WCDMA无线网络规划优化基础Word文档格式.doc
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通过本课程的学习，可以对移动通信中的无线传播建立一个较为完整的概念。
无线电波的分类主要是按照波段来划分的。
无线电波分布在3Hz到3000GHz之间，在这个频谱内划分为12个带，如上表所示。
在不同的频段内的频率具有不同的传播特性。
频率越低，传播损耗越小，覆盖距离越远，绕射能力越强，但穿透能力弱。
同时，低频段频率资源紧张，系统容量有限，因此主要应用于广播、电视、寻呼等系统。
高频段频率资源丰富，系统容量大；
但是频率越高，传播损耗越大，覆盖距离越近，绕射能力越弱。
另外频率越高，技术难度越大，系统的成本也相应提高。
移动通信系统选择所用频段要综合考虑覆盖效果和容量，UHF频段与其他频段相比，在覆盖效果和容量之间折衷的比较好，因此被广泛应用于移动通信领域。
当然，随着人们对移动通信的需求越来越多，需要的容量越来越大，移动通信系统必然要向高频段发展。
无线电波是一种电磁波，电磁波的传播是一种能量传播模式。
如上图所示，电磁波在传播过程中，电场和磁场是互相垂直的，同时两者又垂直于传播方向，通过电场和磁场的相互激励作用，将能量传到远方。
电磁波的传播速度就等于光的传播速度。
在电磁波的传播过程中，能量会有一定的衰落。
这类似于水波的传播，区别在于电磁波的传播是三维的，而水波是二维的。
无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化的，这种现象称为无线电波的极化。
无线电波的极化方向定义为无线电波的电场方向。
最常见的极化方向有垂直极化和水平极化两种。
如上图所示，在一个典型的蜂窝移动通信环境中，移动台总是比基站天线矮很多，接收机与发射机之间的直达路径被建筑物或其他物体所阻碍。
所以，在蜂窝基站与移动台之间的通信主要不是通过直达路径，而是通过许多其他路径完成的。
在UHF频段，从发射机到接收机的电磁波的主要传播模式是散射，即从建筑物平面反射或从人工、自然物体折射。
因此，现实的无线传播环境就是一个多径的环境。
无线电波在空中所遇到的衰落由三部分组成：
路径损耗、慢衰落、快衰落。
路径损耗是描述由于移动用户与基站之间相对距离产生变化而引起的传播损耗变化的一个值。
其值的变化与移动台和基站之间相对距离变化的速度相关。
慢衰落，又称为阴影衰落，造成慢衰落的原因是由于移动台和基站中间的直达径被障碍物遮挡，移动台运动到了障碍物形成的阴影区中，接收信号强度下降而形成阴影效应。
其场强中值随地理改变变化缓慢，故称为慢衰落。
慢衰落的场强中值服从对数正态分布，且与位置/地点相关，也称为对数正态衰落。
衰落的速度取决于移动台的速度。
快衰落，由多径效应引起，接收端收到信号的合成波的振幅和相位随移动台的运动起伏变化很大，接收信号的瞬时值快速变化，这种变化称为快衰落。
其深衰落点在空间上的分布是近似的相隔半个波长。
因其场强服从瑞利分布，又称为瑞利衰落，衰落的振幅、相位、角度随机。
快衰落又可以细分为以下3类：
Ø
时间选择性衰落：
用户的快速移动在频域上产生多普勒效应而引起频率扩散，从而引起时间选择性衰落。
空间选择性衰落：
不同的地点，不同的传输路径衰落特性不一样。
频率选择性衰落：
不同的频率衰落特性不一样，引起时延扩散，从而引起频率选择性衰落。
快衰落不是真正的信号衰减，而是多径信号叠加而形成的信号强度的抵消，这个我们一般很难进行预测。
相对于快衰落而言，路径损耗和慢衰落是信号的实际衰减，很难在接收端进行补偿，它们对应的是信号的长期变化趋势，随着用户的移动速度和位置，我们是可以预测的，也就是说这与无线传播环境有关。
