控制， WCDMA 由于采用了相对软切换门限而使门限等参数的设置基本比较固定， 但切换率的控制还基本与IS-95相似，要保持在30%到40%之间，主要是因为 过多的软切换不仅会增加无线资源的开销，而且在软切换增加到一定程度后， 反而会减少下行链路的容量。 在下行链路，每增加一条软切换链路，就增加一定程度的系统干扰，而如果

48、系统干扰的增加程度超过了软切换的分集增益，软切换就不能给系统容量带 来任何好处。所以，在 WCDMA 中软切换必须很好的规划，以在上行和下行 链路提供足够的分集是软切换率控制在一个合适的范围内。 网络性能有关的参数有： Reporting Range:报告范围，用于设置事件1a和lb,也就是本文公式la-1和 la-2, lb-1, lb-2中的参数Ro R值如果设得大就相当于软切换区域大，因为 R值越大，同样条件下，进入ACTIVE SET就越容易。 huawe' WA000010 WCDMA系统基本原理ISSUE1.0 WCDMA 系统无线网络规划 W是用于计算活动集小区质量时对不

49、同的小区采用的权值。计算公式la-1和 la-2, lb-1, lb-2 时要用到。 Hystersis：事件报告中的磁滞值，和GSM中一样，引入磁滞值的目的是尽量 避免乒乓效应。此值设得过大会导致切换不易发生,设得过小会导致不能有 效避免乒乓效应。 Reporting deactivation threshold：事件有效时的活动集内的最大小区数，等于 活动集内的最大小区数减1，实际上用来确定活动集内的最大小区数，仅适用 于1A事件，此值设得过大可能会导致系统干扰的增加程度超过软切换的分集 增益，设得过小 会不能充分利用软切换的分集增益。 Reporting activation th

50、reshold为事件有效时的活动集内的最少小区数，仅适用 于 1C 事件。 Time to trigger:触发时间，用来尽量避免快衰落的影响。此值设得过大会导 致切换延迟，设得过小会导致切换频繁。 Amount of reporting：事件报告转周期报告后的最大报告次数。常与Reporting interval 一起使用。 Reporting interval：事件报告转周期报告后的报告周期。与Amount of reporting 结合使用，使用时要注意避免过度增加信令流量。 Reporting Cell Status:主要用于指示measured result的小区组成原则，包

51、括最 大报告小区数以及报告小区的属性。 7.5 WCDMA 功控规划 7.5.1 引言 在WCDMA系统中，无线资源管理包括功率管理，移动性管理，负载管理， 信道分配与重配置，AMR模式控制等几个方面。其中，功率管理是一个非常 重要的环节。这是因为在WCDMA系统中，功率是最终的无线资源，所以最 有效地使用无线资源的唯一手段就是严格控制功率的使用。 在功率管理部分，一方面，提高针对某用户的发射功率能够改善该用户的服 务质量；另一方面，由于CDMA系统的自干扰性。因为WCDMA采用宽带扩 频技术，所有信号共享相同频谱，每个移动台的信号能量被分配在整个频带 范围内，这样对其他移动台来说就成

52、为宽带噪声。这种提高会带来对其他用 户接受质量的降低。所以，功率的使用在CDMA系统中是矛盾的。 huawe' WA000010 WCDMA系统基本原理ISSUE1.0 WCDMA 系统无线网络规划 另外，无线电环境中存在阴影、多径衰落和远距离损耗影响，蜂窝式移动台 在小区内的位置是随机的，且经常变动，所以路径损耗会大幅度的变化，特 别在多区蜂窝 DS/CDMA 系统中，所有小区均采用相同频率，理论上不同用 户分配的地址码是正交的，实际上很难保证，造成各信道间的相互干扰，从 而不可避免地引起严重的“远近效应”（发生在上行链路中，如果小区中的 所有用户均以相同的功率发射，则靠近基站的移动台到

53、达基站的信号强，远 离基站的移动台到达基站的信号弱，导致强信号掩盖弱信号）和“拐角效应” （发生在下行链路中，当移动台处于小区拐角处，所接收到的干扰是小区附 近的三倍，当干扰严重时，移动台的通信质量会迅速下降）。 因此，如何有效功率控制，在保证用户要求的QoS的前提下，最大程度降低发 射功率 ,减少系统干扰，增加系统容量，是 WCDMA 技术中关键的关键。 WCDMA 系统有前向功率控制（即控制基站发射功率）和反向功率控制（即 控制移动台发射功率），其中反向功率控制尤为重要，因为确保系统容量和 通信质量，克服衰落和解决远近效应等问题，很大程度上都要靠它。 7.5.2 功控实现原理 1.

