《华为技术》
专家论坛——CDMA2000 1xEV-DO网络规划探讨
第11期 无线专刊

文/马红兵

  对于CDMA2000 1X(简称1X)运营商来说,DORA将成为无线网络演进的首选目标网络。DORA网络规划应以保证主营业务的连续覆盖和业务质量为前提,充分利用已有的1X站址资源实现共站建设,采用隔频配置1X/DO、建设独立天馈、共用室内分布系统等措施,降低1X/DO网络的相互影响。


DORA成为1X无线网络演进的首选目标

  随着数据通信业务的多样化和市场的迅猛发展,为了适应蜂窝移动通信网络中无线高速分组数据业务的应用需求,CDMA2000 1xEV-DO技术应运而生。CDMA2000 1xEV-DO Rel.0(以下简称DOR0)自2000年发布并在韩国SK公司首开商用先河之后,迄今已在全球部署了31个商用网络,用户增长近2000万,在韩国、日本、北美等地区取得了良好的社会经济效益。

  DOR0最初的设计是面向提供无线Internet网页浏览、数据下载等非对称、时延不敏感的高速突发数据业务为主要目标。为了适应这些业务特征,前向链路技术相对于1X进行了较大变更,由原来的CDMA多址技术改为TDM+CDMA,取消前向功控代之以速率控制,同时引入多用户调度和满功率发射技术,数据传输采用16阶(W16)多码并行传输、AMC自适应调制编码及TypeII HARQ递增冗余重传技术,最终使前向链路的传送速率和吞吐量远高于反向链路,达到2.4576Mbps,无线宽带上网、流媒体点播等时延不敏感的Best Effort类业务是它承载的主要特色业务。反向链路技术除了引入基于RAB的速率控制技术外,没有大的变化,最高链路速率仍然保持在153.6Kbps。

  随着传统分组网络中实时类业务(VT双向视频电话、VoIP语音)的快速发展,用户对网络带宽和QoS的要求越来越高,这也直接反映在了无线网络技术的改进上。在上述因素驱动下,CDMA2000 1xEV-DO Rev.A(简称DORA)作为DOR0的下一个增强版本,以更高速率、低时延、增强的QoS保证等特色成为了3G无线技术发展的新亮点。

  DORA前向链路速率更趋多样化,从最低4.8Kbps到最高3.072Mbps。反向链路引入了 HARQ递增冗余重传技术、子帧交织传送及T2P功率分配技术,使反向链路速率提升到最高1.8Mbps,平均等待发送时延从DOR0的8个slots减少到2个slots,传输时延从DOR0的16个slots减少到最少4个slots,更好地满足了VT、VoIP等实时对称业务的质量要求,使得DORA网络不再仅仅定位为无线分组数据业务承载网络,而可以演进为全业务的支撑网络,成为与其它3G技术相比最具竞争力的CDMA首选网络方案。

  目前,DORA空中接口标准已经成熟,业界各大设备厂商普遍将于2006年底之前推出商用产品。同时,由于DORA是基于成熟的DOR0技术演进而来,并非技术上的完全革新,其大部分链路技术都经过DOR0商用网络的有效验证。所以,对CDMA2000 1X蜂窝移动通信运营商来说,DORA将成为无线网络演进的首选目标网络,而如何做好DORA的网络规划则是运营商接下来必须面对的关键问题。


根据承载业务的差异规划站点

  1X网络规划主要以承载语音和低速率数据业务为目标,DOR0在反向链路上采用了与1X相同的技术,以承载Web浏览、FTP等分组数据业务为目标。所以DOR0重用1X网络的链路预算和网络规划、在原站址基础上共站建设,基本上可以满足以非实时业务为主的分组数据业务需求,在与1X相同的反向覆盖半径下,DOR0能够提供更高的前向数据吞吐率。

  然而,DORA网络对于VoIP、VT视频电话这类实时对称业务的支持,使其反向链路覆盖能力相对于DOR0和1X网络来说要求更加严格,因此网络规划中必须考虑实时业务的引入对反向链路覆盖能力的影响。对于密集城区和城区环境,现网站点的分布大部分情况下都比较密集,共站建设基本上能够满足DORA网络的业务覆盖要求,个别区域根据业务及站距实际情况需要新增站点。在郊区和农村,1X网络的现网站间距比较稀疏,需要增加相对较多的站点。

  综合上述分析,DORA的网络规划要进行全盘考虑,密集地区和城区基本上可以沿用现有1X站点布局,而郊区和农村等区域则需要根据实际的传播环境与业务分布特点单独规划,不能一概而论地简单继承原有1X网络站址。


兼顾业务演进趋势部署网络

  DORA的网络定位为全业务承载网络,但由于VoIP技术在无线网络的发展渗透还需一定时日,所以在3~5年内1X网络仍然是话音业务的基础承载网络,1X和DORA的网络发展必然是协调共进、优势互补、有效融合、逐步演进。随着VoIP技术的成熟,最终将由1X网络演进到DORA网络来承载话音业务,那么在DORA网络规划时就必须考虑到网络共存和未来演进所带来的影响。

表1 DORA不同业务不同传播环境前反向覆盖半径比较(单位km)

