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WCDMA系统中基站的功率规划问题
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与2G系统相比，3G系统引入了大量的各种比特率和多样化的业务，它最大可支持的数据速率达到2Mb/s。正因为它提供的多种比特率和多样化的业务使得在3G网络规划中对不同业务的预测和对它建模变得特别困难。另外由于第三代系统和第二代系统在无线接入方式的不同,使得在3G网络规划中要考虑更多、更复杂的问题，例如导频污染、软切换增益、容量和覆盖的迭代预测等等。本文结合WCDMA系统的特点，说明在第三代无线系统规划过程中WCDMA系统的功率规划问题。
一、基站功率的分配
WCDMA系统基站的功率一般是由业务信道（如专用信道DCH）和公共信道共享（如公共导频信道CPICH）的，他们之间的功率分配是动态的，这使得在进行网络规划时，最优地配置基站功率对于达到最大网络容量和所需覆盖非常重要。另外，网络中的无线环境和移动用户位置的不确定性使得为满足用户的服务达到一定的QoS，基站的一部分功率必须作为储备预留出来，这包括软切换余量、快衰落余量、干扰储备等。表1给出了下行链路公共信道的典型功率值，值得注意的是SCH和CCPCH信道是彼此时分复用的。
为了使整个网络的容量达到最优化，基站的导频信道功率和业务信道功率在做网络规划时应取最优值，已经有文献用系统仿真方法说明了最优值的选取。
除了以上关于功率的分配外，在做网络规划时，小区下行链路功率的分配中还要考虑一些储备，这主要基于以下几点考虑。
1．正交系数余量
前面提到WCDMA下行链路为区分用户采用正交码字，这种正交码在多径无线传播环境下将损失部分正交性，这种影响主要取决于多径环境和基站与移动台之间的路径损耗。在进行网络规划时，通常把正交系数取为一个常数，实际上它是一个依赖于环境变化的变量，所以在进行网络规划时要给一个功率余量，以补偿这种变化对接收信号的影响。
2．功控余量
WCDMA系统功率控制的特点是上、下行链路采用了快速功率控制。在下行链路基站发给移动台的功率只要满足移动台接收机在达到服务质量的条件下能解调出有用信号的最小发射功率，以便使网络的干扰达到最小，从而使网络容量最大化。但在时间上由于功率控制的误差或移动台的移动性，快速功率控制不可能使移动台在小区的任何位置都收到相同的最小功率，这样接收功率总是在最佳值附近偏移。另外功控环路中的时延和功控信令错误等因素都会影响功控的精确度，所以在进行网络规划时要考虑一个功控余量。功控余量的确定一般根据无线传播环境，从仿真中得到。
3．阴影和软切换余量
在网络规划的链路预算中一般要考虑由于阻挡引起的衰落余量，具体余量取多少和规划中区域覆盖率多少有关。由于软切换作用可以带来软切换增益，用于对抗慢衰落和快衰落的影响。所以阴影引起的衰落余量和软切换结合起来对移动台和基站间允许的路径损耗产生影响，也就影响了基站的发射功率。在对网络进行规划时，对基站的功率分配可以考虑一个余量。
4．功率阻塞
在规划网络基站的功率时，要考虑到基站允许发射的最大功率，如果小区移动台所需的功率超出基站允许的发射功率时，移动台就可能产生中断、服务质量下降或者拒绝一些移动台接入网络等问题。
综合上述，在规划基站的发射功率时，应考虑到公共信道、业务信道所需功率和各种余量，具体方法可见图1。
图1WCDMA系统基站功率分配
二、基站发射功率的规划
