熊 煉，韓亞喃

(重慶郵電大學通信應用研究所，重慶 400065)

隨著移動通信技術的不斷發(fā)展，各個運營商越來越重視下一代移動通信網絡的建設。對于采用WCDMA 系統(tǒng)體制的運營商來說，最關心的是如何實現(xiàn)網絡資源的合理配置，解決網絡中出現(xiàn)的各種問題，改善網絡的運營環(huán)境，提高服務質量。

因此，為了最大化的利用WCDMA 基礎網絡上的資源，在現(xiàn)有的網絡上進行合理的網絡優(yōu)化是非常有必要的。通過網絡優(yōu)化可以解決或改善許多問題。比如:覆蓋問題、切換問題、干擾問題等。然而，在WCDMA 網絡優(yōu)化過程中，在了解系統(tǒng)結構的同時，對該系統(tǒng)關鍵技術的掌握是非常有必要的。

1 WCDMA 系統(tǒng)網絡結構

圖1 WCDMA 系統(tǒng)結構

由功能上觀察，WCDMA 網絡單元可以分為兩個部分:無線接入網(RAN)和核心網(CN)［1］。對于無線接入網來說，它的功能是處理與無線相關的工作;而核心網負責對話音及數(shù)據(jù)業(yè)務進行交換和路由查找，以便將業(yè)務連接至外部網絡。無線接入網(RAN)、核心網(CN)與用戶設備(UE)一起構成了UMTS(通用移動通信系統(tǒng))系統(tǒng)，也就是通常所說的WCDMA 通信系統(tǒng)。

2 WCDMA 系統(tǒng)關鍵技術

2.1 無線信道編碼

當信息在傳輸?shù)倪^程中，由于信道內部存在噪聲或者衰落，增加了傳輸信息的誤碼率，為了提高通信的可靠性和安全性，對可能出現(xiàn)的差錯進行有效地控制，就需要采用信道編碼技術。所謂信道編碼技術，就是在原數(shù)據(jù)流中增加一些冗余信息，這些冗余信息與原數(shù)據(jù)流是相關的，它們之間的這種冗余度使碼字具有一定的糾錯和檢錯能力，在接收端，接收機利用已知的編碼規(guī)則進行相應的解碼，從而來檢測傳輸?shù)谋忍匦蛄惺欠癜l(fā)生錯誤，進而進行糾錯。這種通過添加冗余信息的編碼技術雖然降低了誤碼率，但是在一定程度上犧牲了部分傳輸帶寬。我們通常采用的編碼方式有線性分組碼、卷積碼、BCH 碼、Turbo 碼等。對于WCDMA 系統(tǒng)來說，采用的是卷積碼和Turbo 碼。卷積碼主要適用于語音和低速信令的傳送，編碼速率為1/2和1/3，譯碼比較簡單，信道的誤碼率在10－3。Turbo 碼用于數(shù)據(jù)業(yè)務，譯碼采用了Log-MAP算法，有效地降低了誤碼率，可以達到10－6。

2.2 分集技術

在通信系統(tǒng)中，由于從發(fā)射端到接收端的信號要經過各種復雜的地理環(huán)境，以至于從發(fā)射端發(fā)出的信號經過發(fā)射，折射，散射等多種傳播路徑后，到達接收端的信號往往是幅度和相位各不相同的多個信號的疊加，使得接收到的信號出現(xiàn)嚴重的衰落變化，以至于不能通信。為了有效地對抗信道衰落，可以采用分集技術。分集技術包括兩重含義:分散傳輸，集中處理。常用的分集方式有空間分集，頻率分集，角度分集，極化分集等。

對于發(fā)射分集，是指在基站側利用兩根被賦予不同加權系數(shù)的天線來發(fā)射同一個信號，從而使接收端增強接收效果，改善系統(tǒng)信噪比，提高數(shù)據(jù)傳輸速率。發(fā)射分集包括開環(huán)發(fā)射分集和閉環(huán)發(fā)射分集。

