WCDMA网络的导频污染问题解决方案.doc

WCDMA网络的导频污染问题尹建华 陈涛（中兴通讯股份有限公司）1引言网络优化是网络建设和发展的关键环节。在完成WCDMA网络的理论规划和实际建网后，网络优化就成为提升网络性能的重要手段，成为网络维护的重要内容，也成为将来网络扩容和改造工程的重要组成部分。在WCDMA网络优化的过程中，导频污染是一个需要重点解决的问题，如何解决好导频污染问题对提高网络质量起着关键作用。本文拟就导频污染问题的排查及控制进行细致分析，并结合中兴通讯在国内外多个3G试验局的网规网优经验，给出具体的分析案例。2导频污染的定义WCDMA是个自干扰系统，但是过度的干扰也会带来诸多负面效应，导频污染就是其中最明显的一个。对于WCDMA系统，简单来说，导频污染就是指某测试点接收的小区导频信号差别不大（都很强或都很弱），而没有主导频。从测试手机上来看，其表现形式通常是接收的导频功率足够好，但各小区Ec/Io都较弱。目前大部分WCDMA设备支持的最大激活集数目是3，也就是说，如果不同小区相近的Ec/Io数目超过了3个，就可以看成是对激活集里面3个无线链路的干扰。若从量化的角度考察导频污染的判决方法，则视算法不同有若干种不同的定义。各种定义间有细微差别，且视判决门限参数不同，得到的分析结论也稍有差异。如Aircom公司的仿真软件Asset3g中，导频污染的定义是：超过导频污染门限，而不在激活集中的所有其他导频称为导频污染。在中兴通讯推出的网络分析软件ZXPOS CNA1中，也有若干种导频污染分析算法可供选择。总的来说，各种判决方法都能给出比较一致的判决趋势，为网络规划和优化给出建议。3 导频污染产生的原因导频污染的产生总的来说是由于网络覆盖设计不够合理所致。结合大量的网规网优实践经验，中兴通讯认为主要的原因有以下几种：1) 高站的越区覆盖在大众环保意思不断强化的今天，站址的选择越来越困难。一般情况下，很难在网络规划的地点选择到合适的设备安放点以及合适高度的天线。另一方面，出于节约投资的考虑，国内外运营商首选的工程建设方案都是2/3G站点共址。由于GSM网络对高站的限制没有WCDMA网络那么严格，因此在需要共址建设的站点中，高站比例相当高。在这种情况下，若网络规划不够合理，高站的出现很容易引起大量的越区覆盖。如果远处高站的天线导频信号到达测试点的空间链路损耗与近处低站导频信号到达同一测试点的链路损耗相同的话，就很有可能在测试点处造成若干个具有相近Ec/Io的导频污染区。另外，由于高站的存在，天线的下倾角一般会比较大，这样就会造成天线波束的畸变，覆盖波形向旁瓣方向挤压，造成旁瓣覆盖区域的导频污染。2) 环形布站如图1所示，由于环形布站，在环形中心的地方就会收到若干个周围的导频信号，而且导频Ec/Io比较接近。这种布局方式是要尽量避免的，也是站点选择过程中很容易忽略的一条原则。3) 街道效应、强反射体等原因导致的信号畸变由于WCDMA下行2000M频率附近的传播特性，下行信号的反射能力较强，远处导频信号沿着近似筒状的街道传播，可能会对其它小区的覆盖地方产生干扰。另外某些楼房、墙面等对信号的反射较强，也会对附近的导频覆盖产生污染。在站点选择时，也需要注意在大的湖泊、河流附近建站的影响，以免水面反射造成信号传播太远，形成越区覆盖。图1 环形布站造成的导频污染4 导频污染的破坏性分析导频污染的存在，会对网络性能起到消极的作用，具体表现和分析如下：1) 接入困难，增加呼叫失败概率：UE起呼之前，UE一直在做小区重选操作，由于若干Ec/Io相近的导频和重选迟滞的存在，使得UE不会马上重选到Ec/Io最好的小区中，特别是在UE快速移动的情况下，UE一般是在导频Ec/Io较差的小区中起呼。