（通信与信息系统专业论文）wcdma网络的覆盖和容量规划.pdf

w c d m a 网络的覆盖和容量规划 摘要 本文从3 g 的发展以及3 g 在中国商用在即出发，阐述了目前对 3 g 的网络规划和优化的需要的迫切性。阐述了作为3 g 的主流标准之 一w c d m a ，由于其所采用的关键技术，由此而产生的在网络规划和优 化方面与g s m g p r s 网络的区别，以及w c d l i i a 网络规划和优化面临的 挑战。通过分析w c d m a 无线网络预规划的原理和方法，指出w c d m a 网 络规划和优化的工作归根结底是解决覆盖、容量和服务质量三者之间 的关系，所以在满足服务质量的基础上，如何更好的解决覆盖和容量 规划的问题非常重要。并从w c d m a 网络规划和优化的角度分析小区覆 盖和容量的关系，分析小区负载、功率配置，业务模型和软切换等对 覆盖和容量的影响。详细介绍了信产部组织的w c d m a 网络性能测试 中的覆盖和容量测试，测试的主要目的和原理，测试的方法和测试数 据处理的方法，并结合测试数据和结果，分析各种业务在不同环境下 的覆盖和容量受限类型，根据测试中所发现的问题和测试分析结果， 对覆盖和容量的实测结果进行了总结，并提出了一些在今后w c d m a 网 络规划和优化中，在选择合适的提高覆盖和容量的方法时值得借鉴和 注意的问题。最后分析了试验网与商用网的区别，指出试验网中所采 用的模拟实际环境的方法的不足；移动业务还不确定的发展趋势，多 种新业务、并发业务对网络的支撑能力的需求；以及商用网将要面临 的更为复杂的城市地理环境和无线环境，所以商用网的规划和优化工 作将会更加复杂，还需要考虑更多的因素，在此领域将有更多的问题 需要解决。 关键词：w c d m a 网络规划网络优化覆盖容量3 g 测试软切换小 区呼吸 2 p l a n n i n go fc a p a c i t ya n dc o v e r a g ef o rw c d m an e t w o r k a b s t r a c t r a d i on e t w o r kp l a n n i n ga n do p t i m i z a t i o nh a v eb e e nb e c o m i n gm o r ea n dm o r ei m p o r t a n ti n t h er o a do fd e v e l o p m e n to ft h e3 gm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y t h i sd i s s e r t a t i o n d i s c u s s e st h ed i f f e r e n c ei nt h er a d i on e t w o r kp l a n n i n ga n do p t i m i z a t i o nf i e l db e t w e e nw c d m a a n dg s m ，a n dn e wc h a l l e n g e sf o rt h ew c d m ar a d i on e t w o r kp l a n n i n ga n do p t i m i z a t i o n 、i t i n t r o d u c e st h ep r o c e s sa n dm e t h o do fw c d m ar a d i on e t w o r kp l a n n i n ga n do p t i m i z a t i o nb r i e f l y , a n da l s op o i n t so u tt h a tt h ek e yp o i n to ft h ep r o c e s si st ob a l a n c et h er e l a t i o n s h i po fc o v e r a g e ， c a p a c i t ya n dq o so fs e r v i c e 。s oi ti sv e r yi m p o r t a n tt op l a nt h ec o v e r a g ea n dc a p a c i t yb a s e do n c e r t a i nl e v e lo fs e r v i c eq o s t h ef a c t o r st h a tw o u l da f f e c tt h ec o v e r a g ea n dc a p a c i t yo fw c d m a c e l la l s oh a v eb e e na n a l y z e di nt h i sd i s s e r t a t i o n ，s u c ha sl o a do fc e l l ，p o w e rd i s t r i b u t i o n ，t r a f f i c m o d e l ，s o f th a n d o v e ra n de t c t h