EDGE无线网络规划技术

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1  概述
    EDGE（EnhancedDataRatesfor GSM (or Global) Evolution）GSM增强数据率解决方案是第二代移动通信向第三代移动通信平滑演进的过渡解决方案，既可运用于GSM网络也可运用于IS136网络。它包括了增强电路域数据业务（ECSD）和增强GPRS（EGPRS）两种技术。由于目前中国移动的数据网是基于GPRS技术的，因此下述的讨论主要围绕着EDGE中的EGPRS技术。
    作为GPRS/HSCSD的进化，在EDGE中由于采用了以下技术，使得EDGE能够在同样的200K带宽上提供更高的速率和性能。
    8-PSK调制解调。每一个符号上调制了三个比特，相比于GPRS数据速率可提高近三倍，理论上单时隙最高可达到59.2kbps的应用层数据传送速率。
    多种编码方式（MCS1~9）。9种不同的编码方式中采用不同的冗余数据，从MCS1到MCS9冗余数据逐渐减少，MSC9的传输效率最高。9种编码方式分别属于不同的家族A、B和C。多种编码方式可提供并且支持更多的业务类型，实现服务多样性。
    链路自适应（LA）。在EDGE中，系统会根据当前链路的性能特点，选择最合适的MCS，能克服信号的慢衰落，从而提高当前信道的吞吐量。
    递增冗余重传（IR）。通过在需要的时候重传采用不同打孔的相同数据，使数据能够在接收端被正确还原。IR是为了增强链路性能（能克服信号的快衰落），在物理层采用的一种技术。工作于应答模式下的RLC层。在IR中使用到三种关键技术：打孔、存储和软合并。
    动态ABIS技术。为了节省地面传输资源，建立一个共有的Abis时隙池，为同一个基站中所有链路共享。链路建立时，根据MCS编码方案需要的实际大小动态分配。
    在EDGE中引入了QoS的概念，LLC层和RLC层的包调度可基于客户优先级和应用（时延敏感和时延不敏感）来安排，QoS分为：金、银、铜和“尽力而为”四个等级。
    EDGE网络可提供多种速率、不同QoS的数据业务，在带宽上已经可支持CS16、CS64、PS64、PS128、PS384等多项3G业务（但由于技术上的原因，EDGE网络仍只局限于目前GPRS能支持的业务。对于实时业务，EDGE还不能提供支持）。因此EDGE网络的规划和优化较GPRS单一业务有很大的不同。下面将初步探讨一下EDGE网络的规划技术。
    2  覆盖规划
    覆盖规划是通过对上下行链路的分别计算，确定单个小区的覆盖范围，从而确定满足指定地区信号覆盖的基站数。

   　  （1）

    　   （2）

    其中：

    对于EDGE网络来说，接收机的接收功率计算公式如下：
    接收机接收功率＝发送机输出功率－EDGE中Back-off值－发送端的合路器、滤波器损耗－发送端的跳线、接头、馈线等损耗＋发送端的天线增益－路径损耗＋递增冗余重传增益－快衰落裕量＋接收端的天线增益－接收端的跳线、接头、馈线等损耗－接收端的合路器、滤波器损耗。接收机接收功率只有大于接收机灵敏度，数字信号才能被正确检测。
    其中：
    EDGE中Back-off值是为提高数据速率EDGE中使用8PSK(8相移键控)调制方式。与GMSK相比，在8PSK 中输出功率随输入功率变化，平均值和峰值之间有2 dB ~4dB(backoff)差异。
    由于输出功率的线性要求，需要预留出一定的余量（backoff）以避免功放达到饱和而使输出失真。由于backoff的存在，在进行EDGE链路预算时，TXpower 应该是最大功率减去backoff。通常backoff 取值为3.2 dB。
    递增冗余重传增益通常取值为2dB。
    EDGE能够提供多种速率数据业务，不同的业务对接收机灵敏度的要求不同，这个特点决定了EDGE覆盖规划与GSM的不同之处。进行EDGE覆盖规划的时候需要充分考虑各种速率的要求，进行独立规划。从上面的公式可以看到，对于不同的速率的数据业务，影响接收端信号功率，变量为路径损耗。
    根据Okumura-Hata模型，路径损耗和传播距离关系：

