基于2G网的WCDMA无线网络规划

摘要　文章介绍了当前3G的行业背景，并针对中国联通的3G预规划，阐述了基于2G网的WCDMA网络规划的思路和流程，并对每个阶段做了详细描述。该网络规划主要分为信息收集、网络估算和调整反馈三个阶段。

1、引言

　　在2005年底召开的全国信息产业工作会议上，信息产业部部长王旭东表示，2006年国家将制定出3G的相关政策，包括3G的技术、业务、资费、监管和频率指配政策。由此可见，2006年将是3G在中国发展具有转折意义的一年。

　　根据GSA的调查，截至2005年12月底，WCDMA在全球42个国家推出的网络数达到了100个，而2004年底的数字是在28个国家推出60个商用网络，新增商用业务的WCDMA网络数占当年所有推出的3G网络的80%还多。由此可见，WCDMA已经成为领先的3G移动通信系统，而全球超过2/3的WCDMA许可证持有者已经推出3G业务这个事实，则表明了该技术的成熟以及在全球市场的发展。从2004年底以来，WCDMA网络的用户数增长了140%，平均每月的增长超过210万用户，目前，共拥有四千多万用户。

　　目前，中国联通拥有一张覆盖完善、性能稳定的GSM无线网络。根据2005年11月联通公布的最新统计数据，联通用户总数已达1.25亿，其中GSM用户为9319.5万，CDMA用户为3217.3万，GSM网用户仍占到联通用户的绝大部分。因此，由GSM过渡到WCDMA的3G发展策略将使中国联通在3G时代之初就拥有广大的用户群，对3G业务发展大有裨益。基于此，中国联通3G办于2005年12月21日发出《关于中国联通3G无线网络预规划的通知》，为3G准备工作积极进行WCDMA网络规划。

2、WCDMA无线网络规划思路及流程

　　目前中国联通的2G网络（包括GSM网络和CDMA网络）经过十余年的建设，网络覆盖和容量均已达到一个较好的水平。因此，在3G初始阶段充分利用现网资源，基于2G网建设WCDMA网络，将会使3G网络的建设事半功倍。利用现网资源包括两个层面的含义：一是充分利用现有基站站点资源，可以减小建网难度，并有效节省相关的配套投资；二是充分利用现有网络中的各类统计数据，因为大量统计数据是进行网络规划的宝贵资源。

　　根据以上规划思路，WCDMA无线网络规划的过程如图1所示。

 

图1　WCDMA无线网络规划流程

　　整个规划过程可以分为信息收集、网络估算和调整反馈三个阶段。信息收集阶段主要包括现网资源分析、市场调研、运营商需求分析（进而得到业务模型）等，其输出为确定的规划目标，包括覆盖目标、容量目标和质量目标等。网络估算阶段主要有链路预算和网络估算两部分，如有必要，还需进行CW测试，以获得更精确的传播模型，用于链路预算。由于是基于2G网的3G规划，因此，在做网络估算时，必须进行现网基站勘察，即了解现网中哪些基站有新增3G设备的可能。本阶段的输出结果即是满足规划目标所需的基站数以及初始基站位置。调整反馈阶段主要有预测仿真和调整站址的工作，根据初始基站位置，对整网进行仿真，若仿真结果不能满足规划目标的指标要求，则必须对有问题的站址进行调整，调整的方法可以是更换站址（有可新增3G设备的其他现网基站）和新建站址（已无可新增3G设备的现网基站）。调整后再进行仿真，重复此过程，直至仿真结果满足规划目标的指标要求，最终输出规划报告。

3、WCDMA无线网络规划

　　上文简要介绍了网络规划的流程，下面对规划过程中的重点步骤做进一步的描述。

　　3.1　信息收集

　　信息收集是整个无线网络规划的起始阶段，是为了得到网络规划的依据，以得出规划目标。简单来说，规划目标就是说明“覆盖哪里?覆盖多少人?覆盖质量如何?”。

　　基于2G网的WCDMA网络规划要对现有2G网资源进行详细的调查。即需要对现有2G网络规模、站址分布、覆盖情况和质量状况等因素进行分析，并采集现有2G网话务数据，再根据话务分布，结合运营商的意见来确定覆盖区域。市场调研工作主要和运营商一起开展，因为运营商有其总体的3G发展策略，无线网络规划必须保证该策略的实施。

