WCDMA系统无线扩容方案及仿真结果分析

poorman

在WCDMA建网初期，一般来说着重于解决网络覆盖问题。但是，随着人们日益增长的高速移动多媒体消费水平，对WCDMA系统容量的需求也迅速增长。因此从网络规划和设备选型的角度来看，仍然有必要在网络建设初期就充分考虑未来网络容量需求和演进方式，确定合理的网络构架和扩容方案。只有在起步阶段就全面考虑了WCDMA技术特性并确定WCDMA建设方案，才能长期确保高质的WCDMA网络性能，同时满足低成本网络建设的需求。

    下面，我们将着重介绍WCDMA系统无线扩容解决方案，并在仿真结果的基础上进行分析，得到最佳的扩容路径。

    一、WCDMA无线扩容方案及仿真结果

    WCDMA系统本身的技术特性决定了它和第二代移动通信GSM系统的网络部署有很大的区别，而和二代CDMA系统网络规划相一致。因此，采用大规模小区分裂和分层组网的方式扩容对于WCDMA系统有很大的局限性和弊端；而在原有网络拓扑结构不变的条件下，对原先已经部署的WCDMA基站增加载频和增加功率是WCDMA无线网络扩容的首选方式。在此方式下，可以以最低的扩容成本带来最高的容量增益。

    从增加功率的扩容方式来说，中兴通讯提供系列化功放设备，包括LPA30、LPA60（分别对应20W、40W机顶功率）等系列功放。在建网初期，运营商可以根据规划区域的业务量预测来选择使用20W功放或者40W功放。对于业务预测量较小的区域，可以采用20W功放的覆盖方案，从而保证以最低的成本建设一个覆盖广、容量小的WCDMA网络；此时，对于后期的网络扩容则增加同样的20W功放。对于热点、精品区域，则可以直接在建网初期即选择40W功放，以满足大容量的建网需求；同样，对于后期的扩容则相应增加40W功放。根据实际的扩容需求，也可以在后期以40W功放替换20W功放来进行扩容，但是考虑到设备投资成本，此种方式不被推荐。中兴通讯系列化基站设备在升级过程中无须更换机架和硬件，只需要软件升级并根据容量提升情况按需增加基带、功放，可轻松完成增加功率的扩容。

    另一方面，增加载频也是WCDMA扩容的一种首选方式。目前，国外大多数运营商获得了2～3个3G载频；而对于国内，3G牌照尚未发放，最终获取WCDMA牌照的运营商有可能分别获得2～4个WCDMA载频。因此，增加载频也是WCDMA扩容的必然和优选方式之一。中兴通讯基站为3载频设计，即从单载频升级到3载频无需增加任何硬件，这样可以快捷、低成本地完成大多数中大容量区域的扩容。

    基于以上分析，我们得到WCDMA无线扩容的4种最佳可能方式，如图1所示。


图1四种可能的扩容方案

    图1给出了20W和40W（机顶功率）两种功放配置下的扩容方案。对应于两种配置，又分别有扩容方案1和扩容方案2。方案1和方案2的区别主要在于其中的扩容步骤3是采用增加载频还是增加功放的方式。为了了解不同扩容方案对容量增益的影响，我们分别对四种扩容方案进行了仿真，仿真以CS12.2K和CS64K业务为例分别进行。

    下面我们以20W功放配置CS12.2kbit/s业务为例，来介绍WCDMA无线网络扩容的具体步骤及仿真结果。

    在建网初期，WCDMA网络用户数相对较少，运营商可采用单载频3扇区、3个20W功放的配置方案；随着WCDMA网络用户数不断增加，运营商可以通过增加一个载频来进行扩容（如图1中的步骤2），通过软件升级就可以完成此过程。此时每个小区分配到的功率为10W，虽然每个小区的发射功率降低了，但是由于单个小区中的用户数减少了，相互之间的干扰也小了，从而使整网络可以容纳更多的用户。网络仿真显示，20W配置时通过增加一个载频可以使整个无线网络容量扩大50%。

