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1、引言
3G无线网络的规划与建设和2G无线网络的规划与建设有较大的不同，3G网络的规划和建设必须在2G网络的基础之上有新的突破。本文借鉴国外WCDMA商用网络无线网络规划和优化的经验来谈谈如何规划和建设中国的WCDMA网络，文中通过介绍国外WCDMA商用网络实际优化和规划的案例并结合WCDMA独有的技术特点来帮助我们更好地理解中国WCDMA无线网络规划的重要性。
通常来讲，一个好的WCDMA无线网络规划必须考虑如下几个方面因素：
（1）建成后的网络如何能得到用户认可；
（2）如何考虑和利用WCDMA的自身特点；
（3）如何充分并合理地利用现有2G网络资源；
（4）网络规划具有一定前瞻性。
运营商是否已拥有GSM网络对WCDMA系统的无线网络优化及规划都有决定性的影响，本文假定运营商已经拥有商用的GSM网络。因此文中的有些建议对没有GSM网络的运营商并不适用。
2、用户认可的WCDMA网络
由于中国市场上2G或者2.5G的用户普及率已经较高，愿意接受3G无线网络服务且有能力支付相关费用的用户中的绝大多数将是从这些现有2G网络或者2.5G网络用户中分离出来的用户，他们转而加入3G用户行业的目的有如下两种：
（1）享受更好的服务质量比如更好的网络覆盖、更少的掉话等；
（2）享受更新颖和时尚的服务内容比如更高的数据速率、更多的应用服务内容等。
中国2G/2.5G网络的建设和优化水平已经到达一个非常高的水平，主要体现在：
（1）网络通话质量很高，CDMA网络的掉话率基本上在0.5%左右，GSM网络的掉话率也在1.0%左右；
（2）网络的覆盖广度和深度都非常好，覆盖广度已到达偏远的乡村，覆盖深度已深达地铁、各种建筑物的室内和地下室等；
（3）已经有为数众多的数据用户，包括GPRS用户和3G 1X用户。
因此中国WCDMA潜在的用户已有先入为主的对2G网络服务的认知，无论是覆盖范围、信号质量还是服务内容上他们都将会对3G网络服务提出更为苛刻的要求。如果建成的WCDMA网络是一张“稀薄”的网络，必然无法得到中国用户的认同。可是考虑到投资成本和建设周期，又不可能在初期就建设起一个既有覆盖广度又有覆盖深度的WCDMA网络。因此如何规划WCDMA网络对WCDMA建成之后取得成功具有深远的影响。
3、WCDMA的特点
WCDMA系统的关键技术和特点很多，本文不打算进行详细说明。本文只重点介绍几个和无线网络规划相关的特点及它们对无线网络规划造成的影响，包括WCDMA系统的自干扰特性、WCDMA和GSM系统之间的切换、信道结构及功率分配、HSDPA技术。
3.1 自干扰系统
和CDMA一样，WCDMA也是一个自干扰系统。其单扇区的最大容量（极限值）可以用如下公式计算：
式中，a代表话音激活因子，d代表能噪比（不同类型的业务有不同的能噪比要求），β代表其它小区的干扰占本小区干扰的比例（基站越密集，扇区之间重叠越多，该值越大），g代表系统的处理增益。从极限容量的公式来看，β就表示其它小区对本小区的干扰，也就是WCDMA系统内部的自干扰。因此，如果设计不合理，使系统存在严重的导频污染的话，系统的容量就会大为下降。
当CDMA系统中每增加一个用户时，它发射的功率对其它用户来说就是一个新的干扰源，对其它用户意味着基站侧干扰水平（反向噪声电平）的上升，因此其它用户为了维持原有的E/N值，必须相应比加大手机的发射功率，而这部分增加的功率同样会导致整体干扰水平的上升并进一步导致所有手机增加发射功率直至达到一个新的平衡。因此随着用户的增加，系统内手机的发射功率不断提高，系统侧相应的接收电平、干扰水平也会不断升高。
自干扰也造成呼吸效应，在WCDMA系统里，不能通过终端收到的功率来判断覆盖的好坏，因为在有导频污染的地方可能会收到很强的功率，但导频的Ec/Io很差。因此WCDMA里应通过两个条件判断覆盖的好坏，即路径损耗满足业务需要，且导频的Ec/Io很好。WCDMA主公共导频的Ec/Io可以用如下公式计算：
