WCDMA无线覆盖\容量及质量优化浅析

摘要:文章论述了WCDMA 系统优化的一般过程及其关键指标，详细研究和分析了WCDMA无线网络在覆盖、容量以及质量方面的优化办法。

关键词:WCDMA,无线网络优化,关键性能指标,参数调整

中图分类号：TN711 文献标识码：A

1 关键性能指标

关键性能指标（KPI）是优化流程中最重要的部分，因为整套优化方法将在此处确定。首先设定质量指标，定义端到端的质量目标和不同业务类型的性能指标，设定相关的KPI 值。WCDMA 网络复杂，参数数目非常多，不过只有一部分参数用于优化，这些参数对无线网络影响效果最为显著。

2 网络性能监视

网络性能监视可以通过路测和网络管理系统（NMS）进行监视。网络性能数据通过网管系统、路测设备、协议分析仪甚至用户申告收集，由网络报告工具提供质量统计和预分析数据。基于网络配置，可以进一步详细分析提高质量的方法。在WCDMA 无线网络中，实时数据传输时延是要监视的最关键方面。在实时数据内，每个应用都必须监视和测量，避免其本身QoS 要求的下降。与GSM 无线网络一样，NMS 测量都是在无线网络控制器（RNC）上基于关键性能指标进行的，这些关键性能指标是这些测量执行的基础。从路测和NMS 收集统计数据后，通过一些后续处理工具，可提供不同类型的输出和报告。

在路测分析软件的帮助下，优化人员可以采取措施提高网络性能。路测工具要能捕捉空中接口中各种无线信号和信令，可以存储和回放路测数据，同时可以通过路测分析软件得到质量分析结果：一类是各种动态数据，如接收信号的强度指示、手机发射和接收功率等；另一类是统计数据，如切换次数和切换成功率等。在第一个站点刚刚铺设完成时，就需要对质量进行评估。而当网络接近或者已经投入使用时，网络管理系统就开始工作，因此它能够在有特定数量的用户之后提供统计数据。WCDMA 系统处于存在多种技术和多个设备商的环境下，因此NMS应当具有处理WCDMA 无线网络不同方面的能力。

3 覆盖优化、容量优化和质量优化

3.1 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。

E/N 值的降低会提高网络的覆盖范围。对于较低的E/N，为了获得相同性能所需要的功率较小，因此可以覆盖更大的区域。E/N 的性能依赖于很多因素，如比特速率、信道正确性和SIR 算法等。在WCDMA 网络中，高比特速率的上行链路覆盖就是一个问题，因此正确的业务对于覆盖增强具有重要作用。如果上行链路方向的比特速率可以减少，覆盖范围就可以提高。这只可能出现在非实时NRT 数据（对时延要求较低）及比特速率较低的语音信号情况下。不过，E/N 值不能低于所请求业务的质量要求。

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。

3.2 容量优化

在WCDMA 网络中，容量和覆盖相互之间的影响很大。WCDMA 的频率复用系数是1，该系统是干扰受限系统，所以容量的实质是对干扰量的估计。上行链路覆盖越大，上行链路容量就越低，反之亦然。这是因为较低的容量意味着较少的移动用户，也就是干扰较少。而且上行链路功率预算用于计算蜂窝小区覆盖范围，这个覆盖范围进一步还用于下行链路功率预算的计算。

伴随着链路预算计算，负载因子可以用于研究网络的容量。负载因子用于上行链路方向和下行链路方向的容量分析。负载因子依赖于E/N、处理增益、干扰和激活因子等。正交性和软切换在下行链路方向上也与负载因子相关联。

提高容量的最好办法总是增加蜂窝小区或者载波的数量，扇区数量的增加将成比例地提高网络的容量。另外，正交码字应当理想地完全正交，但是多径会导致部分正交性丧失，从而提高了干扰。多径分集增强了覆盖，但也降低了正交性。多径分集在小区边缘更重要，因为它提高了性能。另一种提高容量的方法是利用发分集。如果多径分集比较小，那么下行链路发分集就可以在相当程度上提高容量。更低的比特速率也将提高容量，通过使用自适应平均速率（AMR）编码，可实现比特速率的降低，UMTS就使用了语音编码器AMR机制。

3.3 质量优化

3G 中必须考虑端到端的QoS，但是这里我们更关注空中接口的时延，它将直接影响系统质量。

QoS 依赖于应用，但是主要关注减少空中接口PS业务的时延。与GSM系统中语音业务质量是唯一至关重要的质量问题不同，WCDMA系统中质量的关注转向PS业务的需求和性能。空中接口可能出现时延，也可能不出现，但端到端（E2E）质量的第一步就是控制接口的应用性能。

4 参数调整

首先纠正单个参数，经多次迭代后可以纠正整个参数集，最后在达到预期质量目标时，就得到了整体解决方案。按照整体方案对网络进行全面调整后， 就开始了另一个质量不断提高的循环。WCDMA 网络有大量的参数，选出其中的关键参数并进行测量、分析和优化。根据这些参数所影响的功能的不同，可以将其分成不同的组。这些组包括影响切换控制、分组调度、功率控制和呼叫接纳控制等功能的参数。

4.1 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CPICH 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，这个参数还响分组调度。如果CPICH 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。

4.2 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。正如上文所述，有4 种业务类型被定义，并且每种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。这就影响了分配给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。

4.3 接纳控制优化

接纳控制（AC）功能与负载控制过程相关。接纳过程对实时（RT）和NRT 业务生成器或者用户都很关键。正如AC 功能是基于功率和基于吞吐量的，这些参数对于容量和覆盖优化非常重要，其中最重要的两个参数是上行链路和下行链路方向上的发射功率和接收功率及两个方向上的正交性与吞吐量.

参考文献

[1]孙立新，尤小虎，张萍. 第三代移动通信技术. 北京:人民邮电出版社，2000.