摘要：CDMA網(wǎng)絡(luò)的覆蓋、容量和質(zhì)量不是相互孤立而是互相制約的，從而導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃的復(fù)雜性。針對CDMA網(wǎng)絡(luò)覆蓋的復(fù)雜特點，對網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的覆蓋分析做了詳細(xì)的研究，在仿真關(guān)鍵參數(shù)導(dǎo)頻強度設(shè)置上提出了一些新的方法，最后在U-NET仿真系統(tǒng)中對提出的方法進(jìn)行分析比較，實驗證明當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷增加到設(shè)計負(fù)荷時，仍然不用對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大量的調(diào)整，網(wǎng)絡(luò)也不會出現(xiàn)覆蓋空洞，用戶依然能夠比較正常地進(jìn)行通話，保證網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃；覆蓋分析；鏈路參數(shù)；仿真參數(shù)
0 引言
網(wǎng)絡(luò)覆蓋分析是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的重要步驟，也是衡量一個網(wǎng)絡(luò)優(yōu)劣的關(guān)鍵。CDMA網(wǎng)絡(luò)的覆蓋、容量和質(zhì)量不是相互孤立的，而是互相制約的，從而導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃的復(fù)雜性。覆蓋分析首先要是要進(jìn)行鏈路預(yù)算，其次必須進(jìn)行規(guī)劃區(qū)域的劃分，根據(jù)不同的區(qū)域特點選擇正確的傳播模型，最后在得到的小區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行業(yè)務(wù)建模和業(yè)務(wù)預(yù)測，可以判斷是覆蓋受限還是容量受限，最后確定小區(qū)的覆蓋范圍。
本文研究了CDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)能模擬CDMA網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié)機制，通過前反向鏈路的功率控制自行調(diào)節(jié)將干擾最小化，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)容量的最大化和覆蓋的最優(yōu)化。對CDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的關(guān)鍵參數(shù)提出了新的方法，分析了仿真結(jié)果并做了分析比較。實驗證明當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷增加到設(shè)計負(fù)荷時，仍然不用對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大量的調(diào)整，網(wǎng)絡(luò)也不會出現(xiàn)覆蓋空洞，用戶依然能夠比較正常地進(jìn)行通話，并保證網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。
1 覆蓋分析基本方法
覆蓋分析一般分三步進(jìn)行：調(diào)查并對覆蓋區(qū)域進(jìn)行區(qū)分；進(jìn)行鏈路預(yù)算；選擇傳播模型。結(jié)合覆蓋區(qū)域的容量需求仿真得出網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。
規(guī)劃區(qū)域劃分：不同的覆蓋區(qū)域有不同的覆蓋策略和要求，所以首先對覆蓋區(qū)域進(jìn)行分類。根據(jù)無線傳播環(huán)境可分為密集市區(qū)、市區(qū)、郊區(qū)(鄉(xiāng)鎮(zhèn))和農(nóng)村四大類。除了上述四大基本區(qū)域類型外，還有山地、林區(qū)、湖泊、海面、島嶼等特殊地形，由于各種地形的無線傳輸環(huán)境千差萬別，可根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。
