CDMA网络建设策略及RF规划组网研究

【摘要】文章介绍了CDMA网络建设的总体策略、无线覆盖和容量技术保障,重点阐述CDMA2000 1x EV-DO网络建设策略、3G网络RF规划原则和组网方式。

【关键词】CDMA CDMA2000 1x EV-DO 3G 网络覆盖 网络容量 RF规划

1 CDMA网络建设总体策略

CDMA网络建设的总体策略为:综合建网成本最小、盈利业务覆盖最佳、有限资源容量最大、核心业务质量最优。在网络建设初期,实施先覆盖、后容量,先语音、后数据的宏观策略。网络建设中后期,重点关注容量和高速数据业务需求,覆盖向广度和深度发展,同时大力提高资源利用率。

为了保证网络可持续良性发展,建设开始就必须注重基站布局合理化,采用健壮无线资源算法以及有效网络性能监控手段,使CDMA系统性能发挥到最大。

2 无线覆盖和容量技术保障

一个有竞争力的移动通信网络,首先要保证各区域无线覆盖良好。CDMA网络的无线覆盖主要取决于设备噪声系数、干扰影响、衰落储备、Eb/No等因素。在解决覆盖问题之前,首先应该区分覆盖问题的类型:是属于欠覆盖还是过覆盖,欠覆盖直接会导致系统无法提供服务,而过覆盖则容易导致导频污染,直接引起系统性能的恶化。对覆盖优化来说,常用手段有工程参数调整、增加塔放、增加直放站、增加基站或扇区等。

其次,一个有竞争力的移动通信网络要保证有足够的容量。CDMA网络容量极限的产生是因为移动台最终没有足够的发射功率来克服干扰电平,因此容量取决于那些会影响到基站接收的干扰因素。容量优化措施很多,主要有功率控制参数调整、切换区域调整、天线调整、增加信道资源、增加基站或扇区等。

CDMA中覆盖和容量密切相关并可相互转换;初期网络特征是典型小容量、大覆盖,中后期是典型大容量、小覆盖;不同阶段和区域灵活运用各类覆盖、容量增强和转换措施,使有限投资发挥最大作用。

在很多情况下,扩大网络容量的同时会使得网络覆盖范围减小。我们应本着“小覆盖、大容量,大覆盖、小容量”的原则,进行容量与覆盖之间的置换。根据网络优化实际需要,实现两者之间的均衡。如在密集城区,覆盖一般不成问题,而希望能提供更大的系统容量,这时就可以降低各信道的发射功率,通过缩小覆盖范围来获取更大的容量;在广覆盖区域,一般希望覆盖得更远一些,可以考虑在保证最低容量要求的情况下尽量提高各信道的发射功率,以便扩大覆盖。另外,我们要经常对基站扇区话务情况进行监控,对超忙小区可以进行覆盖范围的收缩,在缩小覆盖范围时,该扇区提供的容量会变大,同时又可以将部分话务释放出去;对超闲小区的覆盖范围进行扩大,在系统容量减小的同时可以进一步吸收更多的话务。

3 CDMA2000 1x EV-DO网络建设策略

CDMA2000 1X只能满足低速数据业务,而3G标准之一的CDMA2000 1x EV-DO可以提供更高速数据业务接入。数据业务是3G的亮点,也是难点。在数据业务规划建设时,尤其要注意前反向速率和吞吐量的不平衡性。

3.1 CDMA2000 1x EV-DO网络引入策略

常见的组网方案有EV-DO独立组网方式和1X/EV-DO混合组网方式。鉴于中国电信已全部收购联通CDMA 1X网,为减少建设成本和快速部署EV-DO网络,应采用混合组网方式建设EV-DO。

所谓“混合组网”方式,即在现网1X主设备上增加DO信道板和控制单元,并对原有的1X系统软件进行升级,两者共用1X的分组核心网。“混合组网”方案又可细分为“升级方式”和“叠加方式”。

升级方式对应于EV-DO与1X共用BSC/RNC和BTS的情况,需对原BSC/RNC和BTS进行软件/硬件升级或者直接对现有设备进行替换,使之支持EV-DO功能。如果现网1X设备不能通过增加软/硬件方式完美提供EV-DO业务,建议直接使用新设备替换原有BSS系统。其中,新建BTS站使用全新设备,全部支持1X和1X增强;新建BSC具备大话务和高数据处理能力,同时支持1X和1X增强业务。BSC设置需要综合考虑减少跨BSC切换、BSC话务均衡及未来升级演进能力等问题,尽量减少BSC数量,减少跨BSC切换。同时,着手对PDSN、AAA进行软硬件升级,增加AN-AAA新设备。

