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0、概述
在網絡規劃和工程設計中，需要規劃無線系統的容量，然后根據系統容量確定所需要的設備數量(如信道板數、傳輸接口數等)，從而完成系統配置。
在2G無線網絡中，特別是對于提供單一話音業務為主的網絡(如GSM網絡)，可以簡單地認為單個基站提供的話音信道數是不變的。在給定呼損率的情況下，查Erlang表就可以得出單扇區在這一呼損率下可以提供的Erlang數。這樣對于基于容量的規模估算，可以用總的話務除以單扇區提供的Erlang值得到所需扇區的個數，進而配置相應的設備。
當前3G正在逐步走向商用化階段。WCDMA作為3G的主流技術標準之一，有如下技術特點：
a)頻率復用率=1；
b)有軟切換區域，不同于只有硬切換的GSM；
c)干擾受限：隨著容量的增大干擾增加；
d)軟容量：覆蓋、容量和質量三者密切相關；
e)多業務環境：不同的數據速率(從Voice 12.2kbit/s到384kbit/s)，不同的服務質量(阻塞率、延時、流量、BLER)，不同的連接方式(實時和非實時)，不同的行為特點和話務不對稱性；
f)小區呼吸效應：覆蓋和容量相關，用戶增多干擾增加，半徑因負荷及業務速率而變化。
WCDMA移動通信系統需要支持多種類型的業務，而對多業務網絡進行基于容量的規模估算時情況會變得非常復雜，給系統仿真也帶來了難題。
1、無線網絡規劃目標
1.1 網絡覆蓋目標
a)根據運營商要求，確定網絡完成連續覆蓋的區域和面積，并將目標區域根據不同的地貌類型分類及區域面積統計。
b)明確各區域運營商所要達到的覆蓋要求、區域覆蓋概率和邊緣覆蓋概率。地鐵、鐵路和公路的覆蓋需要采用大覆蓋基站、直放站等特殊解決方案。
1.2 網絡容量目標
針對市場策略和用戶發展情況，確定網絡容量目標。通常將業務目標劃分為幾個階段，通過收集現網移動用戶數，并采用適當的業務預測方法得到各階段的用戶數。
業務預測是確定移動通信網建設規模的重要依據，決定了工程建設的投資及建成投產后的經濟效益。它既要反映客觀需要，又要考慮現實條件的可能性。WCDMA網絡建設初期，業務預測可采用滲透率法進行預測。
1.3 網絡質量(QoS)目標
質量目標是指每種業務所要達到的質量要求。對于電路型(CS)業務衡量標準是阻塞率，對于分組數據(PS)業務衡量標準是最大延時時間和時延比例。
1.4 成本目標
在滿足上述3個目標要求的情況下，應盡可能控制建設成本；或者在投資規模確定后，盡可能滿足上述3個目標。
通常情況下上述4個目標是相互關聯、相互制約的，確定目標時需要綜合考慮。
2、規劃前的關鍵問題
2.1 混合業務模型
業務模型預測是網絡規劃中不可缺少的環節，而混合業務模型預測是一個很復雜的問題，也是制約網絡規劃準確度的瓶頸。
根據3GPP規范定義，WCDMA網絡提供的業務可以分為會話類業務、交互式業務、流業務、背景類業務4類。一般將會話類業務定義為電路型(CS)業務，該類業務上下行對稱；交互式業務、流業務、背景類業務定義為分組數據(PS)業務。這些業務上下行不對稱。
WCDMA目前承載業務有語音業務、視頻電話、視頻會議、移動電子商務、下載類游戲娛樂、WAP瀏覽、WWW瀏覽、音頻流業務和視頻流業務、電子郵件、短信業務、信息服務等業務，未來還會有許多目前不大可能預知的其他應用業務，承載業務的使用比例隨時可變。承載的業務比例不同，混合業務模型就不同，因此網絡規劃和設計時要給出準確模型是不可能的，只能給出近似預測，隨著網絡的發展業務模型還要不斷調整。
