WCDMA無線網(wǎng)絡規(guī)劃探討

1、摘要主要介紹了WCDMA無線網(wǎng)絡規(guī)劃的特點、流程和方法，重點分析了用現(xiàn)網(wǎng)話務預測話務分布和網(wǎng)絡規(guī)劃的結果配置基站信道板，實現(xiàn)了科學規(guī)劃和合理設計，進而提高了網(wǎng)絡投資效益。 關鍵詞WCDMA無線網(wǎng)絡規(guī)劃混合業(yè)務話務分布基站 0、概述 在網(wǎng)絡規(guī)劃和工程設計中，需要規(guī)劃無線系統(tǒng)的容量，然后根據(jù)系統(tǒng)容量確定所需要的設備數(shù)量(如信道板數(shù)、傳輸接口數(shù)等)，從而完成系統(tǒng)配置。 在2G無線網(wǎng)絡中，特別是對于提供單一話音業(yè)務為主的網(wǎng)絡(如GSM網(wǎng)絡)，可以簡單地認為單個基站提供的話音信道數(shù)是不變的。在給定呼損率的情況下，查Erlang表就可以得出單扇區(qū)在這一呼損率下可以提供的Erlang數(shù)。這樣對于基于容量的規(guī)

2、模估算，可以用總的話務除以單扇區(qū)提供的Erlang值得到所需扇區(qū)的個數(shù)，進而配置相應的設備。 當前3G正在逐步走向商用化階段。WCDMA作為3G的主流技術標準之一，有如下技術特點： a)頻率復用率=1； b)有軟切換區(qū)域，不同于只有硬切換的GSM； c)干擾受限：隨著容量的增大干擾增加； d)軟容量：覆蓋、容量和質(zhì)量三者密切相關； e)多業(yè)務環(huán)境：不同的數(shù)據(jù)速率(從Voice 12.2kbit/s到384kbit/s)，不同的服務質(zhì)量(阻塞率、延時、流量、BLER)，不同的連接方式(實時和非實時)，不同的行為特點和話務不對稱性； f)小區(qū)呼吸效應：覆蓋和容量相關，用戶增多干擾增加，半徑因負荷及

3、業(yè)務速率而變化。 WCDMA移動通信系統(tǒng)需要支持多種類型的業(yè)務，而對多業(yè)務網(wǎng)絡進行基于容量的規(guī)模估算時情況會變得非常復雜，給系統(tǒng)仿真也帶來了難題。 1、無線網(wǎng)絡規(guī)劃目標 1.1網(wǎng)絡覆蓋目標 a)根據(jù)運營商要求，確定網(wǎng)絡完成連續(xù)覆蓋的區(qū)域和面積，并將目標區(qū)域根據(jù)不同的地貌類型分類及區(qū)域面積統(tǒng)計。 b)明確各區(qū)域運營商所要達到的覆蓋要求、區(qū)域覆蓋概率和邊緣覆蓋概率。地鐵、鐵路和公路的覆蓋需要采用大覆蓋基站、直放站等特殊解決方案。 1.2網(wǎng)絡容量目標 針對市場策略和用戶發(fā)展情況，確定網(wǎng)絡容量目標。通常將業(yè)務目標劃分為幾個階段，通過收集現(xiàn)網(wǎng)移動用戶數(shù)，并采用適當?shù)臉I(yè)務預測方法得到各階段的用戶數(shù)。 業(yè)務

4、預測是確定移動通信網(wǎng)建設規(guī)模的重要依據(jù)，決定了工程建設的投資及建成投產(chǎn)后的經(jīng)濟效益。它既要反映客觀需要，又要考慮現(xiàn)實條件的可能性。WCDMA網(wǎng)絡建設初期，業(yè)務預測可采用滲透率法進行預測。 1.3網(wǎng)絡質(zhì)量(QoS)目標 質(zhì)量目標是指每種業(yè)務所要達到的質(zhì)量要求。對于電路型(CS)業(yè)務衡量標準是阻塞率，對于分組數(shù)據(jù)(PS)業(yè)務衡量標準是最大延時時間和時延比例。 1.4成本目標 在滿足上述3個目標要求的情況下，應盡可能控制建設成本；或者在投資規(guī)模確定后，盡可能滿足上述3個目標。 通常情況下上述4個目標是相互關聯(lián)、相互制約的，確定目標時需要綜合考慮。 2、規(guī)劃前的關鍵問題 2.1混合業(yè)務模型 業(yè)務模型預

