1、谈无线通信设计（完）基站的容量在 GSM 设计图纸里面，我们经常能看到载频配置为 Sx/x/x 这样一句话，通常 GSM 新建站取S6/6/4。那么这里提到的载频配置到底是怎么回事呢？或者说我们做设计的，设计出来的这个基站有什么显示意义？能提供给多少人进行通话上网呢？要回答这些问题，首先我们来区分一下以下的几个概念(1) 站点（Site）：就是我们通常所讲的一个基站；从地理位置上说，就是一个站址；从数据配置上说，就是一个网元（BTS/NodeB）。(2) 扇区（Sector）：地理概念，是一副天线的覆盖区域；一个“站点”的覆盖区域可以分成 1 个或多个“扇区”，扇区数量主要取决于覆盖场景：市区
2、一般是 3 副定向天线，3个扇区；农村可能只有 1 副全向天线，1 个扇区；交通线覆盖可能是 2 副定向天线，2 个扇区。(3) 载频（carrier frequency），就是载波发射器，在 GSM 网里，每个载频的物理结构是一样的，由于参数的设置，才使得载频发出的信号频率不同，我们的信号就是通过不同频段的电磁波传送出去的。每个载频 8 个信道，有 1 个是信令专用信道。虽然每个载频只能发出 1 种频段的电磁波，但是将电磁波分成 8 个时隙，可以同时传送 8 种信息，在宏观上看来就是 8 个信道了.(4)载波，载波是指被调制以传输信号的波形，一般为正弦波，也就是我们在前面讲过的RRU 执行调
3、制工作所要用到的工具。一般要求正弦载波的频率远远高于被调制信号的带宽，否则会发生混叠，使传输信号失真。例如我们的说话在频率在 300Hz-3400Hz 之间，带宽为3KHz 左右，那么用来调制的频率必须要比这个数高的多才行。(5)载扇，是指一个基站支持的的频点个数与覆盖天线方向数的乘积，例如“四载波三扇区”的基站共有 4312 个载扇。采用基站识别码或全球小区识别进行标识的无线覆盖区域叫做小区，如果采用全向天线结构时，小区即为基站区。在这里需要说明的是载频是 2G 时代称呼，载波是 3G 提出的概念。好了，想要理解载频和载波这两个概念的区别，我们需要先了解一下，2G 和 3G 所采用的多址技术
4、。所谓多址技术就是给各个不同用户跟基站进行连接的时候提供的身份标识。在有线通信也就是我们最开始使用的固定电话中，是不存在多址技术这一说法的，因为每一个电话都会有一条电话线与之进行连接。在电话出现的初期，还没有采用程控交换机的时候，我们采用的是人工交换，负责这一工作的人员如果看到提示 A 需要打电话给 B 了，那么她只需要把 A 的电话线跟 B 的电话线连接起来就行，所以说，在这个阶段的交换还是非常简单的一个过程。但是到无线移动电话这里，这一套就行不通了，因为你根本就不知道你要呼叫的那个人现在在哪里！就算你知道了那个呼叫的人，你也不可能跟他对的上号，进行通话。或者你可以通过广播来进行呼叫，但是假
5、如你这个片区有 10 个人需要同时进行通话呢？难道你一个广播在同时播十个人的通话给所有的人？所以说无规则不成方圆，在这里，我们需要想办法，给每个手机一个专属的信号传播通道才行。首先能做到的对频率进行划分，把一段信号频段划分成等间隔的几段，每一小段频段我们就分给一个特定的用户用，这一小段频段的中心点的频率我们称之为频点，也就是载频。那好，这样子我们就可以给每一个要打电话的人分配一个独特的频点了，用户 A 占用 A频点，用户 B 占用 B频点，以此类推这种多址方式我们称之为频分多址。这样我们总算把多址系统给初步确立起来了。可是仅仅进行频分多址还远远不够，因为我们的频率资源是非常宝贵的，在美国的频率
