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摘要 WCDMA無線網(wǎng)絡規(guī)劃中覆蓋和容量設計是一個重要環(huán)節(jié)，以某市城區(qū)密集區(qū)域為數(shù)據(jù)模型，進行WCDMA無線網(wǎng)絡覆蓋和容量設計。
1、無線網(wǎng)絡設計分析
與2G移動通信網(wǎng)相比，3G移動通信網(wǎng)絡必須具有提供更完備的網(wǎng)絡覆蓋的能力、支持更高速率要求的數(shù)據(jù)服務、以及綜合了話音、數(shù)據(jù)及其他各種實時/非實時的多媒體業(yè)務。
無線覆蓋規(guī)劃中，需要基于系統(tǒng)負荷初始規(guī)劃值Qplan，通過小區(qū)覆蓋半徑的預測來求取小區(qū)的覆蓋范圍，以進一步計算目標區(qū)域的基站建設規(guī)模。
對于上行無線鏈路，可通過鏈路預算分析最大允許路徑損耗，以進一步預測小區(qū)的覆蓋范圍。在確定的阻塞概率和覆蓋概率需求下，不同業(yè)務的最大允許路徑損耗取決于用戶間的干擾水平、移動臺最大發(fā)送功率、基站接收機靈敏度，穿透損耗等因素。其中干擾水平隨著接入用戶數(shù)量也就是負載水平的變化而變化，在網(wǎng)絡規(guī)劃時針對不同應用場景和業(yè)務類型，需采用不同的干擾余量來調(diào)整鏈路預算；其他因素相對穩(wěn)定，鏈路預算中的取值可依據(jù)各種業(yè)務最苛刻的要求來決定。
對于下行無線鏈路，小區(qū)內(nèi)所有用戶共享同一Node B的功率資源，Node B將依據(jù)系統(tǒng)負荷和用戶地理位置分布動態(tài)地分配發(fā)送給每一用戶的下行功率；此外，由于多徑傳播的原因，下行信道不可能通過正交碼完全區(qū)分，而且，相鄰基站的干擾也隨機地變化，這就意味著在不同傳播環(huán)境下，不同部分的信號功率將被處理為干擾，系統(tǒng)的總體干擾水平難以評估。工程建設中，由于基站發(fā)送功率和系統(tǒng)的總體干擾隨機地變化，很難與上行鏈路一樣分析下行鏈路不同業(yè)務的鏈路預算，其覆蓋范圍也無法給出準確的表達式。另一方面，工程測試和系統(tǒng)仿真結(jié)果表明無線覆蓋主要為上行鏈路受限。因此，無線規(guī)劃小區(qū)覆蓋范圍可由上行鏈路的覆蓋半徑確定，下行鏈路的覆蓋效果主要通過無線規(guī)劃軟件的仿真來分析。
WCDMA無線網(wǎng)絡設計將按以下流程分析不同業(yè)務區(qū)的小區(qū)覆蓋半徑，規(guī)劃目標區(qū)域基站建設規(guī)模。具體流程如下：
第一步：不同目標業(yè)務區(qū)域無線覆蓋需求分析。本文選取某市密集城區(qū)。
第二步：確定不同業(yè)務鏈路預算參數(shù)，通過鏈路預算求取最大允許路徑損耗。
第三步：通過電磁環(huán)境測試結(jié)果，獲得校正的無線傳播模型。
第四步：依據(jù)無線傳播模型和最大允許路徑損耗計算小區(qū)覆蓋半徑和小區(qū)覆蓋面積。
第五步：計算基站建設規(guī)模和載扇數(shù)。
2、密集市區(qū)WCDMA覆蓋實現(xiàn)
2.1 無線鏈路預算
因為WCDMA系統(tǒng)是上行覆蓋受限的系統(tǒng)，通過上行鏈路預算即可估算出小區(qū)的覆蓋半徑與覆蓋面積，滿足初步規(guī)劃的需要。
