双载频在WCDMA网中的应用.doc

双载频在 WCDM A 网中的应用The Application of Multi-Carrier in WCDMA Network王振华，黄琪飞（中国联通杭州分公司，浙江 杭州 310003）WANG Zhen-hua，HUANG Qi-fei（China Unicom Hangzhou Branch，Hangzhou 310003，China）摘 要：关键词：在 3G 网络部署和扩容过程中，经常使用多载波基站。基于基站的资源架构和多载波基站，可以快速实现 3G 网络的平滑扩容。因此，多载波基站成为 3G 移动通信网络扩 容的主要实现方式之一。本文介绍了 WCDMA 中双（多）载频技术在一些场合中的应 用和组网策略。WCDMA；双载频；HSPA中图分类号：TN929.5文献标识码：A文章编号：1007- 3043（2010）05- 0061- 04Abstract：During the de ploym e nt and e xpans ion of 3G ne tw ork，m ulti- carrie r BTS is us e d fre que ntly. Multi- carrie r BTS can quickly e xpand the capacity of 3G ne tw orks s m oothly. Multi- carrie r te chnology be com e s one of the m ajor m e thods on 3G m obile com m unica- tion ne tw ork capacity e xpans ion. The application of m ulti- carrie r te chnology in WCDMA ne tw ork and the ne tw orking are de - s cribe d.Keywords：WCDMA；Dual- carrie r；HSPA增长和业务需要， 灵活地进行部分人口集中地区的网络扩容，例如写字楼和商场等。0 前言随着 3G 网络的发展，运营商将更注重 3G 网络部 署和扩容建设的合理性和经济性、网络维护的连续性。3G 多载波基站满足了 3G 网络平滑扩容的需要，能灵 活地配置网络，成为 3G 网络扩容的主要方式之一。 随 着 3G 增值业务的发展，高速数据业务成为 3G 和下一 代网络的典型代表，而多载波传输技术成为人们近期 关注的焦点。 多载波传输技术与其他技术相配合，将 极大地推动下一代网络和高速数据业务的发展。利用多载波基站方式实现网络平滑扩容，可不改 变网络覆盖而增加网络容量，降低网络投资和运维成 本，同时，也比较适用于城市密集地区，可以根据用户收稿日期：2010-02-241 双载频组网方式1.1 点方式全部区域都存在第一载频， 只在话务密度较高的 基站增加第二载频，不是成片区域同时加载频，没有过 渡小区（见图 1）。 由于异频间只能发生健壮性较低的 硬切换，且要启动压缩模式，会对网络造成冲击，故不 建议此种组网方式。1.2 面方式不但在话务量高的地区增加第二载频， 而且设置 过渡小区，一般对成片的基站加载频（见图 2）。 这时的 网络规模已经较大，故采用双载波。这是网络达到一定 规模时常见的一种情况。相对于点方式，面方式可以获此种策略主要应用于早期的 WCDMA 网络。 由于此种组网方式不能满足用户对高速数据业务的需求，目前运营商很少会选用此种组网策略。2.2 R99/HSPA 混合载频组网R99 和 HSPA 业务混合承载在 2 个载频上。由于同一个载频上的 HSPA 业务会影响到 R99 的覆盖，目前启用双载频的运营商很少会选用此种组网策略。2.3 R99/HSPA 独立载频组网F1 上仅承载 R99 业务，F2 上仅承载 HSPA 业务。 由此还衍生出另外一种策略 ，F1 上优先承载 R99 业 务，F2 上优先承载 HSPA 业务，当 F1 小区上的 R99 负 荷过重，RNC 会把一部分 R99 业务 LDR 至 F2 小区。3 双载频下的 UE 行为在双载频网络中，空闲态的 UE 有 2 种驻留策略。a） 驻留在不同的载频上。 在此种情况下，因 RAN不知道 UE 所驻留的载频，当网络寻呼 UE 时，需要在2 个载频上同时下发 paging。b） 所有的 UE 均驻留在 F1 上，RAN 寻呼 UE 时 只需在 F1 小区上下发 paging。目前常规的做法是禁止 UE 驻留 F2 小区，所有的 UE 均守候在 F1 小区下，监听 F1 小区的寻呼信道。 