一种基于簇结构的PN重构方法

张 磊，段 毅

（安徽信息工程学院，安徽 芜湖 241100）

一种基于簇结构的PN重构方法

张 磊，段 毅

（安徽信息工程学院，安徽 芜湖 241100）

本文分析了目前PN重构技术面临的挑战，提出了一种基于簇结构的PN重构方法，采用对PN分组、分簇的规划方法，实现对不同覆盖区域的PN重构.实验结果表明该方法在继承原有邻区关系的基础上，增加了同PN复用距离，降低了规划难度，提高了PN资源利用率，具有易扩容性，适合于大、中型网络的PN优化及重构工作.

PN码；PN重构；簇；优化

1 概述

CDMA蜂窝通信系统中，合理的PN规划是影响网络通信质量的重要因素.随着CDMA网络规模的不断加大，站点密度随之增大，建网初期的站点规划以及PN规划已不能满足网络发展需求.为保持网络的相对稳定，大多本地网在后期建设过程中，都继承了原有规划数据，并未对CDMA网络进行系统的规划.随着业务量的不断增加，对于有限的PN资源的合理规划逐渐成为制约着网络发展的瓶颈，如何在继承现网数据的基础上实现对PN码的合理重规划，是CDMA网络中的一个重要研究课题.目前业界对PN规划技术已经有一定的研究，其中文献[1]给出了一种采用迭代算法实现对新建网络PN初始规划的解决思路；文献[2]给出了一种采用映射关系解决PN复用、适合于小型网络的PN规划方法.本文提供了一种继承现有邻区关系、具有高扩容性、基于簇结构的PN重构方法.

2 PN相关概念及重构面临的挑战

2.1 PN码与PN优化调整

PN码是CDMA系统中小区的唯一标识，参与通话或通信信息的解码.理论可用的PN码为512个，为满足解码需求，实际可用PN码只有（512/PILOT_INC）个，目前四川省除成都外其余本地网PILOT_INC设置为3，可以提供的PN资源为512/3＝170，由此可以看出PN资源的有限性.

PN优化调整需要考虑相同PN的复用和相邻PN的隔离问题.密集区基站间距小，数量多，因此相同PN的复用距离必须足够大，协议规定须大于64个码片时延，即空中传播距离为15.6km；另一方面，稀疏区基站间距大，信号的延迟时间长，如果相邻基站使用相近PN，可能出现由于延迟无法正常解调，出现PN混淆问题.PN优化工作依据不同时期的网络情况主要分为：（1）针对个别站点的PN修改：主要解决个别站点与相邻站点复用距离不足问题；（2）区域性PN重构：PN预留资源充足时，解决区域内站点PN复用距离不足问题；（3）全网性PN重构：PN资源满足网络容量、覆盖需求，通过规划解决网络PN资源预留、PN混淆问题；（4）PN_INC调整及PN规划：现有PN资源不能满足网络需要，通过调整PN_INC增加可用PN资源，合理规划和预留PN资源，解决PN混淆问题.

2.2 PN重构面临的挑战

PN重构需要从目标网的容量、覆盖率要求、业务发展等多方面考虑，由于网络规模、拓扑结构等因素的不确定性给PN重构带来严重挑战：

（1）PN重构资源需具有合理的预留度.

通常规划时预留了20%PN资源用于网络的后期发展和扩容.运营商迫于市场压力，会短时间内大规模的增加站点以满足容量、质量、业务发展的需要，因此20%的预留远远不够的.但是预留太多又会使已占用PN复用隔离度达不到可靠保证网络质量的需求.

（2）PN重构数据需具有可持续扩容性.

PN重构和优化，将投入大量人力、物力、资金，进行大量数据修改和调整，对网络质量和网络安全也是极大的挑战.如何通过有效的技术手段或方法，在保持大面积网络架构的相对稳定前提下，将局部区域问题隔离解决，便于后期扩容，使PN重构具有可持续性.

（3）充分考虑室内分布PN规划的合理性和预留度.

城区内通常需要建设大量的室内分布系统，局部区域的室内分布站点密度远大于室外宏站.考虑到室外宏站与室内分布小区覆盖特性，通常采用为室内分布预留PN组.因此要充分考虑室内分布PN规划的合理性和预留度.

3 基于簇结构的PN重构

3.1 PN重构总体流程

图1 基于簇结构的PN重构流程图

3.2 PN簇规划

由2.1节得知PN网络资源非常有限，因此一种合理的PN规划策略对于全面平衡网络容量与质量之间的关系，确保后期建设的充分预留等非常重要.研究多方类似文献后，结合本地网业务情况，制定了基于簇结构的PN重构的总体思路，具体步骤如下：

步骤1：确定PN_INC值.依据现网中基站的分布情况和地形地貌特征，以包括PN复用距离、One-way、PN混淆等关键指标为衡量标准，可以得出适用于当前网络状况和无线传播环境的PN_INC值.目前多数本地网采用的PN_INC=3，以调整目标值PN_INC=2为例给出了PN簇规划方法.

步骤2：选取准备使用的PN资源组.依据PN_INC=2，可以得到可用的PN资源为256（512/2）.PN_INC确定后需明确PN设置方式（目前采用间隔设置的方式，相同的基站不同的扇区相差168），对于三个扇区的基站PN设为2n、2n+168、2n+336，规划时3个PN资源作为一组PN进行规划，每个基站占用一个PN资源组，如表1中2、170、338为一个PN资源组.为满足后期网络扩容的需求，从可用的PN资源组中，预留一部分用作扩容，如表1中黄色部分为预留PN资源组，本文给出的预留PN约占总PN资源的21%.

