G三种制式的无线网络设计方案规划比较

1、3G 三种制式的无线网络设计规划比较(2006-1-1817:1)一、前言作为 3G 时代的开拓先锋，上海贝尔阿尔卡特全面支持WCDMATD-SCDMZ 和 CDMA2000三大国际标准，提出完善、成熟的多制式端到端3G 网络解决方案， WCDM 网络设计规划已得到业界的普遍认可。通过互相比较借鉴和吸收，上海贝尔阿尔卡特基于同一设计平台， 将相应的网络规划手段移植拓展到TD-SCDMA 和 CDMA2000 开发出完善的设计规划工具链，形成完整的全制式 3G 设计能力，保持 3G 规划领域的领先地位。WCDM 系统的设计规划原理和方法已被广泛了解，本文将从比较TD-SCDMA CDMA2000

2、与 WCDM 制式设计规划方法的异同入手，说明TD-SCDMA 和 CDMA200 设计规划方法和特点。二、TD-SCDM 与 WCDM 设计规划比较TD-SCDMA为我国提出的第三代移动通信的制式和WCDM 系统相比较教，在网络设计和规划上既有共同的特点，也存在一定的区别。以下分别从技术特点、设计方法、规划方 法三个方面来分析和阐述。1. TD 技术特点对容量和覆盖的影响TD-SCDMA统是一个综合了时分双功(TDD、时分多址(TDMA、码分多址(CDMA、频分多址(FDMA 的一个系统。其信道每帧长为10ms,由两个结构相同时长为5ms 的子帧构成。每个子帧由三个特殊时隙和七个常规时隙构成

3、，每个时隙又可以分为若 干个码道。这种信道结构对于TD-SCDMA!统容量和覆盖的计算都有影响。首先，在七个常规时隙中，除了 TS0 和 TS1 的上下行关系确定外，其它时隙可根据需 要进行上下行关系设置。因而， TD-SCDMA 勺容量计算多了其它系统所没有的一项新内容一 时隙转换点的配置,即根据用户话务需求的特点,合理的配置上下行时隙的比例。其次，TD-SCDMA 用户是通过占用某个时隙上某个码道进行通信的，因此TD-SCDMlk 务对资源的占用是以时隙和码道为单位的。同时，在每个子帧三个特殊时隙种的主保护间隔(GP 为 75 卩 s(96chip)，这个时间长度确定了在没有时隙间干扰的前

4、提下，TD-SCDA 嘛统的小区的基本覆盖范围为11.3km。当然也可以通过允许干扰或减少时隙的方法突破11.3km 的限制。2. TD-SCDMA 与 WCDM 无线网络设计的比较由于 TD-SCDMA 系统采用智能天线、多用户检测等关键技术，这些技术可以降低系统的 干扰，从而使得 TD-SCDMAI、区呼吸效应不象 WCDM 系统这样明显，因此 TD-SCDMA 勺容量 和覆盖计算可分别考虑,然后根据系统受限的情况取定最终的设计规模。总的流程如下图 所示。下面分别就覆盖和容量计算进行说明。覆盖分析计算在 TD-SCDMA 勺覆盖分析时，其原理和WCDM 类似，也是进行上行链路最大允许路径损

5、耗的分析，只是在具体的参数取值与WCDM 不同。这些参数主要是：1）处理增益TD-SCDM 与 WCDM 相比处理增益计算公式更为复杂，由于TD-SCDMA片速率只有1.28Mchip/s，扩频因子为 1 至 16,所以总体来讲 TD-SCDMA统的处理增益比 WCDM 要 小。2）Node B 接收机灵敏度TD-SCDM 与 WCDM 接收机灵敏度的定义是一致的，是指仅对于热噪声，达到给定质量 所需要的最小接收电平，由于TD-SCDM 的 GP 与 WCDM 小了十几个 dB，而其它参数取值比较接近，因而造成 TD-SCDMA 接收机灵敏度比 WCDM 低。TD-SCDM 除话音业务外，其它

6、业 务的接收机灵敏度差别较小。这样就使得TD-SCDMA 个业务之间覆盖范围的差别不象WCDMA那样大，各业务覆盖区域比较一致。因而使得TD-SCDMA!网更简单。3）阴影衰落量由于存在阴影衰落的影响，为了保证一定的覆盖概率，必须保留一定的阴影衰落余量，其大小与阴影衰落标准方差和覆盖概率有关。同时，由于WCDM 有软切换，软切换可以降低阴影衰落余量。但 TD-SCDMA 勺切换是接力切换，因此不考虑软切换的增益。例如： 假定阴影衰落标准方差 8dB,要求的区域覆盖概率 95%则 WCMD 需要保留 4.7dB 阴影衰落 余量，TD-SCDMA需要保留 8.7dB 阴影衰落余量，这差值的 4dB

