1、无线网络规划流程中兴通讯UMTS网规网优初级教材无线网络规划流程 中兴通讯工程服务部UMTS网规网优部 发布图目录表目录1 WCDMA无线网规概述WCDMA无线网络规划的任务就就是在满足运营商提出的覆盖范围、容量要求、服务质量的前提下，运用理论分析，仿真，测试和勘查等手段，估算网络规模，设计网络构架，并以可控的成本完成无线网络的配置和部署。并根据系统的实际表现和性能，对系统进行评估和分析，在此基础上通过各种技术手段和措施，解决系统运行过程中存在的各种问题，使系统性能得到逐步改善，提供最优的服务质量。图 11网络规划的平衡关系WCDMA无线网规网优相对于GSM、CDMA系统的无线网规网优有很多共
2、通性，但又有其内在的特殊性和复杂性，规划优化复杂程度大大增加，这都与其自身的技术特点相关的。WCDMA的无线接入技术特点决定了WCDMA网络规划的特点、难点和解决方法，因此我们先要以WCDMA的无线技术特点为线索，概述一下WCDMA的特点和相应的网络规划的特点。 1.1 自干扰系统WCDMA系统是自干扰系统，其现象就是对于上行而言，随着用户数的WCDMA系统多径转输，且各信道共享频率、时间和功率资源，信道间的隔离又完全由特征码的统计特性的正交性来实现，而扰码以及扩频码的正交性都并不理想，因此必然会引入过多的干扰。同时不合的站点规划布局，又会带来其它小区的干扰。增多，上行干扰会增加，用户所需要的
3、上行发射功率也随着增加；对于下行而言，同样随着用户数的增多，下行干扰也会增加，用户所需要的下行发射功率也随着增加。因此如果一个用户的功率非常高，则会导致其他用户的功率攀升。来自其它小区的干扰严重时体现就是导频污染。因此针对WCDMA系统的自干扰特点，必须进行细致的规划，采用闭环功率控制、接纳控制和负荷控制等手段以避免用户的功率攀升。WCDMA无线网规网优的一个重要目标，也就是通过合理的规划优化,使系统内干扰最小化1.2 软容量的特性系统的容量是指系统能提供的可供同时通信的最大用户数。WCDMA系统的容量要用硬容量和软容量两方面同时衡量。硬容量是Node B为每个小区分配的信道数目限制（由基带通
4、道数和频率资源决定），这与二代系统相同，它决定每个小区最大可同时处理多少个用户的通信。软容量限制源于CDMA的自干扰特性和对多种业务支持的特性。系统会为了减少干扰，保证业务质量而拒绝新的用户接入；在同样情况下，系统可能会拒绝高速业务而允许占用资源少的低速业务申请；在网络繁忙时，降低某种业务质量要求而减少资源占用；这些都要用系统软容量来表示。结果导致因干扰或功率受限而允许的接入用户数或总的数据吞吐率是不固定的而与无线环境、业务构成和比例密切相关。随着ASIC技术的发展，系统的处理能力已不是容量的瓶颈，而软容量最终决定了系统的能力。WCDMA系统是上行干扰受限、下行功率受限系统。衡量移动通信的最重
5、要的性能指标包括：网络覆盖、容量、业务服务质量。任何资源受限系统都必须通过合理的资源分配和调节来平衡系统中各自矛盾的需求。图1-2形象的概括了容量、覆盖和业务质量之间的“三角”关系。容量，覆盖和业务质量都有不同的极限，分布在目标三角形的顶点。如下图所示，为了达到更好的业务质量，会使得容量和覆盖受到影响；同理，为了达到较高的容量，则覆盖和业务质量会发生一定程度的恶化。网络规划的目标使是网络的覆盖、容量和业务质量达到综合最优。图 12 容量、覆盖与服务质量之间的关系覆盖和容量密切相关。小区容量的增加导致干扰的攀升，从而导致小区覆盖的收缩。反之，小区容量的下降会导致干扰下降和覆盖的增加，这就是所谓的
6、“小区呼吸”效应。通过链路预算，不同业务因覆盖距离不同所需要的发射功率不同。对于宏小区，覆盖距离越远，需要上下行功率越高，小区容量下降。相反，对于微小区，覆盖距离较短，小区能够支持的用户容量显著增加。业务服务质量与覆盖和容量同样密切相关。业务服务质量对应链路性能上的指标是解调BLER和吞吐率。在WCDMA系统中最终影响这些指标的关键因素是服务链路所消耗的功率和码道等受限资源。 一般来说，功率资源配置越高，该业务的服务质量越高，覆盖越远，但容量会下降；相反，当该业务功率配置较低，用户服务质量会下降，覆盖降低，但小区支持的容量会上升。业务质量也是受限于区域覆盖和容量。比如是否存在覆盖盲区、上下行链