對于WCDMA 系統(tǒng)來說，使用的分集技術主要是開環(huán)發(fā)射分集，閉環(huán)發(fā)射分集，交織技術和RAKE 接收技術等。

對于開環(huán)發(fā)射分集，在WCDMA 系統(tǒng)使用了空分發(fā)送分集和時間切換發(fā)射分集兩種方案。它們分別利用的是空間和時間塊進行編碼。從基站發(fā)出的信號經過相應的編碼方案，到達移動臺進行接收譯碼。其主要優(yōu)點是:基站的發(fā)射情況不需要移動臺的反饋作為參考，這樣可以不需要額外的信令開銷。

閉環(huán)發(fā)射分集，它的工作方式是在下行鏈路中，基站周期性的發(fā)送信號，不同的移動臺將接收到的信息反饋給基站，該信息被用來計算對不同移動臺的最佳發(fā)射權重，從而改善接收效果。這種方式的特點是需要移動臺的反饋信息來事先了解需要傳輸信號的信道的狀況。

交織技術，就是將一條消息中的相繼比特分開，提取某些特定比特作為傳輸?shù)膶ο?，在傳輸過程中即使發(fā)生了差錯，差錯的長度也很小，然后利用相應的編碼方案進行糾錯。

RAKE 接收技術［2］，其基本原理是從發(fā)射機發(fā)出的信號，經過不同的傳輸路徑到達接收端后，幅度和相位會產生差異，形成多徑信號。如果這些多徑信號之間的延遲大于一個偽碼的碼片時間，在接收端就可以將這些不同的波束區(qū)分開，進而用信號處理技術將這些被分離的信號進行相位校準，幅度加權等合并在一起，把干擾信號變成有用信號。

2.3 軟切換

WCDMA是頻分復用系統(tǒng)，相鄰小區(qū)之間可以使用相同的頻率。同時，在接收端采用了分集接收技術，為移動臺同時與多個基站進行通信創(chuàng)造了條件。在這種條件下，移動臺在多個基站小區(qū)之間進行切換時，就可以采用軟切換技術。所謂軟切換技術，指的是在切換過程中，移動臺在進入新的基站小區(qū)時，可以同時保持與原小區(qū)和新基站小區(qū)的通信連接，沒必要立刻斷掉與原小區(qū)的連接。只有當通話質量滿足指標，切換條件成熟時，才斷開與原小區(qū)的連接。在發(fā)生切換時，只需要改變相應的擴頻碼，從而可以有效地提高切換的通話質量，但是它在一定程度上占用了更多的系統(tǒng)資源。

更軟切換:指移動臺從一個小區(qū)中的一個扇區(qū)到達另一個扇區(qū)發(fā)生的切換。

下面是幾個在軟切換過程中常用的名詞:

激活集:與終端建立連接通信的小區(qū)的集合。在激活集里，小區(qū)的個數(shù)一般為3個。

監(jiān)測集:由RNC 下發(fā)的，在鄰區(qū)列表中除了激活集以外的小區(qū)，終端能夠檢測到它們的存在。

檢測集:除了激活集和監(jiān)測集以外的小區(qū)，終端自己檢測到的。

在軟切換過程中，會主要涉及到1A，1B和1C 事件。它們分別表示激活集的增加，減少和替換，它們是軟切換過程重要的組成部分。

軟切換的基本過程:

圖2是軟切換過程的示意圖［3］:

圖2 軟切換示意圖

首先，RNC 下發(fā)測量控制信息給UE，告訴UE 如何進行測量;其次，UE 在與小區(qū)1 進行通信的同時，在向小區(qū)2 移動的過程中，測量小區(qū)2的主公共導頻信道的信號強度，并把測得的數(shù)據(jù)發(fā)送給RNC;接著，RNC 根據(jù)上報的結果進行相應的判決，當小區(qū)2 滿足了軟切換算法的要求時，將被加入UE的激活集中。UE 可以在小區(qū)1和2 之間進行軟切換。

