WCDMA网络的规划及优化毕业设计论文

WCDMA 网络的规划及优化 1 第一章 绪论 1 1 1 引言 4 1 2 移动通信的发展过程 4 1 2 1 第一代移动通信 4 1 2 2 第二代移动通信 5 1 2 3 第三代移动通信 5 1 2 4 第四代移动通信 6 1 3 本文研究内容 6 第二章 WCDMA 的关键技术与网络规划及优化的意义 7 2 1 WCDMA 的关键技术 7 2 1 1 多用户检测 7 2 1 2 RAKE 接收机 8 2 1 3 分集接收原理 9 2 1 4 HDR（ High Data Rate）高速数据传输 10 2 1 5 多载波设计 10 2 1 6 智能天线 11 2 2 3G 无线网络规划的迫切性与面临的挑战 12 2 2 1 3G 网络规划和优化的迫切性 12 2 2 2 WCDMA 与 GSM 网络规划比较 13 2 3 网络优化的意义 18 第三章 WCDMA 的网络规划和优化的流程 19 3 1 总体规划的步骤 19 3 2 工程中网络的规划具体内容和步骤 19 3 2 1 信息收集 21 3 2 2 无线网络估算 22 3 2 3 地图辅助规划及初始站点选择 23 3 2 4 基站初期勘测 24 3 2 5 系统仿真 24 3 2 6 无线网络预规划 25 3 2 7 基站详细勘测 25 3 2 8 小区参数设计仿真与报告完成 26 3 3 WCDMA 无线网络优 化手段 26 3 3 1 天线高度问题 28 3 3 2 天线方位角问题 29 3 3 3 天线下倾角问题 29 3 3 4 优化邻区列表问题 29 3 3 5 切换参数、呼叫参数、功率参数的调整 29 3 4 网规对网优的影响 30 第四章 工程实例分析 31 4 1 站点的初选 31 4 2 基站勘测分析 32 4 3 电磁场背景测试 33 4 3 1 测试系统与测试方法 33 4 3 2 测试参考标准 34 4 3 3 测试 数据与分析 36 4 3 4 分析小结 43 结论 44 福 州大学本科生毕业设计 (论文 ) 2 谢 辞 45 参考文献 46 中文摘要 本文从移动通信的发展历史出发，简要地介绍了从第一代至第四代移动通信的各自技术特点以及它们各自所能承担的业务特征。然后重点分析了 WCDMA的关键技术，以及如何利用关键技术解决 WCDMA网络规划和优化中可能遇到的问题。 阐述 了 WCDMA在网络规划和优化方面与 GSM/GPRS网络的区别，以及 WCDMA网络规划和优化面临的挑战。 接着重点分析了WCDMA网络的规划及优化的工程流 程和注意事项，阐述了 WCDMA网络的总体规划步骤，分析了 WCDMA网络规划的目的、意义、要求。分析了 WCDMA网络的规划分为三个部分，分别为核心网规划、传输网规划、无线网规划，指出由于 无线接入网络的投资占据整个移动通信网络投资的 70%以上，故 在 WCDMA网络规划中重点应放在无线网络的规划上。在对无线网络的规划及优化的流程做了各自分析后，总结网络规划和优化之间的关系，阐明了 无线网络优化是网络规划工作的自然延续 ，是一个不断循环的持续性工作。再次，文章分析了一个WCDMA实验网络的规划及优化工程实例，重点分析了该 例子中的站址选择、基站勘测、电磁环境测试等内容。 文章指出，由于网络的规划与优化，特别是优化是一个长期的工作，因此工程经验对工作有着非常重要的指导作用 。相比于我国的 WCDMA网络处于实验状态中，欧洲的 WCDMA网络拥有多年的使用与成长经历，因此我们应多加学习可以收集到的欧洲的组网案例，总结他人的经验，指导自己的工作。 关键词： WCDMA，网络规划，网络优化 WCDMA 网络的规划及优化 3 PLANNING AND OPTIMIZATION FOR WCDMA NETWORK ABSTRACT This article sets out from the developing history of mobile communication, briefly introduced each technological characteristic and their business characteristic from the first generation to the fourth generation mobile communication . Then has analyzed the WCDMAs key technology with emphasis, as well as how uses the key technology to solve the problem which in the WCDMA network planning and the optimization possibly meets.The text will expatiate on the difference of network planning and network optimization between WCDMA and GSM/GPRS,and the challenge of WCDMA network planning and optimizing will face with. Then author will analysis the project procedure and attentive matters in WCDMA network planning and network optimization,elaborated the total programming step of the WCDMA network,analyze the purpose,meaning of the WCDMA network programming and request. The programming that analyzed the WCDMA network is divided into three parts:the planning of core nerwork, transmission network, radio network.And this text Pointed out because radio network occupy the entire mobile communication network investment above 70%, therefore should place the radio network with emphasis in the WCDMA network planning in the plan. In has made respective analysis after the radio network planning and the optimized flow, summarizes between the network planning and the optimized relations, had expounded the radio network optimization is the planning work nature continues, is a long-enduring work which circulates unceasingly. Once more, the article has analyzed a WCDMA experiment network plan and the optimized case, has analyzed in this example station site choice, the nodeb survey, and electromagnetic environment test with emphasis. The article pointed out that, as a result of the network planning and the optimization, the specially optimization is a long-term work, therefore the project experience has the extremely important instruction function to the work. Compares is at in the experimental condition in our countrys WCDMA network, Europes WCDMA network has many years used and the growth experience, so we should study more case of Europes network planning, summarizes other peoples experience to instructs own work. Key words: WCDMA,network planning,network optimization 福 州大学本科生毕业设计 (论文 ) 4 第一章 绪论 1 1 引言 随着 3G 通信技术的发展，网络规划和优化工作越来越重要。