在进行WCDMA网络规划的初始布局阶段，正确估计每个小区基站所需的总发射功率是非常重要的。这个估计应基于对用户的平均发射功率，而不是链路预算所指的小区边缘的最大发射功率。这是由于在小区边缘的一些用户要求较多的功率，而同时其他靠近基站的用户要求较少的功率，所以WCDMA系统在初始布局阶段会带来集群增益。另外基站的发射功率与规划时所采用的小区类型（宏小区、微小区）有很大关系，功率的分配也直接影响网络性能的好坏，这里得出的结论对WCDMA系统网络规划时基站的功率规划具有很好的参考意义。
1．基站发射功率与规划小区类型的关系
对于下行链路，通过计算可以得到基站的总发射功率为：
(1)
在式（1）中，为基站的总发射功率，为基站和移动台建立无线连接 所需功率， 为小区内的所有无线连接数， 、 、 和 分别为热噪声功率、用户信息比特率、系统码片速率和基站的总发射功率， 和 分别为移动台 与服务基站 和另一个基站 之间的路径损耗， 为移动台所需的 ，它包括了软切换（SHO）合并增益和快速功率控制引起的平均功率上升， 为服务小区周围的小区数， 为小区的正交系数， 为移动台 的物理层激活因子。
定义移动台收到的其他小区与本小区基站功率的平均比值为小区隔离度可以用公式（2）：
(2)
由表达式(1)我们可以看出：每个用户所需的最小基站发射功率由没有多址干扰（小区内或小区间）时的基站发射机和移动台接收机间的衰减及移动台接收机的灵敏度决定，然后将干扰引起的噪声恶化量（Noiserise）影响叠加到这个功率上，所得到的总和代表了处于小区内“平均位置”处的用户所需的发射功率。
在WCDMA网络规划初始布局阶段确定基站所需发射功率时，不可能根据每个无线链路的参数来确定。为此可以根据小区内用户特性（如使用的业务类型、所处的无线移动环境、是否处于软切换状态等），将用户进行分组，然后将这些分类的无线链路组所需功率进行叠加，最后得到基站所需功率。
基于以上讨论，我们可以得出基站发射功率与小区隔离度的关系，从中可以得出进行网络规划时，选取的基站功率和小区类型（建模成不同的小区隔离度）的关系。在进行网络规划时，小区基站功率的设计和无线传播环境以及小区基站配置的选取等因素有关。
2．基站发射功率仿真结果
首先，对宏小区情况进行仿真，得出基站总的发射功率与小区类型的关系和允许最大无线链路损耗的关系，分别如图2和图3。
对于图2，仿真参数的选取遵从网络规划时的典型参数。其中用户的话音速率为12.2kit/s；小区的隔离度的选取和无线传播条件及小区网络规划有关（如天线高度的选择等），仿真中取0.5~0.8；所需的为8dB，正交系数为0.5，这两个参数从链路级仿真中得出；用户物理层激活因子 取0.67（这里假设50%的话音激活加上考虑DTX期间公共信道的开销）；噪声功率 为-100dB；最大允许无线链路损耗为150dB。
图3中，小区的隔离度取为0.6，最大允许链路损耗140~155dB。其他参数同图2。
从这两个图可以清楚地得到基站所需功率取决于整个网络的干扰条件和小区的半径，也可以看出如果基站的发射功率相同的话，它既可以考虑用于更大小区的覆盖也可以用于更高的小区负荷。
对微小区情况进行仿真看出，由于在微小区中天线的高度一般低于建筑物高度，所以小区隔离度比宏小区好，仿真中隔离度取0.1~0.4；最大允许的路径损耗为135dB；所需的为8.4dB，正交系数为0.75。对比图4和图5，我们可以看出微小区的频谱利用率比宏小区大得多。
四、结束语
