8.UMTS初级培训教材-WCDMA小区扰码规划指导书

UMTS网规网优初级教材小区扰码规划原理与应用
WCDMA小区扰码规划原理与应用
摘要
本文介绍了WCDMA的小区扰码规划原理和设置原则，并详细讲解了使用Aircom 完成小区扰码规划的步骤。

关键词
WCDMA、主扰码、复用距离、设置原则
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关键词.. (2)
1项目背景 (4)
2 WCDMA小区扰码 (4)
3 小区扰码在终端网络搜索中的应用 (5)
4 扰码规划原理 (6)
5 基于簇的扰码复用方法 (7)
6 扰码设置原则 (8)
7 扰码规划操作指导 (9)
8 参考文献 (15)
1项目背景
小区扰码规划是WCDMA无线网络规划的重要组成部分，迄今为止，这部分工作尚未开展。

由于WCDMA商用建网迫在眉睫，各地预规划也纷纷提出了扰码规划的需求，因此有必要立即展开WCDMA小区扰码规划研究。

本指导书意在帮助WCDMA网络规划人员了解小区扰码的构成，扰码规划的原理和方法，并指导规划人员使用Aircom提供的扰码规划工具轻松完成小区扰码的规划。

2WCDMA小区扰码
WCDMA系统采用码分多址技术，不同基站或同一基站的不同扇区之间通过扰码来区分。

【1】下行链路扰码序列的长度为38400码片，一共有218－1＝262143个扰码序列，但系统只使用编号为n＝0,…,24575的部分扰码序列。

这24576个扰码序列分为三部分：
k=0,1,2,…8191 对应的是8192个普通扰码，用于正常模式；
k+8192，k=0,1,2,…8191 是在压缩模式下当n<SF/2时所使用的可
替代扰码,称为左辅扰码，共有8192个；
k+16384, k=0,1,2,…8191是在压缩模式下当n>=SF/2时所使用的可
替代扰码,称为右辅扰码，共有8192个；
其中：n 是信道化码C ch,SF,n中所对应的n值。

前8192个扰码序列又分成512个集，每个集包括1个主扰码序列和跟随在主扰码序列之后的15个辅助扰码序列：
主扰码序列号： n=16*i i=0,…,511
对应辅助扰码组扰码码号：n=16*i+k k=1,…,15
每个集合的主扰码和15个次扰码是一一对应的，即第i个主扰码对应于第i个次扰码集合。

