WCDMA外場測試中的覆蓋測試

　　摘要

　　本文介紹了WCDMA覆蓋測試的必要性、說明了鏈路預算和覆蓋測試方法，指出覆蓋測試應(yīng)采取的數(shù)據(jù)處理方式，最后，總結(jié)分析了影響覆蓋測試結(jié)果的各種因素。

　　關(guān)鍵詞

　　覆蓋測試，鏈路預算，接收靈敏度，數(shù)據(jù)處理，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，小區(qū)呼吸

　　一、概述

　　當前，WCDMA網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)進入了一個相對穩(wěn)定期，基本設(shè)備已經(jīng)達到商用水平。隨著3G業(yè)務(wù)應(yīng)用的不斷發(fā)展，3G牌照發(fā)放的需求日益迫切，為了充分驗證WCDMA的網(wǎng)絡(luò)性能，網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能測試日益凸現(xiàn)其必要性。本文結(jié)合3G外場試驗，介紹了WCDMA網(wǎng)絡(luò)覆蓋測試的一些相關(guān)問題，希望能對實際的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化工作提供參考。

　　二、覆蓋測試必要性

　　在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的初期，我們需要選擇適當?shù)臒o線傳播模型來進行無線鏈路預算。無線傳播模型的選擇和準確程度直接關(guān)系到路徑損耗、小區(qū)覆蓋半徑和UTRAN端基礎(chǔ)設(shè)施的確定。如果模型估計值過高，則不利于網(wǎng)絡(luò)資源的充分利用；反之，則影響無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，出現(xiàn)導頻污染、無主服務(wù)小區(qū)、容量不足、過多不必要的軟切換、引入錯誤的相鄰小區(qū)列表等問題。特別在復雜的市區(qū)環(huán)境下，傳統(tǒng)的經(jīng)驗傳播模型已經(jīng)無法滿足越來越高的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的要求，對無線覆蓋現(xiàn)場測試的需求日益迫切。

　　三、鏈路預算

　　WCDMA系統(tǒng)的鏈路預算是與小區(qū)的負荷估算相結(jié)合進行的。首先，必須根據(jù)在不同移動速度下每種業(yè)務(wù)的質(zhì)量要求，獲得相應(yīng)的上下行的Eb/N0目標值(一般由設(shè)備廠家給出)，由此計算出各種業(yè)務(wù)的參考接收靈敏度。之后，在設(shè)定或者已知小區(qū)負荷的情況下，上行最大允許路徑損耗的后續(xù)計算與GSM系統(tǒng)上行鏈路預算相似，而下行鏈路的預算問題要復雜些。鑒于總發(fā)射功率分配問題以及終端位置分布、軟切換狀態(tài)等不確定性，必須建立一個模型，作一些簡化性的假設(shè)，才能計算出一個統(tǒng)計性的結(jié)果。

　　在建網(wǎng)初期，用戶容量較小，手機的最大發(fā)射功率一般為21dBm，基站的最大發(fā)射功率一般為43dBm，此時WCDMA系統(tǒng)的覆蓋范圍通常由上行鏈路來決定。在實際網(wǎng)絡(luò)運營中，由于基站天線高度和發(fā)射功率設(shè)置、無線傳播環(huán)境和用戶數(shù)量等因素的影響，基站的覆蓋范圍也會出現(xiàn)下行受限的情況。

　　1、最大允許路徑損耗

　　最大允許路徑損耗(MAX_PL)的計算公式：

　　MAX_PL= P_UL –S_BS –Losses - Margins + Gains

　　其中，P_UL(dBm)為手機(或基站)對于某種業(yè)務(wù)的最大發(fā)射功率；S_BS為基站(或手機)接收靈敏度；Losses(dB)為對應(yīng)的總的損耗，如基站饋線損耗、各種連接器及合路器的損耗、建筑物和汽車等的穿透損耗、人體損耗等；Gains(dB)為對應(yīng)增益，如基站和手機天線增益、軟切換增益等；Margins(dB)為對應(yīng)的總的余量，主要包括快衰落余量(功控余量)、陰影衰落余量和干擾余量等。

