wcdma无线网络优化方法概述资料

1、wcdma 无线网络优化方法概述 目前，国内移动通信市场正在飞速发展 !预计到 2005年移动用户数将突破 3亿大关。基于运营商之间竞争的需要和移动数据业务广阔的发展前景，3G移动通信系统在我国的部署将很快进入实质性阶段。随着 3G标准的不断发 展、完善及3G设备不断成熟，如何经济合理地建设3G网络已成为急需解决的 问题。网络规划的质量是系统质量的关键，因此必须对 3G无线网络规划进行 深入研究。无线网络规划的目标是根据规划需求（运营商要求、网络运行环 境和无线业务需求）和网络特性，设定工程参数和无线资源参数，在满足信 号覆盖、系统容量和业务质量要求的前提下，使网络的工程成本最低。3G无线网络

2、规划包括链路预算、容量和所需基站数目的计算，以及覆盖和参数规 划等。与GSM网络规划相比，3G网络规划因系统的软容量及大量比特率和多 样化混合业务的引入而变得较为复杂。众所周知， 3G 网络特别是 WCDMA 网络的规划目前在业界是一个越来 越热门的话题。 WCDMA 支持 FDD 和 TDD 两种基本的双工模式，采用直接 序列扩频（DSSS），基站同步采用异步或同步方式。其中 WCDMA-FDD方式 的优势在于码片速率高，有效地利用了频率选择性分集与空间的接收和发射 分集，可以解决多径和衰落问题，同时这种方式采用 Turbo 信道编码，可以 提供较高的传输速率，下行基站区分采用独有的小区搜索

3、方法，无需基站间 严格同步，而连续导频技术能够支持高速移动终端。 WCDMA 不仅提供了良 好的性能，而且能够从GSM系统平滑过渡，为3G运营提供了良好的技术基 础。由于在国内还没有大规模的商用网，现在运营商所关心的大多为网络规 划的问题。一、什么是 WCDMA 无线网络规划WCDMA 无线网络规划的目的何在？首先从技术的角度来说， WCDMA 无线网络规划的整体流程如图所示。从图中可以看到，WCDMA无线网络预规划是在WCDMA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。简单地来说，进行网络配置和规划是为了在进行详细的网络规划 前提供一个全面

4、的网络概况。预规划由功率预算、小区半径评估、容量和初 始网络配置评估组成。预规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。预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 GSM 运营商，网络预 规划也可以用来评估现有站点被重新使用的可行性。在很多情况下，网络规划会和经济模型的规划、工程施工和服务质量要 求结合在一起进行。规划的目标应当是为运营商提供节约成本的解决方案。 具体地来说，网络规划将

5、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施，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 WCDMA 网络规划和优化的流程中。二、 WCDMA 无线网络规划的原则目前， WCDMA 无线网络规划及建设流程可分为 6个步骤：.规划目标的定义：包括对不同区域（密集市区、一般市区、郊区和农 村等）覆盖、容量和服务的要求（数据业务速率和 QoS等）；模式调校：为了使规划软件中的覆盖预测与实际网络更接近，必须对 规划软件的传播模型进行调校；.小区规划：基于规划软件，进行小区规划，以满足输入的设计要求。规划的结果是基站数

6、量、站址规划、基站技术条件要求和设备配置等；.基站选择及站址勘察：根据规划结果，进行基站选择和站址勘察；（5）.无线网络设计：系统开通前，必须对无线网络进行具体设计（如下行 信道功率分配、多载波频率规划、PN码规划和切换算法参数设置等）；（6）.网络调整及优化：系统开通后，必须对无线网络进行调整及优化，使 实际网络满足设计要求，达到较佳效果。其中规划目标的定义是整个网络规划的前提，它包括覆盖目标、容量目 标和质量目标 3 个方面。初始网络的覆盖和质量的要求虽然也比较复杂，但 根据现有网络经验、通过实地考察等手段还是可以比较合理地确定。但是容 量目标的定义却非常复杂，所谓容量目标的定义也就是话务

