1、引言

　　UMTS(Universal Mobile Telecommunication System，通用無線通信系統)的功能就是在移動范圍內向用戶提供多媒體業務。UMTS和多媒體業務不僅對RF(Radio Frequency)網絡有重要的影響，還會對核心網的結構產生重要的影響。所以當目前的GSM(Global System Mobile)運營商將他們的網絡升級以支持UMTS時，為了保護他們的基礎投資，必須采取謹慎的態度。

　　UMTS網絡的結構如圖1所示。核心網(CN，Core Network)負責呼叫控制和移動性管理，而UTRAN(UMTS Terrestrial Radio Access Network，陸地無線接入網)則負責管理無線分組的傳輸和資源的管理。

圖1　UMTS網絡結構

　　在核心網內分組的路由和傳輸由新網絡邏輯節點SGSN [Serving GPRS (General Packet Radio System)Support Node，GPRS服務支持節點]和GGSN(Gateway GPRS Support Node，GPRS網關支持節點)支持。GGSN是具有移動性管理的分組路由器，它通過標準接口Ci與其他數據網絡(比如因特網)相連接。SGSN在它的服務范圍內負責移動終端數據分組的傳遞。GGSN和SGSN支持的終端數據速率可以高達2Mbit/s。

　　一個UTRAN可以包括一個或者多個RNS(Radio Network Subsystem，無線網絡子系統)，而一個RNS又包括基站Node B和RNC(Radio Network Controller，無線網絡控制器)。RNS負責無線資源和空中接口的管理。UMTS在UTRAN中的大部分網絡結構都繼承了GSM的網絡結構。本文主要探討UMTS規劃和GSM規劃的差別。

　　UMTS采用WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)作為它的無線傳輸技術。受干擾的影響，通常TDMA(Time Division Multiple Access，時分多址)系統的RF規劃要比CDMA(Code Division Multiple Access，碼分多址)系統的RF規劃復雜。但是，由于UMTS服務的用戶有著各種不同的需求，因此UMTS的規劃在某些方面要遠比GSM規劃復雜得多。

　　UMTS規劃過程的主要不同點在于它的容量規劃和覆蓋規劃。在GSM中，覆蓋規劃是在網絡的規模大小(基于市場的調研)確定后單獨進行的，確定后才進行容量和頻率的規劃。而在UMTS中，覆蓋規劃和容量規劃是同時進行的，這是因為容量的需求和業務的分布會影響覆蓋。頻率和碼子的規劃可以單獨進行。另一方面，由于WCDMA具有寬帶特性(5MHz)，因此它的傳播環境也異于GSM系統(帶寬200Hz)，這也是規劃時必須考慮的問題。

2、UMTS空中接口

　　世界上多數UMTS網絡都選擇WCDMA作為其空中接口技術。該技術與TDMA和GSM中所采用的技術有很大不同。其基本的無線系統規劃思想與GSM和TDMA系統沒有根本變化，但是對于多數方面的細節規劃(比如鏈路預算)都必須進行修改，以便滿足WCDMA技術的要求。另外，由于UMTS的業務可以是從8kbit/s電路交換的語音業務到2Mbit/s分組交換的數據業務，因此無線系統的規劃過程與傳統的模型相比也必須稍微有所修改。

　　2.1　WCDMA空中接口規范

　　理解UMTS的空中接口特性對于網絡無線接口的規劃來說非常重要。WCDMA空中接口的主要特征為：

　　(1)采用QPSK直擴調制。

　　(2)碼片速率為3.84Mchip/s。

　　(3)擴頻因子為4-512，在下行鏈路中，一個碼信道可以支持1-936kbit/s的凈用戶數據速率，如果單用戶可以支持3個并行碼信道，則其數據速率可以高達2.3Mbit/s；在上行方向由于調制方式不同，速率減半。

　　(4)雙工方式可以采用FDD(Frequency Division Duplexing，頻分雙工)或TDD(Time Division Duplexing，時分雙工)。

　　(5)信道帶寬5MHz。

　　(6)可以提供多速率的業務。

　　(7)幀長10ms包括15個時隙，每個時隙中都有導頻比特、傳輸功率控制(TPC，Transmission Power Control)比特和傳輸格式組合指示(TFCI，Transport Format Combination Indication)比特。

　　(8)在上、下行鏈路中信號的格式和復用方式都各不相同。

　　2.2　UMTS傳播環境

　　無線信道傳播環境分為室內環境和室外環境。室外環境進一步可分為宏蜂窩傳播環境和微蜂窩傳播環境。每一種傳播環境都具有特定的信道傳播特征。當考慮GSM與UMTS無線接口性能的區別時，最主要的信道特性就是多徑傳播。通過計算可以得到多徑傳播的時延擴展。

　　無線信道的多徑特性也可以通過其頻域特性來描述。在頻域上，多徑時延會產生頻率選擇性衰落。也就是說，信號在不同的頻率上有不同的衰落。該信道的一個頻域特征就是相干帶寬，它近似等于時延擴展的倒數。相干帶寬是保證兩個信號具有不相關衰落的最小頻率間隔。當信號的帶寬遠小于相干帶寬時，稱該信號為窄帶信號，相反為寬帶信號。因此，系統特性依賴于系統所處的傳播環境，不同的傳播環境會有不同的特性。