表1 PN_INC=2的城区及农村PN簇划分

步骤3：明确不同覆盖场景下的PN规划策略.根据不同覆盖场景（城区、农村、边界、室内分布）对PN进行分类.城区及农村基站采用2的整数倍，且不包含6的整数倍PN偏置，如表1所示；考虑边界切换等因素，边界及室内分布采用6的整数倍.另外，室内分布多数基站通常只有1个或2个扇区，因此打乱PN组的概念，对于室内分布1扇区PN多于2扇区，2扇区PN多于3扇区.对于多于3个扇区的室分采用PN资源循环设置，如第3扇区仍使用第0扇区的资源，如表2所示.这样的PN规划策略，极大地增加了PN预留资源.

步骤4：确定PN簇划分.城区及农村基站分为4个子簇（CLUSTER），每个子簇包含14个PN组，每组使用11组，预留3组，如表1所示；边界及室内分布基站采用6的整数倍PN偏置，分为4个子簇，边界每个子簇包含7组共21个PN偏置；室分分为4个子簇且无PN组概念，每个子簇第0（3）扇区9个PN，预留3个；第 1（4）扇区 7个 PN，预留 2 个；第 2（5）扇区 5个 PN，预留 2个.

表2 PN_INC=2的室内分布PN簇划分

3.3 站点PN规划

完成上述PN簇划分后需将每个PN映射到网络站点上，站点PN规划具体步骤如下：

步骤1：划分城区及农村（去除边界和室分）区域，每11个相邻基站为一簇，如图2所示，不同基站颜色区分不同基站簇.

步骤2：确定起始组进行PN簇至站点的映射.如图2所示，确定起始基站簇，依次将PN簇映射到每一个基站上.如：1-1区域（其中1-1代表第一簇使用第一次，2-1代表第一簇使用的第二次）内的11个站点分别对应表1中CLUSTER1的可用PN组，依次类推.对于边界区域不足11个站点的区域仍定义为一个基站簇如图2所示的1-3区域.

图2 城区及农村区域PN簇映射图

步骤3：同理，完成对室内分布的PN簇的站点映射，如图3所示，为区分城区站点的规划，图中group1-subsluster1代表第一簇使用第一次，group2-subsluster1代表第一簇使用的第二次.

步骤4：边界基站PN规划.导入相邻BSC的外部小区信息以及本次规划范围内的工参信息表中的边界站点信息，结合外部小区和本BSC需要规划的站点工参信息，规划边界区域站点.边界区域站点与室内分布系统一样，使用PN_INC为6n的PN offset.

图3 室内分布的PN簇映射图

步骤5：结合步骤2、3、4得出的城区及农村基站、室内分布、边界基站的规划结果，得出整体PN规划结果.

4 实验结果及分析

根据上述方法和步骤，对某本地网进行数据进行规划和验证.结果表明该方法具有如下优势：

（1）具有高预留度.表3给出了试点本地网PN重构前后的效果对比，受前期大规模的增加站点的影响，目前多数本地网PN预留资源为0，而本方案将室内、室外的PN预留度提高到了21%，为后期建站提供了充足的预留资源.

表3 规划前后结果对比

（2）降低后期规划难度，具有可持续扩容性.如图2所示，1-3区域不足11个站点，若后期在A点加站只需从对应CLUSTER3的PN 簇中选取没用的 PN 资源（94、110、118、134）即可，避免了传统规划方式盲目选取PN资源的复杂方式.对于新基站簇的扩容，如图2所示的2-3区域只需选取CLUSTER3的PN簇进行规划即可，极大地降低了规划难度.

图4 同PN复用距离示意图

（3）降低了城区及农村站点在城郊结合部的同、邻PN干扰.基于簇结构的规划方式，实现对不同覆盖区域的分簇规划，极大地提高了PN复用距离，如图4所示，将理论的最大PN复用距离提高到了17.1R，最小复用距离提高到了7R（D为复用距离，R为小区覆盖半径）.

（4）室内分布PN隔离度相对传统的分组规划较大.传统室分PN规划采用3个PN为一组的划分方式，而通常室内分布并非3个扇区，对于仅有一个扇区的室分，将造成了一个PN组的另2个PN资源的浪费.本方案采用如表2所示的不对称的PN分组，极大提升了室内分布PN资源利用率.

5 结束语

PN码的设定及调整作为CDMA网络基础，直接影响到网络的质量.本文提出的基于簇结构的PN重构方法，能够继承现有邻区关系，减小PN调整对网络造成的影响.实验结果表明该方法增加了同PN复用距离，降低了规划难度，提高了室内分布PN资源利用率，有利于后期局部区域网络扩容的数据改造，适合于大、中型城市CDMA网络的PN优化及重构工作.

〔1〕中兴通讯股份有限公司.一种用于CDMA蜂窝系统的PN规划方法[P].中国专利,1556601A,2004-1-8.

〔2〕中兴通讯股份有限公司.PN规划算法 [EB/OL].百度文库，2010.10.

TN929.5

A

1673-260X（2017）12-0025-03

2017-09-08

安徽省教育厅高校自然科学重点研究项目：项目名称：基于无线传感网络和云端控制的全自助电瓶车充电站系统（KJ2017A794）