WCDMA網(wǎng)絡(luò)仿真與實測對比分析

摘要　結(jié)合案例，將中興WCDMA的網(wǎng)絡(luò)仿真結(jié)果與試驗網(wǎng)路測結(jié)果進行對比分析。分析結(jié)果表明，二者的誤差可以控制在可接受的范圍之內(nèi)，從而驗證WCDMA網(wǎng)絡(luò)仿真結(jié)果對WCDMA網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和優(yōu)化具有重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞　WCDMA　網(wǎng)絡(luò)仿真　路測　誤差分析

　　無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃對于運營商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)具有指導(dǎo)性的意義。好的規(guī)劃能成功地在網(wǎng)絡(luò)覆蓋、容量、質(zhì)量及建網(wǎng)成本間取得良好的平衡，輔助運營商在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和升級擴容的各階段采取最佳的實施方案，實現(xiàn)其建網(wǎng)效益的最大化。規(guī)劃仿真是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程的重要組成部分。通過仿真，可獲得所規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)的部分重要性能參數(shù)，如導(dǎo)頻覆蓋、最佳小區(qū)、系統(tǒng)負載、切換區(qū)域等，對實際組網(wǎng)有著重要的指導(dǎo)和借鑒作用。

　　為評估仿真的準確度，中興通訊在國內(nèi)外的多個試驗網(wǎng)中，將網(wǎng)絡(luò)仿真的結(jié)果和試驗網(wǎng)的路測數(shù)據(jù)進行了反復(fù)的對比分析。結(jié)果表明，在正確選擇仿真參數(shù)，按照規(guī)范化的仿真流程進行操作的前提下，網(wǎng)絡(luò)仿真的結(jié)果與路測結(jié)果的誤差保持在可接受的范圍之內(nèi)。從而證明，可以利用網(wǎng)絡(luò)仿真工具指導(dǎo)WCDMA網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和優(yōu)化工作。

1、WCDMA網(wǎng)絡(luò)仿真概述

　　WCDMA系統(tǒng)由于引入了多種類型的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，使整個網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)特性的復(fù)雜程度大大超越了以語音業(yè)務(wù)為主、輔助以少量低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳統(tǒng)2G無線網(wǎng)絡(luò)。在相同條件下，不同的業(yè)務(wù)覆蓋范圍不同；在不同的業(yè)務(wù)和業(yè)務(wù)構(gòu)成比例下，所需的系統(tǒng)容量也有較大差別。另一方面，WCDMA系統(tǒng)具有軟容量的特性，系統(tǒng)容量在本質(zhì)上是受功率限制的，與功率相關(guān)聯(lián)，且功率變化與用戶數(shù)和數(shù)據(jù)吞吐量的變化關(guān)系是非線性的和可變的。軟容量的存在給WCDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃帶來了困難，難以由簡單的公式計算來確定如何才能提供足夠的系統(tǒng)容量。因此在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，往往需要特定的WCDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工具對規(guī)劃結(jié)果進行評估。采用仿真工具，能夠通過模擬系統(tǒng)工作過程，得到更加精確的系統(tǒng)容量覆蓋分析結(jié)果，從而合理估計網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和投資規(guī)模，在容量、覆蓋、不同服務(wù)質(zhì)量三者間尋求最佳平衡點。

　　在仿真中，作為必要的輸入條件，通常需要獲取被規(guī)劃區(qū)域的地理環(huán)境、地物地貌、人文、經(jīng)濟水平等信息，其中以無線傳播模型、業(yè)務(wù)分布及增長特性、業(yè)務(wù)模型及話務(wù)模型的建立尤為關(guān)鍵。這些輸入?yún)��?shù)越精確，對提高規(guī)劃結(jié)果的可信度就越有利。

　　但是，需要明確的是，不論是通過理論方法進行網(wǎng)絡(luò)規(guī)模估算，還是通過現(xiàn)網(wǎng)的測試對話務(wù)模型進行采集統(tǒng)計，在操作過程中都不可避免地會進行模型的簡化分析，并涉及諸多參數(shù)的取值問題。很多工程參數(shù)往往無法給出其精確取值，通常使用的是業(yè)界經(jīng)驗值或文獻推薦值。這些因素都會導(dǎo)致仿真結(jié)果在一定程度上與真實網(wǎng)絡(luò)的實測參數(shù)值有所差異。為了評估這種差異的大小，即驗證仿真工具輸出結(jié)果的準確性，需要進行仿真與實測的對比工作。反之，在規(guī)劃初期，通過對比，也可驗證在仿真當中某些重要無線參數(shù)的設(shè)置正確與否，通過調(diào)整參數(shù)提高仿真精度。

2、仿真實測對比

　　首先了解一下數(shù)據(jù)存儲格式，如果仿真所采用的電子地圖精度為20m，地圖上每一個20m×20m的地理區(qū)域被稱為一個bin，即一個格點。現(xiàn)網(wǎng)路測數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)都是以bin為單位存儲數(shù)據(jù)的，仿真與實測對比需要做的，就是將兩個數(shù)據(jù)放在一起，比較其擬和的程度，如圖1所示。


圖1　仿真與實測數(shù)據(jù)比對示意圖

　　中興通訊自主開發(fā)了進行仿真與實測對比的工具，一般可完成所規(guī)劃區(qū)域的整體誤差均值、標準差、概率分布函數(shù)PDF和概率累積分布函數(shù)CDF、置信區(qū)間等統(tǒng)計分析，并直觀地將該網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的比對誤差結(jié)果可視化地顯示在mapinfo地圖中。這些信息足以對仿真的結(jié)果作出客觀的評價。