由于路径损耗、慢衰落、快衰落各自不同的特点，因此移动通信系统中对抗它们的方法也不一样。
对于路径损耗和慢衰落，由于它们和具体的无线传播环境有关，需要在规划阶段就考虑它们的影响，进行合理的规划，控制路径损耗和慢衰落，使之在我们能够接受的范围之内变化。
对于快衰落，主要是在发射端和接收端采用一定的技术手段进行补偿。
通常有两种常用的技术，分别是快速功率控制以及分集。
常用的分集方法有以下几种：
时间分集：
时间分集主要靠交织、检错和纠错编码、RAKE接收等方法，使包含同一信息的不同部分在不同的时间发射和接收。
不同交织和编码方案所具备的抗衰落特性不一样，这也是当今移动通信研究的前沿课题。
空间分集：
空间分集主要采用两根分集天线发射/接收的办法来获得抗衰落的能力。
空间分集主要用于基站的接收端和发射端，而对于移动台而言，因为只有一根天线，因而不具有这种空间分集功能。
基站的接收机对主分集通道分别接收到的的信号进行处理，两根分集接收天线接收到的信号的快衰落特性不同，能够带来分集接收增益。
采用空间分集时主分集天线之间的间距要求大于10倍的无线信号波长（对于GSM900要求天线间距大于4米，GSM1800要求天线间距大于2米）。
另外，CDMA系统中，移动台处于软切换的情况时，也可以认为是一种空间分集的形式。
极化分集：
极化分集指在接收端采用双极化天线，能够接收两路独立的快衰落特性不相关的无线信号，处理之后能够带来抗衰落的能力。
频率分集：
对于GSM等窄带系统而言，频率分集主要通过跳频技术实现。
对于WCDMA等宽带系统而言，由于采用了直序扩频技术，信道带宽较宽，本身就具有频率分集的能力。
上图给出了穿透损耗的定义。
穿透损耗定义为建筑物紧挨外墙以外的平均信号强度与建筑物内靠近墙边的平均信号强度之差。
穿透损耗代表信号穿透建筑物的能力，与具体的建筑物类型、电磁波入射角度等都有关系。
同一建筑物对长波长电磁波产生的穿透损耗大于短波长电磁波。
第2章射频基础知识
射频子系统位于整个基站的最前端，是整个NodeB系统正常运行的关键环节之一。
本章主要介绍射频基本概念和知识。
一定的射频基础知识是学习无线网络规划优化所必需的。
在移动通信系统当中，分贝（dB）是最常用的一个功率单位。
分贝的应用如此普及是因为它能按照对数方式压缩大范围变化的信号电平的值。
另外，分贝还可以用来以对数方式确定功率的比值和电压的比值，这时，乘法运算能够变成较为方便的加法运算。
因此分贝常用于电子系统中的增益和损耗的计算。
分贝的单位有很多种，这里介绍两种最常用的单位。
绝对功率常用dBm来表示，它与瓦特（W）的换算关系是。
例如，假设功率为1w，那么这个功率就等于30dBm；
假设功率为1mw，那么这个功率就等于0dBm。
从这里可以看出，0dBm不是没有功率，并且在用dBm表示功率时，可以为负值。
相对功率常用dB来表示，它是两个功率比值的对数表示形式。
。
例如，假设P1为2w，P2为1w，那么P1比P2大3dB。
从这里可以看出，两个功率相差大约3dB，那么它们正好相差1倍。
在进行运算的时候，需要注意的是dBm和dBm两个单位是不能相加的，如果需要对两个单位为dBm的功率求和，就需要先把它们转换成瓦特，相加后，再换算回dBm。
但是dBm和dBm可以相减，相减的结果是两个功率之间相差的倍数，而不是它们之间功率的差值。
噪声是另一个通信系统中较为重要的基本概念。
一般来说，噪声是指在信号处理和传播过程中遇到的无法确切预测的干扰信号。
即使没有信号传输，系统当中也会存在噪声。
噪声对于信号的传输是有害的，它能使模拟信号失真，使数字信号发生错码。
而信噪比SNR则用于描述信道当中有用信号与干扰的比值，信噪比越高，信号质量越好。