在上行鏈路信號傳輸和處理過程中，信號的損耗包括發(fā)送端人體損耗、移動臺天線接頭損耗和墻體穿透損耗，無線傳播環(huán)境中的路徑損耗以及接收端基站饋線損耗、接頭損耗等；信號的處理增益包括移動臺天線發(fā)射增益、基站天線接收增益、軟切換增益和擴頻處理增益等。為了在接收端成功解調(diào)業(yè)務信道的用戶信號，鏈路預算中還需考慮快速功控、信號衰落變化、系統(tǒng)自干擾和接收機噪聲的影響，并相應預留功率余量，以滿足業(yè)務信道解調(diào)的Eb/No門限要求。
對于不同業(yè)務的Eb/No解調(diào)門限要求，上行鏈路最大允許路徑損耗可由下式表示：
基于以上分析，依據(jù)以上鏈路預算表達式和前期環(huán)境測試及工程經(jīng)驗分析，在本次設計中小區(qū)負荷取50％，基站天線增益取17.2 dB，基站饋線長度取35.0 m，得出基站饋線損耗為1.4，快速衰落儲備取4.0 dB，該環(huán)境對數(shù)正態(tài)衰落儲備取為6.7 dB，穿透損耗取15 dB。密集市區(qū)域的上行鏈路預算結(jié)果如表1所示。
表1 密集市區(qū)上行鏈路預算結(jié)果
2.2 該密集市區(qū)建設規(guī)模計算
在小區(qū)最大允許路徑損耗已知的情況下，利用無線傳播模型就可以計算小區(qū)的覆蓋范圍。為合理有效的對該城市進行無線網(wǎng)絡規(guī)劃，考慮到該城市具體的地形地貌特征，本設計采用標準宏小區(qū)模型。在1500～2000MHz頻段，基站天線高度范圍：15～200 m，接收機高度范圍：1～10 m，通用宏小區(qū)模型是一個典型的傳播中值路徑損耗預測模型，它受到移動臺與基站間的距離、基站和移動臺天線高度、載波頻率等因素的約束，工程表達式為：
式中：
LP——路徑損耗；
Hms——移動臺高度（m）；
Hb——基站天線高度（m）；
Ldiffn——衍射損耗；
d——基站與移動臺間直線距離（km)。
參數(shù)K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7和Kclutter（地物損耗因子)是待定參數(shù)。
為了使得模型能更好地擬合該密集城區(qū)不同地區(qū)的無線傳播環(huán)境，需通過對該市的典型場景的電測來校正待定參數(shù)值。根據(jù)2006年在該地區(qū)所做的電測分析，這里取密集市區(qū)模型校正結(jié)果如表2所示。
表2 密集市區(qū)模型校正結(jié)果
在WCDMA網(wǎng)絡設計的鏈路預算中，通常采用COST231-Hata模型來計算小區(qū)覆蓋半徑。COST231-Hata模型是在Hata模型基礎上發(fā)展起來的，目的是將Hata模型的距離適用范圍擴大到100 km以上，頻率適用范圍擴展到2G頻段，經(jīng)過分析得到如下的近似公式：
當滿足：
f=150～2 000MHz；
基站天線有效高度hb=30～200m；
移動臺天線高度在1～10 m；
基站的覆蓋范圍大于1 km。
可以導出基站最大覆蓋距離的表達式：
將上行鏈路預算結(jié)果和模型校正參數(shù)代入上式，求取密集市區(qū)基站的最大覆蓋距離，如表3所示。
表3 各業(yè)務需求基站最大覆蓋距離
比較各區(qū)域不同業(yè)務的最大覆蓋距離，取其中最小值為相應地區(qū)的基站覆蓋半徑，從而進一步求得小區(qū)覆蓋半徑為0.66*0.9=0.594 km.
無線網(wǎng)絡覆蓋中，圖1所示以鏈路預算得出的半徑為圓的面積π R2。其六邊形的面積為3個。
圖1 基站覆蓋面積示意圖
邊長為R/2的正六邊形組成，面積為.
