WCDMA无线网络的规划原则与方法

poorman

    随着3G商业化进程的不断加速，3G网络的各种设备测试的持续深入，3G网络建设已将很快提上日程。各运营商均赶在3G牌照发放之前，已积极准备在一些主要地区进行3G各种制式的网络规划。

    WCDMA使用较宽的频带、采用码字区分用户，信道具有自干扰特性，能提供多类型和速率的业务，采用软切换和快速功控等技术，在覆盖、容量和服务质量之间存在相互影响、相互作用。因此在规划设计时对于WCDMA这个干扰敏感的系统要用系统的观点，核心就是对系统内部和外部干扰实行适当的控制。

    一、无线网络设计流程

    WCDMA网络规划基本流程一般分为规划目标定义及需求分析、预规划（即出使布局，包括链路预算，规模预算和预规划仿真）、站址查勘、详细规划、开局优化等，在具体实施中应注意将规划设计、建设验收和运营维护各个阶段相互分离，如图1所示。


图1WCDMA网络规划流程

    二、WCDMA网络规划的基本原则

    1．网络定位原则

    定位于提供话音和数据业务的混合网。

    2．网络规划与实施方式原则

    采用至少三年满足期的“一步规划，分步实施”法或者采取“一步到位”法。

    一步设计分布实施法具有以下特点：初期投资较少，网络扩容投资较多，扩容方案复杂建设周期长，扩容时网络性能指标存在波动期，需要大量优化工作，先期优化工作需要重新开始。

    一步到位法特点：初期投资较多；网络扩容投资少；扩容方案简单，建设周期短；扩容时网络性能指标稳定；保护优化网络维护投资。

    3．覆盖原则

    保证重点区域的连续覆盖，边界连续承载速率选择即基本业务选择要根据业务预测、市场与竞争策略、投资等因素进行选择，大部分区域包括室内都可采用PS64/CS64kbit/s，重点区域及室内系统采用PS128/144kbit/s甚至更高的承载速率。目标负载因子建议主要按照上行链路0.5下行链路0.75进行规划，郊区和农村地区可以适当降低。对于信令信道功率，公共信道功率不超过总发射功率的20%，导频信道功率占总发射功率的10%左右但不能低于5%，开局优化根据导频污染和干扰情况调整导频功率。蜂窝网孔结构尽量采用理想六边形蜂窝结构。关键性能指标主要考察下行链路导频RSCP、Ec/N0、上行链路终端的EIRP值。

    4．容量原则

    软切换的比例一般在30~40%之间，信令信道数量根据业务量计算SCCPCH（FACH/PCH）数量，初期建设可以使用映射两条FACH和一条PCH的一条SCCPCH信道。关键性能指标需考察并发用户数、系统吞吐量、负载因子和软切换情况，扩容方式为骨干基站建设后根据业务情况考虑加载和加站扩容。

    5．2G/3G网络共用原则

    尽量采用现有的GSM系统资源，包括室内分布系统，但需要针对机房面积与承重、铁塔、天线、馈线、防护设备、传输设备、电源及蓄电池、空调等因素进行分析。针对干扰与辐射问题，WCDMA系统与GSM系统之间的干扰在30dB以内，天线对打也只需15m水平或者0.175m垂直隔离，因而无须额外的滤波隔离设备。

    6．2G/3G互操作性原则

    网络首先选择2G可以保证初期通信质量，但应考虑用3G拓展市场以降低终端门槛。小区重选方面建议使用小区重选而非PLMN重选，特别注意参数设置；对于位置区的设定，建议采用独立位置区，系统间切换建议采用3G—>2G单向压缩模式切换。

    7．网络规划工具的使用原则

    网络规划工具应当具备蒙特卡罗仿真等15项功能，而可选的2G/3G协同规划等功能也应具备；在预规划、详细规划和优化阶段都应当使用规划工具。

    8．工程实施原则

    站址选择尽量采用满足理想蜂窝结构的2G站点，实际站址与规划站址偏差不超过25%；同类区域的天线高度尽量一致，天线高度偏差不超过15%，投资允许情况下尽量使用有网管监控和统一调整功能的电调天线。