i sd i s s e r t a t i o nh a sa l s oi n t r o d u c e dt h ec o v e r a g ea n dc a p a c i t y t e s t i n gi nt h e2 “p h a s eo fw c d m ar a d i on e t w o r kp e r f o r m a n c et e s t i n gw h i c hi sa r r a n g e db yt h e m i n i s t r yo fi n f o r m a t i o ni n s t i t u t eo f c h i n ai tm a i n l yi n t r o d u c e st h et e s ta i m ，t h e o r i e s ，m e t h o d so f t h ec o v e r a g ea n dc a p a c i t yt e s t i n g ，a n da n a l y z e st h el i m i t a t i o nt y p e so fc o v e r a g ea n dc a p a c i t yo f d i f & r e n tt r a 缗e si nt h ed i f f e r e n tc o n d i t i o n st h e s ec o n c l u s i o n sa r ev e r yu s e f u la n dh e | p f u tt os e l e c t a p p r o p r i a t em e t h o d st oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo ft h ew c d m an e t w o r ki nt h ef u t u r e f i n a l l y ， t h ed i s s e n a t i o ne x p l a i n st h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt r i a ln e t w o r ka n dc o m m e r c i a ln e t w o r ki nt h e f u t u r e 、a n dt h e r ea r em a n yf a c t o r sw h i c hn e e dt ob ec o n s i d e r e di nt h ef u t u r ew c d m ac o m m e r c i a l n e ! w o r k ，s u c ha st h ec o m p a t i b i h t yo f t h ee q u i p m e n t so f d i f f e r e n tm a l t a f a c t u r e r s t h eu n c e r t a i no f t h ef u t u r et r a f f i cm o d e l ，t h er e q u i r e m e n tf o rt h ea b i l i t yo ff u t u r en e t w o r kb yt h em u l t i s e r v i c e s ， a n dt h e l o r ea n dm o r ec o m p l i c a t e dr a d i oe n v i r o n m e n tb e c a u s et h ed e v e l o p m e n to fc i t i e sa n d m u l t i n e t w o r k se x i s ts i m u l t a n e o u s ( g s m 把p r s 、w c d m a ，c d m a 2 0 0 0 ，t d 、s c d m a ，p h s ， e t c ) t h e r e f o r e t h e r ew o u l db el o t so f p r o b l e m sw h i c hn e e dt ob es o l v e d k e yw o r d s ：w c d m a ，r a d i on e t w o r kp l a n n i n g ，r a d i on e t w o r ko p t i m i z a t i o n ，c o v e r a g e ， c a p a c i t y , 3 ( 3t e s t i n g , s o f th a n a o v e r ，c e l l - b r e a t h i n g 独创性( 或创新性) 声明 y 7 5 7 9 5 7 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：量基z 进。 