即三扇區(qū)基站的覆蓋面積可由下式表示：
，得基站覆蓋面積為0.70。
依據(jù)目標區(qū)域覆蓋需求53.2 km2和基站覆蓋面積，得出密集城區(qū)基站數(shù)規(guī)劃數(shù)為76個。
3、密集市區(qū)WCDMA容量實現(xiàn)
3.1 上行鏈路容量規(guī)劃
依據(jù)密集市區(qū)業(yè)務需求和無線覆蓋規(guī)劃站點數(shù)，單載扇上行鏈路平均業(yè)務承載需求如表4所示。
表4 單載扇上行鏈路平均業(yè)務承載需求
注：
①PS業(yè)務的BHT，在表2中為12Kbyte/h=12K*8/3600=26.67 bit/s；
②總業(yè)務量=用戶數(shù)量×用戶比率×BHT；
③平均每載扇業(yè)務量=總業(yè)務量/(規(guī)劃站點數(shù)×3)。
由愛爾蘭B表查得滿足V12.2 kbit/s和CS64 kbit/s業(yè)務承載需求的信道數(shù)MCS12.2K和MCS64k分別為24和1。
分組域PS64 K業(yè)務信道需求數(shù)MDATA可由下式求�。�
由C和BE的表達式計算電路域業(yè)務負荷C和分組域業(yè)務負荷BE分別為：
低于上行鏈路系統(tǒng)最大允許負載50％，因此無線覆蓋規(guī)劃站點數(shù)滿足上行鏈路容量承載需求。
3.2 下行鏈路容量規(guī)劃
依據(jù)密集市區(qū)業(yè)務需求和無線覆蓋規(guī)劃站點數(shù)，單載扇下行鏈路平均業(yè)務承載需求如表5所示。
表5 單載扇下行鏈路平均業(yè)務承載需求
由愛爾蘭B表查得滿足V12.2 kbit/s和CS64 kbit/s業(yè)務承載需求的信道數(shù)MCS12.2K和MCS64k分別為24和1。
分組域PS64 K業(yè)務信道需求數(shù)MDATA可由下式求取：
由
C和計算電路域業(yè)務負荷C和分組域業(yè)務負荷BE分別為：
則系統(tǒng)負載需求load為：
低于下行鏈路系統(tǒng)最大允許負載65％，因此無線覆蓋規(guī)劃站點數(shù)滿足下行鏈路容量承載需求。
3.3 密集市區(qū)規(guī)劃結(jié)果分析
將單載扇上行鏈路和下行鏈路業(yè)務負載核算結(jié)果與系統(tǒng)最大允許負載對比分析如表6所示。
表6 密集市區(qū)規(guī)劃結(jié)果分析
結(jié)論：經(jīng)上述驗證表明，上行鏈路和下行鏈路的業(yè)務負載均低于最大允許業(yè)務負載，因此說明系統(tǒng)最大允許負載下進行無線覆蓋規(guī)劃的載扇數(shù)滿足上行鏈路和下行鏈路業(yè)務承載需求，密集市區(qū)最終規(guī)劃載扇數(shù)為228，設計結(jié)論滿足該市區(qū)密集區(qū)域的覆蓋目標。
4、結(jié)束語
無線覆蓋和系統(tǒng)容量設計，是WCDMA無線網(wǎng)絡規(guī)劃的一部分設計內(nèi)容，接下來還需要完成宏蜂窩組網(wǎng)、站址選擇、擾碼分析等設計環(huán)節(jié)，就覆蓋而言還要綜合考慮特殊場景覆蓋、交通干線覆蓋、室內(nèi)覆蓋等。在建設投入前系統(tǒng)還要進行完全的系統(tǒng)仿真和嚴格的模擬測試，組網(wǎng)后還需經(jīng)過一段較長期的優(yōu)化調(diào)整。
