WCDMA深度覆盖解决方案

tomtuo

WCDMA深度覆盖解决方案
蔡伟明 叶明 王建军
江苏移动通信有限责任公司

【摘 要】文章主要介绍不同场景无线传播环境的特点和覆盖需求的不同，用户对覆盖的期望不断提升以及WCDMA本身的特点（每信道发射功率小、路径损耗大导致覆盖半径小），WCDMA的深层次覆盖显得尤为重要。针对不同场合的点或面的覆盖，采用特殊的技术手段，提出合理的WCDMA深层次覆盖解决方案，解决覆盖盲点、覆盖空洞问题并充分吸收这类区域的话务，缓解网络容量压力，提高网络的服务质量。

【关键词】WCDMA   覆盖  解决方案

1  前言

目前，由于移动运营商之间竞争的日趋激烈以及用户对覆盖的期望不断提升，对大片区域进行广覆盖已经远远无法满足要求。用户希望他们的移动终端在任何地方都可以使用。因此，3G无线网络在建设初期就对覆盖目标提出了很高的要求。

由于WCDMA是工作在2G赫兹，根据无线传播模型，在一定的范围内，频率越高，损耗越大，3G频段的覆盖能力显著低于2G频段。而且3G系统提供不同速率的多业务，如AMR12.2K的语音业务、CS64k的可视电话业务、不同速率的PS384k业务，不同速率的业务有不同的接收灵敏度、不同的BLER要求和不同的功率要求，因而覆盖范围也不同。2G系统的干扰主要来自于相邻小区的邻频或同频干扰，可以通过频率规划来有效地避免，并且容量与覆盖无关。而3G则是个自干扰系统，干扰主要来自于系统内的用户，且容量与覆盖直接相关（小区的呼吸效应），这也是WCDMA的一个主要特性。

WCDMA无线建网关键问题是覆盖，不同场景覆盖特点需求不同，在考虑深层次覆盖解决方案时，比GSM更需要平衡覆盖、容量、质量之间的固有矛盾，除了考虑WCDMA本身的技术特点外，还需要考虑建网的投资成本、工程实施难易、实施周期长短等因素。比如随着人们生活水平的不断提高，人们对健康和环保越来越关注，这客观上使得无线蜂窝网络的运营商寻找合适的蜂窝站址变得越来越困难；长馈线的损耗带来的影响不仅仅是覆盖方面的影响，最重要的是WCDMA本身容量的影响。

本文首先介绍各种场景覆盖难点及存在问题，包括密集城区、普通城区、室内、郊区等典型场景，并针对典型场景点与面的覆盖，提出合理的覆盖方案。

2  深度覆盖方案探讨

深度覆盖是针对当前传统覆盖方法无法解决网络覆盖需求情况下所提出的，其实质是特殊场合的点或面的覆盖，一方面可以解决特殊场合深度覆盖问题，另一方面可以充分吸收这类区域的话务，缓解网络容量压力。由于3G与2G的不同特征，在解决深度覆盖的方案上也不完全相同。首先介绍不同场景覆盖存在的问题和难点。结合江苏3G测试网现网覆盖情况，针对不同场景提出合理的深度覆盖方案。如表1


表1   针对不同场景的深度覆盖方案

通过上述特殊场合点与面的覆盖讨论，结合GSM网络覆盖的经验，深层次覆盖一般采用宏站+微蜂窝（分布系统）+分层设计+直放站延伸覆盖，而WCDMA中除了利用GSM中的方法外，更多的采用RRU或无需机房的大功率微蜂窝来弥补覆盖空洞或覆盖盲区。

3 深度覆盖实施案例

3.1密集建筑物居民区和高架测试场景

对于密集居民区及高架覆盖，在采用各种优化手段难以解决的情况下，通过增加RRU解决覆盖空洞或覆盖较差的区域，将MU放在机房，3个RRU分别装在不同测试场景（如爱立信RBS3412设备最多可以1×6RRU或2×3RRU）。

通过爱立信RRU射频拉远设备的覆盖，三个区域都起到了较好的效果，御花园和高架桥完全解决了先前覆盖差的问题，馨泰花园由于楼层密集和WCDMA先天的穿透能力弱的特点，起初效果不佳，经过精细的调整天线工程参数后，效果有大幅度提升，图1是覆盖前后测试结果对比（馨泰小区加载50％的Packet CS64kb/s视频业务覆盖前后测试结果为例，说明测试效果）：


  
图1 RRU覆盖前后RSCP、Ec/No分布图

从RRU覆盖后，下行50％加载时CS64k视频RSCP平均增加15dB左右，Ec/No增加4dB左右。
3.2 大型体育场馆深度覆盖案例

大型的体育馆，一般使用有源系统进行室内覆盖以增强信号强度。 本案例中使用3个3G基站，并使用8个光纤直放站来增强信号强度。通过对奥体中心体育馆覆盖较差的区域增加天线或增大天线输出口功率等措施使得整个体育场所有覆盖区域均有明显改善。