日期：型生：壹：仝 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期i 刨论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅：学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：玉兰造同期： 塑圭：兰：2 导师签名刍丞：凶 f 1 期：一鱼! 煎。立j 第一章w c d m a 无线网络规划的意义 1 13 g 无线网络规划的迫切性与面临的挑战 1 1 1 3 g 网络规划的迫切性 随着国际上3 g 商用网络推出的增多，以及中国3 g 执照发行的临近，3 g 网 络规划已经被越来越多的中国移动通信运营商提到议事日程上来。因为前期网络 规划在很大程度上决定了网络的结构，对网络投资以及质量起着决定性作用，是 将来网络发展的基础，而第三代移动通信网络的规划和优化与g s m 有很大的不 同，故越来越多的人开始关心3 g 网络的规划与设计。 众所周知，g s m 由于其优越的开放标准和良好的兼容性，已经成为第二代 移动通信的主要标准并吸收了超过全球7 0 的移动用户，尤其从今年以来，在全 球新增用户中，有超过8 0 用户选择了g s m 。随着数据业务的普及互联网的发 展，移动用户对业务种类的多样性、数据传输速率的要求也相应提高，第三代移 动通信标准应运而生。作为第三代移动通信标准之一的w c d m a 由于其良好的 兼容性及可发展性，是目前g s m 网络的自然演进，其所提供的可变速率，多业 务能力。为运营商提供了坚实的技术平台以及广阔的市场空间，但同时也为网络 规划及优化带来了很大的挑战。 出于w c d m a 要提供可变速率的多业务能力，又要考虑网络的兼容性和可 扩展性，故和g s m 相比其网络复杂程度大为增加。特别是在无线接口方面， 业务的不同对空中接口提出了许多新的要求。因此，为了更好地管理和使用网络， w c d m a 系统引入了许多新的技术及特性，这些都和g s m 大不相同，使得在 w c d m a 网络规划中要考虑更多、更复杂的问题。例如导频污染、软切换增益、 容量和覆盖的迭代预测等。 所以w c d m a 的网络规划及优化与g s m 有很大的不同。 1 1 2w c d m a 与g s m 网络规射比较 1 , 1 2 1g s m 网络规划 g s m 主要采用时分频分多址的无线接入方式，它的无线网络规划一般可以 分为两步。规划的第一步主要是无线路径衰耗的预测，以便保证所需业务区域的 无线覆盖。通常只对下行链路进行计算，因为g s m 技术不考虑上行链路的情况。 第二步是由网络规划工程师分析所需的小区容量，根据计算得到的小区覆盖面 积，就可借助电子地图估算各个小区的业务量，再通过话务量模型( 如e r l a n g - b 或e r l a n g c ) 估算出所需的信道数目，从而进行频率规化，就是给基站分配频率， 要做到相同的频率只能在具有足够间距的小区内重复使用，以免产生干扰。通常 在对g s m 系统的无线规划中，主要考虑的是话音业务和少量的数据业务( 例如 s m s 业务) ，这样对于给定信道数量，小区的容量是一个常数。因此在g s m 的 无线规划中，覆盖和容量的规划可以分别独立地进行。 如果将来网络必须扩容，网络规划工程师只需给相应的小区分配新的信道。 只要在总体频率规划中还有合适的频率，并且扩容量不超出基站的最大容量，就 没有必要对网络作其它改动。否则就必须增加新的基站或扇区，还要重新进行频 率计算和信道分配。 1 1 2 2w c d m a 网络规划 w c d m a 系统作为第三代无线网络的主要标准之一，将高速移动接入和基 于互联网协议的服务结合起来；在提高无线频率利用效率的同时，为用户提供内 容更丰富的无线通信服务，能提供比g s m 质量高的语音服务，同时具有高速率 业务与很好的频谱利用率和非常强的移动能力( 软和更软切换) 。同时，由于 3 g 网络的综合数据业务的特点，对网络设计提出了更高的要求。 w c d m a 的多址接入方式为c d m a ，即码分多址接入方式，它是在扩频通 信技术上发展起来的一种移动通信多址接入技术。原理是基于扩频技术，将需传 送的具有一定信号带宽的信息数据，用一个带宽远大予信息带宽的高速伪随机码 进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。利用不同伪 随机码序列之间的自相关特性和互相关特性，接收端作相关处理，把宽带把宽带 信号还原成原信息数据的窄带信号即解扩。不同用户分配不同的扩频码作为区分 2 标志。达到在同载频内多用户互不干扰且同时通信的目的。由于c d m a 接入方 式具有很好的抗干扰能力，它的各个小区使用相同的载频，频率复用为1 。 由于w c d m a 系统是基于c d m a 接入方式的网络，其技术特点更接近 c d m a ，因而与g s m 存在诸多不同。下面将详细介绍w c d m a 无线网络规 划过程中所面临的，一些不同于g s m 的关键性问题。 “呼吸效应” 在w c d m a 中，无线频率的复用因子为1 ，同一频率被分配在所有小区中， 所有用户在同一时间工作在相同的频率信道中，这导致每个用户都产生了同频干 扰。