WCDMA网络的规划及优化文献综述

WCDMA网络的规划及优化 第一章 WCDMA的网络规划和优化的意义： 1 1 WCDMA 的网络规划和优化的意义 随着 3G 通信技术的发展，网络规划和优化工作越来越重要。对于未来的 WCDMA 网络运营商而言，如何经济有效地建设一个 WCDMA 网络，保证网络建设的高性价比是运营商所关心的问题。 目前，公众对 UMTS（通用移动通信系统）的网络规划及优化产生了极大兴趣。第三代移动通信网络的建设正方兴未艾。这一全新的移动通信技术与传统的 GSM 网络规划有着本质的不同。在全球范围内，人们正紧锣密鼓地开发和研制新的规划工具和计算方法 ，设计新的工作流程。 UMTS 网络必须同时满足各种不同业务的需求。所以，网络规划工程师要综合考虑各种业务。对通信质量要求不高的业务， UMTS 小区有着较大的覆盖范围；反之，对一些通信质量要求很高的业务，其小区覆盖范围就很小。这样，网络规划工程师在实际工作中不可能只考虑单一的 UMTS 小区半径，因为不同的业务对应于不同的小区半径。如果把最小小区半径，也就是说把通信质量要求最高的业务作为网络规划的标准，那么建网成本是极其昂贵的，也是不现实的。未来的 UMTS 网络规划工程师中级业务的小区半径着手，这样，小区实际有效范围 只能部分满足高级业务的需求。目前，各大网络规划软件公司已经着手开发和研制针对这种新的 UMTS 网络综合业务的有效算法 10。 通过对相关文献的学习，本文将对 WCDMA 的网络规划及优化作大概的阐述，说明规划及优化的流程，以及规划中应注意的事项。 第二章 国内外研究动态、研究方法 及工作流程： 图 2-1 华为 运营及维护网络的建设参考图 2 1 网络特点： WCDMA 作为 3G 的主流技术之一，其规划工作相对于以往网络主要有以下特点： （ 1） 业务模型 WCDMA 以灵活的承载方式为用户提供了不同的 QoS 的业务（ 即会话类型、数据流类型、互动类型、后台类型），速率由低速话音到超过 2Mbit/s 的高速数据，网络成为一个多业务的混合传输系统。建立一个科学、合理的业务模型对 WCDMA 无线网络的规划至关重要，这将直接影响到规划的结果 2、 7。 （ 2） 小区呼吸效应明显 在确定建设策略时就需要充分考虑网络的中长期发展情况，选择适当的负载目标、提 供的业务类型及覆盖、质量等规划目标，使网络建设既能满足用户的需要，又能获得较高的经济效益 2。 （ 3） 仿真的重要性 随着系统复杂度增加，导致单纯地使用一些传统的设计方法已不能完全适用于新系统 ， 而需要借助于先进的仿真工具，以更快、更准确、更高效的辅助规划设计工作。因此在WCDMA 系统的规划设计工作中，仿真将贯穿其始终。 （ 4） 压缩模式 引入压缩模式是为了 FDD 下进行异频测量或异系统测量。因为一套收发信机只能同时工作在一组收发频率上，若要对其它频率的信号进行测量，接收机需停止工作，将频率切换到目标频率进行测量。为了保证下行信号的正常发送，需将原来信号在剩余发送时间内发送，此即下行压缩模式。当测量频率与上行发送频率较近时，为保证测量效果，需同时停止上行信号的发送，此即上行压缩模式 10。 下图为压缩模 式示意图。 O n e f r a m e( 1 0 m s ) T r a n s m i s s i o n g a p a v a i l a b l e f o ri n t e r - f r e q u e n c y m e a s u r e m e n t s图 2-2 压缩模式示意图。 压缩模式提供了灵活地进行载波、系统间的测量能力，使载波间、系统间的控制、切换更易于实现和有效，为 HCS、 GSM 的实现提供了可靠的技术保证。但压缩模式的采用也牺牲了一定的网络质量，如快速功率控制性能下降、交织性能下降等。因此，过度使用户处于压缩模式，对网络的覆盖和 容量均会产生负面的影响，规划设计时应充分考虑网络情况，适当设置 1。 