式中变量分别为：
h——系统分配给主公共导频的功率比
PBTS——基站发射功率
L（r）——路径损耗
W——带宽
Nth——热噪声谱密度
Ioc——其它小区的干扰
Isc——本小区的干扰
当其它值不变，而只有系统的负载变化时，Ioc和Isc均会相应增加，从而引起主公共导频的Ec/Io下降，因此使小区的覆盖范围收缩。图1是小区覆盖变化的示意图：
图1 小区覆盖变化
通过对比CS64业务在空载时和50%的加载时本小区的Ec/Io情况，我们可以测出在加载后的小区Ec/Io变差了很多，相当于覆盖范围收缩回来了。
依据WCDMA的这一特点，建议在进行WCDMA网络规划和建设时，网络的布局应按照有较高负荷时的情况进行设计。对于较重要的区域在初期规划时就应保证小区负荷在50%时CS64有良好的覆盖，这样既可以给数据用户提供良好的高速数据服务的感受，也避免了以后网络负荷增加时频繁的网络调整给网络带来不稳定因素。
3.2 IRAT切换
WCDMA的CS域和PS域均可以在业务建立之后在WCDMA和GSM系统之间进行切换，这种切换称为IRAT（Inter Radio Access Technology）切换。但是WCDMA终端并不能同时接收并解调WCDMA信号和GSM信号，所以当终端处于WCDMA业务连接状态时若要切换至GSM系统则必须进入压缩模式（CM），压缩模式的示意图如图2所示：
图2 压缩模式的示意图
在压缩模式下，系统会降低扩频因子加大发射功率。如前所述，WCDMA是个自干扰系统，因此如果同时有多个终端进入压缩模式，就会加大系统的干扰，降低系统的容量。可以用如下表达式来计算压缩模式下增加的功率：
CMPowerIncrease=FramePowerIncrease/TGPL
式中，TGPL为Transmit Gap Pattern Length。通过这一增加的功率量，我们可以模拟计算有多个用户同时进入压缩模式时对系统容量的影响。模拟结果表示当同时进入压缩模式下的用户增多时，系统容量会下降，模拟结果如图3所示：
图3 模拟结果
从上面的模拟分析可知压缩模式会对系统的容量造成影响，所以WCDMA网络的规划和建设需要保障覆盖尽量连续且覆盖强度足够好，从而使IRAT切换集中到WCDMA网络和GSM网络的边界。
3.3 灵活的信道及功率分配
WCDMA的信道结构较为复杂，有些信道是必须的，而有些信道则是根据需要灵活配置的。和GSM的时分方式不一样，WCMDA的物理信道之间的功率是可以根据需要灵活分配的。
WCDMA前向可能有如下物理信道：
PCCPCH：Primary Common Control Physical Channel（主公共控制物理信道）；
SCCPCH：Secondary Common Control Physical Channel（辅公共控制物理信道）；
PICH：Paging Indicator Channel（寻呼指示信道）；
PRACH：Physical Random Access Channel（物理随机接入信道）；
AICH：Acquisition Indicator Channel（捕获指示信道）；
P-CPICH：Primary Common Pilot Channel（主公共导频信道）；
S-CPICH：Secondary Common Pilot Channel（辅公共导频信道）；
DPDCH：Dedicated Physical Data Channel（专用物理数据信道）；
DPCCH：Dedicated Physical Control Channel（专用物理控制信道）；
P-SCH：Primary Synchronization Channel（同步信道）；
PDSCH：Physical Downlink Shared Channel（物理下行共享行道）。
