cdma2000 1x EV-DO组网方式的探讨

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摘要　介绍了在进行cdma2000 1x EV-DO系统规划时，可能出现的各种组网方式及其优缺点；并对1x EV-DO和1x共用天馈线系统和独立天馈线系统，以及连续覆盖和插花式覆盖进行了分析比较。
0、前言
　　目前，中国联通已基本实现了全网cdma2000 1x覆盖，也基本建成了“CDMA精品网”，在覆盖和数据业务上正在赶超竞争对手。但由于联通开展的各种增值业务与竞争对手非常接近，同质化现象非常严重，无法体现出CDMA网络的优势；而对于极具潜力的可视电话业务，cdma2000 1x的带宽和传输速率与GPRS相比，虽有优势但还不足以对其构成威胁。
　　随着3G牌照的发放日趋明朗，四大电信运营商均已开始规划、部署未来的3G网络。对于中国联通而言，在800 MHz频段上从cdma2000 1x（下称 1x）升级到3G的cdma2000 1x EV-DO（下称DO），无论从建设速度上或是投资效益上都具有其他运营商、其他制式所无法比拟的优势。
　　a）CDMA标准的制定和发展一直非常重视对现有网络的支持和兼容，在提供新功能的同时也注重对运营商投资的保护。
　　b）从标准上讲，普通的语音和基本的数据业务在1x阶段就已经趋于完善，后续DO标准的制定在于增强对高速数据及在此基础上对VoIP业务的支持。
　　c）核心网由电路型向全IP过渡。
　　d）DO系统在设计之初就强调与1x标准的连续性和动态演进性，其射频特性、码片速率、功率要求和覆盖区域等要素具有很多共同点。
1、DO组网方案
　　1.1　DO网络结构
　　从网络结构上看，DO的网络结构比较简单，系统由接入终端（AT）、接入网（AN）、PCF、分组数据服务器（PDSN）以及AAA等设备构成。图1所示为3GPP2规范A.S0007 Phase 1 IOS建议的DO网络结构。3GPP2中还规定了DO在A接口标准上有2个阶段：第一阶段Rev.0和第二阶段Rev.A。目前大部分设备厂商具有支持Rev.0的商用设备，预计在2006-2007年初能推出支持Rev.A的设备和应用。

图1　DO网络结构示意图

　　1.2　DO组网方案
　　建设DO网络时，必须使用独立的载频，组网时可以采用2种结构：独立组网和混合组网。
　　1.2.1　独立组网方案
　　独立组网是指在建设DO网络时，DO与1x分别采用独立的基站和PCF与PDSN相连，如图2所示。

图2　独立组网方案示意图

　　对于无1x网络的运营商而言，如果希望通过建设DO网络提供高速分组数据业务，就可以单独建设DO网络。此时，网络设备投资包括核心网和接入网在内的所有设备投资。
　　对于已存在1x网络的运营商而言，为了减少对现网的影响，可以考虑单独建设DO网络，覆盖数据业务需求高的区域。此时，网络设备投资通常只包括接入网的BTS和BSC部分投资，核心网可以共用已有的1x核心网。
　　1.2.2　混合组网方案
　　对于已存在1x网络的运营商的另外一种选择就是DO与1x混合组网，即在1x基站上增加DO信道板，并对原有的1x系统软件进行升级，两者共用1x的分组核心网。接入网则又可分为升级组网方式和叠加组网方式2种。
　　（1）升级组网方式
　　升级组网对应于DO与1x共用BSC和BTS的情况，需对原BSC和BTS进行软件或硬件升级（在现有设备上增加或替换），以支持DO功能，如图3所示。其中，接入网中的无线资源控制、呼叫控制和移动性管理等功能由BSC完成，调制解调和基站收发信等功能由基站来完成。

