CDMA网络规划覆盖分析的仿真技术研究

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1、摘要CDMA网络的覆盖、容量和质量不是相互孤立的，而是互相制约的，从而导致了网络覆盖规划的复杂性。针对CDMA网络覆盖的复杂特点，对网络规划中的覆盖分析做了详细的研究，在仿真关键参数导频强度设置上提出了一些新的方法，最后在U-NET仿真系统中对提出的方法进行分析比较，实验证明当网络负荷增加到设计负荷时，仍然不用对网络进行大量的调整，网络也不会出现覆盖空洞，用户依然能够比较正常地进行通话,保证网络质量。 关键词网络规划覆盖分析链路参数仿真参数1引言网络覆盖分析是网络规划中的重要步骤，也是衡量一个网络优劣的关键。CDMA网络的覆盖、容量和质量不是相互孤立的，而是互相制约的，从而导致了网络覆盖规划的

2、复杂性1。覆盖分析最重要是要进行链路预算，并且链路预算参数的取值同实际相符，才能得到正确的路径损耗2。其次必须进行规划区域的划分，根据不同的区域特点选择正确的传播模型得到实际的小区覆盖范围。在得到的小区范围内进行业务建模和业务预测，计算出覆盖范围内的小区容量需求，可以判断是覆盖受限还是容量受限，最后确定小区的覆盖范围。本文研究了CDMA网络规划仿真系统，该系统能模拟CDMA网络的调节机制，通过前反向链路的功率控制自行调节将干扰最小化，实现网络容量的最大化和覆盖的最优化。文章对CDMA网络规划的关键参数提出了新的方法，分析了仿真结果并做了分析比较。实验证明当网络负荷增加到设计负荷时，仍然不用对网

3、络进行大量的RF调整，网络也不会出现覆盖空洞，用户依然能够比较正常地进行通话，并保证网络质量。2覆盖分析基本方法覆盖分析一般分三步进行：调查并对覆盖区域进行区分；进行链路预算；选择传播模型；结合要覆盖区域的容量需求得出网络覆盖范围。2.1规划区域划分在实际的网络建设中，要基于市场需求，考虑今后的用户发展和投资效益，制定合适的覆盖目标。不同的覆盖区域有不同的覆盖策略和要求，所以首先对覆盖区域进行分类。根据无线传播环境可分为密集市区、市区、郊区（乡镇）和农村（开阔地）四大类。密集市区：建筑物的平均高度或者平均密度明显高于城市内建筑物，地形相对平坦，中高层建筑可能较多。市区：城市内具有建筑物平均高度

4、和平均密度区域，或者经济较发达、有较多建筑物的城镇。郊区（乡镇）：城市边缘地区，建筑物较稀疏以低层建筑为主或经济一般、有一定建筑物的小镇。农村（开阔地）：孤立村庄或者管理区，区内建筑物较少，或成片的开阔地，或者交通干线。除了上述四大基本区域类型外，还有山地、林区、湖泊、海面、岛屿等特殊地形，由于各种地形的无线传输环境千差万别，可根据当地实际情况进行适当调整3。2.2链路预算链路预算：对通信链路中的增益与损耗进行核算。即计算在一个呼叫连接中、保持一定呼叫质量下，链路所允许的最大传播损耗，从而结合传播模型确定给定地区小区的覆盖范围。链路预算是覆盖分析的核心步骤，通过链路预算考虑上行链路和下行链路之

5、间的传播损害差异，在前向和反向两个方向上，很显然实际的覆盖范围应由覆盖较差的一方决定。不同的覆盖范围将造成系统性能的下降，还可能使实际覆盖小区与预期规划不一致。因此，一个优良的系统应在设计时就要做好链路预算，使覆盖区内的反向信号与前向信号达到平衡。链路预算为有效分配有效无线资源、合理进行网络规划提供依据，在CDMA无线设计时，对前向链路预算进行估算意义不大，原因是前向链路预算不可预测因素较多，而在反向链路预算中，各种因素或为已知或可准确估计，因此结果较为可靠。一般来讲CDMA系统主要是反向受限，计算反向链路更有实际意义4。2.3传播模型的选择传播模型是非常重要的，它是移动通信网小区规划的基础。

6、可以说传播模型的准确与否关系到小区规划是否合理，运营商是否以比较经济合理的投资满足了用户的需求。由于我国幅员辽阔，各省、市的无线传播环境千差万别，传播模型也会存在较大差异，一个优秀的移动无线传播模型要具有能够根据不同的特征地貌轮廓，像平原、丘陵、山谷等，或者是不同的人造环境，例如开阔地、郊区、市区等，做出适当的调整。3仿真关键参数设置为了进一步分析规划阶段给出的相应配置的无线性能，需要特定的CDMA网络规划工具对规划结果进行评估。对CDMA这样的复杂系统，影响因素众多且相互制约，理论上的覆盖预测值往往误差较大，而采用系统仿真，则能够通过模拟系统工作过程，得到更加精确的满足容量需求的覆盖结果，从

