WCDMA网络优化中覆盖问题研究分析

2010-06-05朱振宇王维丽

浙江水利水电学院学报 2010年2期

朱振宇,王维丽

(1.浙江水利水电专科学校,浙江杭州 310018;2.常州工学院计算机信息工程学院,江苏常州 213002)

0 引言

WCDMA无线网络的规划和优化是一项系统工程,从站址获取和天馈设备指标分析到天线选型和传播模型研究,从导频覆盖和话务分布预测到静态仿真和容量分析,从工程参数和小区参数的详细设计到单站安装测试,从测试路线设计和网络性能测试到系统参数调整优化及KPI评估,覆盖分析贯穿了整个网络建设的全部过程.对于电信运营商来说,在规划和优化之后,网络所能提供的服务质量是最关心的问题,其中各无线承载的业务覆盖范围是服务质量的重要方面.

1 WCDMA网络覆盖问题分类定义

信号盲区:信号盲区一般是指导频信号低于手机的最低接入门限(比如:RSCP门限为-115 dBm,Ec/Io门限为-18 dB)的覆盖区域,比如,凹地、山坡背面、电梯井、隧道、地下车库或地下室、高大建筑物内部等.

(1)覆盖空洞覆盖空洞一般是指导频信号低于全覆盖业务(例如:Voice、VP、PS64K)的最低要求但又高于手机的最低接入门限的覆盖区域.比如,在话务量分布比较均衡的情况下,站址分布不均匀,造成一些区域没有RSCP可以满足全覆盖业务的最低要求.还有一种情况就是某些区域的导频信号RSCP都能满足要求,但由于同频干扰的增加,导频信道Ec/Io不能满足全覆盖业务的最低要求.

(2)越区覆盖越区覆盖一般是指某些基站的覆盖区域超过了规划的范围,在其他基站的覆盖区域内形成不连续的满足全覆盖业务的要求的主导区域.比如,某些大大超过周围建筑物平均高度的站点,发射信号沿丘陵地形或道路可以传播很远,在其他基站的覆盖区域内形成了主导覆盖,产生的“岛”的现象.因此,当呼叫接入到远离某基站而仍由该基站服务的“岛”形区域上,并且在小区切换参数设置时,“岛”周围的小区没有设置为该小区的邻近小区,则一旦当移动台离开该“岛”时,就会立即发生掉话.而且即便是配置了邻区,由于“小岛”的区域过小,也会容易造成切换不及时而掉话.还有就是象香港的维多利亚港湾的两边区域,如果不对九龙的尖沙咀和香港岛的中环及上环的海边基站规划作特别的设计,就会因港湾两边距离很近而容易造成这两部分区域的互相越区覆盖,形成干扰.

(3)导频污染导频污染一般指在某一点接收到太多的导频,但却没有一个足够强的主导频.本文使用以下方法判别导频污染的存在:满足条件CPICH-RSCP＞-95 dBm的导频个数大于3个且(CPICH-RSCP1st-CPICH-RSCP4th)＜5 dB.这里之所以增加导频RSCP的绝对门限判断,更主要的是为了区分覆盖空洞、目标覆盖区域边缘无主导小区的情况.无论是微蜂窝,还是宏蜂窝的覆盖区域,如果出现了导频污染,就会因多个强导频的存在而对有用信号构成干扰,导致 Io升高,Ec/Io降低,BLER升高,易形成乒乓切换,导致掉话.

(4)上下行不平衡上下行不平衡一般指目标覆盖区域内,业务出现上行覆盖受限(表现为UE的发射功率达到最大仍不能满足上行BLER要求)或下行覆盖受限(表现为下行专用信道码发射功率达到最大仍不能满足下行BLER要求)的情况.电信运营商最关心的是映射到话统指标的业务覆盖质量,良好的导频覆盖是保证业务覆盖质量的前提.由于WCDMA支持多业务承载,规划的目标区域除了要保证连续的全覆盖业务的上下行平衡,而且部分区域也要支撑非连续覆盖的非对称业务(例如:上行64 K和下行PS 128K业务,上行64 K和下行PS 384 K业务).上行覆盖受限的情况,理论上可以认为是UE最大发射功率仍不能达到NodeB的接收灵敏度要求,比如:小区边缘,或者,共站设备产生的互调干扰和信号泄漏、直放站的UL增益设置不当对基站上行RTWP产生干扰,抬高了底噪,增大了上行耦合损耗.下行覆盖受限的情况,理论上可以认为是下行手机接收的噪声增加,导致Ec/Io恶化,比如:用户增多导致的本小区干扰增大,或者邻区的干扰增大,还有下行功率受限(例如10 W功放和20 W功放混合组网导致无线资源配置不均衡)[1].

