WCDMA網絡的規(guī)劃及優(yōu)化畢業(yè)設計論文

WCDMA 網絡的規(guī)劃及優(yōu)化 1 第一章 緒論 1 1 1 引言 4 1 2 移動通信的發(fā)展過程 4 1 2 1 第一代移動通信 4 1 2 2 第二代移動通信 5 1 2 3 第三代移動通信 5 1 2 4 第四代移動通信 6 1 3 本文研究內容 6 第二章 WCDMA 的關鍵技術與網絡規(guī)劃及優(yōu)化的意義 7 2 1 WCDMA 的關鍵技術 7 2 1 1 多用戶檢測 7 2 1 2 RAKE 接收機 8 2 1 3 分集接收原理 9 2 1 4 HDR（ High Data Rate）高速數(shù)據(jù)傳輸 10 2 1 5 多載波設計 10 2 1 6 智能天線 11 2 2 3G 無線網絡規(guī)劃的迫切性與面臨的挑戰(zhàn) 12 2 2 1 3G 網絡規(guī)劃和優(yōu)化的迫切性 12 2 2 2 WCDMA 與 GSM 網絡規(guī)劃比較 13 2 3 網絡優(yōu)化的意義 18 第三章 WCDMA 的網絡規(guī)劃和優(yōu)化的流程 19 3 1 總體規(guī)劃的步驟 19 3 2 工程中網絡的規(guī)劃具體內容和步驟 19 3 2 1 信息收集 21 3 2 2 無線網絡估算 22 3 2 3 地圖輔助規(guī)劃及初始站點選擇 23 3 2 4 基站初期勘測 24 3 2 5 系統(tǒng)仿真 24 3 2 6 無線網絡預規(guī)劃 25 3 2 7 基站詳細勘測 25 3 2 8 小區(qū)參數(shù)設計仿真與報告完成 26 3 3 WCDMA 無線網絡優(yōu) 化手段 26 3 3 1 天線高度問題 28 3 3 2 天線方位角問題 29 3 3 3 天線下傾角問題 29 3 3 4 優(yōu)化鄰區(qū)列表問題 29 3 3 5 切換參數(shù)、呼叫參數(shù)、功率參數(shù)的調整 29 3 4 網規(guī)對網優(yōu)的影響 30 第四章 工程實例分析 31 4 1 站點的初選 31 4 2 基站勘測分析 32 4 3 電磁場背景測試 33 4 3 1 測試系統(tǒng)與測試方法 33 4 3 2 測試參考標準 34 4 3 3 測試 數(shù)據(jù)與分析 36 4 3 4 分析小結 43 結論 44 福 州大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 2 謝 辭 45 參考文獻 46 中文摘要 本文從移動通信的發(fā)展歷史出發(fā)，簡要地介紹了從第一代至第四代移動通信的各自技術特點以及它們各自所能承擔的業(yè)務特征。然后重點分析了 WCDMA的關鍵技術，以及如何利用關鍵技術解決 WCDMA網絡規(guī)劃和優(yōu)化中可能遇到的問題。 闡述 了 WCDMA在網絡規(guī)劃和優(yōu)化方面與 GSM/GPRS網絡的區(qū)別，以及 WCDMA網絡規(guī)劃和優(yōu)化面臨的挑戰(zhàn)。 接著重點分析了WCDMA網絡的規(guī)劃及優(yōu)化的工程流 程和注意事項，闡述了 WCDMA網絡的總體規(guī)劃步驟，分析了 WCDMA網絡規(guī)劃的目的、意義、要求。分析了 WCDMA網絡的規(guī)劃分為三個部分，分別為核心網規(guī)劃、傳輸網規(guī)劃、無線網規(guī)劃，指出由于 無線接入網絡的投資占據(jù)整個移動通信網絡投資的 70%以上，故 在 WCDMA網絡規(guī)劃中重點應放在無線網絡的規(guī)劃上。在對無線網絡的規(guī)劃及優(yōu)化的流程做了各自分析后，總結網絡規(guī)劃和優(yōu)化之間的關系，闡明了 無線網絡優(yōu)化是網絡規(guī)劃工作的自然延續(xù) ，是一個不斷循環(huán)的持續(xù)性工作。再次，文章分析了一個WCDMA實驗網絡的規(guī)劃及優(yōu)化工程實例，重點分析了該 例子中的站址選擇、基站勘測、電磁環(huán)境測試等內容。 文章指出，由于網絡的規(guī)劃與優(yōu)化，特別是優(yōu)化是一個長期的工作，因此工程經驗對工作有著非常重要的指導作用 。相比于我國的 WCDMA網絡處于實驗狀態(tài)中，歐洲的 WCDMA網絡擁有多年的使用與成長經歷，因此我們應多加學習可以收集到的歐洲的組網案例，總結他人的經驗，指導自己的工作。 關鍵詞： WCDMA，網絡規(guī)劃，網絡優(yōu)化 WCDMA 網絡的規(guī)劃及優(yōu)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 州大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 4 第一章 緒論 1 1 引言 隨著 3G 通信技術的發(fā)展，網絡規(guī)劃和優(yōu)化工作越來越重要。對于未來的 WCDMA 網絡運營商而言，如何經濟有效地建設一個 WCDMA網絡，保證網絡建設的高性價比是 他們 所關心的問題。 目前，公眾對 WCDMA的網絡規(guī)劃及優(yōu)化產生了極大興趣。第三代移動通信網絡的建設正方興未艾，這一全新的移動通信技術與傳統(tǒng)的 GSM網絡規(guī)劃有著本質的不同。在全球范圍內，人們正緊鑼密鼓地開發(fā)和研制新的規(guī)劃工具和計算方法，設計新的工作流程。而且，各大網絡規(guī)劃軟件公司已經著手開發(fā)和研制針對這種新網絡綜合業(yè)務的有效算法。 WCDMA網絡必須同時滿足各種不同業(yè) 務的需求，所以網絡規(guī)劃工程師要綜合考慮各種業(yè)務。同時， 現(xiàn)在的無線環(huán)境是一個 GSM 、 CDMA, PHS多網共存的環(huán)境，同樣， WCDMA網絡也不會是一個孤立的系統(tǒng)，它必須不僅要與現(xiàn)有網絡共存，而且還要和其他的 3G網絡共存。未來多種網絡系統(tǒng) (GSM/GPRS, WCDMA、 CDMA2000, TD-WCDMA, PHS, WLAN等等 )共存的復雜環(huán)境所帶來的系統(tǒng)間干擾，系統(tǒng)間切換和與 GSM共站，將是對網絡規(guī)劃和優(yōu)化工作的極大挑戰(zhàn) 1。 由于 WCDMA要提供可變速率的多業(yè)務能力，又要考慮網絡的兼容性和可擴展性， 故和GSM相比，其網絡復雜程度大為增加。特別是在無線接口方面，業(yè)務的不同對空中接口提出了許多新的要求。因此，參考了文獻 2可知，為了更好地管理和使用網絡， WCDMA系統(tǒng)引入了許多新的技術及特性，這些都和 GSM大不相同，使得在 WCDMA網絡規(guī)劃中要考慮更多、更復雜的問題，例如導頻污染、軟切換增益、容量和覆蓋的迭代預測等。所以， WCDMA網絡的規(guī)劃和優(yōu)化工作面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。 但是隨著技術的發(fā)展，不僅 WCDMA技術本身在不停地被完善， WCDMA網絡在實際運行中存在的難題也在不斷被攻克。歐洲許多國家，還有日 本和中國的香港， WCDMA網絡己經開始運行，同時在網絡規(guī)劃和優(yōu)化方面的經驗也逐步積累豐富起來。作為 GSM 網絡的延伸，WCDMA必將會走向成熟。通過學習他人的網規(guī)網優(yōu)的經驗，我國的 WCDMA的網規(guī)網優(yōu)的工作必能更上一層樓，顯然有利于將來為我國建設一個優(yōu)良的 WCDMA商用網絡。 1 2 移動通信的發(fā)展過程 1 2 1 第一代移動通信 第一代移動通信系統(tǒng)是模擬制式的蜂窩移動通信系統(tǒng)，典型代表是美國的 AMPS 系統(tǒng)（先進移動電話系統(tǒng)）和后來的改進型系統(tǒng) TACS(總接入通信系統(tǒng) )等。這一階段最重要的突破是貝爾實驗室在 七十年代提出的蜂窩網的概念。蜂窩網，即小區(qū)制，由于實現(xiàn)了頻率 WCDMA 網絡的規(guī)劃及優(yōu)化 5 復用大大提高了系統(tǒng)容量。 第一代移動通信系統(tǒng)的主要特點是采用頻分復用（ FDMA）模擬制式，語音信號為模擬調制，每隔 30kHz/25kHz 一個模擬用戶信道。第一代系統(tǒng)在商業(yè)上取得了巨大的成功，但是其弊端也日漸顯露出來： (1) 頻譜利用率低； (2) 業(yè)務種類有限； (3) 無高速數(shù)據(jù)業(yè)務； (4) 保密性差，易被竊聽和盜號； (5) 設備成本高； (6) 體積大，重量大 3。 1 2 2 第二代移動通信 第二代移動通信系統(tǒng)是數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng) , 典型代表是美國的 DAMPS系統(tǒng)、 IS-95和歐洲的 GSM 系統(tǒng) , 時間是從八十年代中期開始 . 數(shù)字移動通信網相對于模擬移動通信網，提高了頻譜利用率，支持多種業(yè)務服務，并與 ISDN 等兼容。第二代移動通信系統(tǒng)以傳輸話音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務為目的，因此又稱為窄帶數(shù)字通信系統(tǒng)。第二代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的特點是 :標準體制較為完善，技術相對成熟，不足之處是相對于模擬系統(tǒng)其容量增加不多，僅僅為模擬系統(tǒng)的兩倍左右，無法和模擬系統(tǒng)兼容 3。 1 2 3 第三代移動通信 第三代移動通信系統(tǒng)是一種能提供多種類型、高質量的多媒體業(yè)務 ，能實現(xiàn)全球無縫覆蓋，具有全球漫游能力，與固定網絡相兼容，并以小型便攜式終端在任何時候、任何地點進行任何種類的通信系統(tǒng)。 第三代移動通信系統(tǒng)最早由國際電信聯(lián)盟（ ITU） 于 1985 年提出，當時稱為未來公眾陸地移動通信系統(tǒng)（ FPLMTS， Future Public Land Mobile Telecommunication System），1996年更名為 IMT-2000（ International Mobile Telecommunication-2000，國際移動通信 -2000）。