WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的研究

摘要　首先給出WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的一般流程，然后重點分析無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與室內(nèi)覆蓋的關(guān)系，最后基于室內(nèi)外平衡設(shè)計要求的理論分析和實踐經(jīng)驗，得出一個可用于市區(qū)和密集市區(qū)的較為合理的WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

0、前言

　　作為3G三大標準之一的WCDMA，其技術(shù)比較成熟，是目前3G標準中應(yīng)用最廣的，因此WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃成為一個重要的研究課題。區(qū)別于通常意義上的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，本文中的無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特指接入網(wǎng)部分宏蜂窩基站在三維空間的分布，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的分析研究是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計的理論基礎(chǔ)。一個好的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不僅能夠使網(wǎng)絡(luò)的性能得到有效的發(fā)揮，而且為日后的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、運營維護、容量的平滑演進奠定一個很好的基礎(chǔ)。否則，按照一個不合理的結(jié)構(gòu)部署的網(wǎng)絡(luò)，在今后的優(yōu)化、運營維護、擴容等過程中將會非常麻煩并且代價昂貴。因為網(wǎng)絡(luò)一旦建成，是不能推倒重來的，網(wǎng)絡(luò)性能的問題往往無法通過優(yōu)化來解決，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，如站址遷移及大規(guī)模增加站點等是非常困難的。

　　WCDMA宏蜂窩的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)應(yīng)該是站點分區(qū)域均勻分布的結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵問題在于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的站間距。對于郊區(qū)和農(nóng)村等較簡單的無線環(huán)境，問題確實不復雜，基于90%區(qū)域可靠度規(guī)劃的宏蜂窩的基本覆蓋在大多數(shù)情況下能夠滿足要求，個別特殊場景的覆蓋可以進行特殊處理，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不會因為這些特殊場景而作大的改變。然而市區(qū)和密集市區(qū)的地貌特征及用戶分布就非常不同了，必須考慮室內(nèi)覆蓋，而且室內(nèi)覆蓋的目標往往會更高，這都使問題的復雜性大大增加。因此，WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的研究成為無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的一個重要問題。

1、WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的一般流程

　　1.1　WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)初步規(guī)劃

　　WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃分為初步規(guī)劃和詳細規(guī)劃，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃之初，應(yīng)當對網(wǎng)絡(luò)規(guī)模有一個量的認識。這時的設(shè)計并不要求十分準確，其目的主要是對基站的數(shù)目有一個宏觀的概念。初步規(guī)劃為后期的詳細規(guī)劃提供兩個重要的數(shù)據(jù)，即基站數(shù)和初始站間距。WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)初步規(guī)劃的流程如圖1所示。

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圖1　WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)初步規(guī)劃流程

　　1.2　WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)詳細規(guī)劃

　　無線網(wǎng)絡(luò)詳細規(guī)劃要從根據(jù)初步規(guī)劃中得到的站間距要求按照蜂窩組網(wǎng)的結(jié)構(gòu)部署到設(shè)計覆蓋的各個環(huán)境中，然后進行無線仿真設(shè)計，同時確立設(shè)計的終端類型與站參數(shù)，確定天線類型。根據(jù)仿真結(jié)果，反復調(diào)整，直到網(wǎng)絡(luò)設(shè)置的各項系統(tǒng)性能得到滿足，最終輸出整個設(shè)計結(jié)果。WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)詳細規(guī)劃的流程如圖2所示。

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圖2　WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)詳細規(guī)劃流程

2、WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與室內(nèi)覆蓋的關(guān)系

　　2.1　宏蜂窩與室內(nèi)覆蓋可靠度

　　許多第二代現(xiàn)網(wǎng)市區(qū)環(huán)境下的統(tǒng)計數(shù)字顯示：50%甚至更高比例的移動話務(wù)來自室內(nèi)，而覆蓋的難點往往也是室內(nèi)。室內(nèi)覆蓋的場景變化很大，上到高入云天的摩天大樓，下到入地10 m多深的地下商城、地鐵，中間是層次多樣的各類建筑?？紤]到這些條件和要求，宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)應(yīng)該是綜合考慮室內(nèi)室外覆蓋平衡的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。從宏蜂窩角度看，決定室內(nèi)覆蓋可靠度的是建筑物穿透損耗（BPL）和相關(guān)的標準偏差兩個主要因素。