　　從網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵性能指標(KPI)的分析來看，通常需要進行對比的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)包括導(dǎo)頻強度Ec和導(dǎo)頻質(zhì)量Ee/Io。

3、試驗網(wǎng)對比案例分析

　　目前，中興通訊在其各地的試驗網(wǎng)中，廣泛應(yīng)用了仿真來指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，在網(wǎng)絡(luò)預(yù)規(guī)劃階段和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化階段都起到了很大的作用。

　　仿真與實測對比不僅僅是為了驗證仿真的指導(dǎo)作用，更重要的是總結(jié)經(jīng)驗、吸取教訓(xùn)，在反復(fù)實踐中提高仿真的精度。中興通訊在各地建設(shè)的試驗網(wǎng)提供了最佳的實踐平臺，在不斷提高仿真水平的同時，也不斷驗證著仿真的重要性。

　　目前業(yè)界通用的仿真軟件包括Aircom、Planet、Atoll等。中興通訊主要采用Aircom軟件。以下結(jié)合試驗網(wǎng)的實測數(shù)據(jù)，以Ec為例，給出仿真與實測的定量比對結(jié)果。示例中的仿真數(shù)據(jù)由Aircom的*.3ga文件獲得，而路測數(shù)據(jù)來自Agilent路測儀導(dǎo)出的SD5文件。

　　例如，中興通訊某試驗網(wǎng)仿真所用傳播模型為以下通用模型表達式：

　　Path_Loss=K1+K2log(d)+K3(Hms)+K4log(Hms)+K5log(Heff)+K6log(Heff)log(d)+K7(Diffraction Loss)+Clutter_Loss

　　其中：K1-K7的取值分別為153.23，40.23，-2.88，0，-13.82，-6.55，0.8。

　　試驗網(wǎng)的基站分布如圖2所示。


圖2　試驗網(wǎng)站點分布圖

　　通過網(wǎng)絡(luò)仿真，可獲得Ec的覆蓋效果圖，如圖3所示。實際路測結(jié)果如圖4所示。


圖3　試驗網(wǎng)Ec仿真效果圖


圖4　試驗網(wǎng)路測結(jié)果

　　對測試路線上的所有數(shù)據(jù)進行總體分析，共有8324個有效誤差樣本，誤差的均值和標準差可通過計算得出，分別為-3.45dB和9.47dB，誤差分布直方圖如圖5和圖6所示。


圖5　Ec誤差分布PDF直方圖


圖6　Ec誤差分布CDF直方圖

　　由對比結(jié)果數(shù)據(jù)可見，在所用傳播模型和仿真條件下，Ec誤差的均值在合理范圍內(nèi)分布，Ec誤差的標準差約為9dB左右。由Ec誤差的均值可見，Ec的預(yù)測結(jié)果總體上比路測結(jié)果略小。這說明仿真結(jié)果是比較接近真實網(wǎng)絡(luò)狀況的。

　　根據(jù)測試數(shù)據(jù)比對結(jié)果的均值和標準差，可以推斷出一定置信度下整個網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃仿真均值和標準差的置信區(qū)間。在95%的置信概率下，誤差的均值和標準差置信區(qū)間見表1。



　　由于無線信道環(huán)境的復(fù)雜性，以上的對比結(jié)果在可接受的范圍之內(nèi)�？赏ㄟ^仿真參數(shù)的調(diào)整，尤其是傳播模型的進一步精確化，使仿真的精度更為精確。

　　由于仿真參數(shù)模型化的結(jié)果，難免會出現(xiàn)有的地域預(yù)測與實測符合較好、有的地域符合稍差的情形。在條件允許的情況下，可考慮對規(guī)劃區(qū)域采用多個傳播模型，使得模型的適用范圍更細化。同時，通過采用規(guī)范的傳播模型測試與校正方法，可以使模型盡可能真實地反映規(guī)劃區(qū)的傳播特性，從而提高仿真精度。另一方面，在比對工具的輔助下，可以比較直觀地看出各路段的誤差分布情況，進而調(diào)整仿真參數(shù)，使仿真與實測的誤差盡可能降低，更好地指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與優(yōu)化。

4、小結(jié)

　　從各地試驗網(wǎng)的數(shù)據(jù)來看，誤差的結(jié)果是可以接受的。而且，中興通訊在每次仿真后都會總結(jié)經(jīng)驗，如果本次仿真結(jié)果較差，則將本次的仿真過程與以前成功的仿真進行比較，找出其差別并進行調(diào)整，并將新的仿真結(jié)果再次與實測數(shù)據(jù)進行對比，如此反復(fù)調(diào)整、對比，找出仿真參數(shù)影響結(jié)果的規(guī)律，并總結(jié)出適合當?shù)厍闆r的成熟參數(shù)設(shè)置，使仿真的精度穩(wěn)步地提升。

　　同時，仿真與實測對比還被應(yīng)用在了網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方面。為了讓仿真在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中起到更大的作用，可利用最新的路測數(shù)據(jù)，與仿真結(jié)果進行對比，根據(jù)結(jié)果，精細調(diào)整仿真參數(shù)，使仿真盡可能地與實測數(shù)據(jù)接近，進而總結(jié)出當?shù)氐臒o線參數(shù)設(shè)置原則。那么，在網(wǎng)絡(luò)參數(shù)調(diào)整前，就可以通過仿真模擬，觀察調(diào)整的效果，分析調(diào)整后的網(wǎng)絡(luò)性能，為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作提供可借鑒的數(shù)據(jù)。

　　仿真與實測對比，使仿真不再是一次性的工作，而是根據(jù)路測數(shù)據(jù)，不斷迭代，不斷改進，不斷接近實際情況，從而與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作互為補充，大大提高了網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的效率。