6、拍卖中曾经拍出了 1MHz 价值 7 亿美元的高价。所以为了更有效的利用频谱，在频分多址的前提下，又增加了时分多址，也就是在 GSM 里面我们把每一个频点划分成 8 个时隙，1 个主用公共信道，也就是用来保持跟各个手机进行保持联系或者进行呼叫的，剩下的 7 个时隙才是我们通话过程中用到的专用信道，也就是说一个频点（或者说一个载频）能够同时供 7 个人进行通话。对于 GSM 的这个时分多址，有人做了一个很形象的比喻把一截长的火车厢截断成 8 段较短的车厢。假如我们的火车上是一百米的车厢，而为了防止搞混客户的商品归属，规定了一节车厢只能运一个客户的商品。但是这种方法用久了我们发现，车厢太长，常常一
7、个客户的商品装不满一节车厢，造成了很大的浪费。那接下来最好的方法就是把这节长车厢截成 8 节了，这样一来 ，我们就能更好的利用车厢空间，拉更多客户的商品了。同样的道理，通过时分复用，我们成功的把一个载频下通话的用户数提高到了 7 个人，也算对得起运营商们拍买频段所花的白花花的银子了。对于外国苦逼的运营商拍买频段的新闻，可以参考下面新浪的新闻报道（国内运营商那个幸福啊，都是国家免费给的频率，想不赚都难！）http:/ 采用的是频分多址+时分多址的方式，但是到了 3G 大家开始感到不能满足了。因为这样子的手机网速太慢了。如果把用户比作汽车，那么频带就可以认为是一条条车道。在GSM900 的系统里，
8、我们 把上下行的 25M 的大车道统一划分成了 200KHz 的双向小车道，甚至还采用了车流的限行政策，就像咱们见到的单双号限行那样子。在这里可以看到，GSM系统通过把大车道划分为小车道，甚至设置限行时间这样不断细化的方法确实达到了让更多的用户能够跑上车道的目的。可一个不可避免的问题是用户数上去了，网速却不可避免的下降了。因为根据香农公式我们已经知道速率是跟信道带宽直接相关的，现在我们的信道带宽只有 200KHz，在 GPRS 的技术下，一个载波最高速率也不过去到 150Kbit 而已。而且这还是一个载波下的速率，要知道这 150Kbit 我们还不是独享，要跟很多人一起共用的。这下你该知道为什
9、么你用移动的 2G 网络为什么上网那么慢了吧。这样的网速别说看视频，看网页都能卡死你。好了，2G 网络上网慢已经是不争的事实，那么 3G 网络将如何彻底解决这个问题？怎样才能做到既要让各个人都有机会用上车道，又要保证这条是能随意奔驰的康庄大道，而不是200KHz 的乡间小道？俗话说得好，既想马儿跑，又要马儿不吃草，天底下哪有那么便宜的事情？”有，我有这样的技术！”正当大家为这个问题吃不饱睡不香，一筹莫展的时候，北美大陆上的一个无名小卒虎头虎脑的站了出来，用嘹亮的声音向世人宣告了它的成果应用于民用通信的码分多址技术。这家伙就是高通，而接下来的事情大家也都知道了，高通凭借着码分多址技术的专利横扫全
10、世界，成为了业内“一流的企业做标准”的标志性的企业。说到码分多址，顾名思义，它们是采用正交码作为它们的接入方式的。这样的技术能给我们带来什么好处呢？这样来说吧，如果说频分多址是把一条大车道分成了很多小车道指定给不同的用户用的话，那么码分多址就相当于把每一条大车道都扩建成了几十层的高架桥，每一层都指定给一个特定的用户，而每一个用户都能占用一条完整的大车道！打个比方说中国移动有 25M 的频谱，但是他们把这些频谱都被划分成了 200KHz 的频点，每个人 都只能在 200KHz 的频点上用，现在采用了码分多址的话就相当于每个人都能拥有 25MHz 的带宽！这个够牛了吧？在码分多址里面最关键的就是那
11、一组扩频码，用户们就是通过不同的扩频码和解扩码来获取属于自己的信道信息的。因为我们知道，在码分多址技术里，基站用于上下行甚至不同的用户的频率都是一样的，既然频率都一样的，那么在这里滤波器就不起作用了，唯一能区分不同用户数据的就剩下那一组扩频码。这个扩频码就像间谍电影里面间谍们接头时所使用的那半截纸币在某个街头的隐晦转角处，间谍 A 正在悠闲的抽着烟，对面缓缓走来了一个穿着黑色风衣的高个男子。“空气在颤抖,仿佛天空在燃烧”间谍 A 开始不经意的低声念起了诗句，对面的高个男子随即应答“暴风雨要来了！”。还不够，谁知道你是不是个学诗词的，随口应答的？于是间谍 A 又掏出了一张撕掉一边的纸币，高个男子