2总体规划的步骤 根据移动通信工程建设及移动通信网络规划设计的特点，规划设计总体上可分为以下几个阶段： （ 1）可行性研究阶段：侧重建 设的必要性、可靠性及经济分析。 此阶段需要做规划设计前详细的调研工作，内容包括各类基础资料的收集、现场条件调研与勘察、技术方案论证、投资估算和经济评价分析等。 （ 2）初步设计阶段：侧重全网络方案。 初步设计简称初设，是工程设计的一个主要阶段，它的主要内容是提出工程建设的技术方案和投资概算，供上级主管部门审查，确定建设方案和规模。 具体内容包括文字说明、工程图纸及概算 3 部分，需要完成基站的初步选点（包括主选点和备选点）、组网方案和概算编制等工作。 （ 3）详细规划 详细规划是将初步规划获得的基站数量、大致站型和 配置、初步站间距作为原始输入，配合三维数字地图，带入仿真工具，结合初期网络勘察获得的候选站址，对所需覆盖的区域进行认真的网络覆盖和容量效果预测和 分析，并通过站址位置、站间距、天线挂高、方位角、下倾角等指标的必 要调整，或必要时增减基站，最终确定最佳系统性能下相应的基站站址和基站数量、天线挂高、方位角、下倾角等关键的无线指标，为未来的工程设计奠定基础 9。 （ 4）施工图设计阶段 施工图设计是初设的补充完善，是指导施工的依据，具体内容包括文字说明、图纸及预算 3 部分。图纸主要是设备安装施工图，包括建设项目的各部分 工程的详图和零部件明细表等，深度应满足设备、材料的订货、预算的编制、设备安装工艺及其他施工要求等。 最终网络规输出结果是工程建设、设备参数配置的基础数据。工程参数可能包括基房面积和承重、站址高度、天线方向、天线的波束宽度和增益、天线下倾角、馈线长度、 RNC和 NodeB 设备数量和容量配置、传输设备的接口类型和速率等，设备参数可能包括基站的发射功率 、 RRM 参数配置、邻区关系、位置区等设备工作的缺省参数 3。 网络的优化是串穿在规划之中的，对网络运营后，使网络在支持多种业务，并满足一定 QoS 条件下，获得良好的网 络容量，满足一定的无线覆盖要求，同时通过调整容量、覆盖、质量之间的均衡关系提供最佳的服务。 第三章 具体规划和优化的 内容 从整个通信网络来分， WCDMA 网络规划与优化又可以分为三个子网络的规划与优化：无线网络规划与优化、传输网的规划与优化核心网的规划与优化。以下将分别讨论各自的过程。 3 1 无线网络规划及优化 图 3-1 接入网（无线网和传输网）的示意图 WCDMA 无线网络规划的主要内容包括预规划、初始布局、站址实地勘察等等，并且随后在最终规划设计方案进入试运行阶 段之前，根据实地勘察结果进行相应参数的修正。上述内容会一直持续进行，直到这些站点最终消失。由于 WCDMA 提供的每种业务都要求不同的 QoS， WCDMA 无线网络的规划就成为一项令人畏惧的任务。其规划流程如下： 预规划与战略： *覆盖 *容量 *质量 *N/W 配置 *站点勘察 *站点确认 *规划与测量 覆盖 容量 质量 *码字规划 *无线网络（测量）参数集合的调整 最终 无线规划设计方案 图 3-2 无线网络规划流程 3 1 1 预规划阶段 在规划阶段，最重要的工作就是根据输入和假设进行网络的 初始布局，从而获得期望的覆盖与容量。 基站位置的定义及基站容量决定着获得期望的覆盖和质量所需要的基站数目。覆盖、容量和质量是联合在一起的，而且网络配置在获得期望的业务标准中具有重要的作用。足够的覆盖、充足的容量和期望的吞吐量将是网络配置设计的关键所在，从而获得期望的质量标准。 覆盖规划：覆盖应当包括所有的区域，例如密集城区、城区、城郊等等。所有这些因素都对给定蜂窝小区能够覆盖的距离（蜂窝小区覆盖范围）有影响。 4相比 GSM，小区内的容量对于覆盖影响更大，特别是当网络布局非常稠密的时候。布局稠密的网络将有更 多的干扰，并对质量有负面影响。 容量规划：与 GSM 无线网络相比，对容量进行分析可以发现 WCDMA 的容量更依赖于覆盖。随着用户数的增加，蜂窝小区覆盖的区域将减小。由于下载业务比上传更为普遍，下行链路容量将成为蜂窝小区覆盖的区域大小的限制因素。