中兴WCDMA基站增强覆盖技术介绍

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中兴WCDMA基站增强覆盖技术介绍
Introduction to Enhanced Coverage Technologies of ZTE WCDMA Base Station
欧阳明光 钮振德



　　WCDMA软容量是指在一定程度上，网络的覆盖范围和系统容量可以互换。由于3G市场的成功依赖于良好的网络覆盖，因而增强覆盖技术便成为各大运营商关注的焦点。中兴通讯凭借其强大的研发力量，在其系列化的Node B中，对于覆盖技术的研究取得了极大突破：4天线接收技术、OSTR技术、RRU技术、发射分集以及高灵敏度接收机技术。这些覆盖增强技术的突破，不仅是对运营商投入资金的无形升值，也是对3G最终用户一个服务质量的承诺。
　　一 4天线接收技术
　　WCDMA是一个自干扰系统，系统的有用信号几乎湮没在各种干扰噪声中，因而需要一种有效的方法来进行提取。4天线接收是分集技术的一种，利用它可以增加Rake接收机中接收Finger的数量，从而极大提高系统接收的灵敏度，并降低系统对Eb/N0的发射要求。实验表明通过4天线接收分集，相对于普通接收分集而言，可以使系统的上行接收灵敏度提高2～3dB左右，达到-130dBm，（而协议的要求仅为-125dBm）。由于目前用户终端一般不支持多天线接收，因而4天线接收主要用于上行链路接收当中。
　　理论上，2dB的覆盖增益可以换取容量上升20%～30%，这对于网络建设初期具有非凡的意义，因为在该阶段，目标客户主要是城市里高收入阶层和潮流青年一族，由于价格等因素的制约，这个群体的人数不会太多，而且他们的活动范围相对集中。移动运营商在这个阶段的主要任务就是面向这部分“小集中”（城市中心地带）而“大分散”（相对未来的WCDMA全网）的高端客户，建设由一个个孤岛式覆盖的基站连接起来的网络，为他们提供基本满意的服务，同时进行资金和技术经验的积累，为后期网络建设奠定基础。同时考虑到建网初期用户数量和话务密度都不大，运营商的经营策略是以有限的资金覆盖尽可能多的用户，吸引用户使用和加入WCDMA网络。因此，这一阶段的覆盖策略应是“低话务、大覆盖”，4天线技术则可以很好地满足这一要求。
　　二 OTSR技术
　　OTSR（Omni Transmission Sectorized Receive），其全称为全向发射扇区接收技术，它是网络建设初期一种降低投资成本的有效方式，尤其适合郊区、农村等话务量稀疏类地区，网络建设初期，这些地区话务稀少，要求覆盖面积却又相对广阔。因而运营商希望用最少的成本来满足这类地区的组网要求，以挖掘将来网络成熟时期的潜在客户。对此需求，中兴通讯研发的OTSR技术应运而生。
　　在采用OTSR技术的Node B中，下行发射端采用1/3功分器进行全向发射，逻辑上整个Node B相当于一个小区，外部形态保持3扇区的功能，然而其功率放大器、基带处理板资源却能够降至普通发射模式的1/3。为了保证网络的有效覆盖，上行接收时则采用3个扇区分别接收，然后在基带处理板中予以合并。该实现模式可以带来高达6dB的接收增益，从而有效增加了上行覆盖的面积。
　　总体而言，OTSR对下行链路节省网络建设成本，在上行链路却有效增加了网络的覆盖。
　　三 RRU技术