　　业务模型的建立是无线网络规划中关键的一步，而业务模型的建立必须通过与运营商的充分沟通，理解运营商的需求后才能得到。如运营商只给出CS域的忙时每用户话务量和PS域的忙时每用户吞吐率，则规划人员必须根据对业务的理解，把这两个指标分拆为具体的业务模型，表1是一个业务模型的例子。

表1　业务模型示例

 

　　表1中的渗透率、忙时每用户话务量和忙时每用户吞吐率是运营商给定的。对CS域业务来说，在假定呼叫持续时间（Duration）的前提下，可以反推出BHCA（Busy Hour Call Attempts）忙时试呼次数值；对PS域业务来说，根据忙时每用户吞吐率，在假设上/下行数据流量为1:4的前提下，分别可以得到上/下行忙时每用户吞吐量，则根据下式可以反推出BHCA值（Packet Size一般也由运营商提供，而Packet Num/Packet Call和Packet Call Num/Sessiom为假设值，可参考已商用网络的相关数据）：

　　忙时每用户吞吐量（kb）=渗透率×BHCA×Session业务量（Packet Size×Packet Num/Packet Call×Packet Call Num/Sessiom）×8/1000若需建立的PS业务模型不局限于PS 128k（如还有PS 64k、PS 384k等），则需要对这几种业务进行数据流量比例分配，再根据给定的忙时每用户吞吐量来得到每种业务的BHCA值。

　　需要说明的是，由于数据用户行为难以确定，同时，业务模型将随着业务的不断拓展而发展，而且与运营商的市场经营策略也有很大的关系，因此，要准确地估计WCDMA系统的业务模型（尤其是PS域业务）有一定的困难。随着WCDMA业务逐步引入、发展和成熟，还需要不断的对WCDMA的业务模型进行总结和修改，要有计划地对WCDMA业务模型进行阶段性调整，才能使业务模型更准确地反映出用户的行为特点。

　　一旦建立了业务模型，市场调研和现网资源调研资料整理完毕，那么WCDMA的建网目标就清晰了，这也为下一步规划工作奠定了基础。

　　3.2　网络估算

　　网络估算涉及到对小区上/下行链路的预算以及小区的覆盖和容量的估算。根据上/下行业务信息、小区上/下行负荷的上下限以及小区的其他参数，可以计算出满足覆盖要求所需的最少基站数和能支持的最大用户数。在网络估算中，链路预算是重要的一环，而为了得到更精确的传播模型以用于链路预算，CW测试及模型校正是必需的。

　　（1）CW测试及模型校正

　　CW测试的目的是通过测试，将测试结果与仿真预测结果相比较，以校正传播模型参数，使模型符合实际地理环境，从而增加无线覆盖预测的准确性。CW测试采集的数据为经、纬度和接收场强共三个值，采集的数据需满足以下基本原则：

　　◆典型性：采集的测试数据必须足够典型，从而能够代表该地区的电磁传播特性。

　　◆平衡性：采集的数据必须成比例的反映该地区的电磁传播特性。

　　CW测试分为发射子系统和接收子系统，其中，发射子系统包括发射天线（推荐使用全向天线）、馈线、高频信号源、功放、天线支架等；接收子系统包括测试接收机（内置GPS）、路测前台软件（如Probe）、功率计、笔记本电脑等，系统组成图如图2所示。对于中国联通，因为其GSM1800频段与WCDMA频段较为接近，其无线传播特性也较为近似，故在时间比较紧迫的情况下，可选择GSM1800基站作为发射站点，而不必重新搭建发射平台。

 

图2　CW测试系统组成

　　CW测试结束后，需要对采集数据进行后期处理，主要通过网络规划软件（内带模型校正功能，如ATOLL UNET、ASSET等），利用路测数据进行模型校正。最新版的软件具有“一键自动校正”功能，故CW测试及模型校正的重点和难点在于路测，包括发射站点的选择、路测线路的选择，这直接影响到校正结果的准确性。