　　相干帶寬與傳輸帶寬的相關衰落有關，當系統為窄帶時，衰落便是非頻率選擇性的或者稱平坦的；當系統為寬帶時，衰落便是頻率選擇性的。在WCDMA系統中利用RAKE接收機可以通過組合接收各個多徑分量來得到最優的性能。

3、UMTS無線系統規劃

　　由于UMTS是一個全新的系統，因此它的實現要非常仔細。UMTS工作頻帶為2100MHz，該頻率遠遠高于GSM和TDMA系統的900MHz和1900MHz。而且，由于UMTS要提供非常高的數據速率，因此需要它要有更高信號能量Eb/No。工作頻率的不同加上要提供高速的數據速率，這就意味著UMTS的傳播環境與GSM系統是不相同的。盡管重用GSM的原始基站是非常經濟的，但是上面的原因使得原始的GSM的基站覆蓋區域對于UMTS來說不再有效，對于UMTS的覆蓋來說，這些舊基站的位置就不一定是最優的。判定原始基站的可重用性主要取決于實現策略和業務的預測。

　　3.1　UMTS無線系統的規劃過程

　　UMTS無線系統的規劃過程類似于GSM的規劃過程。其規劃階段可以分為以下步驟：

　　(1)度量(Dimensioning)；

　　(2)配置規劃；

　　(3)覆蓋和容量規劃；

　　(4)碼子和頻率規劃；

　　(5)參數規劃；

　　(6)優化并監視。

　　任何無線網絡的規劃目的都是在滿足關鍵性能指標(KPI，Key Performance Indicator)和業務質量(QoS，Quality of Service)的前提下使覆蓋和容量最大。

　　在每個基站的覆蓋區域，語音和不同數據數據呼叫的業務水平的分布必須盡量準確地確定下來。雖然無法確切地知道移動用戶的位置，但是應該盡量準確地預測出不同移動用戶的位置，預測的愈準確，那么規劃出來的網絡的性能就愈好。

　　WCDMA無線覆蓋規劃和容量規劃的另一個關鍵問題就是區域性的業務分布，也就是說在無線網絡覆蓋區域存在業務熱點。此時基站的位置應該選擇在熱點業務地區的中央，這樣才能為該基站服務的用戶提供最優的鏈路預算。當這些用戶離開該基站時，WCDMA的吞吐量將減小。

　　在最初的度量階段，對于目標區域內的所有基站都假設其具有相同的負荷。該負荷的值可以是小區最大可接受的負荷或者是忙時預測的負荷。如果使用最大的可接受負荷，那么該度量是針對最惡劣的情況進行的，此時將導致設置過多的基站而造成浪費。較好的方式是利用預測負荷，因為它是一個比較實際的結果。

　　在詳細規劃階段，利用業務分布可以將預測業務分配到規劃的小區中，但是這樣會使不同小區負荷的差別非常大。也就是說，一些小區的負荷可能接近最大可接受負荷，而另一些小區的負荷卻很低。在這個規劃階段，覆蓋目標同樣也要進行檢查。在度量階段，在特定的區域內都假設業務是均勻分布的。然而在實際中，不同區域的業務密度是不同的。同樣，在度量階段假設所有小區的傳播環境都是一樣的；而在詳細的規劃階段時，由于傳播環境和業務分布的不同，那么其覆蓋預測也將是完全不同的。通常，在規劃區域中用移動基站的Monte-Carlo分布來預測瞬時的業務需求。

　　3.2　WCDMA覆蓋和容量規劃

　　在WCDMA中容量規劃和覆蓋規劃是相關的。在低業務量區域時，WCDMA規劃與GSM規劃非常類似，這是因為負荷不會嚴重影響覆蓋，盡管在一些細節上兩個系統的規劃不盡相同，但是大的規劃原理此時是相同的。在高業務量區域時，它的規劃就與GSM大相徑庭了，WCDMA的容量規劃與覆蓋、干擾規劃是密不可分的。

　　3.2.1　覆蓋規劃

　　在WCDMA中傳播預測過程與GSM是類似的。首先，必須定義基站配置和鏈路預算。另外還必須定義好覆蓋門限，該門限既要超過需要的質量標準，同時又要避免不必要的附加投資。在這個階段也必須清楚地知道容量目標和預測，因為它們對基站的覆蓋區域有很大的影響。當基站天線的高度、覆蓋門限、容量需求和基站配置已經定義后，此時實際的傳播預測過程就可以開始了。我們可以使用傳播測量來校準傳播預測模型。當預測模型校準后，最終的基站參數便可以用于傳播預測。