2 WCDMA覆盖问题研究分析

3.1 规划方案分析

GSM的规划策略是基于两个分离的过程,即覆盖范围规划和频率规划,分别遵循基于早期移动通信系统所处的典型环境得出的覆盖范围准则和容量准则.在WCDMA,网络的规划标准是容量需求和频谱效率的改善,最初的蜂窝设计密度、大小、蜂窝类型不能用纯覆盖准则,必须要考虑容量的需求,从冗余蜂窝或使用提高容量技术的角度来确定目标区域的蜂窝结构类型.由于WCDMA相对于GSM而言,存在同频干扰,没有TDMA系统中分配的信道数等效的附加自由度,也就是说,如果基于容量约束的初始资源分配蜂窝的密度不合理,后续的参数调整是无法解决根本问题,从资源分配的角度来说,是需要基于网络的负荷重新进行资源的规划调整.因此,对导频覆盖、参考业务覆盖的分析前提,是了解目标区域的规划方案,包括:站址分布,基站配置,天馈配置,导频覆盖预测,业务负荷分布[2].

3.2 优化分析工具

3.2.1 数据分析工具

覆盖数据的常用分析包括:对路测呼叫和导频普查数据的后台分析,对现网的话务统计分析,对各小区的UL RTWP告警分析,对RNC跟踪的用户呼叫过程分析.熟练的使用分析工具,可以帮助发现网络的的覆盖问题,结合规划工具实施规划调整.

3.2.2 路测数据分析工具

目前常用的路测数据后台分析是Actix和华为公司的Genex Assistant.此外,TEMS也提供了对前台采集数据的后台分析工具.利用这些工具,除了可以参考工具提供的呼叫事件、软切换、路测覆盖性能的自动分析报告,还可以通过类似前台的回放,查看具体区域的信号覆盖情况.

3.2.3 话统工具

使用话统分析工具,可以很快掌握各业务的话务分布及各小区性能指标情况.尤其是在网络商用之后,分析网络的蜂窝密度是否能适合用户的话务分布,起到关键作用.

3.2.4 UL RTWP告警台

依据NodeB上报的UL RTWP告警情况,对网络的上行干扰情况进行监控.

3.2.5 可测试性日志

使用RNC调试台对记录的可测试性日志进行分析,可以分析用户掉话的触发原因.

3.3 配置参数调整

下面列出了对解决覆盖问题的可能进行调整的无线配置参数:

(1)CPICH TX Power

该参数定义小区内PCPICH的发射功率.该参数的设置需要结合实际的系统环境,例如小区覆盖范围(半径)、地理环境.在要求覆盖的小区,以保证下行覆盖为前提.在有软切换区要求的小区,该参数的设定以保证网规要求的软切换区比例为宜.通常为小区下行总发射功率的10%.

(2)MaxFACHPower

该参数定义了FACH的最大发射功率Max-FACHPower,相对于PCPICH的发射功率.如果FACH的功率设置过低,会导致UE收不到FACH的数据包,或者收到错包的比例很大;如果设置过大,导致功率的浪费.设置FACH的最大发射功率能够保证目标BLER即可.在小区边缘的接入的Ec/Io为-12 dB的情况下,可以配置为-1 dB(相对导频).

(3)Sintrasearch 、Sintersearch 、Ssearchrat

包括同频小区重选启动门限(Sintrasearch)、异频小区重选启动门限(Sintersearch)、异系统小区重选启动门限(Ssearchrat).当UE检测到服务小区的质量(UE测量的CPICH Ec/N0)低于服务小区的最低质量标准(即Qqualmin)加上该门限时,启动同频/异频/异系统小区重选过程.同频小区重选优于异频/异系统的小区重选,设置这三个参数时应使得同频小区重选启动门限大于异频/异系统小区重选启动门限.Sintrasearch缺省值为5(即10 dB),Sintersearch缺省值为4(即8 dB),Ssearchrat缺省值为2(即4 dB),可以根据不同场景来设置,比如:在蜂窝密集的区域,可以设置Sintrasearch为7.

