技术分析:WCDMA无线网络规划方法

  
  
  随着3G移动通信技术的日渐成熟,3G网络规划已经提到日程上来。3G网络规划不仅包括无线接入网络的规划,还包括核心网络、传输网络、支撑系统的规划,综合业务平台的开发等许多方面。3G网络规划是比较复杂的,在此,本文主要探讨WCDMA无线网络规划的一些基本原则、规划过程、内容及方法等。
  
  一、WCDMA与2G无线网络规划的区别
  
  WCDMA无线网络规划同传统的2G网络相比有着本质的区别:传统的2G网络由于所承担的业务主要是语音,所采用的规划方法相对较为简单,但WCDMA网络提供丰富多样的业务,从而导致WCDMA无线网络规划比2G复杂很多。
  
  传统的2G(GSM)无线网络规划基本上可以分为两步:第一步主要是无线路径衰耗的预测,目的是使网络保证所需业务区域的无线覆盖;第二步是根据对业务区业务量的估计进行频率规划,以便确定系统的容量。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),这样对于给定信道的数量,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规划。
  
  在WCDMA系统中,由于引入了包括话音在内的多种不同速率、不同QoS的业务,多业务环境和WCDMA系统本身的特点使得WCDMA系统规划有许多不同于GSM系统规划的内容。其中特别要注意的是,在规划WCDMA系统时,小区的覆盖和容量要相互结合起来考虑。WCDMA系统覆盖能力与系统负载状况相关,系统负载增加会导致覆盖范围的缩小,WCDMA每载波的容量与所处环境、临区干扰等因素相关,具有小区呼吸效应,即“软”特性。因此,在WCDMA系统中,功率控制(TPC)、软切换和更软切换产生的增益、上下行链路的功率预算等因素都需要加以考虑。
  
  GSM系统的无线网络规划是在小区的容量和覆盖两者间求得最佳点,而WCDMA系统无线网络规划要在容量、覆盖、服务质量三者间寻求最佳点,这就无形中增加了WCDMA系统无线网络规划的复杂性。
  
  二、WCDMA无线网络规划的原则
  
  无线网络规划是根据规划的无线网络的特性以及网络规划的需求,设定相应的工程参数和无线资源参数,并在满足一定信号覆盖、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。因此,要规划好无线网络,首先就需要了解无线网络的特点,如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;其次,需要了解运营商对无线网络运行环境、无线业务需求等要求,不同的网络运行环境、不同的业务需求决定了不同的网络需要达到的性能指标。具备了以上两点条件就可以开始进行无线网络规划,在WCDMA系统网络规划过程中,应该遵循以下基本规划原则。
  
  1.WCDMA网络建设应该坚持规模发展的原则,采用全网统一规划、分步实施的网络规划建设方案。
  
  2.网络规划初期应该在覆盖的深度和广度上根据经济水平、基础设施状况而调整,在经济发达、中等发达地区和重要城市基本实现地级市和县级市的全覆盖,在欠发达省市可实现大部分地级市的覆盖。
  
  3.随着网络的进一步发展,网络规划应实现在发达省市绝大部分乡镇的覆盖,在中等发达地区大部分乡镇的覆盖,在欠发达地区可实现少部分乡镇的覆盖,最终实现全国范围内的覆盖。
  
  4.在技术合理的前提下,网络规划应充分利用运营商现有的通信基础设施(包括机房、铁塔、传输等),减少重复建设,降低建设和运营成本。
  
  5.选择合理的技术和手段,加强无线网络规划,提高综合服务质量,协调好无线网络容量、无线覆盖和网络质量与投资效益之间的关系,确保网络建设的综合效益。
  
  6.网络规划应充分考虑远期发展目标,具有向前良好的扩展性,即系统容量以满足用户增长需要为衡量目标,能方便地进行扩容升级,满足远期业务需求。
  
  7.无线网络规划要将覆盖与业务规划结合起来,考虑室外与室内覆盖并重。
  
  8.网络规划要规划好无线支撑系统的建设,能提供不同用户的QoS等级服务。
  
  三、WCDMA无线网络规划的流程
  
  WCDMA无线网络规划的流程与GSM网络的规划流程基本相同,主要内容包括确定规划目标及信息收集、预规划、初始布局、站址实地勘测和最终设计等几个阶段,如图1所示。在最终规划设计方案进入试运行阶段之前,根据实地勘测结果进行相应参数的修正。
  
  
  
  