5、測是網(wǎng)絡規(guī)劃中不可缺少的環(huán)節(jié)，而混合業(yè)務模型預測是一個很復雜的問題，也是制約網(wǎng)絡規(guī)劃準確度的瓶頸。 根據(jù)3GPP規(guī)范定義，WCDMA網(wǎng)絡提供的業(yè)務可以分為會話類業(yè)務、交互式業(yè)務、流業(yè)務、背景類業(yè)務4類。一般將會話類業(yè)務定義為電路型(CS)業(yè)務，該類業(yè)務上下行對稱；交互式業(yè)務、流業(yè)務、背景類業(yè)務定義為分組數(shù)據(jù)(PS)業(yè)務。這些業(yè)務上下行不對稱。 WCDMA目前承載業(yè)務有語音業(yè)務、視頻電話、視頻會議、移動電子商務、下載類游戲娛樂、WAP瀏覽、WWW瀏覽、音頻流業(yè)務和視頻流業(yè)務、電子郵件、短信業(yè)務、信息服務等業(yè)務，未來還會有許多目前不大可能預知的其他應用業(yè)務，承載業(yè)務的使用比例隨時可變。承載的業(yè)務比

6、例不同，混合業(yè)務模型就不同，因此網(wǎng)絡規(guī)劃和設計時要給出準確模型是不可能的，只能給出近似預測，隨著網(wǎng)絡的發(fā)展業(yè)務模型還要不斷調(diào)整。 CS域業(yè)務模型的主要參數(shù)有：忙時會話次數(shù)、承載速率、激活因子、平均呼叫持續(xù)時間、滲透率、平均忙時會話話務量。 PS域業(yè)務模型的主要參數(shù)有：業(yè)務的單用戶忙時會話次數(shù)、承載速率、每會話包含的數(shù)據(jù)呼叫次數(shù)、每數(shù)據(jù)呼叫包含的分組包數(shù)、平均分組包大小、數(shù)據(jù)呼叫間的閱讀時間、分組包到達時間間隔、每個會話平均通信時長、誤塊率、激活因子、平均呼叫持續(xù)時間、滲透率、平均忙時會話話務量。 混合業(yè)務模型預測，就是要預測出上述這些參數(shù)，并轉化為規(guī)劃軟件的輸入?yún)?shù)。 2.2傳播模型 2.2.

7、1傳播模型公式 傳播模型是移動通信無線網(wǎng)絡規(guī)劃的基礎，用來預測無線電波在各種復雜傳播路徑上的路徑損耗。移動通信無線傳播環(huán)境極為復雜，采用合適的傳播模型或校正過的傳播模型，可以提高覆蓋預測的準確度，可以針對特定市場的具體傳播環(huán)境，設計出合理的無線網(wǎng)絡建設方案。 a)考慮到各種現(xiàn)有傳播模型的使用條件，建議密集市區(qū)采用標準宏蜂窩模型，見式(1)。 PLoss=K1=K2lgd+K3Hms+K4lgHms+K5lgHeff+K6lgHefflgd+K7Ddiffn+C_Loss(1) 式中： d基站和手機間的距離(km) Hms基于地面上的手機高度(m)，可指定一個惟一值或不同的地貌有不同的值 Hef

