WCDMA系统无线网络规划和优化

0、引言

　　随着中国3G的逐渐启动，各大运营商都在进行网络前期规划，以便在牌照发放后即可开展网络建设，从而取得市场先机赢得主动并获取最大的市场份额。为了能够创造最大市场、赢得最多用户并对用户有持续的吸引力，3G移动通信网络必须具备高覆盖率和稳定的网络信号，系统需要具备相当大的容量以面对可能发生的高话务冲击，网络必须是持续可赢利的。目前2G无线接入网已相当成熟，网络覆盖和网络质量都达到了比较高的用户满意度，在进行3G网络建设时，如何充分利用现有网络资源、提高用户满意程度、节约建网投资成了网络规划过程中需重点考虑的问题。

　　作为3G标准之一的WCDMA系统，除了可以提供比第二代系统更高的频谱利用率外，最主要的是可以为移动用户提供非对称多媒体业务。另外，由于采用宽带码分多址(CDMA)接入方式，WCDMA系统在无线接口设计方面有许多新的特点，例如可以在上下行链路上支持频率为1.5kHz的快速功率控制，软/更软切换和正交下行链路信道等。在WCDMA系统中，干扰分析特别重要，基站灵敏度要视特定小区和业务而定。这些都使得在规划WCDMA系统时需考虑更多因素。目前，具体规划优良的WCDMA网络已成为研究热点之一。

1、WCDMA系统无线网络规划的关键点

　　WCDMA系统无线网络规划中有许多非常重要的关键点，包括小区呼吸效应(cell breathing)、小区覆盖与容量相互依赖关系、导频功率分配等。

　　1.1　小区呼吸效应

　　如果假定移动台的发射功率固定，那么可以认为改变基站接收功率相当于改变了移动台与基站间的路径损耗，这也就意味着基站覆盖的有效范围——小区大小是随着小区中激活的用户数N、用户数据速率R_b、激活因子v在不断变化的。这种变化就被称为“小区呼吸”，这也是CDMA系统特有的特点。

　　1.2　WCDMA网络规划中的软容量和软覆盖

　　WCDMA系统是一个干扰受限系统，由上面的小区呼吸效应也知道在进行网络规划的时候，容量和覆盖的规划要联合起来考虑，不像GSM系统网络规划时容量和覆盖是分开来考虑的。这主要是由于小区的负荷会对小区允许的最大传播损耗产生影响，也就是对覆盖产生影响，同时小区负荷又是小区容量的决定因素。当负荷较小时，WCDMA系统是上行链路覆盖受限；当负荷比较大时，下行链路容量受限。因此，在网络规划时，覆盖和容量的规划对于上、下行链路是不同的。特别是3G系统提供多媒体业务，每种业务的服务质量(QoS)不同，所以准确地规划覆盖和容量就更为重要。

　　1.3　导频功率分配

　　在WCDMA系统中，公共导频信道(CPICH)信号强度与系统性能有很大关系，这主要表现在：

　　a)导频信号的大小确定了小区的服务区域，每个移动台通过导频信号决定自己的服务小区；

　　b)基站根据导频信号大小的比较决定哪个小区可以进入激活集内进行软切换；

　　c)移动台使用导频信号获得系统消息和进行信道估计。

　　分配过多的导频信号功率将会减少用于业务信道的功率。当导频信号功率过大时，此小区所能接纳的移动台数量必然会超出此小区业务信号强度所能服务的移动台数量；相反，如果导频信号功率分配过小的话，导频信号服务的小区范围必然会减小，所能接纳的移动台数量必然小于此小区业务信号强度所能服务的移动台数量。因此可以看出在进行网络规划时，导频信道功率的分配是非常重要的，最优的导频信号功率可以在保证小区覆盖基础上对邻小区产生最小的干扰，从而达到最大系统容量。

2、WCDMA无线网络规划

　　2.1　覆盖与容量的关系

　　WCDMA系统与GSM系统完全不同，它采用码分多址接入方式，小区内的用户共享同一频带，这样由于“呼吸效应”在做网络规划时不能像规划GSM系统那样把覆盖与容量分开来考虑，而必须把两者结合起来规划。

　　2.2　网络扩容性

　　在规划WCDMA网络时，首先必须考虑网络扩容性。网络规划工程师不可能像规划GSM网络那样，简单地给相关小区增配频率。网络规划初期就必须考虑确定的信号余量，在计算小区面积时作为因业务量增多而产生干扰的补偿。这表明，从一开始，就需要用较小的小区或者更多的基站建网，这样会提高投资成本。如果业务量信号余量定得太小，那么一旦将来业务量大量增加，就必须建造更多的基站。

　　2.3　综合多媒体业务

　　实际上，WCDMA网络必须同时满足各种不同业务的需求。所以，网络规划工程师要综合考虑各种业务。对通信质量要求不高的业务，WCDMA小区有较大的覆盖范围；反之，对一些通信质量要求很高的业务，其小区覆盖范围就很小。这样，网络规划工程师在实际工作中不可能只考虑单一的WCDMA小区半径，因为不同的业务对应于不同的小区半径。如果把最小小区半径，也就是说把通信质量要求最高的业务作为网络规划的标准，那么建网成本是极其昂贵的，也是不现实的。未来的WCDMA网络规划工程师应从中级业务的小区半径着手，这样，小区实际有效范围只能部分满足高级业务的需求。

　　目前，各大网络规划软件公司已经着手开发和研制针对这种新的WCDMA网络综合多媒体业务的有效算法。实际上，由于WCDMA网络本身的特点，例如快速功率控制、软切换、下行链路正交码并非完全“正交”等，WCDMA的网络规划比GSM网络复杂得多，所需规划的参数也非常多，这时往往借助于仿真器实现网络规划。

3、WCDMA无线网络规划流程

　　在WCDMA网络规划中，为保证覆盖，在进行链路预算是要留有足够的余量；为保证容量和网络质量，在规划阶段应该充分考虑对干扰的控制。WCDMA无线网络规划的过程如图1所示。

图1　WCDMA无线网络规划流程

　　a)在确定的业务模型条件下选择合适的站址；

　　b)选择用于规划的仿真工具，确定仿真需要的相关参数，包括传播模型、天线参数、基站站距、容量和覆盖要求以及链路预算参数等；

　　c)根据所拥有或预测的业务话务分布数据，细化话务分布区域，并进一步确定WCDMA话务分布密度然后带入仿真工具进行仿真，得到初步的网络规划仿真结果；

　　d)根据仿真结果分析进行模型核对，并进一步对站址进行筛选和重选，确定合理的布网方案，并根据合理的布网方案，调校相关参数，进行再一次的仿真，以达到最终设计要求。

4、WCDMA无线网络优化

　　网络优化是改善移动用户所享有的整个网络质量且确保有效利用网络资源的过程。在网络规划时，有很多问题很难精确定义，这给网络留下了一定的问题，这些问题的解决要通过网络优化来解决：

　　a)业务量估计。在规划阶段业务量很难估计准确。这是因为3G可以提供多种数据业务，新的业务模型没有经验数据，这给规划带来了不准确性。

　　b)地理信息问题。在规划阶段，由于地理环境时刻在变化，尤其是城市，很难得到非常精确的地理信息。

　　由此可见，由于这些问题的存在，网络优化是一项非常重要的工作。

5、结束语

　　WCDMA系统是一个先进的系统，但是对网络规划和优化方面提出了新的挑战。网络规划的性能直接影响到未来网络的性能，所以在网络规划中要精心考虑和安排。