3G业务和网络规划若干问题的建议

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摘要　通过对3G网络主要特性的分析，提出了一些3G规划要点和合理化建议，希望能对未来3G网络规划与建设提供帮助。
0、引言
　　在全球电信产业逐渐转暖的大环境下，随着用户宽带移动数据业务需求的不断增长以及3G系统解决方案和产品的进一步成熟，全球的移动通信行业正在逐步进入3G时代。在我国，政府采用了比较谨慎的态度，积极组织专家对各种3G技术进行研究并进行了多次大规模的试验网测试。当前，3G牌照的发放已经越发迫近，对于电信运营商来说，3G的到来既是机遇也是挑战，特别是3G系统的复杂性和诸多不确定因素使3G规划和部署难度大幅提高，同时也必然带来移动业务运营格局和竞争态势的剧烈变化，本文将针对这一命题展开讨论。
1、3G网络特点
　　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：
　　a）核心频段为2 000 MHz频段，使传播特性发生较大变化。
　　b）无线网核心技术全部采用CDMA，带来频谱效率的提升以及呼吸效应等一系列新问题。
　　c）支持电路与分组混合业务，支持上、下行链路业务量的不对称，因此业务的复杂性成为规划的难点。
　　d）业务承载速率较2G大幅提高，特别是下行速率。
　　e）支持2G/3G互操作。
　　f）整个网络向IP化演进。
　　一个基本的3G规划需要包括网络规划与业务规划，网络规划又包括覆盖规划、容量规划、业务平台规划、承载规划、局房规划等，其中覆盖、容量、业务是密不可分，相互影响、相互制约的。基于上面谈到的各种特点，3G规划与建设的难度比2G规划大幅提高。
2、现阶段3G标准和版本的选择
　　从现阶段来看，如果在2007年年初进行3G网络建设，3G运营商应选择以下版本：
　　a）TD-SCDMA牌照。采用2006年2月份我国发表的行标或修正标准，基站采用多载波模式组网，核心网与WCDMA相同。
　　b）WCDMA牌照。采用R4网络架构+基于R5版本的HSDPA（数据热点和室内）。
　　c）CDMA2000牌照。采用CDMA 1X+Ev-DO Rev.A组网。
3、3G业务规划及业务平台建设
　　3.1　3G业务特点
　　3.1.1　为视频和流媒体业务提供高速接入
　　当前，网络、业务与技术发展呈现加速融合态势，突出表现在电信网、互联网与广播电视网的融合，移动网与固定网、移动网与互联网的融合，业务平台的融合，所有3G标准均采用CDMA技术，4G与WiMAX均采用OFDM技术等方面。而所有这些融合的核心和动力在于为了向用户提供高速率接入，从而支持视频和流媒体业务的开展。
　　3.1.2　现有移动网提供的业务特点
　　现有移动网包括GSM、GPRS和CDMA 1X，它们提供的业务包括传统电路型语音业务和中低速分组数据业务，其中语音业务所占收入比重最大。我国网络规模最大的GSM/GPRS网络提供基本语音业务和小流量的低速分组数据业务，一般情况下单用户承载速率低于20 kbit/s；CDMA网络提供基本语音业务，CDMA 1X支持中速分组数据业务，如PC机上网卡业务，一般情况下单用户承载速率低于60 kbit/s。应该讲，目前最为成功的杀手级业务是短消息业务和彩铃业务，CDMA 1X上网卡业务在商务人士和某些特定场合也得到广泛应用，用户对现有网络提供的数据接入速率偏低和资费不合理较为不满。
　　虽然传统语音业务占据主导地位，但ARPU值却不断下降，而新业务收入所占比重一直在快速提升（目前国内移动通信运营商新业务的比例基本上达到15%左右），有效减缓了语音ARPU下降的幅度。
　　3.1.3　3G提供的业务
　　伴随着网络从2G演进到3G，系统能够提供的带宽和速率大幅提高，使得人们对移动高速宽带业务的需求能够有效释放，数据业务将得到广泛应用，尽管语音业务仍然是主体性的需求业务，但其比重不断下降，数据业务比重上升的趋势不可逆转。
　　3G对于业务而言，不是一场革命，而是能力的提升。3G对在2G及2.5G上所开展的增值业务的流程原则上不会产生根本性的影响，但它的高速特性会更好地支持视频、流媒体、浏览等业务。速率的提升改善了用户感受，同时合理的资费会使越来越多的人使用3G业务。
　　3GPP将业务分为会话类业务、交互式业务、流业务和背景类业务4类。