对于未来的 WCDMA 网络运营商而言，如何经济有效地建设一个 WCDMA网络，保证网络建设的高性价比是 他们 所关心的问题。 目前，公众对 WCDMA的网络规划及优化产生了极大兴趣。第三代移动通信网络的建设正方兴未艾，这一全新的移动通信技术与传统的 GSM网络规划有着本质的不同。在全球范围内，人们正紧锣密鼓地开发和研制新的规划工具和计算方法，设计新的工作流程。而且，各大网络规划软件公司已经着手开发和研制针对这种新网络综合业务的有效算法。 WCDMA网络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。同时， 现在的无线环境是一个 GSM 、 CDMA, PHS多网共存的环境，同样， WCDMA网络也不会是一个孤立的系统，它必须不仅要与现有网络共存，而且还要和其他的 3G网络共存。未来多种网络系统 (GSM/GPRS, WCDMA、 CDMA2000, TD-WCDMA, PHS, WLAN等等 )共存的复杂环境所带来的系统间干扰，系统间切换和与 GSM共站，将是对网络规划和优化工作的极大挑战 1。 由于 WCDMA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GSM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，参考了文献 2可知，为了更好地管理和使用网络， WCDMA系统引入了许多新的技术及特性，这些都和 GSM大不相同，使得在 WCDMA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， WCDMA网络的规划和优化工作面临着前所未有的挑战。 但是随着技术的发展，不仅 WCDMA技术本身在不停地被完善， WCDMA网络在实际运行中存在的难题也在不断被攻克。欧洲许多国家，还有日 本和中国的香港， WCDMA网络己经开始运行，同时在网络规划和优化方面的经验也逐步积累丰富起来。作为 GSM 网络的延伸，WCDMA必将会走向成熟。通过学习他人的网规网优的经验，我国的 WCDMA的网规网优的工作必能更上一层楼，显然有利于将来为我国建设一个优良的 WCDMA商用网络。 1 2 移动通信的发展过程 1 2 1 第一代移动通信 第一代移动通信系统是模拟制式的蜂窝移动通信系统，典型代表是美国的 AMPS 系统（先进移动电话系统）和后来的改进型系统 TACS(总接入通信系统 )等。这一阶段最重要的突破是贝尔实验室在 七十年代提出的蜂窝网的概念。蜂窝网，即小区制，由于实现了频率 WCDMA 网络的规划及优化 5 复用大大提高了系统容量。 第一代移动通信系统的主要特点是采用频分复用（ FDMA）模拟制式，语音信号为模拟调制，每隔 30kHz/25kHz 一个模拟用户信道。第一代系统在商业上取得了巨大的成功，但是其弊端也日渐显露出来： (1) 频谱利用率低； (2) 业务种类有限； (3) 无高速数据业务； (4) 保密性差，易被窃听和盗号； (5) 设备成本高； (6) 体积大，重量大 3。 1 2 2 第二代移动通信 第二代移动通信系统是数字蜂窝移动通信系统 , 典型代表是美国的 DAMPS系统、 IS-95和欧洲的 GSM 系统 , 时间是从八十年代中期开始 . 数字移动通信网相对于模拟移动通信网，提高了频谱利用率，支持多种业务服务，并与 ISDN 等兼容。第二代移动通信系统以传输话音和低速数据业务为目的，因此又称为窄带数字通信系统。第二代数字蜂窝移动通信系统的特点是 :标准体制较为完善，技术相对成熟，不足之处是相对于模拟系统其容量增加不多，仅仅为模拟系统的两倍左右，无法和模拟系统兼容 3。 1 2 3 第三代移动通信 第三代移动通信系统是一种能提供多种类型、高质量的多媒体业务 ，能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力，与固定网络相兼容，并以小型便携式终端在任何时候、任何地点进行任何种类的通信系统。 第三代移动通信系统最早由国际电信联盟（ ITU） 于 1985 年提出，当时称为未来公众陆地移动通信系统（ FPLMTS， Future Public Land Mobile Telecommunication System），1996年更名为 IMT-2000（ International Mobile Telecommunication-2000，国际移动通信 -2000）。主要体制有 WCDMA、 cdma2000 和 UWC-136。第三代移动通信系统的目标可以概括为 : (1) 能实现全球漫游：用户可以在整个系统甚至全球范围内漫游，且可以在不同速率、不同运动状态下获得有质量保证的服务； (2) 能提供多种业务：提供话音、可变速率的数据、活动视频会话等业务，特别是多媒体业务； (3) 能适应多种环境：可以综合现有的公众电话交换网（ PSTN）、综合业务数字网、无绳系统、地面移动通信系统、卫星通信系统，来提供无缝隙的覆盖。 (4) 足够的系统容量：强大的多种用户管理能力，高保密性能和高质量的服务。 福 州大学本科生毕业设计 (论文 ) 6 为实现上述目 标，对其无线传输技 术（ RTT： Radio TransmissionTechnology）提出了以下要求： (1) 高速传输以支持多媒体业务： 室内环境至少 2Mbit/s， 室内外步行环境至少 384kbit/s， 室外车辆运动中至少 144kbit/s， 卫星移动环境至少 9.6kbit/s； (2) 传输速率能够按需分配； (3) 上下行链路能适应不对称需求 4。 1999年 11月 5日，国际电联 ITU-R TG8/1 第 18次会议通过了“ IMT-2000无线接口技术规范”建议，其中我国提出的 TD-SCDMA技术 写在了第三代无线接口规范建议的 IMT-2000 CDMA TDD部分中。至此， 3G的主要标准为： WCDMA， cdma-2000， TD-SCDMA。“ IMT-2000无线接口技术规范”建议的通过表明 TG8/1制定第三代移动通信系统无线接口技术规范方面的工作已经基本完成，第三代移动通信系统开发和应用将进入实质阶段。 基于欧洲在 GSM网络方面的先天优势，因此 WCDMA 作为易于从 GSM/GPRS 网络升级的一种技术标准而在欧洲被广泛接受。如英国、西班牙、芬兰、挪威、德国、卢森堡、克罗地亚等许多国家都已经开通或正在试运行 3G 网络，并且他们都采用了 WCDMA/UMTS技术。 1 2 4 第四代移动通信 而基于全 IP 技术的第四代移动通信也正在成为全球热门研究方向。 4G 系统能够以100Mbps 的速度下载，比目前的拨号上网快 2000 倍，上传的速度也能达到 20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。而在用户最为关注的价格方面， 4G与固定宽带网络在价格方面不相上下，而且计费方式更加灵活机动，用户完全可以根据自身的需求确定所需的服务。此外， 4G可以在 DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很明显， 4G 有着不可比拟的优越性。甚至有人宣称，我们应该跨过 3G而直接进入 4G。 不过我国 3G网络的建设已基本明朗化了。因此我们不在阐述 4G的内容。 1 3 本文研究内容 本文的出发点是利用 WCDMA网络规划及优化的技术进行指导实际的工程设计。 由于无线移动通信无论是从市场的角度还是技术的发展过程来看，都是既有非常明显的承接特性，因此本文从移动通信的发展史入手，简要分析了无线通信各个阶段的性能及所能提供的业务能力。然后介绍了 WCDMA网络 的关键技术，分析了 WCDMA 网络和 GSM网络在规划和优化上的不同点，以及在对 WCDMA网络规划及优化的过程和方法的阐述后，分析了在 WCDMA网络规划有可能对网络优化工作造成影响的几个因素。文章的最后将结合具体的项目进行 WCDMA网络规划及优化的实践分析。 WCDMA 网络的规划及优化 7 第二章 WCDMA 的关键技术与网络规划及优化的意义 2 1 WCDMA 的关键技术 2 1 1 多用户检测 （ 1） 多用户检测引入的必要性 在蜂窝移动码分多址通信中，干扰大致分为三种类型：加性白噪声、多径干扰、多址干扰（ MAI）。 当小区同时使用的用户数较多时，多址干扰是最主要的干扰 5。 多用户检测是第三代移动通信系统中宽带 CDMA 通信系统 抗干扰的关键技术。传统的检测技术完全按照经典直接序列扩频理论对每个用户的信号分别进行扩频码匹配处理，因而抗多址干扰能力较差；多用户检测技术在传统检测技术的基础上，充分利用造成多址干扰的所有用户信号信息对多个用户做联合检测或从接收信号中减掉相互间干扰的方法，有效地消除 MAI 的影响，从而具有优良的抗干扰性能。