WCDMA无线系统设计与优化

摘要

    本文介绍了WCDMA无线网络设计的基本思想，并提出一些与其他系统共容的策略和后期的优化方案。

    1、前言

    随着3G移动通信技术日渐成熟，有关3G网络的部署、设计也逐步提上日程。对于运营企业来说，一方面要部署多种无线设备，考虑覆盖等问题；另一方面，后期应用也对无线网络的优化提出了挑战。在无线网络搭建之前的规划、与之后的优化和管理，是无线网络真正可用的润滑剂。WCDMA作为3G三大主流标准之一，它和传统的2G、2.5G网络有着显著不同，这种不同，除了表现在无线接入网络的设计上外，还表现在核心网络的设计、支撑系统的规划、业务平台的开发等诸多方面。WCDMA网络的规划设计是比较复杂的，本文仅就一些大的原则提出WCDMA无线网络设计的基本思想，并提出一些与其他系统共容的策略和后期的优化方案。

    2、无线网络设计流程

    网络的覆盖和容量不但与设备性能有关，还与每个小区基站的站点选择、参数选择、小区间干扰、网络结构等因素有关，在综合这些因素的过程中，逐步形成了系统的网络规划技术。具体规划流程见图1。

    图1 WCDMA网络规划流程

    3、无线网络规划总体原则和主要性能指标

    3.1无线网络设计总体原则

    第三代移动通信网络设计应遵循以下4个主要原则。

    (1)无线网络覆盖与业务规划相结合。

    (2)室外与室内覆盖并重。

    (3)网络的设计要具有良好的向前扩展性，即系统容量能满足用户增长需要。

    (4)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。

    (5)考虑网络规划规模、技术手段的未来发展和演进方向。

    3.2网络规划的主要技术指标

    无线网络初始布局是基于运营商对多方面的考虑，包括对可能的配置和网络设备数量的估计，主要包括以下3个方面。

    (1)覆盖：覆盖区、区域类型信息、传播条件。

    (2)容量：可用频谱、用户增长预测、业务密度信息。

    (3)服务质量：区域定位概率(覆盖率)、阻塞率、终端用户吞吐量。

    WCDMA网络中覆盖、容量和通信质量3种性能紧密相关，容量增加将影响覆盖质量，网络性能难于预测。由于WCDMA网络所支持的各种业务具有不同的特性，因此系统负荷和小区特性难于评估。这就对系统设计和优化提出了更高的要求，随着网络的增长，覆盖和容量的优化将更加关键。

    4、WCDMA无线网络规划方法

    4.1单一WCDMA网络的情况

    用户的分布、用户的移动速度以及用户业务模型都直接影响到无线网络的覆盖、容量和网络性能。而传统的链路运算、容量推算等方法都无法准确地反映未来网络实际情况，只有采用上面流程中专用的网络规划和仿真工具，并建立准确的地理环境模型、用户业务和行为模型，才能仿真出实际网络的运行效果。我们可以从无线网络覆盖和业务两个方面对基站的规划设计进行预测。

    (1)以无线网络覆盖为依据的基站预测设计方法。在这种设计方法中，首先要列出基站覆盖的参考业务，主要关键点是业务类型、传播模型、对传播模型的校正、模型有效标准、基本覆盖等。在确定以上因素的情况下进行基站预算：基站预算=总覆盖面积/参考业务覆盖范围。

    (2)以业务为依据的基站预测设计方法。在这种预算中，首先要确定业务的类型，包括分组业务和语音业务；第二，要确定总业务量的预测分布；第三，以坎贝尔模型算出基站预算；最后核算CS域剩余信道容量是否满足PS承载，如不满足，则根据数据承载需要增加基站预算。

    4.2WCDMA与TD-SCDMA混合组网

    虽然WCDMA与TD-SCDMA混合组网本质上是两大阵营暂时互相妥协的产物，但由于双方及各自内部在利益、立场、技术认识等方面存在一定分歧，根据WCDMA与TD-SCDMA两个网络关系的差异，目前业界中也存在两种不同的混合组网方TD-SCDMA叠加在WCDMA网络上的方案和TD-SCDMA与WCDMA互为补充方案。

    第一种方案的特点是WCDMA能够保持地理上的连续覆盖，更大程度上体现了WCDMA的发展利益，但也将在两种制式的协调发展、终端研发、频率干扰等方面面临许多实际挑战。

    第二种混合组网方案的发展思路是：利用WCDMA系统实现对农村/郊区/非热点城区边缘地带的覆盖；TD-SCDMA作为城区中的唯一3G制式热点，以较高的频谱效率提供针对非对称、高速率的数据业务以及大话务的承载。由于在城区中的基站数远多于农村/郊区的基站数，这种方案更大程度上体现了TD-SCDMA的发展利益。

    4.3 3G与2G并存的情况

    对于传统的2G网络运营商来说，覆盖广泛的网络、庞大的用户群对于3G网络来说既是优势也是限制因素。2G运营商既要保持其网络覆盖及用户优势，又要引入3G技术，这必然会产生两种系统的相互影响。如何通过网络规划将两者之间的影响降到最低，使两者能够实现共容是亟待解决的问题。3G/2G网络的相互影响主要表现在以下几个方面。

