影響2G、3G、4G無線網(wǎng)絡容量的因素研究

張立武+王浩年

【摘要】 本文對2G、3G、4G無線網(wǎng)絡的各種制式網(wǎng)絡進行了分析，分別將影響這些網(wǎng)絡容量的因素進行了逐條分析。分析了GSM、WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA、TD-LTE網(wǎng)絡的特點及影響網(wǎng)絡容量的因素。

【關鍵字】 2G 3G 4G 容量

一、2G網(wǎng)絡容量的影響因素

影響GSM網(wǎng)絡容量的因素很多，EDGE的覆蓋范圍、無線空口的質量、網(wǎng)絡硬件容量、無線規(guī)劃參數(shù)等等都可以影響到網(wǎng)絡容量，下面詳細分為幾方面作出分析。

1、EDGE的覆蓋范圍。EDGE是一種從GSM到3G的過渡技術。它主要是在GSM系統(tǒng)中采用了一種新的調制方法，即多時隙操作和8PSK調制技術。由于8PSK可將現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡采用的GMSK調制技術的信號空間從2擴展到8，從而使每個符號所包含的信息是原來的4倍。

2、無線環(huán)境質量。EDGE對無線環(huán)境要求較高，無線網(wǎng)絡空口質量越好，就可以使用相應的效率較高的編碼方式，相應的下載速率越高。EDGE MCS6～MCS9編碼方式對C/l要求在12～20dB左右。合理的規(guī)劃網(wǎng)絡基站和小區(qū)分布可以有效提高周圍用戶空中接口的質量。

3、PCU容量規(guī)劃。PCU是控制EGPRS無線資源分配、數(shù)據(jù)塊分割和合并的單元。它的負荷情況和所控制的小區(qū)分布情況將直接影響到終端用戶的時隙資源占用、EGPRS編碼方式以及數(shù)據(jù)吞吐量。所以需要對PCU進行合理的規(guī)劃和優(yōu)化調整。

4、Abis的資源管理。Abis資源用于承載基站與BSC的數(shù)據(jù)及信令的傳送。以2M（32個64k傳輸時隙）為單位進行配置。每個支持EDGE的時隙獨占一個64k的Abis資源。如果Abis口資源不足，也會導致網(wǎng)絡容量下降。

5、PDCH信道規(guī)劃。PDCH信道是EDGE進行數(shù)據(jù)傳輸至無線接口的載體，應用信道數(shù)量制約著無線接口上的速率大小。規(guī)劃包括信道的配置方法，分配策略以及相關的計數(shù)器設置門限等。參數(shù)合理設置使EDGE下載速率有較大提高。

6、無線功能參數(shù)的設置。1）小區(qū)重選參數(shù)：合理設置小區(qū)重選參數(shù)。2）位置區(qū)的合理規(guī)劃對網(wǎng)絡容量影響非常大。3）信號穩(wěn)定對網(wǎng)絡容量也有很大的影響。

二、3G網(wǎng)絡容量的影響因素

2.1 3G 網(wǎng)絡的總體特點

3G 技術、標準與系統(tǒng)通過多年的完善和發(fā)展，呈現(xiàn)出以下特點：

1、核心頻段為2000MHz頻段。2、WCDMA/CDMA2000/ TD-SCDMA無線網(wǎng)全部采用CDMA技術。3、支持混合業(yè)務，包括支持不同服務質量要求的業(yè)務，時延要求涵蓋了從時延敏感型的實時業(yè)務到比較靈活的盡力而為型分組數(shù)據(jù)業(yè)務。4、支持上、下行鏈路業(yè)務量不對稱的服務。5、業(yè)務承載速率大幅提高，特別是下行速率提升明顯。6、根據(jù)不同帶寬需求支持可變比特速率。7、支持2G/3G互操作。8、頻譜效率提高，系統(tǒng)容量提升。9、整個網(wǎng)絡向IP化演進。10、IMS的出現(xiàn)為FMC提供可能。

基于以上原因，3G網(wǎng)絡的規(guī)劃、建設難度大幅提高，包括覆蓋規(guī)劃、容量規(guī)劃、業(yè)務規(guī)劃、承載規(guī)劃等。