7、而合理估计网络规模和投资规模，指导运营商在容量、覆盖、质量三者间寻求最佳点。华为的U-Net仿真系统能仿真这个网络的调节机制6。本文采用仿真的方法对网络规划的覆盖进行分析。在仿真关键参数导频强度的设置上提出了一些方法。3.1导频信号强度Ec/Io概述Ec/Io：这是一个反映手机端当前接收的导频信号（Pilot）的水平2。手机开机首先做的事情就是搜索导频信号，如果搜索不到有用的导频信号，手机就无法正确识别网络。很多时候，手机经常会处在很多基站重叠覆盖的区域，也就是有很多导频的区域。各个导频之间也会相互干扰，形成导频污染。Ec表示手机当前接收到的可用导频信号强度，Io表示手机当前所接收到的所有信号

8、（有用信号+干扰信号）强度。所以，Ec/Io就表明手机当前所接收到的有用信号占所有信号的比例。反映了手机在这一点上多路导频信号的整体覆盖水平。Ec/Io越大，说明有用信号的比例越大5。在某一点上Ec/Io大，有两种可能性。一种是Ec很大，在这里占据主导水平，另一种是Ec不大，但是Io很小，也就是说这里来自其他基站的杂乱导频信号很少，所以Ec/Io也可以较大。后一种情况属于弱覆盖区域，因为Ec小，Io也小，所以RSSI也小，所以也可能出现掉话的情况。在某一点上Ec/Io小，也有两种可能，一是Ec小，RSSI也小，这也是弱覆盖区域。另一种是Ec小，RSSI却不小，这说明了Io也就是总强度信号并不差

9、。这种情况经常是BSC切换数据配置出了问题，没有将附近较强的导频信号加入相邻小区表，所以手机不能识别附近的强导频信号，将其作为一种干扰信号处理。 3.2小区边缘导频信号强度设置网络的覆盖规划通常是在建设前期，通过一定技术方法预测未来的网络覆盖能否满足容量需求。本文首先考虑网络规划在空载时设置的导频强度，通过工程容量设置，计算证明在后期的网络发展阶段能满足用户需求。在系统空载时取不同导频比例，地物损耗取值在025dB之间变化的情况时，覆盖规划标准Ec/Io值变化如图2所示：从图2可以看出，在规划中的网络空载期，当我们在覆盖区域测试时只要地物损耗小于15dB时，应该取的覆盖标准应该为7dB。当基站

10、与测试地点之间的地物损耗大于15dB时，小区边缘的导频强度恶化的速度加快。规划时用75%反向负荷，计算出小区边缘导频如表1所示：以上的计算以及分析给出了一个预测网络覆盖性能的一个依据，在规划时期进行室外测试时，测试地点与基站天线之间的地物损耗小于15dB时，通过天馈调整只要保证小区边缘Ec/Io接近-7dB左右，这样就可保证当网络容量增加到设计容量时，既不用对网络进行大量的RF调整，也能保证网络质量，从而可以大大减轻以后优化工作的强度。4建立仿真对仿真参数分析后必须建立仿真论证。网络仿真的意义首先在于对运营商网络建设的工程指导作用。作为必要的输入条件，通常需要获取被规划区域的无线传播环境、基站

11、参数(站址站型；馈线型号及长度；天线型号、方位角、下倾角、挂高；信道元素数据、发射机设备参数等)、传播模型、话务模型等信息，其中以话务模型的建立尤为关键。这些输入参数越精确，对提高规划结果的可信度越有利。4.1建立话务模型CDMA网络，业务覆盖范围取决于前向和反向链路空中接口的话务，因此话务建模对研究网络的覆盖有很大的意义，话务建模的逻辑图如图3所示。业务类型：共有Voice，1X-Data EV-DO三种，在系统中根据不同业务类型设置上下行编码因子，上行信道各种速率的概率，人体损耗等，根据系统默认设置。手机终端：UNet仿真系统默认有RC1-RC5，EVDO_HAT六种，RC1,RC2用于语

12、音业务，RC3-RC5用于1xRTT语音和数据业务，EVDO_HAT用于DO业务。根据系统默认设置手机的最大最小发射功率，天线增益，噪声系数。移动类型：50km/h，90km/h，Pedestrian三种，根据用户不同的移动类型设置一下三个值：T-add：扇区成为手机终端的最优服务小区所需的最小EC/IO；T-Drop：扇区离开手机的EC/IO；Min EC/NT：上行最小EC/NT值。用户行为：分为普通用户和繁忙用户，设置不同类型用户的ERL。话务环境：在系统中根据地域环境设置四种不同的话务环境Dense Urban，Urban，Suburban，Rural。仿真时根据不同的话务环境分配数量