54、快速功控特性 与 GSM 系统相比， WCDMA 的功控实现方式起了很大变化。其中，快速功控 是 WCDMA 系统中引入的一个非常重要的概念。 由于无线传播环境的恶劣，在典型的蜂窝移动通信环境中，基站与移动台之 间的发射信号往往是经过多次反射、散射和折射才到达各自的接收端的。这 样很容易就造成了信号的多径衰落。对于慢速移动的接收机，快衰落会对其 接收质量造成很大影响。在 GSM 系统中，手机每 480ms 上报一次测量报告， 功控的最快频度不超过每秒2次。因此，对于GSM系统，其对抗多径衰落的 主要手段是通过系统跳频来实现的。对于 WCDMA 系统，在上行情况下， DPCCH 将 10ms

55、 的无线帧划分为 15 个时隙，每个时隙包含一个功控命令 （TPC_cmd）。由于功控的速度高于快衰落，从而有效保证了慢速运动时的 移动台的接收质量。 也就是说，对慢速移动台，快速功控通过克服快衰落而给系统带来一定的增 益。表 7-1 比较了在三种不同的运动情况下慢速功控和快速功控情况下所需要 的 Eb/Io 的值和所需要的相对发射功率的变化情况： WCDMA 系统无线网络规划 HUAWE' WA000010 WCDMA 系统基本原理 ISSUE1.0 表7-1 三种不同情况下慢速功控和快速功控变化情况表 Required Eb/Io 慢速功控 快速功控（1500Hz） 快

56、速功控增益 ITU Pedestrian A 3Km/h 11.3dB 5.5dB 5.8dB ITU Vehicular A 3Km/h 8.5dB 6.7dB 1.8dB ITU Vehicular A 50Km/h 6.8dB 7.3dB -0.5dB 快速功控带来的另外两个好处是：能够在短时间内迅速调节移动台的功率， 从而在很大程度上避免了远近效应的产生；同时功率的迅速调整也减少了对 其他小区或移动台的干扰。 2. 功控实现方式 在 WCDMA 系统中，功控可以分为两大类：内环功控和外环功控。 内环功控的主要作用是是通过控制物理信道的发射功率，使接收

57、 SIR 收敛于 目标SIR。WCDMA系统中是通过估计接收到的Eb/No （比特能量与干扰功率 谱密度之比）来发出相应的功率调整命令的，而Eb/No与SIR具有一定的对 应关系。如：对于12.2kbps的语音业务，Eb/No的典型值为5.0dB,在码片速率 为 3.84Mcps 的情况下，处理增益为 101og10 （3.84M/12.2k） =25dB。所以 SIR = 5dB-25dB=-20dB。即：载干比（C/I）＞-20dB。 外环功控是通过动态地调整内环功控的 SIR 目标值，使通信质量始终满足要 求（即达到规定的FER/BLER/BER值）。外环功控在RNC中进行。由于无线

58、信道的复杂性，仅根据SIR值进行功率控制并不能真正反应链路质量。比如: 对于静止用户、低速用户（移动速率3km/H）和高速用户（移动速率50km/H） 来说，在保证相同FER的基础上，对SIR的要求是不同的。而最终的通信质 量是通过FER/BLER/BER衡量，因此有必要根据实际FER/BLER值动态调整 SIR目标值。 内环功控又可以分为开环和闭环两种方式。开环功控的目的是提供初始发射 功率的粗略估计。它是根据测量结果对路径损耗和干扰水平进行估计，从而 计算初始发射功率的过程。在WCDMA中，开环功率控制上下行情况都用到。 对于WCDMA-FDD系统，由于上下行频段间隔较大，所以上下行的

59、快衰落情 况是完全不相关的。因此，开环功控根据下行信号所得到的路径损耗的估计 对于上行情况来说是很不准确的。解决这个问题的方法就是引入快速闭环功 控。 闭环功控是对通信期间的上、下行链路进行快速功率调整，以使链路的质量 收敛于目标SIR。3GPP协议中上行链路的闭环功控可以采取两种算法。两种 算法中，上行功控步长取1或2dB。在DPCCH上的功控步长调整量△ dpcch= HUAWE' WA000010 WCDMA 系统基本原理 ISSUE1.0 WCDMA 系统无线网络规划 △tpc*TPC_cmd。TPC_cmd为利用不同算法得到的TPC合成命令。DPDCH的 功率根据DPDCH和

60、DPCCH之间的功率偏置来设置。 这两种方式的区别在于：开环是采用上行链路干扰情况估计下行链路或根据 下行链路估计上行链路，是不闭合的。而闭环是存在一反馈环，是闭合的； 开环功控的初始发射功率是由RNC （下行）或UE （上行）确定，而闭环功控 是由NodeB完成，RNC仅给出内环功控的目标SIR值。 接收信号 接收信号参数 （P或耶）估计 —► 按一定算法产 生功控指等 —► T 功控指等插入 t 垸射信号 接收信号解调 功控指令提取 按一定算法进行发射功率调整斗4冲匕口 发射信右 图7-6 闭环功率控制的基本结构 3. SSDT（site s