一旦这个问题被解决了，小区配置就可以用扇区和载波（ TRX）数确定下来。 覆盖与容量规划被确定，其过程需要使用无线网络规划工具进行多次的重复。其后规划过程就转向站址查勘和站址确认阶段。就这点而言，理解所谓的 AMR（自适应多速率）概念非常有帮助的，它在优化网络质量的时候能够帮 助我们选择正确的参数。 3 1 2 详细规划 当预规划阶段结束，并且已经开始搜寻站址的时候，就开始了详细规划过程。这包括了站点实际状况的定义，例如天线位置与高度，以及对链路性能和干扰分析的研究。伴随着这个过程，将进行定义参数配置的所有重要过程。 详细规划过程有时也被看作是开局优化，并且无线网络规划工具在其中扮演重要的角色，一些从路测收集的数据也将被使用。 （ 1）覆盖与容量 对 WCDMA 无线网络的链路性能分析就可以获得相当准确的天线高度、天线下倾角、方位、基站位置等等结果输出。在进行更加准确的移动用户数量的预 测之后，上行链路和下行链路发射功率就需要确定下来。 （ 2）无线资源管理 从空中接口资源利用的角度而言，无线资源管理（ RRM）非常重要，他可以提供最佳的覆盖和容量，而且最重要的是，它还保证了服务质量。 3 1 3 WCDMA 无线网络的优化 优化的流程开始于网络规划的早期阶段，在预规划完成之后。它和网络规划流程有轻微的差异，它更关注于配置变化带来的性能的优化而不是网络的开局。 优化流程首先进行现有网络数据和网络规划初始阶段期间完成的总体规划方案。当前的网络数据在实现阶段期间需要确认是否与原始规划方案有任何偏差。总体规划方案将说明覆盖、容量和质量的（包括短期和长期）设计目标。 （ 1）关键性能指标 网络的参数数目非常多，只有一部分参数被挑选出来用于优化，它们对无线网络影响效果最显著。这些选择的关键参数是直接关系到网络覆盖、容量和质量的参数，主要的 KPI可能包括呼叫成功或失败率、掉话率、（软）切换成功率、上行链路与下行链路平均吞吐量、不同信道的平均吞吐量。 （ 2）网络性能监视 网络性能 可以通过路测和网络管理系统（ NNS）进行监视。在 WCDMA 无线网络中，实现数据传输时延可能是要监视的最关键的方面。甚至在实时数据内，每个应用都必须监视和测量，避免 QoS 要求的下降。 （ 3）参数调整 关键参数可以分为以下几组： 1） 切换优化； 2） 分组调度优化； 3） 功率控制优化； 4） 接纳控制优化。 3 2 传输网的规划 传输网规划的范围包含了 Iub,Iu 和 Iur 接口，它们分别是 BS 和 RNC 之间、 RNC 和 CN之间，以及各 RNC 之间的接口。其规划过程如图： 标称规划 保护 规模预算 质量 站点选择 MW 方案 拓扑 LOS 调查 设备 详细规划 2M/TS 方案 同步 NW 管理 ATM 参数规划 图 3-3 传输网的规划流程 3 2 1 预估阶段 因为此时重要分为话音业务和数据业务，故预估也分两部分： （ 1） CS 域：包括 1）语音激活因子（ VAF）开销； 2）软切换开销； 3）协议开销； 4）信令开销。 （ 2） PS 域：包括 1）传输接口信令； 2）其他因素：若是数据呼叫，除了与信令相关的如 UDP、 IP 等开销外，还有一些开销会被添加，尤其是与 GTP 相关的开销； 3）RNC 预估， RNC 的容 量决定如下结果：接口流量（如 Iub、 Iur、 Iu）； TRX 的数目； BTS 的数目。 3 2 2 详细规划 详细规划包含了 4 个方面： 2Mbit/s 方案，参数规划（ ATM）、同步以及网络管理系统（ NMS）规划。现在主要讨论下面几个部分： （ 1） 参数规划 对 ATM 规划中应注意定义以下方面： 1） 业务种类； 2） VP 和 VC 的连接； 3） VP 和 VC 的数目（即 VPI 和 VCI）； 4） VP 和 VC 的交叉连接； 5） 物理层、 VP 和 VC 连接参数。 所有这些 ATM 规划的方面都十分复杂，对于大型网络来说更是如此。在网络的初始阶 段，规划过程将十分复杂和枯燥， 因此我们应该使用优秀的 ATM 规划工具。 （ 2） 同步方案 3G 网络的同步方案与 2G 网中的情况十分相似。时钟信号的传递顺序是由 MSC 到 BSC，再到 BTS，再由 BTS 到其他网元。外部时钟（通常是主参考时钟）首先加载到 MSC，然后由 MSC 进一步传递到 MGW，由此进一步传递到 RNC，最后被送往各个基站和其他网元。 应该记住很重要的一点是：即使在 3G 网中仍有部分网元可能属于 2G 网。在这种情况下，应当仔细检查 ATM 参数，因为 2G 网元用于处理 TDMA 业务，并认为业务接收都是同步的，而 ATM 中并非如此。 （ 3） 网络管理设计方案 传输网 的最后一步规划是网络管理设计方案，包括 DCN（数据通信网络）通信管理。 在进行 DCN 规划时，设计者必须要考虑许多方面，主要还是 Iub 接口的容量。 Iub 接口的容量范围是 32128kbit/s。另一个方面是拓扑结构，包括树形和链形拓扑结构。连接可以是基于 IP-over-ATM 或纯 IP 的。在任一情况下， IP 寻址要保证在网元和技术方面都留有未来扩容的空间 7。 3 2 3 传输网优化 优化起始于数据收集。收集的数据主要包括现网数据，如基站配置、网络拓扑、链路预算值、试运转数据、监测数据（即在基站试运转时 检测到的功率水平），以及各 KPI 的情况。 优化过程注重网络分析，包括容量分析及质量分析。为保证服务的饿质量，异步传输模式被 B-ISDN 业务所选用。因此， ATM 是 3G 优化的核心领域。 优化止于参数设定为一个循环周期。整个分析过程所需的输入条件可以分为三个主要类别：预估参数构成第一类别；第二类输入条件来自使用中的现网，例如链路容量和所用传输介质，以及同步和网络管理的设定；第三类输入条件是 ATM 和无线网参数 。 3 3 核心网的规划及优化 核心网规划的范围包括网络元素的初始布局，例如 CS 侧的 MGW、 MSC（与 VLR）和 HLR（与 AC 及 EIR），而 PS 核心域则包括 SGSN、 GGSN 以及接口。其过程如图： 核心网规划 CS 核心网网络元素规模预算 CS 核心网信令规划 CS 核心网接口规划 PS 核心网网络元素规模预算 PS 核心网接口规划 PS 核心网信令规划 核心网规划设计方案 图 3-4 核心网的规划流程 网络元素、接口和信令规划是核心网规划中关注的主要领域。而最终优化设计方案将包括现有网络元素变化（例如容量的增加）、新的网络元素以及它们的位置、过渡元素 和过渡层的定义、新的简化的数量设计方案等等各方面的建议。而且这个方案也涵盖了网络接口的优化以及连接外部网络的接口的优化。 由于核心网涉及的网络元素以及时间问题，该网的规划及优化不在本课题研究之内，故不再阐述。 第四章 可能的研究成果及小结： 在实际的规划与优化中，并不是将各个网络独立分析进行设计的，往往是相互渗透的，特别是工程中常把无线网和传输网一起构成“无线接入网”（ RAN），进行统一的规划及优化。 3 在对 WCDMA 网络规划及优化的原理、意义和流程 等知识的掌握 的前提下， 作者将完成工程上网络规划及优化 ，主要是对无线接入网的规划和优化。作者将对特定的区域进行清频测试、基站勘测等基本数据 的采集，并分析数据。在软件使用权限允许的条件下，根据采集到的参数尽量完成相关的仿真测试，最终提交网络的规划和优化的报告方案。 通过对文献的学习可发现，网络的规划及优化是围绕着网络的有效覆盖和合适的容量两大要求展开的，接着根据建网区域的各自特点，选择或调整基站的类型、天线的种类与方向、发射功率的参数等等 ，最终实现运营商的利益和用户服务质量的最佳协调。 由于网络的规划与优 化，特别是优化是一个长期的工作，因此工程经验对工作有着非常重要的指导作用 。相比于我国的 WCDMA 网络处于实验状态中，欧洲的 WCDMA 网络拥有多年的使用与成长经历，因此我们应多加学习可以收集到的欧洲的组网案例，总结他人的经验，指导自己的工作。 参考文献： 1陈泽强等译 .WCDM 技术与系统