影響2G、3G、4G無線網絡容量的因素研究

張立武+王浩年

【摘要】 本文對2G、3G、4G無線網絡的各種制式網絡進行了分析，分別將影響這些網絡容量的因素進行了逐條分析。分析了GSM、WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA、TD-LTE網絡的特點及影響網絡容量的因素。

【關鍵字】 2G 3G 4G 容量

一、2G網絡容量的影響因素

影響GSM網絡容量的因素很多，EDGE的覆蓋范圍、無線空口的質量、網絡硬件容量、無線規劃參數等等都可以影響到網絡容量，下面詳細分為幾方面作出分析。

1、EDGE的覆蓋范圍。EDGE是一種從GSM到3G的過渡技術。它主要是在GSM系統中采用了一種新的調制方法，即多時隙操作和8PSK調制技術。由于8PSK可將現有GSM網絡采用的GMSK調制技術的信號空間從2擴展到8，從而使每個符號所包含的信息是原來的4倍。

2、無線環境質量。EDGE對無線環境要求較高，無線網絡空口質量越好，就可以使用相應的效率較高的編碼方式，相應的下載速率越高。EDGE MCS6～MCS9編碼方式對C/l要求在12～20dB左右。合理的規劃網絡基站和小區分布可以有效提高周圍用戶空中接口的質量。

3、PCU容量規劃。PCU是控制EGPRS無線資源分配、數據塊分割和合并的單元。它的負荷情況和所控制的小區分布情況將直接影響到終端用戶的時隙資源占用、EGPRS編碼方式以及數據吞吐量。所以需要對PCU進行合理的規劃和優化調整。

4、Abis的資源管理。Abis資源用于承載基站與BSC的數據及信令的傳送。以2M（32個64k傳輸時隙）為單位進行配置。每個支持EDGE的時隙獨占一個64k的Abis資源。如果Abis口資源不足，也會導致網絡容量下降。

5、PDCH信道規劃。PDCH信道是EDGE進行數據傳輸至無線接口的載體，應用信道數量制約著無線接口上的速率大小。規劃包括信道的配置方法，分配策略以及相關的計數器設置門限等。參數合理設置使EDGE下載速率有較大提高。

6、無線功能參數的設置。1）小區重選參數：合理設置小區重選參數。2）位置區的合理規劃對網絡容量影響非常大。3）信號穩定對網絡容量也有很大的影響。

二、3G網絡容量的影響因素

2.1 3G 網絡的總體特點

3G 技術、標準與系統通過多年的完善和發展，呈現出以下特點：

1、核心頻段為2000MHz頻段。2、WCDMA/CDMA2000/ TD-SCDMA無線網全部采用CDMA技術。3、支持混合業務，包括支持不同服務質量要求的業務，時延要求涵蓋了從時延敏感型的實時業務到比較靈活的盡力而為型分組數據業務。4、支持上、下行鏈路業務量不對稱的服務。5、業務承載速率大幅提高，特別是下行速率提升明顯。6、根據不同帶寬需求支持可變比特速率。7、支持2G/3G互操作。8、頻譜效率提高，系統容量提升。9、整個網絡向IP化演進。10、IMS的出現為FMC提供可能。

基于以上原因，3G網絡的規劃、建設難度大幅提高，包括覆蓋規劃、容量規劃、業務規劃、承載規劃等。

2.2 3G 網絡的容量受到諸多因素的影響

1、通信質量要求。通信質量要求越高，小區所能容納的容量越低。2、覆蓋范圍和用戶分布。覆蓋范圍越大，用戶分布越集中在覆蓋邊緣，小區所能容納容量越低。3、其他小區對本小區的干擾。其他小區的負載越高，對本小區的干擾越大，本小區的容量越低。4、各種混合業務的構成情況。由于不同業務占用功率及貢獻的負載量不同，故小區所承載的混合業務構成情況直接影響著小區的容量。5、信道平均正交性。信道的平均正交性越好，小區容量越高。6、軟切換比例。軟切換比例越大，單用戶平均占用的鏈路越多，軟切換開銷越大，小區的容量越小。7、功放的大小。當系統容量處于下行功率受限的時候，小區采用大功率功放比小功率功放能承載的容量大。8、無線資源管理算法（RRM）。系統采用的RRM算法越優、越有效，系統內的干擾越低，資源利用率越高，可承載的容量越大。9、系統設備處理信號的能力和硬件性能。設備處理信號的能力越強，硬件性能越好，可容納的容量越高。10、正交擴頻碼數量。小區同時可支持業務鏈接數不能大于系統提供的正交碼數，也就是正交碼數量受限（出現在下行），它往往出現在下行正交性比較好的微小區。

三、4G網絡容量的影響因素

3.1影響TD-LTE容量的因素

TD-LTE系統的容量由各個方面的因素決定，首先是固定的配置和算法的性能，包括單扇區頻點的帶寬、發射機功率、網絡結構、天線技術、小區覆蓋半徑、頻率資源調度方案、小區間干擾協調算法等；其次，由于在資源的分配和調制編碼方式的選擇上，TD-LTE是完全動態的系統，實際網絡整體的信道環境和鏈路質量，對TD-LTE的容量也有著至關重要的影響。天線技術對系統容量有直接影響，與GSM和TD-SCDMA不同，TD-LTE在天線技術上，有了更多的選擇。多天線設計的設計理念，使得網絡可以根據實際網絡需要以及天線資源，實現單流分集、多流復用、復用與分集自適應，波束賦形等，這些技術的使用場景不同，但是都能在一定程度上影響TD-LTE網絡容量。

3.2影響系統容量的因素分析

1、系統帶寬對容量的影響。TD-LTE沒有設置特別的時域或者頻域濾波器，而是通過設置過渡保護帶來消除時域波形的“展寬”和“振蕩”現象，降低了實現的復雜性。保護帶寬越大，泄露到系統帶寬之外的能量越小，但是過大的保護帶寬帶來的頻譜效率損失也越大。

2、CP長度對容量的影響。CP長度需要遠遠大于無線信道的最大時延擴展，以避免嚴重的符號間干擾（ISI）和子載波間干擾（ICI）。CP又不能過長，過大的CP開銷會帶來額外的頻譜效率損失。

3、上下行時隙及特殊子幀配置。TD-LTE系統支持5ms和10ms的切換點周期，共支持7種上下行時隙配置。上下行時隙配比的范圍可以從將大部分資源分配給下行的“9：1”到上行占用較多資源的“2：3”，非常適用于IP分組業務等非對稱業務。

4、特殊子幀配置對容量的影響。TD-LTE的特殊子幀中的DwPTS和UpPTS的長度是可配置的，不過DwPTS、GP和UpPTS的總長度為1ms，共支持9種配置。為了節約網絡開銷，TD-LTE允許利用特殊時隙DwPTS和UpPTS傳輸數據與系統控制信息。GP占用的OFDM符號越多，則TDLTE系統的覆蓋范圍越大，但是TD-LTE的頻譜效率會越低。

5、上下行鏈路開銷對容量的影響。在TD-LTE下行和上行信道中，存在一定的開銷。在估計業務信道占用資源數時，需扣除這些信道開銷的影響。表1和表2分別給出了TD-LTE上下行開銷匯總。

四、總結

本文對2G、3G、4G無線網絡的各種制式網絡進行了分析，分別將影響這些網絡容量的因素進行了深入細致的探索。通過分析對比，更可加深對幾種網絡制式的理解，進而對幾種網絡容量的提升有了更為深入明確的認識。

參 考 文 獻

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