    9．室内覆盖原则

    建设初期就考虑重点区域的室内覆盖；室内覆盖方式尽量使用室内分布系统覆盖；室内覆盖频率选择应根据干扰情况选择同频或者异频方式，室外干扰小则使用同频方式，否则使用异频方式。

    10．直放站与PRU使用原则

    直放站使用原则：有限制使用直放站，直放站应具备网管监控和自激保护功能，室内系统可以多使用小功率直放站，边际网可以多使用直放站以弥补投资不足；PRU使用原则：PRU的使用应当具备裸纤传输建设和电源要求，而且满足资金限制。

    三、WCDMA无线网络规划方法

    1．规划目标

    业务预测的准确程度将最终影响规划结果，规划目标具体包括覆盖、容量、质量和数据参数几项内容。

    （1）覆盖目标：覆盖目标区域和区域面积、不同区域的覆盖率要求、需要进行连续覆盖的基本业务、软切换比例。

    （2）容量目标：各个区域各个阶段的用户数、目标负荷因子、可以提供的业务种类、提供的承载服务、各种业务平均每用户忙时的业务量、各种业务用户渗透率。

    （3）质量目标：对于CS业务衡量标准是阻塞率；对于PS业务衡量标准是最大延时时间和时延比例。

    （4）数据收集及需求分析，包括覆盖参数：覆盖区域与结构，覆盖目标；话务参数：用户数、业务类型、忙时话务量等；服务质量参数：阻塞率、延时等；无线参数；其他参数。

    2．传播模型及其校正

    常用传播模型包括COST231-HATA模型、COST231-WALFISH-IKEGAMI模型、3D射线跟踪模型、规划工具使用的通用校正模型、室内常用传播模型等。同一个城市可选择多个传播模型，对上述模型进行适当选择并进行校正，校正的误差可小于2~3dB。校正测试路线尽可能远离地物类型，测试天线高度要高于周围障碍物5m以上，大城市至少要求有5~6个测试点。

    3．容量规划

    （1）多业务条件下话务密度图的生成：话务密度图的准确与否决定了目标负荷因子与未来实际话务量需求的匹配关系，话音、数据业务密度图分别生成，数据业务密集图中要依据承载速率的不同生成各自的业务密度图，依据话务的目标区分类必须受多张密集图的约束，密集图STEP的划分必须依据统计分类的手段。现网话务密度图生成方法包括地区分类法、LIVE法，未来话务密度图生成方法有线性预测法、线性校正法等。

    （2）业务资源占用分析




    （3）单站极限容量计算

    单站极限容量计算取决于业务比例和业务质量要求等，也可以根据码字和信道计算并要求仿真结果与理论计算结果相符、测试结果与码字理论结果相符、测试条件与实际用户分布差异。

    （4）基站数目预算取决于业务预测和单站极限容量。

    （5）信道板数目取决于设备每个信道板支撑的基本信道数。

    （6）接口计算

    Iub 接口：取决于以下参数，主业务（不考虑分集因素）、分集业务（考虑宏分集因素）、信令和O&M开销。Iub接口容量=预期总业务所需带宽*（1+业务突发冗余率）*（1+信令开销率+O&M开销率）*（1+ATM开销率）*（1+分集因子）。

    Iu接口：CS域=预期总业务所需带宽*（1+信令开销率）；PS域=预期忙时RNC总业务所需带宽*（1+ATM开销率）*（1+信令开销率）。

    Iur接口：用户数据、RRC信令（AAL2）、RNSAP信令和Q2630信令（AAL5），一般取Iu接口容量的1~2%。

    （7）RNC数目计算

    RNC数目按以下3种方法计算取最大值：根据归属于一个RNC的小区数目进行计算：numRNC=numCELL/cellRNC*fillrate1；根据基站数计算RNC数目：numRNC=numBTS/btsRNC*fillrate2

    载波数目受限，即根据载波数目计算：numRNC=numCARRIER/carrierRNC*fillrate3；Iub接口受限，即根据Iub的容量计算：NumRNC=(voiceTP+CSdataTP+PSdataTP)*numSUB/tpRNC*fillrate4。