在理想情况下，应用多用户检测技术，系统的性能将接近单用户时的性能。这显然可以简化用户的功率控制，降低系统对功率控制精度的要求。并且由于 MAI 的消除，用户在较小的信噪比下就可达到可靠的性能，单用户信噪比的降低 可以直接转化为系统容量的增加，因此可以更加有效地利用链路频谱资源，显著提高系统容量。 如图 2-1所示，以两用户的情况为例，在信道和扩频码字完全正交的情况下，两个 BPSK用户 S1和 S2的星座图是左边的情况。而经过非正交信道和非正交的扩频码字后的星座图是右边的情况。此时多用户检测的作用，就是去除两个用户信号间的相互干扰。他们分别向坐标线 S1和 S2投影，得到去除第二用户干扰后的信号向量。此时，通过多用户检测算法，判决的分界线也重新定义了。在这种新的分界线上，显然可以到达更好的判决效果 6。 图 2-1 多用户 检测的效果 福 州大学本科生毕业设计 (论文 ) 8 （ 2） 多用户检测器的主要优点 是消除或减弱多址干扰的有效手段； 是消除或减弱多径干扰的有效手段； 是消除或减弱远近效应的有效手段； 简化功率控制，降低功率控制精度； 弥补正交扩频码互相关性步理想所带来的消极影响； 改善系统性能，提供系统容量，增大小区覆盖面积。 （ 3）多用户检测器的主要缺点 大大增加系统设备的复杂度； 增加系统时延，特别是当采用自适应算法并对于扩频码较长的系统更是如此； 多用户检测一般需要知道用户扩频码的主要特征参量，这对于实际的多径时变信道则不是一件容易的事，它需要通过不停的信道估计 来实现，而且估值的精度将直接影响多用户检测器的性能。 2 1 2 RAKE 接收机 在 CDMA扩频系统中，信道带宽远远大于信道平坦衰落带宽。不同于传统的调制技术需要用均衡算法来消除相邻符号间的码间干扰， CDMA扩频码在选择时就要求它有很好的自相关特性。这样，在无线信道中出现的时延扩展就可以被看作只是被传信号的再次传送。如果这些多径信号相互间的时延超过了一个码片的长度，那么它们将被 CDMA接收机看作是非相关的噪声，而不再需要均衡了 7。 由于在多径信号中含有可以利用的信息，所以 CDMA 接收机可以通过合并多径信 号来改善接收信号的信噪比。其实 RAKE接收机通过多个相关检测器接收多径信号的各路信号，并把它们合并在一起 8。 图 2-2所示为一个有三个峰值的 RAKE接收机，它是专为 CDMA系统设计的经典的分集接收器，其理论基础如上段所述：当传播时延超过一个码片周期时，多径信号实际上可被看作是互不相关的。 WCDMA 网络的规划及优化 9 图 2-2 RAKE 接收机框图 对于多个接收机天线分集接收而言， RAKE 接收机既可以接收来自同一天线的多径，也可以接收来自不同天线的多径。可以把使用多个接收天线接收的信号当作从一个单一的天线中收到的多径信号：只要给天 线另外加上 RAKE 指峰，这样就可以接收和利用来自多径和多天线的全部能量 7。 RAKE分集接收与多个接收机天线分集接收，两种分集并没有本质的不同。但是在实现上由于多个天线的数据要进行分路的控制处理，增加了基带处理的复杂度。 2 1 3 分集接收原理 无线信道是随机时变信道，其中的衰落特性会降低系统的性能。为了对抗衰落，可以采用多址措施，如信道编码技术和扩频技术等。分集接收技术是明显有效而且经济的抗衰落技术。 无线信道中接收的信号是到达接收机的多径分量的合成。分集就是指在接收端同时获得几个不同路径的信号，将 这些信号适当合并成总的接收信号，就能够大大减少衰落的影响。 互相独立或者基本独立的一些接收信号，一般可以利用不同路径或者不同频率、不同角度、不同极化等接收手段来获取 9。 （ 1） 空间分集：在接收或者发射端假设几幅天线，各天线的位置间要求有足够的间 福 州大学本科生毕业设计 (论文 ) 10 距（一般在 10个信号波长以上），以保证各天线上发射或者获得的 信号基本信号独立。 （ 2） 频率分集：用多个不同的载频传送同样的信息，如果各载频的频差间隔比较远， 其频差超过信道相关带宽，则各载波传输的信号也相互不相关。 （ 3） 角度分集：利用天线波束指向不同使信号不相关的原理构成的一种分集方法。 例如，在微波面天线上设置若干各照射器，产生相关性很小的几 个波束。 （ 4） 极化分集：分别接收水平和垂直极化波形成的分集方法。 （ 5） 其他分集：其他的分集方法还有时间分集，是利用不同时间上传播的信号的不 相关性进行合并。分集方法相互不是排斥的，实际使用中可以组合。 总的来 说，采用分集接收方法对无线信号接收效果的改善非常明显，在我们的设计工作中，有效地利用分集技术可以极大地提高系统抗无线信道衰落的性能。 2 1 4 HDR（ High Data Rate）高速数据传输 在现有的几种数字蜂窝系统中，无论对于话音还是数据业务，采用的多是 2或 4电平的调整方案。对于低速率的话音业务而言，这种调制方式是可以满足要求的。第三代系统将为移动用户提供网络和多媒体业务，因此对于数据量越来越大而对实时性要求较低的数据业务而言，如何充分利用信道资源，尽可能的提高频带效率就成了移动通信系统设计中一个重 要的课题。 目前， HDR 的研究主要集中在三个方面：一种是基于自适应调制的 HDR 方案；一种是基于反馈重传（ ARQ）的 HDR 方案；一种是上述两种方案与其他技术的结合，这些技术包括 VSF、 OFDM、 MUD 等。由于在第三代移动通信系统中，对于多媒体等数据业务的要求越来越高，因此对系统的数据业务传输效率和可靠性都提出了更高的要求。因此， HDR 作为数据传输的重要解决方案之一将受到高度的重视。 2 1 5 多载波设计 在频率资源允许的情况下，可以通过增加载频提高系统容量。 WCDMA 支持多载波技术，支持有效的频率间切换，并 且两个载波之间可以平衡负载，增大每个站点的容量，这是提高网络容量最有效的方法，并且对网络的影响很小。从现有技术上看，几个载波之间共享一个功率放大器也是可能的。两个载波共享一个功率放大器是功率放大器最有效的使用方法，因为负载可以在两个载波之间进行划分。 在多载频设计时要注意的的几个问题是： （ 1） 要优化硬切换以减少掉话的危险； （ 2） 避免多载波基站孤立，应在一群小区中实施多载波以减少硬切换； （ 3） 避免使高话务小区成为硬切换发生的边界小区； WCDMA 网络的规划及优化 11 （ 4） 载波之间的负载均衡问题。 考虑到上述问题，在引入第二载波时最好能够使其在一定范围内形成 连续覆盖，并通过 RRM算法的合理设置减少硬切换，实现载波间的负载均衡。 2 1 6 智能天线 在数字移动通信系统中三种基本的多址接入方式：频分多址（ FDMA）、时分多址（ TDMA）和码分多址（ CDMA），它们分别在频域、时域和码域上实现用户的多址接入，而空域的资源尚未得到充分利用。智能天线正是开发空域资源，解决目前频谱资源匮乏、无线系统容量不足的有效途径。 （ 1） 智能天线原理 智能天线采用空分复用（ SDMA）方式，利用信号在传播路径方向上的差别，将时延扩散、瑞利衰落、多径、信道干扰的影响降低，将同频率、同时隙信 号区别开来，和其他复用技术结合，最大限度地有效利用频谱资源。 基站智能天线是一种有多个天线单元组成的阵列天线，通过调节各单元信号的加权幅度和相位，改变阵列的方向图，从而抑制干扰，提高信噪比，它可以自动测出用户方向，将波束指向用户，实现波束跟用户走。 （ 2） 智能天线的几种形式 根据其工作方式可将智能天线系统划分为两类：预多波束或切换波束（ switched beam）系统和自适应阵列（ adaptive array）系统。 （ 3） 智能天线的作用 使用智能天线可以带来如下好处： 高速率用户带来很大的干扰，动态调整的智能天线阵 列的波束跟踪高速率用户，起到空间隔离、消除干扰的作用；动态调整的智能天线阵列的性能优于固定的多波束天线 增加系统容量； 增加覆盖范围，改善建筑物中和高速运动时的信号接收质量； 提高信号接收质量，降低掉话率，提高语音质量； 减少发射功率，延长移动台电池寿命； 提高系统设计时的灵活性。 （ 4） 智能天线在 3G 中的应用 智能天线对抑制干扰有明显的作用， 3G 标准指出智能天线应用要求，改善网络容量和性能，技术上考虑“聚集波束”，“自适应波束形成”以及“波束切换”。 引入智能天线后对移动通信系统的影响主要包括两个方面：一是，当 智能天线引入已经在使用的移动通信系统时，对原来系统的改造要尽可能的少，尽可能的多使用软件方法解决，特别是不要引入新的信令负担；其二，当以智能天线为中心设计移动通信系统时，福 州大学本科生毕业设计 (论文 ) 12 要注意周边技术的选择，研究发现 CDMA 和 TDD 是智能天线的理想伙伴， CDMA 使得信道资源的配置和用户的管理容易实现，而 TDD 由于上下行链路的对称行使得智能天线工作简单。 3G 中对智能天线的应用是灵活的，可以有多种选择，波束切换智能天线是初始阶段的选择。对于网络规划而言，选用智能天线，相对不用智能天线，减少网络外部引入干扰（同频干扰，邻频干扰 和其他系统干扰），也减少网络自身干扰，提高网络的容量，智能天线对网络干扰改善的数据量级取决于波束的数量。 