　　由最大路徑損耗公式可看出，影響無線信號傳播的因素很多，實際網(wǎng)絡(luò)中遇到問題時，需具體情況具體分析，對問題進行準確的定位。

　　2、接收靈敏度

　　在理想功率控制的情況下，基站端接收到的各個移動臺的信號具有相同的強度S，根據(jù) ，可以推出 。

　　其中，Eb/N0為反向鏈路解調(diào)門限值， 為包括寬帶噪聲、本小區(qū)干擾和其他小區(qū)干擾在內(nèi)的接收干擾功率， 為業(yè)務(wù)速率，W為信道帶寬。

　　由以上公式可知，基站的接收靈敏度與系統(tǒng)噪聲、干擾、業(yè)務(wù)速率和Eb/N0有關(guān)。對于不同種類的業(yè)務(wù)，其BLER目標值不同，所需要的Eb/N0也不同，再加上業(yè)務(wù)速率以及干擾和噪聲的影響，其所要求的基站端接收靈敏度也不同，最終導致不同的業(yè)務(wù)有不同的覆蓋范圍。

　　在實際負載因子的計算中，還需要考慮話音激活因子和小區(qū)容量的影響。

　　下行鏈路的考慮同上行類似，只是在考慮實際下行干擾時多了一個正交因子，這是由于無線信道的多徑傳播造成的對正交碼字的正交特性的影響。同時，必須考慮用戶位置對負載因子計算的影響，因為對于不同位置的用戶，其所受的本小區(qū)和鄰小區(qū)的干擾是不同的，這點也不同于上行鏈路的考慮。

　　四、覆蓋測試方法

　　覆蓋測試分為導頻信道和業(yè)務(wù)信道的覆蓋測試，業(yè)務(wù)信道的覆蓋測試針對話音業(yè)務(wù)、可視電話業(yè)務(wù)和分組域的業(yè)務(wù)分別進行。

　　1、加載方式

　　1)上行加載方式

　　在發(fā)送天線和UE之間加入衰減器：在實際加載時必須考慮衰減器的插入損耗，并確保上行和下行的插入損耗盡量達到平衡。

　　在基站的雙工器之后的上行鏈路中加噪聲：基站側(cè)產(chǎn)生頻率帶寬為5MHz的高斯白噪聲來提高底噪，此種方式只有當雙工器有外部接口時才能實現(xiàn)。

　　通過系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置限制手機的最大發(fā)射功率：通過設(shè)置最大允許上行發(fā)射功率來實現(xiàn)上行鏈路加載。相關(guān)參數(shù)將在系統(tǒng)消息里廣播。此種方式下，手機和系統(tǒng)的參數(shù)必須能夠很好地匹配。

　　2)下行加載方式

　　采用OCNS方式在DCH上加載；

　　直接在BCH上加載。

　　2、測試步驟

　　a.設(shè)置基站參數(shù)，包括基站最大發(fā)射功率、導頻信道發(fā)射功率、被測業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)信道發(fā)射功率、目標BLER值、 本小區(qū)和周圍小區(qū)的負載等；

　　b.建立相關(guān)業(yè)務(wù)呼叫，并保持通話狀態(tài)；(僅業(yè)務(wù)信道覆蓋測試)

　　c.選擇一條徑向路線，從基站處出發(fā)，以較為穩(wěn)定的速度向小區(qū)邊緣行駛；

　　c.測試過程中，記錄接收的CPICH Ec、CPICH Ec/Io、手機發(fā)射功率和下行BLER值、基站業(yè)務(wù)信道發(fā)射功率和上行BLER值，并通過GPS接收機記錄測試路線；