7、模型的确定。 WCDMA 网络具有小区呼吸效应，随着小区负载的增加，覆盖会逐渐收缩。 这种效应大大增加了网络规划的复杂性。所以，传统的网络规划优化方法有 可能导致低效的网络设计。 所以在 WCDMA 系统规划过程中， 要遵循以下总 体组网原则：1、连续覆盖而不是热点覆盖WCDMA 系统初期应该以一个合理的负荷来建网，以宏蜂窝三扇区单载频为主，同时对一些重点建筑考虑室内分布系统。后期扩容应以增加载频为 主。2、初期网络部署原则 在初期网络部署时，即要考虑投资，使用尽量少的基站，又要考虑长远 的发展，尽量大的网络容量潜力。 GSM 初期建网的时候基本上是 “摸着石头 过河”，根据覆盖建一层薄薄的网

8、， 然后哪里有容量需求就在哪里增加载频或 者增加新基站。直到现在的网络扩容，其中 2/3 以上还是以增加新基站来增 加容量。 CDMA 技术本身决定了其初期建网不能采取 GSM 早期所采取的方 案。如果 CDMA 初期基于覆盖建一层薄薄的网 (低负荷 )，随着容量的增加， 基站间就会普遍地出现覆盖漏洞。这时我们就不得不通过建一些新站来弥补 这些漏洞。但由于 CDMA 是一干扰受限的系统， 新基站增加的同时会对周围 基站带来干扰，因此周围基站的容量也就相应降低。因此， CDMA 网络中由 于容量需求而增加新基站，并不能使网络容量像 GSM 网络一样线性增长， 尤其是在城市密集区，基站间距本身就很

9、小，这种现象就更严重。因此,CDMA 初期应该以一个合理的负荷，而不是低负荷来建网，网络扩容以增加载频为 主，增加新站为辅。3、 WCDMA 市区及郊区组网原则 在市区方案的研究中主要存在两种思路。思路一：初始以较低的基站负荷(Loadi ng)设计网络；思路二：初始基于较高的基站负荷和一定的站间距设 计网络。两种思路的区别主要体现在一期是建 “薄薄”的还是“较厚”的无线网。这 里的“薄薄”和“较厚”都是指网络建立的容量潜力，而不是网络初期的 “合同” 容量。这里我们通过一个例子对上述两种思路进行分析。 我们选取了 400km2 的一个地区，对以 20%负荷建网和以 45%负荷建网所需要的基站

10、数和其网络 的容量潜力进行了比较。我们发现，当设计负荷由20%增加到 45%时，所用基站数增加 22%，而网络的容量潜力增加 244%。除非极特殊的情况，从长 远的发展来看思路二更符合运营商的利益：扩容平稳、网络容量潜力大。针 对不同的时期，组网方案所考虑的重点应有所不同：初期布网：以单载波三扇区宏蜂窝基站为主设计网络，根据较高基站负 荷设计站间距，考虑特定地区的室内覆盖；后期扩容：在容量不足时增加第二个载波，适量引入微蜂窝和增加室内覆盖； 未来：继续增加载波，利用传统方式 （微蜂窝、室内覆盖 ）并结合新技术解 决容量需求。在郊区话务密度比较低，而且话务增长较市区缓慢的区域，可以较低的 Loa

11、ding 进行初始设计，由于郊区站间距比较大，即使某些特殊区域的容量 上升超过预期，基站调整也容易。三、 WCDMA 移动通信系统无线网络规划的一般步骤无线工程设计通常包括确定设计目标及信息收集、初步设计、站址勘察 和最终设计等几个阶段。在进行网络规划前，先要确定设计目标。主要包括所要覆盖的区域、每 个区域所支持的业务类型、 每个区域内每种业务所要达到的覆盖率等。 此外， 还要收集各种业务量的密度分布图、地形地貌数据资料、客户初选的站址信 息和网络增长规划等信息。设计目标应综合考虑市场需求和成本因素，例如 考虑是否需要在乡村实现各种高速数据业务的无缝覆盖，这些因素将极大地 影响所需要的基站数目