但在测试统计中发现呼叫接通率不高，只有67%，于是我们针对呼叫接通率进行优化。使用Agilent E6474A收集Uu口相关数据、Agilent J6800收集Iub口信令以及RTT采集相关数据。通过对所有测试数据的详细分析，发现覆盖主体育场II区的NodeB（奥体1）上行存在严重干扰，平均上行RSSI达到-99dBm。如图2所示：


图2 Node B奥体1基站上行接收干扰

手机侧通过Uu口信令可以看到，手机在上发RRC Connection Request后被系统拒绝下行收到RRC Connection Reject，拒绝原因为congestion：拥塞。同时Iub口公共测量报告中存在上行接收干扰。

通过全频段扫描排除系统外部干扰，又通过关闭所有NodeB所带直放站测试基站上行接收干扰水平，系统上行干扰消失。所以，造成奥体中心主体育场II区呼叫失败率高的原因是由于光纤直放站引起的上行干扰导致系统拥塞。

减小上行干扰的主要措施是降低直放站的增益值，调整直放站增益使其对施主基站的热噪声引入在0.3dB以下，直放站就不会对施主基站产生较大影响。通过调整主体育场II区光纤直放站增益：上行衰减-15dB 下行衰减-12dB。调整后，系统上行干扰程度有所改善，但是手机呼叫成功率仍然很低，并且手机接入网络时间过长有时甚至达到几十秒，所以问题并没有得到解决，接入时延过长问题又产生了。

通过现象以及大量数据分析出，调整上行增益后手机呼叫成功率低并且接入网络时间长是由于增加上行衰减后，导致上下行链路不平衡所造成。

通过对体育场II区的直放站远端上下行增益做了再次调整：上行衰减-16dB 下行衰减-16dB。直放站上下行链路达到平衡，上行平均接收干扰为-101.8dBm，干扰水平略有上升。呼叫成功率有了一定程度的提高，手机呼叫拨打测试中，手机接入成功率有所改善，呼叫成功率达到84.76%，比调整前提高了23.36%，但在测试过程中仍然存在呼叫失败，并且呼叫失败的原因都为系统拥塞。

在经过前2次的直放站上下行增益调整后，直放站上下行链路达到平衡，呼叫成功率有了一定程度的提高，但是系统上行干扰仍然存在，这是由于光纤直放站在放大有用的信号同时，必然也会引入一定的噪声，作为一个有源设备，光纤直放站会发射噪声信号，相当于一个带内干扰源，系统总是希望光纤直放站的噪声系数越小越好，但这在实际上是不可能的。

为了彻底的解决由于直放站对系统的上行干扰而引起的系统上行干扰受限，系统侧将接纳控制中Epsilon参数（阿尔卡特设备参数，其它厂家也有类似参数）做了以下调整：epsilon由0.9调整为2。这里接纳控制（RAC）的目的就是在保证现有链接的质量前提下，考虑是否将接纳新的电话。调整后，手机呼叫拨打测试中，手机接入成功率达到100%，经过反复测试验证主体育场II区由于上行干扰引起系统拥塞而造成呼叫失败现象完全得到解决。如图3所示：


图3  优化后上行干扰情况

本次奥体中心主体育场II区出现的呼叫失败率高的现象是由于系统引入光纤直放站后，引起系统上行干扰，导致系统上行受限产生拥塞。通过对干扰的准确定位以及直放站的参数优化，使直放站上下行链路达到平衡，并且调整系统接纳控制参数使系统在存在上行干扰的情况下，仍然能够允许接纳新的用户。从而完全有效的解决了此次呼叫失败率高的问题。同时也反映了以后在使用直放站扩展覆盖时要谨慎，注意参数优化。

4  WCDMA网络中深度覆盖的主要技术对比分析

在3G中比较典型的有主远端结构基站的RRU、大功率的微蜂窝以及灵活多配置扇区化全向站。它们的灵活性方便了深度覆盖区域的覆盖效果。如爱立信RBS3412可同时携带6个RRU远端, 诺基亚的MetroSIte50/FlexiSite微蜂窝，华为的BBU3836+RRU3801C，最多可提供4级RRU级联，级连后的最远距离可以达到100KM。

4.1 OTSR（OmniTransmissionSectorizedReceive）技术

OTSR是一种全向发射、定向接收的方式（诺基亚称为ROC），在上行方向上，由于采用定向天线，具有更高的天线增益，因而可以增加覆盖；在下行方向上，虽然功放输出一分为三带来衰减，但在初期容量较小的情况下，下行发射功率不会成为限制因素。而且，由于发射天线较高的定向增益与全向小区配置相比实际的有效发射功率还有所增加。适合容量要求不高的区域。

4.2 RRU（Remote Radio Unit）技术

远端射频单元是一种新型的分布式网络覆盖模式，基站的基带部分放置在可获得的中心机房中集中处理，通过光纤将基站中的射频模块拉到远端，分置于网络规划所确定的站点上，从而节省了常规解决方案所需要的大量机房，解决宏蜂窝站址难选的问题；同时RRU可与天线安装在一起，减少长距离的馈电线损耗，提高EIRP（即增益）；提高服务覆盖范围性能，在服务性能范围不变的前提下，提高小区容量。

