CDMA2000 1x EV-DO无线网络规划探讨

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摘要　文章归纳了1x EV-D0与CDMA2000 1X网络规划的相似点，介绍了1x EV-DO的规划特点，探讨了1x EV-DO的建设策略。
1、引言
　　CDMA2000是美国向ITU提出的第三代移动通信空中接口的标准建议，是IS-95向3G演进的技术体制方案。从CDMAOne向3G演进的路径为：IS-95A，IS-95B，CDMA2000 1x和CDMA2000 1x EV。CDMA2000标准的技术细节主要由3GPP2（3rd Generation Partnership Project 2）组织完成。
　　CDMA2000的第一阶段是CDMA2000 1X，其容量可达到CDMAOne的1.5倍。由于无线Internet等高速分组业务需求的不断增长，CDMA2000 1X已经不能完全满足业务发展的需要。在CDMA2000 1X的基础上，3GPP2制定了CDMA2000 1X增强标准，分为两个分支：1x EV-DO和1x EV-DV。在1x EV-DV技术中，数据和话音共用一个载波；而在1x EV-DO中，则采用独立的载波传输高速分组数据。
　　与CDMA2000 1x相比，1x EV-DO在无线传输技术上进行了许多革新，这一点在前向链路上尤为突出。在前向链路上，1x EV-DO的革新体现在时分复用、自适应编码和调制、满功率的时分导频、虚拟软切换、智能调度算法、H-ARQ等；在反向链路上，1x EV-DO也增加了自适应调制、辅助导频、速率控制和H-ARQ等。这些新技术使得1x EV-DO的分组数据接入能力得到大大提高。
　　由于1x EV-DO在前、反向链路上的优化和改进，使得1x EV-DO在技术特点上与传统的码分多址方式有了较大的不同，干扰模型也发生了很大的变化。在网络规划中，应当充分的考虑1x EV-DO技术特点带来的影响。
2、1x EV-DO与CDMA2000 1X网络规划的相似点
　　1x EV-DO是从CDMA2000 1X发展而来的，是CDMA2000的不同发展阶段和分支，很多基础技术都是相同的，例如：采用Rake接收机技术、码分多址方式、FDD双工模式等。因此，在很多方面，1x EV DO与CDMA2000 1X的网络规划具有相似性。
　　（1）规划内容和流程相似
　　在规划流程方面，首先要进行预规划，通过链路预算和容量估算，估计小区的覆盖半径和容量，得到基站数目的预算。然后进行初步规划，进行站址选择、站型设计、初步的参数选择等。最后进行详细规划，通过仿真，了解覆盖效果，不断调整各参数，在预算内达到最好的覆盖效果。在规划内容方面，1x EV-DO和CDMA2000 1X都要进行传播模型校正、业务模型预测、仿真分析、覆盖预测、邻小区规划、PN相位规划等。
　　（2）射频性能相似
　　两者的扩频速率均为1.2288MHz，频点间隔和保护带宽相同，载波频率相近，码片速率相同，基站和终端的发射功率类似。这些相似特点使得1x EV-DO和CDMA2000 1X在联合组网时，可以共用现网的射频设备。
　　（3）传播模型可共用
　　由于两者的带宽相同、频点相近，1x EV-DO的无线网络规划可以使用CDMA2000规划时所用的传播模型，无需重新进行校正。
　　（4）邻小区规划方法相似
　　在移动通信网络中，基站必须传送一个邻小区列表给移动台，移动台对列表里的小区的信标信道进行测量，以便在移动的过程中及时地进行切换。邻小区列表一般将有可能发生切换（软切换）的小区列入。过大的邻小区列表会增加移动台的测试负荷，减慢切换速度和增加移动台的耗电量；而过小的邻小区列表则有可能漏掉一些应该切换的邻小区，导致移动台掉话。因此，邻小区规划是无线网络规划的一个重要内容。1x EV-DO和CDMA2000 1X都采用导频辅助进行切换判决，邻小区规划的原则相同。
　　（5）PN相位规划方法相似
　　PN相位用来区分小区，每个小区采用同一个伪随机序列的不同相位进行加扰和扩频。移动台处理接收到最强的PN序列，读取其相位以区分小区。导频PN相位是扇区的一个参数，在网络规划和扩容时，需要对每个小区的导频PN相位进行设置。1x EV-DO和CDMA2000 1X的PN相位使用方法是相同的，PN规划包括2个步骤：首先，设置合适的PILOT_INC，确定可用的PN数目；然后，为各小区设置合适的PN相位。
　　（6）网络规划工具贯穿整个规划过程的始终
　　码分多址的空中接口使系统的覆盖、容量和质量相互关联，许多因素的变化都会直接影响网络规划的结果。传统的以经验为主的规划方法已不能完全适用于码分多址系统，从需求阶段到详细设计阶段，直至以后的优化阶段，都需要借助网络规划工具进行辅助设计。规划设计结果对网络规划工具的依赖性很强。
3、1x EV-DO的规划特点
　　1x EV-DO专门为高速分组数据业务进行了优化，在网络规划方面有其独特之处。
　　（1）链路预算
　　链路预算用于估算小区的覆盖半径，在初步规划阶段扮演了一个很重要的角色。CDMA2000 1X的覆盖主要受反向链路限制，链路预算也应以反向链路为主。同时，在CDMA2000 1X网络中，话音业务仍然是最基础的业务，因此，CDMA2000 1X的链路预算以9.6kb/s速率为主，兼顾19.2kb/s～153.6kb/s。
　　1x EV-DO主要为了高速分组业务设计，链路预算应根据所使用的业务特点进行。对于非对称的以下行为主的数据业务，重点应进行前向业务信道的链路预算；对于对称型数据业务（如交互式游戏等），重点应进行反向链路预算（1x EV-DO Rev.A的反向速率等级从4.8kb/s～1.8Mb/s不等）。
　　链路预算的公式为：最大路径损耗（MAPL）=发射机发射功率+发射天线增益-发射馈线损耗+接收天线增益-接收馈线损耗-接收灵敏度+余量预留。1x EV-DO和CDMA2000 1X的预算方法类似，但在双天线终端和多用户分集方面，1x EV-DO将带来更大的增益。
　　（2）容量估算
　　GSM的话音业务的容量可用Erlang B模型估计，CDMA2000 1X的话音业务的容量需要结合干扰模型估计，这两种容量模型，都已经推导出闭式的表达式，可以比较容易地给出数值解。
　　1x EV-DO的单用户吞吐量和扇区吞吐量比CDMA2000 1X有了显著的提高。1x EV-DO的扇区吞吐量取决于很多因素，包括调度算法、业务优先级、用户位置、信道环境等，难以用闭式表达式给出1x EV-DO的容量的数值解，单一情景下的试验和仿真也不能得到普遍适用的值。因此，1x EV-DO的容量估算必须依赖于能针对特定场景进行仿真的规划软件。
　　（3）业务模型
　　3G业务种类繁多，从不同的角度可进行不同的分类。3GPP和3GPP2两个组织按QoS特征对移动通信网络的业务进行了类似的分类，分为：会话类、流类、交互类和后台类。
　　1x EV-DO Rev.0的反向链路与CDMA2000 1X相似，反向链路的业务支持能力不强。1x EV-DO Rev.A在反向链路上做了重大改进，增加了反向信道的峰值速率，优化了QoS来保证时延敏感的业务，众多高速率、低时延的反向业务（如视频电话、VoIP等）在1x EV-DO上将得到应用。由于1x EV-DO支持种类丰富的数据业务，业务模型的预测在1x EV-DO的规划中非常重要，高速率的反向业务的应用将使1x EV-DO的反向覆盖受到很大的限制。
　　（4）传播模型
　　在进行1x EV-DO的规划时，如果传播模型未经过校正，可用CDMA2000 1X的现网数据进行传播模型的校正，如图1所示。传统的传播模型校正多采用CW测试来收集数据，这种方法工作量大，只能对少数区域进行测试。庞大的工作量往往使CW测试在应用中的可行性不高。而在已有CDMA2000 1X网络的情况下，可以利用CDMA2000 1X的站址，通过测试导频接收功率来计算传播模型校正所需的路径损耗数据，使工作量得以大大减轻。