以主公共导频信道为例，假设主公共导频分配了基站40W功率的10%，其它开销信道分配了5%，相邻小区对本小无的干扰占85%，在系统一个电话也没有时（即负载为0），则主导频的Ec/Io为：
当其它开销信道分配功率比上升或者系统的负荷增长时，导频的Ec/Io就会变差。此外开销信道功率的分配对接入成功率、接入的时长等都有较大的影响，所以规划建设网络时，最好能借鉴已有商用WCDMA网络的经验。
3.4 HSDPA
HSDPA是WCDMA标准的增强版，或者说超3G。它采用了一系列的新技术，使WCMDA的下行数据速率达到14.4Mb/s，并且可以支持更多数据用户。这些技术包括可以时分或者码分复用的高速下行共享信道（HS-DSCH）技术、自适应调制和编码（AMC）技术、快速分组调度技术及快速小区选择（FCS）技术。
正是由于这些新技术的使用，HSDPA可以在下行链路（从基站到移动台）上提供更高的数据速率和更低的时延。因此，HSDPA的主要优势在于改善终端用户服务，即通过提供更高的数据速率（可高达14.4Mb/s）和更短的往返时间，让终端用户的下载时间大大缩短。HSDPA还将系统容量扩大了，即与现有的WCDMA技术相比，HSDPA能在同一个无线载频上为更多的高速率用户服务。
朗讯Node B支持HSDPA和R99/R4业务共享载频，在网络建设一期网络的负荷不会太高，可以考虑HSDPA和R99/R4共享载频，采用动态或者静态的分配功率的办法在HSDPA和R99/R4业务之间分配功率，这样可以大大提升数据用户的感受。以一个终端类型5的用户为例，使用HSDPA业务时，其速率可达3.65Mb/s，而用R99业务则最多只能到达384kb/s。
实际测试结果也证明，HSDPA在CS64、PS64及PS384的覆盖边缘的速率要远远高于后三者的速率。以美国市场某核心城区为例，尽管其一期规划网络覆盖不是很好，但HSDPA在城区的路测平均下行吞吐率仍到达620.11kb/s，该速率远高于R99的384kb/s。详细的测试结果如图4和图5所示：
图4 HSDPA在R99数据业务覆盖边缘的速率
从图4的测试结果来看，在PS64K、PS64K及PS384K的覆盖边缘，HSDPA的下行数据吞吐率分别到达256.6kb/s、507.6kb/s、756.8kb/s，均远高于R99业务的速率（注意此测试中的HSDPA终端最高速率只能到达2Mb/s）。
图5 在美国某城区downtown测得的HSDPA吞吐率
由图5可以看到，许多地方HSDPA吞吐率很不好，但平均吞吐率到达620.11kb/s，并且有35%的区域速率超过1MHz（注意此测试中的HSDPA终端最高速率只能到达2Mb/s）。HSDPA速率不好的地方正是二期计划加站的地方。
4、充分合理地利用2G网络资源
充分利用现有网络资源不仅仅要考虑到保护现有投资，也要考虑到在现有资源的基础之上使WCMDA网络的规划、建设及商用后的网络性能达到最优，也就是说同时保护WCMDA网络的投资。所以WCDMA系统的无线网络规划应做到尽量利用现有网络资源和对WCMDA规划具备长远战略眼光并重。相对2G的规划和建设而言，WCDMA无线网络规划应有所突破。
充分利用现有网络资源包括利用现有网络的辅助设备资源和主设备资源。前者包括GSM基站或者CDMA基站的机房、传输、铁塔等，后者则包括利用GSM网络资源及其所提供的服务。充分利用这些资源可以帮助节约成本并且快速高效地建设好高质量的WCDMA，从朗讯公司为美国Cingular的服务经验来看，只经过了半年的时间，朗讯就成功地帮助Cingular建立起了一个WCMDA商用网络。
对2G网络资源的利用可以分为三个大的方面：
（1）共用站址
（2）共用天线
（3）共享GSM服务
美国WCDMA网络基本上都是和GSM共站且共用天线，在WCDMA覆盖不好的地方用户可以从WCDMA网络切换至GSM网络。下面从这三方面来谈谈中国建设WCMDA网络时可以从中借鉴的经验。