对于一个放大器来说，输入信号的信噪比总是比输出信号的信噪比要高，也就是说，一个信号经过放大器后，信噪比会恶化，噪声系数NF就是用来描述放大器对于输入信号信噪比恶化程度的度量。
噪声系数NF定义为输入信噪比与输出信噪比之比，即。
接收灵敏度是指在一定信噪比的情况下设备的最小接收信号强度，是反映设备接收能力的一个重要衡量指标。
接收灵敏度Smin=10lg（KTB）+NF+SNR。
其中K是波尔兹曼常数，为1.38×
10-23，单位为J/K；
T表示绝对温度，一般认为常温是290，单位为K；
B表示信道带宽，单位为Hz；
NF表示设备的噪声系数；
SNR表示解调有用信号所需要的信噪比。
当B为1Hz时，10lg（KTB）为-174dBm/Hz；
当B为3.84MHz时，10lg（KTB）为-108dBm/3.84MHz。
在移动通信系统中会用到很多射频器件，有些是有源器件，有些是无源器件，下面简单介绍其中的一些常用射频器件。
双工器，是无源器件，通常用于把接收和发送两路合成在一路上，以及把一路收发信号分离成单收和单发两路。
功分器，是无源器件，通常用于对功率进行等分，室内分布系统中用得较多。
常用的功分器有二功分器和三功分器等。
塔顶放大器TMA，简称塔放，是有源器件，通常安装在天线和主馈线之间，以提高基站接收灵敏度。
塔放放大上行的小信号，而对于下行信号没有放大作用。
耦合器，是无源器件，作用与功分器类似，区别是耦合器是功率不等分器件。
常用的耦合器有5dB耦合器、10dB耦合器、15dB耦合器等。
随着移动通信的发展，用户对于服务重量的要求也随之提高，人们希望任何时候，任何地点都能通话，但由于某些地点（如大型建筑物内，隧道及地铁等一些多阻挡的复杂区域），如果仅仅靠室外基站天线的覆盖，会有许多信号不能达到手机的接收要求，使得通信质量恶化，甚至通话中断。
为了解决以上问题，产生了分布式天线系统，如下图所示。
分布式天线系统的作用就是把基站的信号通过系统传送到分布在室内的各个天线当中，使得室内信号覆盖良好。
其中主要用到的器件有功分器、馈线、放大器、耦合器以及室内分布天线等。
第3章相关符号说明
本章对于在WCDMA无线网络规划和优化过程当中涉及到的相关符号作简要的介绍。
上图是以基站的接收端为例，描述了WCDMA系统的解扩原理。
这里忽略了基站本身的底噪影响，并且假设所有用户的业务是一样的。
手机达到基站的信号是经过扩频的宽带信号，其功率较低，占用的频带宽度较宽，为5MHz。
图上不同的颜色代表不同用户到达基站的信号。
假设所有用户使用相同的业务，那么由于功率控制的作用，无论用户距离基站较远还是较近，到达基站的功率都基本是一样的。
假设系统不存在外界干扰，在基站接收端接收到的所有用户的宽带能量之和就是基站接收到的总干扰，这个干扰可以用Nt来表示，也可以用RTWP（ReceivedTotalWidebandPower）来表示。
如果从UE接收端来考察，那么在UE接收端接收到的总干扰就是周围所有基站到达该UE的总宽带能量，这个干扰可以用Io来表示，也可以用RSSI（ReceiveSignalStrengthIndicator）来表示。
以图中某个用户的信号（有斜纹的信号）为例，在基站接收到该用户的信号后，对其进行解扩操作，得到的结果是信号在频域上变窄了，而功率增强了，这就是解扩的作用。
在解扩之前，空中传输的是码片，因此以Ec来表示其能量大小，当Ec表示的是CPICH信道的码片能量时，也可以用RSCP（ReceivedSignalCodePower）来表示同样的概念。
基站的总干扰就是由各个用户的Ec构成的，因此对于其中一个用户来说，其他用户的信号对他就是干扰，因此说WCDMA系统是一个自干扰系统。