呼叫开始的时候，UE首先发起上行的随机接入，同时等待ACK消息，如果成功的话，UE就会和UTRAN发起RRC的信令交互。期间由于没有测量控制以及测量报告的交互，UE不会发生切换操作。RRC交互完成后，RNC才有可能下发测量控制消息，同时等待UE的测量上报。也就是说上述期间一直到UE的测量上报为止，UE都是在开始起呼的那个小区内与UTRAN发生操作，一旦由于UE的移动，造成该小区的信号变差，很肯能导致后续的信令无法收到和下发，造成呼叫失败。2) 高速数据业务呼叫失败概率明显增加一般来说，高速数据业务需要更高的导频Ec/Io以及稳定性更好的无线环境，在导频污染的情况下，难以找到一个稳定处于最强地位的导频信号，这对高速业务的呼叫接入是极为不利的。3) 切换失败当移动台在该区域中移动时，由于强导频信号较多，相互变化也比较快，势必导致移动台发生频繁的切换。当移动台的这种处于软切换状态的情况，需要同时和几个基站进行通信。虽然分集增益可以改善该移动台的通话质量，但是中兴通讯研究表明，切换增益在切换瞬间是负的，也就是说不仅没有增益，反而会增加切换失败的可能性。4) 容量损失：由于频繁的切换，会造成系统容量的下降，特别是下行的容量受限，一个UE与多个小区通讯，造成基站的下行负荷加重，降低系统容量。5) 另外在WCDMA中，Rake接收机一般只处理6径的信号，Rake接收机将时分地从中选取三路进行合并，剩余的扰码不能被解调。这对Rake接收机的自适应算法也是不利的，将会导致FER的升高。5导频污染的解决方案1) 若导频污染发生在信号覆盖比较强的地方，建议将部分临近的基站改建成全向站或者2扇区基站，减少该区域的导频数量；若导频污染发生在信号覆盖比较弱的地方，在导频污染区建立新的基站。在导频污染区域加站是工程中比较常用的一种方法，其原理是：由于距离原理，新建基站导频的路径损耗要远小于原来产生导频污染的小区导频，因此，其功率也要明显大于其他几个导频，新建基站自然将成为移动台的主服务小区。而其他几个扇区，由于新建基站的引入，使该区域的Io明显增加，Ec/Io也就会相应的降低，导频污染问题也就得到了解决。但是这个方法也会带来资源浪费，投资加大等缺点，而且会浪费扰码资源,使得扰码规划更加复杂，同时有可能会造成容量的浪费。2) 调整小区的发射功率：适当降低或增加导频污染区某个（些）小区的发射功率，使得导频污染区出现主导频：如果降低其中一个扇区的功率，则在导频污染区域的Io将会减小，其他几路导频在功率不调整的情况下，Ec/Io也得到了提高。这样，就可以拉开与激活集中其它扰码的Ec/Io值的差距，从而消除了导频污染。中兴通讯研究证明，降低导频的发射功率，不会对小区的容量产生明显改变。同理，增加一个或两个扇区的发射功率，使这两个扇区的Ec/Io提高，而其他的两个扇区因为总的Io变大而使其Ec/Io减小，这样也可以消除导频污染。但与降低功率不同，提高扇区的发射功率，必须检查并确保功率的提高不会对周围其他小区造成干扰，甚至又会在其他地区与另外几个小区产生了新的导频干扰，这些情况都是可能发生的。当然，这种调整方法也有以下的弊端：l 如果增加导频功率，同步信道和寻呼信道的功率会相应的增加，业务信道的功率会因此而降低；l 如果降低导频功率，信号的穿透力会明显减弱，用户的通话质量会收到影响，建议采用升功率而不采用降功率的原因；l 由于调整了扇区的发射功率，使被调整的小区以及周围小区的覆盖情况都发生了一定的变化。在优化完导频污染的问题之后，一定要充分考虑到调整方案对系统覆盖的影响。