摘要 首先給出WCDMA無線網(wǎng)絡規(guī)劃的一般流程,然后重點分析無線網(wǎng)絡結構與室內覆蓋的關系,最后基于室內外平衡設計要求的理論分析和實踐經(jīng)驗,得出一個可用于市區(qū)和密集市區(qū)的較為合理的WCDMA無線網(wǎng)絡結構。
0、前言
作為3G三大標準之一的WCDMA,其技術比較成熟,是目前3G標準中應用最廣的,因此WCDMA無線網(wǎng)絡規(guī)劃成為一個重要的研究課題。區(qū)別于通常意義上的網(wǎng)絡拓撲結構,本文中的無線網(wǎng)絡結構特指接入網(wǎng)部分宏蜂窩基站在三維空間的分布,網(wǎng)絡結構的分析研究是網(wǎng)絡規(guī)劃設計的理論基礎。一個好的網(wǎng)絡結構不僅能夠使網(wǎng)絡的性能得到有效的發(fā)揮,而且為日后的網(wǎng)絡優(yōu)化、運營維護、容量的平滑演進奠定一個很好的基礎。否則,按照一個不合理的結構部署的網(wǎng)絡,在今后的優(yōu)化、運營維護、擴容等過程中將會非常麻煩并且代價昂貴。因為網(wǎng)絡一旦建成,是不能推倒重來的,網(wǎng)絡性能的問題往往無法通過優(yōu)化來解決,網(wǎng)絡結構的調整,如站址遷移及大規(guī)模增加站點等是非常困難的。
WCDMA宏蜂窩的網(wǎng)絡結構應該是站點分區(qū)域均勻分布的結構,關鍵問題在于網(wǎng)絡結構中的站間距。對于郊區(qū)和農(nóng)村等較簡單的無線環(huán)境,問題確實不復雜,基于90%區(qū)域可靠度規(guī)劃的宏蜂窩的基本覆蓋在大多數(shù)情況下能夠滿足要求,個別特殊場景的覆蓋可以進行特殊處理,網(wǎng)絡結構不會因為這些特殊場景而作大的改變。然而市區(qū)和密集市區(qū)的地貌特征及用戶分布就非常不同了,必須考慮室內覆蓋,而且室內覆蓋的目標往往會更高,這都使問題的復雜性大大增加。因此,WCDMA無線網(wǎng)絡結構的研究成為無線網(wǎng)絡規(guī)劃的一個重要問題。
1、WCDMA無線網(wǎng)絡規(guī)劃的一般流程
1.1 WCDMA無線網(wǎng)絡初步規(guī)劃
WCDMA無線網(wǎng)絡規(guī)劃分為初步規(guī)劃和詳細規(guī)劃,在網(wǎng)絡規(guī)劃之初,應當對網(wǎng)絡規(guī)模有一個量的認識。這時的設計并不要求十分準確,其目的主要是對基站的數(shù)目有一個宏觀的概念。初步規(guī)劃為后期的詳細規(guī)劃提供兩個重要的數(shù)據(jù),即基站數(shù)和初始站間距。WCDMA無線網(wǎng)絡初步規(guī)劃的流程如圖1所示。
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圖1 WCDMA無線網(wǎng)絡初步規(guī)劃流程
1.2 WCDMA無線網(wǎng)絡詳細規(guī)劃
無線網(wǎng)絡詳細規(guī)劃要從根據(jù)初步規(guī)劃中得到的站間距要求按照蜂窩組網(wǎng)的結構部署到設計覆蓋的各個環(huán)境中,然后進行無線仿真設計,同時確立設計的終端類型與站參數(shù),確定天線類型。根據(jù)仿真結果,反復調整,直到網(wǎng)絡設置的各項系統(tǒng)性能得到滿足,最終輸出整個設計結果。WCDMA無線網(wǎng)絡詳細規(guī)劃的流程如圖2所示。