7、路覆盖是否平衡，在容量要求下通信质量是否依然能够满足要求等，其中就涉及到掉话率、呼通率、切换成功率、话音的清晰度、PS域的时延、吞吐率各个方面是否满足要求。1.3 混合业务 WCDMA系统可为用户提供灵活、广泛的多种类型的业务，这是WCDMA的一个重要的特点。同的传播环境下，WCDMA系统要求达到不同的传输速率目标值，如在高速移动中可达144 kbps，在步行情况下达384 kbps，在室内环境下达2 Mbps。WCDMA系统支持可变速率业务、混合业务、高速数据分组业务（多媒体等）；还支持上、下行速率不对称的业务（上网等）；并且为考虑到以后业务发展的要求，同时提供足够大的容量和灵活的速率匹配方
8、法的数据承载能力。为了描述以上不同业务的业务质量，系统规定了如数据率、误码率、传输时延、时延抖动等等参数。总而言之，在WCDMA系统中，使用单一的爱尔兰模型无法准确地描述用户的业务需求，因此我们要采用更复杂的业务模型。不同业务，速率不同，其覆盖与容量都不同，QOS要求也不相同；混合业务的不同比例和构成，系统容量也不同，因此这必然大大增加了无线网络规划的难度。1.4 其他特点WCDMA系统其他一些技术特点也会影响网络规划，如WCDMA系统支持软切换，它给系统带来额外的增益，可改善覆盖情况。再如WCDMA使用的一些新技术，天线分集、智能天线、多用户检测等，都会给系统带来性能的提升，如果实际系统采用
9、了这些技术，规划时必须考虑到这些因素的影响。1.5 WCDMA和其它系统规划对比WCDMA无线网规网优相对于GSM、CDMA系统的无线网规网优有很多共通性，但又有其内在的特殊性和复杂性，规划优化复杂程度大大增加。这里对三个系统的网规有一个对比，见下表。表 11 WCDMA和其它系统规划对比WCDMAGSMCDMA 2000干扰分析码道间非正交性干扰载频间干扰码道间非正交性干扰覆盖不同业务不同覆盖；存在小区呼吸效应覆盖能力一定，覆盖和容量可分开考虑不同业务不同覆盖；存在小区呼吸效应业务模型混合业务；承载和业务类型丰富；数据业务建模是难点语音业务为主；业务模型简单混合业务；数据业务相对简单容量软容
10、量；混合业务容量估算是难点硬容量；容量计算简单明了软容量；混合容量计算相对简单站址规划选址要求较高选址相对简单选址要求较高仿真重要；覆盖，容量，质量的仿真简单（主要是预测覆盖）重要；覆盖，容量，质量的仿真频率规划简单复杂（是GSM规划的关键和难点）简单扰码规划简单无较复杂2 WCDMA网络规划流程WCDMA网络是一个自干扰、软容量的系统，覆盖、容量和质量密切相关，需要在保证覆盖的情况下，合理设计网络负荷，同时又要控制系统干扰，使三者之间达到最佳平衡。网络规划的最终目标是要为运营商提供一张可持续盈利和发展的精品网络，在保证网络覆盖、容量和业务质量的基础上，实现综合的规划成本、建设成本、运维成本最
11、低。针对WCDMA网络的技术特点，“一次规划，分步实施”是一种科学、经济、灵活的无线网络规划策略。一次规划重点确保网络规划总体目标，以规划为起点，优化为手段，在初期就考虑后续扩容时如何降低对现网运行系统的影响，使无线网络易于建设和维护。但是，运营商有限的资金投入和放号用户增长规律，决定了WCDMA的网络建设不可能一步到位实现全网覆盖。因此WCDMA的网络建设可以分步进行，包括在时间上分期建设，以及根据地域规划有重点有步骤的建设。2.1 流程框图网规流程图如下图所示。调查分析仿真建模勘查需求分析规模估算站点勘查和设计传播模型测试传播模型校正网络建设网络仿真 网络规划流程详细规划图 21网络规划流
12、程框图2.2 需求分析在规划开始前，有必要和运营商进行有效地沟通，获取更多的信息，为规划工作的顺利开展奠定良好的基础。在规划前，就要完成网规信息的收集工作，明确运营商可以提供的资源，如：网络定位，现网2G基站信息、电子地图、可用频率等。还要根据运营商要求的业务区，确定规划区的覆盖区域划分，了解规划区的地物、地貌，以及与之相对应的用户（数）密度分布，混合业务模型，确定业务区域划分，以及规划设计所要达到的目标。只有对运营商提出这些需求进行充分有效地分析，才可以制定出满足运营商提出的覆盖、容量、QoS等要求的规划策略。2.3 传播模型测试和校正无线传播模型测试与校正是移动通信网络建设的重要步骤，在无