2.2 3G 網(wǎng)絡的容量受到諸多因素的影響

1、通信質量要求。通信質量要求越高，小區(qū)所能容納的容量越低。2、覆蓋范圍和用戶分布。覆蓋范圍越大，用戶分布越集中在覆蓋邊緣，小區(qū)所能容納容量越低。3、其他小區(qū)對本小區(qū)的干擾。其他小區(qū)的負載越高，對本小區(qū)的干擾越大，本小區(qū)的容量越低。4、各種混合業(yè)務的構成情況。由于不同業(yè)務占用功率及貢獻的負載量不同，故小區(qū)所承載的混合業(yè)務構成情況直接影響著小區(qū)的容量。5、信道平均正交性。信道的平均正交性越好，小區(qū)容量越高。6、軟切換比例。軟切換比例越大，單用戶平均占用的鏈路越多，軟切換開銷越大，小區(qū)的容量越小。7、功放的大小。當系統(tǒng)容量處于下行功率受限的時候，小區(qū)采用大功率功放比小功率功放能承載的容量大。8、無線資源管理算法（RRM）。系統(tǒng)采用的RRM算法越優(yōu)、越有效，系統(tǒng)內的干擾越低，資源利用率越高，可承載的容量越大。9、系統(tǒng)設備處理信號的能力和硬件性能。設備處理信號的能力越強，硬件性能越好，可容納的容量越高。10、正交擴頻碼數(shù)量。小區(qū)同時可支持業(yè)務鏈接數(shù)不能大于系統(tǒng)提供的正交碼數(shù)，也就是正交碼數(shù)量受限（出現(xiàn)在下行），它往往出現(xiàn)在下行正交性比較好的微小區(qū)。

三、4G網(wǎng)絡容量的影響因素

3.1影響TD-LTE容量的因素

TD-LTE系統(tǒng)的容量由各個方面的因素決定，首先是固定的配置和算法的性能，包括單扇區(qū)頻點的帶寬、發(fā)射機功率、網(wǎng)絡結構、天線技術、小區(qū)覆蓋半徑、頻率資源調度方案、小區(qū)間干擾協(xié)調算法等；其次，由于在資源的分配和調制編碼方式的選擇上，TD-LTE是完全動態(tài)的系統(tǒng)，實際網(wǎng)絡整體的信道環(huán)境和鏈路質量，對TD-LTE的容量也有著至關重要的影響。天線技術對系統(tǒng)容量有直接影響，與GSM和TD-SCDMA不同，TD-LTE在天線技術上，有了更多的選擇。多天線設計的設計理念，使得網(wǎng)絡可以根據(jù)實際網(wǎng)絡需要以及天線資源，實現(xiàn)單流分集、多流復用、復用與分集自適應，波束賦形等，這些技術的使用場景不同，但是都能在一定程度上影響TD-LTE網(wǎng)絡容量。

3.2影響系統(tǒng)容量的因素分析

1、系統(tǒng)帶寬對容量的影響。TD-LTE沒有設置特別的時域或者頻域濾波器，而是通過設置過渡保護帶來消除時域波形的“展寬”和“振蕩”現(xiàn)象，降低了實現(xiàn)的復雜性。保護帶寬越大，泄露到系統(tǒng)帶寬之外的能量越小，但是過大的保護帶寬帶來的頻譜效率損失也越大。

2、CP長度對容量的影響。CP長度需要遠遠大于無線信道的最大時延擴展，以避免嚴重的符號間干擾（ISI）和子載波間干擾（ICI）。CP又不能過長，過大的CP開銷會帶來額外的頻譜效率損失。

3、上下行時隙及特殊子幀配置。TD-LTE系統(tǒng)支持5ms和10ms的切換點周期，共支持7種上下行時隙配置。上下行時隙配比的范圍可以從將大部分資源分配給下行的“9：1”到上行占用較多資源的“2：3”，非常適用于IP分組業(yè)務等非對稱業(yè)務。

4、特殊子幀配置對容量的影響。TD-LTE的特殊子幀中的DwPTS和UpPTS的長度是可配置的，不過DwPTS、GP和UpPTS的總長度為1ms，共支持9種配置。為了節(jié)約網(wǎng)絡開銷，TD-LTE允許利用特殊時隙DwPTS和UpPTS傳輸數(shù)據(jù)與系統(tǒng)控制信息。GP占用的OFDM符號越多，則TDLTE系統(tǒng)的覆蓋范圍越大，但是TD-LTE的頻譜效率會越低。

5、上下行鏈路開銷對容量的影響。在TD-LTE下行和上行信道中，存在一定的開銷。在估計業(yè)務信道占用資源數(shù)時，需扣除這些信道開銷的影響。表1和表2分別給出了TD-LTE上下行開銷匯總。

四、總結

本文對2G、3G、4G無線網(wǎng)絡的各種制式網(wǎng)絡進行了分析，分別將影響這些網(wǎng)絡容量的因素進行了深入細致的探索。通過分析對比，更可加深對幾種網(wǎng)絡制式的理解，進而對幾種網(wǎng)絡容量的提升有了更為深入明確的認識。

參 考 文 獻

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