摘要：CDMA網絡的覆蓋、容量和質量不是相互孤立而是互相制約的，從而導致了網絡覆蓋規(guī)劃的復雜性。針對CDMA網絡覆蓋的復雜特點，對網絡規(guī)劃中的覆蓋分析做了詳細的研究，在仿真關鍵參數導頻強度設置上提出了一些新的方法，最后在U-NET仿真系統(tǒng)中對提出的方法進行分析比較，實驗證明當網絡負荷增加到設計負荷時，仍然不用對網絡進行大量的調整，網絡也不會出現(xiàn)覆蓋空洞，用戶依然能夠比較正常地進行通話，保證網絡質量。
關鍵詞：網絡規(guī)劃；覆蓋分析；鏈路參數；仿真參數

0 引言
    網絡覆蓋分析是網絡規(guī)劃中的重要步驟，也是衡量一個網絡優(yōu)劣的關鍵。CDMA網絡的覆蓋、容量和質量不是相互孤立的，而是互相制約的，從而導致了網絡覆蓋規(guī)劃的復雜性。覆蓋分析首先要是要進行鏈路預算，其次必須進行規(guī)劃區(qū)域的劃分，根據不同的區(qū)域特點選擇正確的傳播模型，最后在得到的小區(qū)范圍內進行業(yè)務建模和業(yè)務預測，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網絡規(guī)劃仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)能模擬CDMA網絡的調節(jié)機制，通過前反向鏈路的功率控制自行調節(jié)將干擾最小化，實現(xiàn)網絡容量的最大化和覆蓋的最優(yōu)化。對CDMA網絡規(guī)劃的關鍵參數提出了新的方法，分析了仿真結果并做了分析比較。實驗證明當網絡負荷增加到設計負荷時，仍然不用對網絡進行大量的調整，網絡也不會出現(xiàn)覆蓋空洞，用戶依然能夠比較正常地進行通話，并保證網絡質量。

1 覆蓋分析基本方法
    覆蓋分析一般分三步進行：調查并對覆蓋區(qū)域進行區(qū)分；進行鏈路預算；選擇傳播模型。結合覆蓋區(qū)域的容量需求仿真得出網絡覆蓋范圍。
    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)域進行分類。根據無線傳播環(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，可根據當地實際情況進行適當調整。
    鏈路預算：對通信鏈路中的增益與損耗進行核算。即計算在一個呼叫連接中、保持一定呼叫質量下，鏈路所允許的最大傳播損耗。通過鏈路預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由覆蓋較差的一方決定。因此一個優(yōu)良的系統(tǒng)應在設計時就要做好鏈路預算，使覆蓋區(qū)內的反向信號與前向信號達到平衡。在CDMA無線設計時，對前向鏈路預算進行估算意義不大，因為前向鏈路預算不可預測因素較多，而在反向鏈路預算中各種因素或為已知或可準確估計，因此結果較為可靠。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)境和上述參數采用缺省設置時，可變的是干擾余量MI(與系統(tǒng)容量相關)，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。本文采用的網絡負載因子為75％。
    傳播模型的選擇：傳播模型是移動通信網小區(qū)規(guī)劃的基礎，模型的準確與否關系到小區(qū)規(guī)劃是否合理，運營商是否以比較經濟合理的投資滿足了用戶的需求。多數模型是預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鍵作用。
    Okumura-Hata模型最為常用，根據Okumura曲線圖所做的經驗公式，該模型由在日本測得的平均測量數據構成，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。
    該模型采用數理統(tǒng)計分析方法分為市區(qū)、郊區(qū)、農村三種情況考慮，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合本地的地形地物特性做修正。

2 仿真關鍵參數設置
    對CDMA這樣的復雜系統(tǒng)，影響因素眾多且相互制約，理論上的覆蓋預測值往往誤差較大，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果，合理估計網絡規(guī)模和投資規(guī)模，指導運營商在容量、覆蓋、質量三者間尋求最佳點。華為的U-Net仿真系統(tǒng)能仿真這個網絡的調節(jié)機制。本文采用仿真的方法對網絡規(guī)劃進行覆蓋分析，在仿真關鍵參數導頻強度的設置上提出了一些方法。
    Ec／Io：這是一個反映手機端當前接收的導頻信號(Pilot)的水平，反映了手機在這一點上多路導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。
    網絡的覆蓋規(guī)劃通常是在建設前期預測未來網絡覆蓋能否滿足容量需求。本文首先考慮網絡規(guī)劃在空載時設置的導頻強度，通過工程容量設置，計算證明在后期的網絡發(fā)展階段能滿足用戶需求。在系統(tǒng)空載時取不同導頻比例，地物損耗取值在0～25 dB之間變化的情況時，覆蓋規(guī)劃標準Ec／Io值變化如圖1所示。