因此，w c d m a 是一个干扰受限的系统。小区中用户数、用户数据速率和 话音激活因子会影晌用户终端在通信过程所需的功率大小，这也就意味着基站覆 盖的有效范围小区大小是随着小区中激活的用户数n 、用户数据速率r b 、激活 因子。在不断变化的。所以，w c d m a 网络规划工程师面对的是一个动态变化 的网络。 这种小区面积动态变化的效应称为“呼吸效应”。“呼吸效应”是w c d m a 中 的一个重要特征。所以容量和覆盖规划在w c d m a 中不再是两个分开的任务， 而是很大程度上交织在一起，需要平衡后综合考虑。用于小区呼吸的链路预算的 余量值被称作干扰余量。在预规划阶段，网络的覆盖计算必须基于合适的负载目 标，必须考虑到网络增长的因素来设置合理的干扰余量值。负载目标选择过小将 导致用户增长时出现覆盖问题，而选择过大又会出现网络投资成本过大不经济的 现象，因此要慎重考虑。 在规划w c d m a 网络时，还必须考虑网络的扩容性。网络规划不可能象规 划g s m 网络那样，简单地给相关的小区增配频率。网络规划初期就必须考虑一 个确定的信号余量，在计算小区面积时作为因业务量增多而产生干扰的“补偿”。 这表明，从开始，就需要用较小的小区或者更多的基站建网，这也意味着投资 成本的提高。如果业务量信号余量定得太小，那就只有一条出路，即建造更多的 基站，因为单一地提高发射功率并不能消除因业务量增多而引起的接受信号的恶 化。发射功率的提高只能改善某一小区的接受信号，其付出的代价是增加了对所 有相邻小区的干扰，从而影响了整个网络的通信质量。 并且，提高发射功率不能无限期地扩大w c d m a 小区的有效范围或容量。 当w c d m a 网的发射功率提高一倍时，小区的容量只增加百分之十。发射功率 3 的提高虽然增大了小区的有效范围，但是为满足远程手机用户的需要，必须超比 例地增加发射功率，这必然影响到其他手机用户的通话质量。 远近效应问题 c d m a 网络的另一典型问题是所谓的远近效应问题。因为同一小区的所有用 户分享相同的频率，所以对整个系统来说，每个用户都以最小的功率发射信号显 得极其重要。我们还是举上述派对的例子，房间里只要有一个人高声叫嚷，就会 妨碍所有其他在座客人的交流。在c d m a 网络中，可以通过调整功率来解决这 一问题。例如w c d m a 网络使用的是一个闭环控制电路，其频率为1 5 0 0 h z 。而 g s m 网络用于调整功率的控制电路频率为2 h z ，并且只针对上行链路。 这种所谓的快速功率控制机制已经在w c d m a 硬件得到了实现。但是当某 一用户远离基站时必须得到很大一部分发射功率，以至供给其他用户的功率发生 紧缺。这意味着小区容量与用户的实际分布情况有关。当用户密度很大时，可以 用统计平均值解决这个问题；而当用户数量很小时，则必须通过模拟方法对网络 进行动态分析。 上行链路和下行链路 w c d m a 网络的业务量是非对称的，也就是说网络上行链路和下行链路的 数据传输量有所不同。首先必须分别计算两个方向的值，然后把两者适当地结合 起来。这样，网络规划工作就会非常复杂。上行链路是w c d m a 小区有效范围 一个典型的限制因素，或者说上行链路是受覆盖范围限制的( c o v e r a g el i m i t e d ) ； 而下行链路是受容量限制的( c a p a c i t yl i m i t e d ) 。在上行链路发射功率由用户手机 提供；而在下行链路发射功率由基站供给。因此，小区容量在上行链路和下行链 路的小区半径相等。 在已经建立的c d m a 网络中也会出现前面所述的一些问题。对w c d m a 网 络来说，其复杂程度更高。w c d m a 网络能同时满足对通信质量和业务量具有 不同要求的各种业务，包括简单的话音业务和传输率达2 m b i t s 的分组数据业务。 业务量模型 在设计c d m a 系统过程中，移动用户的业务行为对网络的规划非常重要， 例如移动用户业务负荷量的大小就直接影响网络覆盖的大小。所以要规划一个好 的网络，就必须建立一个符合实际情况的业务模型，尤其在设计城市热点地区时， 4 用户的业务负荷非常大。 由于在我国已经有了运营第二代移动网( 如g s m 网) 的经验，所以从运营 商那儿可以得到比较好的用户话音业务量行为，从而可以建立一个比较好的话音 业务模型。但对于数据业务，还需要经过比较长的一段时间才能建立起比较符合 实际的业务模型。 而3 g 网络可以支持像w e b 浏览、视频声频下载、视频点播等多媒体业务。 实际上，3 g 网络还必须同时满足各种不同业务的需求。所以，网络规划工程师 要综合考虑各种业务。对通信质量要求不高的业务，w c d m a 小区有着较大的 覆盖范围；反之，对一些通信质量要求很高的业务，其小区覆盖范围就很小。这 样，网络规划工程师在实际工作中不可能只考虑单一的w c d m a 小区半径，因 为不同的业务对应于不同的小区半径。如果把最小小区半径，也就是说把通信质 量要求最高的业务作为网络规划的标准，那么建网成本是极其昂贵的，也是不现 实的。