经济发达地区采用叠加网方案,新建CDMA2000 1x EV-DO网络,优化CDMA2000 1x EV-DO网络质量。CDMA2000 1X与CDMA2000 1x EV-DO网络使用不同的射频载波。经济发达地区载波使用较多,所以在业务量大的地区新建和升级成本差别不大;同时对原有网络变动较小,可以减少升级过程中对原网络影响;保证CDMA2000 1X后续扩容能力;保证CDMA2000 1x EV-DO后续扩容能力。在CDMA2000 1X+EV-DO覆盖基础上,采用Mobile IP技术和多模终端,还可以在室内进行WLAN叠加覆盖,实现更高速和经济的高速无线数据服务。

经济落后地区,在原有CDMA2000 1X设备上进行升级,覆盖市区、旅游区等热点地区。经济落后地区,原有CDMA2000 1X网络使用载波数量少,具有升级可能性;经济落后地区业务量小,需要尽可能减少投资和工作量;原有CDMA2000 1X网络扩容潜力有限,而CDMA2000 1x EV-DO网络扩容潜力也有限。

CDMA2000 1x EV-DO(Rev.A、Rev.B)可以同时支持话音和数据业务,后续网络可以全部建设CDMA2000 1x EV-DO网络。

3.2 CDMA2000 1X、CDMA2000 1x EV-DO网络建设方案

(1) CDMA2000 1x EV-DO网络建设第一阶段

CDMA2000 1x EV-DO网络可以提供高速数据业务。如果用户使用的是双模终端(同时支持CDMA2000 1X、CDMA2000 1x EV-DO),那么建议用户开通CDMA2000 1x EV-DO数据业务,逐步地将原来在CDMA2000 1X网络中使用的数据业务转移到CDMA2000 1x EV-DO网络中来(如果用户使用的是只支持CDMA2000 1X业务的旧式终端,则不能转移),从而提高CDMA2000 1X网络的话音容量。

(2)CDMA2000 1x EV-DO网络建设第二阶段

该阶段主要是指EV-DO Rev.A阶段,EV-DO Rev.A前向链路峰值速率达到3.1Mbps,反向链路峰值速率达到1.8Mbps。EV-DO Rev.A网络可以提供高速数据业务和VoIP、可视电话等语音业务。

(3)CDMA2000 1x EV-DO网络建设第三阶段

该阶段主要是指EV-DO Rev.B阶段,EV-DO Rev.B支持更强的移动宽带连接、广播/多播、丰富的多媒体信息、高性能的PTT及广播和用户生成内容的发送与接收。EV-DO Rev.B只需对现有的版本EV-DO Rev.A网络进行软件升级,把多个版本A的载波绑在一起,基站和手机之间可以在前反向多个载波上同时传送数据,从而获得更高的峰值传输速率和系统吞吐量。以3载波为例,通过版本A软件升级到版本B,前向峰值速率可达9.3Mbps,反向峰值速率可达5.4Mbps,数据速率为单载波的三倍。

(4) 移动台初始化及频率、制式选择

移动台(指双模终端)开机后会根据本机储存的数据信息(包括CDMA2000 1X、CDMA2000 1x EV-DO的频段、频点等其他信息)优先寻找CDMA2000 1x EV-DO频点,找到后接收基站侧发送的小区开销消息来确定最终要锁定的CDMA2000 1x EV-DO频点。然后,移动台会切换到CDMA2000 1X系统搜索必要的信息。CDMA2000 1x EV-DO频点锁定开始与基站侧进行协商。

(5)通话过程中频率、制式切换

对于语音业务来说,在CDMA2000 1x EV-DO网络建设第一阶段没有引入VoIP,因此不支持话音业务的双网切换。CDMA2000 1x EV-DO网络建设第二、三阶段,引入了VoIP和IMS等技术,终端的话音业务可以在CDMA2000 1X与CDMA2000 1x EV-DO网络中互相切换。

对于数据业务,在CDMA2000 1x EV-DO网络建设第一阶段,终端在CDMA2000 1x EV-DO网络中发起高速数据业务后,如果移动到没有覆盖CDMA2000 1x EV-DO网络的区域,那么因为终端定时监听CDMA2000 1X网络的信息,因此它会主动切换到CDMA2000 1X网络,保证了数据业务的连续性。反之,终端在CDMA2000 1X网络中发起高速数据业务后,如果进入Dormant态,那么在移动到CDMA2000 1x EV-DO网络覆盖区域时,终端会定时切换到CDMA2000 1x EV-DO频点去发现CDMA2000 1x EV-DO网络信息。因此,终端会主动切换到CDMA2000 1x EV-DO网络。如果终端在CDMA2000 1X网络中发起高速数据业务后始终处于Active态,那么在移动CDMA2000 1x EV-DO网络覆盖区域时,因为终端不了解当前CDMA2000 1x EV-DO网络信息,所以不会主动切换到CDMA2000 1x EV-DO网络。

