WCDMA系统在设计规划中与GSM系统的不同

WCDMA系统在设计规划中与GSM系统的不同
GSM系统是目前全球覆盖范围最广的第二代无线网络,它采用TDMA（时分多址）接入方式,即在一个载频信道内，按相同的时间间隔划分成每帧若干时隙的固定循环周期，每个时隙承载一个业务用户信息和必要的信令。这样，一个载频信道由若干个用户按时间顺序依次占用，以不同时隙作为区分不同用户的方式。在GSM系统中，每个载频信道带宽为200KHz，每帧8个时隙，即理论上可同时为8个用户提供传输通道，时隙长度0.577ms，每帧时长4.615ms。WCDMA系统作为第三代无线网络的主要标准之一将高速移动接入和基于互联网协议的服务结合起来；在提高无线频率利用效率的同时，为用户提供内容更丰富的无线通信服务。WCDMA的多址接入方式为CDMA，即码分多址接入方式，它是在扩频通信技术上发展起来的一种移动通信多址接入技术。原理是基于扩频技术，将需传送的具有一定信号带宽的信息数据，用一个带宽远大于信息带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。利用不同伪随机码序列之间的自相关特性和互相关特性，接收端作相关处理，把宽带信号还原成原信息数据的窄带信号即解扩。不同用户分配不同的扩频码作为区分标志，达到在同载频内多用户互不干扰且同时通信的目的。在WCDMA网络中，一个载频的带宽是5MHz。由于CDMA接入方式具有很好的抗干扰能力，它的各个小区使用相同的载频。频率复用为一。WCDMA系统是基于CDMA接入方式的网络,其技术特点更接近CDMA, 因而与GSM存在诸多不同.
WCDMA系统能提供比GSM质量高的语音服务，同时具有高速率业务，很好的频谱利用率和非常强的移动能力（软和更软切换）。同时，由于3G网络的综合数据业务的特点，对网络设计提出了更高的要求。北电作为全球为数不多的拥有5种无线接入技术(TDMA,GSM,IS-95,WCDMA, CDMA2000)及提供其产品的厂商之一，在全球已为客户建立了300多个移动网络，其中包括分布在9个国家的30多个CDMA运营商建设的CDMA网络，18个国家59个TDMA运营商建设的TDMA网络以及31个国家60多个GSM运营商的GSM网络。同时, 北电还在给6大泛欧运营商及北美运营商建设WCDMA网络.从这些网络建设中,北电已积累了十分丰富的网络建设的经验和专长，更深刻的体会道WCDMA, GSM接入技术不同的内涵, 本文将从无线网络的设计规划角度来阐述这些不同点及其对无线网络性能的影响。
链路预算与上行覆盖
链路预算是无线网络规划的基本工具,链路预算的结果决定小区的覆盖半径.我们首先来分析WCDMA和GSM在链路预算方面的差别.
GSM系统中,上行链路和下行链路是基本平衡的,小区半径可以由基站下行信号电平高于某一设计要求的门限值决定.WCDMA系统中,上行链路和下行链路的平衡并非网络设计目标. 基站功率在下行由小区所有用户及信令共享,因而不会成为覆盖受限链路.相反,手机发射功率是在规范中加以定义的. 由于手机发射功率有限, 上行链路则成为WCDMA系统覆盖的受限链路. 也就是说,小区的最大半径取决于功率上限最小的一类手机. 所以WCDMA系统的链路预算通常是指上行链路预算, 即从最大允许的上行损耗中除掉路径损耗以外的其他损耗和增益，从而得到最大允许的路径损耗，再将最大允许的路径损耗值带入传播模型中，得到预期的小区覆盖半径和覆盖面积。应该注意,这样得出的小区半径是在无负载情况下的最大小区半径, 即空载孤立小区的覆盖半径. 由于WCDMA的覆盖区域不像GSM那样由信号电平的绝对值来决定, 它的覆盖与系统的负载或干扰水平相关.加入负载和邻近小区干扰后, 小区半径会作相应的收缩. 在WCDMA 的链路预算中, 要引入一个参数称之为负载因子, 北电建议取50%来作为覆盖设计的负载余量. 在网络设计中给所有小区均匀加入负载余量,使得系统在实际上非均匀的负载运行状态下仍然能通过小区呼吸调整维持平衡.这是北电多年CDMA网络设计, 运维,优化过程中的经验总结.这在GSM网络设计中无须考虑的.