未来的w c d m a 网络规划工程师从中级业务的小区半径着手，这样，小 区实际有效范围只能部分满足高级业务的需求。 不同频率问切换和压缩模式 当宏小区和微小区工作在同一载频时，移动台移动到小区边缘的情况下可能 处于软切换状念，即移动台同时和两个小区保持通信，这样可以得到软切换增益。 如果宏小区和微小区工作在不同载频时，移动台就可能需要在不同频率间切换， 这样的话就得不到软切换增益。 在执行频率间切换前，移动台必须对目标小区进行一系列的测量。由于 c d m a 的传送是连续的，在频率量度上没有空闲间隙，这就需要压缩模式或双 重接收机作为一种解决频率间切换的方案。由于一般移动台不采用天线分集，所 以采用压缩模式。在压缩模式下，较短的时间内通过以较低的扩展速率发送数据 帧来建立测量时隙，其余的帧用于其他载频的测量。压缩模式有许多实现选择： 不同的扩频因子、编码速率增加、多编码和更高阶的调制。不同速率的扩展和编 码速率的增加会产生1 5 到2 5 d b 的损耗，高阶调制将造成的损耗更大。 其它不同之处 w c d m a 网络与g s m 网络相比，还有其它一系列不同之处。g s m 网络用 分区的方法解决容量问题。当一个小区的业务量过大时，该小区将分成多个扇区， 5 并增加相应的天线。这种方法虽然也可用于w c d m a 网络，但效果不大。一方 面，小区覆盖范围的改变会导致前面所述的远近效应问题；另一方面，相互重叠 的扇区因为使用同一频率而彼此产生干扰。 在w c d m a 系统中，多径传播已不再成为消极因素，而是理想的结果。因 为接收机能将时延至少为1 c h i p ( w c d m a 网络数据传输率为3 8 4 m b w s ，即 l c h i p = 0 2 6 微秒，相当于7 8 米) 的信号组合成有效信号。 此外，w c d m a 网络还使用软切换。在这种情况下，一个手机用户可以同 时分派给多个基站。这种方式解决了网络信号的波动，但加大了网络的业务量， 因此每个软传统的e r l a n g 模型己不再适用。 尤其值得一提的是，w c d m a 网络能异步运行，这就导致了传输信道的“非 正变性”。 通过上面的分析，可以清楚地看到，w c d m a 网络规划与当前的移动通信 网络规划相比，其代价要大得多。w c d m a 网络规划是极其复杂的，因为许许 多多的系统参数紧密相关，必须同时计算。此外，在g s m 网络中，详细的无线 网络规划重点在于覆盖规划，而在w c d m a 网络中详细的网络规划不仅要对覆 盖进行规划，而且更重要的是要对干扰和容量进行分析，网络规划就是对受干扰 影响的覆盖和容量进行不断研究及调整的过程。所以，w c d m a 网络规划和优 化的工作归根结底是解决覆盖、容量和服务质量三者之间的关系，所以在满足服 务质量的基础上，如何更好的解决覆盖和容量规划的问题非常重要。 1 2w c d m a 网络的规划过程 1 2 1们d h 网络预规划过程 网络规划工作通常包括预规划、详细的网络规划和网络优化等内容。预规划 是在进行详细的网络规划前，基于运营商业务发展计划及投资计划和质量目标， 进行初步容量及覆盖分析，确定网络配置，从面为运营商提供经济的解决方案的 过程。这是网络规划工作的初始阶段，也是非常关键的一项工作。 6 出于w c d m a 系统的复杂性及业务多样性，其预规划工作更显得尤其重要， 需要考虑的输入参数也较多。一个好的预规划要考虑到规划方案的经济性、灵活 性和可扩展性，既要满足近期网络发展目标，又要考虑到长期发展及新业务的推 广。 圈1 1 ：w c d m a 无线网络规划的整体流程 从图1 1 1 1 中可以看到，w c d m a 网络的预规划是在w c d m a 无线网络规 划的整体流程中最早展开的一项工作，对于确立整个网络的发展策略起着举足轻 重的作用。简单的来说，进彳亍网络配置和预规划是为了在进行详细的网络规划前 提供一个全面的网络概况。预规划由功率预算、小区覆盖半径评估、容量和初始 网络配置评估组成。 当我们在进行网络预规划时。首先需要明确的是运营商建设网络的策略和对 网络的要求是什么。一般来讲，对网络的要求可以分为对容量的要求，对覆盖的 要求以及对质量的要求。 对覆盖的要求中最重要的是上行负载。在w c d m a 的初期阶段进行初步规 划时，必须考虑到网络增长的因素。在初期阶段，业务需求量可能会较低，因此 链路预算中保留的干扰余量值很低。根据此种情况选择的真实的上行负载( 很 小) ，可能会在下一阶段造成覆盖方面的问题。因为随着话务负载的增加，小区 服务区域就会缩小( 小区呼吸) 。因此要慎重选择上行负载最大负载：最大的上 行负载必须能够保证当负载增加时仍然能够确保很好的小区覆盖，同时允许网络 能够添加新的基站以满足长期业务发展和话务量增长的需要。但是，为了尽可能 节约成本并提供高容量的解决方案，上行负载也不宣过大。 7 在对容量的要求中最重要的是网络中话务模型。实际上w c d m a 网络的话 务模型本身就是通信业界的一个热门话题。简单地来讲，话务模型至少包括每种 语音业务、实时数据业务和非实时数据业务的用户数，每用户的忙时平均数据量 等。语音业务和实时数据业务是以e r l a n g 为单位的，非实时数据业务以k b i t s 为 单位。