12、和配置。然后，根据所收集的信息进行初步设计。包 括建立传播模型和制定链路预算表，评估客户站点并建议新站点，以及计算 机辅助的网络覆盖及干扰分析等 （如图 1所示 ）。初步设计要根据各区域的具 体情况制定出相应的业务量规划和链路预算，分别从容量和覆盖的角度估算 基站数量，将两者平衡，并结合客户提供的初选站址信息，得出基站的初始 布局。在进行小区规划时要借助专门的覆盖仿真工具，通过Monte Carlo方法仿真移动话务量分布，对上行链路及下行链路进行分析。整个预测过程要迭 代进行，直到发射功率达到稳定值后，在多次系统模拟的基础上进行统计平 均。通过分析导频覆盖、Eb/IO值、反向功率和切换状况等输

13、出结果，评估设 计方案。如果覆盖质量等未能满足要求，则需进行站点优化。常用的优化措 施包括调整基站位置、数量、发射功率、天线下倾角、天线方向和高度等， 然后重新进行仿真运算，这是一个循环往复的过程，直至满足各项需求。这 种方法提供的小区覆盖预测结果比用在预规划的基于区域的链路计算更为精 确。当站点位置最终确定并进行了站址勘测后，应根据实际数据对此前的设 计方案进行修正和优化，生成对网络覆盖、干扰及软切换性能的最终预测， 确定系统参数，完成最终的网络设计和基站配置。四、业务量对于以往提供单一话音业务的移动通信网来说，业务指标包括用户密 度、每用户爱尔兰数、阻塞率和通话质量要求 （误码率和对应的信

14、噪比），描 述及处理这种电路型业务的数学统计模型就是Erlang B模型及其公式。除了话音外，3G提供的业务还包括各种速率的实时和非实时数据业务。如何描述这些新的业务、业务需求量以及在多业务环境下的业务处理模型成为3G的一个难点。业务模型是通信系统性能评估的关键所在，如果想要获得对实际的系统 设计有意义的结果，用于仿真的业务源就必须能够正确反映实际业务的统计 特性。业务模型的建立是基于以下几个要素的折衷：拟合性、描述模型的参 数数目、参数估计复杂度以及仿真执行时间。1、语音业务的建模 移动通信系统中最典型的业务是语音业务，而传统的分析模型都是采用泊松(Poisson过程的两状态Markov O

15、N/OFF模型。在两种状态的 ON/OFF 模型中，当模型处于通话状态 (O N )时，产生话音 数据；当处于停顿状态(OFF)时，不产生数据。两种状态的时间均服从指数分 布。但实际通话中，既有长时间倾听对方的停顿，也有说话时字节间的短暂 停顿，故停顿状态并不只是一种， 而应根据时间尺度有所不同。 另外， WCDMA 系统采用 AMR 声码器和话音激活技术，不仅利用了话音活动的不同周期， 而且考虑了不同的背景噪声。 显然，在 WCDMA 系统中仅使用 ON/OFF 两种 状态并不能准确描述话音业务。文献4中提出了一个时间离散、基于 Markov 链的随机过程 SBBP(Switched Bat

16、ch Bernoulli Process)模型，此模型可以采用不同状态数的 SBBP模型模拟可变速率码激励线性预测(VR CELP )声码器。SBBP 模型的状态数目越多， 与实际的声码器输出越接近， 但代价是计算 的复杂度越高。2、数据业务的建模将来 WCDMA 最重要的应用是由无线上网带来的大量的数据业务， 但传 统的网络业务模型假设(如Poisson过程)并不适用于互联网业务。互联网业务 表现为极强的突发性，这种统计特性称为自相似特性。WWW 业务的到达过程不仅由用户的行为决定，而且与 WWW 业务本身 的特点有关。根据统计分析， WWW 业务到达过程大致可以分为 3 个状态： 用户对网