　　當規劃標準確定后，便可以對優化的基站參數進行評估。規劃門限意味著在不同的傳播環境中必須能夠達到需求的QoS水平。

　　3.2.2　容量規劃

　　WCDMA的容量規劃直接與鏈路預算相關，進而與基站覆蓋區域相關。對于一種特定的業務基站的覆蓋區域是固定的。實際中WCDMA的業務可以從低速的語音業務到高速的數據業務，這就意味著對于不同的用戶來說，基站的覆蓋區域是不同的。

　　在上行方向，容量規劃的主要目標是在可接受的水平內盡量地減小來自其他小區的干擾，從而增加上行方向的容量。規劃時可以利用建筑物、小山和其他障礙物來阻擋其他小區的干擾。適當地增加天線的下傾角度也可以有效地減小干擾。在下行方向，主要考慮兩個方面的情況：來自其他小區的干擾和基站的發射功率。下行鏈路的負荷等式跟上行鏈路的負荷等式是類似的。但是，在下行鏈路中有一個叫作正交性的新參數。正交性用于衡量在一個小區中有多少個用戶不會相互干擾。與上行鏈路相比，下行鏈路的用戶多數是正交的，這是因為基站可以按照非常精確的定時向用戶發送擴頻碼。

　　3.3　WCDMA碼子和頻率規劃

　　從網絡規劃的角度來看，在WCDMA中碼子和頻率的規劃是比較簡單的。系統會仔細地對大部分碼子進行分配。網絡規劃的主要任務是為下行鏈路分配擾碼。總共有512組有效的擾碼碼組，所以下行鏈路的碼子重用系數為512。這就表明碼子的分配是比較簡單的。只有當用戶需要更高的帶寬時才可能需求更多的碼資源。

　　此處我們建議碼子的分配通過規劃系統來實現，這樣可以避免人工分配可能出現的錯誤。早期對碼子的分配要進行適當的限制，這樣有助于后來的網絡擴容。

　　與GSM相比較，UMTS的頻率規劃不是很重要，因為對于UMTS運營商而言，它們至多有兩個或者3個載頻，因此不需要太多的規劃。但是運營商必須要決定下面的問題：

　　●哪一個載頻用于實現宏小區?

　　●哪一個載頻用于實現微小區?

　　●是否為室內環境預留載頻?

　　當對上面的問題進行決定時，必須考慮到干擾問題。載頻的選擇會影響運營商之間或者運營商內部各個系統之間的干擾。例如，微小區會對宏小區或者其他運營商的宏小區、微小區產生較高的本地干擾。許多潛在的問題可以通過網絡規劃得到解決，其中一個方法就是合理地選擇載頻。

4、WCDMA的優化和監測

　　由于移動用戶的位置和業務會實時地變化，因此WCDMA與GSM系統一樣，也需要連續地優化和監測。尤其要強調監測，因為業務需求的變化非常大，變化的方向將直接影響無線網絡的質量。業務量和位置的預測越準確，網絡規劃。和實現的效率就會越高。

　　通常需要優化和監測的指標有業務、業務的變化、混合業務、軟切換率、平均發射功率、平均接收功率、掉話率、干擾、每個小區的切換、系統間切換、吞吐量、比特差錯率和幀差錯率。

　　上面所列的指標需要按照小區和業務為單位來匯集，通過這些參數可以獲知如何進行優化，從而改善系統的性能。對于WCDMA的小區位置，存在3個非常重要的優化問題：業務負荷均衡、切換開銷管理和干擾控制。

　　業務負荷的基本問題是網絡的不同地理區域業務分布的不均勻性，甚至一個小區的不同扇區內業務也是不均勻的。這種不平衡狀態將使未充分使用的扇區的容量受限，從而造成繁忙小區發生阻塞。平衡小區中各個扇區的負荷可以緩解阻塞并為業務的增長創造適當余量。

　　實現負荷平衡的一種方法就是修改每個扇區內天線的方向和波束的角度，這可以通過智能天線來實現，如圖2所示。

圖2　業務熱點地區的規劃

　　影響小區容量的另一個WCDMA優化問題是切換開銷的管理。CDMA空中接口的軟/更軟切換可以有效地改善CDMA呼叫的質量和可靠性，但是對于一個移動用戶在某一時刻可能同時與兩個或者多個扇區建立聯系來說會占用很多的系統容量。在該小區內測量完導頻后，應當將切換的區域縮小。切換區域應當從高業務區域轉移到低業務區域。

　　干擾將直接影響CDMA小區的容量，在WCDMA網絡中最大的干擾問題就是導頻污染問題。導頻污染通常是由高度較高的基站因其覆蓋范圍過大引起的。其解決方法就是適當地減小其覆蓋范圍，通常通過降低它的天線高度、增加下傾角度或者減小發射功率來實現。

5、總結

　　UMTS無線接口系統規劃的基本思想與GSM的規劃相同，但在細節上有著明顯的區別，這主要有以下兩個方面的原因：無線傳播信道的變化屬于寬帶類型；調制和傳輸機制的變化屬于直擴CDMA類型。正是由于這些差別，所以要更加關注UMTS無線接口系統的優化，只有這樣才能提高系統容量，改善服務質量，盡量節省運營成本。