这样，实际系统使用的扰码序列的序号限定为k=0,1, (8191)
主扰码集合分成64个扰码组，每组包括8个主扰码序列。

第j个主扰码序列组内的主扰码序列号为16×8×j＋16×k，其中j＝0，...，3，k＝0， (7)
每个小区只配置一个主扰码。

P-CCPCH﹑P-CPICH﹑PICH﹑AICH﹑AP-AICH﹑CD/CA-ICH ﹑CSICH和承载PCH的S－CCPCH必须采用主扰码。

其他下行物理信道既可以采用主扰码，
也可采用主扰码序列对应的辅助扰码序列。

3小区扰码在终端网络搜索中的应用
通常，终端在事先不知道小区任何信息的情况下搜索小区，需要经过时隙同步、帧同步、捕获主扰码三个步骤。

这三个步骤涉及到四个下行物理信道：主同步信道（P-SCH）、从同步信道（S-SCH）、主公共导频信道（P-CPICH）、主公共控制物理信道（P-CCPCH.）。

当然，如果终端上已经存有某个小区的信息，如频率、主扰码等，那么终端可以利用这些信息来简化小区搜索过程。

但我们知道，这实际上只是前一种情况的特殊现象，其搜索过程仍大致需要遵循这三个步骤。

【1】
(1) 时隙同步
WCDMA系统中，一个无线帧为10ms，38400码片，又分为15个时隙。

上文提到的主同步信道（P-SCH）、从同步信道（S-SCH）、主公共导频信道（P-CPICH）和主公共控制物理信道（P-CCPCH.）之间是同步的。

第一步的目的就是要获取各时隙的边界，从而与各物理信道实现时隙同步。

这一步是通过捕获主同步信道来实现的。

主同步信道不属于码信道，没有经过扩频和加扰处理。

主同步信道在每个时隙的起始处重复发送主同步码，为256码片，占整个时隙的1/10。

所有小区的主同步码相同，而且终端预先知道其码片序列，因此只需要用一个性能较好的匹配滤波器就可以检测、捕获到该主同步码，从而确定各物理信道的时隙边界。

(2) 帧同步
这一步是通过捕获从同步信道来实现的。

从同步信道也不属于码信道，没有经过扩频和加扰处理。

从同步信道上发送从同步码，从同步码也是256个码片，在每个时隙的开始处与主同步码一起发送，每个时隙使用一个从同步码。

所不同的是，从同步码总共有16个不同的码片序列，这些从同步码又被编排成64个不同的组合，每个组合为15个从同步码字长，用于一个无线帧，需要注意的是，在某一组合中同一从同步码可能出现若干次，而每个组合对应于一组主扰码。

我们知道，下行扰码是由长度为18位的移位寄存器生成的ＰＮ序列，因此总共有218－1个，常用的有8192个，又分为主扰码和辅助扰码，其中主扰码有512个，分为64组，每组8个。

因此，在第二步实现物理信道的帧同步的同时，终端可以获悉该小区的无线帧中使用的从同步码字组合，从而可以确定该小区使用的主扰码所属的组别。

(3) 捕获主扰码
主公共导频信道是一个码信道，在整个小区内广播，每个小区有且仅有一个主公共导频信道。

该信道在发射前需要经过扩频和加扰。

通过第二步的帧同步过程，已经确定该主扰码所属的组号，经过与已识别码组中的所有码字进行符号间的相关运算，可以确定与本小区匹配的主扰码。

然后，就可以用主扰码解码主公共控制物理信道，从而解调出系统下发的广播消息。

4 扰码规划原理
从网络规划的角度看，WCDMA 扰码规划主要是指为小区分配主扰码。

WCDMA 下行总共有512个主扰码，每个小区分配一个主扰码作为该小区的识别参数之一。

当小区的数量大于512个时，可重复分配一个主扰码给不同的小区，只要能保证使用相同主扰码的小区之间的距离足够大，使得接收信号在另外一个使用同一个主扰码的小区覆盖范围内低于门限电平即可。

确定可使用同一扰码的基站之间的最小距离是码规划的一个基本问题，也是关键问题。

假设i 小区和j 小区使用同一个扰码，两个基站之间的距离为L ij ，覆盖半径分别为R i 和R j （见图1）。

那么L ij 必须足够大，以满足远处基站的信号功率远小于主基站的信号功率，并且，远处基站的信号电平应该低于噪声电平。

为满足以上要求，须使下面的不等式成立：【2】
passloss 10log( max(, ))10log(max(, )) ij i j i j L R R R R αα-->∆
其中α是路径损耗系数，passloss ∆是路径损耗差值。

10log( max(, ))ij i j L R R α
-表示远处基站信号的最小路径损耗，10log(max(, ))i j R R α
表示主基站信号的最大路径损耗。

从上式可得：
passloss
10max(,)(110
)ij i j L R R α
∆>⋅+
当选取网络中最大的小区半径时，可由上式得到得到：
passloss
10max (110
)reuse L R α
∆>⋅+
(1)
L reuse 就是码的最小复用距离，上式在码规划中得到广泛应用。

图1 相距L ij 的两全向基站示意图
5 基于簇的扰码复用方法
在满足扰码复用距离的前提下，同一扰码可以在不同的基站中进行复用。

通常我们把复用距离内使用不同扰码的一组基站称为一个簇，扰码以簇的方式进行复用，如图2所示：
图2 基于簇的扰码复用方法
在六边形的蜂窝网络中，每个簇的基站数量N 必须满足下列方程式【3】
：
N = i 2 + ij + j 2 ，其中，i 和j 为非零整数。

一个簇内基站数量N 和扰码复用距离之间有下列关系
【2】
：
N R L reuse 3min =
(2)
由式（1）（2）可推导出：
）
α
10max min 10
1(3passloss
R N R ∆+≥ 2
2min 2
max
101013⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛∆+≥αpassloss R R N
(3)
根据上述扰码规划原理，下面分别给出四种典型的无线传播环境下扰码复用距离的推荐取值。