当 UE 被激活时，UE 在 F1 小区上报 RRC 建立请求消息（RRC connect request），RNC 收到请求消息后在 F1 小 区下发 RRC 建立消息（RRC connect setup）。 根据不同 的 RRC 建立请求原因值，RNC 给 UE 分配不同载频， 如： 对于普通的 AMR12.2k 主被叫语音业务，RNC 分 配给 UE F1 的小区资源， 对于 HSPA 业务，RNC 分配 给 UE F2 小区资源。 这些信息均包含在 RRC connect setup 消息里。 UE 收到 RRC connect setup 消息后，在 RNC 所分配的频点上上报 RRC 建立完成 （RRC con- nect complete），随后在对应的频点上建立 RAB。 对于 处于 DCH 状态的 UE，当前小区与相邻小区有相同的 载频，则 UE 可以切换到相邻小区的相同载频。 基站尽 量保证 UE 进行同频切换，而不是异频切换，以避免启 动压模测量异频。 同频切换可以发生在第一载频或第 二载频上，两者的切换过程完全相同。图 1点方式图 2得更高的网络稳定性。2 双载频组网策略面方式出于以下原因网络运营商会从单载频升级为双载频。a） 随着 WCDMA 用户的增多，现有网络无法承担其业务量，出现网络拥塞。b） 由于数据业务与语音业务资源共享，不可避免 地出现资源竞争 ， 特别是 HSPA 业务会明显 影 响 到 R99 的覆盖质量。c） 分层小区结构（HCS）网络分层需要启用额外的4 双载频用于空口的扩容在 WCDMA 系统中，网络扩容一般可以采取小区F1F1F1F1F1F1F1F1F1/F2F1F1/F2F1F1F1/F2F1/F2F1F1F1/F2F1/F2F1F1/F2F1/F2F1F1F1/F2F1F1F1F1/F2F1F1F1F1F1F1F1F1F1F1F1F1F1F1F1F1/F2F1F1F1F1F1/F2F1F1F1F1F1/F2F1F1/F2F1F1F1F1/F2F1F1F1F1F1F1F1F1F1F1F1扩展为双载波，其前提是运营商拥有多个载波，此方案具有如下优势。a） 扩容成本最低，不必新建基站，避免了站址协 调的困难，无需额外增加硬件。 目前，很多厂家 Node B 中的射频单元就已经能够支持双载波，只要在原 Node B 中根据容量需求增加基带信道单元模块和收发调制 模块，而基带信道单元模块可以在多个载波间共享，提 高了使用效率，降低了每载波所需的信道单元数。b） 扩容效果明显，在基站功率储备足够大的情况 下，无线容量随着基站载波数的增加成倍增长，引入双 载波业务分配（MCTA） 功能后， 整个系统的无线容量 还能获得额外的复用增益。c） 扩容工程量最小，对原有的基站布局和天馈线 系统（包括天线角度、高度等）几乎不必进行调整，保持 原有的网络结构也有助于保证正在运营的网络性能的 稳定，大大减少了优化的工作量。d） 载波间的切换问题更容易解决，双载波仍然沿 用原有的天线系统配置。 如果射频功放功率在双载波 间平均分配， 则各载波的覆盖范围间具有很强的关联 性。 进行载波间硬切换时，由于目标小区比较明确，几 乎可以不进行异频测量就能顺利实现硬切换， 从而避移动的覆盖，如高速公路、高速铁路、地铁。在常规小区覆盖下，由于高速列车的高速运动，大量乘客的 UE 在 短时间内发生频繁切换、位置更新和小区重选，给网络 造成很大的冲击。 UE 在一定的时间内（如 120 s）上报 的 1D 事件次数大于一个门限（如 10 次），RNC 认为这 是一个高速移动的 UE， 下发物理信道重配置消息让 UE 切换到覆盖更广的高层 F2 小区上去， 从而使 UE 免于频繁切换、位置更新和小区重选（见图 3）。图 3 HCS 基于速度的切换示意图由于频间切换一般需要启动压缩模式， 压缩模式 的启动会增加系统的负荷，降低系统的容量，所以尽可 能地少打开或不打开频间测量对系统是有好处的。 低 层的 F1 小区配置相应的 F2 小区为盲切换邻区 ，UE 就可以在不启动压缩模式的情况下直接发生切换，从 而降低对网络的冲击。6 双载频与 HSPA双载频与 HSPA 有着密切的联系。 WCDMA 网络 发展初期， HSPA 用户不多， 此时出于投资的考虑，一 些运营商会只启用 1 个 载 频 ， 此 时 可 以 采 用 R99/ HSPA 混合载频组网的策略。 在网络负载较轻的情况 下，混合组网可以获得更高的频谱利用率。根据后面的 仿真结果， 如果小区的 R99 下行负载不超过 50%，只 需使用 1 个载频，对于类别 12 和 6 终端可以获得的小免了启动压缩模式带来的负面影响，硬切换成功率。