無線通信基礎03

本部分知識及結構參考自人民郵電出版社出版的王振世先生的《實戰無線通信應知應會》

無線網絡規劃

網絡規劃就是網絡架構的設計過程, 類似於組織架構的搭建過程, 也要圍繞"三高一低"的規劃目標: 要求在儘量低的建網運營成本下, 儘量擴大網絡的覆蓋範圍, 增加網絡的容量, 提高網絡的質量.

移動通信的網絡規劃包括三大組成部分: 無線網絡規劃, 傳輸網絡規劃和核心網規劃. 我們的重點是無線網絡規劃 (radio network planning, RNP).

無線網絡規劃是根據無線網絡建設的覆蓋目標, 容量目標, 質量目標以及成本目標, 確定無線網絡建設的規模及相應的配置及參數的過程. 通過無線網絡規劃, 最終可以確定基站的數目及位置, 站型配置, 天線方向角, 下傾角,高度等工程參數, 鄰區, 頻率, 擾碼, 小區發射功率等小區參數, 還可以得出基站到 RNV/BSC (3G/2G) 的傳輸帶寬需求.

目前無線網絡規劃在業界有兩種理念: “一次規劃, 分步實施"和"多次規劃, 分層建設”. 無論是哪種理念, 在實施過程中都包括五個關鍵過程: 信息收集階段 , 網絡規模確定階段 (傳播模型校正, 覆蓋估算和容量估算), 站址位置確定階段 (消頻測試和站址勘測), 工程參數確定階段 (仿真及工程參數調整) 和無線參數確定階段 (信道功率參數, 鄰區規劃, 頻率規劃, 擾碼規劃和 RNV/LAC 規劃).

覆蓋估算

覆蓋估算 (coverage dimensioning) 的最根本的思路是給定要覆蓋的面積和每個基站的覆蓋範圍, 求解在這個面積上需要放多少個基站.

• 覆蓋面積的問題. 不同的覆蓋場景有不同的覆蓋面積.
• 基站的覆蓋範圍. 由於無線環境十分複雜, 每個基站覆蓋的範圍和覆蓋的形狀差別很大, 但工程上是按照標準的蜂窩組網結構 (正六邊形) 計算.
• 一般有兩種站型: 全向站和定向站 (一般三個扇區). 全向站按照一個標準的正六邊形計算; 定向站按照三葉草站型計算 ( $3$ 個正六邊形, 也叫頂點激勵型).

站型	站間距	面積
全向站	$D = \sqrt{3}R \approx 1.7 R$	$S = \frac{3}{2}\sqrt{3}R^{2} \approx 2.6 R^{2}$
三葉草站型	$D = 1.5 R$	$S = \frac{9}{8}\sqrt{3}R^{2} \approx 1.95 R^{2}$

覆蓋半徑

我們可以根據最大允許路損 (maximal allowed path loss, MAPL) 得到基站的覆蓋半徑.

• 鏈路預算 (link budget) 是求取最大允許路徑損耗的過程. 最大路損爲
  $PL = P_{\rm{out}} - L_{\rm{BS}} + G_{\rm{BS}} - L_{\rm{p}} - L_{\rm{b}} - M_{\rm{I}} - M_{\rm{f}} - M_{\rm{pc}} + G_{\rm{SHO}} + G_{\rm{UE}} - S_{\rm{RX}}.$

	損耗 (loss)	餘量 (margin)	增益 (gain)
發射端	饋線損耗 $L_{\rm{BS}}$	——	發射天線增益 $G_{\rm{BS}}$
空中無線環境	路徑損耗 $PL$, 穿透損耗 $L_{\rm{p}}$	干擾餘量 $M_{\rm{I}}$, 克服慢衰落餘量 $M_{\rm{f}}$, 克服快衰落功控餘量 $M_{\rm{pc}}$	軟切換增益 $G_{\rm{SHO}}$
接收端	人體損耗 $L_{\rm{b}}$	——	接收天線增益 $G_{\rm{UE}}$

容量估算 (capacity dimensioning)

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站址勘測 (site survey)

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仿真

無線通信領域的仿真 (simulation) 就是在無線網絡建設之前, 對規劃好的方案在無線的模擬環境中進行驗證的過程, 主要看網絡的覆蓋, 容量, 質量等性能指標是否能夠達到設計要求. 它一般包括:

• 無線環境的仿真, 包括座標選擇, 數字地圖選擇和傳播模型的選擇;
• 網絡環境的仿真, 包括基站參數, 天線和扇區參數, 小區參數;
• 通話過程的仿真, 包括話務模型, 容量估算, 接入或通話過程模擬.

通過仿真得到覆蓋效果圖, 業務質量分佈圖, 導頻污染分佈圖, 干擾分佈圖, 負荷分佈圖, 切換分佈圖等.

• 系統級仿真 (system level simulation) 是模擬網絡整體運行規律和運行效果的仿真.
• 鏈路級仿真 (link level simulation) 是模擬單個連接的性能指標.
• 靜態仿真 (static simulation) 和 動態仿真 (dynamic simulation).