8、f基站的有效高度(m) Ddiffn用Epstein，Peterson，Deygout或Bullin-gton等計算出的衍射損耗 K1-K7分別為偏置常數(shù)、距離因子、手機有效高度因子、Okumura Hata對手機有效高度的因子、天線的有效高度因子、Okumura Hata對lgHefflgd的因子、衍射因子 C_loss地貌因子 b)該模型的使用條件如下： (a)適用頻率150MHz-2GHz； (b)基站半徑大于0.5km； (c)基站高度30-200m； (d)接收機高度1-10m； (e)數(shù)字地圖需要高度、地形信息，精度一般采用20-200m。 2.2.2傳播模型校正 上述傳播模型是經(jīng)

9、驗公式，在網(wǎng)絡規(guī)劃或設計時，一般都需要模型校正，以提高覆蓋預測的準確度。模型校正的方法主要有以下兩種方式： 1)CW測試 這種方式是選擇具有代表性的基站站點，并架設CW測試發(fā)射機和天線，使用空白的頻點進行發(fā)射；通過車載系統(tǒng)收集大量測試數(shù)據(jù)，然后通過數(shù)據(jù)后處理和分析，完成傳播模型的校正。 2)現(xiàn)網(wǎng)導頻功率車載測試 這種方式是針對典型地物區(qū)域選擇代表性的基站，通過大量的車載測試，收集現(xiàn)有網(wǎng)絡中代表性基站的導頻接收功率數(shù)據(jù)，然后通過數(shù)據(jù)后處理，用于校正原始的傳播模型公式。這種測試方式不需要額外的發(fā)射機，只需要接收系統(tǒng)和后臺分析軟件。WCDMA在國內(nèi)尚無商用網(wǎng)絡，目前還不能采用這種方法。 電子地圖是覆

10、蓋預測和傳播模型校正必需的數(shù)據(jù)，它的精度和采集時間也很關鍵，反映了地貌和建筑物的變化。 2.3網(wǎng)絡預設計 2.3.1鏈路預算 鏈路預算是對一條上行或下行通信鏈路上的各種損耗和增益的核算，對系統(tǒng)的覆蓋能力進行估計，獲得保持一定呼叫質(zhì)量下鏈路最大允許路徑損耗。有了最大允許路徑損耗，利用已知的傳播模型就可以計算出小區(qū)的覆蓋范圍(半徑)。 圖1是鏈路預算模型，上下行鏈路分別進行迭代計算，最后平衡得到小區(qū)的覆蓋半徑。 圖1鏈路預算模型 對于WCDMA，不同業(yè)務的覆蓋半徑是不同的，需要對每種業(yè)務分別進行鏈路預算，得到每種業(yè)務的覆蓋半徑，然后根據(jù)運營商連續(xù)覆蓋要求確定以哪種業(yè)務的覆蓋范圍作為小區(qū)的覆蓋半徑。

11、 2.3.2規(guī)模估算 規(guī)模估算是無線網(wǎng)絡規(guī)劃和設計的重要環(huán)節(jié)，規(guī)模估算的目標是估算出要求覆蓋區(qū)域的基站(Node B)數(shù)和站點配置要求。 根據(jù)鏈路預算確定的小區(qū)覆蓋半徑和式(2)，可以得到單個Node B的覆蓋面積。 S=Kd2(2) 式中： S小區(qū)的覆蓋面積 d小區(qū)的覆蓋半徑 K與扇區(qū)數(shù)相關的常數(shù)，其取值見表1 表1K值表 站點配置 全向 2扇區(qū) 3扇區(qū) 6扇區(qū) K值 2.6 1.3 1.95 2.6 根據(jù)式(3)可得到Node B數(shù)。 Node B數(shù)=要求的覆蓋面積/單個Node B的覆蓋面積(3) 2.3.3宏蜂窩基站設置和站址勘查 由于WCDMA是同頻自干擾系統(tǒng)，確定宏蜂窩基站布點方案