12、也掏出了自己的那一半纸币，拼在一起，只有这两半纸币是完全无缝对接的，他们才能完成各自身份的确认，否则就是假冒的。所以在基站进行信号发射之前，它会给特定用户的信息用一组特定的扩频码对这些用户信息进行扩频处理，然后在用户接收端会把能接收到的信息都接收下来，用自己手上有的解扩码对它们一一进行解码，能对上号的那组信息就是自己需要的，对不上号的就扔掉。在这里我们说的对上号其实说的是一个数学上的概念正交，相互正交的意思就是两两之间相乘结果为零，或者说相关性为零。在 CDMA 系统里，下行链路用的是 wash 码，上行链路用的是长 PN 码，wash 码最长有 64bit，共有 64 组，相互正交，能允许
13、63 个用户同时接入。那么扩频码和解扩频码实现的过程是怎样的呢？简单点来说就是在基站发送端用 A 组扩频码与要传送的信息相乘,然后在接收端使用 A组相对应的解扩码进行相乘解扩，解扩出来的信号就是咱们需要传送的信号了。看看下面的图就知道了。引用自大话无线通信但是如果接收端接收到的不是 A 组扩频码扩频过的数据，而是 B 组扩频码甚至 E/F/G 组扩频码扩频的数据怎么把？不用担心，前面我们说过 wash 码两两之间是相互正交的，所以A组解扩码与 B/E/F/G 组扩频码相乘的结果是为零的，就相当于自动过滤掉了。当然，这上面的讨论仅仅是为了大家更好的理解载波和载频的概念而设置的，是非常感性和表面的
14、讨论。在实际的执行中，要实现码分技术还需要很多其它的技术进行辅助，例如功率控制技术，rake 接收技术等等，在这里就不一一讨论了。通过上面的讨论我们可以看到，如果采用码分多址，从一般意义上来讲，一个频点可以被很多扇区同时使用的，这个时候 2G 时经常提到的载频的概念就不太合适了，于是提出载波的概念，一个扇区、一个基站甚至一个 lac 区都可以是一个载波或者几个载波。在 GSM 系统里，小区扇区（CellSector），每个小区里可以配置多个载波，比如：S 6/4/4，意思是：该站点有 3 个小区（扇区），每个扇区有 2 个载波；我们前面有说到，GSM 的一个载频是分成 8 个时隙的，一般允许
15、7 个用户接入，但是如果我们开半速率的话是能够允许 14 个用户接入的。1 个载波允许 7 个用户同时接入，那么开了 6 个载波的话就能同时允许 42 个用户在这个 CELL 接入了。拜 GSM 系统在全球大卖所赐，咱们大部分人都认同“小区扇区”的概念。在 WCDMA/LTE 系统里，请注意：小区载波（CellCarrier），即：一个 32（相当于 S 2/2/2）的 WCDMA/LTE 站点，是 6 个小区（如果你还有印象的话，我们刚刚已经说到一个频点下是有 64 个不同的 wash 码提供给最多 63 个用户接入使用的，也就是说，一个载波就能同时允许最多 63 个用户接入，所以 1 个能
16、接入多个用户的载波事实上已经相当于 GSM 里小区的概念了。）；至于扇区，只是一个地理概念而已；这一点，是 G 网兄弟向 W/L 转型最容易困惑的地方之一。对于 TD-SCDMA，最早的设计是想照搬 WCDMA 的，即小区载波；不过，TD 单载波带宽是 W的 1/3，属于“半宽不窄带”系统，主流配置站型至少为 S 3/3/3，如果采用 W 的设计，光是站点内的小区（载波）就有 9 个，邻区就太多了！所以，最终 TD 采用了和 GSM 一样的方案：多个载波捆绑成一个小区，所有载波公共信息由主载波（GSM 是主 BCCH 载波）广播发送。对于 cdma2000，情况又有所不同：小区站点（CellS