主要體制有 WCDMA、 cdma2000 和 UWC-136。第三代移動通信系統(tǒng)的目標可以概括為 : (1) 能實現(xiàn)全球漫游：用戶可以在整個系統(tǒng)甚至全球范圍內漫游，且可以在不同速率、不同運動狀態(tài)下獲得有質量保證的服務； (2) 能提供多種業(yè)務：提供話音、可變速率的數(shù)據(jù)、活動視頻會話等業(yè)務，特別是多媒體業(yè)務； (3) 能適應多種環(huán)境：可以綜合現(xiàn)有的公眾電話交換網（ PSTN）、綜合業(yè)務數(shù)字網、無繩系統(tǒng)、地面移動通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)，來提供無縫隙的覆蓋。 (4) 足夠的系統(tǒng)容量：強大的多種用戶管理能力，高保密性能和高質量的服務。 福 州大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 6 為實現(xiàn)上述目 標，對其無線傳輸技 術（ RTT： Radio TransmissionTechnology）提出了以下要求： (1) 高速傳輸以支持多媒體業(yè)務： 室內環(huán)境至少 2Mbit/s， 室內外步行環(huán)境至少 384kbit/s， 室外車輛運動中至少 144kbit/s， 衛(wèi)星移動環(huán)境至少 9.6kbit/s； (2) 傳輸速率能夠按需分配； (3) 上下行鏈路能適應不對稱需求 4。 1999年 11月 5日，國際電聯(lián) ITU-R TG8/1 第 18次會議通過了“ IMT-2000無線接口技術規(guī)范”建議，其中我國提出的 TD-SCDMA技術 寫在了第三代無線接口規(guī)范建議的 IMT-2000 CDMA TDD部分中。至此， 3G的主要標準為： WCDMA， cdma-2000， TD-SCDMA?！?IMT-2000無線接口技術規(guī)范”建議的通過表明 TG8/1制定第三代移動通信系統(tǒng)無線接口技術規(guī)范方面的工作已經基本完成，第三代移動通信系統(tǒng)開發(fā)和應用將進入實質階段。 基于歐洲在 GSM網絡方面的先天優(yōu)勢，因此 WCDMA 作為易于從 GSM/GPRS 網絡升級的一種技術標準而在歐洲被廣泛接受。如英國、西班牙、芬蘭、挪威、德國、盧森堡、克羅地亞等許多國家都已經開通或正在試運行 3G 網絡，并且他們都采用了 WCDMA/UMTS技術。 1 2 4 第四代移動通信 而基于全 IP 技術的第四代移動通信也正在成為全球熱門研究方向。 4G 系統(tǒng)能夠以100Mbps 的速度下載，比目前的撥號上網快 2000 倍，上傳的速度也能達到 20Mbps，并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務的要求。而在用戶最為關注的價格方面， 4G與固定寬帶網絡在價格方面不相上下，而且計費方式更加靈活機動，用戶完全可以根據(jù)自身的需求確定所需的服務。此外， 4G可以在 DSL和有線電視調制解調器沒有覆蓋的地方部署，然后再擴展到整個地區(qū)。很明顯， 4G 有著不可比擬的優(yōu)越性。甚至有人宣稱，我們應該跨過 3G而直接進入 4G。 不過我國 3G網絡的建設已基本明朗化了。因此我們不在闡述 4G的內容。 1 3 本文研究內容 本文的出發(fā)點是利用 WCDMA網絡規(guī)劃及優(yōu)化的技術進行指導實際的工程設計。 由于無線移動通信無論是從市場的角度還是技術的發(fā)展過程來看，都是既有非常明顯的承接特性，因此本文從移動通信的發(fā)展史入手，簡要分析了無線通信各個階段的性能及所能提供的業(yè)務能力。然后介紹了 WCDMA網絡 的關鍵技術，分析了 WCDMA 網絡和 GSM網絡在規(guī)劃和優(yōu)化上的不同點，以及在對 WCDMA網絡規(guī)劃及優(yōu)化的過程和方法的闡述后，分析了在 WCDMA網絡規(guī)劃有可能對網絡優(yōu)化工作造成影響的幾個因素。文章的最后將結合具體的項目進行 WCDMA網絡規(guī)劃及優(yōu)化的實踐分析。 WCDMA 網絡的規(guī)劃及優(yōu)化 7 第二章 WCDMA 的關鍵技術與網絡規(guī)劃及優(yōu)化的意義 2 1 WCDMA 的關鍵技術 2 1 1 多用戶檢測 （ 1） 多用戶檢測引入的必要性 在蜂窩移動碼分多址通信中，干擾大致分為三種類型：加性白噪聲、多徑干擾、多址干擾（ MAI）。 當小區(qū)同時使用的用戶數(shù)較多時，多址干擾是最主要的干擾 5。 多用戶檢測是第三代移動通信系統(tǒng)中寬帶 CDMA 通信系統(tǒng) 抗干擾的關鍵技術。傳統(tǒng)的檢測技術完全按照經典直接序列擴頻理論對每個用戶的信號分別進行擴頻碼匹配處理，因而抗多址干擾能力較差；多用戶檢測技術在傳統(tǒng)檢測技術的基礎上，充分利用造成多址干擾的所有用戶信號信息對多個用戶做聯(lián)合檢測或從接收信號中減掉相互間干擾的方法，有效地消除 MAI 的影響，從而具有優(yōu)良的抗干擾性能。在理想情況下，應用多用戶檢測技術，系統(tǒng)的性能將接近單用戶時的性能。這顯然可以簡化用戶的功率控制，降低系統(tǒng)對功率控制精度的要求。并且由于 MAI 的消除，用戶在較小的信噪比下就可達到可靠的性能，單用戶信噪比的降低 可以直接轉化為系統(tǒng)容量的增加，因此可以更加有效地利用鏈路頻譜資源，顯著提高系統(tǒng)容量。 如圖 2-1所示，以兩用戶的情況為例，在信道和擴頻碼字完全正交的情況下，兩個 BPSK用戶 S1和 S2的星座圖是左邊的情況。而經過非正交信道和非正交的擴頻碼字后的星座圖是右邊的情況。此時多用戶檢測的作用，就是去除兩個用戶信號間的相互干擾。他們分別向坐標線 S1和 S2投影，得到去除第二用戶干擾后的信號向量。此時，通過多用戶檢測算法，判決的分界線也重新定義了。在這種新的分界線上，顯然可以到達更好的判決效果 6。 圖 2-1 多用戶 檢測的效果 福 州大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 8 （ 2） 多用戶檢測器的主要優(yōu)點 是消除或減弱多址干擾的有效手段； 是消除或減弱多徑干擾的有效手段； 是消除或減弱遠近效應的有效手段； 簡化功率控制，降低功率控制精度； 彌補正交擴頻碼互相關性步理想所帶來的消極影響； 改善系統(tǒng)性能，提供系統(tǒng)容量，增大小區(qū)覆蓋面積。 （ 3）多用戶檢測器的主要缺點 大大增加系統(tǒng)設備的復雜度； 增加系統(tǒng)時延，特別是當采用自適應算法并對于擴頻碼較長的系統(tǒng)更是如此； 多用戶檢測一般需要知道用戶擴頻碼的主要特征參量，這對于實際的多徑時變信道則不是一件容易的事，它需要通過不停的信道估計 來實現(xiàn)，而且估值的精度將直接影響多用戶檢測器的性能。 2 1 2 RAKE 接收機 在 CDMA擴頻系統(tǒng)中，信道帶寬遠遠大于信道平坦衰落帶寬。不同于傳統(tǒng)的調制技術需要用均衡算法來消除相鄰符號間的碼間干擾， CDMA擴頻碼在選擇時就要求它有很好的自相關特性。這樣，在無線信道中出現(xiàn)的時延擴展就可以被看作只是被傳信號的再次傳送。如果這些多徑信號相互間的時延超過了一個碼片的長度，那么它們將被 CDMA接收機看作是非相關的噪聲，而不再需要均衡了 7。 由于在多徑信號中含有可以利用的信息，所以 CDMA 接收機可以通過合并多徑信 號來改善接收信號的信噪比。其實 RAKE接收機通過多個相關檢測器接收多徑信號的各路信號，并把它們合并在一起 8。 圖 2-2所示為一個有三個峰值的 RAKE接收機，它是專為 CDMA系統(tǒng)設計的經典的分集接收器，其理論基礎如上段所述：當傳播時延超過一個碼片周期時，多徑信號實際上可被看作是互不相關的。 WCDMA 網絡的規(guī)劃及優(yōu)化 9 圖 2-2 RAKE 接收機框圖 對于多個接收機天線分集接收而言， RAKE 接收機既可以接收來自同一天線的多徑，也可以接收來自不同天線的多徑?？梢园咽褂枚鄠€接收天線接收的信號當作從一個單一的天線中收到的多徑信號：只要給天 線另外加上 RAKE 指峰，這樣就可以接收和利用來自多徑和多天線的全部能量 7。 RAKE分集接收與多個接收機天線分集接收，兩種分集并沒有本質的不同。但是在實現(xiàn)上由于多個天線的數(shù)據(jù)要進行分路的控制處理，增加了基帶處理的復雜度。 2 1 3 分集接收原理 無線信道是隨機時變信道，其中的衰落特性會降低系統(tǒng)的性能。為了對抗衰落，可以采用多址措施，如信道編碼技術和擴頻技術等。分集接收技術是明顯有效而且經濟的抗衰落技術。 無線信道中接收的信號是到達接收機的多徑分量的合成。分集就是指在接收端同時獲得幾個不同路徑的信號，將 這些信號適當合并成總的接收信號，就能夠大大減少衰落的影響。 互相獨立或者基本獨立的一些接收信號，一般可以利用不同路徑或者不同頻率、不同角度、不同極化等接收手段來獲取 9。 （ 1） 空間分集：在接收或者發(fā)射端假設幾幅天線，各天線的位置間要求有足夠的間 福 州大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 10 距（一般在 10個信號波長以上），以保證各天線上發(fā)射或者獲得的 信號基本信號獨立。 （ 2） 頻率分集：用多個不同的載頻傳送同樣的信息，如果各載頻的頻差間隔比較遠， 其頻差超過信道相關帶寬，則各載波傳輸?shù)男盘栆蚕嗷ゲ幌嚓P。 （ 3） 角度分集：利用天線波束指向不同使信號不相關的原理構成的一種分集方法。 例如，在微波面天線上設置若干各照射器，產生相關性很小的幾 個波束。 （ 4） 極化分集：分別接收水平和垂直極化波形成的分集方法。 （ 5） 其他分集：其他的分集方法還有時間分集，是利用不同時間上傳播的信號的不 相關性進行合并。分集方法相互不是排斥的，實際使用中可以組合。 總的來 說，采用分集接收方法對無線信號接收效果的改善非常明顯，在我們的設計工作中，有效地利用分集技術可以極大地提高系統(tǒng)抗無線信道衰落的性能。 