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基于WCDMA系统的无线网络优化研究

2014-6-24 21:13| 发布者: dzly| 查看: 525| 评论: 0|原作者: 何晋毅;

摘要: 随着我国计算机网络信息技术和通信技术的飞速发展,促使无线网络技术也取得了巨大的成就。当前无线网络 容量不断扩大,传统的网络优化布局已经不能满足日益增长的通信网络信息容量需求和用户需要。目前我国无线网络由 于客观需求发展过快,导致网络建设不够细致,不能真正实现整个通信网络资源的最优化设计。本文就WCDMA 无线网 络特点进行简要阐释,并结合无线网络优化问题分析,有针对性地提出优化方案以供参考。
  一、WCDMA 技术简介
  作为3G 标准之一的WCDMA 系统,除了可以提供比第二代系统更高的频谱利用率外,最主要的是可以为移动用户提供非对称多媒体业务。另外,由于采用宽带码分多址(CDMA)接入方式,WCDMA 系统在无线接口设计方面有许多新的特点,例如可以在上下行链路上支持频率为1.5kHz 的快速功率控制,软/ 更软切换和正交下行链路信道等。在WCDMA 系统中,干扰分析特别重要,基站实际覆盖情况要视特定小区和业务而定。这些都使得在优化WCDMA 系统时需考虑更多因素。目前,如何通过优化手段改善WCDMA 网络已成为研究热点之一。
  1.1 小区呼吸效应
  小区呼吸即小区容量与覆盖的关系:当小区负荷增大时,容量增大,链路所需要的干扰余量增大,小区覆盖范围变小;当小区负荷减小时,容量减小,链路所需要的干扰余量减小,小区覆盖范围变大,这种变化就被称为“小区呼吸”,这是WCDMA 系统特有的特点。
  1.2 WCDMA 网络优化中的软容量和软覆盖
  WCDMA 系统是一个干扰受限系统,从上面的小区呼吸效应可以知道在进行网络优化的时候,容量和覆盖的优化要联合起来考虑,不像GSM 系统网络优化时容量和覆盖是分开来考虑的。这主要是由于小区的负荷会对小区允许的最大传播损耗产生影响,也就是对覆盖产生影响,同时小区负荷又是小区容量的重要因素。当负荷较小时,WCDMA 系统是上行链路覆盖受限;当负荷比较大时,下行链路容量受限。因此,在网络优化时,覆盖和容量的优化对于上、下行链路是不同的。特别是3G 系统提供多媒体业务,每种业务的服务质量(QoS)不同,所以准确地优化覆盖和容量非常重要。
  1.3 WCDMA 无线系统所用关键技术
  WCDMA 无线系统采用的关键技术有:功率控制,智能天线,Rake 接收机,分集技术,多用户检测技术等。功率控制是WCDMA 的重要关键技术之一,由于远近效应和自干扰问题,功率控制很大程度上决定了WCDMA 系统性能的优劣,对于系统容量、覆盖、业务的QoS(系统服务质量)都有重要影响。智能天线:智能天线技术的基本原理是使用自适应天线阵列系统,优化空中无线接口的容量,从而扩大基站覆盖范围,提高信号质量。Rake 接收机:利用扩频信号带宽远大于信息比特带宽的性质,分离多径信号后进行解扩、合并,能有效克服多径衰落。分集技术:无线信道中接收的信号是到达接收机的多径分量的合成。如果在接收端同时获得几个不同路径的信号,将这些信号适当合并成总的接收信号,就能够大大减少衰落的影响。多用户检测技术:多用户检测技术(MUD)是通过去除小区内干扰来改进系统性能,增加系统容量,多用户检测技术还能有效缓解直扩CDMA 系统中的远/ 近效应。
  二、WCDMA 网络优化内容
  在3G 移动通信网络中,网络优化是一项至关重要的工作,也是运营商最关心的工作。网络优化有两个目的:从运营商效益方面考虑,在现有网络资源下,合理配置资源,提高设备利用率以及优化网络运行质量;从用户满意度方面考虑,满足用户对于服务质量的要求,通过优化改善接通率、掉话率等直接影响用户主观感受的关键指标,为用户提供更加可靠、稳定、优质的网络服务。网络优化的主要内容包含:设备排障、网络测试、统计数据分析、话务平衡、覆盖优化等。由于2G、2.5G、3G 各个有不同的特点,其中2G 主要是语音业务,语音优化为重点,3G 主要是数据业务,优化侧重点是偏向于数据的,他们采用的主要技术也有差别,因此网络优化的工作也有不同。
  三、网络优化过程常见问题分析
  3.1 覆盖与容量的关系
  WCDMA 系统与GSM 系统完全不同,它采用码分多址接入方式,小区内的用户共享同一频带,这样由于“呼吸效应”在做网络优化时不能像优化GSM 系统那样把覆盖与容量分开来考虑,而必须把两者结合起来优化。
  3.2 网络扩容性在优化WCDMA 网络时,首先必须考虑网络扩容性。