密集城区的典型基站半径是300－600米，路径衰减系数α的典型取值是4，小区边缘的导频强度Ec 为－85dbm ，考虑passloss ∆为30db ，即同扰码小区到达本小区边缘的导频强度Ec 衰减到－115dbm ，则N=61，最小复用距离为4km 。

一般城区的典型基站半径是600－1200米，路径衰减系数α的典型取值是3.5，小区边
∆为25db，即同扰码小区到达本小区边缘的导频强缘的导频强度Ec为－90dbm，考虑
passloss
度Ec衰减到－115dbm，则N=61，最小复用距离为8.12km。

郊区的典型基站半径是1200－3000米，路径衰减系数α的典型取值是3，小区边缘的
∆为20db，即同扰码小区到达本小区边缘的导频强度Ec 导频强度Ec为－95dbm，考虑
passloss
衰减到－115dbm，则N=75，最小复用距离为18km。

农村的典型基站半径是5000－10000米，路径衰减系数α的典型取值是2.5，小区边缘
∆为20db，即同扰码小区到达本小区边缘的导频强的导频强度Ec为－100dbm，考虑
passloss
度Ec衰减到－120dbm，则N=75,最小复用距离为75km
6扰码设置原则
下行扰码规划是完成将512组主扰码分配给各扇区的过程。

扰码规划应基于网络规划的最终结果，并遵循以下几条原则：
⏹同扰码复用时，复用基站间要有足够的地理隔离。

各典型无线环境的复用距离推荐为：密集城区：4km；一般城区：8.12km；郊区：18km；农村：75km；
表1 同扰码复用分析
注：对于三扇区基站的情况，由于扇区覆盖的方向性，扰码复用距离内的两扇区可能在覆盖上并没有交叠的范围，因此可以复用一个扰码，所以三扇区的情况下，扰码复用距离内的实际分配的扰码数可以小于扇区总数。

⏹扰码规划应充分考虑网络分步建设的特点，预留一定数量的扰码，以备网络扩容以
及室内分布系统使用；
在分析各个区域内最大使用的扰码数目时，是按该区域内宏蜂窝基站的最小半径进行计算。

实际分配的扰码数应根据规划区域内的宏蜂窝基站数目进行分配。

未用到的扰码均可用于后续扩容。

对于微蜂窝和室内分布系统，由于基站之间的隔离度较好，尤其是不同的室内
分布系统之间，因此扰码的复用率很高，预留100个扰码供分配即可。

⏹要预留一定数目的扰码作为边界基站协调使用。

通常，一个大的WCDMA网络会分成若干个子网络，由不同的规划者进行规划。

在不了解其他子网络的扰码分配方案时，很容易出现两个子网边界的基站分配了同一个扰码，且同扰码基站的站间距不满足同扰码复用距离而产生干扰的情况。

为避免这种情况发生，必须大家约定好预留一定数目的扰码作为边界基站协调使用。

预留扰码数目原则上为一个簇内可分配的扰码数目（参见表1），但实际使用的扰码数目可小于此数目。

为了统一起见，建议扰码分配方案如下：
表2 推荐扰码分配方案
⏹相邻小区的扰码最好在不同扰码集合中。

由小区初始搜索过程可知，终端通过捕获辅同步信道来实现实现物理信道的帧同步，同时通过获悉该小区的辅同步码字组合，来确定该小区使用的主扰码所属的组别。

定位到小区使用的主扰码组后，再从８个主扰码中找到与本小区匹配的主扰码，捕获主扰码的工作即告结束。

当相邻小区使用同一个扰码组中的扰码时，由于二者的辅同步码字组合相同，当二者信号强度接近时，终端的判别可能会出现困难，所以相邻小区的扰码最好分配在不同的扰码组中。

Aircom的扰码规划工具支持该功能。

7扰码规划操作指导
在实际网络规划中。

由于扰码的数量太多以及基站位置的不规则分布，使得导频分配效果的预测非常复杂，因此扰码分配这一繁琐的工作通常由网络规划工具自动完成。

本节以Aircom Enterprise 3g (v4.2)提供的扰码规划功能为例，讲解使用Aircom完成小区扰码规划的步骤。

1.创建扰码方案（Scrambling Code Schema）
WCDMA下行有64个扰码组，共512个主扰码供分配，但并非所有的主扰码都需要参与扰码规划。

用户可以创建自己的扰码方案，在该方案中设置参与扰码规划的扰码组和扰码。

创建扰码方案从3g->options->Code Schemas访问
点击Add按钮可以创建一个新的扰码方案，对扰码方案进行命名，选取想要使用的扰码组和扰码，然后点击OK保存。