现有的商用或国内的实验 WCDMA网络大部分为 FDD系统，且在这些系统中可以说几乎没有涉及到智能天线的应用。就如前面所说的，智能天线主要应用于 CDMA 及 TD-SCDMA（含WCDMA-TDD）中。不过智能天线是将来解决 WCDMA 可能遇到的问题（如容量的提高，频率的高效利用等）的有效技术。智能天线是一门高深与复杂的技术，是值得单独深入研究的，但时间及篇幅有限，本文不再深入讨论。 2 2 3G 无线网络规划的 迫切性与面临的挑战 2 2 1 3G 网络规划和优化的迫切性 随着国际上 3G商用网络推出的增多，以及中国 3G执照发行的临近， 3G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 GSM有很大的不同，故越来越多的人开始关心 3G网络的规划与设计。 众所周知， GSM 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 70%的移动用户，尤 其从去年以来，在全球新增用户中，有超过 80%用户选择了 GSM。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 10。作为第三代移动通信标准之一的 WCDMA由于其良好的兼容性及可发展性，是目前 GSM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。 由于 WCDMA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GSM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， WCDMA系统引入了许多新的技术及特性，这些都和 GSM大不相同，使得在 WCDMA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 WCDMA的网络规划及优化与 GSM有很大的不同。 WCDMA 网络的规划及优化 13 2 2 2 WCDMA 与 GSM 网络规划比较 2 2 2 1 GSM 网络规划 GSM 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 GSM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搜盖面积，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 Erlang-B或 Erlang-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 GSM 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 SMS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 GSM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。 2 2 2 2 WCDMA 网络规划 WCDMA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 GSM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 (软切换和更软切换 )。同时，由于 3G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。 WCDMA的多址接入方式为 CDMA，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，用一个带宽远大于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 CDMA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 WCDMA系统是基于 CDMA接入方式的网络，其技术特点更接近 CDMA， 因而与 GSM 存在诸多不同。下面将详细介绍 WCDMA 无线网络规划过程中所面临的，一些不同于 GSM的关键性问题。 （ 1） 干扰受限的特点 WCDMA和 GSM最大的不同是具有干扰受限的特点，也就是说干扰的大小决定了系统的容量。 在 WCDMA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。所以说， WCDMA是福 州大学本科生毕业设计 (论文 ) 14 一个干扰受限的系统。 正是因为 WCDMA的重要特点是自干扰性，而且相邻小区都使用相同的载频，任一个周围的小区对该小区都是干扰源，因此不但 WCDMA各小区之间存在相互干扰，同小区内不同用户之间也会相互干扰。除此以外，影响干扰强弱的因素很多，比如干扰源的多少 ， 干扰源到接收机路径上的地形、地物 ， 干扰源到接收机的距离 ， 干扰源的移动速度 ， 干扰源的发射功率大小 ， 干扰源的位置高低等。这样纷繁复杂的情况是无法通过数学建模方法来准确分析的，只能通过无线网络优化 如 路测等手段分析解决。 （ 2）“ 呼吸效应” 对于 WCDMA网络，小区中用户数、用户数据速率和话音激活因子会影响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 Rb、激活因子 a在不断变化的。所以， WCDMA 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 WCDMA中的一个重要特征。所以，容量和覆 盖规划在 WCDMA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 11。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 WCDMA网络时，还必须考虑网络的扩容性。网络规划不可能象规划 GSM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，从一开始，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 WCDMA小区的有效范围或容量。当 WCDMA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 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。 （ 3）远近效应问题 CDMA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。我们举个派对的例子，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 CDMA网络中，可以通过调整功率来解决这一问题 10。例如 WCDMA 网络使用的是一个闭环快速功率控制电路，其工作的频率为 1500Hz。而 GSM网络用于调整功率的控制电路频率为 2Hz，并且只针对上行链路。这种所谓的快速功率控制机制己经在 WCDMA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。 WCDMA 网络的规划及优化 15 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。 （ 4）上行链路和下行链路 WCDMA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 WCDMA 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 (coverage limited)；而下行链路是受容量限制的 (capacity limited) 1。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 CDMA网络中也会出现前面所述的一些问题。对 WCDMA 网络来说，其复杂程度更高。 WCDMA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 2Mbit/s的分组数据业务。业务量模型在设计 CDMA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。