理解了WCDMA小区覆盖是上行受限的，在设计中考虑手机上行功率分布非常重要，因为它可以反映上行链路的覆盖水平.通过设置不同的上行功率要求门限值可以反映不同的覆盖区域---室内，车载，室外，无覆盖等。这些门限值的设置通过用手机的最大发射功率（21dBm）减去阴影余量，减去穿透损耗余量。以下是一个密集市区各环境的上行功率门限值的举例，请注意这里只考虑不同覆盖要求所需的穿透损耗平均值。
·室内:21dBm – 20 dB = 1 dBm
·车载:21dBm – 7 dB = 14 dBm
·室外:21dBm – 0 dB= 21 dBm
以上的门限值表示:如果手机所需发射功率小于1dBm的区域表示可以达到室内覆盖。手机所需发射功率大于1dBm，但小于14dBm的区域表示可以达到车载覆盖。同样，手机所需发射功率大于14dBm，但小于21dBm的区域表示可以达到室外覆盖。而手机所需发射功率大于21dBm的区域表示可能存在覆盖盲区.
作为第三代无线网络的WCDMA系统不仅仅支持传统的话音业务,而且支持高速率的数据业务.链路预算必须考虑数据业务的覆盖要求.由于数据业务往往在上行链路和下行链路有着十分显著的速率不对称性,这一特性应在系统的设计中得到充分体现.比如说,上行覆盖的目标可以设计成64比特每秒连续覆盖,而在该覆盖区内支持更高的(128,384比特每秒)下行数据传输速率.北电45W功放的基站设计正是把这种业务的不对称性融入其中,基于这种基站所做的无线网络设计便能有效地支持非对称性业务.
覆盖与容量
GSM系统中同一频点的复用必须满足一定的空间隔离要求.空间隔离要求取决于载干比(C/I).也就是说,来自同一频点的有用信号要高于干扰信号一定的比值.GSM系统小区的覆盖上一节已谈过,其容量则取决于载干比及硬件配置, 上,下行容量是对称的.而WCDMA采用编码扩频技术, 频率复用为一, 干扰信号来自本小区及所有邻近小区, 因而是自干扰系统. 干扰信号经扩频后形成许多微弱噪声的叠加. 噪声累加会造成系统容量损耗. 正因为这种同频率的干扰特性, WCDMA 系统的容量和覆盖是相关的.上行容量和下行容量是独立的, 设计时最受限链路决定系统容量. 因为基站功率在每一扇区由所有用户及信令共享, 增加干扰或覆盖均会导致系统容量下降. 在规划设计WCDMA网络时, 按最受限上行链路确定覆盖, 按最受限下行功率确定容量. WCDMA系统在下行用导频信号强度与系统总干扰的比值来衡量覆盖水平, 显然它与系统的干扰水平相关.总之, WCDMA系统上下行容量均与覆盖相关, 通常系统的容量受限与下行. WCDMA 系统设计是覆盖与容量的平衡过程. 北电在这方面也积累了大量的经验.
软切换
GSM系统使用频率分割,小区之间的移动采用不同频点的硬切换.GSM规划设计时要留出足够的切换区,也就是说,足够的小区重叠以确保硬切换的成功率.而WCDMA系统则采用软切换, 即终端同时跟多个小区保持无线连接，软切换是WCDMA(CDMA)系统所独有的, 软切换增益可以提高小区边界的通话质量，或增加覆盖区域。软切换增益可以减小小区间重叠, 扩展小区覆盖. 因而在链路预算中要加入软切换增益. 这是GSM系统设计中没有的. 另一方面软切换使得多链路下行功率发射, 影响系统容量. WCDMA网络规划设计强调控制主服务小区的有效覆盖, 减少不必要的切换区.
由于其自干扰系统，WCDMA系统设计中天线的选择直接影响到相邻小区或扇区间的干扰控制的好坏，采用65度水平波瓣宽的天线做三扇区覆盖要明显好于GSM系统设计中常采用的90度水平波瓣宽的天线。其原因仍然是软切换与硬切换的差别.WCDMA的更软切换不需要过大的扇区间重叠.另外天线高度在同一范围内应与周围天线高度相当，天线过高,容易造成越区覆盖,造成导频污染,影响系统的容量和质量.这是WCDMA系统设计中特有的,同样是北电大量CDMA网络的经验总结.

综上所述,依据北电在网络建设上的丰富经验,我们从无线网络规划设计角度阐述了GSM,WCDMA系统的一些主要不同点及其对系统的影响.正确理解了这些要点将会有利于指导系统的规划设计,在一开始便确立一个良好的无线网络结构,从而避免后期不必要的优化调整,节约投资,降低网络运维成本,在保证高质量的服务前提下,使网络的容量和性能得到最充分发挥.