　　a）会话类业务包括语音业务和可视电话业务。
　　b）交互式业务主要包括移动电子商务、下载类游戏娱乐和WWW浏览等。
　　c）流业务主要包括音频流和视频流等单向性业务。
　　d）背景类业务主要是存储转发类业务，包括电子邮件、短信业务、信息服务等。
　　不同的业务有不同的速率要求和质量要求，同时这些业务是混合的，因此，在进行3G规划时，必须对业务进行分类预测和分析，建立3G业务模型，为系统仿真和确定网络规模打下基础。
　　从国外多个3G运营商的情况看，目前还没有出现杀手级3G业务，包括以前大家曾普遍看好的可视电话。
　　3.2　3G业务模型
　　3G业务的最大特点是多种业务的混合，最大的难点也是混合业务条件下的业务模型的建立。不建立业务模型，3G的业务规划与网络规划就缺乏基础。因此，在现阶段可以参考现有GPRS，CDMA 1X及固定互联网有关数据并结合国外业务开展情况，预测3G业务种类、比例、流量，从而建立一个虚拟的3G业务模型。
　　一般来讲，业务模型的建立需要4个步骤：
　　a）定量描述业务发起情况。获得业务的忙时呼叫次数（BHCA）或忙时会话次数（BHSA）。
　　b）建立各业务特征参数。业务特征参数根据业务不同而不同。CS业务的特征参数是通话时长和激活因子。PS业务除此之外，还需要许多描述业务特征的参数，具体参数集取决于使用的数学模型。
　　c）获得网络规划关键数据。关键数据就是各业务的忙时业务流量，即爱尔兰（Erl）数。它将在无线网络规划的各个阶段（如网络规模估算、网络仿真模拟、设备配置等）反复使用。对PS业务，描述业务特征的参数也将作为网络仿真模拟的输入数据。
　　d）按业务分类归纳参数与数据。
　　考虑到无线网络规划一般是按业务承载区别业务，进行网络仿真模拟，并且网络上新业务不断涌现，业务模型不可能囊括所有现实中的业务，因此通过按业务分类归纳参数与数据进行业务模型的归纳与整理就十分必要。
　　3.3　3G业务平台建设
　　现有的2G或固网业务系统基本上都采用垂直体系结构，即每个系统内都包含了完整的业务实现功能，如用户管理、内容管理、业务计费等。垂直体系结构在业务开展初期可以减少与其他系统的接口，节省系统建设时间，使业务能够快速推向市场。但随着业务深入发展，新业务不断涌现，逐渐暴露出以下几方面的问题，并影响业务的进一步发展。
　　a）系统重复建设，不利于节约投资。
　　b）不利于新业务的部署。
　　c）不利于SP应用的开发。
　　d）不利于品牌建设。
　　因此，从发展的角度来看，业务平台的建设应该实现业务与传输分离，以及应用功能与核心控制分离，应将现有的业务体系由垂直体系向水平体系转变，并支持多种接口和协议的接入管理。
4、3G覆盖规划
　　4.1　影响覆盖的主要因素
　　影响覆盖的主要因素包括频段、承载速率、业务QoS、网络负荷及其他因素。
　　4.2　传播损耗与传播模型
　　4.2.1　传播损耗
　　3G系统所定义的核心频段为2 000 MHz频段，比我国目前2G系统采用的800-900 MHz频段高，其电磁波空间传播路径衰落损耗一般会高出12 dB以上，因此在不考虑其他链路因素的情况下采用2 000 MHz频段的3G系统基站覆盖区域会小于800/900 MHz的基站。
　　4.2.2　传播模型
　　进行覆盖规划的前提之一是传播模型的选择，规划中应尽量采用校正过的传播模型，大城市局部热点复杂区域在有条件的情况下也可以采用3D射线跟踪模型进行覆盖预测。
　　4.3　满足某种承载速率、业务等级、负荷条件的覆盖
　　4.3.1　承载速率
　　在3G系统中，采用了多种速率的承载方式来承载不同的业务，一般来说承载速率越高的业务，其覆盖的区域也越小。因此，在进行3G网络规划时需事先明确定义网络要满足的连续覆盖的承载速率要求。
　　4.3.2　业务等级
　　3G系统中可以支持业务的多种QoS要求，高QoS要求的业务通常要求更高的接收质量（更高的接收功率和载干比），因此，在进行3G规划时还需定义各种主要业务的QoS要求。
　　4.3.3　负荷条件
　　由于3种主流3G技术都采用了CDMA技术，而CDMA系统都具有“小区呼吸效应”的特性，这就要求在进行规划时，必须考虑网络满足的覆盖所基于的负荷水平前提，制定网络负荷目标值。这一点尤其在WCDMA和CDMA2000这两种完全码分的系统中特别需要注意；而对于TD-SCDMA来说，“小区呼吸效应”得到了很大的抑制，故网络负荷对覆盖影响相对较小。