2 1 4 HDR（ High Data Rate）高速數(shù)據(jù)傳輸 在現(xiàn)有的幾種數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中，無論對于話音還是數(shù)據(jù)業(yè)務，采用的多是 2或 4電平的調整方案。對于低速率的話音業(yè)務而言，這種調制方式是可以滿足要求的。第三代系統(tǒng)將為移動用戶提供網絡和多媒體業(yè)務，因此對于數(shù)據(jù)量越來越大而對實時性要求較低的數(shù)據(jù)業(yè)務而言，如何充分利用信道資源，盡可能的提高頻帶效率就成了移動通信系統(tǒng)設計中一個重 要的課題。 目前， HDR 的研究主要集中在三個方面：一種是基于自適應調制的 HDR 方案；一種是基于反饋重傳（ ARQ）的 HDR 方案；一種是上述兩種方案與其他技術的結合，這些技術包括 VSF、 OFDM、 MUD 等。由于在第三代移動通信系統(tǒng)中，對于多媒體等數(shù)據(jù)業(yè)務的要求越來越高，因此對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)業(yè)務傳輸效率和可靠性都提出了更高的要求。因此， HDR 作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾鉀Q方案之一將受到高度的重視。 2 1 5 多載波設計 在頻率資源允許的情況下，可以通過增加載頻提高系統(tǒng)容量。 WCDMA 支持多載波技術，支持有效的頻率間切換，并 且兩個載波之間可以平衡負載，增大每個站點的容量，這是提高網絡容量最有效的方法，并且對網絡的影響很小。從現(xiàn)有技術上看，幾個載波之間共享一個功率放大器也是可能的。兩個載波共享一個功率放大器是功率放大器最有效的使用方法，因為負載可以在兩個載波之間進行劃分。 在多載頻設計時要注意的的幾個問題是： （ 1） 要優(yōu)化硬切換以減少掉話的危險； （ 2） 避免多載波基站孤立，應在一群小區(qū)中實施多載波以減少硬切換； （ 3） 避免使高話務小區(qū)成為硬切換發(fā)生的邊界小區(qū)； WCDMA 網絡的規(guī)劃及優(yōu)化 11 （ 4） 載波之間的負載均衡問題。 考慮到上述問題，在引入第二載波時最好能夠使其在一定范圍內形成 連續(xù)覆蓋，并通過 RRM算法的合理設置減少硬切換，實現(xiàn)載波間的負載均衡。 2 1 6 智能天線 在數(shù)字移動通信系統(tǒng)中三種基本的多址接入方式：頻分多址（ FDMA）、時分多址（ TDMA）和碼分多址（ CDMA），它們分別在頻域、時域和碼域上實現(xiàn)用戶的多址接入，而空域的資源尚未得到充分利用。智能天線正是開發(fā)空域資源，解決目前頻譜資源匱乏、無線系統(tǒng)容量不足的有效途徑。 （ 1） 智能天線原理 智能天線采用空分復用（ SDMA）方式，利用信號在傳播路徑方向上的差別，將時延擴散、瑞利衰落、多徑、信道干擾的影響降低，將同頻率、同時隙信 號區(qū)別開來，和其他復用技術結合，最大限度地有效利用頻譜資源。 基站智能天線是一種有多個天線單元組成的陣列天線，通過調節(jié)各單元信號的加權幅度和相位，改變陣列的方向圖，從而抑制干擾，提高信噪比，它可以自動測出用戶方向，將波束指向用戶，實現(xiàn)波束跟用戶走。 （ 2） 智能天線的幾種形式 根據(jù)其工作方式可將智能天線系統(tǒng)劃分為兩類：預多波束或切換波束（ switched beam）系統(tǒng)和自適應陣列（ adaptive array）系統(tǒng)。 （ 3） 智能天線的作用 使用智能天線可以帶來如下好處： 高速率用戶帶來很大的干擾，動態(tài)調整的智能天線陣 列的波束跟蹤高速率用戶，起到空間隔離、消除干擾的作用；動態(tài)調整的智能天線陣列的性能優(yōu)于固定的多波束天線 增加系統(tǒng)容量； 增加覆蓋范圍，改善建筑物中和高速運動時的信號接收質量； 提高信號接收質量，降低掉話率，提高語音質量； 減少發(fā)射功率，延長移動臺電池壽命； 提高系統(tǒng)設計時的靈活性。 （ 4） 智能天線在 3G 中的應用 智能天線對抑制干擾有明顯的作用， 3G 標準指出智能天線應用要求，改善網絡容量和性能，技術上考慮“聚集波束”，“自適應波束形成”以及“波束切換”。 引入智能天線后對移動通信系統(tǒng)的影響主要包括兩個方面：一是，當 智能天線引入已經在使用的移動通信系統(tǒng)時，對原來系統(tǒng)的改造要盡可能的少，盡可能的多使用軟件方法解決，特別是不要引入新的信令負擔；其二，當以智能天線為中心設計移動通信系統(tǒng)時，福 州大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 12 要注意周邊技術的選擇，研究發(fā)現(xiàn) CDMA 和 TDD 是智能天線的理想伙伴， CDMA 使得信道資源的配置和用戶的管理容易實現(xiàn)，而 TDD 由于上下行鏈路的對稱行使得智能天線工作簡單。 3G 中對智能天線的應用是靈活的，可以有多種選擇，波束切換智能天線是初始階段的選擇。對于網絡規(guī)劃而言，選用智能天線，相對不用智能天線，減少網絡外部引入干擾（同頻干擾，鄰頻干擾 和其他系統(tǒng)干擾），也減少網絡自身干擾，提高網絡的容量，智能天線對網絡干擾改善的數(shù)據(jù)量級取決于波束的數(shù)量。 現(xiàn)有的商用或國內的實驗 WCDMA網絡大部分為 FDD系統(tǒng)，且在這些系統(tǒng)中可以說幾乎沒有涉及到智能天線的應用。就如前面所說的，智能天線主要應用于 CDMA 及 TD-SCDMA（含WCDMA-TDD）中。不過智能天線是將來解決 WCDMA 可能遇到的問題（如容量的提高，頻率的高效利用等）的有效技術。智能天線是一門高深與復雜的技術，是值得單獨深入研究的，但時間及篇幅有限，本文不再深入討論。 2 2 3G 無線網絡規(guī)劃的 迫切性與面臨的挑戰(zhàn) 2 2 1 3G 網絡規(guī)劃和優(yōu)化的迫切性 隨著國際上 3G商用網絡推出的增多，以及中國 3G執(zhí)照發(fā)行的臨近， 3G網絡規(guī)劃已經被越來越多的中國移動通信運營商提到議事日程上來。因為前期網絡規(guī)劃在很大程度上決定了網絡的結構，對網絡投資以及質量起著決定性作用，是將來網絡發(fā)展的基礎，而第三代移動通信網絡的規(guī)劃和優(yōu)化與 GSM有很大的不同，故越來越多的人開始關心 3G網絡的規(guī)劃與設計。 眾所周知， GSM 由于其優(yōu)越的開放標準和良好的兼容性，已經成為第二代移動通信的主要標準并吸收了超過全球 70%的移動用戶，尤 其從去年以來，在全球新增用戶中，有超過 80%用戶選擇了 GSM。隨著數(shù)據(jù)業(yè)務的普及互聯(lián)網的發(fā)展，移動用戶對業(yè)務種類的多樣性、數(shù)據(jù)傳輸速率的要求也相應提高，第三代移動通信標準應運而生 10。作為第三代移動通信標準之一的 WCDMA由于其良好的兼容性及可發(fā)展性，是目前 GSM網絡的自然演進。其所提供的可變速率、多業(yè)務能力，為運營商提供了堅實的技術平臺以及廣闊的市場空間，但同時也為網絡規(guī)劃及優(yōu)化帶來了很大的挑戰(zhàn)。 由于 WCDMA要提供可變速率的多業(yè)務能力，又要考慮網絡的兼容性和可擴展性，故和GSM相比，其網絡復雜程度 大為增加。特別是在無線接口方面，業(yè)務的不同對空中接口提出了許多新的要求。因此，為了更好地管理和使用網絡， WCDMA系統(tǒng)引入了許多新的技術及特性，這些都和 GSM大不相同，使得在 WCDMA網絡規(guī)劃中要考慮更多、更復雜的問題，例如導頻污染、軟切換增益、容量和覆蓋的迭代預測等。所以 WCDMA的網絡規(guī)劃及優(yōu)化與 GSM有很大的不同。 WCDMA 網絡的規(guī)劃及優(yōu)化 13 2 2 2 WCDMA 與 GSM 網絡規(guī)劃比較 2 2 2 1 GSM 網絡規(guī)劃 GSM 主要采用時分 /頻分多址的無線接入方式，它的無線網絡規(guī)劃一般可以分為兩步。規(guī)劃的第一步主要是無線 路徑衰耗的預測，以便保證所需業(yè)務區(qū)域的無線覆蓋。通常只對下行鏈路進行計算，因為 GSM技術不考慮上行鏈路的情況。第二步是由網絡規(guī)劃工程師分析所需的小區(qū)容量，根據(jù)計算得到的小區(qū)搜蓋面積，就可借助電子地圖估算各個小區(qū)的業(yè)務量，再通過話務量模型 (如 Erlang-B或 Erlang-C)估算出所需的信道數(shù)目，從而進行頻率規(guī)化，就是給基站分配頻率，要做到相同的頻率只能在具有足夠間距的小區(qū)內重復使用，以免產生干擾。通常在對 GSM 系統(tǒng)的無線規(guī)劃中，主要考慮的是話音業(yè)務和少量的數(shù)據(jù)業(yè)務 (例如 SMS業(yè)務 )，這樣對于給定信道數(shù)量 ，小區(qū)的容量是一個常數(shù)。因此在 GSM的無線規(guī)劃中，覆蓋和容量的規(guī)劃可以分別獨立地進行。 如果將來網絡必須擴容，網絡規(guī)劃工程師只需給相應的小區(qū)分配新的信道。只要在總體頻率規(guī)劃中還有合適的頻率，并且擴容量不超出基站的最大容量，就沒有必要對網絡作其它改動。否則就必須增加新的基站或扇區(qū)，還要重新進行頻率計算和信道分配。 2 2 2 2 WCDMA 網絡規(guī)劃 WCDMA系統(tǒng)作為第三代無線網絡的主要標準之一，將高速移動接入和基于互聯(lián)網協(xié)議的服務結合起來；在提高無線頻率利用效率的同時，為用戶提供內容更豐富的無線通信服務 ，能提供比 GSM質量高的語音服務，同時具有高速率業(yè)務與很好的頻譜利用率和非常強的移動能力 (軟切換和更軟切換 )。同時，由于 3G網絡的綜合數(shù)據(jù)業(yè)務的特點，對網絡設計提出了更高的要求。 WCDMA的多址接入方式為 CDMA，即碼分多址接入方式，它是在擴頻通信技術上發(fā)展起來的一種移動通信多址接入技術。