CS域業務模型的主要參數有：忙時會話次數、承載速率、激活因子、平均呼叫持續時間、滲透率、平均忙時會話話務量。
PS域業務模型的主要參數有：業務的單用戶忙時會話次數、承載速率、每會話包含的數據呼叫次數、每數據呼叫包含的分組包數、平均分組包大小、數據呼叫間的閱讀時間、分組包到達時間間隔、每個會話平均通信時長、誤塊率、激活因子、平均呼叫持續時間、滲透率、平均忙時會話話務量。
混合業務模型預測，就是要預測出上述這些參數，并轉化為規劃軟件的輸入參數。
2.2 傳播模型
2.2.1 傳播模型公式
傳播模型是移動通信無線網絡規劃的基礎，用來預測無線電波在各種復雜傳播路徑上的路徑損耗。移動通信無線傳播環境極為復雜，采用合適的傳播模型或校正過的傳播模型，可以提高覆蓋預測的準確度，可以針對特定市場的具體傳播環境，設計出合理的無線網絡建設方案。
a)考慮到各種現有傳播模型的使用條件，建議密集市區采用標準宏蜂窩模型，見式(1)。
PLoss=K1=K2lgd+K3Hms+K4lgHms+K5lgHeff+K6lgHefflgd+K7Ddiffn+C_Loss (1)
式中：
d——基站和手機間的距離(km)
Hms——基于地面上的手機高度(m)，可指定一個惟一值或不同的地貌有不同的值
Heff——基站的有效高度(m)
Ddiffn——用Epstein，Peterson，Deygout或Bullin-gton等計算出的衍射損耗
K1-K7——分別為偏置常數、距離因子、手機有效高度因子、Okumura Hata對手機有效高度的因子、天線的有效高度因子、Okumura Hata對lgHefflgd的因子、衍射因子
C_loss——地貌因子
b)該模型的使用條件如下：
(a)適用頻率150MHz-2GHz；
(b)基站半徑大于0.5km；
(c)基站高度30-200m；
(d)接收機高度1-10m；
(e)數字地圖需要高度、地形信息，精度一般采用20-200m。
2.2.2 傳播模型校正
上述傳播模型是經驗公式，在網絡規劃或設計時，一般都需要模型校正，以提高覆蓋預測的準確度。模型校正的方法主要有以下兩種方式：
1)CW測試
這種方式是選擇具有代表性的基站站點，并架設CW測試發射機和天線，使用空白的頻點進行發射；通過車載系統收集大量測試數據，然后通過數據后處理和分析，完成傳播模型的校正。
2)現網導頻功率車載測試
這種方式是針對典型地物區域選擇代表性的基站，通過大量的車載測試，收集現有網絡中代表性基站的導頻接收功率數據，然后通過數據后處理，用于校正原始的傳播模型公式。這種測試方式不需要額外的發射機，只需要接收系統和后臺分析軟件。WCDMA在國內尚無商用網絡，目前還不能采用這種方法。
電子地圖是覆蓋預測和傳播模型校正必需的數據，它的精度和采集時間也很關鍵，反映了地貌和建筑物的變化。
2.3 網絡預設計
2.3.1 鏈路預算
鏈路預算是對一條上行或下行通信鏈路上的各種損耗和增益的核算，對系統的覆蓋能力進行估計，獲得保持一定呼叫質量下鏈路最大允許路徑損耗。有了最大允許路徑損耗，利用已知的傳播模型就可以計算出小區的覆蓋范圍(半徑)。
圖1是鏈路預算模型，上下行鏈路分別進行迭代計算，最后平衡得到小區的覆蓋半徑。
圖1 鏈路預算模型
對于WCDMA，不同業務的覆蓋半徑是不同的，需要對每種業務分別進行鏈路預算，得到每種業務的覆蓋半徑，然后根據運營商連續覆蓋要求確定以哪種業務的覆蓋范圍作為小區的覆蓋半徑。
2.3.2 規模估算
規模估算是無線網絡規劃和設計的重要環節，規模估算的目標是估算出要求覆蓋區域的基站(Node B)數和站點配置要求。