17、ite），扇区（Sector）用于邻区配置，扇区下有很多载频（成为扇区载频，或者叫“载扇”）；看上去比较复杂，其实，你这样对应一下可能就比较清楚了：cdma 的扇区GSM 的小区，cdma 的小区GSM 的站点，错了个位而已；不过，有一点不同：cdma2000 系统扇区内的各“载扇”（PN 码共用，频点不同）是各自发送自己的广播消息的，没有什么“主 BCCH 载波”或“主载波”的概念。好了，经过上面的讨论，如果能理解到载频，载波，小区和小区容量等概念的话，你应该能理解基站的载频数量所带来的现实意义了。例如现在 GSM 主流的基站载频配置为S6/4/4,这样的载频配置意味着什么呢？意味着在基站近
18、 500 米的覆盖半径下最多能允许7*（6+4+4）=98 个人同时打电话，再多就超载了，只能等别人打完电话了你再接入。在基站载频配置不变的情况下，同时打电话的人越多，想要发起呼叫就越困难，需要等待的时间也越长。加入你打个电话拨号好几次都接不上，那还打个鬼啊，直接打 10086 骂街去得了。这种因为人多而打不上电话的现象我们称之为话务拥塞，而运营商这时候就需要在负责这块区域 的基站上进行扩容了，增加载频以应对日益增加的话务需求。有了上面的这些概念，接下来我们就可以去预估话务量了。估计话务量是一个比较灵活的过程，或者是一件比较能忽悠人的事情。因为现在大部分的运营商很少重视这话务预估这个过程的，他
19、们正常来说就是按照经验先把基站开起来，后期出现话务拥塞了再进一步扩容或者话务量过少的话就进行减容。WCDMA 中扇区（sector ）和小区（cell）是不同的概念扇区现在完全是一个地理的概念区别一个小区用扰码和频率，如果一个小区的扰码或者频率不同，那么就属于不同的小区。一个扇区中可以有多个小区，他们的频率不同，扰码可以相同。如果是 1/1/1 配置，只有一个频率，三个扇区，每个扇区有一个小区，这些小区用相同的频率，但是扰码不同，比如说扰码用 1、 2、3。RNC 是 3G 网络中的基站控制器, 用 IU-b 接口连接基站, 用 IU-CS 接口联接 MSC 或 MGW,以及用 IU-PS 接
20、口联接 SGSN,为用户提供网络接入的连接通道 ,实现用户的接入及功率控制等功能.3g 由核心网(CN)、UMTS 陆地无线接入网(UTRAN) 、用户设备 (UE)三大部分组成，UTRAN（UMTS Terrestrial Radio Access Network）是 UMTS 的无线接入网（URAN）。UTRAN 允许使用者设备（UE）与核心网（CN ）彼此沟通。UTRAN 内含基台（BS），被称为 Node Bs, 与 Radio Network Controllers (RNC)。Core Network (CN)是 HLR，3G-SGSN 和GGSN 组成。UTRAN 包含了多个无线
21、网络子系统 （Radio Network Controller Subsystem，RNS），由一组通过Iu 接口连接到核心网（ Core Network，CN）的无线网络子系统（RNS）组成。每个 RNS 又由一个无线电网络控制器（RNC）和数个基地台（BS）组成。在 UTRAN 内，无线网络子系统（RNS ）内的 RNCs 可通过 Iur 进行连接。UTRAN 的内外部由四个实体组成： Iu, Uu, Iub 和 Iur. 其中 Iu 和 Uu 是对外的接口，至于 Iub 和Iur 则是逻辑接口。 Iu 是对外的接口，负责连接无线电网络控制器（RNC）与核心网（CN）。 Uu 是对外的接口，负责连接 Node B 与使用者设备（UE）。 Iub 是内部接口，负责连接 RNC 与 Node B. Iur 接口负责连接 RNC 与 RNC 之间。