13、线网络规划过程中，无线传播模型帮助设计者了解预选站址在实际环境下的传播效果。设计者可以通过将传播模型运用在规划仿真软件中的方法来预测出所规划的基站的各种系统性能指标。但是需要知道的是，由于实际环境中电磁波多径传播的复杂性，因此能够完全准确地反映实际传播环境的模型是不存在的，只可能是尽可能的接近实际情况。在实际地移动通信系统中，由于移动台不断运动，传播信道不仅受到多普勒效应的影响，而且还受地形、地物的影响，另外移动系统本身的干扰和外界干扰也不能忽视。基于移动通信系统的上述特性，严格的理论分析很难实现，需对传播环境进行近似、简化，从而使理论模型误差较大。此外，由于我国幅员辽阔，各省、市的无线传播环
14、境千差万别。如果仅仅根据经验而无视各地不同地形、地貌、建筑物、植被等参数的影响，必然会导致所建成的网络或者存在覆盖、质量问题，或者所建基站过于密集，造成资源浪费。因此就需要针对各个地区不同的地理环境进行测试，通过分析与计算等手段对传播模型的参数进行修正。最终得出最能反映当地无线传播环境的、最具有理论可靠性的传播模型，从而提高覆盖预测的准确性。2.4 规模估算在预规划阶段，需要达到的目标是给出预测的基站数量和配置。通常的做法是从覆盖与容量两方面进行综合考虑。首先通过无线链路预算结合传播模型，得到每种待规划业务的覆盖半径，再由待覆盖面积计算所需站点数；然后根据语音与数据业务的等效处理模型，结合各自
15、的业务模型，将各种业务折合成某种虚拟的等效业务，从而得出为了支持所给业务容量所需的站点数。取覆盖与容量两方面需求的最大者，即可对网络的规模有初步的认知。但该结果在很大程度上是不准确的，估算过程中诸多参数的取值差异会导致输出结果的较大差异性。2.5 网络仿真为了进一步确认和分析预规划阶段给出的基站数目和相应配置的无线性能，需要通过WCDMA网络规划仿真工具对规划结果进行评估。通过仿真工具，可以有效地模拟现实网络的性能，对于规模估算的结论加以映证，通过物理调整和参数调整，使得网络性能最优化，并输出仿真报告，指导后期的网络建设和优化。仿真是规划中比较重要的一个阶断，可以认为是最早的优化。在仿真中表现
16、出来的问题，在现实网络中肯定会出现。但是对于3G这样的复杂系统，影响因素众多且相互藕合，理论上的容量覆盖预测值往往误差较大，也就是说仿真并不能反映出实际网络中的所有问题，仿真的作用也是有限的。2.6 站点勘测和设计在完成了仿真工具设计之后，需要对规划的站址进行现场勘测，选择合适的建筑物作为最终的实施站址。基站站址选择是将工具设计的结果应用于具体的无线环境。同时还需要对站点进行天馈选则和站点设计，以满足实际的覆盖需求。这些结果都可以返回工具重新仿真、预测、调整，直到满足要求。2.7 详细规划站点勘测和设计完成后，经过适当的调整，最终网络拓扑确定后，还需要对系统的参数进行详细规划，包括下行基站各个
17、信道的发射功率、频率、码资源、切换参数、小区重选参数以及邻区关系等。3 需求分析需求分析，是规划工作的第一步，也可以理解为准备阶断的工作，明确网规工作的输入输出，只有必要的信息都具备后，规划思路确定后，才可以有效地开展规划工作。需要明确的是，这类信息往往是需要运营商提供给我们的，不可以本末倒置，因为很多信息的确定都是涉及到运营商自身的市场策略和运营方式的考量，已经超出了网规网优的工作范畴。3.1 网络定位3G网络与现有2G网络的关系 遵循网络建设的延续发展，2/3G协同组网已经十分普遍，2/3G网络在相当长一段时期内必然是共存互为补充的。2G是3G覆盖的延伸，3G是2G业务的延伸，2/3G可以
18、是一张网；2G以承载话音业务为主，3G以承载数据业务为主；2G为3G打下品牌基础，为3G培育市场和业务环境。R99和HSPA的关系 当前HSPA已经成为UMTS网络标配，HSPA与R99的业务协调和分配也相当重要。一般情况下，R99承载会话类和流类业务，HSPA承载交互类和背景类业务。载波分配 考虑到网络建设的阶断性，一般初期是由HSPA和R99混合载波组网，后期可以考虑HSPA单独载波组网3.2 覆盖要求覆盖目标区域的界定 以业务为驱动,划定有效目标覆盖区域,以及是否考虑室内覆盖,交通干道覆盖和热点地区覆盖等。覆盖区域的分类 根据无线环境,业务密度划分区域类型，还可参考现网站点分布和话务分布