这样一个扰码方案就已经创建好了。

建议参考表2设置扰码方案。

2.启动扰码规划
Aircom的扰码规划功能从3g->tools->code planner访问
注：在进行扰码规划前，需完成基站的prediction工作。

3.选取参与扰码规划的基站集合
点击上图中的next按钮，出现以下页面，选取参与扰码规划的基站filter.
4.设置扰码规划参数
点击上图中的next按钮，出现以下页面。

在该页面中设置与Aircom内置的扰码规划算法相关的一些选项。

其中，Neighbouring cells选择是否考虑邻区，和第二层邻区（即邻区的邻区），缺省为全选；
Adjacent cells选择是否考虑邻近的小区，以及参与算法计算的最大邻近小区个数。

Aircom判断一个小区是否为Adjacent cell的依据是在一个小区prediction radius以内的小区均为该小区的Adjacent cells。

该选项缺省为Consider Adjacent cells，最大邻近小区个数为14个；
Code reuse distance选择是否考虑扰码复用距离，以及最小扰码复用距离。

Aircom扰码规划算法中有一个参数是Nearby cells，它的判断依据是一个小区最小扰码复用距离以内的小区均为该小区的Nearby cells。

该选项缺省为Consider code reuse distance，最小扰码复用距离的设置和具体的无线环境有关，可以参考第5节中给出的建议；
Select carriers for planning选择参与扰码规划的载波，根据实际情况选取；
Resolution(m)设置的精度通常和地图精度一致；
Consider other cells under the same NodeB选择是否为同一个NodeB下的所有小区分配唯一一个扰码，这个选项可以确保在未设置复用距离，或同一基站的小区不在同一个物理位置（如射频拉远）的情况下，同一基站的不同小区扰码不同。

5.设置基站的扰码分配策略
点击上图中的next按钮，出现以下页面。

在该页面中可以设置基站的扰码分配策略。

下面逐一解释各个条目。

Filter：列举参与扰码规划的基站集合；
State：设置每个基站集合在本次扰码规划中的状态。

共有三种状态：Plan表示该集合中的基站均参与本次扰码分配；Read Only表示该集合中已分配的小区扰码会在本次扰码规划中加以考虑，但不会被改变；Ignore表示该集合中的小区扰码在本次规划中不被考虑；
# Code Groups：指定可以分配给小区及其邻区的扰码组数目；
# Code：指定一个扰码组中可以分配给小区及其邻区的扰码数目；
Minimise：当小区及其邻区分配的扰码组和扰码数目超过在# Code Groups和# Code里的指定值时，扰码规划工具会根据此处的设定值（# Code或#Code Groups），选择最小化# Code或#Code Groups数目的扰码分配策略；
Code Schema：选择供分配的扰码方案。

用户通过点击Cell Property按钮，也可以为每个小区分别设置扰码分配策略。

如下所示：
6.生成扰码报告
设置完基站的扰码分配策略后，点击Finish按钮，生成以下报告：
从报告中可以看到：
●分配给每个小区的扰码组和扰码；
●分配给每个小区邻区（Neighbours）的扰码组和扰码；
●分配给每个小区邻近小区（Adjacent Cells）的扰码组和扰码；
●分配给每个小区附近小区（Nearby Cells）的扰码组和扰码；
●分配给与该小区同一NodeB下的其他小区的扰码组和扰码。

点击Apply Carrier或Apply All Carriers可以将扰码规划的结果应用到指定的载波或所有载波上。

列表中每个栏目的具体含义请参考Aircom的用户手册。

8参考文献
【1】WCDMA系统物理层设计于澄詹菲等编著人民邮电出版社
【2】Young-Ho Jung, Yong H.Lee,”Scambling Code Planning for 3GPP W-CDMA System”.
【3】《无线通信原理与应用》Theodore S.Rappaport著电子工业出版社；
【4】ASSET3G User Preference Guide。