解扩之后，码片转变成了比特，用Eb来表示比特的能量。
描述解扩之前信号质量的是Ec/Io，描述解扩之后的信号质量是Eb/Nt（或者Eb/No）。
从图中可以看到，在解扩之前，码片能量小于总干扰，有用信号淹没在噪声之中，因此Ec/Io是一个负值。
而最终有用信号一定要大于噪声才能够被设备正确解调，通过解扩操作，就使得有用信号的能量增加，得到的Eb/Nt是正值，Eb/Nt也称为解调门限。
Eb/No=Ec/Io+增益，这个增益就是通过扩频操作获得的。
由于可以认为No和Io是相等的，因此Eb=Ec+增益。
随着基站用户数量的增多，基站所接收到的干扰也越大，但是由于接收信号最终要满足解调门限的要求，因此系统有一个最大的干扰电平门限，这个门限限制从干扰的角度了系统可以接入的用户数量，因此说WCDMA系统是一个干扰受限的系统。
第4章WCDMA无线网络规划流程
简单地说，网络规划就是根据建网的目标和要求，结合成本，确定网络建设的规模和方式，指导工程建设。
网络规划包含无线、传输和核心网三大部分。
无线网络规划侧重于RAN网元数目和配置规划。
传输网络规划侧重于各网元之间的链路需求和连接方式规划。
核心网络规划侧重于CN网元数目和配置规划。
其中以无线网络规划最为困难和重要，无线网络规划的结果将直接影响传输和核心网的规划。
对于WCDMA网络运营商来说，如何经济有效地建设一个WCDMA网络，保证网络建设的性价比是运营商所关心的问题。
概括来说，就是支持多种业务，并满足一定Qos条件下，获得良好的网络容量，满足一定时间和位置概率下的无线覆盖需求。
同时通过调整容量和覆盖之间的均衡关系使网络提供最佳的业务质量。
无线网络规划的目标就是在满足运营商的上述基本要求前提下，达到容量、覆盖和质量的平衡，实现最优化设计。
WCDMA无线网络规划大致分为三大步骤，分别是无线网络估算、无线网络预规划和无线网络小区规划。
无线网络估算是整个无线网络规划的第一个环节，主要是通过估算获得对未来网络的一个粗略的定量分析，目的是获得网络的建设规模（大致基站数目和基站配置情况），并由此得到建设周期，以及经济成本和人力成本预算等信息。
网络估算的前提是已经确定建网策略和规划目标。
网络估算分为两大部分，分别是容量估算和覆盖估算，通过RND软件完成估算工作。
估算的方法是综合考虑覆盖、容量、质量三方面的要求和制约因素，从覆盖和容量两个角度着手，计算需要的网络规模。
容量方面，主要考虑的要素有话务模型、用户密度、硬件资源情况等；
覆盖方面，主要考虑的要素有覆盖面积、传播模型、覆盖概率等；
质量方面，主要考虑的要素有QoS（服务质量）、Eb/Nt（解调门限）等。
当然由于WCDMA的覆盖和容量是密切相关的，在进行覆盖估算时，也要预先设定一个初始的系统负荷门限。
如果覆盖需要的基站数目比容量需要的基站数目多，那么结果就是覆盖受限；
如果容量需要的基站数目比覆盖需要的基站数目多，那么结果就是容量受限。
最终的估算结果需要对覆盖和容量的结果通过一定的算法进行折中，使其能够同时满足覆盖和容量的要求。
当覆盖受限时，直接以覆盖估算的结果作为最终网络估算结果；
当容量受限时，首先检查小区负荷因子是否可以进一步提高，如果可以提高，则重新进行覆盖和容量估算并迭代计算，如果不能提高，则以容量估算的结果作为最终网络估算结果。
无线网络规划的第二个阶段是无线网络预规划。
无线网络预规划就是在无线网络估算的基础上，利用无线网络估算得到的网络规模（大致基站数目和基站配置情况）、容量、满足的服务质量，运用无线网络规划软件，对将来的网络做进一步的详细规划，进行NodeB站址、配置和工程参数的规划，确定更加精确的网络规模和理论站址位置，为后期网络建设提供参考依据。