    　 （3）

    其中：

    因此，不同速率的数据业务，其覆盖范围也不同，相对于MCS5的EDGE覆盖图如图1所示。

    图1  相对于MCS5的EDGE覆盖图

    3频率规划
    频率规划的目标是在给定的频率集范围内，根据频率分配的原则，分配最优的频率，以达到最小的网内干扰，实现最好的通话质量。

    其中：

    通过上述可以计算得知某处的载频干，从而可由式，来计算得该处的值。从而来间接获得该处可能的最大数据传送速率。

    从图2可以看到越高的MCS方式需要越强的C/I，也就是抗干扰的能力越弱。为获得较好的性能，通常EDGE网络要求有15dB以上的载干比。宽松的复用模式意味着较小的干扰，从而提供良好的系统性能，但是需要更宽的频带，频谱利用率低。

    图2  载干比与时隙吞吐量的关系图

    4  容量规划
    EDGE网络的容量规划，通常是根据覆盖规划的单小区覆盖面积和数据业务的分布密度来估算单小区的每种数据业务话务量，通过将等效转换的方式将多种业务的话务量折算为一个值，最后根据输入的GoS值和爱尔兰B公式来计算得需要的信道数。
    传统的爱尔兰B公式只适用于基于电路交换的业务和单一类型的业务。EDGE网络可支持多种速率的数据业务，因此采用爱尔兰B公式或其改良公式来估算EDGE网络的话务量将产生较大的误差。目前在对混合数据业务的研究方法中，坎贝尔方法是一种应用较多、且仿真效果较好的方法。
    坎贝尔方法：

    坎贝尔方法的特点：
    （1）根据相同的GoS，不同的业务计算得的信道数可能有所不同。
    （2）在相同的信道数的情况下，不同的业务可能有不同的GoS。
    （3）理想情况下，不同的业务需要不同的信道数。
    在实际的网络规划中，坎贝尔方法是建立在先验知识的基础之上的，因此影响坎贝尔方法的准确性是选择一个具有代表性的业务，获知网络中该业务需要的信道数，并以次来代表总体信道数。在EDGE网络中，一般以MCS5业务为代表。
    5  小结
    EDGE网络规划的复杂性来自EDGE网络是一种基于包交换的，可提供多种速率和不同QoS数据业务的网络。与GSM网络规划不同的是，在EDGE网络中，网络的容量、质量和覆盖三因素相互影响，因此在规划时需同时考虑。
    为提供好的时隙吞吐率就要采用高的MCS编码方案，同时高的MCS编码方案覆盖范围则相对要小，可支持的用户数也越少；为增大覆盖范围，要采用较低的MCS编码方案，而在相同的MCS编码情况下，时隙吞吐率则随距离增大而下降；为支持更多的用户，加大了上行噪声，而减小了覆盖范围，同时每用户的时隙吞吐率也随着下降，传输时延也加大。
    然而尽管如此，EDGE网络中三因素的互相影响并不像CDMA网络那么明显。在实际网络规划中，为减轻规划的复杂程度，通常以MCS5为代表，分别对容量、频率和覆盖进行规划。
    参考文献
    【1】杨慰民,周猛.GPRS无线网络规划初析[M]. 移动通信,2001.
    【2】AndreaGoldsmith.WIRELESS COMMUNICATIONS[M]. Cambridge University Press ,2005.
    【3】SamuelCYang. CDMA RF System Engineering[M]. ARTECH HOUSE, INC. 1998. ★
    作者简介：
    赵飞龙：2003年毕业于南京邮电学院通信与信息系统专业并获得硕士学位，现为福建移动通信有限责任公司福州分公司工程师，主要研究方向为无线通信网络规划与优化技术。
    杨慰民：1998年毕业于东南大学通信与信息系统专业并获得博士学位，现为福建移动通信有限责任公司发展计划部高级工程师，主要研究方向为无线通信网络规划与优化技术。