鏈路預(yù)算：對通信鏈路中的增益與損耗進(jìn)行核算。即計算在一個呼叫連接中、保持一定呼叫質(zhì)量下，鏈路所允許的最大傳播損耗。通過鏈路預(yù)算考慮上行鏈路和下行鏈路之間的傳播損耗差異，很顯然實際的覆蓋范圍應(yīng)由覆蓋較差的一方?jīng)Q定。因此一個優(yōu)良的系統(tǒng)應(yīng)在設(shè)計時就要做好鏈路預(yù)算，使覆蓋區(qū)內(nèi)的反向信號與前向信號達(dá)到平衡。在CDMA無線設(shè)計時，對前向鏈路預(yù)算進(jìn)行估算意義不大，因為前向鏈路預(yù)算不可預(yù)測因素較多，而在反向鏈路預(yù)算中各種因素或為已知或可準(zhǔn)確估計，因此結(jié)果較為可靠。一般來講CDMA系統(tǒng)主要是反向受限，計算反向鏈路更有實際意義，則反向最大損耗為：
式中：Mf為陰影衰落余量；MI干擾余量；Lp為地物損耗；Lb為人體損耗。在特定的環(huán)境和上述參數(shù)采用缺省設(shè)置時，可變的是干擾余量MI(與系統(tǒng)容量相關(guān))，反向鏈路最大損耗會隨著干擾余量的改變而變化。CDMA系統(tǒng)是一個白干擾系統(tǒng)，干擾余量表示CDMA系統(tǒng)自身的干擾使背景噪聲提高的程度，以dB表示為：
下面給出對于幾個不同的負(fù)載因子的干擾余量取值：μ=50％，MI=3 dB；μ=60％，MI=4 dB；μ=75％，MI=6 dB。本文采用的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載因子為75％。
傳播模型的選擇：傳播模型是移動通信網(wǎng)小區(qū)規(guī)劃的基礎(chǔ)，模型的準(zhǔn)確與否關(guān)系到小區(qū)規(guī)劃是否合理，運營商是否以比較經(jīng)濟(jì)合理的投資滿足了用戶的需求。多數(shù)模型是預(yù)期無線電波傳播路徑上的路徑損耗的，所以傳播環(huán)境對無線傳播模型的建立起關(guān)鍵作用。
Okumura-Hata模型最為常用，根據(jù)Okumura曲線圖所做的經(jīng)驗公式，該模型由在日本測得的平均測量數(shù)據(jù)構(gòu)成，其頻率范圍為150～1 500 MHz。市區(qū)的路徑損耗中值可以用下面的近似解析式表示：
式中：f為載波頻率；hb為基站天線高度；hm為移動臺天線高度；d為收發(fā)距離；a(hm)為增益校正因子。
該模型采用數(shù)理統(tǒng)計分析方法分為市區(qū)、郊區(qū)、農(nóng)村三種情況考慮，并對這三種不同地區(qū)修正模型增益校正因子。在使用該模型時要結(jié)合本地的地形地物特性做修正。
2 仿真關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置
對CDMA這樣的復(fù)雜系統(tǒng)，影響因素眾多且相互制約，理論上的覆蓋預(yù)測值往往誤差較大，而采用系統(tǒng)仿真則能夠通過模擬系統(tǒng)工作過程，得到滿足容量需求的覆蓋結(jié)果，合理估計網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和投資規(guī)模，指導(dǎo)運營商在容量、覆蓋、質(zhì)量三者間尋求最佳點。華為的U-Net仿真系統(tǒng)能仿真這個網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié)機制。本文采用仿真的方法對網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃進(jìn)行覆蓋分析，在仿真關(guān)鍵參數(shù)導(dǎo)頻強度的設(shè)置上提出了一些方法。
Ec／Io：這是一個反映手機端當(dāng)前接收的導(dǎo)頻信號(Pilot)的水平，反映了手機在這一點上多路導(dǎo)頻信號的整體覆蓋水平，Ec／Io越大，說明有用信號的比例越大。
網(wǎng)絡(luò)的覆蓋規(guī)劃通常是在建設(shè)前期預(yù)測未來網(wǎng)絡(luò)覆蓋能否滿足容量需求。本文首先考慮網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃在空載時設(shè)置的導(dǎo)頻強度，通過工程容量設(shè)置，計算證明在后期的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展階段能滿足用戶需求。在系統(tǒng)空載時取不同導(dǎo)頻比例，地物損耗取值在0～25 dB之間變化的情況時，覆蓋規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)Ec／Io值變化如圖1所示。