需要说明的是，在预规划中得到的规划方案，是在理想情况下假设的，可能会受到实际情况的制约，在网络建设之前，还要进行后续步骤，进行基站选址和勘测，并在此基础上最终确定网络规划方案。
无线网络小区规划是无线网络规划的第三个阶段。
规划项目的后期，根据预规划输出的结果，对每一个站点的选择进行实地勘测验证，确定指导工程建设的各项网规相关小区工程参数。
如果与预规划结果出入较大，还需要通过仿真验证小区参数设置及规划效果。
所输出报告为能够指导工程建设的最终无线网络规划方案。
在得到无线网络预规划方案的基础上，将开展站址选择/勘测工作。
在网络规划基站选址中，应该配合工程设计人员考虑机房内、铁塔、屋顶施工的可行性，考虑到天线高度、隔离度、方向对网络质量的影响。
通过站址选择/勘测，最终确定所有的站点位置和站点数目。
下一步就是小区参数配置工作，来保证网络的良好运行。
实际的网络规划参数包括两个部分：
工程参数和小区参数。
在站址勘查部分，已经完全确定了工程参数。
良好的小区参数设置，是网络正常运行的基本保证。
无线网络规划涉及的小区参数大致可以分为：
系统消息参数（如：
小区选择，重选参数等），基本信道配置参数（如：
导频，公共信道，专用信道的功率配置，扰码规划等）和RRM算法配置参数（如：
功控参数，切换参数等）。
小区参数配置的合理与否，直接影响网络的运行指标。
在进行参数规划时，基本信道配置参数主要来自前期的无线网络预规划方案，包括不同信道的功率配比和扰码的设置等。
系统消息参数主要是来自网络规划的研究成果。
通过对典型网络结构和典型覆盖环境的分析，可以得到不同情况下的系统消息参数配置原则。
RRM算法参数主要是对用户在连接模式下的各种控制策略，直接影响到网络的质量和性能。
第5章RF优化案例分析
5.1典型覆盖问题分析
5.1.1站址规划不合理导致的覆盖空洞问题
1现象
从下图，在覆盖区域内的部分地段，导频信号强度低于－90dBm，较周边区域的信号覆盖水平低很多，出现了覆盖空洞问题。
图1站址分布不合理导致的覆盖空洞
2分析
不仅仅从路测数据，而且从下图实际建网的覆盖仿真预测可以看出，现网在某些区域的导频信号强度Ec小于－90dBm。
从下图站间距的分布，也是可以找到中心区域覆盖水平低的原因。
对于话务平均分布的区域，蜂窝密度也应当是平均的，这样才能基本保证覆盖区域内不会有信号波动的情况，也就是说，从网络设计上避免有出现信号衰落的区域。
图2郑州实验局的覆盖预测结果
图3站址分布
5.1.2站址选择不当导致的越区覆盖问题
在郑州实验局，由于二七路站点高度达60多米，较周围平均建筑物高20米多，因此，很容易造成越区覆盖，对其他站点造成同频干扰。
图4优化前存在的越区覆盖
对于高站的问题，主要是更换2度固定电下倾的天线为6度，考虑到二七路高站处于在网络覆盖的边缘，可以通过调整天线的方向角和下倾角来减少对其他基站的干扰，因此，这次优化就不作更换，希望通过增大机械下倾角和调整方向角来解决越区覆盖，从下面的图示可以看出，虽然解决了大部分区域的越区覆盖问题，但还是在道路上有少量区域存在越区覆盖，尤其是在文化路基站的主导小区内。
需要说明的是，这次问题之所以没有在规划阶段发现，主要是因为城市建设的加快，数字地图在没有包含新建建筑物的特征，而导致导频的覆盖预测在某些区域不准确。
图5优化后仍然存在的越区覆盖
5.1.2天线安装不合理导致的覆盖受限问题
香港SUNDAY项目PilotNetwork：
701070_ParkLaneHotel站点主要覆盖维多利亚公园，天线建立在平台上（10米高），如下图所示。