　　d.保持呼叫連接狀態(tài)，直到手機與基站無法保持穩(wěn)定連接，記錄掉話點位置和相應(yīng)測量值，記錄行進過程中意外掉話點的位置和相應(yīng)測量值；(僅業(yè)務(wù)信道覆蓋測試)

　　e.改變被測小區(qū)和周圍小區(qū)的負載，重復上述測試；

　　3、數(shù)據(jù)處理方式

　　由于無線信號的強度與無線環(huán)境密切相關(guān)，在多變的無線環(huán)境中用一個絕對值來描述無線信號狀態(tài)是不準確的。從概率統(tǒng)計理論的角度看，可以通過有限采樣點測試來評估信號覆蓋的整體效果，保證測試結(jié)果的可靠性。在無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，以概率分布密度函數(shù)PDF和累積分布函數(shù)CDF所建立的統(tǒng)計模型對網(wǎng)絡(luò)覆蓋的設(shè)計有很大意義。針對上下行受限的不同情況，通過計算出不同的業(yè)務(wù)在手機和基站達到最大發(fā)射功率時的手機到基站距離的概率分布函數(shù)PDF 和累計分布函數(shù)CDF，我們就可以較為準確地判定當前業(yè)務(wù)的覆蓋邊界。

　　4、結(jié)果分析

　　導頻信號的測試是WCDMA無線信號測試的基礎(chǔ)，是網(wǎng)絡(luò)建立和調(diào)整的重要依據(jù)。由于導頻信號的發(fā)射功率是恒定不變的，因此通過對導頻信號的接收測量我們就可以對不同小區(qū)的傳播損耗做出定量的分析與描述。同時，通過導頻信道覆蓋測試，可以檢驗網(wǎng)絡(luò)的覆蓋盲區(qū)和覆蓋空洞，為后續(xù)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和基站的調(diào)整做準備。

　　空載情況下的業(yè)務(wù)信道覆蓋測試可以驗證WCDMA網(wǎng)絡(luò)的一些基本特性，如功率控制等；同時可以對此種情況下不同業(yè)務(wù)的覆蓋范圍進行比較。本小區(qū)上下行和周圍小區(qū)下行加載的測試條件可以近似地模擬實際網(wǎng)絡(luò)運行情況下，周圍小區(qū)在下行鏈路上對被測小區(qū)的基站和手機的干擾對被測小區(qū)覆蓋范圍的影響。同時，結(jié)合終端掉話時記錄的Ec、Ec/Io、手機發(fā)射功率，基站業(yè)務(wù)信道功率，以及上行和下行的BLER值，分析掉話的原因，并判斷當前業(yè)務(wù)是上行或下行受限，為后續(xù)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)整提供參考。

　　五、覆蓋測試結(jié)論

　　由于覆蓋測試結(jié)果受多種因素，尤其是無線傳播環(huán)境的制約，在此，不一一列舉測試數(shù)據(jù)，僅對影響測試結(jié)果的各種因素進行分析。

　　1、本小區(qū)加載對覆蓋距離的影響

　　本小區(qū)加載對被測小區(qū)覆蓋的影響不是很大，這是因為在小區(qū)邊緣位置，手機和基站之間路徑損耗很大，本小區(qū)上下行加載對手機和基站端的影響都比較小。

　　2、周圍小區(qū)下行加載對覆蓋距離的影響

　　周圍小區(qū)的加載使覆蓋距離產(chǎn)生較大的收縮。周圍基站加載后，在下行對被測小區(qū)的手機產(chǎn)生較大的干擾，使得被測小區(qū)的干擾電平提高，在軟切換功能被禁止的情況下，終端將在小區(qū)邊界因周圍基站的干擾而掉話，最終導致被測基站覆蓋范圍的減小。