(4)PreambleRetransMax

该参数是用于UE在一个preamble攀升周期内preamble的最大重传次数.该值设得过小可能会使得preamble功率不能升到所需值,UE不能成功接入;设置过大可能会使UE不断升高功率,反复尝试接入,对其它用户造成干扰.缺省为8,在接通率比较差的情况下,可以考虑提高.

(5)Intra-FILTERCOEF

层3同频测量报告滤波时采用的测量平滑系数.层3滤波应尽量滤除随机冲击的能力,使得滤波后的测量值反映实际测量的基本变化趋势.由于输入层3滤波器的测量值已经经过层1滤波,基本消除了快衰落的影响,因此层3应对阴影衰落和少量快衰落毛刺进行平滑滤波,以为事件判决提供更优的测量数据.根据协议推荐,滤波系数常用值在{0,1,2,3,4,5,6}之间.滤波系数越大,对毛刺的平滑能力越强,但对信号的跟踪能力减弱,必须在两者之间进行权衡.同频滤波系数缺省配置为5,可以根据不同场景来设置,比如,在蜂窝密集的区域,可以设置为2.

(6)Intra-CellIndividualOffset

同频切换小区CPICH测量值偏移量,该值与实际测量值相加所得的数值用于UE的事件评估过程.UE将该小区原始测量值加上这个偏置后作为测量结果用于UE的同频切换判决.在切换算法中起到移动小区边界的作用.该参数由网规根据实际环境配置.在配置邻区时如果希望切换容易发生,可以配成正值,否则配成负值.在切换算法中起到移动小区边界的作用.该参数设置越大,则软切换越容易,处于软切换状态的UE越多,但占用前向资源;设置越小,软切换越困难,有可能影响接收质量.缺省值为0,即忽略该参数的影响.

(7)RLMaxDLPwr、RLMinDLPwr(面向业务)

分别表示下行DPDCH符号的最大发射功率和最小发射功率,使用与CPICH的相对值来表示.最大和最小功率之间为功控动态调整范围,可以取值为15dB.RLMinDLPwr设置过低有可能造成因为SIR估计错误等原因而引起发射功率过低,设置过高可能影响下行功控的正常进行.RLMaxDLPwr从容量角度考虑,不需要进行全覆盖的业务来说,可根据容量设计要求实际的信干比目标值以及实际的话统指标进行参数设置和调整.

3.4 路测数据分析

3.4.1 下行覆盖

(1)导频覆盖强度的分析

通常情况下,覆盖区域内各点下行接收的最强的RSCP要求在-85 dBm以上,在某些道路上出现了RSCP在-85 dBm～-105 dBm的区域.作为覆盖空洞,如果下行接收的RSSI没有太大的变化,会直接导致Ec/Io的衰落,不能满足业务覆盖的性能要求.导频RSCP Best Server的覆盖情况也可以用来衡量站址分布的是否合理.在预规划阶段,可以利用规划工具的覆盖预测结果来评估和选择站址的分布,来保证网络的覆盖均衡,但是由于数字地图的不够准确,会造成覆盖的效果和规划的不一致.导频的RSCP从Scanner和UE上看都是可以的,如果Scanner的天线放在车外,而UE在车内,则两者相差5～7 dB的穿透损耗.建议最好从Scanner的数据来看,这样可以避免因邻区漏配而导致UE测量的导频信息不完整的情况.

(2)主导小区分析

鉴于目前小区选择重选、软切换都是根据Ec/Io的变化情况来设定门限.因此,分析基于Scanner得到的各扰码在空载和下行加载50%的Ec/Io Best Server分布情况就显得比较重要.如果有存在多个Best Server并且Best Server频繁变化的区域,则认为是无主导小区.通常情况下,由于高站导致的越区不连续覆盖或者某些区域的导频污染,以及覆盖区域边缘出现的覆盖空洞,都很容易出现无主导小区,从而产生同频干扰,导致乒乓切换,影响业务覆盖的性能.一般来说,在优化前空载下的单站测试和导频覆盖验证阶段以及优化开始后下行加载50%的业务测试阶段,都必须做主导小区分析,这是给出RF优化措施的重要依据[3].