    從圖1可以看出，在規(guī)劃中的網絡空載期，當在覆蓋區(qū)域測試時只要地物損耗小于15 dB時，取的覆蓋標準應該為-7 dB。當基站與測試地點之間的地物損耗大于15 dB時，小區(qū)邊緣的導頻強度惡化的速度加快。規(guī)劃時用75％反向負荷，計算出小區(qū)邊緣，導頻如表1所示。

    以上的計算以及分析給出了一個預測網絡覆蓋性能的一個依據，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，通過天饋調整只要保證小區(qū)邊緣Ec／Io接近-7 dB左右，就可保證當網絡容量增加到設計容量時，既不用對網絡進行大量的RF調整也能保證網絡質量，從而可以減輕以后優(yōu)化工作的強度。

3 建立仿真
    對仿真參數分析后必須建立仿真，網絡仿真的意義在于對運營商網絡建設的工程指導作用。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(信道配置、饋線／天線等)、傳播模型、話務模型等信息，其中以話務模型的建立尤為關鍵。輸入參數越精確，對提高規(guī)劃結果的可信度越有利。

3．1 建立話務模型
    CDMA網絡，業(yè)務覆蓋范圍取決于前向和反向鏈路空中接口的話務，話務建模的邏輯圖如圖2所示。

    業(yè)務類型：共有Voice，1X-Data EV-DO三種。移動類型：根據用戶不同的移動速度設置三個門限值：T—add；T—Drop；上行最小EC／NT值。用戶行為：設置不同類型用戶的ERL。話務環(huán)境：根據地域環(huán)境設置不同的話務環(huán)境Dense Urban，Urban，Suburban，Rural，根據不同的話務環(huán)境分配不同的用戶密度。
    本文根據實際工程從某地市網管得到的話務量數據設置話務模型參數，網絡數據如表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)務的話務量，并將相應數量的各種業(yè)務終端按一定的權重撒入規(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注的各種網絡性能指標，如覆蓋范圍和覆蓋概率、導頻污染等。由于有詳實的仿真結果數據做參考，這樣使運營商能全面、透徹地了解未來網絡的運營質量，從而針對性地開展建網工作。
    U-Net系統(tǒng)是根據Monte-Carlo算法進行仿真的，根據話務地圖中的手機用戶數量和密度，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 仿真結果分析
    下面從小區(qū)覆蓋導頻強度和小區(qū)邊緣覆蓋率兩個方面驗證本文提出的仿真技術參數設置新方法。
4．1 小區(qū)覆蓋導頻強度分析
    某市的小區(qū)覆蓋導頻強度仿真結果如圖3所示，接收導頻Ec／Io反應出網絡在空載階段和達到設計負荷階段下的覆蓋質量和干擾水平。本文采用的網絡負載因子為75％。

    在工程仿真中，取空載時小區(qū)邊緣的導頻強度的覆蓋標準應該為-7 dB，從表3中看出網絡規(guī)劃空載期的導頻強度大于-7 dB達到97．6％以上，這時可以認為網絡調整好了。根據網絡建設需求，在網絡達到設計負荷階段要求Ec／Io高于-12 dB的區(qū)域占總規(guī)劃區(qū)域的95％以上?？梢钥闯?，接收導頻的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，滿足網絡需求。

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。

    決定覆蓋質量一個重要指標就是小區(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)負荷達到設計時，由前反向受限方確定的覆蓋半徑處。
    在工程仿真設置中，空載時要求小區(qū)邊緣的最低Ec／Io為-7 dB，網絡達到設計負荷時小區(qū)邊緣要求的最低Ec／Io為-12 dB，解調門限Eb／Nt根據不同的業(yè)務速率、移動性設置，對于IS-95的9．6 Kb／s語音方案，7 dB是一個業(yè)界公認的值。

    從表4中看出網絡規(guī)劃階段空載期的小區(qū)邊緣覆蓋率大于70％的地區(qū)達到99．3％以上，這時可以認為網絡調整好了。在網絡達到設計負荷階段，小區(qū)邊緣覆蓋要確保話務繁忙時的網絡指標。根據網絡建設需求，要求在網絡達到設計負荷階段小區(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?？梢钥闯觯^(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％，滿足網絡需求。

5 結論
    由于CDMA技術自身所具備的諸多特性是互相關聯(lián)和影響的，從而決定了無線網絡的算法設計、網絡規(guī)劃各個階段都需要仿真技術做預測分析。本文針對CDMA網絡覆蓋的復雜特點，對網絡的規(guī)劃中的覆蓋分析做了詳細的研究，在仿真關鍵參數核心步驟上提出了一些新的方法，最后在U-Net仿真系統(tǒng)中對提出的方法進行分析比較，實驗證明當網絡負荷增加到設計負荷時，仍然不用對網絡進行大量的RF調整，網絡也不會出現(xiàn)覆蓋空洞，用戶依然能夠比較正常地進行通話保證網絡質量。通過分析仿真結果，驗證了本文提出的方法可以滿足預計網絡容量下的覆蓋需求。