如果运营商市场部门能够提供将来面向终端用户推出的各种服务的计划， 则对容量的要求就会更加形象，能为运营商决策部门提供更加有效的参考。 在对质量的要求中很重要的一个参数是通信概率。通信概率可以简单地定义 为某个移动设备可以获得所需服务的概率。对通信概率产生影响的因素包括：天 线配置和高度、地形种类、移动设备的类型和所使用的服务等。通常通信概率的 定义是针对一个键路预算中独立的小区。在真实的网络环境中，小区的覆盖区域 是重叠的，移动设备同时可以与一个或几个小区连接。 在这种情况下通信概率会比单一小区的情况有所增加。通信概率可以分别由 室内通信概率、室外通信概率和车内通信概率来定义。另一个很重要的参数是每 一种、世务的服务等级( q o s ) 。例如对语音业务、实时数据业务而言，服务等级 以阻塞率来衡量，非实时数据业务则以时延来衡量。 这些参数的设置对最终网络预规划的结果影响非常大，例如，当使用室内通 信概率时，在相同的条件下所需基站的数目会比使用室外通信概率时大大增加。 在实际工作中发现，在网络预规划开始前的参数准备工作还是要花相当多的 时问的。举例来讲，如果前期的指标要求太高，方面面临投资的压力，另一方 面则面临快速进行网络建设所带来的种种难题，以及可能的较晚开展商用的风 险。手要的困难可能来自于在初期很难在短时间内建设足够的站点，对于网络的 认识和提高维护水平也需要一定的时间。网络中的实际话务分布也需要一定时间 之后才可能体现出来，这对于决定容量的覆盖有积极意义。但是这样做的好处是 在一丌始网络的基础比较好，可以迅速占领市场，可以集中精力来进行业务的开 发从而吸引用户。 同时，在推出3 g 网络时预计的市场宣传策略非常重要，例如，3 g 网络靠 什么来吸弓f 客户? 是以话音为主，还是将数据业务作为主打方向? 在开发业务和 青7 传时，是着眼于6 4 k 业务、1 2 8 k 业务，还是宣传它可与固定网络连接相比 拟的速度? 这些因素都会直接影响到上述参数的设定。 8 图1 2 ：w c d m a 网络的预规划 图i 2 1 】中列出了一些具体的信息，同时也列出了w c d m a 网络的预规划 的成果。 颈规划的结果是对所要求的站点和网元数量进行大体评估，包括基站、基站 配置和无线网络控制器的数目等，也可以进行信令负载的初步估计，以便用于传 输及核心网的规划。对某些运营商来说，如g s m 运营商，网络预规划也可以用 来评估现有站点被熏新使用的可行性。 在很多情况下，网络预规划会和经济模型的预规划、工程施工和服务质量要 求结合在一起进行。预舰划的目标应当是为运营商提供节约成本的解决方案。具 体地束说，网络预规划将直接影响到网络性能和建设成本，它的目的就是在满足 运营商要求的前提下，充分利用无线网络设簏，尽量提高频谱效率，向尽可能多 的用户提供高性能的多样化的服务。这一目的也贯穿在整个w c d m a 网络规划 和优化的流程中。 图l - 3 q 中示出了w c d m a 无线网络预规划的计算流程。我们知道， w c d m a 系统的覆盖、容量和通信质量是相互关联的。当覆盖是主要问题时( 如 9 在郊区) ，网络覆盖范围受限于上行链路，或者说受限于移动台的发射功率。在 市区等高话务密度地区，系统容量很可能取决于下行链路的可分配功率。 利用最大系统负荷及小区边沿处用户舶链路平衡计算小区半径i 一5 l 、： 4 骂i 湖m 州僦燃艘蝌跚骊黼湖麟猢丽s 日孵潆 l 在给定最大系统负荷条件下覆盖受限 + 情形的最大小区半径 利用话务横型及小区半径计蠹小区负荷 。l 、+ 1 ”一“。“。攀一 降低系统接大负荷 艇抽载频，渺小区黟：1 币y ”一、 人于l 容受限 rl 比较小区负荷与最大允许系统负荷 i 得到小区半张 图t - 3w c d m a 无线网络预规划的计算流程 出于呼吸效应的存在，小区的大小依赖予所承载的业务量，而小区所承担的 业务量又与小区覆盖范围有关，覆盖、容量和通信质量彼此循环制约。w c d m a 网络预规划的过程就是在找一个理想的平衡点，不仅能满足业务的各项需求，而 且可以降低网络成本。这也就是为什么我们看到图3 中的计算流程是一个循环 替代的过程。 图1 3 中的覆盖受限情形是指系统实际负荷小于起初用于计算小区半径所 假定的最大负荷。这意味着需要减少一些系统负荷后按上述流程重算。这时小区 半径增大，小区内用户数增多，系统的实际负荷将增大。容量受限情形则是指系 统实际负荷大于起初用于计算小区半径所假定的最大负荷。这意味必须增大小区 容量或减小小区半径。首先通过增加载频来提高容量。如果系统负荷还是高于允 许的最大负荷，则必须减少小区半径来减少服务的用户数，因而减少系统负荷。 在计算流程中，很重要的一步是链路预算，链路预算是一种为不同3 g 业务 提供小区范围评估的有效方法。链路预算的结果被称为最大备向同性路径损耗。 使用适当的传播模式可以将其转化为小区范围。链路预算中很小的变化可以导致 1 0 预规划结果的大不相同。对于不同业务和比特率，允许的最大路径损耗不相同。 根据w c d m a 系统的理论，影响链路预算模型和最终计算结果的理论因素很多， 而且往往是“牵一发而动全身”，再加上计算本身是一个循环的过程，所以往往 需要借助专门的工具来进行这一工作。 