4.1 共用站址
共站的好处不言而喻，本文不打算对此进行详述，在建设WCDMA网络时能够和2G网络共用站址的基站应尽量共用站址。但在和2G网络共用站址时要特别注意两点。
一是2G网络中有许多天线挂高很高的“灯塔”站。其历史成因主要是因为2G网络一期建设时希望用高高在上的基站解决大覆盖问题，后期建设中再陆续增加基站密度解决深度覆盖和容量问题。这些“灯塔”站对网络性能有较大的负面作用，WCDMA是一个自干扰系统，“灯塔”站的负作用会更大一些。
二是2G网络中有些基站呈环状分布，环状分布的基站会产生强烈的导频污染，对WCDMA网络的性能带来很大的负面影响。
图6和图7给出了美国WCDMA网络建设的实例。
图6 WCDMA、GSM850共站
图7 环状基站
从图6可以看出，该站地势较高且天线塔较高，有很严重的越区覆盖（扰码接收功率图，图中红色圆圈区域为越区覆盖），虽然GSM可以通过小心调整BCCH频率来规避同邻频干扰，但仍然避免不了覆盖过大、切换过于复杂的问题。无论GSM性能还是WCDMA性能该站都是最差的基站之一。
由于GSM可以通过小心调整BCCH频率来规避同邻频干扰，所以图7案例中GSM基站的性能不是最差的。但由于WCDMA是自干扰系统，图7中红圈的信号质量（主导频Ic/Io）明显不好。周围WCDMA基站有几个扇区进入了最差性能小区之列。
这些对网络影响较为严重的基站在WCDMA网络的建设过程中应尽量弃用并重选站址，同时WCDMA网络规划应摒弃“先搞广度覆盖再抓深度覆盖”的观念。如果必须选用这种基站，也应在事先进行仿真并选定合适的天线，以将它们的负面影响降至最低。美国的国情和中国不同，其用户不是特别强调良好的室内覆盖，且其高端用户不象中国主要集中密集城区而是发散在城区周围，所以美国WCDMA规划还是要先搞全面覆盖，一期建起来的是一个“薄薄”，而中国应该一期就建设成一个“厚厚”的网。
4.2 共用天钱
共用天线可以节约天线和馈线成本，但也会带来额外的合路分路耗损，同时因为是共用天线，对天线倾角进行调整时会对现有2G网络造成影响，这会给WCDMA系统的无线网络优化带来很大的困难从而影响网络的质量。美国的优化经验表明，当有相当多的性能较差的基站需要进行天线调整时，因为对GSM网络影响太大而未能进行调整。
此外，GSM的链路预算和WCDMA链路预算有较大差别，且中国GSM频段和WCDMA频段频差较大，传播性能也不一样，加之WCDMA各信道之间的功率可以灵活分配，且信号的质量会随网络负荷的变化而变化（即软容量），所以WCDMA的无线网络优化相对GSM网络优化更加具有灵活性和动态性。这些都决定了WCDMA的优化调整需要比较独立的进行。
图8中两个例子分别是在美国WCDMA网络优化中实测得的WCDMA小区和GSM850、GSM1900共天线共站时WCDMA和GSM小区覆盖的对比图。
图8 WCDMA和GSM小区覆盖的对比图
从图8可以看出，在共站共天线的情况下，WCDMA的覆盖和GSM850及GSM1900的覆盖并不一样。不同性不仅表现在覆盖范围即覆盖距离不一样，而且覆盖的形状也不一样，表现在有些WCDMA覆盖很强的地方，GSM的覆盖并不是最强。反之，有些GSM覆盖不错的地方，WCDMA覆盖却很弱甚至没有覆盖。造成这一现象的原因有三：不同频段的链路预算不一样、不同频段的多径效应不一样、不同频段天线的辐射方向图不一样。
WCDMA的覆盖不同于GSM覆盖造成了它们在共享天线时优化调整会有较大的矛盾。这样等于需要增加建网后的优化成本并带来网络质量的风险。所以除非因特殊原因受限，建议不要采用共用天线的方案。
此外也要考虑到中国目前现网的天线多不能兼容WCDMA频段和GSM两个频段，所以共享天线也需要更换天线，因此并不能节约天线的成本。美国市场基本全部采用和GSM共享天线的重要原因是美国基站多为钢管塔，无法再承担更大的天线和馈线重量，也无法承担天线加多后的风荷及没有空间安装更多的天线。