原理是基于擴頻技術，將需傳送的具有一定信號帶寬的信息數(shù)據(jù)，用一個帶寬遠大于信息帶寬的高速偽隨機碼進行調制，使原數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴展，再經載波調制并發(fā)送出去；利用不同偽隨機碼序列之間的自相關特性和互相關特性，接收端作相關處理 ，把寬帶信號還原成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號即解擴。不同用戶分配不同的擴頻碼作為區(qū)分標志，達到在同載頻內多用戶互不干擾且同時通信的目的。由于 CDMA接入方式具有很好的抗干擾能力，它的各個小區(qū)使用相同的載頻，頻率復用為 1。由于 WCDMA系統(tǒng)是基于 CDMA接入方式的網絡，其技術特點更接近 CDMA， 因而與 GSM 存在諸多不同。下面將詳細介紹 WCDMA 無線網絡規(guī)劃過程中所面臨的，一些不同于 GSM的關鍵性問題。 （ 1） 干擾受限的特點 WCDMA和 GSM最大的不同是具有干擾受限的特點，也就是說干擾的大小決定了系統(tǒng)的容量。 在 WCDMA中，無線頻率的復用因子為 1，同一頻率被分配在所有小區(qū)中，所有用戶在同一時間工作在相同的頻率信道中，這導致每個用戶都產生了同頻干擾。所以說， WCDMA是福 州大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 14 一個干擾受限的系統(tǒng)。 正是因為 WCDMA的重要特點是自干擾性，而且相鄰小區(qū)都使用相同的載頻，任一個周圍的小區(qū)對該小區(qū)都是干擾源，因此不但 WCDMA各小區(qū)之間存在相互干擾，同小區(qū)內不同用戶之間也會相互干擾。除此以外，影響干擾強弱的因素很多，比如干擾源的多少 ， 干擾源到接收機路徑上的地形、地物 ， 干擾源到接收機的距離 ， 干擾源的移動速度 ， 干擾源的發(fā)射功率大小 ， 干擾源的位置高低等。這樣紛繁復雜的情況是無法通過數(shù)學建模方法來準確分析的，只能通過無線網絡優(yōu)化 如 路測等手段分析解決。 （ 2）“ 呼吸效應” 對于 WCDMA網絡，小區(qū)中用戶數(shù)、用戶數(shù)據(jù)速率和話音激活因子會影響用戶終端在通信過程所需的功率大小，這也就意味著基站覆蓋的有效范圍 小區(qū)大小是隨著小區(qū)中激活的用戶數(shù) N、用戶數(shù)據(jù)速率 Rb、激活因子 a在不斷變化的。所以， WCDMA 網絡規(guī)劃工程師面對的是一個動態(tài)變化的網絡。這種小區(qū)面積動態(tài)變化的效應稱為“呼吸效應”?！昂粑笔?WCDMA中的一個重要特征。所以，容量和覆 蓋規(guī)劃在 WCDMA中不再是兩個分開的任務，而是很大程度上交織在一起，需要平衡后綜合考慮。用于小區(qū)呼吸的鏈路預算的余量值被稱作干擾余量。在預規(guī)劃階段，網絡的覆蓋計算必須基于合適的負載目標，必須考慮到網絡增長的因素來設置合理的干擾余量值 11。負載目標選擇過小將導致用戶增長時出現(xiàn)覆蓋問題，而選擇過大又會出現(xiàn)網絡投資成本過大不經濟的現(xiàn)象，因此要慎重考慮。在規(guī)劃 WCDMA網絡時，還必須考慮網絡的擴容性。網絡規(guī)劃不可能象規(guī)劃 GSM網絡那樣，簡單地給相關的小區(qū)增配頻率。網絡規(guī)劃初期就必須考慮一個確定的信號余量，在計算 小區(qū)面積時作為因業(yè)務量增多而產生干擾的“補償。這表明，從一開始，就需要用較小的小區(qū)或者更多的基站建網，這也意味著投資成本的提高。如果業(yè)務量信號余量定得太小，那就只有一條出路，即建造更多的基站，因為單一地提高發(fā)射功率并不能消除因業(yè)務量增多而引起的接受信號的惡化。發(fā)射功率的提高只能改善某一小區(qū)的接受信號，其付出的代價是增加了對所有相鄰小區(qū)的干擾，從而影響了整個網絡的通信質量。并且，提高發(fā)射功率不能無限期地擴大 WCDMA小區(qū)的有效范圍或容量。當 WCDMA網的發(fā)射功率提高一倍時，小區(qū)的容量只增加百分之十。發(fā)射功率 的提高雖然增大了小區(qū)的有效范圍，但是為滿足遠程手機用戶的需要，必須超比例地增加發(fā)射功率，這必然影響到其他手機用戶的通話質量。 （ 3）遠近效應問題 CDMA網絡的另一典型問題是所謂的遠近效應問題。因為同一小區(qū)的所有用戶分享相同的頻率，所以對整個系統(tǒng)來說，每個用戶都以最小的功率發(fā)射信號顯得極其重要。我們舉個派對的例子，房間里只要有一個人高聲叫嚷，就會妨礙所有其他在座客人的交流。在 CDMA網絡中，可以通過調整功率來解決這一問題 10。例如 WCDMA 網絡使用的是一個閉環(huán)快速功率控制電路，其工作的頻率為 1500Hz。而 GSM網絡用于調整功率的控制電路頻率為 2Hz，并且只針對上行鏈路。這種所謂的快速功率控制機制己經在 WCDMA硬件得到了實現(xiàn)。但是當某一用戶遠離基站時必須得到很大一部分發(fā)射功率，以至供給其他用戶的功率發(fā)生緊缺。 WCDMA 網絡的規(guī)劃及優(yōu)化 15 這意味著小區(qū)容量與用戶的實際分布情況有關。當用戶密度很大時，可以用統(tǒng)計平均值解決這個問題；而當用戶數(shù)量很小時，則必須通過模擬方法對網絡進行動態(tài)分析。 （ 4）上行鏈路和下行鏈路 WCDMA網絡的業(yè)務量是非對稱的，也就是說網絡上行鏈路和下行鏈路的數(shù)據(jù)傳輸量有所不同。首先必須分別計算兩個方向的值，然后把 兩者適當?shù)亟Y合起來。這樣，網絡規(guī)劃工作就會非常復雜。上行鏈路是 WCDMA 小區(qū)有效范圍一個典型的限制因素，或者說上行鏈路是受覆蓋范圍限制的 (coverage limited)；而下行鏈路是受容量限制的 (capacity limited) 1。在上行鏈路發(fā)射功率由用戶手機提供；而在下行鏈路發(fā)射功率由基站供給。因此，小區(qū)容量在上行鏈路和下行鏈路的小區(qū)半徑相等。 在已經建立的 CDMA網絡中也會出現(xiàn)前面所述的一些問題。對 WCDMA 網絡來說，其復雜程度更高。 WCDMA網絡能同時滿足對通信質量和業(yè)務量具有不同要求 的各種業(yè)務，包括簡單的話音業(yè)務和傳輸率達 2Mbit/s的分組數(shù)據(jù)業(yè)務。業(yè)務量模型在設計 CDMA系統(tǒng)過程中，移動用戶的業(yè)務行為對網絡的規(guī)劃非常重要，例如移動用戶業(yè)務負荷量的大小就直接影響網絡覆蓋的大小。閱讀了參考文獻 12可知，所以要規(guī)劃一個好的網絡，就必須建立一個符合實際情況的業(yè)務模型，尤其在設計城市熱點地區(qū)時，用戶的業(yè)務負荷非常大。 由于在我國已經有了運營第二代移動網 (如 GSM 網 )的經驗，所以從運營商那兒可以得到比較好的用戶話音業(yè)務量行為，從而可以建立一個比較好的話音業(yè)務模型。但對于數(shù)據(jù)業(yè)務，還需要經 過比較長的一段時間才能建立起比較符合實際的業(yè)務模型。 而 3G網絡可以支持像 Web瀏覽、視頻聲頻下載、視頻點播等多媒體業(yè)務，實際上， 3G網絡還必須同時滿足各種不同業(yè)務的需求。所以，網絡規(guī)劃工程師要綜合考慮各種業(yè)務。對通信質量要求不高的業(yè)務， WCDMA小區(qū)有著較大的覆蓋范圍；反之，對一些通信質量要求很高的業(yè)務，其小區(qū)覆蓋范圍就很小。這樣，網絡規(guī)劃工程師在實際工作中不可能只考慮單一的 WCDMA小區(qū)半徑，因為不同的業(yè)務對應于不同的小區(qū)半徑。如果把最小小區(qū)半徑，也就是說把通信質量要求最高的業(yè)務作為網絡規(guī)劃的標準，那么 建網成本是極其昂貴的，也是不現(xiàn)實的。未來的 WCDMA網絡規(guī)劃工程師從中級業(yè)務的小區(qū)半徑著手，這樣，小區(qū)實際有效范圍只能部分滿足高級業(yè)務的需求 4。 （ 5）不同頻率間切換和壓縮模式 當宏小區(qū)和微小區(qū)工作在同一載頻時，移動臺移動到小區(qū)邊緣的情況下可能處于軟切換狀態(tài)，即移動臺同時和兩個小區(qū)保持通信，這樣可以得到軟切換增益。如果宏小區(qū)和微小區(qū)工作在不同載頻時，移動臺就可能需要在不同頻率間切換，這樣的話就得不到軟切換增益。 在執(zhí)行頻率間切換前，移動臺必須對目標小區(qū)進行一系列的測量。由于 CDMA 的傳送是連續(xù)的，在頻率 量度上沒有空閑間隙，這就需要壓縮模式或雙重接收機作為一種解決頻率間切換的方案。由于一般移動臺不采用天線分集，所以采用壓縮模式。在壓縮模式下，較短的時間內通過以較低的擴展速率發(fā)送數(shù)據(jù)幀來建立測量時隙，其余的幀用于其他載頻福 州大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 16 的測量。 為了保證下行信號的正常發(fā)送，需將原來信號在剩余發(fā)送時間內發(fā)送，此即下行壓縮模式。當測量頻率與上行發(fā)送頻率較近時，為保證測量效果，需同時停止上行信號的發(fā)送，此即上行壓縮模式。 壓縮模式有許多實現(xiàn)選擇 :不同的擴頻因子、編碼速率增加、多編碼和更高階的調制。 但壓縮模式的采用也犧牲了一定的網絡質量 ，如快速功率控制性能下降、交織性能下降等。因此，過度使用戶處于壓縮模式，對網絡的覆蓋和容量均會產生負面的影響，規(guī)劃設計時應充分考慮網絡情況，適當設置 9。 下圖為壓縮模式示意圖。 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圖 2-1 壓縮模式示意圖。 （ 6）切換形式的多樣性與靈活性 切換的基本概念是：當 MS靠近原來服務小區(qū)的邊緣，將要進入另一個服務小區(qū)時，原基站與 MS之間的鏈路將由新基站與 MS之間的鏈路來取代的一個過程。 在 CDMA網絡中，通話狀態(tài)下的切換按照 MS與網絡之間連接建立釋放的情況以及頻率占用情況可以分為：硬切換、軟切換（小區(qū)間切換 ）、更軟切換（扇區(qū)間切換）、軟 /更軟切換。 硬切換（ hard handoff）：在切換過程中， MS與新的基站聯(lián)系前，先中斷與原基站的通信，再與新基站建立聯(lián)系。