多载波技术在3G网络部署中的应用

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       3G网络部署的发展和需求　　3G网络部署基本采用统一规划、分步实施的指导思想，分步骤实现3G网络广度覆盖和深度覆盖。在建网初期，首先确保重点区域的网络覆盖，并确定后续分步实施过程中的有序规划与合理覆盖，保证网络建设的高起点，避免后期网络扩容中大规模小区分裂对网络造成的影响。对于已有2G网络的运营商，要协调与现有网络间的关系，确保现有移动用户市场资源利用率最大化。因此，在3G网络部署初期，要对整个网络的部署、扩容及网络优化进行整体规划。

网络发展	网络建设
初始建设期	■城市中心地带             ■建设由一个个孤岛覆盖的基站连起来的网络
规模发展期	■扩大网络覆盖范围             ■网络覆盖和网络容量的平衡             ■对于有2G网络的运营商：3G和2G网络平滑切换
网络成熟期	■继续解决室内覆盖和偏远地区的覆盖问题             ■结合小区容量，进行网络优化

表1：3G网络发展各阶段网络建设的主要任务

　　在3G网络部署中，基站部署占着重要的地位。主要原因在于基站是无线网络部署最为灵活的网元，其价值占设备总投资的60%以上，直接关系到网络的广度覆盖和深度覆盖程度，直接关系到用户服务的范围、数量和服务质量。因此，高性能的无线覆盖是为用户提供无所不在3G服务体验的最终保证，提高无线覆盖的效率对于降低3G的成本有非常关键的作用。
　　3G部署的关键问题包括基站选址、基站共享、室内覆盖、网络优化、成本控制、网络干扰、降低辐射等。同时，3G基站部署要采用灵活的架构支持网络部署。例如，分布式基站架构，可以在一种无机房或机房位置不理想的情况下，采用射频模块拉远技术，经济快速地进行无线网络建设。这些问题都要在网络部署和扩容过程中进行考虑，尤其是在网络初期的规划中进行全面、长远的考虑。
　　多载波基站的特点和实现方式
　　目前，经常被提到的多载波技术包括多载波调制技术和多载波基站，二者位于不同的技术层面，多载波调制的传输系统是下一代移动通信多媒体业务的主要实现方式之一，而多载波基站的收发信机支持多个载波，便于实现网络扩容。
　　在3G网络部署和扩容过程中，经常使用多载波基站。在第三代移动通信系统中，在原有单载波基站的基础上，推出多载波基站，例如按照载波数量划分为二载波、三载波和四载波基站。基于基站的资源架构和多载波基站，可以快速实现3G网络的平滑扩容。因此，多载波基站成为3G移动通信网络扩容的主要实现方式之一。
　　多载波技术在3G网络部署中的影响分析
　　在3G建网初期，主要侧重于解决网络覆盖问题。但是基于网络规划和设备选型的考虑，有必要在网络初期考虑未来网络扩容的实现方式。只有在网络发展初期制订合理的网络架构和发展规划，才能在降低网络建设成本的同时保证网络性能。
　　目前，基于不同技术实现方式，3G网络扩容一般可以采取大规模小区分裂、部署分层网和多载波基站扩容等集中方式。
　　因此，在3G网络部署和扩容过程中，基于网络部署难度和资金成本，多载波基站扩容方式成为最佳方案之一，但是这要求运营商拥有多个载波资源。而对于载波资源不足的运营商，也可以采用“建网初期实施密集站址规划，全程分阶段部署”策略，在必要时进行小区分裂。
　　多载波基站方式实现网络平滑扩容的特性，既不改变网络覆盖而增加网络容量，降低了网络投资和运维成本，同时，也比较适用于城市密集地区，可以根据用户增长和业务需要，灵活地进行部分人口集中地区的网络扩容，例如写字楼和商场等。
　　多载波传输技术在下一代移动通信中的发展
　　区别于第二代移动通信系统，3G网络的最突出特点之一就是支持高速数据业务。随着技术的发展，Beyond3G和4G可以实现100Mbit/s的数据传输速率，甚至更高，支持的业务从语音到多媒体业务，包括实时的流媒体业务。数据传输速率要根据这些业务所需的速率动态调整。同时，下一代移动通信也要在有限的频谱资源上实现高速率和大容量，需要频谱效率极高的技术。鉴于对高速数据业务的发展需求，多载波调制技术开始成为人们关注的焦点。
　　数字信号的载波调制是信道编码的一部分。为了使数字信号在信道中传输，必须用数字信号对载波进行调制。传输数字信号时有三种基本调制方式：幅度键控、频移键控和相移键控，它们分别对应于用正弦波的幅度、频率和相位来传递数字基带信号。以上的基本调制方式都采用一个载波信号，因此属于串行方式的数字调制解调方式。与此相对应，将采用多个载波信号的并行方式的传输系统则称为多载波传输系统。
　　多载波调制技术MCM适用于多种通信方式，例如无线电射频通信、光通信等，特别适用于高速数据的传输。例如，20世纪60年代提出的OFDM技术就是一种多载波调制技术。随着大规模集成电路、信道自适应技术等相关领域技术的发展，OFDM技术从理论走向实际应用，成为高速双向无线数据通信的最佳实现方式之一，在Beyond3G、4G、802.16等通信系统中成为关注的焦点技术之一。目前，在HSDPA网络普遍采用OFDM技术传输高速数据业务。
　　OFDM的主要技术优点包括：频谱利用率很高，频谱效率比串行系统高；抗多径干扰与频率选择性衰落能力强，主要原因在于OFDM把数据分散到许多子载波上，大大降低了各子载波的符号速率，从而减弱多径传播的影响；可以灵活地选择适合的子载波进行传输，实现动态的频域资源分配，从而充分利用频率分集和多用户分集，以获得最佳的系统性能；通过各子载波的联合编码，可具有很强的抗衰落能力；OFDM将总带宽分割为若干个窄带子载波，可以有效地抵抗频率选择性衰落。
　　此外，OFDM可以和MIMO技术相结合，共同推动下一代网络的发展。MIMO系统于1908年由Marconi提出，它利用多天线来抑制信道衰落。基于收发两端的天线数量，可以包括SIMO(Single Input Multiple Output)系统和MISO(Multiple Input Single Output)系统等。MIMO技术可以使信道容量随天线数量的增加而线性增大，提高频谱利用率。MIMO系统在一定程度上可以实现抗多径衰落，与OFDM的抵抗频率选择性衰落相配合，二者将成为下一代网络的关键技术之一。
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　　随着3G网络的发展，更注重3G网络部署和扩容建设的合理性和经济性、网络维护的连续性。3G多载波基站满足了3G网络平滑扩容的需要，能灵活地配置网络，成为3G网络扩容的主要方式之一。随着3G增值业务的发展，高速数据业务成为3G和下一代网络的典型代表，而包括OFDM在内的多载波传输技术成为人们近期关注的焦点。多载波传输技术与其它技术相配合，将极大地推动下一代网络和高速数据业务的发展。