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圖2 WCDMA無線網(wǎng)絡詳細規(guī)劃流程
2、WCDMA無線網(wǎng)絡結構與室內覆蓋的關系
2.1 宏蜂窩與室內覆蓋可靠度
許多第二代現(xiàn)網(wǎng)市區(qū)環(huán)境下的統(tǒng)計數(shù)字顯示:50%甚至更高比例的移動話務來自室內,而覆蓋的難點往往也是室內。室內覆蓋的場景變化很大,上到高入云天的摩天大樓,下到入地10 m多深的地下商城、地鐵,中間是層次多樣的各類建筑??紤]到這些條件和要求,宏蜂窩網(wǎng)絡結構應該是綜合考慮室內室外覆蓋平衡的網(wǎng)絡結構。從宏蜂窩角度看,決定室內覆蓋可靠度的是建筑物穿透損耗(BPL)和相關的標準偏差兩個主要因素。
BPL雖然可以通過測量決定,但測量結果只能給出一個統(tǒng)計分布。一個城市環(huán)境中,各種建筑物成千上萬,建筑材料多樣,對無線電波的吸收、反射、折射等特性各不相同,顯然不可能對每個建筑物都進行測量,只能做抽樣測量。另外,電波從不同的位置以不同的角度入射,穿透的結果也有很大的差別。一般情況下,在規(guī)劃中選取一個固定的BPL,其目的是使覆蓋區(qū)內多數(shù)建筑物可以獲得基本室內覆蓋。圖3示出的是根據(jù)在密集市區(qū)環(huán)境下對1 900 MHz頻率大量測量結果的總結歸納。
圖3 建筑物被室外宏基站覆蓋的比例與BPL的關系
基于1 900 MHz頻段的測量結果,對工作在2 000 MHz頻段的WCDMA具有非常高的參考價值,因為兩個頻段很接近,它們的穿透特性沒有明顯的差別。從鏈路預算中可以知道,增加BPL意味著縮小站距,增加站點。表1列出BPL每增加1 dB,覆蓋每百平方公里的站點數(shù)隨之增加的比例,即覆蓋每百平方公里的站點數(shù)隨著BPL的增加而快速增加。
從表1中可以看出,當BPL凈增10 dB時,站點數(shù)增加為參考點的376%,基站數(shù)目隨BPL的增加而快速增加。在市區(qū)環(huán)境下,為了保證一定的室內覆蓋,BPL一般取18-20 dB。
相關的標準差是決定室內覆蓋可靠度的另一個重要因素。室外的平均信號具有慢衰落特性,服從對數(shù)正態(tài)分布,當電波從室外進入到室內要經(jīng)歷一個BPL。而BPL也符合對數(shù)正態(tài)分布的統(tǒng)計結果。無線電波進入室內后在室內環(huán)境傳播,其信號強度仍然服從對數(shù)正態(tài)分布。因為每一個隨機變量的分布都是統(tǒng)計獨立的,因此,室內任意一點的信號強度都取決于這3個隨機分布的疊加。
室內信號的平均值為
Sn=Sy+Lb
式中:
Sn——室內信號的平均值
Sy——室外信號的平均值
Lb--建筑物穿透損耗
組合標準差為
式中:
бout——室外信號的標準偏差
бp——BPL的標準偏差
бind——室內環(huán)境下信號強度服從的標準偏差
根據(jù)實踐經(jīng)驗,在市區(qū)和密集市區(qū)環(huán)境下,標準偏差一般取10 dB左右。
2.2 室內外系統(tǒng)的干擾分析
90%的區(qū)域可靠度和室內外平衡的規(guī)劃設計原理,其根本目的是降低WCDMA的干擾水平,室內特殊覆蓋系統(tǒng)的設計部署必須考慮干擾的問題。
對照圖4,對室內外系統(tǒng)的干擾作一個簡單的分析。