　　3、覆蓋測試中上下行受限情況分析

　　覆蓋測試中主要出現(xiàn)了三種情況的受限：手機發(fā)射功率受限，基站發(fā)射功率受限，基站和手機同時達到功率受限。在周圍小區(qū)加載的情況，基本為基站下行發(fā)射功率受限。覆蓋測試中，軟切換功能是被禁止掉的，在正常網(wǎng)絡(luò)運營的情況下，通過設(shè)置適當?shù)能浨袚Q區(qū)域，可以使上下行鏈路達到平衡。在周圍小區(qū)加載情況下如果出現(xiàn)上行受限的情況，則表明被測基站出現(xiàn)過覆蓋問題，應(yīng)通過適當?shù)卣{(diào)整天線或基站發(fā)射功率等來減小覆蓋范圍，同時必須考慮切換對重疊覆蓋的要求和系統(tǒng)容量的要求。

　　4、業(yè)務(wù)速率和網(wǎng)絡(luò)負荷對覆蓋距離的影響

　　1)隨著業(yè)務(wù)速率的增加，小區(qū)的覆蓋半徑基本呈現(xiàn)減小的趨勢；

　　2)隨著網(wǎng)絡(luò)負荷的增加，小區(qū)的覆蓋半徑基本呈現(xiàn)減小的趨勢。

　　5、影響覆蓋范圍的主要因素

　　由上述分析及測試結(jié)果可見，基站的覆蓋范圍主要受以下因素的影響：

　　基站規(guī)劃：基站位置，站間距以及天線的設(shè)置等因素對覆蓋的影響；

　　功率配置：導頻信道信號強度和各控制信道以及業(yè)務(wù)信道的功率配置；

　　路徑損耗：必須考慮在城區(qū)，郊區(qū)，室內(nèi)等不同傳播環(huán)境下路徑損耗的差異性；

　　系統(tǒng)的負荷：系統(tǒng)容量越大，覆蓋范圍越��；

　　業(yè)務(wù)的多樣性：不同的業(yè)務(wù)QOS指標不一樣，對網(wǎng)絡(luò)性能的要求也不同。

　　由于WCDMA系統(tǒng)中小區(qū)呼吸效應(yīng)的存在，容量、覆蓋和服務(wù)質(zhì)量三者在WCDMA中是交織在一起的，因此，在進行覆蓋規(guī)劃或優(yōu)化工作時，必須同時考慮容量、不同業(yè)務(wù)以及不同服務(wù)質(zhì)量的要求。

　　六、總結(jié)

　　由于無線傳播過程中存在多徑效應(yīng)、慢衰落、快衰落，多普勒效應(yīng)等的影響，很難找到準確的傳播模型來進行無線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃，因此，現(xiàn)場覆蓋測試成為評估系統(tǒng)性能的最重要也是最可靠的手段之一。

　　通過覆蓋測試，不但可以驗證網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，查找覆蓋中存在的盲區(qū)和空洞；還可以對不同業(yè)務(wù)信道的覆蓋范圍進行比較，對理論結(jié)果進行驗證；通過對同一種業(yè)務(wù)在不同無線傳播環(huán)境下的測試還可以驗證鏈路預算中的各個參數(shù)對業(yè)務(wù)覆蓋的影響。覆蓋測試的很大一部分工作就是數(shù)據(jù)處理，采用合理的數(shù)據(jù)結(jié)果統(tǒng)計模型是確保結(jié)果可靠性的關(guān)鍵。

　　由于小區(qū)呼吸的存在，WCDMA系統(tǒng)的覆蓋、容量和服務(wù)質(zhì)量是密切相關(guān)的，不同的業(yè)務(wù)速率及服務(wù)質(zhì)量要求和不同的網(wǎng)絡(luò)負荷將導致不同的覆蓋范圍。在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及優(yōu)化過程中，根據(jù)實際需要，需設(shè)置不同的參數(shù)，經(jīng)過多次軟件仿真和實際測試不斷優(yōu)化，才能達到設(shè)計目標。