　　4.4　3G基站的设置
　　基站设置是多因素平衡的结果，主要是以下几个方面的平衡：
　　a）基站布局尽量采用比较理想的蜂窝网孔结构。
　　b）基站选址要合理利用现有局站机房、传输、电源、铁塔等资源，但一定程度上也会受限于现有资源，使得基站布局不够合理。
　　c）基站站距与各个运营商制定的边缘覆盖目标有较大关系。
　　e）基站所处区域的地物地貌类型差异很大，会导致基站分布不均匀。
　　f）基站尽量设在用户密度大或热点区域的中心地点，以免用户分布在小区边缘，这样对提高覆盖质量、降低干扰、提高接入速率都比较有利。
　　4.5　室内覆盖
　　室内覆盖将是3G覆盖初期任何一个3G运营商必须重点考虑的方面，原因如下：
　　a）室内是数据用户分布的主要区域，其对高速数据业务的需求是巨大的。
　　b）大量的现有室内分布系统通过改造可以满足共用的要求，成本不会很高。
　　c）挑剔的用户无法接受室内覆盖不良的3G网络。
　　由于我国已经建设了基本上是全球质量最好的移动通信网，用户已经习惯于使用无处不在的GSM/CDMA网，甚至小灵通网络，3G网络如果不对室内进行良好覆盖，必然造成3G高端用户无法享受好的质量服务，这是用户无法接受的。
　　4.6　HSDPA
　　HSDPA引入后，对于上行覆盖基本没有影响，对于下行覆盖由于速率的提升和负载的提高，覆盖范围会萎缩，但可以通过技术手段加以改善。
　　4.7　天馈线系统
　　4.7.1　天馈线系统共用
　　对于已经建有2G移动网络的运营商，会千方百计地利用现有基础配套资源，包括机房、传输、电源、天面、铁塔等，由于资源的紧张以及附近居民对辐射环保方面的重视，使得WCDMA/CDMA EV-DO与现有的系统共用馈线和更换后的双频段甚至多频段天线成为一种无奈的选择，虽然在一定程度上满足了覆盖的要求，但同时也引入了更多插入损耗，并且使今后网络优化的难度提高，不便于网络调整。
　　4.7.2　TD-SCDMA天馈线系统需要解决的问题
　　从测试情况看，TD-SCDMA天馈线系统存在2个大的问题。一是三扇区基站多达27根馈线，数量过多，不易安装；二是智能天线体积过大，受风面积大，也不易安装。从最新进展情况来看，采用光纤到塔顶的方案已经解决了第一个问题，同时智能天线体积过大的问题也有望解决。
5、3G容量规划
　　5.1　影响容量的主要因素
　　3G网络的容量受到诸多因素的影响，主要包括：
　　a）通信质量要求。
　　b）覆盖范围和用户分布。
　　c）其他小区对本小区的干扰。
　　d）各种混合业务的构成情况。
　　e）信道平均正交性。
　　f）WCDMA/CDMA2000系统中的软切换比例。
　　g）功放的大小。
　　h）无线资源管理算法。
　　i）系统设备处理信号的能力和硬件性能。
　　j）正交扩频码数量。
　　5.2　3G网络是2G网络的提升和延伸
　　对于已有2G网络的运营商来说，3G网络不是孤立的，也不是单纯提供高速数据业务的网络，是语音业务和数据业务的混合网，是2G网络的能力提升和延伸，其初期的覆盖范围必然远远小于现有2G网络，因此3G网络是依托在现有2G大网上的一个局部网络，所以现有移动通信运营商应将2G/3G视为一张网来建设、维护和运营，需要重视2G/3G的互操作，研究和筹划现有2G目标网的升级工作。事实上无论GSM网、CDMA网、小灵通，都存在一个部分用户迁移到3G网络的策略问题，这一部分的容量需要在3G网络中考虑。
　　5.3　容量预测与分布
　　基于历史数据和前面谈到的业务模型，可以进行业务和容量的预测，并通过CDMA 1X、GPRS、语音话务量的统计数据对业务和容量的分布进行测算，得到一个虚拟的容量分布，从而作为3G系统规划和网络仿真的基础。
　　目前常用的方法有等效爱尔兰法、坎贝尔法、背包模型法。
　　5.4　载波规划
　　5.4.1　TD-SCDMA
　　a）TD-SCDMA初期就需要三载波组网（5 MHz带宽），不建议采用单载波同频组网。
　　b）TD-SCDMA需要进行载波频率规划。
　　c）TD-SCDMA上、下行吞吐能力与分配的时隙比例相关，如3:3、4:2。
　　5.4.2　WCDMA
　　a）WCDMA建网初期一般采用单载波组网（5 MHz带宽），后期根据业务发展和市场需求进行局部2载波（10 MHz带宽）及3载波（15 MHz带宽）的连续覆盖。
　　b）不需要进行频率规划。
　　5.4.3　CDMA2000