12、應遵循以下原則： a)在WCDMA覆蓋區(qū)內(nèi)，應保證WCDMA的連續(xù)覆蓋，避免與GSM網(wǎng)絡的頻繁切換； b)盡量避免WCDMA不同頻率間、WCDMA與GSM網(wǎng)絡間的硬切換，WCDMA網(wǎng)絡與GSM網(wǎng)絡的切換邊界應設置在話務量、數(shù)據(jù)流量較小，且切換量小的地區(qū)； c)充分利用現(xiàn)有通信網(wǎng)絡資源(如機房和傳輸設備等)，盡量與現(xiàn)有通信機房同站址； d)考慮與其他移動通信網(wǎng)絡(如GSM1800、PHS網(wǎng))的干擾隔離，天線設置應保證必要的垂直或水平空間隔離： e)根據(jù)具體地域情況設置天線高度，原則上密集市區(qū)、市區(qū)的天線掛高為30-40m，郊區(qū)為30-50m，農(nóng)村視具體情況而定： f)基站新站址宜選在安全、交通便

13、利、供電可靠的地方，不宜設在大功率無線電發(fā)射臺、大功率電視發(fā)射臺、大功率雷達站等附近。 g)在地圖上選出基站位置，再到現(xiàn)場勘查。通過勘查得到基站的經(jīng)緯度，天線的掛高、方位和下傾角等第一手現(xiàn)場資料。 2.4話務分布及終端數(shù)預測 2.4.1話務分布預測 話務分布預測的方法有3種： a)根據(jù)覆蓋區(qū)域類型劃分(一般分為密集市區(qū)、市區(qū)、郊區(qū)、鄉(xiāng)村、特殊地區(qū)(如熱點地區(qū)、山區(qū)、鐵路、公路等)，按比例分配總話務； b)根據(jù)人口分布分配總話務； c)通過運營商的OMC-R統(tǒng)計得到現(xiàn)網(wǎng)話務(如GSM、CDMA、PHS)，利用現(xiàn)網(wǎng)(如話音用GSM、數(shù)據(jù)用GPRS)的忙時話務作為話務分布依據(jù)。如首先在Aircom規(guī)

14、劃軟件的GSM模塊中生成話務密度圖；再將這些密度圖導入到規(guī)劃軟件的WCDMA模塊中，乘以一定的比例因子得到UMTS話務密度圖。顯然，利用現(xiàn)網(wǎng)話務分布密度預測網(wǎng)絡規(guī)劃的話務分布更接近實際。 2.4.2終端數(shù)預測 用Aircom仿真規(guī)劃時需要輸入每種業(yè)務的終端數(shù)，無論對CS域還是PS域，該數(shù)都是一個平均數(shù)。在Monte Carlo仿真的每次snapshot中，軟件實際生成的終端數(shù)都是不同的，它們是設定的終端數(shù)按照泊松分布產(chǎn)生的隨機數(shù)。根據(jù)統(tǒng)計學的觀點，同時打電話的人數(shù)是一個按照泊松分布產(chǎn)生的隨機數(shù)，這樣軟件輸入的終端數(shù)就不需要查Erlang B表，而是將每種業(yè)務的話務量作為終端數(shù)的輸入值。 每種業(yè)

15、務的話務量為預測用戶數(shù)與每用戶每業(yè)務的忙時話務量的乘積。 3、網(wǎng)絡規(guī)劃 3.1網(wǎng)絡規(guī)劃流程 網(wǎng)絡規(guī)劃是設計流程中的一個環(huán)節(jié)，就是用無線規(guī)劃軟件進行模擬仿真。通信系統(tǒng)的仿真一般分為兩個層次：第一層是鏈路級仿真，主要進行物理鏈路性能仿真與評估；第二層是系統(tǒng)級仿真，主要進行整個通信網(wǎng)絡的系統(tǒng)建模、分析、評估與網(wǎng)絡規(guī)劃。 鏈路級仿真的結果反映了業(yè)務的QoS性能：系統(tǒng)級仿真基于特定的蜂窩網(wǎng)拓撲結構，考察一定數(shù)量的基站和移動臺之間的交互業(yè)務性能。目前在網(wǎng)絡規(guī)劃和工程設計時，一般采用系統(tǒng)級仿真的靜態(tài)仿真，如Monte Carlo方法。設計工程師能夠根據(jù)仿真結果及時調(diào)整設計方案，網(wǎng)絡的各種性能指標也能夠直觀形