從圖1可以看出，在規(guī)劃中的網(wǎng)絡(luò)空載期，當(dāng)在覆蓋區(qū)域測試時只要地物損耗小于15 dB時，取的覆蓋標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該為-7 dB。當(dāng)基站與測試地點之間的地物損耗大于15 dB時，小區(qū)邊緣的導(dǎo)頻強度惡化的速度加快。規(guī)劃時用75％反向負(fù)荷，計算出小區(qū)邊緣，導(dǎo)頻如表1所示。
以上的計算以及分析給出了一個預(yù)測網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能的一個依據(jù)，在規(guī)劃時期只要測試得到收發(fā)之間的地物損耗小于15 dB時，通過天饋調(diào)整只要保證小區(qū)邊緣Ec／Io接近-7 dB左右，就可保證當(dāng)網(wǎng)絡(luò)容量增加到設(shè)計容量時，既不用對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大量的RF調(diào)整也能保證網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，從而可以減輕以后優(yōu)化工作的強度。
3 建立仿真
對仿真參數(shù)分析后必須建立仿真，網(wǎng)絡(luò)仿真的意義在于對運營商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的工程指導(dǎo)作用。作為必要的輸入條件，通常需要獲取被規(guī)劃區(qū)域的無線傳播環(huán)境、基站參數(shù)(信道配置、饋線／天線等)、傳播模型、話務(wù)模型等信息，其中以話務(wù)模型的建立尤為關(guān)鍵。輸入?yún)?shù)越精確，對提高規(guī)劃結(jié)果的可信度越有利。
3．1 建立話務(wù)模型
CDMA網(wǎng)絡(luò)，業(yè)務(wù)覆蓋范圍取決于前向和反向鏈路空中接口的話務(wù)，話務(wù)建模的邏輯圖如圖2所示。
業(yè)務(wù)類型：共有Voice，1X-Data EV-DO三種。移動類型：根據(jù)用戶不同的移動速度設(shè)置三個門限值：T—add；T—Drop；上行最小EC／NT值。用戶行為：設(shè)置不同類型用戶的ERL。話務(wù)環(huán)境：根據(jù)地域環(huán)境設(shè)置不同的話務(wù)環(huán)境Dense Urban，Urban，Suburban，Rural，根據(jù)不同的話務(wù)環(huán)境分配不同的用戶密度。
本文根據(jù)實際工程從某地市網(wǎng)管得到的話務(wù)量數(shù)據(jù)設(shè)置話務(wù)模型參數(shù)，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)如表2所示。
3．2 仿真流程
在仿真操作中，首先如上所述輸入必要的仿真條件，然后在電子地圖上用不同的多邊形劃分不同類型的規(guī)劃區(qū)域，如密集城區(qū)、一般城區(qū)等，計算輸入規(guī)劃區(qū)各種業(yè)務(wù)的話務(wù)量，并將相應(yīng)數(shù)量的各種業(yè)務(wù)終端按一定的權(quán)重撒入規(guī)劃區(qū)的各種地物之上，即可開始迭代仿真。最終輸出運營商所關(guān)注的各種網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)，如覆蓋范圍和覆蓋概率、導(dǎo)頻污染等。由于有詳實的仿真結(jié)果數(shù)據(jù)做參考，這樣使運營商能全面、透徹地了解未來網(wǎng)絡(luò)的運營質(zhì)量，從而針對性地開展建網(wǎng)工作。
U-Net系統(tǒng)是根據(jù)Monte-Carlo算法進(jìn)行仿真的，根據(jù)話務(wù)地圖中的手機用戶數(shù)量和密度，隨機地在地圖上分配用戶的位置及用戶行為，然后進(jìn)行前反向鏈路平衡控制，判斷擁塞與無線資源控制是否收斂，如果收斂則完成一次仿真，否則重新分配用戶，直到收斂為止。
4 仿真結(jié)果分析
下面從小區(qū)覆蓋導(dǎo)頻強度和小區(qū)邊緣覆蓋率兩個方面驗證本文提出的仿真技術(shù)參數(shù)設(shè)置新方法。
4．1 小區(qū)覆蓋導(dǎo)頻強度分析
