WCDMA室内优化及案例分析.doc

*实践教学* 兰州理工大学计算机与通信学院2012年秋季学期移动通信课程设计 题 目： WCDMA室内覆盖优化及案例分析 专业班级： 通信工程（2）班 姓 名： 学 号： 09250229 指导教师： 王维芳 成 绩： 摘要网络优化是整个无线网络建设过程中的摘要环节。无线网络优化可以确保设备稳定高效运行，解决网络中现有的和潜在的问题，提高网络的运行指标，同时提升现有配置下系统的服务质量，更好的为用户服务。本次课程设计在熟悉WCDMA网络的优化流程及优化方法的基础上，分析WCDMA网络优化尤其是室内覆盖中常见的问题及其产生的原因，给出相应的优化方法及典型案例，并且与GSM系统中的优化进行比较。关键字：WCDMA；室内覆盖；优化 目录前言2第1章 WCDMA室内覆盖概述31.1 WCDMA网络室内覆盖的作用31.2 WCDMA网络室内覆盖的原则3第2章 WCDMA无线网络优化流程43.1 室内覆盖解决方案及选取原则53.1.1 信号源53.1.2 室内分布系统53.1.3 信源和室内分布系统的综合选取63.2 WCDMA室内覆盖中常见的问题及解决办法73.2.1 弱覆盖73.2.2 信号外泄83.2.3 高层干扰8第4章 案例分析94.1 建筑物基本特征及覆盖目标94.2 室内覆盖系统的各项技术指标94.3 室内覆盖系统的方案制定94.4 室内覆盖系统的完善11第五章 WCDMA系统与GSM系统的优化比较12总结13参考文献14致谢15 前言WCDMA无线网络规划设计的主要目标，就是在综合考虑多业务的服务质量、容量、覆盖和室内室外的平衡的条件下，基于90%区域可靠度，确定一个最佳的网络结构。一个好的网络架构不仅能使网络的性能得到有效发挥，而且为日后的网络优化、运营维护、容量的平滑演进奠定了一个良好的基础。按照一个不合理的结构部署的网络，今后优化、运营维护和扩容等过程将非常麻烦且代价昂贵。但是，确立了一个良好的网络结构并不等于完成了网络规划的任务。对运营商而言,在基本网络建成之后，还应根据实际情况和用户体验进行网络优化。而大量使用室内覆盖系统,进行室内网络优化，可以争夺室内的话务量。据统计,实施室内覆盖的建筑物内话务量增大了1.43倍。室内覆盖还可以用于分散过密地区的网络压力,解决高端用户密集城区覆盖问题,减少室外基站的数量和配置,降低室外网络的整体干扰水平,从而提高整个系统的容量,更好地满足用户对质量的要求,其性能的好坏将直接影响到运营商的客户体验及收益,是其取得成功的关键因素之一。解决室内覆盖的主要方法是建设室内覆盖分布系统,室内分布系统的基本原理是将室外信号通过有线方式引入到室内,再通过小型天线将信号发送出去,从而提高室内覆盖水平。本次课程设计主要论述了WCDMA网络的主要优化方法，讨论了WCDMA的室内覆盖常见问题及解决方法，并给出了具体的案例分析。 第章 WCDMA室内覆盖概述1.1 WCDMA网络室内覆盖的作用室内覆盖是移动通信网络在建筑物内部的延伸，是提高网络覆盖广度和深度、吸收室内话务和提高通信质量的有效手段，同时也是提高网络容量的有效解决方案。由于3G更侧重于数据业务，而数据业务更多发生在室内，据国外运营商统计，3G系统室内话务量占总话务的70%左右。因此，室内覆盖的好坏将直接影响到3G系统的网络质量。 一般来说，在3G系统引入室内规划有以下作用：首先，通过引入室内覆盖克服建筑屏蔽，填补建筑物内的盲区，改善网络指标，扩充网络容量；其次，可以解决高层建筑导频污染严重、信号干扰大的问题；另外，通过室内覆盖增强覆盖，吸纳话务量，可以增加话费收入，提高网络的竞争力。1.2 WCDMA网络室内覆盖的原则WCDMA系统与GSM在使用频段、编码技术等方面有所不同，故WCDMA室内覆盖有一些新特点。WCDMA室内覆盖需对覆盖、容量、质量进行统一规划，而GSM系统只需考虑室内场强信号水平满足用户接入电平要求，网络质量可通过后期频率规划进行调整。由于各种业务链路损耗不同，WCDMA系统还要考虑用户的业务需求，根据业务发展预测进行室内覆盖规划。