图1　传播模型校正示意图

　　（5）覆盖规划
　　CDMA2000 1X的覆盖、容量和服务质量三者紧密相关，覆盖规划不能脱离其他两方面单独进行。以控制干扰为核心，处理好三方面的关系是网络规划和优化的重点。由于覆盖、容量和服务质量的相互制约，小区呼吸现象是CDMA2000 1X网络的典型现象。当用户数增加时，干扰加大，小区半径收缩，小区边缘的用户有可能处于覆盖盲区或弱区。这种现象使规划变得困难，难以有效解决轻负载时的过覆盖和重负载时的小区边缘无信号的矛盾。
　　1x EV-DO进行了时分复用，基站总是满功率发射，导频信噪比相对稳定，小区尺寸不随业务量的变化而产生大的改变，切换区域相对稳定，能有效的解决小区呼吸效应，基本不需在规划时预留较大的余量。
　　（6）邻小区规划
　　1x EV-DO与CDMA2000 1X的网络拓扑结构相似，射频特性相同，下行都采用导频辅助进行相干解调，可以通过调整导频信道的发射功率来调整小区的覆盖面积。在两者完全共址的情况下，邻小区的配置应该是一致的。如果1x EV-DO与CDMA2000 1X的基站不共址，1x EV-DO的邻小区需要单独进行规划，除了考虑地理上的邻近原则外，还要考虑导频Ec/Io的覆盖情况。邻小区规划示意图如图2所示：