图3　升级组网方式示意图

　　（2）叠加组网方式
　　叠加组网指接入网新增BSC或BTS设备，叠加组网方式可细分为以下3种方式：
　　a）BSC、BTS均不共用，参见图4；

图4　BSC、BTS单独设置示意图

　　b）共用BTS，单独设置BSC，参见图5；

图5　共用BTS，BSC单独设置示意图

　　c）共用BSC，单独设置BTS，参见图6。

图6　共用BSC，BTS单独设置示意图

　　在方式a）、b）中，新增DO-BSC进行DO的业务处理和操作维护，可以新增BTS设备或在原机柜中对BTS进行软硬件升级。对早期布署的容量较小的1x系统，可以采用不共用BSC、共用BTS的叠加组网方式，但其后期扩容能力可能受到一定的限制，方式b）甚至可以共用天馈线系统。
　　在方式c）中，DO使用独立的基站设备，也可以使用独立的天馈线系统；对1x网络的BSC、PDSN及AAA可进行软件升级。这样不影响1x网络布局和覆盖，并且可以结合目标覆盖区的实际情况，更有针对性地规划和部署DO网络。该方式要求更多的基站硬件设备和机房空间等，若DO与1x不共用天馈线系统，则还需要考虑天线平台是否有足够的空间。
　　方式a）和方式b）均受限于各厂商设备的特点，并不常用，下文中所讨论的叠加组网方式都是指方式c）。
　　混合组网的各种方式又可分为共站址和不共站址、共用天馈线系统和独立天馈线系统等多种情况。
2、不同组网方式的比较
　　2.1　升级组网方式的特点
　　2.1.1　升级组网方式的优势
　　a）投资方面。节省新建基站的投资成本；可共用部分原有器件和备件，减少维护和备件成本；可共用天馈线系统，投资较少。
　　b）工程实施方面。减少设备机架安装工程量，直接增加DO载频和相应的器件；在与1x统一的操作平台上进行升级。
　　c）日常维护方面。基站数量少（如果按1:1连续覆盖布站方式，无DO新建基站），减少了维护工作量；不增加机架数量（对某些设备而言，需要增加新机架），节省机房空间。
　　d）与1x的互操作方面。同一设备厂家核心网与接入网之间的消息互通易于实现；升级到Rev.A时，1x和DO的寻呼、短消息等可以共用通道进行监听和传送。
　　e）射频方面。可共用天馈线系统，在一定程度上可以分享1x网络优化的经验；1x和DO前／反向链路没有额外的损耗，不会对原有1x的覆盖产生影响；系统间的隔离不受影响；可共用GPS天线。
　　2.1.2　升级组网方式的劣势
　　a）设备选型方面。在进行设备选型时受限于原有1x设备厂家。
　　b）投资方面。由于升级组网方式均是在原有1x设备基础上升级改造而来，某些厂家设备的升级改造费用可能比较昂贵，有的设备甚至必须完全替换，在这种情况下就没有价格优势。
　　c）对新业务支持方面。由于上述原因，现网设备对未来的新版本、新业务不支持或不能很好地支持。
　　d）对现网影响方面。软硬件升级对现网1x用户会造成或多或少的影响。
　　2.1.3　升级组网方式的选择策略
　　在选择升级组网方式时，需要考虑以下几方面的因素：
　　a）具备1x网络；
　　b）原有1x设备（基站硬件插板、基站和BSC的软件版本）是否支持DO升级；
　　c）设备选型受限；
　　d）是否支持新业务的开展；
　　e）运营商和用户是否可以承受升级对现网造成的影响；
　　f）由于必须共用天面甚至共用天馈线系统，因此对每个站址的安装空间提出了较高的要求。
　　2.2　叠加组网方式的特点
　　2.2.1　叠加组网方式的优势
　　a）工程实施方面。如果不共用天馈线系统，则新增基站的安装、调测完全独立，对原有1x网络没有影响。
　　b）射频方面。如果不共站址，DO无线网络与1x无线网络是完全独立的，DO网络可以根据数据需求和网络特点进行站点设置和网络优化。
　　c）设备选型方面。不受原1x设备厂家的限制，通过设备招标可在一定程度上降低网络建设的成本；某些新厂家的DO设备与原1x设备相比，其能耗比、支持IP传输等方面具有相当的优势。
　　2.2.2　叠加组网方式的劣势
　　a）投资方面。需要增加新的基站设备，会增加建网的投资成本；需购买新的合路器／功分器或新的天馈线系统（分别对应于共用天馈线系统、独立天馈线系统等情况）。
　　b）工程实施方面。如果在原有机房新增基站设备，则对机房面积、承重等方面提出要求；如果采用共用天馈线系统方式，则需要断开馈线并安装合路器／功分器，使1x业务中断。
　　c）射频方面。如果1x和DO不共用天馈线系统，或基站布局不一致，则两套天馈线系统的增益和损耗可能不同，也就不能充分分享1x网络优化的经验；某些站址可能没有足够的位置安装新的天馈线系统或者空间隔离度不够。
　　d）传输组网、供电需求方面。新增基站站址对传输组网的需求比升级网复杂，新增独立设备机架的供电需求也较升级网多。
　　2.2.3　叠加组网方式的选择策略
　　在选择叠加组网方式时，需要考虑以下几方面的因素：
　　a）建设成本相对较高，尤其当BSC、PCF、电源和传输配套等不能共用时，必须单独新建一套；
　　b）不能充分分享1x网络优化的经验；
　　c）当新增设备与1x基站共站址建设时，对基站机房面积、承重要求较高；
　　d）对于运营商而言，选择叠加组网可以有效引入主设备招标。
3、其他方面的比较
　　3.1　共用天馈线系统与独立天馈线系统的比较
　　如果采用升级组网方式，由于是同一个厂家的设备，在其机架顶端的射频端口上，1x与DO共用天馈线系统方式和1x多载波共用天馈线系统方式两者之间没有本质上的区别，因此，采用共天馈线系统的可行性是毋庸置疑的。
　　对于叠加组网方式，由于不再采用原1x厂家设备的可能性非常大，因此建议尽量采用独立天馈线系统，其原因如下：
　　a）共用天馈线系统需要外置合路系统，增加了故障节点；
　　b）外置合路系统将增加1x和DO系统的上下行链路损耗，当网络中大量采用这种结构时，城区室内的深度覆盖、网络性能指标等可能会受到很大的影响；
　　c）根据覆盖和优化的需要，1x和DO两个系统对天线的下倾角、方位角、波瓣宽度等提出了不同的建议和要求，增加了网络优化的实施、协调难度。
　　d）对于个别关键站址，由于天线安装位置受限，在这种特殊情况下，不得不采用共用天馈线系统方式，这时应根据所使用的1x和DO基站的特点和共站要求，选择合理的共用天馈线系统方式。
　　（a）原有1x基站未使用多载频，每个扇区天馈线端口为单发双收状态，新增的DO为单载频设置。
　　在这种情况下，可以将DO基站的每扇区发射端分别与另外一付1x没有使用发射的天线端口相连接，1x与DO基站在2根馈线上各自发射自己的信号，在发射链路上没有额外的功率损耗。而在接收链路上，由于必须采用分集接收，可以从1x的分集接收端口功分后经过跳线与DO基站的接收端口相连接（每扇区两个系统分别各有一付天线为主接收天线，分集接收则从另一系统功分得来），参见图7（a）。
　　这样一来，反向链路上的损耗与b）相同，而且为使两路接收相匹配，还需要仔细考虑1x与DO各自的设备特点（如两系统带通滤波器的性能）。
　　（b）原有1x基站已使用多载频，每个扇区天馈线端口为双发双收状态，新增的DO为单载频设置。
　　在这种情况下，切实可行的方案是使用混合合路器，它可以将2个基站的每扇区的前/反向信号进行合路/分路，达到共用天馈线系统的目的，参见图7（b）。