在进行室内分布时，站点规划与室外规划要协调统一。另外，WCDMA室内覆盖还要重点考虑和GSM系统及集群系统之间的相互干扰问题。WCDMA室内覆盖规划需遵守以下几个原则：第一是统一性原则。包括室内室外站点规划、设计的统一，在建设室内覆盖时要考虑室外信号的影响，同时也要考虑到室内覆盖对室外干扰水平的提升。第二是差异性原则。由于网络建设受到投资的限制，不可能盲目地加大室内覆盖，要以用户满意度为衡量标准，制定不同的质量目标。有的地方能够接受覆盖盲点的情况下，可以在建设策略和建设阶段上进行调整。第三是经济性原则。对于一个特定的建筑物而言，室内覆盖解决方案可能有多种的选择，不能单纯地为了追求技术上的完善盲目扩大投资，但是也同样不能为了节省投资而选择并不适合的室内覆盖方案。 第2章 WCDMA无线网络优化流程WCDMA无线网络的优化流程主要包含以下步骤：准备工作、频谱扫描、校准测试、网络数据采集、数据分析、参数核查、问题定位、优化方案制定、优化方案实施、优化验证、优化项目验收、资料归档。准备工作一般包括需求分析、制定工作计划及资料的调查和收集。需求分析即了解覆盖和容量的需求信息、确定优化目标；资料的调查和收集主要是获取现有的网络站点信息、天馈信息、系统参数设置，了解网络中存在的问题。在开始工作之前一般需要用到的优化工具有测试软件、测试手机、接收机等。频谱扫描是指对优化区域进行当前网络使用频率的扫描确认。校准测试主要目的是测试各种建筑物和建筑材质的穿透损耗。在具体优化过程中作为参考和依据的数据主要有在优化区域内选定路径上移动，利用路测设备得到的测试数据和位置信息；优化区域内的接入成功率、掉话率、切换成功率等性能统计数据；用户申诉信息和利用信令系统、网络流量测试系统、语音质量评估系统得到的其他相关数据。数据分析是指通过分析以上各类数据，了解当前网络的运行质量，对网络的性能进行合理地评估，发现和定位网络中可能存在的问题，给出网络优化的建议。以上步骤是在实际工程中参照的标准流程，本次课程设计由于条件和时间的制约，不包含频谱扫描、校准测试、路测等需要用到专业仪器的部分，具体分析过程中用到的穿透损耗等相关参数基本为业界公认的标准参数。 第3章 WCDMA的室内覆盖3.1 室内覆盖解决方案及选取原则运营商可以针对不同的室内环境选择不同的室内覆盖解决方案。室内覆盖解决方案主要由信号源和信号分布系统两部分组成，常见信号源主要有射频远端(RRU)、直放站等设备。室内分布系统主要有无源分布、有源分布、光纤分布和泄漏电缆四种分布方式。3.1.1 信号源室内覆盖信号源的选择需要综合考虑建筑物的覆盖、容量和周围网络环境等关键因素。可供选取的信源一般包括：宏蜂窝基站、射频拉远基站(RRU)、微蜂窝基站和直放站等。但同时需要注意的是，室内覆盖必须考虑到业主的要求和工程施工等方面的因素。在室内信号较弱或为覆盖盲区的环境中，如果覆盖区域面积较小，有明显的主控小区，可考虑采用直放站作为室内分布系统的信号引入。例如对于隧道、地铁车站、地下商场、地下酒吧等餐饮娱乐场所及其他信号屏蔽严重的场所，可以考虑用室内直放站引入基站信号，但必须考虑基站的容量和直放站对室外覆盖的干扰产生的容量下降等问题。对于大型建筑，如星级宾馆、写字楼等，由于室内用户集中，话务量较高，可以考虑通过建设微蜂窝室内分布系统来承担室内部分话务量，改善用户通信质量，同时避免由于室内用户的高功率发射而引起室外网络的容量下降。对于话务容量需求量大的特大型场所，如商场、机场、展览中心、会议中心等场所，宜采用宏蜂窝基站作室内分布系统的信号源。对于一些设计中线缆较长的场所，可以考虑采用射频拉远(RRU)设备来减少线缆的损耗，从而减少因线缆损耗而增加的干放，保证高质量的覆盖效果。3.1.2 室内分布系统室内分布系统的基本方式有无源、有源、光纤、泄漏电缆四种方式。无源分布方式，通过无源器件和天线、馈线将信号传送和分配到室内所需环境，以实现良好的信号覆盖。由于没有有源设备的故障点，所以出故障率低，可靠性高，几乎不需要维护，且容易扩展。