7、 就是软切换增益。4）快衰落余量WCDMA 1500H 的快速功控可以在一定程度上对抗快落，因此需要保留一定的功率作为 储备用于补偿快衰落，即快衰落余量。TD-SCDMA 200H 的功控速度无法对抗快落，因此不考虑快衰落余量。5）天线增益TD-SCDM 系统采用了智能天线，智能天线增益的典型值：全向天线为89dBi，定向天线 1415dBi，同时还要考虑智能天线赋形增益8 或 9dB。WCDM 采用普通的天线。6）馈线损耗考虑到馈线及接头带来的损耗，WCDM 系统保留一定的余量，通常取 3dB。但 TD-SCDM 系统设备结构中功放位于天线下端，因此馈线损耗取OdB。7）噪声增加量考虑到 C

8、DMA 系统是一个自干扰系统容量，随着用户的增长，系统的干扰上升，小区覆 盖减小，这就是小区呼吸效应。WCDM 系统小区呼吸效应明显，为了平衡容量和覆盖的关系， 我们通常采用迭带的算法。 简化计算时也可采用固定负载的方法， 噪声增加量取 3dB。 由于 TD-SCDMA系统采用智能天线、多用户检测降低小区干扰等的技术，因而，噪声 增加量较小，通常在 12dB 范围以内。链路预算在确定了上述参数后，通过链路预算可以计算出在各种区域的小区的覆盖范围。在密集市区、话音业务情况下，比较TD-SCDM;和 WCDM 的链路预算，虽然 TD-SCDM 接收机灵敏度比 WCDM 小了十几个 dB,但由于智能

9、天线、馈线损耗等因素的作用，TD-SCDMA 勺MAPL 比 WCDM 只小了 23dB。如果比较分析 TD-SCDMA 各种不同速率的业务之间的差距就会 发现各业务和覆盖区域比较一致。容量分析计算由于 WCDM 系统小区呼吸效应比较明显，小区的容量和覆盖密切关联。小区覆盖范围受到小区内用户数和业务量的影响。在用户密度确定的前提下，小区内的用户数和业务量 又决定于小区的覆盖范围。因此，阿尔卡特采用对话务量分析和链路预算进行迭代分析的 处理方法，使设计结果更为合理准确。在 TD-SCDMA 系统的容量分析方面，由于 TD-SCDMA 系统容量和覆盖可以分别进行，因 此TD-SCDMA 系统的容量

10、分析与 WCDM 相比较简单。由于 TD-SCDMA 系统上下时隙配比可以进行灵活的设置，因此容量分析计算首先需要通 过上下行话务量的计算确定时隙分配。虽然每个小区的上下行时隙比例都可以单独设置， 但考虑到如果相邻小区上下行时隙比例设置不一致，会造成小区间上下行时隙干扰。因此 时隙设置时应该使成片的小区设置一致。由于TD-SCDMA 采用的多项技术使得其上下行容量接近码道极限，并且 TD-SCDMA 各种业务对资源的占用是以时隙和码道为单位的。系统定义 一个时隙的扩频因子为 16 的码道为一个 BRU 因而所有业务对资源的占用都是用BRU 衡量的。由于所有业务对资源的占用都是用BRU 这个统一

11、的单位衡量，这种方式很适合采用扩展背包模型。下图为话务模型和其他常见的话务处理模型的比较示例。从比较示例可以看到，对于同样的话务和质量需求条件下，上海贝尔阿尔卡特的话务 模型与其他常见的话务处理模型相比，对系统资源的需求是最小的，是最优的设计。根据 TD-SCDMA 勺特点，还开发了相应的网络设计工具，将话务模型集成在当中。3.TD-SCDMA 与 WCDM 无线网络规划比较上海贝尔阿尔卡特在三种制式无线网络规划中采用的是统一规划工具A9155,这个工具是以 FORSK 公司开发的规划工具 Atoll 为基础，通过功能定制、二次开发、集成第三方 功能以及参数预制等形成的。同样这三种制式无线网络

12、规划流程也基本一致。通常分为下 列几步：数据的收集和分析，传播模型的选择，覆盖预测，Monte Carlo 仿真以及基于仿真结果的业务预测等。基于A9155 的网络规划流程如下图所示：在 TD-SCDMA统的规划方面，其规划流程与WCDM 基本一致，并且 TD-SCDMA 规划效果主要取决于规划工具功能。TD-SCDM 规划产生了一些新的规划图和统计结果。由于TD-SCDMA 系 统采用智能天线、多用户检测、动态信道分配等技术，因此要求TD-SCDMA 系统的规划工具必须充分考虑 TD-SCDMA 关键技术，才能获得准确的规划结果。同时，由于WCDMATD-SCDMAh 具体的信道结构、关键技