    (1)无线接入网络：主要是要考虑到2G/3G网络间的漫游、切换，基础设施公用(共站址、共享室内分布系统、共机房等)等方面。

    (2)核心网：主要考虑到2G网络中的信令网、承载网、BOSS系统，以及如何进行2G/3G之间“号码携带NMP”等。

    (3)业务网络：智能网、业务平台、业务管理平台等。

    为了整合资源，使3G/2G做到很好地共容，在无线接入网规划部分需要注意以下几个问题。

    (1)漫游：3GPP对于2G/3G之间的漫游、小区重选、系统设备、终端都指定了详细的规范。并要求原有的BSS进行协议升级，以支持3G邻近小区的广播、系统间切换等特性。另外，为了支持系统间切换，MSC设备也需要进行相应的软件升级。2G/3G双重覆盖时，我们倾向于3G用户优先接入3G网络，并保持在3G网络中。

    (2)切换：现阶段，在2G/2.5G和3G之间的切换还存在很多问题。3GPP只制定了R99版本的3G/2G之间的切换，因此，只有对原有的2G网络升级到R99，才能够支持系统间的切换。而升级原有的网络，对于移动运营商是个巨大的风险。为解决以上问题，可以采取3GMSC兼容2GMSC的做法。

    (3)基础设施共用：包括共站址及机房、共享室内分布系统、共天馈系统等，充分利用现有资源，减少初期成本。

    5、WCDMA无线网络后期优化

    5.1优化流程

    WCDMA网络无线优化过程分3个阶段，即初期勘察阶段、RF优化阶段、全网性能测试阶段。这3个阶段互相独立又互相结合，是一个完整的、不可分割的过程。

    (1)初期勘查阶段的第一步是进行RF的规划和模拟分析，得到RF网络性能表征图，第二步是通过天线初始方向角和倾角保证基本的网络覆盖，通过单小区功能测试发现网络问题，确保RF优化阶段工作的顺利进行。

    (2)在RF优化阶段，通过扫频和路测等手段来进一步发现问题，如无线覆盖空洞、导频污染、邻区丢失等问题。在此基础上通过对天线高度、方向角和倾角调整和数据库修改等工作进行优化。

    (3)系统性能阶段主要通过路测进行呼叫性能的检测和评估。采用不同业务下大量呼叫的路测结果分析结合系统统计的KPI指标，进一步对参数作修改和RF调整。

    系统各个阶段都有助于形成标准的最优化的数据库，也有利于对系统无线规划模型的修正。

    5.2优化手段

    5.2.1覆盖

    覆盖问题需要通过分别分析上下行方向的Ec和UE发射功率予以判定。下行方向Ec值就足以表示覆盖的好坏，而不需要考虑Ec/No，但是如果结合容量和质量进行分析，则需要综合考虑各种性能指标。

    5.2.2邻区丢失

    WCDMA系统中，丢失的邻区因为不能及时增加到激活集中，就会产生干扰，引起下行掉话和上行呼叫质量的降低。

    CPICH：Ec＞RxLevmin

    Ec/Io＞Ec/Iomin

    当满足小区选择/重选条件时，小区就应当成为合法的邻区，即满足上述条件即可。如果仅根据CPICH_Ec/No进行HO判断，则邻区的判断条件应该为：

    CPICH：Ec/No＞Ec/Iomin

    Ec/No最小值建议使用-16dB。

    5.2.3导频污染

    如果最好服务区的CPICH_Ec很好而CPICH_Ec/No很差，则表明导频污染存在。其判断条件为：

    最好服务区：CPICH_Ec＞-100dBm

    CPICH_Ec/Io＜-10dB

    Ec值-100dBm为话音业务的要求。而Ec/No小于-10dB时，呼叫质量则无法保证。

    通过提高最好服务区的Ec值或者减小干扰小区的干扰，都有助于解决导频污染问题。而如果导频污染是由于小区重叠造成的，则需要进行天线倾角调整。

    5.2.4软切换区域优化

    软切换区域优化的目的是为了将系统中的软切换区域限定在一个合理的范围。因为过大的软切换区域将会造成容量的丢失，因为每个UE都使用2个以上的链路进行连接，这样呼叫需要多个信道资源和发射功率，它意味着NodeB下行容量的降低。对于上行来讲，由于RNC进行信号选择，所以对容量等没有影响。

    切换太多，IuB容量将会浪费，切换太少又可能掉话。所以软切换区域应控制在30%。

    6、结束语

    3G无线网络的规划是一个复杂浩大的工程，由于3G业务的多样性和3G本身的许多特点，使得它的设计复杂度远远大于第二代移动通信系统的规划。在我们构架出基本3G框架的基础上还需要考虑3G/2G的共容，使系统间能够方便的进行通信，并充分地利用已有的系统克服因站址选择的局限性而导致不同系统共站址、共机房等造成的系统间的干扰问题。