但信号在馈线及各器件中传递时产生的损耗无法得到补偿，因此覆盖范围受信源输出功率影响较大。信源输出功率大时，无源系统可应用于大型室内覆盖工程，如大型写字楼、商场、会展中心等；信源功率较小时，无源系统仅应于小范围区域覆盖，如小的地下室、超市等。有源分布方式，通过有源器件(有源集线器、有源放大器、有源功分器、有源天线等)和天馈线进行信号放大和分配。有源系统中的有源设备可以有效补偿信号在传输中的损耗，从而延伸覆盖范围，受信号源输出功率影响较小。有源系统可广泛应用于各种大中型室内覆盖系统工程。光纤分布方式，采用光纤作为传输介质，由覆盖端机(主单元、接口单元)、远端覆盖单元、天线、光分/合路器件组成。由于光纤损耗小，适合于长距离传输，该系统广泛应用于大型写字楼、酒店、地下隧道、居民楼等室内覆盖系统的建设。泄漏电缆分布方式。信号源通过泄漏电缆传输信号，并通过电缆外导体的一系列开口，在外导体上产生表面电流，从而在电缆开口处横截面上形成电磁场，这些开口就相当于一系列的天线，起到信号的发射和接收作用。它适用于公路隧道、过江隧道、地铁、地下长廊等地形。3.1.3 信源和室内分布系统的综合选取对于信源与分布系统的选取，我们需综合考虑话务量、覆盖面积、建筑结构、信源方式等其他因素的影响，最终采用既可达到所需的覆盖要求又可合理控制成本的分布系统。现就一般情况总结如下：(1)微型建筑物(6000以下)对于微型建筑物，如餐饮娱乐、地下停车场等，一般采用小功率直放站无源分布系统。(2)小型建筑物(600012000)对于小型建筑物，如大型超市、小型办公楼、小型医院等，可分为两种情况：如建筑物内部建筑结构单一，对射频信号的传输衰减较小，则宜采用中功率直放站或微蜂窝无源分布系统；如建筑物内部建筑结构复杂，对射频信号的传输衰减较大，则根据实际需要可采用小功率直放站有源分布系统。(3)中型建筑物(1200060000)对于中型建筑物，如大型写字楼、中型酒店、大型医院、机场等，一般采用微蜂窝+有源分布系统，需根据实际的话务量选取合适的信源。(4)大型建筑物(60000以上)对于大型建筑物，需根据实际情况采用不同的分布系统类型，包括有源分布系统和光纤分布系统。如大型酒店和综合性楼宇，由于楼层较高宜采用微蜂窝或宏蜂窝有源分布系统；如大型会展中心由于楼层面积较大，宜采用微蜂窝或宏蜂窝光纤分布系统。(5)特型建筑物对于超高型电梯宜采用定向天线分布或泄漏电缆分布系统。对于公路隧道，信源采用直放站，长度在1km以下的宜采用射频分布系统；长度1km以上的宜采用光纤分布系统。对于铁路隧道，信源采用直放站，长度在200m以下的宜采用射频分布系统；长度200m以上的宜采用泄漏电缆分布系统。对于城市地铁，信源采用蜂窝与直放站结合的方式，分布系统需结合有源分布系统和泄漏电缆分布系统进行覆盖，如地铁隧道和站台采用泄漏电缆分布系统，地铁入口采用天线分布系统。3.2 WCDMA室内覆盖中常见的问题及解决办法3.2.1 弱覆盖弱覆盖根据其发生范围的位置范围特点又可具体分为全楼弱覆盖、若干楼层弱覆盖、和楼层局部弱覆盖。发生全楼弱覆盖时，可先查看是否主设备故障，故障情况下可以通过告警查询载频板和RRU是否存在故障，对故障设备进行处理；主设备良好的情况下引起弱覆盖的原因就是信源功率不合理，首先查询信源发射功率是否按功率设置，如果发射功率正常，则应该通过设计方案中系统原理图，分析信源功率的设置是否不满足覆盖需求，并根据实际情况适当增大发射功率。如果以上因素均排除，则应检查各器件以及模块之间起连接作用的馈线是否完好。若干楼层弱覆盖时，通过设计方案中系统原理图，确定弱覆盖楼层对应天馈部分。如果这几个楼层是由同一个RRU或者直放站所覆盖，则查询并调整信源发射功率。否则找到汇聚于主干上的若干器件，检查器件连接是否正确，检查馈头制作工艺。楼层局部弱覆盖时，通过设计方案中平面安装图，查看是否覆盖。若已覆盖，确定局部弱覆盖区域所对应的天线。结合系统原理图，定位上述天线所对应的共同节点，整改节点器件安装是否正确以及馈头制作工艺。若未覆盖，则进行方案重新设计并变更，增加覆盖。