　　（2）链路预算

　　利用校正后的传播模型，就可以进行链路预算。在一定的传播环境下，小区的覆盖范围直接取决于收发端允许的最大路径损耗，而链路预算可得出给定无线链路上的最大允许路径损耗。链路预算中的最大允许路径损耗大致可用下式表示：

　　Plmax=Pout+G_BS+G_UE+G_SHO-L_BS-Lp-Lb-Mpc-Mf-MI-S

　　◆Plmax：最大允许路径损耗。

　　◆Pout：手机（针对上行）或基站（针对下行）业务信道最大发射功率。

　　◆G_BS/G_UE/G_SHO：为基站天线增益、手机天线增益和软切换增益。

　　◆L_BS/Lp/Lb：分别为馈线损耗、穿透损耗和人体损耗。

　　◆Mpc/Mf/MI：分别为快速功控余量、阴影衰落余量和干扰余量。

　　◆S：基站（针对上行）或手机（针对下行）接收机灵敏度。

　　链路预算时，根据计算得到的最大允许路径损耗Plmax，利用校正后的传播模型，可得到对应环境下基站的覆盖半径。

　　WCDMA覆盖预测通常使用的模型有SPM模型、COST231-HATA模型、3D射线跟踪模型、Asset模型等。

　　一般来说，WCDMA系统在覆盖上主要是上行受限制。与上行链路相比，下行链路的业务信道功率为所有用户共享，软切换时，一个UE同时和多个Node B保持通信，这给下行链路带来了额外的负担。另外，随着数据速率、移动速率和多径条件的不同，下行链路所需的Eb/Nt变化范围比较大，因此，下行链路预算很难做得准确。所以，WCDMA系统的链路预算通常是指上行链路预算，即从最大允许的上行损耗中除掉路径损耗以外的其他损耗和增益，从而得到最大允许的路径损耗，再将此值代入传播模型中，便得出预期的小区覆盖半径和覆盖面积。表2是一个链路预算的例子。

表2　链路预算示例

 

　　（3）网络估算

　　综合考虑建网目标（包括容量和覆盖要求），结合业务模型对整个网络进行估算。输入信息包括链路预算结果、规划区面积、业务模型参数等。若覆盖与容量估算得出的结果不平衡，则需对参数（如小区负荷等）进行调整，并反复计算，直到平衡为止。估算的流程如图3所示。

 

图3　迭代估算流程图

　　在WCDMA建网初期，由于网络实际负荷不会很高，故网络一般为上行覆盖受限。一般以充分利用现有2G网基站配套资源作为规划的宗旨，在实地勘察现有基站的基础上（尤其是GSM1800基站，因为其工作频率与WCDMA的工作频率更为接近，在链路预算上有一定的可比性），参考链路预算输出值，输出得到基站数，并根据现有2G网基站的配套、传输等勘查信息，甄选出WCDMA基站的初选站点。

　　3.3　调整反馈

　　调整反馈阶段是网络规划的优化阶段，因为好的规划将使后续的网络优化变得更为容易。因此，有必要对估算结果进行站址调整和反馈更新。此阶段需要用网络规划软件（如ATOLL/UNET、ASSET等）做预测和仿真。

　　预测仿真包括与业务无关的覆盖预测以及与业务有关的仿真预测。在输入基站站址信息、天线信息和设备信息后，即可进行覆盖预测，便可查看当前的WCDMA基站分布是否达到覆盖目标。进一步输入业务模型、用户行为和手机终端等信息后，可以进行蒙特卡罗仿真，基于此仿真可得预测结果。如果预测结果不能满足要求，则需对当前WCDMA基站站址进行调整，更换站址或者新增物理站点；如果预测结果满足要求，则确定站址，进而对传输、电源、配套等前期工程进行配置。

4、结束语

　　3G是移动通信史的一个新坐标，是21世纪移动通信舞台上新的闪光点。作为现有移动网络运营商，中国联通具有良好的先天条件进行WCDMA网络建设。充分利用现有2G网的资源进行WCDMA无线网络规划，将使中国联通的3G部署事半功倍。