摘要：CDMA網(wǎng)絡的覆蓋、容量和質(zhì)量不是相互孤立而是互相制約的，從而導致了網(wǎng)絡覆蓋規(guī)劃的復雜性。針對CDMA網(wǎng)絡覆蓋的復雜特點，對網(wǎng)絡規(guī)劃中的覆蓋分析做了詳細的研究，在仿真關鍵參數(shù)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(wǎng)絡負荷增加到設計負荷時，仍然不用對網(wǎng)絡進行大量的調(diào)整，網(wǎng)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(wǎng)絡質(zhì)量。
關鍵詞：網(wǎng)絡規(guī)劃；覆蓋分析；鏈路參數(shù)；仿真參數(shù)

0 引言
    網(wǎng)絡覆蓋分析是網(wǎng)絡規(guī)劃中的重要步驟，也是衡量一個網(wǎng)絡優(yōu)劣的關鍵。CDMA網(wǎng)絡的覆蓋、容量和質(zhì)量不是相互孤立的，而是互相制約的，從而導致了網(wǎng)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(jù)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(nèi)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(wǎng)絡規(guī)劃仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)能模擬CDMA網(wǎng)絡的調(diào)節(jié)機制，通過前反向鏈路的功率控制自行調(diào)節(jié)將干擾最小化，實現(xiàn)網(wǎng)絡容量的最大化和覆蓋的最優(yōu)化。對CDMA網(wǎng)絡規(guī)劃的關鍵參數(shù)提出了新的方法，分析了仿真結(jié)果并做了分析比較。實驗證明當網(wǎng)絡負荷增加到設計負荷時，仍然不用對網(wǎng)絡進行大量的調(diào)整，網(wǎng)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(wǎng)絡質(zhì)量。

1 覆蓋分析基本方法
    覆蓋分析一般分三步進行：調(diào)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(jié)合覆蓋區(qū)域的容量需求仿真得出網(wǎng)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(jù)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(nóng)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(jù)當?shù)貙嶋H情況進行適當調(diào)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(zhì)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?jīng)Q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(nèi)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(jié)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(shù)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(wǎng)絡負載因子為75％。
    傳播模型的選擇：傳播模型是移動通信網(wǎng)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(jīng)濟合理的投資滿足了用戶的需求。多數(shù)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(jù)Okumura曲線圖所做的經(jīng)驗公式，該模型由在日本測得的平均測量數(shù)據(jù)構(gòu)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(shù)理統(tǒng)計分析方法分為市區(qū)、郊區(qū)、農(nóng)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(jié)合本地的地形地物特性做修正。

2 仿真關鍵參數(shù)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(jié)果，合理估計網(wǎng)絡規(guī)模和投資規(guī)模，指導運營商在容量、覆蓋、質(zhì)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(wǎng)絡的調(diào)節(jié)機制。本文采用仿真的方法對網(wǎng)絡規(guī)劃進行覆蓋分析，在仿真關鍵參數(shù)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(wǎng)絡的覆蓋規(guī)劃通常是在建設前期預測未來網(wǎng)絡覆蓋能否滿足容量需求。本文首先考慮網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)絡覆蓋性能的一個依據(jù)，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(diào)整只要保證小區(qū)邊緣Ec／Io接近-7 dB左右，就可保證當網(wǎng)絡容量增加到設計容量時，既不用對網(wǎng)絡進行大量的RF調(diào)整也能保證網(wǎng)絡質(zhì)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(shù)分析后必須建立仿真，網(wǎng)絡仿真的意義在于對運營商網(wǎng)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(shù)(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?yún)?shù)越精確，對提高規(guī)劃結(jié)果的可信度越有利。

3．1 建立話務模型
    CDMA網(wǎng)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(jù)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(jù)地域環(huán)境設置不同的話務環(huán)境Dense Urban，Urban，Suburban，Rural，根據(jù)不同的話務環(huán)境分配不同的用戶密度。
    本文根據(jù)實際工程從某地市網(wǎng)管得到的話務量數(shù)據(jù)設置話務模型參數(shù)，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)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(shù)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(wǎng)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(jié)果數(shù)據(jù)做參考，這樣使運營商能全面、透徹地了解未來網(wǎng)絡的運營質(zhì)量，從而針對性地開展建網(wǎng)工作。
    U-Net系統(tǒng)是根據(jù)Monte-Carlo算法進行仿真的，根據(jù)話務地圖中的手機用戶數(shù)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(jié)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(shù)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(jié)果如圖3所示，接收導頻Ec／Io反應出網(wǎng)絡在空載階段和達到設計負荷階段下的覆蓋質(zhì)量和干擾水平。本文采用的網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)絡調(diào)整好了。根據(jù)網(wǎng)絡建設需求，在網(wǎng)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(wǎng)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(zhì)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(wǎng)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(diào)門限Eb／Nt根據(jù)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(wǎng)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(wǎng)絡調(diào)整好了。在網(wǎng)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(wǎng)絡指標。根據(jù)網(wǎng)絡建設需求，要求在網(wǎng)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(wǎng)絡需求。

5 結(jié)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(wǎng)絡的算法設計、網(wǎng)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(wǎng)絡覆蓋的復雜特點，對網(wǎng)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(shù)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(wǎng)絡負荷增加到設計負荷時，仍然不用對網(wǎng)絡進行大量的RF調(diào)整，網(wǎng)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(wǎng)絡質(zhì)量。通過分析仿真結(jié)果，驗證了本文提出的方法可以滿足預計網(wǎng)絡容量下的覆蓋需求。