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UMTS无线接口系统的规划和优化（1）

作者：　来源于：　发布时间：2008-8-18 19:20:00

一、引言

　　UMTS的目的就是在移动范围内向用户提供多媒体业务。UMTS和多媒体业务不仅对RF网络有重要的影响，它们对核心网的结构也会产生重要的影响。所以当日前的GSM运营商将他们的网络升级以支持UMTS时，为了保护他们的基础投资，就必须采取谨慎的步骤。

　　UMTS网络的结构如图1所示。核心网CN（Core Network）负责呼叫控制和移动性管理，而UMTS陆上无线接入网UTRAN（UMTS Terrestrial Radio Access Network）则负责管理无线分组的传输和资源的管理。

　　在核心网内分组的路由和传输由新网络逻辑节点SGSN（Serving GPRS Support Node, GPRS服务支持节点）和GGSN（Gateway GPRS Support Node,GPRS网关支持节点）支持。GGSN是具有移动性管理的分组路由器，它通过标准接口Gi与其他数据网络（比如因特网）相连接。SGSN在它的服务范围内负责移动终端数据分组的传递。GGSN和SGSN支持的终端数据速率可高达2Mb/s。

UMTS网络结构

图1　UMTS网络结构

　　一个UTRAN可以包括一个或者多个RNS（Radio Network Subsystem，无线网络子系统），而一个RNS又包括基站NodeB和RNC（Radio Network Controller，无线网络控制器）。RNS负责无线资源和空中接口的管理。UMTS在UTRAN中的大部分网络结构都继承了GSM的网络结构。

　　本文主要探讨UMTS无线系统规划和GSM无线系统规划的差别。UMTS使用WCDMA作为它的无线传输技术。由于干扰的影响，通常TDMA系统的RF规划要比CDMA系统的RF规划复杂。但是，由于UMTS服务的用户有着各种不同的需求，因UMTS的规划在某些方面要远比GSM规划复杂。

　　UMTS无线系统规划过程的主要不同点在于它的容量规划和覆盖规划。在GSM中，覆盖规划是在网络的规模大小（基于市场的调研）确定后单独进行的，确定后才进行容量和频率的规划。然而在UMTS中，覆盖规划和容量规划是同时进行的。这是因为容量的需求和业务的分布会影响覆盖。频率和码子的规划可以单独的进行。另一方面，由WCDMA的宽带特性（5MHz），因此它的传播环境也异于GSM系统（带宽200kHz），这也是规划时必须考虑的问题。

二、UMTS空中接口

　　世界上多数UMTS网络都选择WCDMA作为其空中接口技术。该技术与TDMA中GSM中使用的技术有着很大的不同。其基本的无线系统规划思想跟GSM和TDMA系统没有根本的变化，但是对于多方面的细节规划（比如链路预算）则必须进行修改，以满足WCDMA技术的要求。另外，由于UMTS的业务可以是从8kb/s的电路交换的语音业务到2Mb/s的分组交换的数据业务，因此，无线系统的规划过程与传统的模型相比较，也必须时行稍微的修改。

　　1.WCDMA空中接口规范

　　理解UMTS的空中接口特性对于网络无线接口的规划是非常重要的。WCDMA空中接口的主要特征为：采用QPSK直扩调制；码片速率为3.84Mchip/s；扩频因子为4到512，在下行链路中，一个码信道可以支持1～936kb/s的净用户数据速率，如果单用户可以支持3个并行码信道，则其数据速率可以高达2.3Mb/s,在上行方向由于调制方式不同，速率减半，双工方式可以采用FDD或TDD；信道带宽5MHz；可以提供多速率的业务；帧长10ms包括15个时隙，每个时隙中都有导频比特、传输功率控制TPC（Transmission Power Control）比特和传输格式组合指示TFCI（Transport Format Combination Indication）比特。在上/下行链路中信号的格式和复用方式都各不相同。

　　2.UMTS传播环境

　　无线信道传播环境分为室内环境和室外环境。室外环境进一步可分为宏蜂窝传播环境和微蜂窝传播环境。每一种传播环境都具有特定的信道传播特征。当考虑GSM与UMTS无线接口性能的区别时，最主要的信道特性就是多径传播。通过计算可以得到多径传播的时延扩展。

　　无线信道的多径特性也可以通过其频域特性来描述。在频域上，多径时延会产生频率选择性衰落，也就是说信号在不同的频率上有不同的衰落。该信道的一个频域行征就是相干带宽，它近似等于时延扩展的的倒数。相干带宽是保证两个信号具有不相关衰落的最小频率间隔。当信号的带宽远小于相干带宽时，称该信号为窄带信号，相反为宽带信号。因此，系统特性依赖于系统所处的传播环境，不同的传播环境会有不同的特性。

　　相干带宽与传输带宽上的相关衰落有关，当系统是窄带时，衰落便是非频率选择性的，或称为平坦的，当系统为宽带时，衰落便是频率选择性的。在WCDMA系统中利RAKE接收机可以通过组合接收各个多径分量来得到最优的性能。

三、UMTS无线系统规划

　　由于UMTS是一个全新的系统，因此它的实现是要非常仔细的。UMTS工作频带为2100MHz，该频率远高于GSM和TDMA系统的900MHz和1900MHz。而且，由于UMTS要提供非常高的数据速率，这就需要它要有更高信号能量Eb/No。工作频率的不同加上要提供高速的数据速率，这意味着UMTS的传播环境与GSM系统是不相同的。这使原始的GSM基站覆盖区域对于UMTS来说不再有效了，旧基站的位置就不一定是最优的了。判定原始基站的可重用性主要取决于实现策略和业务和预测。

　　1.UMTS无线系统的规划过程

　　UMTS无线系统的规划过程类似于GSM的规划过程。其规划阶段可以为分为以下步骤：

　　度量（Dimensioning）→配置规划→覆盖和容量规划→码子和频率规划→参数规划→优化并监视。

　　任何无线网络的规划目的都是在满足关键性能指标KPI（Key Performance Indicator）和业务质量QoS（Quality of Service）的前提下使覆盖和容量最大。

　　在每个基站的覆盖区域，语音和不同数据呼叫的业务水平的分布必须尽量准确地确定下来。虽然无法确切知道移动用户的位置，但是应该尽量准确地预测出不同移动用户的位置，预测的愈准确，那么规划出来的网络的性能就愈好。

　　WCDMA无线覆盖规划和容量规划的另一个关键问题就是区域性的业务分布，也就是说在无线网络覆盖区域存在业务热点。此时基站的位置应该选择在热点业务地区的中央，这样才能为该基站服务的用户提供最优的链路预算。当这些用户离开该基站时，WCDMA的吞吐量将减少。如图2所示，将基站位置定在业务热点的中央，可以明显减小发射功率的水平，从而减少对其他用户的的干扰，最终增加系统的容量。

业务热点地区的规划

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