利用GSM路测数据辅助规划WCDMA

poorman

　　摘要：本文分析了WCDMA规划的难点和重要性，认为精确WCDMA的覆盖规划是网络质量的关键。拥有GSM网络的运营商发展3G业务时，利用GSM的网络数据进行3G规划是一种更精确的规划方法。 本文介绍了该技术的原理和应用实例。

　　关键词：WCDMA、GSM、无线网络规划、路测

　　主题：

　　DataofGSMRadio Network aid WCDMA Radio Network Planning

　　Abstract:Inthis article, difficulty and essentiality of WCDMA network planning are analyzed. The result is the key factor of WCDMA radio network planning is accurate coverage prediction and accurate planning. When a GSM operator deploys a WCDMA network, using data of GSM to aid WCDMA radio network planning is a good choice. Those principles and instances are introduced in the paper also.

　　Keywords:WCDMA,GSM,Radio Network Planning，Drive Test

　　1. 研究背景

　　WCDMA和所有基于CDMA技术体制的系统一样，网络规划对于网络质量而言非常重要。与GSM技术相比，WCDMA网络在规划方面具有以下显著的特点：

　　u WCDMA 的频率1×1复用，无需特别频率规划

　　u WCDMA 每载波的容量与所处环境，邻区干扰等因素有关，具有“软”特性

　　u WCDMA 系统覆盖能力与系统负载状况相关，存在小区收缩的现象。

　　u WCDMA 系统支持多种不同速率、不同 QoS 的业务。

　　通过理论分析和WCDMA在全球的工程实践，WCDMA的网络规划应该采取“整体规划、分步实施”的方法，避免规划前后相互矛盾，减少后期优化的工作量。另外从商用网络的运营经验来看，网络的高质量的迅速开通是获得竞争力的关键因素之一。从GSM的历史运营情况也可以得出类似的结论。

　　但是由于CDMA技术体制的特性，规划不当、站址不良的问题是很难用其他手段弥补的。精确的覆盖预测与规划是WCDMA网络建设中面临的一个关键问题。

　　2. 主要的覆盖预测方法对比

　　目前在无线网络规划中主要采用的覆盖预测方法有两种：

　　u 传播模型法和模拟基站

　　u 射线跟踪技术

　　由于移动通信条件限制，电波传播过于复杂（尤其对于过去的计算机而要言，计算过于烦琐）。传播模型是基于数学统计方法，利用测试数据提取传播模型。常用的传播模型有Hata模型和Coast-231模型。由于这两种模型可校准和调整的量比较少，在此基础上，又发展了通用模型（公式），该方法可以涵盖传统的传播模型。例如，Marconi公司提出的通用公式：

　　(1)

　　其中：d为基站与预测点间距离，Hms为基站天线高度Heff为手机天线的高度，diffn为绕射的影响，Clutter_loss为不同地貌的修正值。该模型可以提供更多的项目进行校正。

　　模拟基站法，即在侯选站点逐个架设射频发射机，然后利用进行路测验证覆盖。显然采用这种方法具有很高的可靠性，但是这样做要多花费很多人力、物力。所以更多的时候，是利用模拟基站进行连续波测试来对模型校正，值得注意的是一个城市不同区域往往会有不同的校正值。用校正过的模型进行覆盖预测与规划仿真。

　　但是传播模型的应用有其适用条件，在建筑物不太密集，站点高度高于周围建筑的时候，该方法有较好的效果。然而WCDMA的建设往往是从密集城区开始的，在密集城区往往会因为覆盖的原因会建设很多半高站和街道站。这样的场景使用传播模型法，效果就不理想。

　　射线追踪技术来自于雷达散射与目标特性的研究，它不同于传播模型法。从本质上讲是一种基于电波传播机理的预测方法，所以一般被称为确定性方法。射线追踪技术是按照几何光学、几何绕射的原理，加入一些电磁场的理论。在实现上利用计算机来模拟的电磁波在城区的传播（含直射、反射和绕射）。利用几何光学与几何绕射原理来计算电磁波的运行轨迹和场强。基本的步骤有如下：

　　将电磁源进行射线展开；按照几何光学的原理进行多径跟踪；按照电磁射线的原理进行路径损耗计算；在观测点对各径场强叠加，计算总场强（这是一个矢量叠加的过程）。

　　该方法具有精度高的特点。但是同时也存在一些限制：

　　（1）该方法需要高精度的电子地图，一般要求至少要5米精度。但是在很多国家由于技术条件的限制，以及国家安全的考虑，高精度的地图获得受到很大的限制。

　　（2）该方法计算烦琐且计算量大，对计算机硬件的配置要求较高，计算速度比较慢。与传统传播模型法比较，支持大规模的网络仿真相对困难。

　　大多数规划工具的都支持以上两种方法，但是这两种方法对近场预测和遮挡问题都有缺陷。在天线安装在女儿墙或侧墙上的时候，后向的遮挡往往预测不准，容易高估干扰问题（实测结果表明，有时会有高达10dB的误差）。而利用GSM的实际覆盖测试数据可以克服这些缺陷。在3G和2G共站的情况下，可以考虑利用此方法进行覆盖预测。