4.3 共享GSM服务
WCDMA网络中语音业务服务仍将是最基本而且很重要的服务。通过小区重选和IRAT切换可以很好地将语音在WCDMA和GSM网络之间分配。
尽管IRAT切换是硬切换，但从优化经验来看，朗讯IRAT切换成功率很高，可以保障用户在WCDMA和GSM网络之间的切换。
所以初期建网时可以只在重要区域建立良好的室外覆盖，极重要的热点地方建好室内覆盖，其它不重要的区域或者室内还暂时来不及建成室内覆盖的地方，要加强IRAT切换的邻区优化和参数优化。
WCDMA网络建网初期，网络用户不是太多，网络负荷不会太高。所以优化时应将WCDMA和GSM网络优化成为一个无缝覆盖的网络。但在有WCDMA覆盖的区域优先使用WCDMA网络。但是如前所述，考虑到用户感受，建成的WCDMA网络覆盖区域应该连续，且必须有很好的深度覆盖。如果覆盖不连续，或者深度覆盖不够好，会造成过多的系统间的硬切换，而且数据速率上不去。过多的系统间硬切换不仅影响性能，而且会影响网络容量。
图9和图10是美国一个城市核心城区的案例。
图9 美国某城区downtown的WCDMA规划图
图10 在该城区测得的主导频的Ec/Io
图9中蓝色基站为一期已建成基站，红色为二期规划基站。很明显原一期基站布局在密集市区无法提供良好的室外覆盖，更不要说室内覆盖。在弱覆盖的地方会造成过多的硬切换、降速或者掉话。
对比图9和图10可以看出凡是二期计划加站的地方也基本上是信号覆盖质量不好的地方，同时目前该城区的网络统计性能较差（掉话率、接通率均较差），这显然不是中国终端用户所能接受的。
鉴于中国和美国情形不一样，建议一期WCDMA的覆盖应在重要区域保障大网（宏站）建设基本上一次到位并且适当加强室内覆盖的策略。这样的网络将会是最稳定的，也是用户能接受的网络。建议的一期规划示意图如图11所示。
图11 建议的一期规划示意图
5、WCDMA无线网络规划策略
综合前面所讲述的各种原因可知WCDMA网络建设不象2G网络建设是一切从零开始摸索出来的，WCDMA网络规划也应好好利用现有网络的统计数据。主要从如下两方面着手：
一是利用现网话务量统计数据及数据业务量统计数据（包括GSM网络统计数据和CDMA网络统计数据）找到并发现真正的重要区域，以此来做为判断建设WCMDA网络区域优先级的依据之一。话务高、数据用户多和热点地区先行，如果次之则WCMDA的网建也会滞后。
二是通过分析现有2G网络性能不好的基站或者基站群，找出性能不好的原因，以便WCDMA在早期网络规划时就能在原有2G网络的基础之上有所突破，而不是简单的在原有网络之上再增加一层网络。对于的确需要重选站址的，要重新勘察新的站址。对于原话务分担不均或者基站离话务区较远较偏的基站也要重新规划。
根据前面所陈述的各项关键点，建议采取WCDMA的网络规划一次到位，但网络建设实施实行分步走的策略，即建成的网络要保证做到建成之后大网络不再做重大调整，而只是在容量和深度覆盖上做精做细，前期未建网络的地方要利用现有2G网络提供服务。
不妨将覆盖区域分为三类：极重要区域，重要区域和一般区域。极重要区域包括城市主要密集城区、话务和数据热点地区、重要高速公路和铁路干线、机场、大型车站、重点旅游景区等极具示范和广告作用的区域；重要区域则扩大到一般城区和部分发达县城，重要交通线，国家级旅游景点、会议中心、度假村、展览中心等区域；一般区域则是除了上述两个区域以外的区域。
针对上述三种区域，建议WCDMA的网络规划应力保极重要区域HSDPA覆盖一次到位，并兼顾适度的室内覆盖，后续建设以扩容和加强深度覆盖为主。重要区域则要晚一期进行并做好HSDPA的覆盖，一般区域则要晚两期进行并不提供HSDPA的覆盖。最后，我们给出了一张建议WCDMA网络规划的策略图，如图12所示。
图12 WCDMA网络规划策略图
工商网监
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