WCDMA系统扰码规划原理与实例

摘要:在简述WCDMA 网络特点的基础上，对WCDMA 无线网络规划中的扰码规划原理进行了详细的阐述。另外在实际网络规划时，对扰码规划要考虑的问题进行了详细说明，并给出扰码规划的实例。

关键词:扰码;复用距离;小区搜索

规划概述

第二代移动通信系统GSM 主要采用时分/ 频分多址的无线接入方式。对于规划工程师而言，频率规划是非常重要的，因为它直接关系到网络的性能质量。而在WCDMA 系统中，它主要采用码分多址的接入方式，并且由于是异步系统，所以WCDMA网络频率规划不同于GSM 网络的频率规划和IS-95 CDMA 网络的PN 偏置规划。在WCDMA 网络中，区分不同的用户和基站主要是靠不同的扰码，所以对扰码规划非常重要。

在WCDMA 系统中，上行链路扰码用于区分不同移动用户，所采用的扰码序列可分为短扰码和长扰码。由25阶生成多项式产生的长扰码截短为10ms 的帧长度，包含38400 个码片，速率为3.84 Mchip/s;短扰码的长度为256个码片。上行链路中的扰码个数有几百万个，所以在上行链路方向上不必规划码资源。移动台上行链路的扰码是在建立连接时，由RNC 负责分配的，所以对于RNC 而言，每个RNC 都有一定的扰码范围。在下行链路，扰码的功能是用于区分不同的小区，扰码序列也是采用和上行链路一样的Gold 序列作为长码，共有2¹⁸-1=262,143 个，但不使用短码。为了缩短移动台搜索小区的时间，下行链路的主扰码限制为512 个，分成64 组。每个小区仅分配一个主扰码，一般所讲的扰码规划就是指下行扰码的规划。通常下行链路的扰码规划是由网络规划软件来完成的。

扰码规划的原理

WCDMA 系统中的扰码规划类似于GSM 系统中的频率规划，主要是为小区分配主扰码。WCDMA 系统中下行链路共有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。当小区的数量超过512个时，可重复分配一个主扰码给一个小区，只要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主扰码的小区覆盖范围内低于门限电平即可。所以扰码规划的主要思想是确定两个使用相同扰码的小区的最小无线传播距离。与GSM 频率规划中一样，这个距离称为复用距离。具体计算过程如下:

如图1 所示，假设两个小区i 和j 使用的是相同的扰码，两个小区间的距离的链路损耗为L_ij，两个小区的覆盖半径分别为R_i和R_j。为了避免两小区由于扰码相同产生的扰码模糊干扰，两小区间的距离必须足够大，使得在同一点远端所使用具有相同扰码小区的无线传播信号，远远小于本端使用相同扰码的小区无线

信号。所以必须满足以下不等式:

10log[L_ij-max(R_i,R_j)]^α-10log[max(R_i,R_j)]^α≥PG_dB (1)

其中:α表示路径损耗指数，PG_dB 为处理增益，单位为dB。上述不等式左边第一项表示的是远端小区j最小路径损耗，第二项表示的是本端最大路径损耗。由上述不等式可以得到满足不等式要求的L_ij:

L_ij≥max(R_i,R_j)(1+10PG_dB/10α)(2)

扰码规划的最小复用距离需满足（2）式。扰码规划的目的就是确定扰码空间的复用模式。由R_max 代替max(R_i,R_j)，复用小区集中的小区数K，其中小区间复用距离L=R_min ，R_min为覆盖面积最小小区的半径。则有满足扰码规划的最小小区复用数:

以12.2KAMR 话音业务为例，PG_dB ＝ 24 dB，路径损耗指数α＝ 3，R_max / R_min ＝ 3，则可以算出小区复用数K ≥ 160，按3 扇区规划3K = 480，即复用集的大小为480 个扰码，还有512-480 ＝ 32 个富余的扰码可以使用。

由于扰码是用于区分小区的，可用于移动台的初始接入网络、小区重选及切换等，所以扰码分配在系统规划中是非常重要的。而在实际情况中，无线传播环境、基站的位置不规则分布等因素，使得扰码规划的效果评估很难进行。所以扰码规划这一繁琐工作通常是由网络规划软件来完成。而软件实现扰码规划的方法通常可以是如上所示的小区复用距离计算方法或采用图论中图搜索问题的方法来实现扰码的自动分配。但扰码规划的原则是可以由网络规划工程师来确定的。

