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UMTS - 第三代移動通信網絡規劃

2014-01-06 來源:微波射頻網 字號:

隨著第三代移動通信技術的興起,UMTS網絡的建立將帶來一場深刻的革命,這對網絡規劃也提出了更高的要求。

在德國轟動一時的UMTS執照拍賣,引起了公眾對這一新技術的極大興趣。第三代移動通信網絡的建設正方興未艾。這一全新的移動通信技術與傳統的GSM 網絡規劃有著本質的不同。在全球范圍內,人們正緊鑼密鼓地開發和研制新的規劃工具和計算方法,設計新的工作流程。

GSM 網絡規劃

GSM 網絡規劃基于基站的傳播分析。根據基站的發射功率和天線配置,計算其覆蓋區域。通常只對下行鏈路進行計算,因為GSM 技術不必考慮上行鏈路的情況。下一步是由網絡規劃工程師分析所需的小區容量。根據計算得到的小區面積,就可借助電子地圖估算各個小區的業務量,再通過話務量模型(如Erlang-B 或Erlang-C) 算出所需的 信道數目。接下來就是給基站分配頻率,要做到相同的頻率只能在具有足夠間距的小區內重復使用,以免產生干擾。

如果將來網絡必須擴容,網絡規劃工程師只需給相應的小區分配新的信道。只要在總體頻率規劃中還有合適的頻率,并且擴容量不超出基站的最大容量,就沒有必要對網絡作其它改動。否則,就必須增加新的基站或扇區,還要重新進行頻率計算和信道分配。

UMTS 網絡規劃

CDMA 網絡與GSM 網絡完全不同。由于不再把信道和用戶分開考慮,也就沒有了傳統的覆蓋和容量之間的區別。一個小區內的業務量越大,小區面積就越小。因為在CDMA 網絡中,業務量增多就意味著干擾的增大。

這種小區面積動態變化的效應稱為“小區呼吸”。我們可以通過下面這個形象的例子加以說明。在一次朋友的生日派對上,來了許多客人。同時講話的人愈多,就愈難聽清對話方的聲音。如果開始時您還能同位于房間另一頭的熟人進行交談,那么當房間內的嘈雜聲達到一定程度后,您就根本無法聽明白對方的話。這說明談話區的“小區 半徑”縮小了。UMTS 網絡規劃工程師面對的是一個動態變化的網絡。

在規劃 UMTS 網絡時,首先必須考慮網絡的擴容性。網絡規劃工程師不可能象規劃 GSM 網絡那樣,簡單地給相關的小區增配頻率。網絡規劃初期就必須考慮一個確定的信號余量,在計算小區面積時作為因業務量增多而產生干擾的“補償”。這表明,從一開始,就需要用較小的小區或者更多的基站建網,這也意味著投資成本的提高。如果業務量信號余量定得太小,那就只有一條出路,即建造更多的基站。

網絡規劃工程師必須注意到上述問題,因為單一地提高發射功率并不能消除因業務量增多而引起的接收信號的惡化。發射功率的提高只能改善某一小區的接收信號,其付出的代價是增加了對所有相鄰小區的干擾,從而影響了整個網絡的通信質量。

提高發射功率不能無限制地擴大 CDMA 小區的有效范圍或容量(對CDMA 網絡來說兩者是同義詞)。當UMTS 網的發射功率提高一倍時,小區的容量只增加百分之十。發射功率的提高雖然增大了小區的有效范圍,但是為滿足遠程手機用戶的需要,必須超比例地增加發射功率,這必然影響到其他手機用戶的通話質量。我們回到上述派對的例子,您可以通過提高嗓音同位于房間另一頭的熟人繼續交談下去,而其他客人為了聽清對方的聲音也必須同時大聲說話。這樣一來,整個房間只能淹沒在一片嘈雜聲中。

發射功率和小區容量之間的對應關系是漸近式的。UMTS 網絡規劃工程師必須減少網絡的滿載率,因為 UMTS 小區的負載很容易達到飽和。具體參數取決于各種不同的業務,當然也與網絡運營商愿意承擔的風險有關。一般來說,設計網絡時滿載因子預設為百分之六十。在此,“小區呼吸”效應得到了應用。相鄰小區之間可以相互補償負載容量,人們稱之為軟負荷。由于成本原因,不能大規模地增加網絡的容量。對數據傳輸量很高的UMTS 業務所作的數學論證表明,服務小區從相鄰小區借用負載容量的概率隨數據傳輸量的增大而增加。這是一個令人滿意的結果。

遠近效應問題

CDMA 網絡的另一典型問題是所謂的遠近效應問題。因為同一小區的所有用戶分享相同的頻率,所以對整個系統來說,每個用戶都以最小的功率發射信號顯得極其重要。我們還是舉上面派對的例子,房間里只要有一個人高聲叫嚷,就會妨礙所有其他在座客人的交流。在 CDMA 網絡中,可以通過調整功率來解決這一問題。例如UMTS 網絡使用的是一個閉環控制電路,其頻率為 1500 Hz 。而GSM 網絡用于調整功率的控制電路頻率為 2 Hz,并且只針對上行鏈路。

這種所謂的快速功率控制機制已經在 UMTS 硬件得到了實現。盡管如此,網絡規劃工程師還會遇到這一問題的另一種情況。當某一用戶遠離基站時,必須得到很大一部分發射功率,以至供給其他用戶的功率發生緊缺。這意味著小區容量與用戶的實際分布情況有關。當用戶密度很大時,可以用統計平均值解決這個問題;而當用戶數量很小時,則必須通過模擬方法對網絡進行動態分析。

上行鏈路和下行鏈路

UMTS 網絡的業務量是非對稱的,也就是說網絡上行鏈路和下行鏈路的數據傳輸量有所不同。網絡規劃工程師首先必須分別計算兩個方向的值,然后把兩者適當地結合起來。這樣,網絡規劃工作就會非常復雜。上行鏈路是UMTS 小區有效范圍一個典型的限制因素,或者說上行鏈路是受覆蓋范圍限制的(coverage limited);而下行鏈路是受容量限制的(capacity limited)。在上行鏈路發射功率由用戶手機提供; 而在下行鏈路發射功率由基站供給。因此,小區容量在下行鏈路更明顯地取決于業務量的大小。

因為在 UMTS 網絡的初建階段,網絡覆蓋范圍比業務量更重要,所以網絡規劃工程師首先局限于上行鏈路的分析計算。這一點正好與GSM 網絡相反,因為GSM 網絡規劃主要涉及下行鏈路的計算。盡管如此,網絡規劃工程師必須兼顧上行鏈路和下行鏈路兩個方向,即兩個發射方向的小區半徑要一致。其目標就是找到這樣一種系統配置,在給定業務量和相應發射功率的情況下,使上行鏈路和下行鏈路的小區半徑相等。

在已經建立的 CDMA 網絡中也會出現前面所述的一些問題。對UMTS 網絡來說,其復雜程度更高。 UMTS 網絡能同時滿足對通信質量和業務量具有不同要求的各種業務,包括簡單的話音業務和傳輸率達 2 Mbps 的分組數據業務。

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