　　BPL雖然可以通過測量決定，但測量結(jié)果只能給出一個統(tǒng)計分布。一個城市環(huán)境中，各種建筑物成千上萬，建筑材料多樣，對無線電波的吸收、反射、折射等特性各不相同，顯然不可能對每個建筑物都進行測量，只能做抽樣測量。另外，電波從不同的位置以不同的角度入射，穿透的結(jié)果也有很大的差別。一般情況下，在規(guī)劃中選取一個固定的BPL，其目的是使覆蓋區(qū)內(nèi)多數(shù)建筑物可以獲得基本室內(nèi)覆蓋。圖3示出的是根據(jù)在密集市區(qū)環(huán)境下對1 900 MHz頻率大量測量結(jié)果的總結(jié)歸納。

圖3　建筑物被室外宏基站覆蓋的比例與BPL的關(guān)系

　　基于1 900 MHz頻段的測量結(jié)果，對工作在2 000 MHz頻段的WCDMA具有非常高的參考價值，因為兩個頻段很接近，它們的穿透特性沒有明顯的差別。從鏈路預算中可以知道，增加BPL意味著縮小站距，增加站點。表1列出BPL每增加1 dB，覆蓋每百平方公里的站點數(shù)隨之增加的比例，即覆蓋每百平方公里的站點數(shù)隨著BPL的增加而快速增加。

　　從表1中可以看出，當BPL凈增10 dB時，站點數(shù)增加為參考點的376%，基站數(shù)目隨BPL的增加而快速增加。在市區(qū)環(huán)境下，為了保證一定的室內(nèi)覆蓋，BPL一般取18-20 dB。

　　相關(guān)的標準差是決定室內(nèi)覆蓋可靠度的另一個重要因素。室外的平均信號具有慢衰落特性，服從對數(shù)正態(tài)分布，當電波從室外進入到室內(nèi)要經(jīng)歷一個BPL。而BPL也符合對數(shù)正態(tài)分布的統(tǒng)計結(jié)果。無線電波進入室內(nèi)后在室內(nèi)環(huán)境傳播，其信號強度仍然服從對數(shù)正態(tài)分布。因為每一個隨機變量的分布都是統(tǒng)計獨立的，因此，室內(nèi)任意一點的信號強度都取決于這3個隨機分布的疊加。

　　室內(nèi)信號的平均值為

　　Sn=Sy+Lb

　　式中：

　　Sn——室內(nèi)信號的平均值

　　Sy——室外信號的平均值

　　Lb--建筑物穿透損耗

　　組合標準差為

　　式中：

　　бout——室外信號的標準偏差

　　бp——BPL的標準偏差

　　бind——室內(nèi)環(huán)境下信號強度服從的標準偏差

　　根據(jù)實踐經(jīng)驗，在市區(qū)和密集市區(qū)環(huán)境下，標準偏差一般取10 dB左右。

　　2.2　室內(nèi)外系統(tǒng)的干擾分析

　　90%的區(qū)域可靠度和室內(nèi)外平衡的規(guī)劃設(shè)計原理，其根本目的是降低WCDMA的干擾水平，室內(nèi)特殊覆蓋系統(tǒng)的設(shè)計部署必須考慮干擾的問題。

　　對照圖4，對室內(nèi)外系統(tǒng)的干擾作一個簡單的分析。

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圖4　室內(nèi)外系統(tǒng)的干擾

　　小區(qū)1和小區(qū)2是兩個相鄰小區(qū)，小區(qū)3是一室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)。以小區(qū)1和小區(qū)3為參考，它們的導頻信號分別為