61、election diversity transmission） 软切换中，在下行链路上同时有两个或多个基站同时向一个UE发射信号，这 就占用了额外的系统资源（发射功率），造成了额外的干扰，从而降低了前 向容量。因此，仔细涉及软切换期间的功率控制算法对改善系统容量有重要 的意义。软切换中功率控制的另一种算法是 SSDT（ site selection diversity transmission），其基本思想是让路径损耗最小的基站发射信号，其他基站只 接收上行链路信号和发射DPCCH。这样可以减少下行链路的总发射功率和额 外的干扰。SSDT是在软切换模式下一种可选的宏分集方法。 SSDT

62、的具体实现方法为：首先， UE 从 ACTIVE SET 中选择一个小区作为 PRIMARY CELL，所有其它小区就划入NON PRIMARY CELL，SSDT的首要 目标是在下行链路中只从PRIMARY CELL发射信号，以减小在软切换模式下 多路发射引起的干扰；其次是要在没有网络干预的情况下实现迅速站址选择， 从而保持软切换的优势。为了选择PRIMARY CELL，给每个小区分配一个临 时识别码，然后UE周期性地把PRIMARY CELL的识别码通知给ACTIVE SET 里的其他小区，UE选定的NON PRIMARY CELL就关闭发射功率，PRIMARY

63、 huawe' WA000010 WCDMA系统基本原理ISSUE1.0 WCDMA 系统无线网络规划 CELL的识别码通过上行链路FBI域发送。SSDT的激活、中止以及ID码分配 都是由高层信令来执行的。 SSDT由网络根据软切换的ACTIVE SET进行初始化，一旦决定采用SSDT， 就在当前的软切换周期内，网络把SSDT选择已激活的消息通知小区和UE， 否则TPC就仍在通常的模式下运作

64、，即每个小区按照上行TPC指令来控制其 发射功率。临时识别码的分配由网络执行并且要通知所有ACTIVE SET内的 小区和UE,用于站址选择。 而UE通过周期性地测量所有ACTIVE SET内的小区发射的公共导频信道的接 收功率（RSCP of CPICHs）来选择PRIMARY CELL，导频信道接收功率最高 的小区就成为PRIMARY CELLo 7.5.3 功控参数的规划 在3G系统中，网络规划设计准则是基于SIR的优化和活动集的管理。如何设 置合理的导频信道功率，不同业务类型的SIR目标值，切换区（活动集大小 的改变），确定每个业务区的覆盖大小和质量，是网络规划必须完成的工作。

65、 在WCDMA系统中，内环功控主要由NODE—B来完成。通过内环功控，使 得收敛于目标SIR （目标SIR是由外环功控确定的）。因此，这里对功控参数 的规划主要体现在外环参数的规划上。通过对外环功控的相关参数取值进行 研究和实验，使外环功控既能满足控制精度的要求，又能满足控制速度的要 求。 具体涉及外环功控的参数大致有以下一些： • BLER报告的时间系数：时间系数值除以目标BLER值即可得出需要测量 的块数 N； • BLER测量报告参数； • 最大观察块数：该参数用来控制测量块数的上限值； • SIR收敛的迟滞值:对SIR收敛的SIR迟滞值进行检验，为测量报告参数； • SIR

66、测量报告的控制参数：SIR测量滤波系数：测量SIRerr所用的滤波系 数； • 上行外环功控参数：SIR变化的范围，SIR调整系数，SIR目标值下降步 长，SIR最大降低步长； • 上行软容量控制参数：语音质量等级数及对应的BLER值； • 缺省 CPICH 功率下行功率平衡参数：触发/停止 DPB 过程的门限，下行 功率平衡的调整周期、调整比例； • 下行外环控制参数： 触发和停止下行外环控制的门限； • 内环功控参数：SIR初始值，调整步长，算法模式选择； huawe' WA000010 WCDMA系统基本原理ISSUE1.0 WCDMA 系统无线网络规划 以上这些参数都由OM给出，参数之间相互联系，相互配合，共同发挥作用。 7.6 WCDMA 无线网络结构和资源规划 7.6.1 基本的网络结构 1. 网络组织结构 WCDMA 的基本网络结构在前面的章节中有所描述，分为核心网和接入网两 大主要部分。在本章主要从网络规划的角度介绍无线接入部分UTRAN的结构 特点以及影响无线网络结构的一些主要的技术和网络参数。 区域种类和相互间的关系 ⑴区域(Areas