13、不同的用户密度。本文根据实际工程从某地市网管得到的数据设置话务模型参数，网络数据如表2所示：4.2仿真流程在仿真操作中，首先如上所述输入必要的仿真条件，然后在电子地图上用不同的多边形划分不同类型的规划区域，如密集城区、一般城区、郊区、农村，通过计算输入规划区各种业务的话务量，并将相应数量的各种业务终端按一定的权重撒入规划区的各种地物之上，即可开始迭代仿真。最终输出运营商所关注的各种网络性能指标，如覆盖范围和覆盖概率、导频污染情况等。由于有详实的仿真结果数据做参考，这样使运营商能全面、透彻地了解未来网络的运营质量，从而针对性地开展建网工作。U-Net系统是根据Monte-Carlo算法进行仿真的

14、，根据话务地图中的手机用户数量和密度，随机地在地图上分配用户的位置及用户行为，然后对收敛条件进行判断，如果收敛则完成一次仿真，否则重新分配用户，直到收敛为止，如图4所示。5仿真结果分析为了验证本文提出的仿真技术参数设置新方法，从小区覆盖导频强度和小区边缘覆盖率两个方面进行仿真论证。5.1小区覆盖导频强度分析某市的小区覆盖导频强度仿真结果如图5所示，接收导频Ec/Io反应出网络在空载阶段和达到设计负荷阶段下的覆盖质量和干扰水平。本文采用的网络负载因子为75%。在实际工程仿真中，我们取空载时小区边缘的导频强度的覆盖标准应该为7dB，从表3中看出网络规划空载期的导频强度大于7dB达到97.6%以上，

15、这时可以认为网络调整好了。根据网络建设需求，在网络达到设计负荷阶段要求在网络达到设计负荷阶段Ec/Io高于-12dB的区域占总规划区域的95%以上。从上表中可以看出，接收导频的Ec/Io高于-12dB的区域占总规划区域的98.7%，没有出现覆盖空洞，满足网络需求。5.2小区边缘覆盖分析某市的小区边缘反向覆盖仿真图如图6所示。决定覆盖质量一个重要指标就是小区边缘覆盖率，定义为：在小区边缘接收信号大于接收门限的百分比。本文中的小区边缘的定义：小区负荷达到规划时预期的负荷时，由前反向受限方确定的覆盖半径处。在实际工程仿真设置中，空载时我们要求小区边缘的最低Ec/Io为-7dB，网络达到设计负荷时小区

16、边缘要求的最低Ec/Io为-12dB，解调门限Eb/Nt根据不同的业务速率、移动性设置，对于IS-95的9.6kbit/s语音方案，7dB是一个业界公认的值7。从表3中看出网络规划阶段空载期的小区边缘覆盖率大于70%的地区达到99.3%以上 ，这时可以认为网络调整好了。在网络达到设计负荷阶段，小区边缘覆盖要确保话务繁忙时的网络指标。根据网络建设需求，要求在网络达到设计负荷阶段小区边缘覆盖率高于70%的区域占总规划区域的95%以上。从上表中可以看出，小区边缘覆盖率高于70%的区域占总规划区域的98.1%，满足网络需求。6结论由于CDMA技术自身所具备的诸多特性是互相关联和影响的，从而决定了无线网

17、络的算法设计、网络规划各个阶段都需要于仿真技术做预测分析。本文针对CDMA网络覆盖的复杂特点，对网络的规划中的覆盖分析做了详细的研究，在仿真关键参数核心步骤上提出了一些新的方法，最后在U-NET仿真系统中对提出的方法进行分析比较，实验证明当网络负荷增加到设计负荷时，仍然不用对网络进行大量的RF调整，网络也不会出现覆盖空洞，用户依然能够比较正常地进行通话保证网络质量。通过分析仿真结果，验证了本文提出的方法可以满足预计网络容量下的覆盖需求。参考文献1 李红亮，陈岩，袁旭明. CDMA网络覆盖问题及优化措施探讨J.广东通信技术，200701.2 Kyong Il .Kim等. CDMA系统设计与优化M.中国人民邮电出版社2000年12月第一版.3 李志军. cdma2000 1xEV-DO覆盖规划及方法分析J.电信技术，2009年03期4 康亦佳. cdma20001x反向链路系统的研究与设计D. 太原理工大学硕士学位论文，20055 欧阳长征. CDMA1XEV_DO网络规划研究D. 山东大学硕士学位论文，20076 华为公司.1XEVDO-UNet仿真指导书M 2005.7 张传福，卢辉斌等编著. cdma2000 1x/EV-DO通信网络规划与设计M. 人民邮电出版社. 2009年11月第一版