预舰划是一个反复的过程，因为覆盖规划、选址阶段和满足容量要求阶段之 间的反馈是十分重要的，而且相互之间会产生很大的影响。 1 2 2w c d m a 网络规划过程 详细的网络规划是同样是一个不断重复的过程，是对受于扰影响的覆盖和容 量进行不断研究及调整的过程。为了得到更为精确的规划结果，需要结合各种算 法对输入参数根据w c d m a 系统的特点进行详细分析，即进行详细规划。根据 运营商的建网宗旨和原则，以及预规划中得到的网络大致规模，导入到规划软件 中进行分析。规划软件在覆盖预测的基础上，使用系统仿真来对网络的性能进行 评估。同时对系统仿真的结果进行分析，并根据系统仿真的初步结果调整相关参 数，直到仿真结果符合设计及系统性能的要求为止。最终确定基站数量、配置、 位置、天线高度、天线倾角和系统容量，从而得到一个详细的无线网络规划方案。 在得到无线网络规划方案的基础上，需要进行站址的选择、勘测工作。在这 期间需要重新在规划软件中进行规划验证，在对部分站点位臀做调整、同时寻找 新的候选站点的基础上重复进行系统仿真，直到满足规划的要求。 在详细规划过程中，对上行链路仿真的目标是确定移动台的发射功率的分布 情况，最终满足干扰电平和基站接收机灵敏度的匹配，达到最优的覆盖：下行链 路仿真的主要目标是确定基站的发射功率分配，使得每个移动台接收的信号满足 要求。小区的配置对网络容量和性能有很大的影响，仔细定位基站的天线能够减 小小区之间的干扰。 最终确定所有的站点位置和站点数目后，需要完成小区参数配置工作，来保 证网络的良好运行。小区参数配置的合理与否直接影响网络的运行指标，无线资 源管理算法参数是小区参数配置中最重要的一部分，它直接影响到网络的质量和 性能。算法参数主要是来自对算法本身的深入研究和基于大量仿真，以及外场测 试的前提下得到的。在参数设置上，应考虑不同的网络结构，地形环境以及网络 的不同阶段、不周负荷情况，最终德到完整的配置建议。 1 2 。3w c d n a 网络优化过程 在网络规划时，有很多问题是很难精确定义的，这给网络留下了一定的阀题 这些问题的解决要通过网络优化来完成。 一个是业务量估计问题。在规划阶段，对业务量很难估计的非常准确。这主 要有两个方面的原因，个是因为3 g 可以提供数掘等多种类型的业务，各种新 业务模型没有经验数据，这给规划带来了不准确性，对一些新蜡业务的建模也很 困难，新的热点地区的开发也给业务的分布预测带来影响。 另一个是地理信息问题。规划时，需要非常精确的地理信息，这些信息是规 划的基础，但是得到这样的信息是很困难的，主要有两个方面的原因：一个是地 理环境的变化，尤其在城市，地理环境变化得非常快，新的建筑层出不穷；另一 个原因是地理信息不能完全反映今后的地理变化情况，这也给规划带来不准确 性。 出于这些问题的存在，网络优化工作是一项重要的工作，是网络规划工作的 自然延续，是不断提高网络整体质量的过程，网络优化的目的是在充分利用现有 网络资源的基础上使系统容量和覆盖最大化。值得注意的是不同的业务会有不同 的质量目标，这也是w c d m a 网络优化工作复杂的主要原因。另外，网络规划 和优化也是一个交织在一起相互作用的过程。当网络已被设计和建好时就需要进 行相应的网络优化工作，从而找到网络的最佳工作状态。但是随着网络中业务量 的增长，通常又需要进行网络扩容工作，因此又需要新的规划和优化工作，这是 一个不断循环的过程。 第二章影响覆盖和容量规划的主要因素 如在w c d m a 网络规划部分所分析的，w c d m a 系统的覆盖、容量和通信 质量是相互关联的，彼此循环制约。w c d m a 网络规划的过程就是在找一个理 想的平衡点，使得不仅能满足业务的各项需求，而且可以降低网络成本。 由于对多种不同类型和不同q o s 要求业务的支持，以及终端的移动性和无线 信道电波衰落特性，使得w c d m a 小区覆盖和容量的预测变得比较复杂，影响 覆盖和容量的因素很多，这里仅分析讨论几个主要的因素。 2 1 小区负荷 在规划设计传统的g s m 系统( 或t d m a 系统) 无线网络时，由于覆盖和 容量并不直接相关，可以相互分开而分别考虑，覆盖半径主要依赖于基站和移动 台发射机发射功率、增益和损耗、接收机灵敏度等因素；容量则依赖于可用的频 率和设备硬件资源数量，当无资源分配时网络将发生所谓的“硬阻塞”。 而在w c d m a 系统中当系统资源仍然有富裕的情况下仍然会出现阻塞现 象，这通常称为“软殂塞”，这是因为w c d m a 系统是一个自于扰系统，所有业 务信道( 码道) 同时占有一个共同的载波频率( 5 m h z 以下带宽) 。对某一用户 连接来讲，其他用户连接皆为干扰信号并且无法象g s m 系统那样用时间将他们 区分开，因此每增加一个用户连接便在原有的基础上增加一份千扰，随着干扰电 平增加( 容量增加) ，系统为了保证通信质量而不得不牺牲最大允许空间损耗， 从而引起小区覆盖范围的减小，即“呼吸”效应。因此在规划设计网络时要对窑量 负荷进行控制，而负载因子是影响小区覆盖很重要的一个参数。 