4.3 直放站技术

直放站系统将很弱的接收信号线性放大，可以扩大信号的覆盖区域，改善通信质量，解决延伸和覆盖问题的；同时还可对不同基站的话务量进行有效的调配。应用直放站的优点是见效快、周期短、安装方便、不容易造成资源浪费。但容易形成自激，对源基站和周围基站有一定的负面影响，所以WCDMA中直放站的使用，应当具备网管监控和自激保护的功能。从GSM网络的使用经验来看，直放站主要用于边际网的建设当中,应当有限制的使用。

4.4大功率的微蜂窝

大功率的微蜂窝不仅具有宏蜂窝相当的覆盖能力和容量，而且具有其特有的体积小、灵活配置、适用各种站址条件的优点。如诺基亚的Metrosite50 基站能够适用于风景区，公路，水域，居民区纵深覆盖，室内覆盖等各种区域的广泛覆盖。M50是诺基亚公司为适应中国市场而开发的新型WCDMA基站。目前市场上发射功率最大，体积最小，支持多种灵活配置的全天候基站。

4.5 使用比较分析 　

（1）增加容量，扩大覆盖，降低干扰

从覆盖上看，由于OTSR采用定向天线，因此比全向天线覆盖距离更远。从容量上看，由于OTSR下行方向采用全向发射，只有一个小区，因此容量与全向基站相当。

直放站只是主基站覆盖的延伸，本身不提供额外的容量；直放站采用同频转发，互调、空间干扰严重，降低了施主基站的容量，同时带来掉话率高、话音质量差、切换成功率低等弊端。

RRU本身就是一个基站，与主单元连续覆盖时的更软切换关系，由于增益的提高，减少了干扰，增加了容量，扩大了覆盖面积。

微蜂窝本身也是基站，由于其体积小、功率大、能够灵活配置，既增加覆盖又增加容量。

（2）易于管理和维护

直放站需建立一套独立的维护系统，电源、环境以及设备告警信息无统一标准，无法与网上其他基站统一网管。直放站必须经常上站维护，导致后期维护工作量大。

RRU作为软基站的子站为逻辑基站，可与主单元统一维护，维护及环境监控信息通过主单元Iub接口上报网管中心。可免维护，掉电后自动重启。

（3）选址容易

为了避免干扰主基站，对直放站站址选择要求很高，选站困难，往往成为整个工程建设的瓶颈。

RRU、微蜂窝由于其体积小，重量轻，采用220V市电供电，可以应用于机房条件不理想或者机房匮乏的情况，使选址相对容易。

（4）支持精确定位

由于直放站扩大的是主基站的覆盖范围，位置查询所获得的信息为主基站的经纬度，无法精确定位。

RRU子站的逻辑基站特性，位置查询所获得的信息为RRU的经纬度，因而支持精确定位。

（5）节省投资

直放站的投资并没有增加容量，平均每用户而言，增加了投资成本。RRU基站软切换的特性增加了系统容量，平均每用户而言，减少了投资。同时由于RRU之间以及RRU与MU之间共享基带处理资源池以及主控时钟单元，从而可以以更少的基带处理资源实现对相邻地区的覆盖，因而比直接新建基站投资更省，节省常规建网方式中需要的大量机房，节约基带单元的投资 。

RRU应用前提是需要有光纤进行传输。但在价格方面，RRU比直放站要贵1/3左右。

灵活配置的无需机房的大功率微蜂窝同样适用于不同场合，但在价格上要高于RRU。

（6）更高的资源利用率

由于在主单元基带处理资源在RRU间动态共享，因而极大提高了资源利用率，变相降低了每个用户的设备成本。

（7）兼容性

对于光纤直放站，光纤中传输的是模拟信号，而RRU与宏基站之间采用数字信号传输。从设备的兼容性来看，RRU一定是和宏基站配套的，厂家关于RRU和宏基站的接口都是保密的；直放站则不存在这个问题，可以和任何厂家的基站设备兼容。

5  结论

对ＧＳＭ来说，解决一个区域的覆盖，更多的是考虑如何增加该区域的覆盖，不用考虑容量对覆盖的影响，更谈不上考虑上／下行负荷的不对称。对ＷＣＤＭＡ来说，则不然，针对不同的覆盖场景有不同的覆盖解决思路。

对GSM来说，更多的是考虑需要覆盖区域的电平改善，比较少注意对周边区域的影响。只要频点“干净”能达到载干比的要求，那么网络质量的影响是相对较小的。对WCDMA网络而言，由于其无线宽频特性和自干扰系统特性，在进行网络规划中最需要控制的就是所谓的“小I” ，在解决覆盖的同时，要充分考虑对周边站的影响。

通过对一些特殊场合覆盖存在的问题及各种技术应用的比较，总结出在 WCDMA系统中，解决深度覆盖的方案是通过合理规划、采用各种网络优化手段达到广度覆盖，并采用RRU或大功率微蜂窝新技术，并灵活配置。如图4所示。


图4   WCDMA系统中解决深度覆盖的方案

[ 本帖最后由 tomtuo 于 2010-11-30 09:33 编辑 ]