实现方式	具体方案	优缺点
大规模的小区分裂	●建网初期，基站间距离较大，主要解决网络覆盖                                       ●建网后期，未来满足用户增长需要，将原来的小区分裂成更多的覆盖面积更小的小区	●要对前期基站的覆盖作大规模的收缩调整            ●要为大量新增站找到合适的站址             ●要进行大规模的网络重新优化
宏蜂窝和微蜂窝            部署分层网（HCS）	●将宏蜂窝和微蜂窝设置成不同层级            ●采用特定算法，将处于空闲或连接模式下的用户分配到宏蜂窝或微蜂窝层	●宏蜂窝和微蜂窝层需要足够的隔离距离            ●可能会浪费宏蜂窝层的资源                          ●微蜂窝层要求实现较好的连续覆盖，否则会造成资料浪费或者频繁切换
多载波基站	●不用新建基站，在支持多载波的基站上增加基带信道单元模块和收发调制模块单元                                       ●在基站功率储备足够大的情况下，无线容量随着基站载波数的增加成倍增长                                       ●载波间的切换易于解决	●网络扩容成本低，扩容工程量最小                                       ●能够保持原有的网络结构，有助于保证已运营网络的性能稳定，减少网络优化的工作量                                       ●运营商要有多载波

表2：3G网络扩容几种实现方式比较