2.4 功率控制

在一個小區(qū)范圍內，不同的移動終端用戶距離基站的距離是不一樣的。在上行鏈路中，如果不同的終端以相同的功率發(fā)射信號到基站，由于有的終端距離基站遠，有的終端距離基站的距離比較近，因此，從終端發(fā)射的信號經過不同的路徑到達基站后的強度是不一樣的。距離基站近的終端發(fā)出的信號到達基站后，信號強度比較強，勢必會對到達基站信號弱的終端造成干擾，以至于不能通信，這就是所謂的“遠近效應”。“遠近效應”嚴重地影響了系統(tǒng)的容量。同時，由于在WCDMA 系統(tǒng)中，所有終端都是使用相同的頻率，基站只依靠各自的擴頻碼來區(qū)分它們，這就大大增加了出現(xiàn)“遠近效應”的可能性。WCDMA 功率控制技術的目的就是有效地克服這種效應，實時地控制手機的發(fā)射功率，保證可靠的通話質量。

按照移動臺和基站的上下行通信方向，功率控制可分為上行功率控制和下行功率控制。上下行功率控制可以有效地節(jié)省基站的資源和終端的功率，同時克服“遠近效應”和“陰影效應”。

按照功率控制環(huán)路的類型，功率控制方式可分為開環(huán)功率控制和閉環(huán)功率控制，閉環(huán)功率控制又可以分為內環(huán)功率控制和外環(huán)功率控制。

開環(huán)功率控制，當移動臺有業(yè)務發(fā)起呼叫時，開環(huán)功率控制的任務就是根據(jù)接收到的鏈路的損耗情況，粗略地計算出移動臺的發(fā)射功率。

內環(huán)功率控制，在上下行鏈路中，基站和移動臺之間的內環(huán)功率控制依賴于物理層的反饋信息。在上行鏈路中，基站作為接收端，將會測量接收到的移動臺發(fā)射信號的SIR，若測定的SIR值大于SIR 目標值時，基站將會通知移動臺降低發(fā)射功率。若測定的SIR值小于SIR 目標值時，將會升高移動臺的發(fā)射功率。同理，在下行鏈路中，控制原理也是如此。

圖3為上行內環(huán)功率控制示意圖［4］:

圖3 上行內環(huán)功率控制示意圖

外環(huán)功率控制，外環(huán)功率控制的思想就是在各個無線鏈路中，為了使通信質量滿足系統(tǒng)的要求，動態(tài)地調整SIR的目標值，使其維持在一個穩(wěn)定值。在現(xiàn)實生活中，從終端發(fā)出的信號，在復雜多變的環(huán)境中傳播，到達終端后，目標SIR的值要進行調整。在每條鏈路中，根據(jù)實際得到的BLER 或者FER 與理想目標值進行比較，來調整目標信噪比。

3 結束語

以上內容重點介紹WCDMA 系統(tǒng)的幾個關鍵技術。雖然說目前我國的通信市場以語音為主，但是未來WCDMA 業(yè)務將會朝著多樣化、多媒體化、智能化的方向發(fā)展，這已成為必然趨勢。全IP 網絡架構正逐漸成為WCDMA 發(fā)展的目標。HSDPA 將會是WCDMA 系統(tǒng)在未來發(fā)展中引入的無線增強技術。其中涉及到大量的關鍵技術，比如:AMC、HARQ、16QAM 等，有待于進一步的應用和發(fā)展。

［1］孫常亮.WCDMA 無線網絡優(yōu)化的研究［D］.南京郵電大學，2009.

［2］王瑩，劉寶玲.WCDMA 無線網絡規(guī)劃與優(yōu)化［M］.北京:人民郵電出版社，2007.

［3］王玨.WCDMA 系統(tǒng)軟切換分析［J］.電信技術，2004(12):29－30.

［4］王琳.WCDMA 系統(tǒng)中的功率控制［J］.電信技術，2006(7):94－95.