硬切換過程中有短暫的中斷，容易掉話。 發(fā)生硬切換的情況包括： 不同頻率之間的切換； 不同系統(tǒng)之間的切換（如： GSM網絡切換到 WCDMA網絡）； 不同 RNC/NodeB之間，并且兩者之間沒有軟切換通路； 不同 CDMA網絡運營商的基站或者扇區(qū)之間的切換； 幀偏移分配的變化。在切換過程中，新基站分配給 MS的幀偏移必須和主基站分配的幀偏移一致，否則就要進行硬切 換。 在 GSM網絡中主要采用的切換形式為硬切換。 軟切換（ soft handoff）： UE在兩個或多個基站的覆蓋邊緣區(qū)域進行切換過程中，在 WCDMA 網絡的規(guī)劃及優(yōu)化 17 中斷與舊的小區(qū)的聯(lián)系之前，先用相同頻率建立與新的小區(qū)的聯(lián)系 ,UE同時接收多個基站（大多數(shù)情況下是兩個）的信號，幾個基站也同時接收 UE的信號，直到滿足一定的條件后UE才切斷同原來基站的聯(lián)系，在切換過程中， UE同時與所有的候選基站保持業(yè)務信道的通信。 軟切換僅能用于具有相同頻率的 CDMA信道之間。軟切換會帶來更好的話音質量，實現(xiàn)無縫切換、減少掉話可能，且有利于增加反向容量。 更軟切換（ softrt handoff）：發(fā)生在同一基站具有相同頻率的不同扇區(qū)之間的切換，實際上是相同信道板上的導頻之間的切換。 軟 /更軟切換： UE與一個小區(qū)的兩個扇區(qū)，以及另一個小區(qū)的扇區(qū)進行的通信，所需的資源包括：小區(qū) A和 B之間的軟切換資源加上小區(qū) B內的更軟切換資源。 軟切換和更軟切換的區(qū)別在于：更軟切換發(fā)生在同一 NodeB里， UE同時向多個扇區(qū)發(fā)送相同的信息，分集信號在 NodeB做最大增益比合并；而軟切換發(fā)生在兩個 NodeB之間， MS同時向多個基站發(fā)送相同的信息， NodeB內的聲碼器 /選擇器都收到同一 個幀的多個 COPY，分集信號在 RNC做選擇合并。 軟切換與硬切換相比有以下優(yōu)點： 在實現(xiàn)軟切換以后，切換引起掉話的概率大大降低，保證了通信的可靠性。 軟切換能夠提供前向和反向業(yè)務信道的路徑分集，這樣在前向和反向鏈路上只需要較小的功率，就能夠獲得較大的分集增益，這意味著減低了 CDMA系統(tǒng)的總干擾，提高了系統(tǒng)的平均容量。 （ 7）其它不同之處 WCDMA網絡與 GSM網絡相比，還有其它一系列不同之處。 GSM網絡用分區(qū)的方法解決容量問題。當一個小區(qū)的業(yè)務量過大時，該小區(qū)將分成多個扇區(qū)，并增加相應的天線。這種方法雖然也 可用于 WCDMA網絡，但效果不大。一方面，當小區(qū)小到一定程度時 ,建站成本就會急劇增加 ,小區(qū)覆蓋范圍的改變也會導致前面所述的遠近效應問題，帶來嚴重的干擾；另一方面 ,盲區(qū)仍然存在 ,熱點地區(qū)的高話務量也無法得到很好的吸收，而且增加了扇區(qū)間相互重疊的面積，使該區(qū)域因為使用同一頻率而彼此產生干擾。 在 WCDMA系統(tǒng)中，多徑傳播已不再成為消極因素，而是理想的結果。因為接收機能將時延至少為 1Chip (WCDMA網絡數(shù)據(jù)傳輸率為 3.84MbiUs，即 1Chip=0.26微秒，相當于 78米 )的信號組合成有效信號 13。 上述的這些關鍵性問題有些可以通過本章開頭所提到的關鍵性技術來解決，例如采用RAKE接收機可以減弱呼吸效應帶來的影響，利用多用戶檢測技術可以消除或減弱遠近效應，利用多載頻技術來增加小區(qū)容量，利用 HDR技術來解決上下行鏈路通信量的不對稱等等。但有些問題例如干擾受限，影響干擾的因素很多，與實際情況密切相關，采用關鍵技術或建立數(shù)學模型分析并不一定能有效的解決， 只能通過無線網絡優(yōu)化， 采用 路測等手段分析解決。 福 州大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 18 通過上面的分析，可以清楚地看到， WCDMA網絡規(guī)劃與當前的移動通信網絡規(guī)劃相比，其代價要大得多。 WCDMA網絡 規(guī)劃是極其復雜的，因為許許多多的系統(tǒng)參數(shù)緊密相關，必須同時計算。此外，在 GSM網絡中，詳細的無線網絡規(guī)劃重點在于覆蓋規(guī)劃，而在 WCDMA網絡中詳細的網絡規(guī)劃不僅要對覆蓋進行規(guī)劃，而且更重要的是要對干擾和容量進行分析，網絡規(guī)劃就是對受干擾影響的覆蓋和容量進行不斷研究及調整的過程。所以， WCDMA網絡規(guī)劃和優(yōu)化的工作歸根結底是解決覆蓋、容量和服務質量三者之間的關系。 2 3 網絡優(yōu)化的意義 網絡優(yōu)化是網絡規(guī)劃工作的自然延續(xù)，是不斷提高網絡整體質量的過程，可以使移動終端用戶感受到網絡質量的不斷提高，從而提高終端用 戶的滿意度。網絡優(yōu)化將在充分利用現(xiàn)有網絡資源的基礎上使系統(tǒng)容量和覆蓋最大化。 網絡優(yōu)化包括每種業(yè)務類型優(yōu)化目標的定義、網絡分析以及網絡配置和性能的提高等。值得注意的是不同的業(yè)務會有不同的質量目標，這也是 WCDMA網絡優(yōu)化工作復雜的主要原因。另外，網絡規(guī)劃和優(yōu)化也是一個交織在一起相互作用的過程。當網絡已被設計和建好時就需要進行相應的網絡優(yōu)化工作，從而找到網絡的最佳工作狀態(tài)。但是隨著網絡中業(yè)務量的增長，通常又需要進行網絡擴容工作，因此又需要新的規(guī)劃和優(yōu)化工作，這是一個不斷循環(huán)的過程 14。 WCDMA網絡優(yōu)勢 在 于 WCDMA 網絡比現(xiàn)有 GSM網絡功能強大，將提供更多更好的業(yè)務，但是網絡規(guī)劃優(yōu)化工作也更復雜，對其工具要求也更加苛刻，所以網絡規(guī)劃優(yōu)化流程和工具必須能夠迅速適應網絡中的新特性。網絡規(guī)劃優(yōu)化工具必須能夠集成無線、傳輸、電路及分組交換的規(guī)劃工作，能夠提供 GSM和 WCDMA結合的網絡規(guī)劃優(yōu)化功能，能夠提供網絡測量數(shù)據(jù)的輸入接口并對測量數(shù)據(jù)進行分析等，這些是對網絡規(guī)劃優(yōu)化工具的基本要求。 WCDMA 建網初期的網絡優(yōu)化任務主要集中在覆蓋優(yōu)化、網絡質量優(yōu)化和 GSM 與 WCDMA系統(tǒng)之間的切換等參數(shù)的優(yōu)化。 在網絡開始 運營之后，用戶規(guī)模將發(fā)生變化，用戶地理分布和業(yè)務模型也會改變，市政建設、道路建設、城市綠化等造成無線傳播環(huán)境會有較大變化，整個網絡系統(tǒng)也在不斷進行擴容和升級，這些因素都將影響到網絡性能。所以網絡優(yōu)化是一個長期的過程，在運營過程中對網絡進行不斷的優(yōu)化，既可以提高用戶滿意度，也可以節(jié)約運營商的建設維護成本，提高其市場競爭力 5。 WCDMA 網絡的規(guī)劃及優(yōu)化 19 第三章 WCDMA 的網絡規(guī)劃和優(yōu)化的流程 3 1 總體規(guī)劃的步驟 根據(jù)移動通信工程建設及移動通信網絡規(guī)劃設計的特點，規(guī)劃設計總體上可分為以下幾個階段： （ 1）可行性研究階段：側重 建設的必要性、可靠性及經濟分析。 此階段需要做規(guī)劃設計前詳細的調研工作，內容包括各類基礎資料的收集、現(xiàn)場條件調研與勘察、技術方案論證、投資估算和經濟評價分析等。 （ 2）初步設計階段：側重全網絡方案。 初步設計簡稱初設，是工程設計的一個主要階段，它的主要內容是提出工程建設的技術方案和投資概算，供上級主管部門審查，確定建設方案和規(guī)模。 具體內容包括文字說明、工程圖紙及概算 3 部分，需要完成基站的初步選點（包括主選點和備選點）、組網方案和概算編制等工作。 （ 3）詳細規(guī)劃 詳細規(guī)劃是將初步規(guī)劃獲得的基站數(shù)量、大致站型 和配置、初步站間距作為原始輸入，配合三維數(shù)字地圖，帶入仿真工具，結合初期網絡勘察獲得的候選站址，對所需覆蓋的區(qū)域進行認真的網絡覆蓋和容量效果預測和分析，并通過站址位置、站間距、天線掛高、方位角、下傾角等指標的必要調整，或必要時增減基站，最終確定最佳系統(tǒng)性能下相應的基站站址和基站數(shù)量、天線掛高、方位角、下傾角等關鍵的無線指標，為未來的工程設計奠定基礎。 （ 4）施工圖設計階段 施工圖設計是初設的補充完善，是指導施工的依據(jù)，具體內容包括文字說明、圖紙及預算 3 部分。圖紙主要是設備安裝施工圖，包括建設項目的各部分工程 的詳圖和零部件明細表等，深度應滿足設備、材料的訂貨、預算的編制、設備安裝工藝及其他施工要求等。 最終網絡規(guī)劃輸出結果是工程建設、設備參數(shù)配置的基礎數(shù)據(jù)。工程參數(shù)可能包括基房面積和承重、站址高度、天線方向、天線的波束寬度和增益、天線下傾角、饋線長度、RNC 和 NodeB 設備數(shù)量和容量配置、傳輸設備的接口類型和速率等，設備參數(shù)可能包括基站的發(fā)射功率、 RRM 參數(shù)配置、鄰區(qū)關系、位置區(qū)等設備工作的缺省參數(shù)。本章上述內容參考了文獻 1615。 3 2 工程中網絡的規(guī)劃具體內容和步驟 網絡規(guī)劃定義： 根據(jù)建網目 標和網絡演進需要，結合成本要求，選擇合適的網元設備進行規(guī)劃，最終福 州大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 20 輸出網元數(shù)目，網元配置，確定網元間的連接方式，為下一步的工程實施提供依據(jù)。 網絡規(guī)劃范疇： 核心網絡規(guī)劃：側重 CN網元數(shù)目和配置規(guī)劃； 無線網絡規(guī)劃：側重 RAN網元數(shù)目和配置規(guī)劃； 傳輸網絡規(guī)劃：側重各網元之間的鏈路需求和連接方式規(guī)劃 9。 由于核心網涉及的網絡元素以及時間問題，該網的規(guī)劃及優(yōu)化不在本課題研究之內，故不再闡述。 