在建网后的优化阶段发现天线下面的交通灯前，非常容易出现VideoPhone马赛克增多导致图像质量变差和PS384K业务的重新激活的现象。
图6天线安装没有考虑平台的遮挡而造成的站底覆盖受限
从规划上看，3G和2G是共站址建设，通过对比2G的覆盖测试数据，就可以发现2G在路口和站下并没有出现比较大的信号波动，也就是说，如果3G和2G的天线在同一位置，该路口的3G覆盖也应该是701070_ParkLaneHotel_Podium站点。
因此，问题主要是3G天线的安装位置太靠平台里面，墙体阻挡了信号，不满足天线的空间安装条件。
同时，2G天线及其安装件会对3G天线的方向图造成影响，造成3G天线辐射方向图发生变异。
从天线安装场景不难看出，更换3G天线位置的难度会很大，通过和2G工程师的讨论，在不影响2G的覆盖情况下，采用最小改动解决方案，将3G的收发馈缆和2G的收发馈缆分别接到靠外的宽频极化天线的两根天线上，同时将3G和2G的另外一根接收馈缆也分别接到靠里的宽频天线的两根天线上，如下图所示。
图7天馈设计实施的优化
5.1.3天馈安装错误导致的覆盖受限问题
香港SUNDAY项目Pilot网络中，701640_ElzHse1站点，只有一个小区，由A、B、C三个扇区合并而成（非OTSR，仅是三个天线接收信号的合并和基站发射信号的分发），在建站阶段的天馈安装中，错误的将所有的发射馈缆合并到了A扇区，导致了B和C扇区的天线没有信号发出，覆盖效果变差。
该问题潜伏期很长，直到RF工程师在站点测试RTWP干扰的活动中才被发现，之前，通过了单站测试，在后续的网络优化测试活动中也未能发现。
错误修复前后的导频RSCP对比，如图8所示。
图8701640_ElzHse站点的天馈安装错误修正前后的导频RSCP覆盖
从上图的天馈安装改正前的导频RSCP可以看到，站底附近的信号分布均在－76dBm以下，对比三个扇区的覆盖，显然A扇区要比B和C扇区要强20dB左右。
但是，这一点从目前采用的单站测试CheckList来看，导频RSCP大于－85dBm的要求是很难发现这样的问题，尤其对微蜂窝站点。
由于香港SUNDAY项目的大部分站点采用的是与2G共站或共Sector，因此，就可以用2G的覆盖分布来检验3G的覆盖是否正常，例如：
比较－80dBm到－90dBm的分布区域。
而且就目前SUNDAY的2G网络系统的最低工作电平－60dBm左右的情况来看，3G的站下覆盖的最低要求也应该达到－60dBm左右，才能认为站点基本正常。
5.2典型掉话分析
5.2.1邻区漏配
1现象和分析
首先打开手机测量的活动集EcIo覆盖信息，可以看到掉话点位置附近手机活动集EcIo质量很差，可以看到掉话前手机记录的服务小区信号很差，基本上持续低于-15dB，当前的服务小区为209号扰码，如下图所示：
1掉话前的手机记录的活动集EcIo变化情况
同时检查掉话点的Scanner扫描数据，可以发现掉话点之前手机测量信号很差的地方，Scanner
测量的信号一直很好，而且该信号属于128号扰码对应的小区，如下图所示：
2掉话前Scanner记录的活动集EcIo变化情况
从上面两张图可以看出128号扰码可能是邻区漏配了，为了进一步确认，查看掉话点附近的消息流程，逐渐由后往前查找最近的同频测量控制消息，确认128号扰码是否出现在同频邻区列表中。
结果发现没有出现，可以确定这个掉话是由于邻区漏配导致的。
如果测试时只有手机记录了信息，没有连接Scanner信息，可以通过以下的方法来确认邻区是否漏配：
首先确认掉话前手机测量的活动集所有小区的扰码以及监视集小区的扰码；
然后确认掉话后手机重新驻留的小区的扰码信息，和掉话前手机
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