由于WCDMA系统中引入了新的业务需求以及在系统无线接口等方面不同于第二代GSM系统，所以在无线网络的规划设计方面也就不同于GSM系统。在WCDMA系统中，基站的发射功率决定了系统的容量、覆盖和系统的干扰，所以规划WCDMA系统时，基站功率的设定就显得非常重要。本文对WCDMA系统中基站的功率规划问题做了详细的探讨，从中可以看出在进行网络规划时基站功率的规划有许多不同于GSM系统的方面要加以考虑，并且对不同小区隔离度情况即不同无线传播情况下基站宏小区、微小区和小区用户数、吞吐量的关系作了仿真。所有这些结论对于WCDMA系统无线网络规划工程师在进行基站功率规划时具有很好的指导意义。
----《通信世界》
作者：江西省移动通信有限公司网络部 梅辉
一、基站功率的分配
WCDMA系统基站的功率一般是由业务信道（如专用信道DCH）和公共信道共享（如公共导频信道CPICH）的，他们之间的功率分配是动态的，这使得在进行网络规划时，最优地配置基站功率对于达到最大网络容量和所需覆盖非常重要。另外，网络中的无线环境和移动用户位置的不确定性使得为满足用户的服务达到一定的QoS，基站的一部分功率必须作为储备预留出来，这包括软切换余量、快衰落余量、干扰储备等。表1给出了下行链路公共信道的典型功率值，值得注意的是SCH和CCPCH信道是彼此时分复用的。
为了使整个网络的容量达到最优化，基站的导频信道功率和业务信道功率在做网络规划时应取最优值，已经有文献用系统仿真方法说明了最优值的选取。
除了以上关于功率的分配外，在做网络规划时，小区下行链路功率的分配中还要考虑一些储备，这主要基于以下几点考虑。
1．正交系数余量
前面提到WCDMA下行链路为区分用户采用正交码字，这种正交码在多径无线传播环境下将损失部分正交性，这种影响主要取决于多径环境和基站与移动台之间的路径损耗。在进行网络规划时，通常把正交系数取为一个常数，实际上它是一个依赖于环境变化的变量，所以在进行网络规划时要给一个功率余量，以补偿这种变化对接收信号的影响。
2．功控余量
WCDMA系统功率控制的特点是上、下行链路采用了快速功率控制。在下行链路基站发给移动台的功率只要满足移动台接收机在达到服务质量的条件下能解调出有用信号的最小发射功率，以便使网络的干扰达到最小，从而使网络容量最大化。但在时间上由于功率控制的误差或移动台的移动性，快速功率控制不可能使移动台在小区的任何位置都收到相同的最小功率，这样接收功率总是在最佳值附近偏移。另外功控环路中的时延和功控信令错误等因素都会影响功控的精确度，所以在进行网络规划时要考虑一个功控余量。功控余量的确定一般根据无线传播环境，从仿真中得到。
3．阴影和软切换余量
在网络规划的链路预算中一般要考虑由于阻挡引起的衰落余量，具体余量取多少和规划中区域覆盖率多少有关。由于软切换作用可以带来软切换增益，用于对抗慢衰落和快衰落的影响。所以阴影引起的衰落余量和软切换结合起来对移动台和基站间允许的路径损耗产生影响，也就影响了基站的发射功率。在对网络进行规划时，对基站的功率分配可以考虑一个余量。
4．功率阻塞
在规划网络基站的功率时，要考虑到基站允许发射的最大功率，如果小区移动台所需的功率超出基站允许的发射功率时，移动台就可能产生中断、服务质量下降或者拒绝一些移动台接入网络等问题。
综合上述，在规划基站的发射功率时，应考虑到公共信道、业务信道所需功率和各种余量，具体方法可见图1。
二、基站发射功率的规划
在进行WCDMA网络规划的初始布局阶段，正确估计每个小区基站所需的总发射功率是非常重要的。这个估计应基于对用户的平均发射功率，而不是链路预算所指的小区边缘的最大发射功率。这是由于在小区边缘的一些用户要求较多的功率，而同时其他靠近基站的用户要求较少的功率，所以WCDMA系统在初始布局阶段会带来集群增益。另外基站的发射功率与规划时所采用的小区类型（宏小区、微小区）有很大关系，功率的分配也直接影响网络性能的好坏，这里得出的结论对WCDMA系统网络规划时基站的功率规划具有很好的参考意义。