在移動通信網絡建設中，成本主要來自于設備投資。 3G網絡的三大組成部分：無線接入、傳輸和核心網中，無線接入網絡的投資占 據(jù)整個移動通信網絡投資的 70%以上。因此規(guī)劃好 WCDMA 的網絡的關鍵就在于如何規(guī)劃一個高質量，低成本，有競爭力的 3G 無線網絡。工程上說到網絡規(guī)劃及優(yōu)化一般都是指無線網絡的規(guī)劃和優(yōu)化，而本文主要討論的就是無線網絡的規(guī)劃及優(yōu)化。無線接入網絡投資的規(guī)模主要取決于網絡中的站點數(shù)目和站型配置，這是由無線網絡規(guī)劃所確定的數(shù)據(jù)。 對無線網絡規(guī)劃工程師而言，最佳的無線網絡規(guī)劃項目能同時滿足以下幾點要求： （ 1） 綜合建網成本 (Cost)最小 無線網絡建設是伴隨網絡整個生命周期的。前期規(guī)劃必須考慮后期發(fā)展的需求，降低綜合建網成本。例 如在中心城區(qū)，站點獲取成本是不斷攀升的。采用合理的站間距策略，避免后期擴容中頻繁地增加站點，可以有效地降低綜合建網成本。 （ 2） 盈利業(yè)務覆蓋 (Coverage)最佳 3G網絡是多業(yè)務的網絡。網絡資源需要在業(yè)務之間進行分配。需要確定誰是盈利業(yè)務及其覆蓋質量的要求，進行小區(qū)半徑和覆蓋方案的規(guī)劃。如果在 3G 網絡初期，以高速數(shù)據(jù)業(yè)務作為目標進行規(guī)劃，會導致大量資源，比如過多的站點，由于沒有足夠的業(yè)務而浪費。 （ 3） 有限資源容量 (Capacity)最大 3G無線網絡的容量主要受干擾的限制。通過合理的參數(shù)規(guī)劃，可以減少小區(qū)內和小區(qū)間的干擾，提升小區(qū)容量，最大程度地利用有限的資源。我們應當借助于豐富的實際測試數(shù)據(jù)和先進的仿真手段，實現(xiàn)可靠有效的功控和無線資源管理算法。 （ 4） 核心業(yè)務質量 (Quality)最優(yōu) 核心業(yè)務是指對網絡發(fā)展有長遠影響的業(yè)務?？赡芏唐趦炔荒軌蛴?，但是對用戶和業(yè)務發(fā)展有牽引作用，比如高速數(shù)據(jù)業(yè)務。因此，在提供核心業(yè)務覆蓋的地區(qū)，要保證其質量達到最優(yōu)，從而展示 3G無線網絡在業(yè)務和性能上的優(yōu)越，提升運營商品牌。 WCDMA 網絡的規(guī)劃及優(yōu)化 21 無無 線線 網網 絡絡 規(guī)規(guī) 劃劃 流流 程程 圖 3-1 網絡規(guī)劃流程 3 2 1 信息收集 詳細收集網絡規(guī)劃所 需要的相關信息，以能滿足網絡估算和仿真輸入的需要，為得到滿意的規(guī)劃結果做準備。 根據(jù) WCDMA網絡的特點，在網絡規(guī)劃前需要收集的信息以下幾個方面： （ 1） 現(xiàn)網站點信息，話務統(tǒng)計（周 /月忙時） （ 2） 網絡規(guī)模及階段建設計劃 （ 3） 當?shù)?MAPINFOR 地圖 （ 4） 三維電子地圖 （ 5） 規(guī)劃場景的劃分 （ 6） 網絡建設目標及相關參數(shù) （ 7） VIP用戶調查 福 州大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 22 對于擴容或搬遷改造，信息收集好包括： （ 1） 近期優(yōu)化報告 （ 2） 現(xiàn)網配置信息 （ 3） 現(xiàn)網路測分析 （ 4） 現(xiàn)網話務分析 （ 5） 用戶投訴分析 （ 6） 相關指導書 3 2 2 無線網絡估算 通過估算，獲得對未來網絡的粗略定量分析和建設規(guī)模（大致基 站數(shù)目和基站配置情況），由此得到建設周期，及成本預算等。 實現(xiàn)方法：選取適當?shù)膫鞑ツＰ停脩粢苿有院头植夹袨楹驮拕漳Ｐ?。經估算得到所需的大致站點數(shù)目和小區(qū)數(shù)目，覆蓋面積和容量。 估算過程：鏈路預算、小區(qū)覆蓋范圍計算、容量估算、 NODE B數(shù)估算、 CE數(shù)估算、E1數(shù)估算、 Iub口流量估算。 圖 3-2 覆蓋、容量、質量三者的關系 （ 1）覆蓋估算 覆蓋分析主要是基于鏈路預算的結果獲得。在 WCDMA中，覆蓋和容量之間是相互關連的，存在一個反復的過程。 因此，在進行覆蓋計算時，需要假設小區(qū)所能夠接受的小區(qū)負荷。對于不同的建設時期，應該綜合分析近期和遠期的建設成本，合理選擇不同的負荷因子。如：對于建網初期，可以選擇較小的負荷因子，以實現(xiàn)廣覆蓋。 對于不同的無線環(huán)境和建網目標的要求，我們可以采用不同的小區(qū)結構來滿足不同的覆蓋目標。在此基礎上，進行鏈路預算 。 覆蓋區(qū)域類型 無線傳播參數(shù) 無線網絡估算 覆蓋需求 容量需求 質量需求 所需基站數(shù)目 的大致估算 所需基站配置 的大致估算 WCDMA 網絡的規(guī)劃及優(yōu)化 23 （ 2）容量估算 由于 WCDMA 是軟阻塞系統(tǒng)，受限于干擾和功率資源，因此對于上下行容量主要是基于軟阻塞指標進行分析。在此基礎上，綜合考慮設備的硬件資源限制，得到一個合理的容量分析結果。 （ 3）覆蓋估 算與容量估算 估算的結論必須是同時滿足覆蓋和容量的要求，同時綜合考慮近期和遠期建網目標，獲得最經濟有效的方案。因此，覆蓋和容量分析存在一個反復的過程。 當估算結果是覆蓋受限時，可以適當降低小區(qū)負荷因子，重新進行覆蓋和容量分析，直到覆蓋和容量所估算的結果相差最小。在此基礎上，直接根據(jù)覆蓋分析結果，計算 NodeB所需硬件數(shù)目（ Site， sector， Carrier 數(shù)目）。 當計算結果是容量受限時（已考慮多載波情況），則首先檢查小區(qū)負荷因子是否可以進一步提高。如果可以提高，則重新進行覆蓋和容量分析；如果不能提高， 則直接根據(jù)容量分析結果，計算 NodeB 所需硬件數(shù)目（ Site， sector，Carrier數(shù)目）。 CW 測試與模型調整（可選） CW（ Continuous Wave ）測試即連續(xù)波測試，是進行模型校正的重要步驟。通過 CW測試和數(shù)字地圖可以對模型進行校正。 CW測試數(shù)據(jù)中的經緯度信息和接收電平形成模型校正的數(shù)據(jù)源。 電磁傳播模型與具體的地形地貌等因素密切相關，經典的傳播理論分析往往存在一定的誤差，所以實踐中一般采用實測統(tǒng)計方法，即利用大量測試數(shù)據(jù)來修正經驗公式，這就要用到 CW測試。 通過 CW 測試，將連續(xù)波測 試結果與預測結果相比較，校正傳播模型參數(shù)，使模型符合實際地理環(huán)境，增加無線覆蓋預測的準確性。 3 2 3 地圖輔助規(guī)劃及初始站點選擇 移動通信用數(shù)字地圖包括地形高度，地面用途種類等對移動通信電波傳播有影響的地理信息，是規(guī)劃軟件進行覆蓋預測、干擾分析以及頻率規(guī)劃的重要基礎數(shù)據(jù)。借助于數(shù)字地圖，規(guī)劃軟件可以模擬網絡的實際覆蓋與干擾情況，工程設計人員可以根據(jù)軟件對現(xiàn)有網絡進行模擬計算，分析存在的問題，調整網絡參數(shù)，使其良好運行，提高網絡的容量與服務質量，在新建網絡或新增基站前，也可以先利用軟件進行預測，為站址選擇 、參數(shù)設定等提供參考，從而節(jié)省不必要的投資，帶來巨大的經濟效益。 數(shù)據(jù)精度是數(shù)字地圖的重要指標，決定著其生產成本與應用范圍。按基本標準提供的數(shù)字地圖，應滿足以下精度要求： 福 州大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 24 表 3-1 數(shù)字地圖的要求 采樣間隔 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： 數(shù)字高程模型（ DEM數(shù)據(jù)） 按規(guī)定分辨率等間隔表示的地面高程數(shù)據(jù)，采用柵格數(shù)據(jù)結構； 地面覆蓋模型（ DOM數(shù)據(jù)） 按規(guī)定分辨率等間隔表示 的地面覆蓋類型，采用柵格數(shù)據(jù)結構； 線狀地物模型（ LDM數(shù)據(jù)） 以弧段坐標表示的線狀地物平面位置，采用矢量數(shù)據(jù)結構。 實現(xiàn)方法：結合運營商可用站點資源，目標覆蓋要求，根據(jù)現(xiàn)網分析結果及網絡估算結果，在地圖上進行選點規(guī)劃。 對于有現(xiàn)網的運營商盡可能站址利舊，需要實地勘測獲得相初步關工程參數(shù)。對于沒有 2G 網絡的新移動運營商，無線基站站址資源相對匱乏，但擁有可用于新建站點的辦公樓、機房、營業(yè)部、接入點等資產也可作為新站址考慮。 注意點：站點搜索以理論站址為中心，搜索半徑 Search Ring (有時也稱為 Search Zone)以小區(qū)半徑 R/8范圍為宜。除此之外，對高度方面也有要求：密集城區(qū) :15-25m，推薦 20m；城區(qū) :20-30m，推薦 25m；郊區(qū) :20-35m，推薦 30m；農村 :20-50m，推薦 40m。注意天線安裝高度一般要高于周邊地物平均高度 ,建議在紙件地圖上標注待勘測站點信息，以方便勘測 9。 3 2 4 基站初期勘測 網絡規(guī)劃在網絡估算的基礎上，初步確定基站的位置和天線的架設（高度）、發(fā)射功率、天線類型、掛高、方向、下傾角等一系列工程參數(shù)和公共信道、業(yè)務信道等小區(qū)參數(shù)的取值。 對站址可利用情 況做初步評估，并提出建議。 3 2 5 系統(tǒng)仿真 WCDMA 系統(tǒng)通過功控保證必要的連接質量；覆蓋與容量密切相關。由于這些關聯(lián)受到很多隨機因素的影響，無法直接計算，規(guī)劃所需的絕大多數(shù)網絡性能指標都需要通過系統(tǒng)仿真確定。 