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圖4 室內外系統(tǒng)的干擾
小區(qū)1和小區(qū)2是兩個相鄰小區(qū),小區(qū)3是一室內覆蓋系統(tǒng)。以小區(qū)1和小區(qū)3為參考,它們的導頻信號分別為
式中:
Ec1、Ec1、Ec1——各自對應小區(qū)的導頻接收信號碼域功率(RSCP)
I1、I2、I3——-收到的來自小區(qū)1,小區(qū)2和小區(qū)3的發(fā)射功率
上面兩個等式表達著室內外系統(tǒng)間的相互干擾關系,室內系統(tǒng)小區(qū)3要在室內區(qū)域形成主小區(qū),其信號必須強于室外信號。具體的關系可表示為
式中:
D——激活集刪除門限(系統(tǒng)設置參數(shù))
類似的分析同樣適用于室外。對室外主小區(qū),相應的關系為
通過分析可以看出,室內覆蓋的設計需要考慮室外的場景,對已有很強信號的建筑物,不能不加考慮地做一個同頻的室內覆蓋系統(tǒng),而對那些離基站較遠,室內信號很弱的建筑物則很合適部署室內覆蓋系統(tǒng)。
2.3 室內外平衡的設計
一般來說,對室內覆蓋的規(guī)劃存在兩種不同的思路。第一種方案是盡量通過室外宏蜂窩穿透提供室內覆蓋,根據(jù)具體情況再配合少量的室內特殊覆蓋手段來解決室內深度覆蓋;第二種方案是盡量以室內特殊覆蓋手段來解決室內覆蓋,從而減少對室外宏蜂窩的依賴,室外宏蜂窩的規(guī)劃獨立于室內設計,兩者同時建設。
第一種方案的好處在于只要部署少量室內覆蓋系統(tǒng)就足以補充室內覆蓋的盲點,減少部署室內覆蓋系統(tǒng)的工程量。這種思路存在的問題是小的站間距意味著網(wǎng)絡需要大量的站點,比例可參見表1,而且城區(qū)理想站點的選擇和獲取難度比較大。按照這個思路,要滿足設計目標的要求,站距往往要做到200-300 m,在這種情況下的干擾控制難度極高,對于自干擾的WCDMA網(wǎng)絡,由于室外信號很強,小區(qū)重疊嚴重,難以有效控制無線信號輻射,會帶來導頻污染和干擾水平升高的問題。
第二種方案要大規(guī)模地部署室內系統(tǒng),這樣雖然能取得非常高的室內覆蓋可靠度,網(wǎng)絡投資卻非常巨大。室內室外分別設計,可能導致室內外覆蓋重疊過大,系統(tǒng)干擾水平高,軟切換比例惡化,影響系統(tǒng)整體的容量和質量。
結合WCDMA自干擾特性及WCDMA網(wǎng)絡運營的經(jīng)驗,更合理的方案是在基于90%的區(qū)域可靠度,按照室內室外平衡的原理選取BPL和鏈路余量規(guī)劃宏蜂窩網(wǎng)路結構,使80%左右的建筑物的基本室內覆蓋通過宏蜂窩穿透解決,這些建筑物的室內深度覆蓋,加上其余20%左右的建筑物的室內覆蓋,再加上需要容量解決方案的建筑物,它們可以根據(jù)具體場景考慮實施室內特殊覆蓋。由于室內覆蓋的成本要遠高于室外宏蜂窩覆蓋,合適的比例體現(xiàn)了室內外平衡的設計思路。
3、結束語
通過以上分析可以看出,WCDMA系統(tǒng)室內外是相互作用、相互干擾的整體,不能像GSM一樣靠頻點來隔離,因而必須綜合考慮,合理利用建筑物的遮擋,才能達到好的效果。然而,室內外復雜的相互關系幾乎沒有辦法通過現(xiàn)有的規(guī)劃工具進行仿真分析以找出它們的最佳平衡點,實際的做法很大程度上是通過實測和經(jīng)驗。
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