阅读了参考文献 12可知，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，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 GSM 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 3G网络可以支持像 Web浏览、视频声频下载、视频点播等多媒体业务，实际上， 3G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， WCDMA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 WCDMA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 WCDMA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 4。 （ 5）不同频率间切换和压缩模式 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态，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 CDMA 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福 州大学本科生毕业设计 (论文 ) 16 的测量。 为了保证下行信号的正常发送，需将原来信号在剩余发送时间内发送，此即下行压缩模式。当测量频率与上行发送频率较近时，为保证测量效果，需同时停止上行信号的发送，此即上行压缩模式。 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。 但压缩模式的采用也牺牲了一定的网络质量 ，如快速功率控制性能下降、交织性能下降等。因此，过度使用户处于压缩模式，对网络的覆盖和容量均会产生负面的影响，规划设计时应充分考虑网络情况，适当设置 9。 下图为压缩模式示意图。 O n e f r a m e( 1 0 m s ) T r a n s m i s s i o n g a p a v a i l a b l e f o ri n t e r - f r e q u e n c y m e a s u r e m e n t s图 2-1 压缩模式示意图。 （ 6）切换形式的多样性与灵活性 切换的基本概念是：当 MS靠近原来服务小区的边缘，将要进入另一个服务小区时，原基站与 MS之间的链路将由新基站与 MS之间的链路来取代的一个过程。 在 CDMA网络中，通话状态下的切换按照 MS与网络之间连接建立释放的情况以及频率占用情况可以分为：硬切换、软切换（小区间切换 ）、更软切换（扇区间切换）、软 /更软切换。 硬切换（ hard handoff）：在切换过程中， MS与新的基站联系前，先中断与原基站的通信，再与新基站建立联系。硬切换过程中有短暂的中断，容易掉话。 发生硬切换的情况包括： 不同频率之间的切换； 不同系统之间的切换（如： GSM网络切换到 WCDMA网络）； 不同 RNC/NodeB之间，并且两者之间没有软切换通路； 不同 CDMA网络运营商的基站或者扇区之间的切换； 帧偏移分配的变化。在切换过程中，新基站分配给 MS的帧偏移必须和主基站分配的帧偏移一致，否则就要进行硬切 换。 在 GSM网络中主要采用的切换形式为硬切换。 软切换（ soft handoff）： UE在两个或多个基站的覆盖边缘区域进行切换过程中，在 WCDMA 网络的规划及优化 17 中断与旧的小区的联系之前，先用相同频率建立与新的小区的联系 ,UE同时接收多个基站（大多数情况下是两个）的信号，几个基站也同时接收 UE的信号，直到满足一定的条件后UE才切断同原来基站的联系，在切换过程中， UE同时与所有的候选基站保持业务信道的通信。 软切换仅能用于具有相同频率的 CDMA信道之间。软切换会带来更好的话音质量，实现无缝切换、减少掉话可能，且有利于增加反向容量。 更软切换（ softrt handoff）：发生在同一基站具有相同频率的不同扇区之间的切换，实际上是相同信道板上的导频之间的切换。 软 /更软切换： UE与一个小区的两个扇区，以及另一个小区的扇区进行的通信，所需的资源包括：小区 A和 B之间的软切换资源加上小区 B内的更软切换资源。 软切换和更软切换的区别在于：更软切换发生在同一 NodeB里， UE同时向多个扇区发送相同的信息，分集信号在 NodeB做最大增益比合并；而软切换发生在两个 NodeB之间， MS同时向多个基站发送相同的信息， NodeB内的声码器 /选择器都收到同一 个帧的多个 COPY，分集信号在 RNC做选择合并。 软切换与硬切换相比有以下优点： 在实现软切换以后，切换引起掉话的概率大大降低，保证了通信的可靠性。 软切换能够提供前向和反向业务信道的路径分集，这样在前向和反向链路上只需要较小的功率，就能够获得较大的分集增益，这意味着减低了 CDMA系统的总干扰，提高了系统的平均容量。 （ 7）其它不同之处 WCDMA网络与 GSM网络相比，还有其它一系列不同之处。 GSM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，并增加相应的天线。这种方法虽然也 可用于 WCDMA网络，但效果不大。一方面，当小区小到一定程度时 ,建站成本就会急剧增加 ,小区覆盖范围的改变也会导致前面所述的远近效应问题，带来严重的干扰；另一方面 ,盲区仍然存在 ,热点地区的高话务量也无法得到很好的吸收，而且增加了扇区间相互重叠的面积，使该区域因为使用同一频率而彼此产生干扰。 在 WCDMA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 1Chip (WCDMA网络数据传输率为 3.84MbiUs，即 1Chip=0.26微秒，相当于 78米 )的信号组合成有效信号 13。 上述的这些关键性问题有些可以通过本章开头所提到的关键性技术来解决，例如采用RAKE接收机可以减弱呼吸效应带来的影响，利用多用户检测技术可以消除或减弱远近效应，利用多载频技术来增加小区容量，利用 HDR技术来解决上下行链路通信量的不对称等等。但有些问题例如干扰受限，影响干扰的因素很多，与实际情况密切相关，采用关键技术或建立数学模型分析并不一定能有效的解决， 只能通过无线网络优化， 采用 路测等手段分析解决。 福 州大学本科生毕业设计 (论文 ) 18 通过上面的分析，可以清楚地看到， WCDMA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。 WCDMA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 GSM网络中，详细的无线网络规划重点在于覆盖规划，而在 WCDMA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， WCDMA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。 2 3 网络优化的意义 网络优化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，可以使移动终端用户感受到网络质量的不断提高，从而提高终端用 户的满意度。网络优化将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。 网络优化包括每种业务类型优化目标的定义、网络分析以及网络配置和性能的提高等。值得注意的是不同的业务会有不同的质量目标，这也是 WCDMA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 14。 WCDMA网络优势 在 于 WCDMA 网络比现有 GSM网络功能强大，将提供更多更好的业务，但是网络规划优化工作也更复杂，对其工具要求也更加苛刻，所以网络规划优化流程和工具必须能够迅速适应网络中的新特性。网络规划优化工具必须能够集成无线、传输、电路及分组交换的规划工作，能够提供 GSM和 WCDMA结合的网络规划优化功能，能够提供网络测量数据的输入接口并对测量数据进行分析等，这些是对网络规划优化工具的基本要求。 WCDMA 建网初期的网络优化任务主要集中在覆盖优化、网络质量优化和 GSM 与 WCDMA系统之间的切换等参数的优化。 在网络开始 运营之后，用户规模将发生变化，用户地理分布和业务模型也会改变，市政建设、道路建设、城市绿化等造成无线传播环境会有较大变化，整个网络系统也在不断进行扩容和升级，这些因素都将影响到网络性能。所以网络优化是一个长期的过程，在运营过程中对网络进行不断的优化，既可以提高用户满意度，也可以节约运营商的建设维护成本，提高其市场竞争力 5。 WCDMA 网络的规划及优化 19 第三章 WCDMA 的网络规划和优化的流程 3 1 总体规划的步骤 根据移动通信工程建设及移动通信网络规划设计的特点，规划设计总体上可分为以下几个阶段： （ 1）可行性研究阶段：侧重 建设的必要性、可靠性及经济分析。 此阶段需要做规划设计前详细的调研工作，内容包括各类基础资料的收集、现场条件调研与勘察、技术方案论证、投资估算和经济评价分析等。 （ 2）初步设计阶段：侧重全网络方案。 