影响2G、3G、4G无线网络容量的因素研究

2017-10-16张立武王浩年

中国新通信 2017年17期

关键词：信道容量无线

张立武+王浩年

【摘要】本文对2G、3G、4G无线网络的各种制式网络进行了分析，分别将影响这些网络容量的因素进行了逐条分析。分析了GSM、WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA、TD-LTE网络的特点及影响网络容量的因素。

【关键字】 2G 3G 4G 容量

一、2G网络容量的影响因素

影响GSM网络容量的因素很多，EDGE的覆盖范围、无线空口的质量、网络硬件容量、无线规划参数等等都可以影响到网络容量，下面详细分为几方面作出分析。

1、EDGE的覆盖范围。EDGE是一种从GSM到3G的过渡技术。它主要是在GSM系统中采用了一种新的调制方法，即多时隙操作和8PSK调制技术。由于8PSK可将现有GSM网络采用的GMSK调制技术的信号空间从2扩展到8，从而使每个符号所包含的信息是原来的4倍。

2、无线环境质量。EDGE对无线环境要求较高，无线网络空口质量越好，就可以使用相应的效率较高的编码方式，相应的下载速率越高。EDGE MCS6～MCS9编码方式对C/l要求在12～20dB左右。合理的规划网络基站和小区分布可以有效提高周围用户空中接口的质量。

3、PCU容量规划。PCU是控制EGPRS无线资源分配、数据块分割和合并的单元。它的负荷情况和所控制的小区分布情况将直接影响到终端用户的时隙资源占用、EGPRS编码方式以及数据吞吐量。所以需要对PCU进行合理的规划和优化调整。

4、Abis的资源管理。Abis资源用于承载基站与BSC的数据及信令的传送。以2M（32个64k传输时隙）为单位进行配置。每个支持EDGE的时隙独占一个64k的Abis资源。如果Abis口资源不足，也会导致网络容量下降。

5、PDCH信道规划。PDCH信道是EDGE进行数据传输至无线接口的载体，应用信道数量制约着无线接口上的速率大小。规划包括信道的配置方法，分配策略以及相关的计数器设置门限等。参数合理设置使EDGE下载速率有较大提高。

6、无线功能参数的设置。1）小区重选参数：合理设置小区重选参数。2）位置区的合理规划对网络容量影响非常大。3）信号稳定对网络容量也有很大的影响。

二、3G网络容量的影响因素

2.1 3G 网络的总体特点

3G 技术、标准与系统通过多年的完善和发展，呈现出以下特点：

1、核心频段为2000MHz频段。2、WCDMA/CDMA2000/ TD-SCDMA无线网全部采用CDMA技术。3、支持混合业务，包括支持不同服务质量要求的业务，时延要求涵盖了从时延敏感型的实时业务到比较灵活的尽力而为型分组数据业务。4、支持上、下行链路业务量不对称的服务。5、业务承载速率大幅提高，特别是下行速率提升明显。6、根据不同带宽需求支持可变比特速率。7、支持2G/3G互操作。8、频谱效率提高，系统容量提升。9、整个网络向IP化演进。10、IMS的出现为FMC提供可能。

基于以上原因，3G网络的规划、建设难度大幅提高，包括覆盖规划、容量规划、业务规划、承载规划等。

2.2 3G 网络的容量受到诸多因素的影响

1、通信质量要求。通信质量要求越高，小区所能容纳的容量越低。2、覆盖范围和用户分布。覆盖范围越大，用户分布越集中在覆盖边缘，小区所能容纳容量越低。3、其他小区对本小区的干扰。其他小区的负载越高，对本小区的干扰越大，本小区的容量越低。4、各种混合业务的构成情况。由于不同业务占用功率及贡献的负载量不同，故小区所承载的混合业務构成情况直接影响着小区的容量。5、信道平均正交性。信道的平均正交性越好，小区容量越高。6、软切换比例。软切换比例越大，单用户平均占用的链路越多，软切换开销越大，小区的容量越小。7、功放的大小。当系统容量处于下行功率受限的时候，小区采用大功率功放比小功率功放能承载的容量大。8、无线资源管理算法（RRM）。系统采用的RRM算法越优、越有效，系统内的干扰越低，资源利用率越高，可承载的容量越大。9、系统设备处理信号的能力和硬件性能。设备处理信号的能力越强，硬件性能越好，可容纳的容量越高。10、正交扩频码数量。小区同时可支持业务链接数不能大于系统提供的正交码数，也就是正交码数量受限（出现在下行），它往往出现在下行正交性比较好的微小区。

三、4G网络容量的影响因素

3.1影响TD-LTE容量的因素

TD-LTE系统的容量由各个方面的因素决定，首先是固定的配置和算法的性能，包括单扇区频点的带宽、发射机功率、网络结构、天线技术、小区覆盖半径、频率资源调度方案、小区间干扰协调算法等；其次，由于在资源的分配和调制编码方式的选择上，TD-LTE是完全动态的系统，实际网络整体的信道环境和链路质量，对TD-LTE的容量也有着至关重要的影响。天线技术对系统容量有直接影响，与GSM和TD-SCDMA不同，TD-LTE在天线技术上，有了更多的选择。多天线设计的设计理念，使得网络可以根据实际网络需要以及天线资源，实现单流分集、多流复用、复用与分集自适应，波束赋形等，这些技术的使用场景不同，但是都能在一定程度上影响TD-LTE网络容量。

3.2影响系统容量的因素分析

1、系统带宽对容量的影响。TD-LTE没有设置特别的时域或者频域滤波器，而是通过设置过渡保护带来消除时域波形的“展宽”和“振荡”现象，降低了实现的复杂性。保护带宽越大，泄露到系统带宽之外的能量越小，但是过大的保护带宽带来的频谱效率损失也越大。

2、CP长度对容量的影响。CP长度需要远远大于无线信道的最大时延扩展，以避免严重的符号间干扰（ISI）和子载波间干扰（ICI）。CP又不能过长，过大的CP开销会带来额外的频谱效率损失。

3、上下行时隙及特殊子帧配置。TD-LTE系统支持5ms和10ms的切换点周期，共支持7种上下行时隙配置。上下行时隙配比的范围可以从将大部分资源分配给下行的“9：1”到上行占用较多资源的“2：3”，非常适用于IP分组业务等非对称业务。

4、特殊子帧配置对容量的影响。TD-LTE的特殊子帧中的DwPTS和UpPTS的长度是可配置的，不过DwPTS、GP和UpPTS的总长度为1ms，共支持9种配置。为了节约网络开销，TD-LTE允许利用特殊时隙DwPTS和UpPTS传输数据与系统控制信息。GP占用的OFDM符号越多，则TDLTE系统的覆盖范围越大，但是TD-LTE的频谱效率会越低。

5、上下行链路开销对容量的影响。在TD-LTE下行和上行信道中，存在一定的开销。在估计业务信道占用资源数时，需扣除这些信道开销的影响。表1和表2分别给出了TD-LTE上下行开销汇总。