13、术等方面存在的差异，使得三种制式在具体 的网络规划结果（图、统计报表等）上也略有差别。三、CDMA2000 1X EVD 侧络设计和规划1.CDMA2000 1x EVD O 的主要技术特点CDMA2000 1x EVDO 系统主要是针对非实时、非对称的高速分组数据业务而设计的，其 基本设计思想是将高速分组数据业务和低速语音和数据业务分离开来，利用单独载波提供 高速分组数据业务。因此，从无线链路设计的角度上，系统设计优化的重点是前向链路。 为了解决前向链路的高速传输问题，EVDO 采用了前向链路时分复用、自适应编码调制，HARQ 智能调度算法，虚拟软切换等多种新技术，对反向链路也进行了一定优化

14、。在无线 网络设计和规划中，必须充分考虑这些新技术带来的影响。下面首先对这些特点进行介 绍。与 CDMA2000 1x 相比，EVDO 的下行链路采用了新的技术体制，前向覆盖特性也明显 不同，主要包括以下特点：1）前向链路时分复用EVDO 充分利用了数据通信业务的不对称性和数据业务对实时性要求不高的特征，前向链路设计为时分复用（TDM）CDM 膽道。对于前向链路，用户将得到1X EV-DO 载波的全部功率。另外，不管是传输控制信息还是传输业务信息，EV-D O 的载波总是以全功率发射。2）自适应调制编码和 HARQEVDO 前向采用了自适应调制编码方式和HARQ 能够自动适应信道条件变化，选择

15、相应的速率和编码方式，同时降低了对测量误差和时延的敏感性。从网络设计的角度来看，降 低了对系统解调门限的要求，获得了系统增益。3）智能调度算法EVDO 前向链路采用智能调度算法，无线条件好的用户，可以获得较高的速率，具有较 高的优先级。相对于 CDMA2000 1x 系统，EVDC 可以获得一定的多用户分集增益。4）虚拟软切换EVDO 前向链路采用虚拟软切换，可以直接进行业务协商和建立业务连接，降低了对系 统信道资源的占用率，加快可切换速度。但相对于CDMA2000 1x 来说，无宏分集增益。虚拟软切换增益比软切换增益要低。在反向链路，EVDOf CDMA2000 1x 相似，都采用码分方式，

16、主要区别为反向信道的设 计和反向速率的考虑， EVDO 采用反向链路速率控制，反向速率与系统反向负载、当前传输 速率等因素有关。EVDO 与 CDMA2000 1x 的主要区别如下表所示。2.CDMA2000 1x EVD 0 的网络设计通常情况下，CDMA2000 1x 会与 EVDO 混合组网，由于 CDMA 1X 和 EVDO 需要分配不同 的载波，在网络设计中，必须充分考虑EVDO 和 CDMA2000 1x 技术体制的差异及其对网络的影响。需要同时对 CDMA 1X 和 EVDOh 下行链路分别进行链路预算和覆盖分析，同时通过 恰当的话务模型，结合用户密度，进行容量分析，判断覆盖受限

17、还是容量受限，选择合理 的小区半径策略。1）反向链路在反向链路，反向链路设计与CDMA2000 1x 相似，采用最大允许路径损耗（ MAPL 的计算，二者的覆盖范围也非常接近。与WCDM 相比，主要存在以下差异I 终端发射功率的差异：CDMA2000 1x/EVDO 勺终端发射功率为 23dBm WCDM 的终端发射功率为 21/24dBm。l 扩频带宽的差异：CDMA2000 Ix/EVDO 勺扩频带宽为 1.2288MHz, WCDM 的扩频带宽为3.84MHz。l 速率的差异：CDMA2000 1x/EVDO 勺反向速率为 9.6/19.2/38.4/76.8/153.6 kbps WC

18、DM 的反向速率为 12.2/64/128/384 kbps 。l 解调门限的差异：主要为 Eb/No 要求的不同。2）前向链路在前向链路，EVDOf CDMA2000 1x 和 WCDM 的多址方式不同，链路覆盖只与基站总功 率，无线环境和传输速率有关，从链路设计的角度来看，它们之间的主要差异为：l 业务信道最大发射功率的差异：EVD（采用时分方式，业务信道满功率发射，因而不需要迭代算法。CDMA2000 1x 和 WCDM 的功率为所有信道共享。l 解调门限的差异：EVD（采用了自适应编码调制和HARQ 降低了对系统门限的要求。l 软切换增益的差异：EVD（采用虚拟软切换，CDMA2000 1x 和 WCDM