仿真軟件的種類很多，這里不一一闡述，不過總體而言，系統(tǒng)仿真基本輸出： （ 1） 目標規(guī)劃區(qū)域內導頻覆蓋效果圖： Ec、 Ec/Io； WCDMA 網絡的規(guī)劃及優(yōu)化 25 （ 2） 最佳小區(qū)分布圖； （ 3） 各業(yè)務通信概率地理化分布圖； （ 4） 各業(yè)務 Eb/Nt地理化分布圖； （ 5） 各小區(qū)上下行負荷地理化分布圖； （ 6） 導頻污染狀況地理化分布圖； （ 7） 各業(yè)務切換概率地理化分布圖。 在 仿真結束后，對仿真中調整的站點進行重新勘測，為每一個需搬遷及新增站點輸出其搜索半徑。落在這一范圍內的站點才被認為是可能的備選站點。 搜索半徑的大小應適當，太小的話容易導致找不到滿足要求的備選站點，太大的話會導致使用此站點進行建設，網絡性能指標會與根據(jù)理論位置進行的規(guī)劃結果差異較大。 根據(jù)經驗， 搜索半徑 的大小確定以理論站址位置為中心，半徑范圍是 R/8，除此之外，還應對備選站址提出高度方面的要求。如果在這個范圍內找不到合適站點 ,可適當放寬高度要求 5-10m，如果放寬高度要求還是找不到合適站點 ,則將半徑范圍 R/8擴大到 R/49。 3 2 6 無線網絡預規(guī)劃 綜合前面信息收集、網絡估算、站址選擇、系統(tǒng)仿真，對網絡預規(guī)劃進行總結。 在規(guī)劃階段，最重要的工作就是根據(jù)輸入和假設進行網絡的初始布局，從而獲得期望的覆蓋與容量。 基站位置的定義及基站容量決定著獲得期望的覆蓋和質量所需要的基站數(shù)目。覆蓋、容量和質量是聯(lián)合在一起的，而且網絡配置在獲得期望的業(yè)務標準中具有重要的作用。足夠的覆蓋、充足的容量和期望的吞吐量將是網絡配置設計的關鍵所在，從而獲得期望的質量標準。 3 2 7 基站詳細勘測 在初勘及仿真的基礎上，進一步確定基 站的位置和天線的架設（高度）、發(fā)射功率、天線類型、掛高、方向、下傾角等一系列工程參數(shù)和公共信道、業(yè)務信道等小區(qū)參數(shù)的取值。 針對每個候選站，收集網規(guī)信息及環(huán)境描述，確認該站點是否滿足建站要求。 注意點：對符合站點確認工程參數(shù)，對不符合站點提出替代建議并仿真驗證；對客戶（運營商）造成不能勘測站點需簽現(xiàn)場勘測備忘錄；對共站址站點，需保證隔離度。 需要記錄的主要信息： 站址信息：經緯度、天線高度、樓房高度等；并拍攝基站外景照片。 周圍環(huán)境：環(huán)境類型、建筑類型、平均建筑高度，著重記錄對信號傳播有明顯影響的建筑信息， 以 30度為單位拍攝 12張以上環(huán)境照片。 天線安裝條件：鐵塔類型、高度，平臺利用情況，樓房天面安裝條件；并拍攝樓面現(xiàn)狀照片。 福 州大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 26 共站址系統(tǒng)：其他系統(tǒng)類型、天線高度、數(shù)量等；并拍攝已有天饋系統(tǒng)照片。 站點可用性評估：對站址可利用情況做初步評估，并提出建議。 機房信息：機房面積、承重、層高、電源、傳輸?shù)龋徊⑴臄z機房內照片（一般由合作設計院負責）。 在選擇站址時應盡量保證系統(tǒng)的連續(xù)覆蓋，從而保證系統(tǒng)性能。同時，需要注意下面兩點： 在市區(qū)盡量不使用大區(qū)式的基站。 從最密集的城區(qū)開始系統(tǒng)規(guī)劃。 電磁背景測試（可選） 為 確保所選站點的電磁環(huán)境可用，需要現(xiàn)場使用電磁干擾設備進行測試，一般由網規(guī)勘測人員在勘測過程中完成。 注意點：對于較大規(guī)模的實驗網，從工作量的角度考慮，可以選站點測試；覆蓋區(qū)域內的下行頻段干擾測試需要路測完成。 3 2 8 小區(qū)參數(shù)設計仿真與報告完成 根據(jù)基站勘測的信息和清頻測試的數(shù)據(jù)重新帶入仿真軟件進行仿真，得到新的系統(tǒng)小區(qū)參數(shù)，并檢查這些參數(shù)是否符合設計目標，如果不符合要求則重復上一步驟和本步驟直至參數(shù)都符合設計目標為止。 此后的工作則是將各基站、小區(qū)個體，形成相互關聯(lián)的網絡，指導后期工程實施。將小區(qū)參數(shù) 包括： LAC/RAC、 RNC區(qū)、鄰區(qū)表、頻率、擾碼、功率劃分、切換、準入參數(shù)等發(fā)至數(shù)據(jù)設定中心，與工程參數(shù)合并，生成 DBF 數(shù)據(jù)。 結合網絡預規(guī)劃報告及小區(qū)參數(shù)設計，編寫網絡規(guī)劃報告，提交報告，與通信運營商進行交流匯報。 這樣就完成整個工程規(guī)劃項目。 3 3 WCDMA 無線網絡優(yōu)化手段 網絡的優(yōu)化是 個漸進的過程，它貫穿于網絡實施的整個階段 ，而在網絡運營后，使網絡在支持多種業(yè)務，并滿足一定 QoS條件下，獲得良好的網絡容量，滿足一定的無線覆蓋要求，同時通過調整容量、覆蓋、質量之間的均衡關系提供最佳的服務。 網 絡優(yōu)化是指網絡設備運行正常、配置基本滿足話務分布需要的前提下，通過數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、撥打測試和路測，結合用戶群的動態(tài)變化，無線環(huán)境的變化，發(fā)現(xiàn)網絡中存在的隱形故障和問題，找出影響網絡質量的原因，并通過技術、工程手段進行頻率 、 PN、 WCDMA 網絡的規(guī)劃及優(yōu)化 27 參數(shù)、覆蓋、網絡配置及網絡路由的調整，使網絡質量保持較高的水平，提高網絡資源的利用率，以創(chuàng)造最大的經濟效益，提高用戶的滿意度。 運營商非常關心網絡建設、擴容及升級過程中的投資成本及其最終性能，但擴容、升級成本與網絡性能卻是一對矛盾。建設成本可通過預算與控制得到相對精確的數(shù)值，但是網絡的性能卻是由多種主客觀因素決定的。網絡優(yōu)化是提升網絡業(yè)務質量、充分利用網絡資源的重要手段 5。 與 GSM網絡相比， WCDMA網絡中無法通過合理的頻率規(guī)劃來規(guī)避不同站點之間的干擾，覆蓋、容量和質量關系密切，需要平衡可變速率的多業(yè)務的質量， WCDMA 的網絡優(yōu)化更加復雜。 網絡優(yōu)化要通過路測、操作維護系統(tǒng)、網管系統(tǒng)統(tǒng)計數(shù)據(jù)和用戶投訴進行問題分析和定位，針對具體問題通過調整天線參數(shù)，系統(tǒng)參數(shù)，減少導頻污染和掉話，設定合理的切換區(qū)域和比例進行，或者通過基站擴容、增加基站，增強覆蓋等措施來解決 16 。 WCDMA建網初期的網絡優(yōu)化任務主要集中在覆蓋優(yōu)化、網絡質量優(yōu)化和 GSM與 WCDMA系統(tǒng)之間的切換等參數(shù)的優(yōu)化。 在網絡開始運營之后，用戶規(guī)模將發(fā)生變化，用戶地理分布和業(yè)務模型也會改變，市政建設、道路建設、城市綠化等造成無線傳播環(huán)境會有較大變化，整個網絡系統(tǒng)也在不斷進行擴容和升級，這些因素都將影響到網絡性能。所以網絡優(yōu)化是一個長期的過程，在運營過程中對網絡進行不斷的優(yōu)化，既可以提高用戶滿意度，也可以節(jié)約運營商的建設維護成本，提高其市場競爭力。 無線網絡優(yōu)化的工作內容主要包括： (1) 基站隱形故 障檢查； (2) 路測及 CQT(Cell Quality Test)測試； (3) 網絡覆蓋優(yōu)化； (4) 掉話率優(yōu)化； (5) 接通率優(yōu)化； (6) 切換優(yōu)化； (7) 室內覆蓋系統(tǒng)的設置等。 無線網絡優(yōu)化的基本實施流程如 圖 3-3所示。在圖的左側是無線網絡優(yōu)化的各個實施步驟，右側為每個步驟相關的一些文檔。在無線網絡優(yōu)化的準備階段，需要準備網優(yōu)性能指標規(guī)劃文檔、仿真報告、設計文件、網絡組成與結構圖、站點及天饋資料、單站驗證報告；然后制定相應的路測路線，通過路測或者話 務統(tǒng)計進行數(shù)據(jù)采集；進行數(shù)據(jù)分析和問題定位；根據(jù)分析結果形成網絡評估與優(yōu)化方案，并實施；然后進行優(yōu)化驗證，若達到性能要求，則進行優(yōu)化總結。形成無線網絡優(yōu)化報告，完成該階段網絡優(yōu)化。 福 州大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 28 圖 3-3 無線網絡優(yōu)化流程 在 WCDMA系統(tǒng)中，需要調整的常見網優(yōu)問題有以下幾類： 3 3 1 天線高度問題 在 WCDMA中常見的網優(yōu)問題是高站帶來的問題。高站會導致負荷不均衡帶來了嚴重后果，比如覆蓋的概率大幅下降 。 如果一個基站選址太高，周圍的大部分區(qū)域都在天線視距范圍內，使得 信號在很大范圍內傳播，因而導致高站越區(qū) 的產生。對于 WCDMA系統(tǒng)，干擾極大地影響系統(tǒng)覆蓋和容量，而高站小區(qū)的無線信號不容易控制，極易對其他鄰區(qū)產生干擾，因此在規(guī)劃設計階段一般不建議使用高站，但是在網絡建設過程中由于客觀條件的限制，無法找到合適的站點，往往不能避免選擇高站，從而引起信號越區(qū)以及 導頻污染 等問題。對于高站越區(qū)的解決最為有效的辦法通過適當降低過覆蓋基站的天線高度，可以縮小基站覆蓋范圍，過覆蓋問題會得到相當程度的緩解。但是這種方法的使用可能影響周圍小區(qū)的覆蓋，因此必須進行慎重的仿真分析，避免調整帶來的覆蓋盲區(qū)。另外，高度調整范圍不宜過大， 最終高度應在 20 40米內，與周圍天線高度相差應在正負 5米之內，避免 WCDMA 網絡的規(guī)劃及優(yōu)化 29 出現(xiàn)高于周圍站點平均高度 20米以上的高站。但是往往由于實際條件的限制，無法找到較低的安裝天線位置，這時就需要通過調整天線下傾角來控制本小區(qū)的覆蓋范圍，緩解 越區(qū)切換 的影響，因為基站的天線高度越高，基站的覆蓋范圍越大，給網絡帶來的干擾越嚴重，特別是干擾受限的 WCDMA系統(tǒng)受到的影響很大 5。 在 GSM網絡建設中，天線高度的調整是常用的手段之一。但是在 WCDMA 系統(tǒng)，通過調整天線高度來調整覆蓋范圍很容易影響到整個網絡的系統(tǒng)，造成整個系統(tǒng)的大幅 度調整。因此，常常采用結合調整相關參數(shù)的方式進行優(yōu)化的。 