    （8）码字规划

    上行链路由于可使用的码字资源丰富，每个用户的扰码都不一样，并且不同终端之间对扩频码的使用不需要相互协调，因此上行链路的特征码不需要规划。下行链路，厂家设备已经按照协议实现了扩频码的使用，而且不同的基站之间对码树资源的使用不需要相互协调，此外禁止相邻的小区使用相同的扰码，因此下行链路的特征码中扩频码不必规划，只需进行简单扰码规划，保证邻区不使用相同码字，一般由规划App自动完成。

    （9）关键性能指标规划

    通信概率和覆盖率由运营商确定；

    接收信号强度与门限：导频和话音门限-100dBm；

    导频信干比Ec/N0：门限-15.6dB；

    终端EIRP、并发用户数、数据吞吐量与用户分布有关；

    负载因子：上行链路<=0.5,下行链路<=0.75；

    软切换成功率和软切换比例：30~40%软切换比例；

    阻塞率与延时：CS域阻塞率低于5%，延时取决于业务；

    边缘通信概率：P边缘通信=P（$

    4．链路预算

    （1）链路预算目标

    WCDMA的链路预算通常只考虑上行链路预算，这是因为在下行链路中，基于CDMA技术的系统可以利用功率控制算法自动达到链路平衡。在WCDMA系统中链路预算通常是指上行链路链路预算，即从最大允许的上行损耗中除掉路径损耗以外的其它损耗和增益，从而得到最大允许的路径损耗，再将最大允许的路径损耗值带入经过校正的传播模型中，得到预期的小区覆盖半径和覆盖面积。链路预算为随后的网络设计提供两个非常重要的数据：发射机与接收机之间的最大允许路径损耗；小区覆盖半径与小区覆盖范围。

    （2）计算公式

    允许的上行链路路径损耗=UE发射功率+UE天线增益-电缆损耗-连接插头损耗-极化天线的极化损耗+基站的天线增益-基站灵敏度-余量（阴影衰落余量+建筑穿透损耗+干扰余量-软切换增益）

    （3）链路预算参数

    链路预算参数如表2所示。





    （4）特殊地形、地物的设计考虑

    在市区，一般市区的大部分高层写字楼结构、材质复杂，均会采用安装室内分布系统解决覆盖。再多的穿透损耗余量也无法实现真正的室内覆盖，因此在这些区域的穿透损耗应主要考虑居民楼的穿透要求。在郊区，乡村几乎全部建筑的室内覆盖都依赖室外基站的覆盖，足够的穿透损耗余量可以保证这些区域的室内通信质量。综上所述，在不同区域采用的建筑物穿透损耗值及相应的标准偏差值如表3所示。




    5．覆盖优化

    天线设计并不能解决全部无主服务小区问题或者消除导频干扰问题，实际工程中非最优站址还是会被选用。天线调整就是网络优化的最主要手段，如天线的俯仰角、方位角，天线的高度和天线的类型的调整等。

    基站导频功率可以在优化中被调整用来控制覆盖，但这是最后的选择，而不是最优选择。减少“Overshooting”现象，克服无主服务小区问题

    6．3G/2G移动性策略

    在城市密集区域，中心城区，部分近郊应建立连续UMTS网络，避免在城区中出现UMTS覆盖空洞。UMTS室内覆盖的成功解决关系到UMTS网络的整体质量，对业务的推广也至关重要。在初期不采用基于负荷或业务分类的UMTS/GSM移动性管理，这种策略会认为地增加切换的可能性，其负面效益会大于预期的结果，先在UMTS系统中寻找有效解决UMTS小区负荷办法。

    7．WCDMA硬切换实施方式

    网络应同时支撑两种方式：盲切换（Databaseassisted/Blindmode）；基于GSM测量方式，可通过压缩模式或非压缩模式实现，这2种模式各有所长。

    （1）硬切换策略：只有当需要再启动压缩模式，可以减少对无线性能的影响；当GSM测量失败时，盲切换可作为备用机制；WCDMA网络覆盖区应尽量避免硬切换。

    （2）压缩模式硬切换对容量的影响：启动压缩模式后，网络容量迅速下降，网络容量降低程度取决于RSSI CM触发门限、发生硬切换的次数和区域。