扰码规划的原则

小区搜索过程

由18 位长的移位寄存器可以产生2¹⁸-1 个扰码。由于过多的扰码会使移动台的搜索时间过长，系统设计太复杂，所以在3GPP 规范中选取了其中的8192个扰码。这些扰码分为512个集合，每个集合包括一个主扰码PSC 和15 个辅扰码SSC。每个小区使用其中的一个主扰码。进一步将这512个主扰码分为64组，每组8 个主扰码。

扰码规划的目的是使移动台快速、准确地完成小区搜索、识别和同步。为此先简单地介绍一下小区的搜索过程。通常，终端在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。其中时隙同步和帧同步要涉及到主同步信道P-SCH 和辅同步信道S-SCH。

主、辅SCH 的10ms 无线帧分成15 个时隙，每个长为2560码片。图2 所示为SCH 无线帧的结构。主SCH 包括一个长为256 码片的调制码，主同步码(PSC)，图2 中用Cp 来表示，每个时隙发射一次。系统中每个小区的PSC 是相同的。辅SCH 重复发射一个有15 个序列的调制码，每个调制码长为256chips，辅同步码(SSC)与主SCH 并行进行传输。在图2 中SSC 用c_s^i,k来表示（其中i=0,1,...,63），为扰码码组的序号，k=0,1,2,...,14 为时隙号。每个SSC 是从长为256 的16 个不同码中挑选出来的一个码。在辅SCH 上的序列，表示小区的下行扰码所属码组。

小区搜索的第一步是时隙同步，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。第二步是帧同步，辅同步信道上发送辅同步码，辅同步码也是256个码片，在每个时隙的开始处与主同步码一起发送，每个时隙使用一个辅同步码。所不同的是，辅同步码总共有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。这样在第二步就可以确定该小区使用的主扰码所属的组。在前两步确定了扰码组的基础上，然后从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。

扰码规划方法

扰码规划的原则是:网络中有重叠覆盖的小区不能拥有相同的主扰码。由上所述:扰码的规划可以基于扰码组或基于所有不同主扰码的基础上进行。基于所有不同扰码的基础上规划扰码就是只要满足复用距离的条件下，把512 个主扰码分配给各个小区。而基于扰码组的规划是对每个基站分配一个不同的扰码组，每个基站中的不同小区则在这个扰码组8 个不同的扰码中选择进行分配。由小区搜索过程可知，基于扰码组的规划方法中，基站中不用小区的主同步码P - S C H 序列和辅同步码S -SCH 序列相同。而基于所有不同扰码的基础上规划，基站各个小区的扰码属于不同的扰码组，主同步码P-SCH 序列是相同的，而辅同步码S-SCH 序列是不同的。由此可见:基于扰码组的规划方法比基于所有不同扰码规划方法要方便、简单，在提供移动台搜索小区上更加快速、灵活。所以一般扰码的规划是在主扰码组的基础上进行规划。在确定规划原则后，要考虑扰码组的复用距离。这主要是通过计算信号的C/I来完成,具体方法如上述扰码规划原理。

在文献(张长钢 孙保红 李猛等,《WCDMA无线网规划原理与实践》，人民邮电出版社, 200年5)中给出了一个扰码规划的实例，如表1所示。对于扰码组的分配，还要充分考虑实际规划小区覆盖大小，结合地域的实际情况考虑主扰码的复用距离，尤其是地区边界的扰码分配要进行统一规划。另外要根据网络发展的情况适当地保留一些扰码组的主扰码以备网络扩容使用。

另外在实际扰码的规划中，为了使移动台尽快搜索到小区、与邻区建立同步，从而达到允许快速切换的目的。要求小区和它的邻区扰码应该属于尽可能少的扰码组，因为每多解调一个扰码组，就需要额外的20ms。所以合理地根据网络结构和无线环境来规划扰码是非常重要的。如在密集城区，高站点密集形成了较为复杂的邻区列表和切换关系，就应该使用比较少的扰码组，以减少搜索时间，提高网络质量。所以实际规划中并不是所有的扰码组都会使用完，具体使用的数量要根据将来实际网络规划情况来定。另外如果网络使用了第二个载波，所有的扰码就可以重复使用。

结束语

通过对扰码规划问题的探讨，可以看出扰码规划的主要原理是在码资源允许的情况下结合地域的实际特点，使主扰码的复用距离尽量大。同时在进行扰码规划时，采用基于扰码组的规划方法可以加速移动台的小区搜索过程，而且规划起来比较灵活、简单。这些结论对于WCDMA 系统无线网络规划工程师具有较好的指导意义。