3 3 2 天線方位角問題 天線方位角對移動通信的網絡質量非常重要。準確的方位角能保證基站的實際覆蓋與所預期的相同，保證整個網絡的運行質量。在實際網絡中，由于地形的原因，如大樓、高山、水面等，往往引起信號的折射或反射，會導致實際覆蓋與理想結果存在較大的出入，這時可根據(jù)網絡的實際覆蓋情況，對天線的方位角進行適當?shù)恼{整，以保證信號較弱區(qū)域的信號強度，達到網絡優(yōu)化的目的 10。 3 3 3 天線下傾角問題 合理的天線 下傾 角設置是整個 WCDMA無線網絡 質量的基本保證。如果天線 下傾 角偏小，就會造成基站實際覆蓋范圍比預期范圍偏大，從而導致小區(qū)與小區(qū)之間交叉覆蓋，相鄰切換關系混亂， WCDMA系統(tǒng)內出現(xiàn)導頻污染等現(xiàn)象，甚至嚴重的干擾；如果天線的 下傾 角偏大，則會造成基站實際覆蓋范圍比預期范圍偏小，導致小區(qū)之間的信號盲區(qū)或弱區(qū)，同時易導致天線方向圖形狀的變化 (如從鴨梨形變?yōu)榧忓N形 )，也可能造成嚴重的系統(tǒng)內干擾。 3 3 4 優(yōu)化鄰區(qū)列表問題 網絡規(guī)劃工具能夠基于小區(qū)相互之間的干擾使用合適的算法自動地規(guī)劃鄰區(qū)列表。但在實際網絡中，如果某個小區(qū)的導頻信號很強，但是 沒有加入激活集，這個小區(qū)的信號將成為一個很強的干擾。 設置鄰區(qū)列表時應該優(yōu)先考慮小區(qū)產生干擾的情況和成為移動臺主服務小區(qū)的可能性。通過網絡規(guī)劃工具自動產生鄰區(qū)列表的方法，可以看成鄰區(qū)列表的初始參考，然后利用路測數(shù)據(jù)進行優(yōu)化。通過對路測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析優(yōu)化鄰區(qū)列表，如果有必要的話，也可以定義鄰區(qū)列表中的優(yōu)先順序。例如，在對某區(qū)域進行掉話率優(yōu)化的過程中，通過路測數(shù)據(jù)的分析還可以找到鄰區(qū)列表中漏配的鄰小區(qū)，解決掉話問題。 3 3 5 切換參數(shù)、呼叫參數(shù)、功率參數(shù)的調整 通過調整切換參數(shù)、呼叫參數(shù)、功率參數(shù) 等，可以解決切換區(qū)域較小引起的掉話，也可以解決切換成功率較低等優(yōu)化工程中常見的問題。 福 州大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 30 需要特別指出的是，無線資源的管理與控制在 WCDMA移動通信系統(tǒng)的設計和規(guī)劃中居于中心地位，對系統(tǒng)的整體性能產生重要的影響。 WCDMA系統(tǒng)的無線資源管理包括信道資源分配、功率控制、接納控制、分組調度、負荷控制、切換；其次，還需要配置小區(qū)選擇與小區(qū)重選參數(shù)、網絡識別參數(shù)、系統(tǒng)控制參數(shù)、網絡功能參數(shù)、系統(tǒng)參數(shù)等，它們與無線網絡性能密切相關。這些都要通過無線網絡優(yōu)化對網絡質量進行進一步的確認和調整。 3 4 網規(guī)對網優(yōu)的影 響 在 WCDMA網絡建設規(guī)劃中，容量、覆蓋規(guī)劃網絡優(yōu)化采用相應的仿真技術。 WCDMA規(guī)劃工具通常采用靜態(tài)仿真的方法進行蒙特卡羅仿真，這與實際的 WCDMA 網絡是有差別的。仿真結果與實際結果存在一定誤差的主要原因包括： （ 1）電子地圖精度 ： 數(shù)字地圖是 WCDMA 網絡規(guī)劃工具的基礎，完備準確的數(shù)字地圖是取得可信仿真結果的重要保障。 （ 2）業(yè)務分布預測 ： 3G網絡數(shù)據(jù)業(yè)務占有相當?shù)谋戎?，以不同包長和突發(fā)為特征，業(yè)務模型復雜。網絡資源動態(tài)分配，一方面差異化服務成為可能，另一方面業(yè)務分布的預測值與實際值的差異難以避 免。 （ 3）傳播模型校正 ： 無線信道的電波傳播特性與電波傳播環(huán)境密切相關。不同環(huán)境確定不同的傳播模型，模型的選擇是要根據(jù)實際的環(huán)境確定。傳播模型非常重要，它是整個網絡規(guī)劃和優(yōu)化工作的基礎， WCDMA網絡規(guī)劃工具通過傳播模型進行基站信號覆蓋預測，生成話務量地圖進行蒙特卡羅容量仿真。如果傳播模型不準確，那么規(guī)劃工具所預測的規(guī)劃結果會因為誤差太大而失去實際意義。因此，在 WCDMA系統(tǒng)的網絡規(guī)劃過程中必須重視傳播模型與本地區(qū)環(huán)境的匹配問題，在進行網絡規(guī)劃之前根據(jù)本地的地形特點對傳播模型進行校正。 （ 4）系統(tǒng)外干 擾 ： 在仿真的時候無法列舉和預料所有的系統(tǒng)外干擾。 （ 5）仿真算法的準確性 ： 不同的仿真軟件使用的內部算法都不盡相同，經驗證 ， 即便軟件所支持的傳播模型相同，但其預測結果卻有所區(qū)別。因此，各仿真算法與實際環(huán)境也存在一定的偏差。 （ 6）實際站址環(huán)境 ： 由于各種規(guī)劃軟件根據(jù)現(xiàn)網參數(shù)條件對現(xiàn)網進行模擬，而實際現(xiàn)網中的許多參數(shù)測量本身是不可避免地存在誤差的。比如，現(xiàn)網中各基站的饋線長度等，這些參數(shù)的誤差也會造成預測結果的偏差。 在參考了文獻 17后及 以上的分析可以看到，無線網絡優(yōu)化是網絡規(guī)劃工作的自然延續(xù)。由 于 WCDMA要提供可變速率的多業(yè)務能力，又要考慮網絡的兼容性和可擴展性，和 GSM相比，其網絡復雜程度大為增加。規(guī)劃軟件的使用提高了網絡規(guī)劃的效率和精度，可以幫助我們預測可能出現(xiàn)的部分問題，但是不能期望通過使用規(guī)劃工具解決所有問題，如傳播環(huán)境的改變、用戶業(yè)務量的改變以及業(yè)務質量要求的改變等，這就需要在建網后對網絡進行優(yōu)化 。 WCDMA 網絡的規(guī)劃及優(yōu)化 31 第四章 工程實例分析 本文作者于畢業(yè)設計期間參加了福州某通信運營商的 WCDMA實驗網絡的前期基站勘測和電磁環(huán)境的測試項目，下面作者將結合測試數(shù)據(jù)進行簡單分析。 由于 3G 的敏感性，作者將對 位置、名稱等內容進行隱飾或做適當?shù)男薷?，但有關的測試參數(shù)絕對真實與可靠。 4 1 站點的初選 經過以密集城區(qū)為基礎的鏈路預算，得到實現(xiàn) CS64K業(yè)務連續(xù)覆蓋條件下，站點的小區(qū)半徑為 0.48km，換算成站間距為 0.72km。結合該通信運營商提供的可初選站點信息和系統(tǒng)仿真結果，初步選定的站點分布如圖 4-1。 圖 4-1 基站大致分布圖 在本方案中，網絡覆蓋包括了該區(qū)域的主要交通要道、重要購物區(qū)、商用寫字樓和大型住宅區(qū)等。 其后將對各個站點進行基站勘測和電磁環(huán)境測試，由于站 點比較多，本文只取其中 A站點分析。 福 州大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 32 4 2 基站勘測分析 表 4-1 基站安裝環(huán)境 基站類別： WCDMA 基站名稱： A站 基站編號： 基站經度 (度 )： 119.29* 基站緯度 (度 )： 26.08* 海拔 (米 )： 基站所處區(qū)域類型和周圍環(huán)境：繁華商業(yè)街區(qū)、商用樓、住宅區(qū) 共站址通信設備： PHS， GSM 基站天線安裝位置 建筑頂 建筑類型： 機房 建筑高度 (米 )： 32 樓頂塔 建筑類型： 塔頂高度 (米 )： 落地塔 塔高 (米 )： 其它 商用通信機房樓（ 7F） +1F附加樓 有上述信息可知，此為共站址使用，應充分考慮不同網絡之間的干擾問題，而且該站處于密集市區(qū)，不宜采用大區(qū)式基站。又由于該站附近有大量的寫字樓，因此在正式商用后，應充分考慮室內覆蓋的要求。 表 4-2 基站站型 基站 站型 定向站 天線掛高 (米 ) 方向角 (度 ) 下傾角 (度 ) 水平半功率角 (度 ) 垂直半功率角(度 ) 饋線規(guī)格 天線增益 (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 天線指向場景 Cell1 X 路段 Cell2 Y 商業(yè)區(qū) Cell3 Z 商業(yè)區(qū) 全向站 天線掛高(米 ) 支臂方向 (度 ) 饋線規(guī)格 天線增益 (dBi) TRx DRx 該站采用定向站的方式，故全向的參數(shù)為空。 草圖描述： （ 1） 基站天臺或鐵塔平面草圖（標出其他通信設備、拍攝照片方向和位置），見圖 4-2。 （ 2） 基站周圍阻擋物草圖，見圖 4-2。 其他情況說明（比如基站周圍是否有高壓線、建筑施工情況等）： （ 1） 機房條件（電源、傳輸、空調）不具備，需整改。 （ 2） 小區(qū) 3與 PHS 天線相距 5-6m, PHS 天線位于 WCDMA天線的尾瓣方向。 WCDMA 網絡的規(guī)劃及優(yōu)化 33 圖 4-2 基站天臺或鐵塔平 面草圖（同時標出其他通信設備、拍攝照片方向和位置） 4 3 電磁場背景測試 4 3 1 測試系統(tǒng)與測試方法 WCDMA 系統(tǒng)屬于干擾受限系統(tǒng)，網絡的質量、容量和覆蓋都與背景噪聲相關。惡劣電磁 環(huán)境 將會引起系統(tǒng)的底噪升高、接收機的接受性能下將，同時將導致系統(tǒng)的容量下降。因此在進行無線網絡設計時，準確地獲得覆蓋區(qū)域的背景噪聲強度尤為重要。 本次電磁環(huán)境測試使用的主要儀器是便攜式基站測試儀 YBT250。測試系統(tǒng)的配套設備如表 4-3所示： 表 4-3 配套設備表 設備名稱 設備型號 生產廠家 數(shù)量 參數(shù)說明 頻譜分析 儀 YBT250 Tektronix 1 接收靈敏度-101dBm/5MHz 定向天線 TDJ 佛山三水盛路 1 增益 10dBi 射頻電纜 RG214HF/Nm/Nm/2000 SUHNER 1 插入損耗