19、进行区域划分连续覆盖业务的确定 WCDMA不同业务不同覆盖,业务定位影响建网成本，常规的是要求CS64业务连续覆盖。覆盖率指标的确定 需要依据RSCP和Ec/Io等指标来明确，比如在Dense Urban，要求95%的区域，RSCP= -85dBm, Ec/I0= -10dB等。3.3 容量要求用户数预测 需要明确每个区域的用户数。可以根据现有2G用户预测新增3G用户。业务预测 需要明确各种业务的比例。不同应用环境的用户分布比例是不同的，不同应用环境中高中低端用户的分布比例也是不同的。业务承载策略 数据业务的承载策略涉及运营商自身的运营的考虑，当前HSPA承载数据业务具有明显的优势，可以考虑承
20、担更多比例的数据业务量。业务模型 业务模型需要明确，即各种业务的业务量大小，PS业务需要明确上下行比例。HSPA业务需要重点关注。网络负载设计 科学利用2G话务分布预测3G话务分布业务承载策略：业务承载策略详见下表。表 31 业务承载策略类别实际业务时延要求(单向)承载速率是否合适HSPA承载承载策略实时类语音150ms12.2kbps否DCH承载可视电话150ms64kbpsVoIP150ms15.339.6kbps是HSPA承载互动游戏250msN/A部分HSPA部分承载流类实时音频流2s4.725kbps是考虑一定的策,HSPA与DCH共同承载实时视频流2s64kbps2Mbps交互类W
21、eb浏览4sN/AHSPA承载WAP浏览4sN/A电子商务4sN/A背景类FTP无严格要求N/AE-mail无严格要求N/A3.4 网规信息收集网规信息收集模板如下，基本囊括了网规需要的信息。4 无线传播模型测试和校正4.1 传播模型介绍这里主要介绍三种常见的传播模型，其中通用传播模型为仿真软件Aircom自带传播模型，目前我们无线传播模型测试和校正采用的都是通用传播模型。4.1.1 通用传播模型（Aircom自带传播模型）4.1.1.1 适用范围Frequency: 0.5G2G基站天线挂高Hb:30200m终端高度Hm:110m通信距离：135km。4.1.1.2 传播损耗公式Path l
22、oss = k1 + k2log(d) + k3Hms + k4log(Hms) + k5log(Heff) + k6log(Heff)log(d) + k7(diffraction loss) + clutter loss (1)其中，K1 衰减常数K2 距离衰减常数K3、K4 移动台天线高度修正系数K5、K6 基站天线高度修正系数K7 绕射修正系数Clutterloss 地物衰减修正值d 基站与移动台之间距离(km)Hms 移动台天线有效高度(m)Heff 基站天线有效高度(m)4.1.1.3 通用传播模型典型参数取值表 41 通用传播模型典型参数取值Dense UrbanUrbanSub
23、urbanRuralHighwayK1158154148143140K24845423938K300000K400000K5-13.82-13.82-13.82-13.82-13.82K6-6.55-6.55-6.55-6.55-6.55K70.40.40.40.40.44.1.2 Okumura-Hata模型4.1.2.1 适用范围Frequency: 150M1500M基站天线挂高Hb:30200m终端高度Hm:110m通信距离：135km。4.1.2.2 传播损耗公式其中：传播距离d的单位为km，f的单位为MHz；为传播损耗中值；、 基站、移动台天线有效高度，单位为米；基站天线有效高度计
24、算：设基站天线离地面的高度为，基站地面的海拔高度为，移动台天线离地面的高度为，移动台所在位置的地面海拔高度为。则基站天线的有效高度，移动台天线的有效高度为。（注：基站天线有效高度计算有多种方法，如：基站周围510公里的范围内的地面海拔高度的平均；基站周围510公里的范围内的地面海拔高度的地形拟合线；等等；不同的计算方法一方面与所使用的传播模型有关，另外也与计算精度要求有关。）移动台天线高度修正因子：远距离传播修正因子：对于UMTS规划，基站的覆盖半径通常少于20km，也即。为对应各种地物的衰减校正因子，具体参数取值见下节描述。4.1.2.3 各种地物的衰减修正因子密集城区 Dense Urba