若由于物业等原因无法覆盖，则考虑利用室外信号协同覆盖。3.2.2 信号外泄信号外泄主要有两种处理方案，RF优化及参数优化方案，RF优化可以从根本上治理外泄，参数优化只能治标，尽量规避信号外泄带来的影响。因此，从网络性能考虑，优先采用RF优化解决外泄，下面对RF优化做简单介绍。RF优化具体方法是在整体信号太强时通过调整信源输出功率来控制外泄，而如果只是局部发生外泄的话，则可采取调整天线位置、改变天线型号、调整天线功率三种措施来改善。调整天线位置即在确认由某天线造成外泄后，通过移动天线远离窗户或大门，或者调整天线的方位角度或高度，远离小区外的马路、街道。改变天线型号是在确认由某天线造成外泄后，通过使用定向天线替代全向天线覆盖，从而控制信号外泄到室外。调整天线功率则是在确认由某天线造成外泄后，在保证覆盖的需求，通过增加衰减器或更换器件的方法，降低天线输出功率，从而控制信号外泄到室外。3.2.3 高层干扰高层覆盖的问题主要表现为信号杂乱，在建筑的高层由于没有其他建筑的遮挡，导致很多小区的信号都可以直达建筑的高层，且各个小区的信号强度相当，没有一个小区可以主导。主要会导致由于多个小区的信号强度相近，没有主导，在信号衰落的影响下，终端会频繁的在这些小区间进行切换或重选，增加系统的信令负荷和切换掉话的概率，引起频繁的位置区更新，造成用户看起来信号时有时无、掉话、无法接入等问题等问题。对于存在高层干扰的楼宇，由于高低层无线环境差异非常大，建议实施高低分层方案，不仅能够在很大程度上改善用户感知，而且能够充分吸收话务量。高低分层方案通常适用于较大型的中、高层（一般至少11、12层以上）建筑室内覆盖，通过信源小区分裂，使低层与中高层分别使用独立的信源小区。由于低层小区受到室外小区干扰较小，而高层小区受到室外小区的干扰较大，故一般建议低层小区使用与室外宏小区相同的频段，高层小区使用室分专用频点。 第4章 案例分析4.1 建筑物基本特征及覆盖目标本次课程设计选取兰州理工大学校本部15号学生公寓为例进行WCDMA网络的室内覆盖。 兰州理工大学校本部15号学生公寓分8个楼层，步测得每层内部长度约80m，加两侧外墙合计长度约80.7m，各层宽度约为20m，据此可得该楼建筑面积大约为1600，内部无电梯等特型结构。该建筑物按照3.1节的划分标准应属于微型建筑物，且其室内用户分布具有密集且固定的特点。室内覆盖系统在保证信号的覆盖、质量和容量的前提下，应尽量避免天线过多过密，避免信源功率、元器件和材料浪费。室内分布系统应尽量实现目标覆盖区域内信号的均匀分布，避免信号的外泄，避免与室外信号过多的切换，做到结构简单、工程施工容易，不影响建筑原有结构和装修，室内拓扑结构应易于叠加与组合，方便后续维护调整以及后期的改造。4.2 室内覆盖系统的各项技术指标 重要区域：边缘导频功率-80dBm，Ec/Io-7dB； 次重要区域：边缘导频功率-85dBm，Ec/Io-10dB； 一般区域：边缘导频功率-90dBm，Ec/Io-12dB；非重点区：边缘导频功率-100dBm，Ec/Io-15dB； 室外10m外泄指标为距离建筑物10m外泄功率 -90dbm，或建筑物外10m处小于室外主导频强度10dB以上；无线信道呼损： 2%；无线可通率：移动台在无线覆盖区内90%的位置，99%的时间可接入网络；软切换比例：市区控制在30%-40%左右。兰州理工大学校本部15号学生公寓属于可视电话等高速数据业务低发区，主要以语音业务和普通数据业务为主。4.3 室内覆盖系统的方案制定首先，由于兰州理工大学校本部15号学生公寓8层实际为地上6层，地下2层，与周围建筑物比较不属于高层建筑，不用考虑高层可能发生的其他问题，即该建筑物所有楼层可按照同一方案一并考虑。其次，该建筑内部建筑结构单一，对射频信号的传输衰减较小，根据第三章的介绍宜采用中功率直放站或微蜂窝无源分布系统。无线直放站与吸顶天线都可用于无源分布系统，但由于所选建筑附近的基站分布不是很清楚，不能确定主频，所以本次覆盖选择工作频段在800M至3000M的新型吸顶天线。