　　CDMA2000 EV-DO网络支持单载波和多载波2种方式，初期可以单载波组网提供较高速率的接入，后续通过多载波捆绑（Rev B最多实现15个载波的捆绑）实现更高速率的接入，并更大的容量。
　　5.5　典型能力
　　5.5.1　TD-SCDMA
　　TD-SCDMA的能力测试目前信息产业部正在紧张地进行中，具体数据还没有公布，实际能力还存在很大变数。表1给出了在特定业务模型下，配置不同的上下行时隙比例，单载频所能承载的理论最大容量。基于TD-SCDMA的HSDPA要到2007年中才可能商业提供。
　　5.5.2　WCDMA
　　表1　单载频所能承载的最大容量
　　业务类型最大容量（用户数）
　　上：2时隙下：4时隙上：3时隙下：3时隙
　　CS12.215312323
　　CS643755
　　PS16/6477115
　　PS32/643755
　　PS64/1283655
　　PS64/1443655
　　PS64/2563251
　　PS64/3843151
　　PS144/3841111
　　1）R99/R4小区
　　一个R99/R4单载波宏小区在实际商用网环境下的典型承载混合业务能力为600-900 kbit/s，室内分布系统和微蜂窝大约能到达1.2 Mbit/s左右。表2为商用网环境下R4室外宏小区承载各种单独业务的能力。
　　2）HSDPA小区
　　对于HSDPA来说，在HSDPA与R99共载波情况下，室外宏小区的典型容量约为1.8 Mbit/s（工程值），室内分布系统和微蜂窝的容量约为2.6 Mbit/s；在HSDPA单独载波的情况下，室外宏小区的典型容量为2-2.6 Mbit/s，室内分布系统和微蜂窝的容量为3.5-6 Mbit/s。
　　表2　R99/R4单载波小区承载各种单独业务的能力
　CS12.2
　　BLER 1%CS64
　　BLER 1%PS64
　　BLER 10%PS128
　　BLER 10%PS384
　　BLER 10%
　　承载个数40-606-1010-116-82-4
　　5.5.3　CDMA2000
　　CDMA2000 EV-DO网络由于带宽只有1.25 MHz，因此单载波能力低于WCDMA，RevA版本DO的单载波下行容量能力为1.2-1.6 Mbit/s，上行容量能力为600-700 kbit/s；RevB版本网络支持载波捆绑可满足更高速率的接入。
6、3G部署与资源共享
　　6.1　3G部署
　　在国家及信息行业3G配套政策将逐步明晰的前夕，运营商会根据市场预测、设备状况、投资能力和盈利前景的差异，选择不同的建设策略。虽然多数运营商会采用“统一规划、分步实施、快速部署、规模发展”的建设方式，但在建设规模、覆盖范围、网络能力、业务丰富程度方面仍然会存在巨大差别。所谓“统一规划”就是在规划中从全局的角度来着眼，把满足未来2-3年的业务发展作为系统目标进行规划设计，网络构架和基站布局尽量呈现相对稳定的格局；“分步实施”就是根据各个地区的差异分期，分阶段、分区域地部署网络；“快速部署”是市场竞争的需要，谁抢得先机谁就占有主动；“规模发展”就是在局部区域形成竞争能力，网络覆盖效果较好，网络可持续扩容能力较强。
　　从目前的形势来分析，3G部署可能采用分步走的方式，即优先发放TD-SCDMA牌照或优先部署TD-SCDMA网络，给TD-SCDMA网络以充足的测试、优化、改进、预商用时间，并不断促进TD-SCDMA产业链的丰富和扩充。
　　6.2　合理利用现有资源和设施
　　在保证3G网络质量的前提下，3G网络建设应充分合理地利用现有各种资源，包括室内分布系统、站址、机房、铁塔、天馈线系统、防护设备、传输设备、电源设备等，以便节省网络投资，加快建设进度。应该讲现有移动通信运营商在这方面具有优势，但如何利用?能否共享?需要政府主管部门研究。
　　6.3　资源共享避免重复建设
　　新进入的3G移动通信运营商将会更多地选择有市场需求，有发展潜力的区域进行有效覆盖，而其他区域的覆盖则希望通过网间漫游加以解决。需要政府主管部门仔细研究，除了平衡国家、企业的利益外，还需要以立法的形势加以约束。
7、结束语
　　本文从3G业务规划、3C网络规划出发，对其中的部分重点问题进行了初步探讨，由于篇幅限制无法深入论述，此外3G作为新生事物，有其新的特点，也必然带来新的问题，需要在今后的建设、运营之中加以解决，因此，3G规划只是网络建设与运营的准备和铺垫，并不是结束。