(假设:反向50%负荷,VT76.8K/PS76.8K前向PER均为2%,反向分别为2%与5%,基于一定传播模型)

场  景
 
VoIP 9.6K
VT 76.8K
PS76.8K
PS153.6K
PS307.2K
密 集
城 区
反向
1.06
0.62
0.92
0.68
0.57
前向
3.65
1.40
1.40
1.02
0.85

  从表1的规划数据中我们可以分析得出,DORA中不同业务的边缘速率差异和时延要求对于网络覆盖半径的要求不尽相同,因此在DORA网络规划中,要综合考虑不同主营业务的覆盖、容量和质量要求,兼顾未来几年内业务发展和容量需要,使网络经过初次规划后,基本上就具备了承载各种3G主营业务的能力,避免随着用户和业务的发展,对已经部署的网络进行大规模的调整。

  从链路预算看,DORA前向链路覆盖能力要高于DOR0,但由于对VT、VoIP等实时性对称业务的支持,其规划时仍然主要考虑反向覆盖受限,所以共站建设中需要注意站间距过大的区域可能满足不了实时业务的连续覆盖。

  在反向覆盖规划中需要注意信道功率配比,不同的信道功率分配方案,对网络前反向链路吞吐量以及网络规模产生较大影响。尤其是DORA引入了新的T2P(Traffic to Pilot)技术,控制反向链路发射功率,适应不同业务速率和时延对Ec/Nt的要求,所以在网络规划时必须注意T2P参数的合理设置。目前的标准中已给出相关参考值,但仍需在后续网络优化过程中结合实际效果进行调整。

  通过综合考虑多种业务的需求,对重点覆盖区域采用高精度电子地图(如5m)、精确的传播模型(如射线跟踪模型)、基于现网话务分布预测3G话务模型等手段来提高规划精度,保证后续业务发展和网络扩容无需或少量增加新的站点,主要通过增加载波、增加功放等方式满足长远运营发展,可以有效降低后期网络优化的成本。

 
满足业务连续覆盖共用1X站址

  现存的1X站点已经具备了机房、天线、馈线、电源、传输、维护设备等资源,所以从新建投资和维护费用方面考虑,DORA网络规划应该充分利用现有的1X网络基础资源共站建设,从而有效地保护现网投资并节约成本。

  但是共站的前提是应先按照DORA主营业务的覆盖和业务质量要求进行网络规划,然后再结合现网1X站点的实际情况决定是否共站建设,这个顺序不能改变。因为前面分析过,某些区域简单共站建设可能无法满足3G业务连续覆盖的运营,将影响最终用户的业务体验。所以,当站点共用和业务覆盖出现矛盾的时候,优先保证业务的连续覆盖才是正确的选择,而简单地共站建设将有可能造成网络覆盖质量下降,影响整个网络的品牌形象和市场竞争力。

  在DORA与1X共用现网站点时,需要注意配套设施的供应问题:如果是新增DO基站,那么对于机房空间、电源、传输等资源会有一定的要求;如果是在1X基站上升级支持DO,需要重点考察1X基站的升级能力,某些旧型的1X基站不具备升级能力,那么新增DO基站是必然的;某些1X基站升级需要增加收发信机模块、DO信道处理单元、功放、合路器/双工器、电源、传输资源等,其升级成本与新增DO基站的成本相差无几;只有增加DO信道板而其它部件不需要更改的站点才是升级的主要优势。无论是采用1X基站升级支持DO或是新增DO基站的方式,还需要考虑未来网络扩容的需求,避免两网的容量增长发生扩容冲突。


隔频配置1X/DO降低相互干扰

  如果1X和DO隔频配置,共站或不共站建设时它们之间的相互干扰均很小,对覆盖和容量的影响完全可以忽略。如果1X和DO配置在相邻频点,它们之间的相互影响明显要大于隔频配置的情况,不过在密集城区这种相互影响基本可以接受。测试数据如表2和表3所示。

表2 1X/DO共站建设时的相互影响(容量损失)

共站
隔频
邻频
 
1X-DO
FL
-0.03%
5%
RL
2.78%
7.67%
 
DO-1X
FL
5.09%
11.72%
RL
3.77%
6.21%

表3 1X/DO不共站建设时的相互影响(容量损失)

不共站*
隔频
邻频
 
1X-DO
FL
2.45%
3.98%
RL
3.32%
21.78%
 
DO-1X
FL
3.74%
11.09%
RL
1.94%
9.88%
 
  在实际DORA网络建设的过程中,为了降低1X与DO相互干扰对容量带来的影响,减少后续网络优化的难度,无论是否共站建设,在建网初期都优先选择1X现网频段内剩余的频点与1X隔频配置,此时在密集城区、普通城区、市郊等区域的覆盖和容量可以得到保证。 随着DO网络的应用普及和后期业务的开展,在密集城区或者部分热点区域将会出现用户增长带来的容量需求,此时可先使用剩余频点扩容,在频点不够时申请扩展频段来满足容量增长要求。