初步设计简称初设，是工程设计的一个主要阶段，它的主要内容是提出工程建设的技术方案和投资概算，供上级主管部门审查，确定建设方案和规模。 具体内容包括文字说明、工程图纸及概算 3 部分，需要完成基站的初步选点（包括主选点和备选点）、组网方案和概算编制等工作。 （ 3）详细规划 详细规划是将初步规划获得的基站数量、大致站型 和配置、初步站间距作为原始输入，配合三维数字地图，带入仿真工具，结合初期网络勘察获得的候选站址，对所需覆盖的区域进行认真的网络覆盖和容量效果预测和分析，并通过站址位置、站间距、天线挂高、方位角、下倾角等指标的必要调整，或必要时增减基站，最终确定最佳系统性能下相应的基站站址和基站数量、天线挂高、方位角、下倾角等关键的无线指标，为未来的工程设计奠定基础。 （ 4）施工图设计阶段 施工图设计是初设的补充完善，是指导施工的依据，具体内容包括文字说明、图纸及预算 3 部分。图纸主要是设备安装施工图，包括建设项目的各部分工程 的详图和零部件明细表等，深度应满足设备、材料的订货、预算的编制、设备安装工艺及其他施工要求等。 最终网络规划输出结果是工程建设、设备参数配置的基础数据。工程参数可能包括基房面积和承重、站址高度、天线方向、天线的波束宽度和增益、天线下倾角、馈线长度、RNC 和 NodeB 设备数量和容量配置、传输设备的接口类型和速率等，设备参数可能包括基站的发射功率、 RRM 参数配置、邻区关系、位置区等设备工作的缺省参数。本章上述内容参考了文献 1615。 3 2 工程中网络的规划具体内容和步骤 网络规划定义： 根据建网目 标和网络演进需要，结合成本要求，选择合适的网元设备进行规划，最终福 州大学本科生毕业设计 (论文 ) 20 输出网元数目，网元配置，确定网元间的连接方式，为下一步的工程实施提供依据。 网络规划范畴： 核心网络规划：侧重 CN网元数目和配置规划； 无线网络规划：侧重 RAN网元数目和配置规划； 传输网络规划：侧重各网元之间的链路需求和连接方式规划 9。 由于核心网涉及的网络元素以及时间问题，该网的规划及优化不在本课题研究之内，故不再阐述。 在移动通信网络建设中，成本主要来自于设备投资。 3G网络的三大组成部分：无线接入、传输和核心网中，无线接入网络的投资占 据整个移动通信网络投资的 70%以上。因此规划好 WCDMA 的网络的关键就在于如何规划一个高质量，低成本，有竞争力的 3G 无线网络。工程上说到网络规划及优化一般都是指无线网络的规划和优化，而本文主要讨论的就是无线网络的规划及优化。无线接入网络投资的规模主要取决于网络中的站点数目和站型配置，这是由无线网络规划所确定的数据。 对无线网络规划工程师而言，最佳的无线网络规划项目能同时满足以下几点要求： （ 1） 综合建网成本 (Cost)最小 无线网络建设是伴随网络整个生命周期的。前期规划必须考虑后期发展的需求，降低综合建网成本。例 如在中心城区，站点获取成本是不断攀升的。采用合理的站间距策略，避免后期扩容中频繁地增加站点，可以有效地降低综合建网成本。 （ 2） 盈利业务覆盖 (Coverage)最佳 3G网络是多业务的网络。网络资源需要在业务之间进行分配。需要确定谁是盈利业务及其覆盖质量的要求，进行小区半径和覆盖方案的规划。如果在 3G 网络初期，以高速数据业务作为目标进行规划，会导致大量资源，比如过多的站点，由于没有足够的业务而浪费。 （ 3） 有限资源容量 (Capacity)最大 3G无线网络的容量主要受干扰的限制。通过合理的参数规划，可以减少小区内和小区间的干扰，提升小区容量，最大程度地利用有限的资源。我们应当借助于丰富的实际测试数据和先进的仿真手段，实现可靠有效的功控和无线资源管理算法。 （ 4） 核心业务质量 (Quality)最优 核心业务是指对网络发展有长远影响的业务。可能短期内不能够盈利，但是对用户和业务发展有牵引作用，比如高速数据业务。因此，在提供核心业务覆盖的地区，要保证其质量达到最优，从而展示 3G无线网络在业务和性能上的优越，提升运营商品牌。 WCDMA 网络的规划及优化 21 无无 线线 网网 络络 规规 划划 流流 程程 图 3-1 网络规划流程 3 2 1 信息收集 详细收集网络规划所 需要的相关信息，以能满足网络估算和仿真输入的需要，为得到满意的规划结果做准备。 根据 WCDMA网络的特点，在网络规划前需要收集的信息以下几个方面： （ 1） 现网站点信息，话务统计（周 /月忙时） （ 2） 网络规模及阶段建设计划 （ 3） 当地 MAPINFOR 地图 （ 4） 三维电子地图 （ 5） 规划场景的划分 （ 6） 网络建设目标及相关参数 （ 7） VIP用户调查 福 州大学本科生毕业设计 (论文 ) 22 对于扩容或搬迁改造，信息收集好包括： （ 1） 近期优化报告 （ 2） 现网配置信息 （ 3） 现网路测分析 （ 4） 现网话务分析 （ 5） 用户投诉分析 （ 6） 相关指导书 3 2 2 无线网络估算 通过估算，获得对未来网络的粗略定量分析和建设规模（大致基 站数目和基站配置情况），由此得到建设周期，及成本预算等。 实现方法：选取适当的传播模型，用户移动性和分布行为和话务模型。经估算得到所需的大致站点数目和小区数目，覆盖面积和容量。 估算过程：链路预算、小区覆盖范围计算、容量估算、 NODE B数估算、 CE数估算、E1数估算、 Iub口流量估算。 图 3-2 覆盖、容量、质量三者的关系 （ 1）覆盖估算 覆盖分析主要是基于链路预算的结果获得。在 WCDMA中，覆盖和容量之间是相互关连的，存在一个反复的过程。 因此，在进行覆盖计算时，需要假设小区所能够接受的小区负荷。对于不同的建设时期，应该综合分析近期和远期的建设成本，合理选择不同的负荷因子。如：对于建网初期，可以选择较小的负荷因子，以实现广覆盖。 对于不同的无线环境和建网目标的要求，我们可以采用不同的小区结构来满足不同的覆盖目标。在此基础上，进行链路预算 。 覆盖区域类型 无线传播参数 无线网络估算 覆盖需求 容量需求 质量需求 所需基站数目 的大致估算 所需基站配置 的大致估算 WCDMA 网络的规划及优化 23 （ 2）容量估算 由于 WCDMA 是软阻塞系统，受限于干扰和功率资源，因此对于上下行容量主要是基于软阻塞指标进行分析。在此基础上，综合考虑设备的硬件资源限制，得到一个合理的容量分析结果。 （ 3）覆盖估 算与容量估算 估算的结论必须是同时满足覆盖和容量的要求，同时综合考虑近期和远期建网目标，获得最经济有效的方案。因此，覆盖和容量分析存在一个反复的过程。 当估算结果是覆盖受限时，可以适当降低小区负荷因子，重新进行覆盖和容量分析，直到覆盖和容量所估算的结果相差最小。在此基础上，直接根据覆盖分析结果，计算 NodeB所需硬件数目（ Site， sector， Carrier 数目）。 当计算结果是容量受限时（已考虑多载波情况），则首先检查小区负荷因子是否可以进一步提高。如果可以提高，则重新进行覆盖和容量分析；如果不能提高， 则直接根据容量分析结果，计算 NodeB 所需硬件数目（ Site， sector，Carrier数目）。 CW 测试与模型调整（可选） CW（ Continuous Wave ）测试即连续波测试，是进行模型校正的重要步骤。通过 CW测试和数字地图可以对模型进行校正。 CW测试数据中的经纬度信息和接收电平形成模型校正的数据源。 电磁传播模型与具体的地形地貌等因素密切相关，经典的传播理论分析往往存在一定的误差，所以实践中一般采用实测统计方法，即利用大量测试数据来修正经验公式，这就要用到 CW测试。 通过 CW 测试，将连续波测 试结果与预测结果相比较，校正传播模型参数，使模型符合实际地理环境，增加无线覆盖预测的准确性。 3 2 3 地图辅助规划及初始站点选择 移动通信用数字地图包括地形高度，地面用途种类等对移动通信电波传播有影响的地理信息，是规划软件进行覆盖预测、干扰分析以及频率规划的重要基础数据。借助于数字地图，规划软件可以模拟网络的实际覆盖与干扰情况，工程设计人员可以根据软件对现有网络进行模拟计算，分析存在的问题，调整网络参数，使其良好运行，提高网络的容量与服务质量，在新建网络或新增基站前，也可以先利用软件进行预测，为站址选择 、参数设定等提供参考，从而节省不必要的投资，带来巨大的经济效益。 数据精度是数字地图的重要指标，决定着其生产成本与应用范围。按基本标准提供的数字地图，应满足以下精度要求： 福 州大学本科生毕业设计 (论文 ) 24 表 3-1 数字地图的要求 采样间隔 DEM高程精度 DOM 平面精度 LDM平面精度 20米 20米 20米 20米 50米 40米 50米 40米 100 米 80米 100米 80米 其中： 数字高程模型（ DEM数据） 按规定分辨率等间隔表示的地面高程数据，采用栅格数据结构； 地面覆盖模型（ DOM数据） 按规定分辨率等间隔表示 的地面覆盖类型，采用栅格数据结构； 线状地物模型（ LDM数据） 以弧段坐标表示的线状地物平面位置，采用矢量数据结构。 实现方法：结合运营商可用站点资源，目标覆盖要求，根据现网分析结果及网络估算结果，在地图上进行选点规划。 对于有现网的运营商尽可能站址利旧，需要实地勘测获得相初步关工程参数。