　　远端射频单元RRU（Remote Radio Unit）是一种新型的分布式网络覆盖模式，它将大容量宏蜂窝基站集中放置在可获得的中心机房中，基带部分集中处理，采用光纤将Node B中的射频模块拉到远端射频单元，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；同时通过采用大容量宏基站支持大量的光纤拉远，可实现容量与覆盖之间的转化。我们知道，WCDMA 的容量巨大，一个1C3S的基站在50% 负载情况下可以支持6000 以上的用户，在密集城区环境支持的用户密度可达1.4 万用户/平方公里以上。而一个2C3S的基站可支持2.8 万用户/平方公里。在网络发展初期，这样的容量与实际网络的覆盖需求并不平衡。通过分布式覆盖技术，将集中置于中心机房的宏基站的丰富容量通过RRU 拉到周围的区域，扩展了覆盖，从而实现了建网初期容量与覆盖的平衡。随着网络的发展，用户数逐渐增加，网络容量需求变大，初期通过分布式覆盖技术建立起来的容量与覆盖之间的平衡可能被破坏，因此需要对网络的结构进行调整，以恢复网络容量与覆盖之间的平衡。考虑到对已有用户的质量保证，调整过程应该平滑进行。分布式覆盖技术支持平滑扩容，当用户增加产生新的容量需求时，分布式覆盖技术通过“扩容不加站”实现对网络的平滑调整。通过在中心机房中对原有宏基站进行并柜和增加基站的处理，直接将需要扩容的地方由原有的1C3S网络升级成2C3S网络，实现容量的平滑扩展。此外由于运营商现有机房大多处于底楼，距离天面比较远，馈缆损耗很大且布线困难，通过光纤将射频单元拉远到天线端（RRU），将大幅度减少馈缆损耗，使得在同样条件下天线口的输出功率提高2～3dB（100米馈缆可减少6dB损耗），从而覆盖半径增大14%～18%，覆盖能力提高30%～39%。远端射频单元远离机房也带来了灵活的组网方式。
　　在RRU的基础上，中兴通讯针对WCDMA网络提出了一种崭新的建网模式：“运维工厂”，其核心思想是将基带处理部分与射频模块分离，以“基带池”来集中完成基带数据的处理，而将射频部分拉到远端模块RRU，从而构成一个分布式覆盖的网络。研究表明，同等规模的网络建设，采用“运维工厂”建网方式可以节约25％的初期投资成本；网络运行初期可节省30%的运营成本。
　　四 发射分集
　　分集技术是利用自然界无线传播环境中独立的多径信号来实现，由于它们同时出现深衰落的可能性很小，故可以在多个信号中选择两个或更多的信号进行合并，这样可提高接收端的瞬时信噪比和平均信噪比。分集有两重含义：一是分散技术，即如何得到多个携带同一信息的、统计独立的衰落信号。分散的方法有空间、极化、角度、频率和时间等。二是合并技术，即如何把收到的多个统计独立的衰落信号进行适当的合并，从而降低衰落的影响，改善系统性能。分集广义上分为宏分集和微分集。宏分集一般用于合并两个或多个长时限对数正态信号，是基站级的分集；而微分集是用于合并两个或多个短时限瑞利信号，它是同一基站上的接收信号分集。中兴Node B系列化基站中支持的分集技术包括时间分集、频率分集和天线(空间)分集。
　　中兴通讯Node B设计的发射分集技术可极大提高用户终端的接收性能，从而增加了系统的有效覆盖范围，实际测试表明，采用发射分集技术的Node B，其有效覆盖面积可提高2dB左右。而在理论上，如果有效覆盖改善6dB，系统的覆盖面积将增加1倍！
　　五 高灵敏度接收机
　　接收机的灵敏度直接影响着Node B的覆盖范围，从而也决定了系统的用户容量。在3GPP协议中，接收机灵敏度的参考取值为-121dBm，而中兴通讯系列化Node B中由于采用先进的基带处理算法及射频技术，其接收灵敏度可高达-125dBm。
　　这些覆盖增强技术对基带处理、射频部分以及无线传播的性能进行了全面的提升，有效利用这些技术，可以改善网络覆盖6～12dB，从而使小区的覆盖面积增加1倍。在此基础上实现的中兴系列化Node B具有更为卓越的性能以及更为强大的覆盖能力