25、n 校正因子：3dB一般城区 Mean Urban校正因子：0dB郊区Suburban校正因子：农村Rural校正因子：开阔地Open（Highway）校正因子：准开阔地Qusi Open校正因子：以900M为例，计算得到的各种地物的衰减校正因子如下所示：表 42 Okumura-Hata模型地物衰减因子理论值KCLUTTER(900M)Dense Urban3Urban0Suburban -9.94 Rural-19.21 Qusi Open-23.05 KCLUTTER(900M)Open-28.55 以上校正因子理论计算值比实际情况略夸张一些。实际项目使用中，可根据模型项目具体情况调整以
26、上各参数取值。以下是一般的建议值。表 43 Okumura-Hata模型地物衰减因子建议值KCLUTTER(850/900M)Dense Urban0Urban-2Suburban-6Rural-15Qusi Open-17Open-204.1.2.4 转化为通用传播模型表达式将Okumura-Hata整理为通用传播模型的表达式，以900M为例，k1-k7取值见下：表 44 Okumura-Hata的通用传播模型k1-k7取值dense urbanurbansuburbanruralQusi Openopen (Highway)k1149.83146.82136.87127.61123.771
27、18.27k244.944.944.944.944.944.9k3000000k4000000k513.8213.8213.8213.8213.8213.82k6-6.55-6.55-6.55-6.55-6.55-6.55k7000000具体的折算过程excel见下：4.1.3 Cost231-Hata模型4.1.3.1 适用范围Frequency: 1.5G2G基站天线挂高Hb:30200m终端高度Hm:110m通信距离：135km。4.1.3.2 传播损耗公式其中： 传播距离的单位为km，的单位为MHz；为传播损耗中值；、 基站、移动台天线有效高度，单位为米；移动台天线高度修正因子（与Ok
28、umura-Hata模型相同）：远距离传播修正因子（与Okumura-Hata模型相同）：对于UMTS规划，基站的覆盖半径通常少于20km，也即。为对应各种地图的衰减校正因子，具体参数取值见下节描述。4.1.3.3 各种地物的衰减修正因子各种地图的衰减修正因子与Okumura-Hata模型相同：密集城区 Dense Urban 校正因子：3dB一般城区 Mean Urban校正因子：0dB郊区Suburban校正因子：农村Rural校正因子：开阔地Open校正因子：准开阔地Qusi Open（Highway）校正因子：以2000M为例，计算得到的各种地物的衰减校正因子如下所示：表 45 Cos
29、t231-Hata模型地物衰减因子理论值KCLUTTERDense Urban3.00 Urban0.00 Suburban -12.27 Rural-22.38 Qusi Open-27.06 Open-32.56 以上校正因子理论计算值比实际情况略夸张一些。实际项目使用中，可根据模型项目具体情况调整以上各参数取值。以下是一般的建议值。表 46 Cost231-Hata模型地物衰减因子建议值KCLUTTER(2000M)Dense Urban0Urban-2Suburban-8Rural-17Qusi Open-20Open-224.1.3.4 转化为通用传播模型表达式将Cost231-Hata整理为通用传播模型的表达式，以2000M为例，k1-k7取值见下：表 47 Okumura-Hata的通用传播模型k1-k7取值Dense UrbanUrbanSuburban RuralQusi OpenOpen (Highway)K1161.21 158.16 145.88 135.78 131.10 125.60 K244.944.944.944.944.944.9K3000000K4