1．基站发射功率与规划小区类型的关系
对于下行链路，通过计算可以得到基站的总发射功率为：
(1)
在式（1）中，为基站的总发射功率，为基站和移动台建立无线连接 所需功率， 为小区内的所有无线连接数， 、 、 和 分别为热噪声功率、用户信息比特率、系统码片速率和基站的总发射功率， 和 分别为移动台 与服务基站 和另一个基站 之间的路径损耗， 为移动台所需的 ，它包括了软切换（SHO）合并增益和快速功率控制引起的平均功率上升， 为服务小区周围的小区数， 为小区的正交系数， 为移动台 的物理层激活因子。
定义移动台收到的其他小区与本小区基站功率的平均比值为小区隔离度可以用公式（2）：
(2)
由表达式(1)我们可以看出：每个用户所需的最小基站发射功率由没有多址干扰（小区内或小区间）时的基站发射机和移动台接收机间的衰减及移动台接收机的灵敏度决定，然后将干扰引起的噪声恶化量（Noiserise）影响叠加到这个功率上，所得到的总和代表了处于小区内“平均位置”处的用户所需的发射功率。
在WCDMA网络规划初始布局阶段确定基站所需发射功率时，不可能根据每个无线链路的参数来确定。为此可以根据小区内用户特性（如使用的业务类型、所处的无线移动环境、是否处于软切换状态等），将用户进行分组，然后将这些分类的无线链路组所需功率进行叠加，最后得到基站所需功率。
基于以上讨论，我们可以得出基站发射功率与小区隔离度的关系，从中可以得出进行网络规划时，选取的基站功率和小区类型（建模成不同的小区隔离度）的关系。在进行网络规划时，小区基站功率的设计和无线传播环境以及小区基站配置的选取等因素有关。
2．基站发射功率仿真结果
首先，对宏小区情况进行仿真，得出基站总的发射功率与小区类型的关系和允许最大无线链路损耗的关系，分别如图2和图3。
对于图2，仿真参数的选取遵从网络规划时的典型参数。其中用户的话音速率为12.2kit/s；小区的隔离度的选取和无线传播条件及小区网络规划有关（如天线高度的选择等），仿真中取0.5~0.8；所需的为8dB，正交系数为0.5，这两个参数从链路级仿真中得出；用户物理层激活因子 取0.67（这里假设50%的话音激活加上考虑DTX期间公共信道的开销）；噪声功率 为-100dB；最大允许无线链路损耗为150dB。
图3中，小区的隔离度取为0.6，最大允许链路损耗140~155dB。其他参数同图2。
从这两个图可以清楚地得到基站所需功率取决于整个网络的干扰条件和小区的半径，也可以看出如果基站的发射功率相同的话，它既可以考虑用于更大小区的覆盖也可以用于更高的小区负荷。
对微小区情况进行仿真看出，由于在微小区中天线的高度一般低于建筑物高度，所以小区隔离度比宏小区好，仿真中隔离度取0.1~0.4；最大允许的路径损耗为135dB；所需的为8.4dB，正交系数为0.75。对比图4和图5，我们可以看出微小区的频谱利用率比宏小区大得多。
四、结束语
由于WCDMA系统中引入了新的业务需求以及在系统无线接口等方面不同于第二代GSM系统，所以在无线网络的规划设计方面也就不同于GSM系统。在WCDMA系统中，基站的发射功率决定了系统的容量、覆盖和系统的干扰，所以规划WCDMA系统时，基站功率的设定就显得非常重要。本文对WCDMA系统中基站的功率规划问题做了详细的探讨，从中可以看出在进行网络规划时基站功率的规划有许多不同于GSM系统的方面要加以考虑，并且对不同小区隔离度情况即不同无线传播情况下基站宏小区、微小区和小区用户数、吞吐量的关系作了仿真。所有这些结论对于WCDMA系统无线网络规划工程师在进行基站功率规划时具有很好的指导意义。
----《通信世界》
作者：江西省移动通信有限公司网络部 梅辉