某市的小區(qū)覆蓋導(dǎo)頻強度仿真結(jié)果如圖3所示，接收導(dǎo)頻Ec／Io反應(yīng)出網(wǎng)絡(luò)在空載階段和達(dá)到設(shè)計負(fù)荷階段下的覆蓋質(zhì)量和干擾水平。本文采用的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載因子為75％。
在工程仿真中，取空載時小區(qū)邊緣的導(dǎo)頻強度的覆蓋標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該為-7 dB，從表3中看出網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃空載期的導(dǎo)頻強度大于-7 dB達(dá)到97．6％以上，這時可以認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)調(diào)整好了。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求，在網(wǎng)絡(luò)達(dá)到設(shè)計負(fù)荷階段要求Ec／Io高于-12 dB的區(qū)域占總規(guī)劃區(qū)域的95％以上。可以看出，接收導(dǎo)頻的Ec／Io高于-12 dB的區(qū)域占總規(guī)劃區(qū)域的98．7％，沒有出現(xiàn)覆蓋空洞，滿足網(wǎng)絡(luò)需求。
4．2 小區(qū)邊緣覆蓋分析
某市的小區(qū)邊緣反向覆蓋仿真圖如圖4所示。
決定覆蓋質(zhì)量一個重要指標(biāo)就是小區(qū)邊緣覆蓋率，定義為：在小區(qū)邊緣接收信號大于接收門限的百分比。本文中的小區(qū)邊緣的定義：小區(qū)負(fù)荷達(dá)到設(shè)計時，由前反向受限方確定的覆蓋半徑處。
在工程仿真設(shè)置中，空載時要求小區(qū)邊緣的最低Ec／Io為-7 dB，網(wǎng)絡(luò)達(dá)到設(shè)計負(fù)荷時小區(qū)邊緣要求的最低Ec／Io為-12 dB，解調(diào)門限Eb／Nt根據(jù)不同的業(yè)務(wù)速率、移動性設(shè)置，對于IS-95的9．6 Kb／s語音方案，7 dB是一個業(yè)界公認(rèn)的值。
從表4中看出網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃階段空載期的小區(qū)邊緣覆蓋率大于70％的地區(qū)達(dá)到99．3％以上，這時可以認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)調(diào)整好了。在網(wǎng)絡(luò)達(dá)到設(shè)計負(fù)荷階段，小區(qū)邊緣覆蓋要確保話務(wù)繁忙時的網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求，要求在網(wǎng)絡(luò)達(dá)到設(shè)計負(fù)荷階段小區(qū)邊緣覆蓋率高于70％的區(qū)域占總規(guī)劃區(qū)域的95％以上。可以看出，小區(qū)邊緣覆蓋率高于70 9／6的區(qū)域占總規(guī)劃區(qū)域的98．1％，滿足網(wǎng)絡(luò)需求。
5 結(jié)論
由于CDMA技術(shù)自身所具備的諸多特性是互相關(guān)聯(lián)和影響的，從而決定了無線網(wǎng)絡(luò)的算法設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃各個階段都需要仿真技術(shù)做預(yù)測分析。本文針對CDMA網(wǎng)絡(luò)覆蓋的復(fù)雜特點，對網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃中的覆蓋分析做了詳細(xì)的研究，在仿真關(guān)鍵參數(shù)核心步驟上提出了一些新的方法，最后在U-Net仿真系統(tǒng)中對提出的方法進(jìn)行分析比較，實驗證明當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷增加到設(shè)計負(fù)荷時，仍然不用對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大量的RF調(diào)整，網(wǎng)絡(luò)也不會出現(xiàn)覆蓋空洞，用戶依然能夠比較正常地進(jìn)行通話保證網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。通過分析仿真結(jié)果，驗證了本文提出的方法可以滿足預(yù)計網(wǎng)絡(luò)容量下的覆蓋需求。