基于WCDMA系統(tǒng)的無線網(wǎng)絡優(yōu)化研究

何晉毅

【摘要】隨著我國計算機網(wǎng)絡信息技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，促使無線網(wǎng)絡技術(shù)也取得了巨大的成就。當前無線網(wǎng)絡容量不斷擴大，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡優(yōu)化布局已經(jīng)不能滿足日益增長的通信網(wǎng)絡信息容量需求和用戶需要。目前我國無線網(wǎng)絡由于客觀需求發(fā)展過快，導致網(wǎng)絡建設不夠細致，不能真正實現(xiàn)整個通信網(wǎng)絡資源的最優(yōu)化設計。本文就WCDMA無線網(wǎng)絡特點進行簡要闡釋，并結(jié)合無線網(wǎng)絡優(yōu)化問題分析，有針對性地提出優(yōu)化方案以供參考。

【關鍵詞】無線網(wǎng)絡優(yōu)化覆蓋容量

一、WCDMA技術(shù)簡介

作為3G標準之一的WCDMA系統(tǒng)，除了可以提供比第二代系統(tǒng)更高的頻譜利用率外，最主要的是可以為移動用戶提供非對稱多媒體業(yè)務。另外，由于采用寬帶碼分多址（CDMA）接入方式，WCDMA系統(tǒng)在無線接口設計方面有許多新的特點，例如可以在上下行鏈路上支持頻率為1.5kHz的快速功率控制，軟/更軟切換和正交下行鏈路信道等。在WCDMA系統(tǒng)中，干擾分析特別重要，基站實際覆蓋情況要視特定小區(qū)和業(yè)務而定。這些都使得在優(yōu)化WCDMA系統(tǒng)時需考慮更多因素。目前，如何通過優(yōu)化手段改善WCDMA網(wǎng)絡已成為研究熱點之一。

1.1小區(qū)呼吸效應

小區(qū)呼吸即小區(qū)容量與覆蓋的關系：當小區(qū)負荷增大時，容量增大，鏈路所需要的干擾余量增大，小區(qū)覆蓋范圍變??；當小區(qū)負荷減小時，容量減小，鏈路所需要的干擾余量減小，小區(qū)覆蓋范圍變大，這種變化就被稱為“小區(qū)呼吸”，這是WCDMA系統(tǒng)特有的特點。

1.2WCDMA網(wǎng)絡優(yōu)化中的軟容量和軟覆蓋

WCDMA系統(tǒng)是一個干擾受限系統(tǒng)，從上面的小區(qū)呼吸效應可以知道在進行網(wǎng)絡優(yōu)化的時候，容量和覆蓋的優(yōu)化要聯(lián)合起來考慮，不像GSM系統(tǒng)網(wǎng)絡優(yōu)化時容量和覆蓋是分開來考慮的。這主要是由于小區(qū)的負荷會對小區(qū)允許的最大傳播損耗產(chǎn)生影響，也就是對覆蓋產(chǎn)生影響，同時小區(qū)負荷又是小區(qū)容量的重要因素。當負荷較小時，WCDMA系統(tǒng)是上行鏈路覆蓋受限;當負荷比較大時，下行鏈路容量受限。因此，在網(wǎng)絡優(yōu)化時，覆蓋和容量的優(yōu)化對于上、下行鏈路是不同的。特別是3G系統(tǒng)提供多媒體業(yè)務，每種業(yè)務的服務質(zhì)量（QoS）不同，所以準確地優(yōu)化覆蓋和容量非常重要。

1.3WCDMA無線系統(tǒng)所用關鍵技術(shù)

WCDMA無線系統(tǒng)采用的關鍵技術(shù)有：功率控制，智能天線，Rake接收機，分集技術(shù)，多用戶檢測技術(shù)等。功率控制是WCDMA的重要關鍵技術(shù)之一，由于遠近效應和自干擾問題，功率控制很大程度上決定了WCDMA系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，對于系統(tǒng)容量、覆蓋、業(yè)務的QoS（系統(tǒng)服務質(zhì)量）都有重要影響。智能天線：智能天線技術(shù)的基本原理是使用自適應天線陣列系統(tǒng)，優(yōu)化空中無線接口的容量，從而擴大基站覆蓋范圍，提高信號質(zhì)量。Rake接收機：利用擴頻信號帶寬遠大于信息比特帶寬的性質(zhì)，分離多徑信號后進行解擴、合并，能有效克服多徑衰落。分集技術(shù)：無線信道中接收的信號是到達接收機的多徑分量的合成。如果在接收端同時獲得幾個不同路徑的信號，將這些信號適當合并成總的接收信號，就能夠大大減少衰落的影響。多用戶檢測技術(shù)：多用戶檢測技術(shù)（MUD）是通過去除小區(qū)內(nèi)干擾來改進系統(tǒng)性能，增加系統(tǒng)容量，多用戶檢測技術(shù)還能有效緩解直擴CDMA系統(tǒng)中的遠/近效應。