16、象地呈現(xiàn)出來。 網(wǎng)絡規(guī)劃流程見圖2，本文以Aircom為例介紹規(guī)劃的流程、輸入輸出、硬件容量配置等。 圖2網(wǎng)絡規(guī)劃流程 模擬仿真基于Monte Carlo算法，移動用戶根據(jù)預先輸入的話務被隨機地分布在指定的區(qū)域里。每個用戶被指派了隨機的位置、隨機的業(yè)務類型和移動性、移動終端類型、上下行速率、業(yè)務狀態(tài)。 3.2網(wǎng)絡規(guī)劃的輸入?yún)?shù) a)頻率參數(shù)。載波中心頻率，上下行成對出現(xiàn)，一對或多對頻率。 b)承載參數(shù)。業(yè)務速率、FER、硬件資源消耗(與廠家設備有關)、Eb/No(各種業(yè)務和車速)、功率控制、TXP增益、處理增益。 c)業(yè)務參數(shù)。載波中心頻率、激活因子、分組數(shù)據(jù)參數(shù)(平均包大小、每次會話包呼叫次

17、數(shù)、每次呼叫數(shù)據(jù)包個數(shù)、兩次呼叫之間的閱讀時間、包間到達時間、BLER工作點等)。 d)基站與小區(qū)參數(shù)。Node B名稱、Node B ID、Cell ID、基站的經(jīng)緯度、天線類型、天線的掛高、方位、下傾角、饋線長度、噪聲升高限制、正交因子、導頻功率、最大發(fā)射功率、主公共導頻信道功率、次公共導頻信道功率、主同步信道功率、次同步信道功率、軟切換窗口、噪聲系數(shù)、激活集大小。 e)終端參數(shù)(話音和數(shù)據(jù))。移動臺最大功率、發(fā)射功率動態(tài)范圍、功率步長、需要的Ec/Io、天線增益、人體損耗、噪聲系數(shù)。 f)傳播模型參數(shù)。載波中心頻率、終端高度、方差、各K值和clutter值。 g)室內(nèi)穿透損耗參數(shù)(各種地

18、貌)。室外衰落方差、室內(nèi)衰落方差、室內(nèi)損耗。 h)Node B類型定義。根據(jù)廠家設備定義。 3.3網(wǎng)絡規(guī)劃的輸出 a)Aircom可以輸出Ec/Io、軟切換、導頻污染等幾十個關鍵參數(shù)的仿真圖，參見圖3； 圖3Ec/Io仿真圖 b)以Excel表的形式給出仿真統(tǒng)計結果； c)以Excel表的形式給出鄰小區(qū)規(guī)劃表； d)以Excel表的形式給出擾碼規(guī)劃表； e)以Excel表的形式給出基站布局、小區(qū)參數(shù)和每個基站每種業(yè)務每次會話的話務量等。 3.4Node B信道板數(shù)計算 Node B信道板數(shù)計算步驟如下： a)在用Aircom規(guī)劃軟件做完Monte Carlo后，選擇TOOLSSim Traffic Node B，將話務量寫入每個Node B； b)將Node B的業(yè)務類型和話務量輸出到Excel中； c)在Excel中統(tǒng)計每個Node B、每種業(yè)務的平均Erlang數(shù)； d)利用折算的方法，將所有數(shù)據(jù)業(yè)務折算為話音業(yè)務，或將所有業(yè)務折算為某種數(shù)據(jù)業(yè)務，得到總的話務量，反查Erlang B表，得到每個Node B的總業(yè)務信道數(shù)；或者根據(jù)Campbell定理計算總業(yè)務信道數(shù)； e)業(yè)務信道數(shù)+控制信道數(shù)(包括信令和控制)=總信道數(shù)； f)根據(jù)廠家設備配置原則，可算出每個Node B所需的