根據鏈路預算確定的小區覆蓋半徑和式(2)，可以得到單個Node B的覆蓋面積。
S=Kd2 (2)
式中：
S——小區的覆蓋面積
d——小區的覆蓋半徑
K——與扇區數相關的常數，其取值見表1
表1 K值表
|
站點配置 |
全向 |
2扇區 |
3扇區 |
6扇區 |
|
K值 |
2.6 |
1.3 |
1.95 |
2.6 |
根據式(3)可得到Node B數。
Node B數=要求的覆蓋面積/單個Node B的覆蓋面積 (3)
2.3.3 宏蜂窩基站設置和站址勘查
由于WCDMA是同頻自干擾系統，確定宏蜂窩基站布點方案應遵循以下原則：
a)在WCDMA覆蓋區內，應保證WCDMA的連續覆蓋，避免與GSM網絡的頻繁切換；
b)盡量避免WCDMA不同頻率間、WCDMA與GSM網絡間的硬切換，WCDMA網絡與GSM網絡的切換邊界應設置在話務量、數據流量較小，且切換量小的地區；
c)充分利用現有通信網絡資源(如機房和傳輸設備等)，盡量與現有通信機房同站址；
d)考慮與其他移動通信網絡(如GSM1800、PHS網)的干擾隔離，天線設置應保證必要的垂直或水平空間隔離：
e)根據具體地域情況設置天線高度，原則上密集市區、市區的天線掛高為30-40m，郊區為30-50m，農村視具體情況而定：
f)基站新站址宜選在安全、交通便利、供電可靠的地方，不宜設在大功率無線電發射臺、大功率電視發射臺、大功率雷達站等附近。
g)在地圖上選出基站位置，再到現場勘查。通過勘查得到基站的經緯度，天線的掛高、方位和下傾角等第一手現場資料。
2.4 話務分布及終端數預測
2.4.1 話務分布預測
話務分布預測的方法有3種：
a)根據覆蓋區域類型劃分(一般分為密集市區、市區、郊區、鄉村、特殊地區(如熱點地區、山區、鐵路、公路等))，按比例分配總話務；
b)根據人口分布分配總話務；
c)通過運營商的OMC-R統計得到現網話務(如GSM、CDMA、PHS)，利用現網(如話音用GSM、數據用GPRS)的忙時話務作為話務分布依據。如首先在Aircom規劃軟件的GSM模塊中生成話務密度圖；再將這些密度圖導入到規劃軟件的WCDMA模塊中，乘以一定的比例因子得到UMTS話務密度圖。顯然，利用現網話務分布密度預測網絡規劃的話務分布更接近實際。
2.4.2 終端數預測
用Aircom仿真規劃時需要輸入每種業務的終端數，無論對CS域還是PS域，該數都是一個平均數。在Monte Carlo仿真的每次snapshot中，軟件實際生成的終端數都是不同的，它們是設定的終端數按照泊松分布產生的隨機數。根據統計學的觀點，同時打電話的人數是一個按照泊松分布產生的隨機數，這樣軟件輸入的終端數就不需要查Erlang B表，而是將每種業務的話務量作為終端數的輸入值。
每種業務的話務量為預測用戶數與每用戶每業務的忙時話務量的乘積。
3、網絡規劃
3.1 網絡規劃流程
網絡規劃是設計流程中的一個環節，就是用無線規劃軟件進行模擬仿真。通信系統的仿真一般分為兩個層次：第一層是鏈路級仿真，主要進行物理鏈路性能仿真與評估；第二層是系統級仿真，主要進行整個通信網絡的系統建模、分析、評估與網絡規劃。
鏈路級仿真的結果反映了業務的QoS性能：系統級仿真基于特定的蜂窩網拓撲結構，考察一定數量的基站和移動臺之間的交互業務性能。目前在網絡規劃和工程設計時，一般采用系統級仿真的靜態仿真，如Monte Carlo方法。設計工程師能夠根據仿真結果及時調整設計方案，網絡的各種性能指標也能夠直觀形象地呈現出來。