17、页的点击(即ON状态)将自动发出多个请求来下载该网页链接，这 些请求以间隔很小的突发(burst)形式到达；用户进行简短的网页浏览寻找感 兴趣的信息，此间隔持续时间较短，可以称为 OFF Short状态；用户对感兴 趣的信息进行仔细阅读，此间隔持续时间较长，可以称为 OFF Long 状态。 此外，还需考虑上述过程中每个请求的文件大小分布组成。其中ON、Burst和OFF Short周期概率分布服从 Weibull分布，OFF Long周期概率分布服从 Pareto分布，文件大小分布近似服从 Pareto分布。WWW业务模型的用户持 续时间的概率分布大致服从指数分布， 因为 WWW 业务的持续

18、时间完全由用户的自然行为决定，与其他因素无关此外，具体的数据业务还包括 FTP、WAP、视频业务等。它们各有各的 特点，需要分别建模，又考虑到在前向链路和反向链路中各种业务的不同特 点，要分别建立上下行链路模型。因此业务建模是很复杂的，只有在实践中 不断摸索完善。3、混合业务的建模WWW数据业务具有自相似性，进而表现出长期相关性，与传统可用 Poisson模型或其变形模型描述的话音业务所表现出的短期相关性有很大差 异，故这两种业务源相互独立。而对于基于流的数据业务，其特性与话音业 务非常接近。为简化分析可以假设：系统中典型业务源是话音和 WWW数据 业务；两种业务的请求发起彼此相互独立；一个用

19、户在一次通话过程中只进 行一种业务。那么，混合业务模型就可直接采用前面所述的模型直接叠加后 建模。预期数据业务的模型将涉及服务内容及不同业务的特点、地区类型、用 户数、用户增长、忙时每用户话务量、所在地区最小承载速率、所在地区最 大承载速率及运营策略等因素，因此建立能准确预测不同业务的模型是比较 困难的。中国移动GPRS业务在全国的开展，将为今后升级到 WCDMA网络 时建立数据业务分析模型打下一定基础。五、小区容量与覆盖半径1系统容量假设在单一小区、同一载频上有K个用户（业务类型相同，信号功率相同）, 可得理论用户数为：K = 1 竺 / _ = 1 G / -ERb N 0N 0其中:Eb

20、/No为系统信道载干比；Rc为WCDMA码片速率，Rc = 3.84 Mcps； Rb为用户信比特速率；G为扩频处理增益，G=Rc/Rbo实际系统的容量要考虑相邻小区信号干扰、话音激活因子、下行编码正 交因子和用户业务类型的不同等各种客观因素，从而得到单小区、单载波信 道数为：-.G其中V为话音激活因子，话音取0.67，数据取1.0； n为负载因子。由上式可以看出，系统用户容量和系统信道载干比成反比，所以宽带WCDMA 是干扰受限系统。2、负载因子考虑到其他小区的干扰，上行链路总负载因子可以定义为:1Roj -nul二一j 1 -其中：n为本小区用户数,Vj为第j个用户话音激活因子,Rj为第j

21、个用户比特速率，为其他小区干扰与本小区干扰的比下行链路负载因子平均值为:DLj zN八V jj 1t EbNo* RoR j其中：入为小区的平均正交性，为其它小区与本小区的下行链路平均 干扰比。系统规划在初始的布局中需要估计小区的用户数N,并且将Eb/N0的平均值、R和V用作估计的输入参数，这些值需要基于环境的典型值来进行假 设。可通过基站基于上行链路的多径传播来估计，来自其他小区的平均干 扰可通过基于邻小区负载从无线网络控制器获得。上下行负载因子n是网络实际容量与理论容量的比值，是网络客观诸因 素的综合体现。n= 1时，实际网络容量达到最大值；n= 0时，系统空载；n 取值范围为0耳丢1取值