图2　邻小区规划示意图

　　（7）PN规划
　　1x EV-DO与CDMA2000 1X的导频相位PN的原理相同，最大PN数目共有512个，由增量参数（PILOT_INC）决定可使用的导频数。PILOT_INC一般可取3或4，可用导频相位的数目为128～170个。有时，为了扩容需要，常常在规划时预留一部分的PN相位。
　　在完全共址的情况下，1x EV-DO与CDMA2000 1X采用相同的配置。若不共址，则对1x EV-DO的PN进行单独规划，PILOT_INC和预留PN与CDMA2000 1X网络一致。
4、1x EV-DO的建设策略
　　1x EV-DO从CDMA2000 1X技术发展而来，并且，在1x EV-DO商用的时候，市场上往往已经有了成熟的CDMA2000 1X商用网络。因此，在进行1x EV-D0的商用时，必须考虑与现有CDMA2000 1X网络的兼容问题。
　　（1）重用CDMA2000 1X网络的网络规划，还是一步到位，独立规划?
　　网络规划是一个十分繁重的任务，工程浩大，费时费力。如果1x EV-DO能重用CDMA2000 1X的网络，可以节省下大量的成本。考虑到1x EV-DO的下行覆盖范围较大，对于以下行流量为主的不对称业务，重用1x网络规划的1x EV-DO网络能够提供前向的连续覆盖。另外，重用1x网络还可以简化邻区配置和PN规划，使得1x EV-DO的工程周期大大缩短。
　　但是，如果考虑到1x EV-DO可能需要承载高反向速率的业务（如视频电话），1x EV-DO的反向覆盖将比CDMA2000 1X网络小。在这种情况下，重用1X网络规划将导致这类业务在反向链路得不到连续覆盖。独立于CDMA2000 1X网络的规划可保证对称型低时延业务的连续覆盖，但投资巨大，站点选址也面临相当大的难度。
　　在进行1x EV-DO的网络规划时，业务规划应该走在前头。在现实生活中，业务是逐步发展起来的。一般来说，用户数的发展符合S型的成长曲线。在网络初期，很多用户对新生事物持观望态度，并不急于进入网络。网络发展到一定程度后，用户数快速增长。随着市场需求量的饱和，用户数增速将放缓。因此，在网络规划初期，必须做好业务的分期规划，对业务的发展有一个预期，在此基础上，进行1x EV-DO网络的分阶段滚动规划。
　　1x EV-D0与CDMA2000 1X相互补充，共同发展。1x EV-DO的建设从重点城市重点地区开始，由点到面逐步展开。一方面，在需求活跃地区，加强1x EV DO的深度覆盖，另一方面，在其他广大地区，做好CDMA2000 1X网络的优化，共同构成一个覆盖全国的网络。通过1x EV-DO的发展吸引高端用户，通过CDMA2000 1X的优化提高用户的忠实度。在1x EV-DO覆盖地区，可以使用高速数据业务；在离开1x EV-DO覆盖区，可以在1X网络的支撑下，使用话音业务和中低速数据业务。
　　（2）共址?共天馈?
　　从节省投资的角度看，1x EV-DO应与现有网络共址。事实上，由于居民对环保意识的提高，站址资源越来越稀缺，签下一个站址的成本也越来越高。因此，应尽可能地对站址资源进行共享。但由于未来的网络拓扑不会完全相同，在选择站址时，应考虑未来5年的网络拓扑结构的变化，合理选择现有的站址，避免投资浪费。
　　在共享站址资源的同时，一些射频设备也可以实现共享，比如天线、馈线等。当1x EV-DO与GSM共址时，由于两者的射频性能有一定的差别，1x EV-DO应新建天馈系统；当1x EV-DO与CDMA2000 1X共址时，可以合用天馈系统，以减少投资。
　　但是，在得到节省投资的同时，共用天馈系统的方式也有一些缺点存在。首先，两网的覆盖范围不一样，给天馈系统的选择带来了一定的难度；其次，天馈系统不能分别优化，两网的网络性能互受牵制；另外，共用天馈系统有利于原有的1X天馈提供厂家得到利益，不利于引入不同厂家进行竞争；最后，由于共用天馈系统需要增加合路器，合路器带来的插入损耗同时削弱了两网的覆盖。
　　当1x EV-DO与CDMA2000 1X系统共用天馈时，合路器带来的损耗约为3dB。假设天线的高度是35米，以HATA传播模型（见下式）为例，可估算出反向链路覆盖半径约减小18%。共用天馈系统覆盖半径缩小示意图如图3所示。
　　L=69.55+26.16logf-13.8logh1-a(h2)+(44.9-6.55logh1)logd-K　(1)

图3　共用天馈系统覆盖半径缩小示意图

5、结束语
　　CDMA2000 1x EV-DO吸引人眼球的是其升级的技术带来的高速承载能力，以及由高速承载能力所带来的一些可视电话、手机电视、移动电子商务等新鲜业务，但它的背后隐含着庞大的投资。
　　在建设CDMA2000 1x EV-D0的时候，要理性地看待成本问题，经济建网，研究无线网络规划的规律，促进3G网络的健康发展。