  网络优化工程师不可能像优化GSM 网络那样,简单地给相关小区增配频率。网络优化初期就必须考虑确定的信号余量,在计算小区面积时作为因业务量增多而产生干扰的补偿。这表明,从一开始,就需要用较小的小区或者更多的基站建网,这样会提高投资成本。如果业务量信号余量定得太小,那么一旦将来业务量大量增加,就必须建造更多的基站。
  3.3 综合多媒体业务
  实际上,WCDMA 网络必须同时满足各种不同业务的需求。所以,网络优化工程师要综合考虑各种业务。对通信质量要求不高的业务,WCDMA 小区有较大的覆盖范围;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,网络优化工程师在实际工作中不可能只考虑单一的WCDMA 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优化的标准,那么建网成本是极其昂贵的,也是不现实的。未来的WCDMA 网络优化工程师应从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,各大网络优化软件公司已开发和研制针对这种新的WCDMA 网络综合多媒体业务的有效算法。实际上,由于WCDMA 网络本身的特点,例如快速功率控制、软切换、下行链路正交码并非完全“正交”等,WCDMA 的网络优化比GSM 网络复杂得多,所需优化的参数也非常多,这时往往借助于仿真器实现网络优化。
  四、WCDMA 无线网络优化方案
  4.1 覆盖优化
  覆盖与链路性能直接相关。覆盖范围的增加需要下行链路方向基站平均发射功率的增加。如果系统容量是下行链路受限的,那么覆盖范围的增加将导致容量的减少。如果系统是上行链路受限,那么容量不受影响。增大覆盖范围的方法很多。影响链路性能的主要参数(如误块率、E/N、功率控制储备等)直接影响功率预算,因此也影响覆盖范围。可以通过减少干扰余量、降低基站噪声系数甚至提高天线增益来改善上行链路覆盖。但处理增益和E/N 是两个影响覆盖的主要因素。另一种提高E/N 值的方法是增加多径分集。两个信号到达两个天线就可以被相干合并,而接收机噪声可以被非相干合并。这个技术不仅可以提供更高的增益,还给出了对快衰落等的保护。
  天线下倾等概念也可用于WCDMA 无线网络覆盖的增强。为了重点覆盖热点区域,特别是解决大型建筑物的室内覆盖问题,WCDMA 网络普遍采用室内分布系统提高QoS:采用微蜂窝或直放站作为信号源,根据天线输出,在室内天花板或墙壁上安装全向或定向天线。这样,用户在室内运动时,可以通过附近天线收发信号,由馈线将信号传送至基站,而基站可将不同天线接收到的信号看作同一用户的多径信号进行相应处理。
  4.2 切换优化
  软切换增益是链路预算计算中的众多参数之一。软切换对慢衰落和快衰落都提供一定的保护。对于慢衰落,基站之间没有相关性,移动终端能够选择一个更好的基站。对于快衰落,通过宏分集合并效应,需要的E/N 就会减小。软切换也在容量计算中引入了开销,软切换开销和增益都应当被优化。优化开销之后的思想就是下行链路容量的节省。软切换开销的典型值为30%-40%。另外,软切换增益可以通过使用掉话率(DCR)、呼叫成功率(CSR)、发射和接收功率等参数进行估计。对于容量和覆盖优化,在网络中优化切换控制功能部件是非常重要的。
  其中涉及的一个重要参数就是CPIHP 的发射功率,这个参数影响覆盖并且它应当被设置得尽可能低,这个参数的优化值将决定覆盖和容量,这个参数还影响分组调度。如果CPIHP 的值不是最优的,那么不是网络没有完全利用,就是用户数目多于规划的用户数而导致系统内有很大干扰,从而降低了网络质量。这些参数也影响呼叫成功率和掉话率。与GSM 网络相同,这两个因素直接决定了网络的质量。
  4.3 分组调度优化
  当网络进行拥塞控制时,分组调度是最重要的部分之一。分组调度处理非实时分组业务数据,决定分组初始时间和分组传输所应采用的速率,不同类型的业务都有不同的应用。非实时(NRT)分组数据在本质上是突发业务,包含了一个或者多个数据呼叫。分组可以通过使用时分技术、码分技术或者两种技术一起进行调度。分组调度和负载控制(包含了接纳控制)二者一前一后工作。负载越高将导致干扰越大,也就意味着网络可以接纳的用户越少。
  这就影响了分配NRT 分组数据的比特速率。因此,对于分组调度来说,负载控制是一个需要分析和优化的重要参数。在网络优化中,下行链路的发送功率和上行链路的干扰功率是更为重要的参数。当这两个参数的门限都被超出时控制负载的预防性测量就会启动。
  五、总结语
  总而言之,对于无线网络优化而言,要坚持在保证链路使用效率及链路基本容量的基础上,尽可能降低网络建设费用,实现网络建设资源的优化。我们要在现有的基础上不断改进创新现有的技术,来满足日益增长的无线网络通信需求。
  
  

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