22、越大，越接近系统饱和状态，容纳新用户能力越 低。网络规划中，应降低 n取值，提高系统实际容量储备。由于基站发射功率大于手机发射功率，下行信道载干比大于上行信道载 干比，负载因子同信道载干比成正比，所以下行负载因子的取值易趋于饱和， 系统容量储备小。网络规划中，以容量储备小的下行方向作为整个小区容量 的设计门槛。3、干扰电平容限假设小区有N个用户，用户发射功率相同，贝系统干扰电平容限二10lg1/(1- n )=10lg(1- n )由上式可见，干扰电平容限与负载因子成正比，干扰电平容限值越高， 负载因子越大，实际网络容量越接近饱和态；干扰电平容限值越低，负载因 子越小，实际网络容量越接近空载状

23、态，系统容量储备越足。链路预算样本表中干扰电平容限值直接影响整个链路的最大路径衰耗值 计算，影响小区覆盖。干扰电平容限值越高，最大路径衰耗值越小，小区覆 盖范围越窄；反之，干扰电平容限值越低，最大路径衰耗值越大，小区覆盖 范围越广；干扰电平容限与覆盖成反比关系，二者紧密相联。可见干扰电平容限是架起系统容量和覆盖的桥梁。容量、覆盖是相互制 约的，实际网络容量越接近饱和态，干扰电平容限值越大，覆盖范围越窄； 实际网络容量越接近空载，干扰电平容限值越小，覆盖范围越广。上、下行 干扰电平容限值的不同，是决定上、下行覆盖范围非平衡性的原因之一。容 量的充分利用，覆盖范围的最大化，上、下行容量和覆盖的平衡

24、是网络设计 目的。4、小区覆盖半径与链路预算WCDMA 系统的链路预算不是一个单纯的线性过程，它和小区的负荷估 算是结合进行的。 首先，必须根据在不同移动台速度下每种业务的质量要求， 获得相应的上、下行的 Eb/N0 指标值 (一般由设备厂家给出 )，由此计算出各 种业务的参考接收灵敏度。 参考接收灵敏度与系统热噪声、 业务速率和 Eb/N0 有关。然后，在设定或者已知小区负荷的情况下，上行最大允许路径损耗的 计算就变成一个简单的与 GSM 系统上行链路预算相似的计算过程。而下行 链路的预算问题要复杂些，面对的是如何把有限的总发射功率分配给各个活 动终端的问题。鉴于终端位置分布、终端软切换状态

25、等不确定性，必须建立 一个模型，作一些简化性的假设，然后才能计算出一个统计性的结果。小区最大半径是针对具体实施情况来计算的，由最大路径损耗给出。如 基站天线高度30 m,移动台天线高度1.5 m,载波频率1 950 MHz的大城市 宏小区采用Okumura-Hata模型时的小区最大半径为： dmax=10(Lmax-137.4)/35.2。结合上面提到的业务处理模型、小区容量估算和链路预算方法,就可以 对无线网络的载波数、基站数等进行预估。上、下行小区的覆盖范围需要通 过迭代算法来求得。对于上行链路首先要设定上行小区负荷的上限值,然后 根据用户密度求出与之对应的小区覆盖半径。对于下行链路,可以

26、用下行功 率预算法或下行小区负荷门限法求出下行的覆盖半径。最后,还要对上、下行链路进行平烩，然后根据算出的小区覆盖半径，就可以算出需要的基站数。举一个典型的 WCDMA业务为例说明链路预算的方法。 在城市宏小区环 境中的144 Kb/s的实时数据业务（室外基站覆盖室内用户，可软切换）的上行链路预算如表所示参数数值a移动台平均发射功率（dBm）24.00b人体损耗（dB）0.00c移动台天线增益（dB）2.00d等效全向辐射功率（dBm）a-b+c=26.00e热噪声密度（dBm/Hz）-174.00f接收机噪声系数（dB）5.00g接收机噪声密度（dBm/Hz）e+f= - 169.00h接收