(3)UE和Scanner的覆盖对比分析

如果邻区漏配或者软切换参数、小区选择重选参数不合理,就会导致UE处于连接模式下的激活集内的Best Server或空闲模式下的驻留小区和Scanner主导小区不一致的情况出现.优化后UE和Scanner的Ec/Io的Best Server应当是保持一致.同时,应当尽量保证UE的覆盖图有清晰的Best Server界线.

下行码发射功率分布分析

通常情况下,可以先将UE路测数据导入后台分析软件(Genex Assistant),再导入经过时间对齐的下行码发射功率数据,就可以将下行码发射功率的数据地理化.NodeB的下行码发射功率可以在RNC后台记录,可以将这些数据经过Excel处理,得到其概率密度分布.虽然各个业务下行码发射功率的最大值和最小值不一样,但是如果在UE下行功控正常和网络覆盖良好的情况下,全网路测的大部分点的下行码发射功率,都应该相差不大,只有少数区域会偏高.

全网路测得到的下行码发射功率的Mean值,可以用来衡量该覆盖区域的下行路径损耗和同频干扰情况.对路测数据的重点分析,主要是那些偏高于均值,有很长时间维持在最大下行码发射功率的区域,而对比记录的UE路测数据,下行业务传输信道的BLER不收敛到目标值是导致下行码发射功率持续偏高的直接原因.分析的时候,可以首先分析该区域的导频RSCP的Best Server覆盖情况,是否由于信号盲区或覆盖空洞导致路径损耗增大;其次,分析该区域的导频Ec/Io的Best Server覆盖情况及激活集和监视集中小区数目情况,是否由于导频污染产生的同频干扰导致下行耦合损耗增大,如果没有导频污染的现象出现,就需要进一步关注下行RSSI的变化,如果RSSI相对其他区域有明显增大的情况,就需要对比Scanner采集的数据,进行主导小区对比,分析是否漏配邻区.当然对于外界的干扰也是需要考虑的,虽然有时在建站时就做过清频测试.

(5)软切换比例分析

根据采集的Scanner路测数据,可以得到软切换区比例,其定义为:

但是,软切换区比例是网络中软切换区的面积与网络覆盖总面积之比,它不能反映软切换对资源的耗费程度及对系统容量的影响,所以,应从话务量出发定义软切换比例,比如:

在网络优化过程中,由于没有用户,一般采用全网一次的UE路测数据,经过地理平均,获得处于软切换状态的点数占所有路测点数的比例,作为软切换比例,并且应当控制在30%～40%之间.

通过减小滤波系数,减少1A事件的触发时间、触发门限、迟滞,增大1B事件的触发时间、触发门限、迟滞,增加CIO,等参数的修改,都会导致增加软切换比例.对于微蜂窝覆盖区域,由于站点密集,软切换比例会偏高一些.

3.4.2 上行覆盖

(1)上行干扰分析

Node B的每个小区的上行RTWP数据可以在RNC后台记录,上行干扰是影响上行覆盖的主要因素,由于和天馈的设计、安装十分相关,每个运营商又有各自的特点,因此,产生上行干扰的原因在这里不作描述.这里主要描述如何通过上行RTWP的记录观察上行干扰,该小区的天线是空间分集接收,正常情况下,两根天线的接收信号变化趋势应当是相同的,但是图上主集上的信号没有波动,而从集上却有近20个dB的变化,表明该小区的从集上有间歇性干扰.同下行码发射功率持续达到最大值的下行覆盖受限现象一样,这样的上行干扰也会造成上行覆盖受限,导致网络性能变差.

(2)UE上行发射功率分布

UE的发射功率分布反映了上行干扰和上行路径损耗的分布情况.无论是微蜂窝还是宏蜂窝,UE的发射功率正常情况下,低于10 dBm,只有存在上行干扰或覆盖区域边缘的情况下,会急剧攀升,超过10 dBm,达到21 dBm而上行受限.相比较而言,宏蜂窝比微蜂窝更容易出现上行覆盖受限的情况.