網絡規劃流程見圖2，本文以Aircom為例介紹規劃的流程、輸入輸出、硬件容量配置等。
圖2 網絡規劃流程
模擬仿真基于Monte Carlo算法，移動用戶根據預先輸入的話務被隨機地分布在指定的區域里。每個用戶被指派了隨機的位置、隨機的業務類型和移動性、移動終端類型、上下行速率、業務狀態。
3.2 網絡規劃的輸入參數
a)頻率參數。載波中心頻率，上下行成對出現，一對或多對頻率。
b)承載參數。業務速率、FER、硬件資源消耗(與廠家設備有關)、Eb/No(各種業務和車速)、功率控制、TXP增益、處理增益。
c)業務參數。載波中心頻率、激活因子、分組數據參數(平均包大小、每次會話包呼叫次數、每次呼叫數據包個數、兩次呼叫之間的閱讀時間、包間到達時間、BLER工作點等)。
d)基站與小區參數。Node B名稱、Node B ID、Cell ID、基站的經緯度、天線類型、天線的掛高、方位、下傾角、饋線長度、噪聲升高限制、正交因子、導頻功率、最大發射功率、主公共導頻信道功率、次公共導頻信道功率、主同步信道功率、次同步信道功率、軟切換窗口、噪聲系數、激活集大小。
e)終端參數(話音和數據)。移動臺最大功率、發射功率動態范圍、功率步長、需要的Ec/Io、天線增益、人體損耗、噪聲系數。
f)傳播模型參數。載波中心頻率、終端高度、方差、各K值和clutter值。
g)室內穿透損耗參數(各種地貌)。室外衰落方差、室內衰落方差、室內損耗。
h)Node B類型定義。根據廠家設備定義。
3.3 網絡規劃的輸出
a)Aircom可以輸出Ec/Io、軟切換、導頻污染等幾十個關鍵參數的仿真圖，參見圖3；
圖3 Ec/Io仿真圖
b)以Excel表的形式給出仿真統計結果；
c)以Excel表的形式給出鄰小區規劃表；
d)以Excel表的形式給出擾碼規劃表；
e)以Excel表的形式給出基站布局、小區參數和每個基站每種業務每次會話的話務量等。
3.4 Node B信道板數計算
Node B信道板數計算步驟如下：
a)在用Aircom規劃軟件做完Monte Carlo后，選擇TOOLSSim Traffic Node B，將話務量寫入每個Node B；
b)將Node B的業務類型和話務量輸出到Excel中；
c)在Excel中統計每個Node B、每種業務的平均Erlang數；
d)利用折算的方法，將所有數據業務折算為話音業務，或將所有業務折算為某種數據業務，得到總的話務量，反查Erlang B表，得到每個Node B的總業務信道數；或者根據Campbell定理計算總業務信道數；
e)業務信道數+控制信道數(包括信令和控制)=總信道數；
f)根據廠家設備配置原則，可算出每個Node B所需的信道板數，如某廠家設備一個信道板支持48個CE，那么
信道板數/Node B=max(roundup(CE/48)) (4)
4、結束語
無線網絡規劃是一個不斷調整最終達到滿意結果的動態過程。由于WCDMA是自干擾和支持多業務的技術特點，導致網絡規劃更加復雜化，有很多技術細節需要進一步探討。
本文以Aircom規劃軟件為例，給出無線網絡規劃流程和輸入輸出參數，提出了利用現網話務預測話務分布密度，使話務分布更接近實際。本文也做出了新的嘗試，用網絡規劃指導工程設計，將Monte Carlo分析結果輸出到Excel表中進行統計處理，進而計算出基站信道板數，減少了設計的盲目性，提高了網絡的投資效益。
- WCDMA(135584)
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