(6)固网/PHS/移动3G融合

实现固网/PHS/移动3G融合,可提供具有电信特色的、差异化的业务,形成差异化竞争优势;可以把固网、小灵通网络上的业务延续到移动3G网络,加深用户体验;可以利用固网优势实现覆盖补充,解决移动3G建设初期网络覆盖差的问题,特别是室内覆盖问题;可以发挥固网、PHS网的用户资源优势,实现与3G网络间互相转网和业务迁移。

4 3G网络RF规划原则和组网方式

CDMA网络质量取决于网络RF水平,而决定RF质量的就是我们熟知的网络规划工程参数,有基站位置、天线高度、天线型号、天线方向、天线倾角、发射功率等。在3G建设初期,城区宏蜂窝基站密度对今后扩容应该是充足的,后续建设不应大规模新增宏蜂窝基站而只是进行载波增加、室内分布系统建设和微蜂窝建设。

4.1 不同地域天线的应用原则

(1) 城区基站天线应用原则

根据天线倾角计算公式:a=arctg(h/(r/2))

式中a为波速倾角,h为天线高度,r为站间距离。

对话务量高密集区,基站间距离300～500米,可计算出天线倾角a大约在10°~19°,可采用内置电下倾9°,水平半功率角65°,±45°双极化天线,加上机械可变下倾角15°,可保证水平半功率波瓣宽度在主瓣下倾的10°~19°内无变化,结合调整基站发射功率,完全可以满足对话务量高密集市区覆盖且不干扰的要求。

对话务量中密集区,基站间距离大于500米,可计算出天线倾角a大约在6°~16°,可采用内置电下倾6°,水平半功率角65°,±45°双极化天线,加上一定的机械下倾角,可保证水平半功率波瓣宽度在主瓣下倾的6°~16°内无变化,可以满足对话务量中密集市区覆盖且不干扰的要求。

(2)乡镇农村基站天线应用原则

对话务量低密集区,基站间距离可能更大,可计算出天线倾角a大约在3°~12°,可采用内置电下倾3°,水平半功率角65°,±45°双极化天线,可保证水平半功率波瓣宽度在主瓣下倾的3°~12°内无变化,可以满足对话务量低密集区覆盖且不干扰的要求。

对于山区的高站(天线相对高度超过50米),一般应当选用具有零点填充功能的天线来解决近距离“塔下黑”问题。

(3)铁路或公路基站天线应用原则

铁路或公路沿线需要覆盖区域主要成狭长的带状分布,应尽量延长沿线方向覆盖的距离,可以采用双扇区型基站,采用窄波束高增益的定向天线,如单极化90°或45°水平面半功率角的高增益(16dBi~18dBi)定向天线,两天线相背放置,使其最大辐射方向与公路或铁路的方向一致。另外,如果还要兼顾沿线村庄的覆盖,可采用全向或公路兼镇天线(水平半功率角为210°)。

4.2 3G网络RF组网方式

为降低运营商的租用机房成本,实现快速布网和集中维护,采用集中基带池+RRU(射频远端模块)的方式。基带资源池和RRU之间的光纤传输信号的组网,组网方式主要有:

(1) 完全星形组网

如图1所示,所有的RRU直接与基带资源池使用裸纤连接,这种组网方式的优点是可升级性能好,缺点是需要大量的裸纤资源,适用于那些光纤资源十分丰富的地方。

(2)星形和链形混合组网

如图2所示,在这种组网情况下,每个站点使用一对裸纤与基带池设备相连接,在站点内部的三个射频远端模块则是采用链形组网方式。这种组网方式的优点是可以大量节约所需的裸纤资源量。但是,如果基带池和站点之间的光纤断路,则会造成整个站点无法提供服务。

(3)光环形组网

如图3所示,在这种组网情况下,每个站点使用两对裸纤和基带池设备相连接。对于站点和基带池之间的两对光纤,在布置的时候使用不同的物理路径,从而保证在同一时刻不会出现两对光纤同时出现问题的状况。这种组网方式既提高了传输系统的可靠性,又比完全星形连接的光纤量要少,所以是未来RF主力组网方式。

5 总结

我们在规划建设中,从网络竞争力出发,需要一开始就注重网络规模,同时必须坚持设备资源利用率最大化原则,深刻认识3G无线网络面临的关键问题和矛盾,灵活采取不同设备配置,提高资源利用率。快速、经济地建设3G网络并迅速投入运营成为运营商在市场竞争中取得有利地位的一个重要法宝。

参考文献

[1]华为技术有限公司. CDMA2000 1x无线网络规划与优化[M]. 北京:人民邮电出版社,2005.

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[3]喻文学. CDMA 1x EV-DO无线网络规划和建设分析[J]. 通信世界周刊,2009.