图7　两种常用的共用天馈线系统方式

　　使用混合合路器会给前／反向带来1～3 dB的衰耗，但可以采取如下弥补措施：
　　●对于宏蜂窝基站，提高基站机顶的射频发射功率；
　　●如果已经是最大功率发射，则可以通过功率放大器来弥补前向功率损耗；反向则可以通过塔顶放大器来弥补；
　　●增加其他有源器件，但这种方案一方面增加了故障点和新的插入损耗，另一方面成本和安装位置也会存在一定的问题。
　　综上所述，无论哪种共用天馈线系统的方式都有其特点和局限性，必须对不同厂家设备特点进行综合考虑后慎重使用。
　　3.2　连续覆盖和插花式覆盖的比较
　　在混合组网方式确定以后，还存在基站设置方式的比选，主要有连续覆盖（与原有1x基站共站址建设）和插花式覆盖（可以不遵循原有1x基站布局，而根据数据需求的高低进行设站）2种，参见图8。

图8　连续覆盖和插花式覆盖比较

　　3.2.1　连续覆盖特点
　　a）可以借鉴原有1x网络的设置参数、基站布局规划方案；
　　b）可以利用原有1x基站配套资源（电源、传输、基础配套等），便于快速实施；
　　c）便于实施和开展VoIP、VT等实时性业务（Rev.A以上版本）；
　　d）对于前期基站布局不合理、数据与话音分布不吻合等情况，受到较大的局限性；
　　e）对于没有数据需求的区域，仍采用DO的连续覆盖可能会造成投资浪费。
　　3.2.2　插花式覆盖特点
　　a）可以结合数据分布的实际特点，对有需求的区域进行布站，而对数据需求量不大的区域，数据需求则由1x承载；
　　b）无法充分利用原有1x网络的参数设置、基站布局规划，相对于1x网络而言，DO是一个相对独立的接入网；
　　c）无法利用原有1x基站配套资源（电源、传输、基础配套等），增加了工程实施难度；
　　d）存在较多的1x与DO切换边界，增加数据的切换，会导致网络质量不易控制；
　　e）不利于开展VoIP、VT等实时性业务。
4、结束语
　　通过上述对各种情况的分析，将各种组网方式、覆盖方式的特点列于表1中。

表1　各种组网方式、覆盖方式的特点比较

　　从工程设计的角度来看，建议根据现有1x网络的情况以及DO网的建网策略，选择升级网或叠加网不同的组网方式，覆盖方式则建议采用以连续覆盖为主、插花式覆盖为辅的建设策略。对于是否采用共用天馈线系统方式，则应依据天馈线的安装空间、割接工程量以及对现网的影响等因素灵活取定，而不能盲目地选择某一种组网、覆盖方式。
　　由于3G网络在国内尚处在实验网阶段，并未开始大规模建设，尤其是cdma2000 1x EV-DO Rev.A的建设时机并不成熟，因此文中的某些组网规划、工程实施方案是根据2G网络的经验得出的，很有可能会在将来的操作过程中存在预料不到的问题，欢迎大家批评指正，并展开更深层次的分析与探讨。