该吸顶天线较传统天线增益增加了约3dB，有效延伸了覆盖边缘。由于所选建筑物横截面呈矩形，不适宜采用单天线，选择多个小功率天线更为合理。线装在公寓每层走廊顶部，天线悬高3.5m左右，天线口功率5dbm。RRU安装在馈线走线的线井内，便于调测、维护和散热需要。安装位置确保无强电、强磁和强腐蚀性设备的干扰。信号预测参考Keenan-Motley模型，该模型适用于模拟室内路径损耗。传播模型的确定是计算路径损耗的先决条件。不同的传播模型会产生不同的路径损耗。WCDMA室内分布系统传输模型Keenan-Motley是常见的室内传播模型，该模型在自由空间传播模型的基础上增加了墙壁等其他材质的穿透损耗。具体公式如下： PL（dB）=32.5+20log（f）+20log（d）+d：表示传播距离（移动台与发射机之间的距离），单位km f：发射频率，单位MHz p：墙壁、玻璃、木头等材质的损耗参考值 w：与p相对应的特殊材质的数目 建筑物的穿透损耗与具体的建筑物类型、电波入射角度等因素有关。通过测量，2GHz频段穿透损耗在不同介质时的参考值如表4.1所示：材料类型损耗普通砖混隔墙（ 30 cm）1015dB混凝土墙体2030dB混凝土楼板2530dB天花板管道18dB电梯箱体轿顶30dB木质家具36dB玻璃58dB 表4.1 2GHz频段穿透损耗参考值 根据本案例所选建筑物内部结构，当移动台处于走廊时，吸顶天线辐射信号和直接按照自由空间传播模型到达移动台；当移动台处于室内时在吸顶天线辐射出的信号可以穿透混凝土墙体、玻璃窗或者木质门等最后沿多种路径到达室内。前一种情况损耗小，所以要计算吸顶天线的覆盖范围时只需按照Keenan-Motley模型最后计算出使室内距离吸顶天线最远处信号强度到达到规定的 -10dbm的最大传输距离即可。 计算出吸顶天线的覆盖范围后，按照数据在各层走廊顶部依次安装吸顶天线即完成了初步的室内覆盖系统建设。 4.4 室内覆盖系统的完善 为了提供更加稳定和高质量的通话质量和其他用户体验，在室内覆盖系统初步完成后，应当进行专业测试以检验其各项性能指标是否能达到4.2节中所规定的数据，并注意是否出现3.2节中所提到的弱覆盖、信号外泄等问题，如果有，则按照3.2节所述方法逐一解决。第五章 WCDMA系统与GSM系统的优化比较从工作频段来看，WCDMA工作的核心频段为2GHz频段。与2G网络工作的1800MHz和900MHz相比，WCDMA信号的馈线损耗较大，穿透能力和绕射能力相对较差。相比900MHz频段的馈线损耗，WCDMA信号在3G频段的馈线损耗大50%左右。所以，对于大的楼宇，WCDMA信号在传输和分配过程中，信号低到一定程度时需干线放大器对其放大。如果WCDMA室内覆盖系统是和2G网络共用室内分布系统，则需双频或多频合路器把信号分开（下行分路，上行合路），通过各自的放大器后，再通过双频或多频合路器合路。已有GSM室内分布系统的无源器件如果不支持系统的工作频带，在引入WCDMA系统时，必须对原有室内分布系统进行改造，将无源器件更换为宽频器件。由于WCDMA和GSM网络制式的不同，WCDMA网络中MR数据上报方式与GSM存在差异，WCDMA网络MR数据上报以事件触发型为主，从而就决定了WCDMA网络优化功能特点。因此在WCDMA网络优化功能中以路测数据作为非常重要的数据来源，重点需要实现路测数据与基础数据、性能统计数据、参数数据等数据的关联性分析。此外，优化平台中更重要的只能分析与优化模块由GSM无线优化模块、CDMA无线优化模块以及信令数据分析模块提供数据支撑，通过多接口数据关联分析，重点实现2G、3G综合分析与优化、规划分析与信令关联专题分析与优化等功能。总结 本次课程设计的任务是了解WCDMA无线网络的主要优化流程和方法，掌握WCDMA网络优化中常见的典型问题，重点对优化中常见问题中的室内覆盖问题进行分析，并与GSM系统中的优化进行比较。WCDMA网络在移动通信中曾进行过简单了解，但对WCDMA的优化还是比较陌生的。为了对无线网络的室内覆盖进行进一步了解，课程设计第一天，我在图书馆借阅了任