Monte-Carlo 仿真是一種靜態仿真.

小區參數規劃 (cell parameter planning)與室內分佈系統 (distributed antenna system, DAS)

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無線網絡優化

無線網絡優化 (radio network optimization, RNO) 是指一切提高無線網絡性能的工作, 即在完善覆蓋水平, 滿足容量要求的情況下, 控制干擾, 提高業務質量和資源利用效率的一切活動.

• 按照優化的範圍不同分爲: 單站點驗證 (single site verify), 簇優化 (cluster optimization), 區域優化 (RNC zone optimization), 邊界優化, 整網優化.
• 按照優化時網絡情況的負荷不同分爲: 空載優化, 模擬加載優化, 真實加載優化.
• 按照解決網絡問題的手段出發分爲: RF 優化 (工程參數優化)和無線參數優化.

• RF 優化 (radio frequency optimization) 即射頻優化, 主要目的是對覆蓋問題進行優化. 另外, 還可以控制干擾且解決切換類問題. 總而言之, RF 優化是網絡優化的基礎性工作, 也是決定網絡性能高低的關鍵工作.
• 無線參數設置 (radio parameter optimization) 是和系統無線資源配置, 管理和應用相關的參數. 主要包括覆蓋相關參數, 信道配置相關參數, 功率控制相關參數, 移動性相關參數, 分組調度相關參數, 負荷和准入控制相關參數, 算法開關相關參數, 以及各種定時器和計時器等.

• 按照網絡指標的角度不同分爲: 覆蓋指標的優化, 接入性能的優化, 保持性能 (掉話率) 的優化, 移動性能 (切換)的優化, 時延, 吞吐率等性能的優化.
• 按照需要優化的業務不同可分爲: 語音業務的優化, VP 業務的優化, PS 業務的優化, HSDPA 的優化等.
• 按照優化問題的產生原因不同可分爲設備問題的優化和網絡性能問題的優化.
• 按照優化測試手段的不同可分爲 CQT 測試優化, DT 測試優化, 話統優化.
• 按照網絡發展的階段不同可分爲: 初始調優, 預商用調優和商用網優化.

無線網絡評估體系

評測網絡性能的指標有三個組成要素: 數據源, 分析維度, 字段和算法.

• 常用的數據源有路測數據, 話統數據, 信令數據, 第三方調查數據, 投訴數據, BOSS 經分數據, 軟採數據等.
• 分析維度可以有時間維度, 空間維度, 用戶維度, 終端維度, 業務維度, 網元維度等.
• 字段和算法一般是廠家或運營商在設計指標時定義的.

關鍵性能指標 (key performance indicator, KPI) 是衡量網絡性能水平的重要參數. 無線網絡的關鍵性能指標對不同部門的作用和要求不一樣. 可以分爲覆蓋類指標, 保持類指標, 移動性相關的指標, 時延類指標, 吞吐率相關的指標, 系統可用性的指標等.

• 覆蓋水平可以從上下行兩個方向, 信號大小和質量兩個維度來度量.

	信號強度	信號質量	備註
下行	RSCP	$E_{\rm{c}}/I_{\rm{o}}(C/I)$	RSCP 和 $E_{\rm{c}}/I_{\rm{o}}(C/I)$ 要大於一個水平, 在合理範圍內大一點好
上行	UE Tx Power	RTWP	UE Tx Power 和 RTWP 要小於一個水平, 數值越小越好; 大了說明上行覆蓋較差或上行干擾較大

• 無線網絡的可接入性 (accessibility) 和網絡用戶感受直接相關. 可接入性一般可分爲主叫呼叫建立成功率 (主叫接通率) 和被叫呼叫建立成功率 (被叫接通率).
• 保持性 (retainability) 的衡量有里程掉話比 (mileage call drop ratio), CS 掉話率 (CS call drop) 和 PS 掉話率 (PS call drop).
• 移動性 (mobility) 是與切換相關的問題. 主要有軟切換比例 (soft handover ratio), 軟切換成功率 (soft handover success ratio, SHO success ratio) 和硬切換成功率 (hard handover success ratio, HHO success ratio) 的概念.
• 時延 (delay) 類 KPI 直接與用戶感知相關, 不僅取決於整個網絡的組網特性, 還取決於設備本身的處理速度. 有三個常用的時延指標, 即呼叫建立時延 (call setup delay), PDP 激活時延 (packet data protocol active delay) 和 Ping 時延 (ping delay).
• 系統可用性 (system availability) 指標是用來描述系統資源被使用的情況和系統資源可使用的情況. 它包括小區利用率 (cell utilization, CU), 小區擁塞率 (cell congestion ratio), 超忙小區比例 (busy cell ratio) 和超閒小區比例 (idle cell ratio).
• 用戶感知類指標包括 BLER 偏高率 (BLER higher ratio) 和吞吐率.