3) 调整天线参数：主要包括天线的方位角和下倾角。其指导原则是在导频信号杂乱区突出一个主导频，降低其他信号的导频覆盖质量。由于天线倾角的可调范围不会很大的，因此为了增加可调节的范围，可以同时对多个小区的下倾角进行调节。这种方法也会对调整小区和周围小区的覆盖产生一定的影响。但相对于调整扇区的发射功率，调整天线倾角不会对覆盖产生太大的变化，只是由于小区呼吸的作用，对周围小区有轻微的影响。同理，适当的调节天线的方位角，使该扇区到达污染区域的信号功率降低（或升高），从而使导频污染区各个扇区的信号功率差距增大，也可以消除导频污染。但是，调节扇区的方位角不能方便的控制该扇区的到达功率，而且会影响本扇区的覆盖。事实上，方位角主要是用来调整覆盖的。基于上述原因，中兴通讯认为，采用调节天线的方位角和下倾角是比较好的优化方法，工程量小，且对系统的影响也相对小一些。建议可以先用算法优良、准确度高的规划软件进行仿真，在实地路测时，多个工程师配合协作完成参数的调整。4) 调换电子下倾天线：在加大机械下倾天线下倾角的时候，天线的波束覆盖会产生“扁压缩”，使得信号会偏向于旁瓣的覆盖，造成旁瓣对其它小区的覆盖增强，有可能会引起新的导频污染。电子下倾天线就不存在这种情况，当其它方法不能奏效的时候，可以考虑更换电子下倾天线。5) 对于切换来说，可以适当提高切换门限，使得Ec/Io较弱的信号无法加进激活集。但是这种方法可能会造成无法及时完成切换，增加切换失败的概率。6导频污染的案例分析在实际的工程中，需要经常测试导频污染的区域。中兴通讯推出的网络优化分析软件ZXPOS CNA1就能够快速准确的进行导频污染的分析，及时定位导频污染地区，是网络优化不可多得的助手。下面结合一个中兴通讯海外某WCDMA的具体案例，讨论如何借助仿真工具进行导频污染的早期识别，以及利用CNA1软件进行测试数据的分析。如图2所示，在红色椭圆区域，多个导频信号同时覆盖，导致该区域信号比较杂乱，没有突出的导频。这是一个典型的环形布站案例。图示的呼叫失败便是由于导频污染引起的。当然，并非该区域每次都会发生呼叫失败，只是此种失败原因会相对较高。导频污染数目分布图是由CNA1提供的导频污染分析算法2得出的。除此之外，CNA1还提供其他两种算法供选择。不同算法得出的结论可能稍有差异。综合使用各种分析方法，能从多个视角了解当前网络的导频污染情况。图3是呼叫失败点的放大视图。可见导频污染的确是导致失败的主因。除此之外，图4显示了利用Asset3g仿真软件对该区域进行的导频污染预测分析。红色椭圆区域显示，路测路线上的确存在导频污染点，而且发生失败的点与仿真预测的导频污染点吻合的很好。这证明仿真软件的确能对网络的覆盖问题给出有指导意义的预测。针对此案例，由于问题点所在区域距离周围站点都比较远，且有一定的话务量，因此建议通过在中心点补加站点解决导频污染问题。如果此中心区域无明显话务需求，属于覆盖边缘区域，比如大片丛林、大片水体，用户无法感知导频污染的问题，则可以不加站点，或者是只增强某个小区的覆盖能力（破坏问题区域导频强度的平衡性，从而消除导频污染）。图2 导频污染造成的呼叫失败图3 呼叫失败点局部放大图图4 导频污染的仿真预测7结束语本文主要探讨的是WCDMA网络中导频污染的问题。导频污染是所有基于CDMA技术的网络中普遍存在的一个问题，要做到完全消除导频污染是非常困难的。在3G网络设计阶段就应努力克服导频污染问题，便于以后的网络优化。为此，中兴通讯建议的方案有：(1)采用先进的网络规划仿真软件，在获得较为精确的传播模型的基础上，进行细致仿真，从而确定小区覆盖，控制越区覆盖范围。(2)合理选择站址