对于没有 2G 网络的新移动运营商，无线基站站址资源相对匮乏，但拥有可用于新建站点的办公楼、机房、营业部、接入点等资产也可作为新站址考虑。 注意点：站点搜索以理论站址为中心，搜索半径 Search Ring (有时也称为 Search Zone)以小区半径 R/8范围为宜。除此之外，对高度方面也有要求：密集城区 :15-25m，推荐 20m；城区 :20-30m，推荐 25m；郊区 :20-35m，推荐 30m；农村 :20-50m，推荐 40m。注意天线安装高度一般要高于周边地物平均高度 ,建议在纸件地图上标注待勘测站点信息，以方便勘测 9。 3 2 4 基站初期勘测 网络规划在网络估算的基础上，初步确定基站的位置和天线的架设（高度）、发射功率、天线类型、挂高、方向、下倾角等一系列工程参数和公共信道、业务信道等小区参数的取值。 对站址可利用情 况做初步评估，并提出建议。 3 2 5 系统仿真 WCDMA 系统通过功控保证必要的连接质量；覆盖与容量密切相关。由于这些关联受到很多随机因素的影响，无法直接计算，规划所需的绝大多数网络性能指标都需要通过系统仿真确定。 仿真软件的种类很多，这里不一一阐述，不过总体而言，系统仿真基本输出： （ 1） 目标规划区域内导频覆盖效果图： Ec、 Ec/Io； WCDMA 网络的规划及优化 25 （ 2） 最佳小区分布图； （ 3） 各业务通信概率地理化分布图； （ 4） 各业务 Eb/Nt地理化分布图； （ 5） 各小区上下行负荷地理化分布图； （ 6） 导频污染状况地理化分布图； （ 7） 各业务切换概率地理化分布图。 在 仿真结束后，对仿真中调整的站点进行重新勘测，为每一个需搬迁及新增站点输出其搜索半径。落在这一范围内的站点才被认为是可能的备选站点。 搜索半径的大小应适当，太小的话容易导致找不到满足要求的备选站点，太大的话会导致使用此站点进行建设，网络性能指标会与根据理论位置进行的规划结果差异较大。 根据经验， 搜索半径 的大小确定以理论站址位置为中心，半径范围是 R/8，除此之外，还应对备选站址提出高度方面的要求。如果在这个范围内找不到合适站点 ,可适当放宽高度要求 5-10m，如果放宽高度要求还是找不到合适站点 ,则将半径范围 R/8扩大到 R/49。 3 2 6 无线网络预规划 综合前面信息收集、网络估算、站址选择、系统仿真，对网络预规划进行总结。 在规划阶段，最重要的工作就是根据输入和假设进行网络的初始布局，从而获得期望的覆盖与容量。 基站位置的定义及基站容量决定着获得期望的覆盖和质量所需要的基站数目。覆盖、容量和质量是联合在一起的，而且网络配置在获得期望的业务标准中具有重要的作用。足够的覆盖、充足的容量和期望的吞吐量将是网络配置设计的关键所在，从而获得期望的质量标准。 3 2 7 基站详细勘测 在初勘及仿真的基础上，进一步确定基 站的位置和天线的架设（高度）、发射功率、天线类型、挂高、方向、下倾角等一系列工程参数和公共信道、业务信道等小区参数的取值。 针对每个候选站，收集网规信息及环境描述，确认该站点是否满足建站要求。 注意点：对符合站点确认工程参数，对不符合站点提出替代建议并仿真验证；对客户（运营商）造成不能勘测站点需签现场勘测备忘录；对共站址站点，需保证隔离度。 需要记录的主要信息： 站址信息：经纬度、天线高度、楼房高度等；并拍摄基站外景照片。 周围环境：环境类型、建筑类型、平均建筑高度，着重记录对信号传播有明显影响的建筑信息， 以 30度为单位拍摄 12张以上环境照片。 天线安装条件：铁塔类型、高度，平台利用情况，楼房天面安装条件；并拍摄楼面现状照片。 福 州大学本科生毕业设计 (论文 ) 26 共站址系统：其他系统类型、天线高度、数量等；并拍摄已有天馈系统照片。 站点可用性评估：对站址可利用情况做初步评估，并提出建议。 机房信息：机房面积、承重、层高、电源、传输等；并拍摄机房内照片（一般由合作设计院负责）。 在选择站址时应尽量保证系统的连续覆盖，从而保证系统性能。同时，需要注意下面两点： 在市区尽量不使用大区式的基站。 从最密集的城区开始系统规划。 电磁背景测试（可选） 为 确保所选站点的电磁环境可用，需要现场使用电磁干扰设备进行测试，一般由网规勘测人员在勘测过程中完成。 注意点：对于较大规模的实验网，从工作量的角度考虑，可以选站点测试；覆盖区域内的下行频段干扰测试需要路测完成。 3 2 8 小区参数设计仿真与报告完成 根据基站勘测的信息和清频测试的数据重新带入仿真软件进行仿真，得到新的系统小区参数，并检查这些参数是否符合设计目标，如果不符合要求则重复上一步骤和本步骤直至参数都符合设计目标为止。 此后的工作则是将各基站、小区个体，形成相互关联的网络，指导后期工程实施。将小区参数 包括： LAC/RAC、 RNC区、邻区表、频率、扰码、功率划分、切换、准入参数等发至数据设定中心，与工程参数合并，生成 DBF 数据。 结合网络预规划报告及小区参数设计，编写网络规划报告，提交报告，与通信运营商进行交流汇报。 这样就完成整个工程规划项目。 3 3 WCDMA 无线网络优化手段 网络的优化是 个渐进的过程，它贯穿于网络实施的整个阶段 ，而在网络运营后，使网络在支持多种业务，并满足一定 QoS条件下，获得良好的网络容量，满足一定的无线覆盖要求，同时通过调整容量、覆盖、质量之间的均衡关系提供最佳的服务。 网 络优化是指网络设备运行正常、配置基本满足话务分布需要的前提下，通过数据采集、数据分析、拨打测试和路测，结合用户群的动态变化，无线环境的变化，发现网络中存在的隐形故障和问题，找出影响网络质量的原因，并通过技术、工程手段进行频率 、 PN、 WCDMA 网络的规划及优化 27 参数、覆盖、网络配置及网络路由的调整，使网络质量保持较高的水平，提高网络资源的利用率，以创造最大的经济效益，提高用户的满意度。 运营商非常关心网络建设、扩容及升级过程中的投资成本及其最终性能，但扩容、升级成本与网络性能却是一对矛盾。建设成本可通过预算与控制得到相对精确的数值，但是网络的性能却是由多种主客观因素决定的。网络优化是提升网络业务质量、充分利用网络资源的重要手段 5。 与 GSM网络相比， WCDMA网络中无法通过合理的频率规划来规避不同站点之间的干扰，覆盖、容量和质量关系密切，需要平衡可变速率的多业务的质量， WCDMA 的网络优化更加复杂。 网络优化要通过路测、操作维护系统、网管系统统计数据和用户投诉进行问题分析和定位，针对具体问题通过调整天线参数，系统参数，减少导频污染和掉话，设定合理的切换区域和比例进行，或者通过基站扩容、增加基站，增强覆盖等措施来解决 16 。 WCDMA建网初期的网络优化任务主要集中在覆盖优化、网络质量优化和 GSM与 WCDMA系统之间的切换等参数的优化。 在网络开始运营之后，用户规模将发生变化，用户地理分布和业务模型也会改变，市政建设、道路建设、城市绿化等造成无线传播环境会有较大变化，整个网络系统也在不断进行扩容和升级，这些因素都将影响到网络性能。所以网络优化是一个长期的过程，在运营过程中对网络进行不断的优化，既可以提高用户满意度，也可以节约运营商的建设维护成本，提高其市场竞争力。 无线网络优化的工作内容主要包括： (1) 基站隐形故 障检查； (2) 路测及 CQT(Cell Quality Test)测试； (3) 网络覆盖优化； (4) 掉话率优化； (5) 接通率优化； (6) 切换优化； (7) 室内覆盖系统的设置等。 无线网络优化的基本实施流程如 图 3-3所示。在图的左侧是无线网络优化的各个实施步骤，右侧为每个步骤相关的一些文档。在无线网络优化的准备阶段，需要准备网优性能指标规划文档、仿真报告、设计文件、网络组成与结构图、站点及天馈资料、单站验证报告；然后制定相应的路测路线，通过路测或者话 务统计进行数据采集；进行数据分析和问题定位；根据分析结果形成网络评估与优化方案，并实施；然后进行优化验证，若达到性能要求，则进行优化总结。形成无线网络优化报告，完成该阶段网络优化。 福 州大学本科生毕业设计 (论文 ) 28 图 3-3 无线网络优化流程 在 WCDMA系统中，需要调整的常见网优问题有以下几类： 3 3 1 天线高度问题 在 WCDMA中常见的网优问题是高站带来的问题。高站会导致负荷不均衡带来了严重后果，比如覆盖的概率大幅下降 。 如果一个基站选址太高，周围的大部分区域都在天线视距范围内，使得 信号在很大范围内传播，因而导致高站越区 的产生。对于 WCDMA系统，干扰极大地影响系统覆盖和容量，而高站小区的无线信号不容易控制，极易对其他邻区产生干扰，因此在规划设计阶段一般不建议使用高站，但是在网络建设过程中由于客观条件的限制，无法找到合适的站点，往往不能避免选择高站，从而引起信号越区以及 导频污染 等问题。对于高站越区的解决最为有效的办法通过适当降低过覆盖基站的天线高度，可以缩小基站覆盖范围，过覆盖问题会得到相当程度的缓解。但是这种方法的使用可能影响周围小区的覆盖，因此必须进行慎重的仿真分析，避免调整带来的覆盖盲区。