    增加载频后，随着用户数的再次增加，20W的发射功率已经不够分配了，这时运营商可以采用增加功放的方式来进行扩容（如图1中的步骤3b）。此时网络成为2载频3扇区、6个20W功放的配置，这样每个小区仍然分配到20W的功率。实际的仿真结果表明，由3个20W功放增加到6个20W功放，网络容量增益可以扩大到初始配置的200％。

    如果用户继续增加，运营商可以部署第3个载频。通过三载频的使用，系统容量增益可以进一步扩大到250％。

    对于有更高容量需求且有四载频的运营商，可以部署第四个载频（如图1中的步骤5）。实际仿真结果显示，使用四载频可以使网络容量增益最终达到初始配置的300％。

    以上为20W配置下的扩容方案2的介绍，同样我们对扩容方案1也进行了仿真。它与扩容方案2的区别只在于扩容步骤3是增加载频而非增加功放。仿真结果显示，在步骤3中采用再次增加载频的方式，达到3载频3扇区、3个20W功放的配置，此时的扩容增益（156％）相对步骤2略有增加，比扩容方式2中的步骤3b中的200％容量增益要小很多。

    对于热点、精品区域，运营商可以在建网之初直接使用40W的功放配置，以满足大容量的建网要求。同样，我们对40W功放配置的各个扩容阶段也进行了仿真。40W配置与20W配置的扩容过程完全类似；但是，值得关注的是：与20W配置的仿真结果完全不同，40W配置下扩容方案1中的步骤3采用增加载频的扩容方式，带来的容量增益为263％，比扩容方案2中的步骤3b采用增加功放得到的229％的容量增益大了很多。

    为了更直观地对比4种扩容方案，我们将仿真结果以图2形式表示。图2显示了CS12.2kbit/s业务在4种扩容方案下，不同的扩容阶段对应的容量增益。对于CS64kbit/s业务我们也作了同样的图示，结果表明，CS64kbit/s业务在4种扩容方案下的容量增益趋势和CS12.2kbit/s业务完全一致。


图2CS12.2 kbit/s业务扩容方案对比

    二、结论

    由仿真结果可以清楚地看到，CS12.2kbit/s和CS64kbit/s业务各阶段的扩容增益趋势基本上一致。通过增加载频以及功率的一系列升级过程，WCDMA系统容量能够得到极大地扩大。对于CS12.2kbit/s业务，从单载频3个20W功放升级到4载频6个20W功放，容量可以扩充到最初的300％；而采用40W功放的配置，则容量更可以增加到400％。

    对于20W功放系列产品来说，在双载频共用20W功放的基础上，加上第3载频共用20W功放，带来的容量增益非常有限（20W配置，步骤3）；而采用增加功放的方式使双载频各自享用一个独立的20W功放得到的容量增益则显著提高（20W配置，步骤3b）。因此对于20W功放系列，步骤3中推荐采用增加功放的扩容方式，而不是采用增加载频的方式。

    而对于40W的功放系列来说，情况有所不同。在双载频共用40W功放的基础上，加上第3载频共用40W功放（40W配置，步骤3），较双载频各自采用一个独立的40W功放（40W配置，步骤3b），扩容增益要大得多。因此对于40W的功放系列，推荐优先使用3载频进行扩容，而不是增加功放的方式。

    基于以上分析，我们得到20W及40W功放配置下，各自的优选扩容方案及容量增益仿真结果（以CS12.2K业务为例）如图3所示。


图3两种优选的扩容方案及容量增益（CS12.2kbit/s业务）

    中兴通讯提供系列化基站及功放设备，可以灵活地满足运营商不同时期、不同阶段的建网需求。特别地，中兴通讯系列化基站对于3载频的扩容需求具有独特的竞争优势：单收发信机支持3载频配置，即在中大容量需求下，完全不需要增加硬件就可以从2载频支持到3载频。这样，对于广大的中、大容量区域建网可以节省大量成本。总之，中兴通讯系列化基站可以最大限度地满足运营商低成本、高质量、易扩容的建网需求。