二、WCDMA網(wǎng)絡優(yōu)化內(nèi)容

在3G移動通信網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡優(yōu)化是一項至關重要的工作，也是運營商最關心的工作。網(wǎng)絡優(yōu)化有兩個目的：從運營商效益方面考慮，在現(xiàn)有網(wǎng)絡資源下，合理配置資源，提高設備利用率以及優(yōu)化網(wǎng)絡運行質(zhì)量；從用戶滿意度方面考慮，滿足用戶對于服務質(zhì)量的要求，通過優(yōu)化改善接通率、掉話率等直接影響用戶主觀感受的關鍵指標，為用戶提供更加可靠、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡服務。 網(wǎng)絡優(yōu)化的主要內(nèi)容包含：設備排障、網(wǎng)絡測試、統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析、話務平衡、覆蓋優(yōu)化等。由于2G、2.5G、3G各個有不同的特點，其中2G主要是語音業(yè)務，語音優(yōu)化為重點，3G主要是數(shù)據(jù)業(yè)務，優(yōu)化側(cè)重點是偏向于數(shù)據(jù)的，他們采用的主要技術(shù)也有差別，因此網(wǎng)絡優(yōu)化的工作也有不同。

三、網(wǎng)絡優(yōu)化過程常見問題分析

3.1覆蓋與容量的關系

WCDMA系統(tǒng)與GSM系統(tǒng)完全不同，它采用碼分多址接入方式，小區(qū)內(nèi)的用戶共享同一頻帶，這樣由于“呼吸效應”在做網(wǎng)絡優(yōu)化時不能像優(yōu)化GSM系統(tǒng)那樣把覆蓋與容量分開來考慮，而必須把兩者結(jié)合起來優(yōu)化。

3.2網(wǎng)絡擴容性

在優(yōu)化WCDMA網(wǎng)絡時，首先必須考慮網(wǎng)絡擴容性。網(wǎng)絡優(yōu)化工程師不可能像優(yōu)化GSM網(wǎng)絡那樣，簡單地給相關小區(qū)增配頻率。網(wǎng)絡優(yōu)化初期就必須考慮確定的信號余量，在計算小區(qū)面積時作為因業(yè)務量增多而產(chǎn)生干擾的補償。這表明，從一開始，就需要用較小的小區(qū)或者更多的基站建網(wǎng)，這樣會提高投資成本。如果業(yè)務量信號余量定得太小，那么一旦將來業(yè)務量大量增加，就必須建造更多的基站。

3.3綜合多媒體業(yè)務

實際上，WCDMA網(wǎng)絡必須同時滿足各種不同業(yè)務的需求。所以，網(wǎng)絡優(yōu)化工程師要綜合考慮各種業(yè)務。對通信質(zhì)量要求不高的業(yè)務，WCDMA小區(qū)有較大的覆蓋范圍;反之，對一些通信質(zhì)量要求很高的業(yè)務，其小區(qū)覆蓋范圍就很小。這樣，網(wǎng)絡優(yōu)化工程師在實際工作中不可能只考慮單一的WCDMA小區(qū)半徑，因為不同的業(yè)務對應于不同的小區(qū)半徑。如果把最小小區(qū)半徑，也就是說把通信質(zhì)量要求最高的業(yè)務作為網(wǎng)絡優(yōu)化的標準，那么建網(wǎng)成本是極其昂貴的，也是不現(xiàn)實的。未來的WCDMA網(wǎng)絡優(yōu)化工程師應從中級業(yè)務的小區(qū)半徑著手，這樣，小區(qū)實際有效范圍只能部分滿足高級業(yè)務的需求。

目前，各大網(wǎng)絡優(yōu)化軟件公司已開發(fā)和研制針對這種新的WCDMA網(wǎng)絡綜合多媒體業(yè)務的有效算法。實際上，由于WCDMA網(wǎng)絡本身的特點，例如快速功率控制、軟切換、下行鏈路正交碼并非完全“正交”等，WCDMA的網(wǎng)絡優(yōu)化比GSM網(wǎng)絡復雜得多，所需優(yōu)化的參數(shù)也非常多，這時往往借助于仿真器實現(xiàn)網(wǎng)絡優(yōu)化。