另外，高度调整范围不宜过大， 最终高度应在 20 40米内，与周围天线高度相差应在正负 5米之内，避免 WCDMA 网络的规划及优化 29 出现高于周围站点平均高度 20米以上的高站。但是往往由于实际条件的限制，无法找到较低的安装天线位置，这时就需要通过调整天线下倾角来控制本小区的覆盖范围，缓解 越区切换 的影响，因为基站的天线高度越高，基站的覆盖范围越大，给网络带来的干扰越严重，特别是干扰受限的 WCDMA系统受到的影响很大 5。 在 GSM网络建设中，天线高度的调整是常用的手段之一。但是在 WCDMA 系统，通过调整天线高度来调整覆盖范围很容易影响到整个网络的系统，造成整个系统的大幅 度调整。因此，常常采用结合调整相关参数的方式进行优化的。 3 3 2 天线方位角问题 天线方位角对移动通信的网络质量非常重要。准确的方位角能保证基站的实际覆盖与所预期的相同，保证整个网络的运行质量。在实际网络中，由于地形的原因，如大楼、高山、水面等，往往引起信号的折射或反射，会导致实际覆盖与理想结果存在较大的出入，这时可根据网络的实际覆盖情况，对天线的方位角进行适当的调整，以保证信号较弱区域的信号强度，达到网络优化的目的 10。 3 3 3 天线下倾角问题 合理的天线 下倾 角设置是整个 WCDMA无线网络 质量的基本保证。如果天线 下倾 角偏小，就会造成基站实际覆盖范围比预期范围偏大，从而导致小区与小区之间交叉覆盖，相邻切换关系混乱， WCDMA系统内出现导频污染等现象，甚至严重的干扰；如果天线的 下倾 角偏大，则会造成基站实际覆盖范围比预期范围偏小，导致小区之间的信号盲区或弱区，同时易导致天线方向图形状的变化 (如从鸭梨形变为纺锤形 )，也可能造成严重的系统内干扰。 3 3 4 优化邻区列表问题 网络规划工具能够基于小区相互之间的干扰使用合适的算法自动地规划邻区列表。但在实际网络中，如果某个小区的导频信号很强，但是 没有加入激活集，这个小区的信号将成为一个很强的干扰。 设置邻区列表时应该优先考虑小区产生干扰的情况和成为移动台主服务小区的可能性。通过网络规划工具自动产生邻区列表的方法，可以看成邻区列表的初始参考，然后利用路测数据进行优化。通过对路测数据的统计分析优化邻区列表，如果有必要的话，也可以定义邻区列表中的优先顺序。例如，在对某区域进行掉话率优化的过程中，通过路测数据的分析还可以找到邻区列表中漏配的邻小区，解决掉话问题。 3 3 5 切换参数、呼叫参数、功率参数的调整 通过调整切换参数、呼叫参数、功率参数 等，可以解决切换区域较小引起的掉话，也可以解决切换成功率较低等优化工程中常见的问题。 福 州大学本科生毕业设计 (论文 ) 30 需要特别指出的是，无线资源的管理与控制在 WCDMA移动通信系统的设计和规划中居于中心地位，对系统的整体性能产生重要的影响。 WCDMA系统的无线资源管理包括信道资源分配、功率控制、接纳控制、分组调度、负荷控制、切换；其次，还需要配置小区选择与小区重选参数、网络识别参数、系统控制参数、网络功能参数、系统参数等，它们与无线网络性能密切相关。这些都要通过无线网络优化对网络质量进行进一步的确认和调整。 3 4 网规对网优的影 响 在 WCDMA网络建设规划中，容量、覆盖规划网络优化采用相应的仿真技术。 WCDMA规划工具通常采用静态仿真的方法进行蒙特卡罗仿真，这与实际的 WCDMA 网络是有差别的。仿真结果与实际结果存在一定误差的主要原因包括： （ 1）电子地图精度 ： 数字地图是 WCDMA 网络规划工具的基础，完备准确的数字地图是取得可信仿真结果的重要保障。 （ 2）业务分布预测 ： 3G网络数据业务占有相当的比重，以不同包长和突发为特征，业务模型复杂。网络资源动态分配，一方面差异化服务成为可能，另一方面业务分布的预测值与实际值的差异难以避 免。 （ 3）传播模型校正 ： 无线信道的电波传播特性与电波传播环境密切相关。不同环境确定不同的传播模型，模型的选择是要根据实际的环境确定。传播模型非常重要，它是整个网络规划和优化工作的基础， WCDMA网络规划工具通过传播模型进行基站信号覆盖预测，生成话务量地图进行蒙特卡罗容量仿真。如果传播模型不准确，那么规划工具所预测的规划结果会因为误差太大而失去实际意义。因此，在 WCDMA系统的网络规划过程中必须重视传播模型与本地区环境的匹配问题，在进行网络规划之前根据本地的地形特点对传播模型进行校正。 （ 4）系统外干 扰 ： 在仿真的时候无法列举和预料所有的系统外干扰。 （ 5）仿真算法的准确性 ： 不同的仿真软件使用的内部算法都不尽相同，经验证 ， 即便软件所支持的传播模型相同，但其预测结果却有所区别。因此，各仿真算法与实际环境也存在一定的偏差。 （ 6）实际站址环境 ： 由于各种规划软件根据现网参数条件对现网进行模拟，而实际现网中的许多参数测量本身是不可避免地存在误差的。比如，现网中各基站的馈线长度等，这些参数的误差也会造成预测结果的偏差。 在参考了文献 17后及 以上的分析可以看到，无线网络优化是网络规划工作的自然延续。由 于 WCDMA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，和 GSM相比，其网络复杂程度大为增加。规划软件的使用提高了网络规划的效率和精度，可以帮助我们预测可能出现的部分问题，但是不能期望通过使用规划工具解决所有问题，如传播环境的改变、用户业务量的改变以及业务质量要求的改变等，这就需要在建网后对网络进行优化 。 WCDMA 网络的规划及优化 31 第四章 工程实例分析 本文作者于毕业设计期间参加了福州某通信运营商的 WCDMA实验网络的前期基站勘测和电磁环境的测试项目，下面作者将结合测试数据进行简单分析。 由于 3G 的敏感性，作者将对 位置、名称等内容进行隐饰或做适当的修改，但有关的测试参数绝对真实与可靠。 4 1 站点的初选 经过以密集城区为基础的链路预算，得到实现 CS64K业务连续覆盖条件下，站点的小区半径为 0.48km，换算成站间距为 0.72km。结合该通信运营商提供的可初选站点信息和系统仿真结果，初步选定的站点分布如图 4-1。 图 4-1 基站大致分布图 在本方案中，网络覆盖包括了该区域的主要交通要道、重要购物区、商用写字楼和大型住宅区等。 其后将对各个站点进行基站勘测和电磁环境测试，由于站 点比较多，本文只取其中 A站点分析。 福 州大学本科生毕业设计 (论文 ) 32 4 2 基站勘测分析 表 4-1 基站安装环境 基站类别： WCDMA 基站名称： A站 基站编号： 基站经度 (度 )： 119.29* 基站纬度 (度 )： 26.08* 海拔 (米 )： 基站所处区域类型和周围环境：繁华商业街区、商用楼、住宅区 共站址通信设备： PHS， GSM 基站天线安装位置 建筑顶 建筑类型： 机房 建筑高度 (米 )： 32 楼顶塔 建筑类型： 塔顶高度 (米 )： 落地塔 塔高 (米 )： 其它 商用通信机房楼（ 7F） +1F附加楼 有上述信息可知，此为共站址使用，应充分考虑不同网络之间的干扰问题，而且该站处于密集市区，不宜采用大区式基站。又由于该站附近有大量的写字楼，因此在正式商用后，应充分考虑室内覆盖的要求。 表 4-2 基站站型 基站 站型 定向站 天线挂高 (米 ) 方向角 (度 ) 下倾角 (度 ) 水平半功率角 (度 ) 垂直半功率角(度 ) 馈线规格 天线增益 (dBi) Cell1 36 70 4 65 6.5 5/4 18 Cell2 42 200 5 65 6.5 5/4 18 Cell3 42 330 5 65 6.5 5/4 18 天线指向场景 Cell1 X 路段 Cell2 Y 商业区 Cell3 Z 商业区 全向站 天线挂高(米 ) 支臂方向 (度 ) 馈线规格 天线增益 (dBi) TRx DRx 该站采用定向站的方式，故全向的参数为空。 草图描述： （ 1） 基站天台或铁塔平面草图（标出其他通信设备、拍摄照片方向和位置），见图 4-2。 （ 2） 基站周围阻挡物草图，见图 4-2。 其他情况说明（比如基站周围是否有高压线、建筑施工情况等）： （ 1） 机房条件（电源、传输、空调）不具备，需整改。 （ 2） 小区 3与 PHS 天线相距 5-6m, PHS 天线位于 WCDMA天线的尾瓣方向。 WCDMA 网络的规划及优化 33 图 4-2 基站天台或铁塔平 面草图（同时标出其他通信设备、拍摄照片方向和位置） 4 3 电磁场背景测试 4 3 1 测试系统与测试方法 WCDMA 系统属于干扰受限系统，网络的质量、容量和覆盖都与背景噪声相关。恶劣电磁 环境 将会引起系统的底噪升高、接收机的接受性能下将，同时将导致系统的容量下降。因此在进行无线网络设计时，准确地获得覆盖区域的背景噪声强度尤为重要。 本次电磁环境测试使用的主要仪器是便携式基站测试仪 YBT250。测试系统的配套设备如表 4-3所示： 表 4-3 配套设备表 设备名称 设备型号 生产厂家 数量 参数说明 频谱分析 仪 YBT250 Tektronix 1 接收灵敏度-101dBm/5MHz 定向天线 TDJ 佛山三水盛路 1 增益 10dBi 射频电缆 RG214HF/Nm/Nm/2000 SUHNER 1 插入损耗