通常按一定负载因子( 一般网络建设初期取3 0 5 0 ，最大7 5 ) 进行规 划设计无线网络，在其他条件不变的情况下，只要容量不超过设计的负荷，小区 覆盖范围就不会降低到设计覆盖指标以下。例如按5 0 的负载因子设计网络，对 应的无线链路预算中便有3 d b 的余量。即接收祝允许有3 d b 的嗓声上升，当然 噪声上升可能由相同业务信道干扰产生，也可能由不同业务信道共同产生，但最 1 3 大值不能超过3 d b 。此时对单一业务来讲可以简单地计算出小区的用户连接数 ( 容量) ，但多种业务混合情况要复杂的多。 2 2 功率配置 由于基站发射机功率放大器为所有连接用户所共享，所有的公共信道、业务 信道等信道都要参加功放有限功率的分配，因此在功放最大发射功率一定的情况 下，要综台考虑各信道的功率关系，不能顾此失彼。特别是对不同业务信道最大 功率的配置将是影响不同业务小区下行覆盖范围的一个重要因素。此值若取的过 大，则当移动终端处于小区边缘时所消耗的功率很大，而且对其它小区的干扰也 较大。 此值若取的太小，则本业务的小区覆盖范围过小。这就要求设计网络时细致 考虑上下行链路平衡关系、导频功率和各业务信道功率配置等因素，最大效能地 利用有限的基站功放发射功率，在一定的容量负荷和通信质量的情况下使小区覆 盖达到最大。 2 3 不同业务的覆盖要求 基站信道功率配置一旦确定，导频信号发射功率是一个恒定不变的值，导频 信号不具有功率控制功能，因此其小区覆盖范围是一定的，而且导频信号电平是 各业务信道的参考电平值，无线基站如果想要在某小区提供某种业务，必须首先 满足导频信号的要求，否则业务信道电平再好也无济于事。由于导频信号的这种 特殊性，使得网络规划设计时许多性能参数与导频信号有密切关系。例如，对导 频信号强度提出要求，通过计算或测试便可确定各业务在一定通信质量下的覆盖 范围，这种对导频信号强度的要求，实际上反映的是对接收机灵敏度的要求，业 务覆盖( d l ) 的导频强度要求越是严格，说明接收机灵敏度越差，此业务的覆 盖范围越小。表2 1 2 】为某地典型城区单小区各业务覆盖( d l ) 的导频强度要求 的典型计算值和测试值，二者基本相符。 1 4 表2 - 1 单小区各业务覆盖( d l ) 的导频强度要求的典型计算值和测试值 c s l 22 1 (c s 6 ，f _ kp s 6 哇kp s ：【4 kp s 3 8 4 k ( b l e r1 )( b l e r01 )( b l e rs )( b l r5 )( b l e 兄i o ) d c he b n o 葛求( d b )7555 3 5 26 d c h 处邢增茄( d b ) 2 51 781 781 431 0 d c he c n o 受球( d b )一1 8一t 23- 1 259374 d c i , i 成人功毕与导额俯 一3 3- 3 33 道功率站 b 顿f 二遁e c n o 拦求 一1 59 3一9 5一l 】3 1 01 柏) ( f 冀俑) 呷颁价馗e c n q 饕求 fd b ) ( 5 q 北搜州个1 ： 一1 5 - 17 5一1 29 一8896 一1 05 】刊小恒测试俯) 同样，w c d m a 的一个基本要求是多业务能力，不同业务( 话音，数据) 有不 同的处理增益和出此产生的不同的接收机s n r 要求。在现有g s m 覆盖规划过 程q ，基站灵敏度是不变的，每个基站的覆盖门限值都是一样的。在w c d m a 中， 覆盖门限是出用户数量和所有小区所使用的比特率决定的，因此针对不同的业务 及用户数量，小区覆盖门限是不同的，覆盖区域是变化的。w c d m a 的另一个 特点是上行链爨和下i 亍键路中业务豹菲对称性，通常下行链路的数据星要远远大 于上行链路，因此在覆盖和容量规划中必须对不同的业务分别进行分析，且必须 对上行链路和下行链路都进行分析。 2 4 软切换对覆盖和容量的影响 为了降低阴影衰落的影响以提高通信概率和降低掉话率，w c d m a 引入了 软切换技术。软切换为网络带来了软切换宏分集结合增益及软切换增益，但同时 也为网络的容量带来了损失。这些增益对上行链路和下行链路的效果并不是完全 相同的，需要分别考虑。 对于上行链路，软切换并不会在空中接口引入新的干扰，因此。上行链路的 1 5 容量并不会随软切换比例的增加而下降，但当软切换的比例达到一定程度以后， 软切换增益趋于平稳。由于软切换需占用大量的资源，包括基站基带资源、通 过l u b 接口的额外传输容量以及额外的r n c 资源。制约上行链路软切换比例的 因素主要是投资成本。 与上行链路不同， 虽然软切换的宏分集增益提高了下行链路的容量，但由 于软切换时激活集中的小区同时发射， 引入了额外干扰，每增加一条软切换链 路，就增加一定程度的系统干扰。当软切换的宏分集增益不足以抵消多个基站同 f l , j 发剁引入的干扰时下行链路容量不是增加而是减少。3 g 应用的一个重点是 多媒体数据业务，而数据业务具有上下行性不对称的特性，必然要求下行链路提 供充裕的容量。 凼此，软切换的比例必需控制在个合理的比例以避免过度影响下行链路容 量。对于软切换的规划包括对相应软切换参数的设置和对软切换率的