　　3. GSM覆盖数据的利用

　　在做WCDMA规划时可以利用GSM的路测数据进行覆盖预测（尤其是1800MHz的GSM系统），通过分析发现：对GSM的路测数据进行适当的修正，可以得到WCDMA的Ec和Ec/Io值。公式如下：

　　（2）

　　其中主要的修正是：

　　，GSMBCCH信道发射功率与WCDMA导频信道发射功率差。

　　，考虑2G与3G系统之间的频率差带来的路径损耗差。

　　次要的修正是：

　　，代表馈缆的损耗和天线方向图由于频率不同的差异。

　　事实上上述方法仅仅描述了Ec的修正过程。利用特殊的路测平台，将多个GSM站点的信号在同一点的场强记录下来，加以处理可以得到Ec/Io的值。在Ec和Ec/Io的预测问题解决以后可以在此基础上进行其他仿真与规划。事实上该方法继承了模拟基站法的优点。

　　基于2G路测数据的3G规划工具是建立在特定路测数据的基础上的，经过工具数据处理和分析，输出3G网络规划或者优化方案。作为3G网络规划中的一个重要环节，它的系统流程图如下：





图1 基于2G路测数据的3G预测系统流程图


　　从图中可以看出，该工具的输入数据是网络的路测数据和路测网络的相关辅助信息，如果路测数据的网络是2G网络，则工具可以通过2G网络路测数据的处理和分析，进行3G网络的覆盖预测，提供规划的解决方案；如果路测数据的网路是3G网络，则工具可以通过3G网络路测数据的处理和分析，进行3G网络的覆盖预测，提供规划、优化方案。

　　华为已经开发了该工具，并且在阿联酋，香港等商用WCDMA网络进行了广泛应用，并取得了理想的效果。对提高覆盖预测精度和减少优化工作量帮助很大。

　　在未来发展WCDMA网络，解决室内覆盖问题也是获得竞争力的关键。WCDMA的室内覆盖应该充分利用2G的室内覆盖系统，做到多网合一。通过GSM的室内覆盖情况同样可以预测WCDMA的室内覆盖。用此方法，可以对2G室内覆盖系统进行评估（用于WCDMA），并制定改造方案。主要的过程如下：

　　使用测试手机或扫频仪测试室内的GSMBCCH接收电平情况。根据上述计算出的等效BCCH接收电平门限以及实测的结果，就可以很容易判断出已有室内分布系统能否满足3G业务需求。发现可能存在的问题区域，对覆盖较弱的区域增加分支，对耦合损耗太小的区域考虑增加衰减器或做其它改动。

　　4. WCDMA与GSM的服务区

　　显而易见GSM的话务分布对WCDMA的规划是很有借鉴意义的。由于WCDMA具有软容量和小区呼吸的特性，覆盖、容量相互牵制，业务量的估计是很重要的。限于篇幅在此不再赘述。但是基于GSM话务量进行的预测不失为一种简单、可靠的方法。

　　WCDMA网络和GSM网络的运行中必须进行服务区划分。在空闲模式下，手机的移动可能导致手机所处服务区的变化；在服务区发生变化的时候，将发起系统更新。过大的服务区划分会导致寻呼消息要在很大的范围发送，而过小的服务区划分会带来频繁的系统更新，这两种情形都会导致信令负荷过大的问题。另外不当的服务区划分与相关设置还会导致寻呼丢失等问题。

　　通常服务区的合理划分，是通过网络长期运行，由话统数据优化得来的。但是WCDMA开通时往往没有运行数据，所以很难进行服务区的正确设置。但是可以参考GSM的服务区设置，因为两者的设置原则是相同的。利用GSM的经验并不意味着：以后对此问题就不需要优化。但是该问题的优化获得一个很好的起点。

　　5. 小节

　　通过上述的分析与阐述，可以得出以下结论：GSM网络的运营数据对建设WCDMA的网络是非常重要的。在无线网络规划领域，主要表现在三个方面：

　　（1）GSM路测数据对WCDMA的覆盖预测与规划有很高的价值。

　　（2）GSM的话务分布对WCDMA规划有很大帮助。

　　（3）WCDMA的服务区划分可以借鉴GSM的经验。

　　GSM运营商要发展3G业务，充分利用GSM的现网的数据与信息，进行WCDMA无线规划，应该是一条省时、省力、省钱的必由之路。充分合理发挥GSM的价值，可以让运营商在未来的竞争中占得先机。