  在上述隔频配置基础上,独立天馈建设时考虑一定的天馈隔离度要求,可以进一步有效控制系统间的干扰。具体实施时可优先考虑空间隔离(垂直隔离或水平隔离);如果空间隔离不能满足要求,则需要考虑其它措施(如增加滤波器件提高隔离度)。


优先选择独立天馈建设方式

  在1X与DORA共站址建设时,天馈系统通常可以选择新建或者共用的方式。

  如果天面空间和站点租赁合约等条件允许,那么可以考虑新建天馈系统。首先,从成本上来说,增加的天馈平均费用和共天馈时的附加设备投资相差不大;其次,无需考虑共天馈引入的损耗对网络性能的影响;第三,从网络优化上来说,DORA网络从部署开始就面临着持续优化的问题,良好的网络规划设计并不能完全取代网络建成后的进一步优化,1X与DORA共天馈将造成优化工作的相互制约,DORA网络的任何调整和优化都会对1X网络的覆盖质量造成影响。

表4 环境噪声对设备接收灵敏度的影响

区域
环境噪声
灵敏度下降
密集城区
-95 dBm
0dB
普通城区
-100 dBm
-0.5dB
郊区
-105 dBm
-1dB
农村
< -105 dBm
-3.5dB
 
  如果天面已经无剩余的建设空间,那么1X与DORA只能通过共天馈来建设。1X和DORA在机柜外合路,会带来前向0.4dB、反向3-4dB的插损,所以如何降低插损并减少对1X网络的影响是最主要的问题。在城区或热点地区密集组网的情况下,由于各厂家设备的接收灵敏度均优于协议规定的指标,而且城市环境噪声一般高于设备的底噪(从表4所列某地实测结果可以看到:在密集城区底噪RSSI超过-95dBm的区域,插损为0dB),所以在负荷较大的密集城区,共天馈对1X网络前反向造成的影响基本可以忽略。在负荷较小的郊区或者农村,可以引入LNA补偿因分路损耗带来的热噪声,如选择增益12dB/噪声系数0.8dB的LNA,可以改善约2.3-2.8dB的噪声系数,此时反向的插损可以降到1.5dB左右,基本上可以消除对原网络的影响。


充分利用原有室内分布系统

  DORA作为一个无线高速分组网络,预计将在宾馆、酒店、商业中心、写字楼、会展中心等区域存在大量的室内应用,而这些区域建筑构造复杂,造成无线电波传输衰耗较大,通常存在覆盖的空洞,而且局部网络容量也难以满足用户需求,所以通过室内覆盖系统解决其覆盖及容量的问题就尤为重要。

  DORA的室内覆盖系统可以充分利用原有的GSM和CDMA的室内分布系统,进一步降低网络建设配套设施的成本。通常使用3dB耦合器实现1X与DO信号合路就可以解决问题。由于耦合器对原有1X系统前反向引入了3dB损耗,所以必须对室内分布系统的器件(如衰减器、干放、直放站等)进行调整,把该损耗降为零。如果室内分布的信号源是直放站,则可以通过调整直放站的增益,将该损耗降为零。在多数情况下,现网1X室内分布系统的室内信号已经较强,3dB的损耗对原室内覆盖性能影响不大,也可以不对原室内分布式系统做调整。另外,如果分布式系统中采用了小功率干放,工程实施时需要将其更换成大功率干放,保证DORA信号和原有1X信号的正常输出。


CDMA2000技术仍在不断完善

  精心的网络规划是构筑精品网络的关键,DORA的无线网络规划必须考虑:以主营业务的连续覆盖为目标,根据链路预算得到小区半径,按照蜂窝结构确定合理的基站布局;在不影响业务的前提下充分利用现有1X站址资源实现共站建设;优先选择隔频配置将1X/DO的相互干扰降到最小;共站建设时充分利用已有的室内分布式系统,室外天馈系统优先选择独立天馈建设,以保证DORA网络的建设和优化对1X网络影响最小,仅在天面条件限制的情况下共天馈建设;如果站址共用和业务覆盖出现矛盾时,优先考虑新建站址满足业务覆盖。

  DORA作为CDMA2000无线网络的演进方向受到越来越多CDMA运营商的青睐,2006年将会是DORA全面商用和试商用的一年。日本的KDDI选择在2006年部署DORA与DoCoMo的HSDPA进行竞争,Verizon、Sprint等也准备在2006年选择DORA作为其CDMA网络的后续演进版本。

  CDMA2000 1xEV-DO Rev.B(以下简称DORB)是CDMA2000网络空中接口技术长期演进计划(AIE:Air Interface Evolution)的第一阶段,是继DORA之后的下一个发展里程碑。它的技术目标包括:支持20MHz的带宽分配,前反向分别可以分配最多15个1.25MHz的载波;进一步提高频谱利用效率,空口引入64QAM调制技术,单载波峰值速率达到4.9Mbps,20MHz带宽内前向速率最大支持73.5Mbps;支持相邻载波和非相邻载波分配。

  DORB目前尚处于技术完善阶段,商用化还需数年,所以DORA网络将是3G建网的首选。后向兼容、平滑升级是CDMA网络技术的最大优势。在未来,DORA网络可以通过软件升级方式平滑过渡到DORB。



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