四、WCDMA無線網(wǎng)絡優(yōu)化方案

4.1覆蓋優(yōu)化

覆蓋與鏈路性能直接相關。覆蓋范圍的增加需要下行鏈路方向基站平均發(fā)射功率的增加。如果系統(tǒng)容量是下行鏈路受限的，那么覆蓋范圍的增加將導致容量的減少。如果系統(tǒng)是上行鏈路受限，那么容量不受影響。增大覆蓋范圍的方法很多。影響鏈路性能的主要參數(shù)（如誤塊率、E/N、功率控制儲備等）直接影響功率預算，因此也影響覆蓋范圍?？梢酝ㄟ^減少干擾余量、降低基站噪聲系數(shù)甚至提高天線增益來改善上行鏈路覆蓋。但處理增益和E/N是兩個影響覆蓋的主要因素。另一種提高E/N值的方法是增加多徑分集。兩個信號到達兩個天線就可以被相干合并，而接收機噪聲可以被非相干合并。這個技術(shù)不僅可以提供更高的增益，還給出了對快衰落等的保護。天線下傾等概念也可用于WCDMA無線網(wǎng)絡覆蓋的增強。為了重點覆蓋熱點區(qū)域，特別是解決大型建筑物的室內(nèi)覆蓋問題，WCDMA網(wǎng)絡普遍采用室內(nèi)分布系統(tǒng)提高QoS：采用微蜂窩或直放站作為信號源，根據(jù)天線輸出，在室內(nèi)天花板或墻壁上安裝全向或定向天線。這樣，用戶在室內(nèi)運動時，可以通過附近天線收發(fā)信號，由饋線將信號傳送至基站，而基站可將不同天線接收到的信號看作同一用戶的多徑信號進行相應處理。

4.2切換優(yōu)化

軟切換增益是鏈路預算計算中的眾多參數(shù)之一。軟切換對慢衰落和快衰落都提供一定的保護。對于慢衰落，基站之間沒有相關性，移動終端能夠選擇一個更好的基站。對于快衰落，通過宏分集合并效應，需要的E/N就會減小。軟切換也在容量計算中引入了開銷，軟切換開銷和增益都應當被優(yōu)化。優(yōu)化開銷之后的思想就是下行鏈路容量的節(jié)省。軟切換開銷的典型值為30%-40%。另外，軟切換增益可以通過使用掉話率（DCR）、呼叫成功率（CSR）、發(fā)射和接收功率等參數(shù)進行估計。對于容量和覆蓋優(yōu)化，在網(wǎng)絡中優(yōu)化切換控制功能部件是非常重要的。其中涉及的一個重要參數(shù)就是CPIHP的發(fā)射功率，這個參數(shù)影響覆蓋并且它應當被設置得盡可能低，這個參數(shù)的優(yōu)化值將決定覆蓋和容量，這個參數(shù)還影響分組調(diào)度。如果CPIHP的值不是最優(yōu)的，那么不是網(wǎng)絡沒有完全利用，就是用戶數(shù)目多于規(guī)劃的用戶數(shù)而導致系統(tǒng)內(nèi)有很大干擾，從而降低了網(wǎng)絡質(zhì)量。這些參數(shù)也影響呼叫成功率和掉話率。與GSM網(wǎng)絡相同，這兩個因素直接決定了網(wǎng)絡的質(zhì)量。

4.3分組調(diào)度優(yōu)化

當網(wǎng)絡進行擁塞控制時，分組調(diào)度是最重要的部分之一。分組調(diào)度處理非實時分組業(yè)務數(shù)據(jù)，決定分組初始時間和分組傳輸所應采用的速率，不同類型的業(yè)務都有不同的應用。非實時（NRT）分組數(shù)據(jù)在本質(zhì)上是突發(fā)業(yè)務，包含了一個或者多個數(shù)據(jù)呼叫。分組可以通過使用時分技術(shù)、碼分技術(shù)或者兩種技術(shù)一起進行調(diào)度。分組調(diào)度和負載控制（包含了接納控制）二者一前一后工作。負載越高將導致干擾越大，也就意味著網(wǎng)絡可以接納的用戶越少。這就影響了分配NRT分組數(shù)據(jù)的比特速率。因此，對于分組調(diào)度來說，負載控制是一個需要分析和優(yōu)化的重要參數(shù)。在網(wǎng)絡優(yōu)化中，下行鏈路的發(fā)送功率和上行鏈路的干擾功率是更為重要的參數(shù)。當這兩個參數(shù)的門限都被超出時控制負載的預防性測量就會啟動。

五、總結(jié)語

總而言之，對于無線網(wǎng)絡優(yōu)化而言，要堅持在保證鏈路使用效率及鏈路基本容量的基礎上，盡可能降低網(wǎng)絡建設費用，實現(xiàn)網(wǎng)絡建設資源的優(yōu)化。我們要在現(xiàn)有的基礎上不斷改進創(chuàng)新現(xiàn)有的技術(shù)，來滿足日益增長的無線網(wǎng)絡通信需求。參考文獻[1]陳輝. 無線網(wǎng)絡終端布局的優(yōu)化設計[J]. 電子計算機工程. 2008[2]王宏偉. 淺析移動通信網(wǎng)的網(wǎng)絡優(yōu)化[J]. 嵌入式通信工程. 2006[3]張平等編著. WCDMA移動通信系統(tǒng)[M]. 人民郵電出版社，2004[4]彭林等編著. WCDMA無線通信技術(shù)及演化[M]. 中國鐵道出版社，2004