27、机噪声功率（dBm）G+10lg(384000) =- 103.16i干扰储备（dB）3.00j接收机干扰功率（dBm）-103.18k总噪声+干扰密度（dBm）-100.20l处理增益（dB）10lg(3840/144)=14.30m所需Eb/No1.50n接收机灵敏度（dBm）m-l+k= - 113.00o基站天线增益（dB）18.00P基站电缆损耗（dB）2.00q快衰洛储备（dB）4.00r取大路径损耗（dB）d-n+c-p-q=115.00s覆盖概率（）80t对数正态阴影（dB）12.00u传输模型指数3.52v对数正态衰落储备（dB）4.20w软切换增益（dB ）2.00x室内损

28、耗（dB）15.00y小区内容许传播损耗（dB）r-v+w-x=133.80z小区最大半径（Km ）0.79六、用规划软件进行传播及覆盖评估完成上述理论计算之后，可用3G规划软件对规划的效果进行预测，可预 测覆盖效果、软切换区域和导频干扰等。目前，已有许多相关规划软件可供 选用，如TRAN （爱立信）、iPlanner （北电网络）、SATURN （摩托罗拉）、 NetAct （诺基亚）、ASSET（ Aircom ）和 DBPLANNER （马可尼）等。上述 例子只是基于理论的计算，要得到详细接近实际网络的结果，必须通过规划 软件进行规划。当然，在此之前还必须进行传播模型校准等方面的工作。七

29、、系统仿真研究由于系统的容量和覆盖与实际用户的分布及用户行为关系密切，所以在 完成无线网络规划后，还应采用仿真软件对上述规划结果进行仿真，研究实 际网络的运行情况，如进行Monte Carlo分析等（根据业务分布情况，随机产 生一组同时接入网络的UE序列，并依次接入网络，模拟网络的功率调整过程， 稳定后分析网络情况；此过程进行多次后，对结果进行统计处理，求得统计 平均值）。需要分析的主要内容包括：Ec/lo、软切换区、导频污染和，Eb/No 等。八、WCDMA与GSM无线网络规划的区别容量与覆盖的相关性（呼吸效应）由于WCDMA采用CDMA技术，覆盖范围与负荷有关。当扇区负荷大， 扇区覆盖范围

30、变小；当扇区负荷小，扇区覆盖范围变大，即所谓的呼吸效应。 因此，在作链路预算时应充分考虑扇区负荷问题，避免扇区负荷增大后覆盖 范围无法连续的情况。而GSM基站的覆盖范围是固定的。在 WCDMA网络规 划中，扇区负荷n曾大所导致干扰I增加的关系为I=1og1/（1- n。由于干扰增 加，链路预算的最大允许损耗减小，导致覆盖范围变小，反之亦然。覆盖与基站功率的关系在GSM网络中，基站每载波的下行功率设定后，覆盖范围也就确定；在 WCDMA网络规划中，下行功率被用户共享，因此其覆盖范围可变。电路型业务与数据型业务的不同在GSM网络规划时，所考虑的业务均为电路型业务，只需考虑呼损率问 题；而WCDMA网络引入分组数据业务，还需考虑数据业务的时延、BLER、QoS等问题，而且规划时必须考虑其重发开销（一般取 10%）和数据业务的 信令开销（一般取 10%）。此外，对不同速率的数据业务，系统的接收灵敏 度也不同，从而引起链路预算的变化，而在 GSM规划中，接收机的灵敏度是 固定的，基站的覆盖范围也是固定的。具有软切换功能在规划 WCDMA 网络时，需考虑软切换对系统的影响。由于软切换带来 硬件的额外开销，基站一般应多预留 30%的信道单元。另外，由于引入软切 换，可对抗阴影衰落，