图1WCDMA无线网络规划流程

  
  确定规划目标及收集信息主要包括确定规划所要覆盖的区域、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,收集信息还包括各种业务量的密度分布图、地形地貌数据资料、运营商初选的站址信息和网络发展长期规划等信息。规划目标应综合考虑市场需求和成本因素。
  
  预规划进程根据所收集的信息要综合考虑覆盖、容量、质量等要求,得到理论覆盖和容量规划的初步设计方案,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,进行计算机辅助的网络覆盖及干扰分析等。
  
  初步设计是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,结合客户提供的初选站址信息,得出基站的初始布局。
  
  站址实地勘测是一个漫长的过程,需要无线规划人员与传输规划人员、施工人员和土建工程师一起研究,对于站址的选择不仅需要综合考虑站址周围的环境、建筑物高度、是否使用铁塔以及周围阻挡等因素,同时还需要对该站址进行结构核算的可行性研究,即如何减少站址的成本等。在站址勘测过程中,要根据无线规划、传输规划和安装过程人员的输入重新调整初始布局中的站址信息,通过多次反覆最终确定站址,形成详细的站址信息报告,包括建筑物或绿地的高度、坐标系、天线配置(位置、倾角、方位角等)、地图以及基站和天线准确位置的顶视图等内容。站址确定以后进行码字和频率的分配。
  
  最终规划方案应该包括覆盖规划、容量评估、干扰规划、计算功率预算、参数集规划、码字规划、频率规划、站址分布等各个部分的设计方案。
  
  四、WCDMA无线网络规划的内容
  
  WCDMA无线网络规划可分为覆盖规划、容量规划、码片和频率规划、无线资源规划、切换规划、功控规划等众多方面,其中覆盖规划和容量规划是其核心内容。在WCDMA系统中所有用户在空中接口享有相同的干扰资源,每个用户影响其他用户并引发其发射功率的变化,因此在进行规划时,覆盖和容量是相关的,必须进行迭代计算。
  
  1.WCDMA覆盖规划
  
  覆盖依赖于所要覆盖的区域、区域类型和传播条件。WCDMA覆盖范围的计算来源于链路预算和通过实测获得的无线传播模型校正。WCDMA链路预算中包含了一些GSM链路预算中不采用的新参数,如干扰余量、快衰落余量、软切换增益等参数。
  
  链路预算的主要目的是在对当前系统模型参数合理取值基础上,分析小区的最大允许路径损耗,从而得出各种情况下的覆盖半径。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、终端软切换状态等不确定性,必须建立一个模型,做一些简化性的假设,然后才能计算出一个统计性的结果。
  
  2.WCDMA容量规划
  
  与GSM无线网络相比,WCDMA系统容量规划更依赖于覆盖,容量直接和功率预算有关。功率预算针对的是一种典型的业务,而WCDMA在实际中可能同时存在着多种业务类型,包括话音业务和高达384kbit/s的数据业务。这就意味着对于不同的用户,系统的容量在上行链路和下行链路是不同的。理论分析与仿真结果表明,上行链路的容量是下行链路容量的2~2.5倍。
  
  由于WCDMA系统是干扰受限系统,容量的规划实质上是对干扰量的估计。对于下行负荷的估计,主要是对于基站发射功率的估计。对于每个用户所要求的最小功率,由基站到移动台平均衰耗及移动台灵敏度决定,条件是不存在多接入引起干扰(包括小区内和小区外)。干扰引起的噪声提升使得移动台所需最小功率比原来有了提高,最后使得系统能接入的用户数减少。
  
  3.码片和频率的规划
  
  从网络规划的角度看,WCDMA系统中的码片和频率规划相对比较简单,主要任务是为下行链路分配扰码。扰码组的码序列限制在512个,扰码在网络规划中被分配给扇区,因为扰码的数目太多,扰码分配这一繁琐的工作通常由网络规划工具自动完成。
  
  由于WCDMA系统的频率复用因子为1,为典型的空中接口干扰受限系统。如果运营商有两个或三个载频,那么WCDMA系统频率规划时要考虑到哪些载频分别用于宏蜂窝、微蜂窝和室内覆盖,同时还要考虑到本运营商内部宽带系统和窄带系统间的干扰和运营商之间的干扰。
  
  五、WCDMA无线网络规划的基本方法
  
  WCDMA无线网络的覆盖、容量和网络性能之间的关系是相互影响、相互制约的。用户的分布、用户的移动速度以及用户的业务模型都直接影响到无线网络的覆盖、容量和网络性能。因此要准确地反映未来网络的实际情况,不仅需要通过链路预算、容量推算等方法估算网络的大致建设规模以及基本建设方案,而且还需要采用专用的网络规划和仿真工具,建立准确的地理