　　式中：

　　Ec1、Ec1、Ec1——各自對應(yīng)小區(qū)的導頻接收信號碼域功率（RSCP）

　　I1、I2、I3——-收到的來自小區(qū)1，小區(qū)2和小區(qū)3的發(fā)射功率

　　上面兩個等式表達著室內(nèi)外系統(tǒng)間的相互干擾關(guān)系，室內(nèi)系統(tǒng)小區(qū)3要在室內(nèi)區(qū)域形成主小區(qū)，其信號必須強于室外信號。具體的關(guān)系可表示為

　　式中：

　　D——激活集刪除門限（系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)）

　　類似的分析同樣適用于室外。對室外主小區(qū)，相應(yīng)的關(guān)系為

　　通過分析可以看出，室內(nèi)覆蓋的設(shè)計需要考慮室外的場景，對已有很強信號的建筑物，不能不加考慮地做一個同頻的室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)，而對那些離基站較遠，室內(nèi)信號很弱的建筑物則很合適部署室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)。

　　2.3　室內(nèi)外平衡的設(shè)計

　　一般來說，對室內(nèi)覆蓋的規(guī)劃存在兩種不同的思路。第一種方案是盡量通過室外宏蜂窩穿透提供室內(nèi)覆蓋，根據(jù)具體情況再配合少量的室內(nèi)特殊覆蓋手段來解決室內(nèi)深度覆蓋；第二種方案是盡量以室內(nèi)特殊覆蓋手段來解決室內(nèi)覆蓋，從而減少對室外宏蜂窩的依賴，室外宏蜂窩的規(guī)劃獨立于室內(nèi)設(shè)計，兩者同時建設(shè)。

　　第一種方案的好處在于只要部署少量室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)就足以補充室內(nèi)覆蓋的盲點，減少部署室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的工程量。這種思路存在的問題是小的站間距意味著網(wǎng)絡(luò)需要大量的站點，比例可參見表1，而且城區(qū)理想站點的選擇和獲取難度比較大。按照這個思路，要滿足設(shè)計目標的要求，站距往往要做到200-300 m，在這種情況下的干擾控制難度極高，對于自干擾的WCDMA網(wǎng)絡(luò)，由于室外信號很強，小區(qū)重疊嚴重，難以有效控制無線信號輻射，會帶來導頻污染和干擾水平升高的問題。

　　第二種方案要大規(guī)模地部署室內(nèi)系統(tǒng)，這樣雖然能取得非常高的室內(nèi)覆蓋可靠度，網(wǎng)絡(luò)投資卻非常巨大。室內(nèi)室外分別設(shè)計，可能導致室內(nèi)外覆蓋重疊過大，系統(tǒng)干擾水平高，軟切換比例惡化，影響系統(tǒng)整體的容量和質(zhì)量。

　　結(jié)合WCDMA自干擾特性及WCDMA網(wǎng)絡(luò)運營的經(jīng)驗，更合理的方案是在基于90%的區(qū)域可靠度，按照室內(nèi)室外平衡的原理選取BPL和鏈路余量規(guī)劃宏蜂窩網(wǎng)路結(jié)構(gòu)，使80%左右的建筑物的基本室內(nèi)覆蓋通過宏蜂窩穿透解決，這些建筑物的室內(nèi)深度覆蓋，加上其余20%左右的建筑物的室內(nèi)覆蓋，再加上需要容量解決方案的建筑物，它們可以根據(jù)具體場景考慮實施室內(nèi)特殊覆蓋。由于室內(nèi)覆蓋的成本要遠高于室外宏蜂窩覆蓋，合適的比例體現(xiàn)了室內(nèi)外平衡的設(shè)計思路。

3、結(jié)束語

　　通過以上分析可以看出，WCDMA系統(tǒng)室內(nèi)外是相互作用、相互干擾的整體，不能像GSM一樣靠頻點來隔離，因而必須綜合考慮，合理利用建筑物的遮擋，才能達到好的效果。然而，室內(nèi)外復雜的相互關(guān)系幾乎沒有辦法通過現(xiàn)有的規(guī)劃工具進行仿真分析以找出它們的最佳平衡點，實際的做法很大程度上是通過實測和經(jīng)驗。