WCDMA网络增强覆盖策略研究

 摘要　在3G网络建设初期，覆盖是运营商首要关注的问题，合理利用覆盖技术将大量节约建设成本。本文从增加信道功率、改变系统参数和改变天线的配置等方面提出了增强覆盖的方法，旨在为WCDMA无线网络建设提供借鉴。

1、引言

　　在设计WCDMA网络时，必须首先确定基站的覆盖范围。基站的覆盖范围直接决定着网络的投资，从而影响到整个网络的规划。因此有必要研究WCDMA如何以较小的代价提高基站的覆盖。

　　本文提出了增强基站覆盖的几种方案，它们不仅易于操作而且性能较好，可以作为WCDMA系统建设推广和运营时通信运营工程师的参考。

2、增强覆盖的方法

　　增强覆盖的主要方法包括：（1）增加公共导频信道（CPICH）的功率；（2）增加专用信道（DCH）的功率；（3）改变其他系统参数，如切换参数和误块率门限；（4）改变天线的设置。

　　2.1　增加公共导频信道（CPICH）的功率

　　增加公共导频信道的功率可以提高WCDMA系统下行链路的覆盖，具体可以采用以下两种办法。

　　2.1.1　增加所有公共信道的功率

　　将公共信道的功率与公共导频信道的功率相关联；通过增加公共导频信道的功率，相应改变所有公共信道的功率。这种方法的优点是易于实施，只需要调整一个参数即主导频率发射功率，其他功率都以主导频功率为参考，相应增加。

　　2.1.2　只增加公共导频信道的功率

　　当增加公共导频信道功率时，并不改变其他公共信道的功率值。即其他公共信道的下列值保持不变：

　　（1）BCH的发射功率；
　　（2）P-SCH的发射功率；
　　（3）S-SCH的发射功率；
　　（4）当FACH承载BCCH，CCCH及DCCH时其最大的发射功率；
　　（5）当FACH承载DTCH时其最大的发射功率；
　　（6）CCPCH的发射功率；
　　（7）CPICH的发射功率。

　　这种方法的优点是留给业务信道更多的功率。

　　这里需要说明的是，公共导频信道的覆盖增益并不一定和功率的增加完全匹配；因为公共导频信道功率的增加，会导致下行链路的噪声也随之增加，噪声增加量的多少取决于公共信道的配置和系统负荷。在一个干扰有限的区域，当只有公共导频信道的功率增加时，覆盖会随着公共导频信道功率增加而增强。

　　公共导频信道功率的下行链路噪声及覆盖增益随公共导频信道功率的变换关系如图1所示。其中，无线基站RBS的机顶输出功率大约为17W，并假设系统无负荷。 

图1　下行链路噪声及覆盖增益随参数主导频率发射功率的变换关系图

　　从图1可以看出，下行链路的噪声随着公共导频信道功率的增强而增加。如当公共导频信道功率从30.3dBm增加到34dBm时，噪声从0.7dB增加到了1.1dB；覆盖增强了3.3dB即：3.7-（1.1-0.7）=3.3dB

　　从图1还可以看出，公共导频信道功率的增加会引起系统容量的减少。如当公共导频信道功率从30.3dBm增加到34dBm时，在其他公共信道的功率值保持不变的情况下，预留给业务信道的功率从84%减小到76%。

　　2.2　增加专用信道功率

　　增加专用信道功率（DCH）也可以增强下行链路覆盖。

　　每个无线承载链路都需要指定下行链路的最大功率值，可以通过下面的方法来配置这个参数，使所有的无线承载在小区边界达到相同的覆盖。一个理想的输出功率可以通过载干比门限计算出来。

　　结合公共导频信道和专用信道的理想输出功率表达式，得到下面的关系式
　　　　（1）

　　其中：γDCH是专用信道的门限，γCPICH是公共导频信道的门限，为-16dB

　　对不同的无线承载，通过式（1）可以得出与公共导频信道功率对应的专用信道的功率参考值，如表1所示。为了便于比较，也给出了专用信道功率的默认配置。这些值没有包括软切换增益。

表1　门限和DCH功率示例 

　　对一个全负荷系统，当前的默认配置无法使所有无线承载在小区边界都有覆盖。以PS384k为例，为了使这个无线承载在小区边界获得覆盖，和公共导频信道相关的默认配置应该是+12.4dB。但这种配置需要消耗很大的能量。在一个无承载的系统中，如果能量消耗比较合理，这个默认功率配置可以给出满意的覆盖。

　　为了适应不同的覆盖配置，对于不同的无线承载，每个无线链路的最大下行功率可以变化。为了使信道交换比较适当，建议PS384k的最大单业务承载功率配置超过PS128k的，PS128k的最大单业务承载功率配置超过PS64k的。

　　如果每个无线链路的功率配置过高，即使一个小区的用户数量很少，也有引起拥塞的危险。建议专用信道单业务最大承载的功率少于或等于无线基站（RBS）最大输出功率的20%；在无负荷系统中可以增加到30%～40%。

　　2.3　改变其他系统参数

　　对交互式类别的承载，无论是对上行链路还是下行链路，增加误块率门限都可以增强覆盖。误块率门限的增加，可以提高上行链路和下行链路的信噪比（Eb/No），如表2所示。

误块率门限变化量	下行链路[dB]	上行链路[dB]
1%～10%	0.5	1.0
1%～20%	1.0	1.5
1%～30%	1.5	2.0

表2　Eb/No的提高

　　增加信噪比（Eb/No），提高接收机灵敏度，链路预算后增强小区的覆盖。

　　2.4　改变天线的配置

　　2.4.1　倾斜和改变天线的方位角

　　减少天线的下倾角，可以增大小区覆盖。改变天线的方向可以增强小区重点覆盖方向的覆盖。然而，在其他区域方向上覆盖就会减少。所以必须针对具体的情况进行合适的选择，既能够增强覆盖又较少小区之间的混叠。

　　2.4.2　采用塔顶放大器

　　采用塔顶放大器提高上行接收灵增强敏度，解决基站上下行链路平衡问题，扩大基站的覆盖区域。

　　2.4.3　采用高增益天线

　　WCDMA的单个宏小区天线具有15.2dBi到20.7dBi之间的变化增益。采用高增益的天线可以提高上行和下行链路的覆盖，但要在天线增益和垂直射束宽度之间做好权衡。

　　2.4.4　增加天线的高度

　　增加基站天线的高度可以增强上行和下行链路局部区域的覆盖。

　　2.4.5　改变馈线类型

　　采用低衰减的馈线可以提高上行链路和下行链路的覆盖。

3、结论

　　本文针对WCDMA系统的多种覆盖增强方法进行了分析和讨论，提出了一些增强WCDMA网络覆盖的方法，重点分析了通过增加功率提高覆盖的方法。在3G牌照将近发布之际，这对WCD MA的网络优化具有非常重要的现实意义。(冯慧娟　唐宏　张淼)