5 双载频用于 HCS 分层结构同时具有很高的HCS 描述了这样一种无线系统，其中至少有 2 种不同的小区类型 （如宏小区和微小区） 相互叠加而工 作。宏小区主要保证连续覆盖，微小区主要用于吸纳业 务量。低移动性和高容量终端尽量使用微小区，而高移 动性和低容量终端尽量使用宏小区工作。这样，不仅可 以降低不必要的切换， 而且可以提高频谱效率和系统 的容量。区平均 HSDPA 数据吞吐量达到 1.41.8 Mbit/s（见图分层小区结构设计通常有 2 种方法：一种方法是4），对于类别 7 终端可达到 34.5 Mbit/s（见图 5）。混合组网方案有以下缺点。a） R99 负载较重时 （大于 50%），HSDPA 业务的 用户体验比较差，可获得的数据速率比较低。b） 由于信道码资源的限制，支持大码道数的终端（支持 10、15 个码字的终端）使用混合组网方式不能充不同层工作在相同的频段， 不同层用户可以通过切换和发射不同信号要求来区分。 另一种方法是不同层工 作在不同的频段，不同层用户可以通过频域来区分。WCDMA 系统是一个自干扰系统，如果不同层采用相同的频段， 则在已有干扰基础上又增加了层间同F2F1F1 F1F1F1F1F1UE 移动方向501 400308001020075%50%40%30%图 4混合组网 Category 6 UE 仿真结果（支持 5 个码道）图 6 独立组网的仿真结果c） 在 HSPA 小区和 R99 小区交界区的 HSPA 业务切换成功率比混合组网低。目前常用的组网策略是：双载波覆盖区域内 F1 小，区承载 R99，F2 小区采用 HSPAR99 混合组网，资源分配时 HSPA 业务优先；单载波覆盖区域内，F1 小区采用 HSPAR99 混合组网。 在功率分配上，完全采用动态功 率分配，在码资源分配上，采用动态码资源分配策略。通过调整异频重选偏移 CIO 等方式使空闲状态UE 驻留在 F1，F2 小区禁止 idle 状态的 UE 驻留。 增加201 5002 个网络层次索引 SPG1/SPG2，分别设置为优先承载图 5混合组网 Category 7 UE 仿真结果（支持 10 个码道）R99 和 HSPA，分别设置 F1 和 F2 的 SPG 属性为 SPG1和 SPG2。 打开 HSDPA 和 DCH 的业务分层开关，关闭 R99 和组合业务的 DRD 开关， 打开 LDR 开关进行负 载重整。分发挥这些终端的能力。如果载波中有大流量的 HSDPA 用户， 相当于载 频下行加载 90，载波中有大流量的 HSUPA 用户，相 当于载频上行加载 75。 这样，上下行覆盖都有明显 的收缩。 随着 3G 数据业务用户逐步增多，部分区域需 开通第 2 载波来承担 HSPA 业务，以减小对 R99 业务 的干扰，确保 R99 业务的覆盖。独立组网方案有以下优点。a） HSPA 业务和 R99 业务分别承载在不 同 的 载 波上，互不影响，各自能达到自身的最大容量。b） 支持大码道数的终端（类型 7、8、10 的终端）使7 结束语本文列举了一些 WCDMA 中双载频的应用，对双 载频组网策略及其应用场景、 适用范围等内容进行了 分析，这对实际工作中双载频的规划、应用以及后期的 运行维护都有一定的参考价值。参考文献：用独立组网可以支持更高的数据吞吐量。根据图 6 所1 莱奥. UMTS 无线网络规划与优化 M. 北京 ： 电子工业出版社 ，2008.2 ZTE. WCDMA 分层小区结构组网和切换策略.示的仿真结果，采用类别 7 和类别 12 终端，小区可支持的 HSDPA 平均吞吐量分别为 5 和 10 Mbit/s，效率达到每载频 10 Mbit/s。独立组网方案有以下缺点是。频谱作者简介：王振华，工程师，硕士，主要从事移动 通信系统的网络规划与优化管理工 作；黄琪飞，工程师，学士，主要从事 WCDMA 系统的网络优化工作。a） 至少需要 2 个载波才能实现对 R99/R4 业务和HSDPA 业务的支持。 在网络发展初期，负荷一般比较低，在这样的情况下增加 HSDPA 专用载波会使系统用户数用户数吞吐量（kbit/s）吞吐量（kbit/s）吞吐量（kbit/s）605 0004 500504 000403 5003 000302 5002 000101 0005000075%50%40%30%R99 DL load语音用户数HSDPA 吞吐量601 8001 600401 2001 0002060040000R99 DL load语音用户数HSDPA 吞吐量12 00010 0008 0006 0004 0002 0000C12C6C7C10终端类型