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WCDMA外场测试中的覆盖测试
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摘要
本文介绍了WCDMA覆盖测试的必要性、说明了链路预算和覆盖测试方法，指出覆盖测试应采取的数据处理方式，最后，总结分析了影响覆盖测试结果的各种因素。
关键词
覆盖测试，链路预算，接收灵敏度，数据处理，网络规划，网络优化，小区呼吸
一、概述
当前，WCDMA网络已经进入了一个相对稳定期，基本设备已经达到商用水平。随着3G业务应用的不断发展，3G牌照发放的需求日益迫切，为了充分验证WCDMA的网络性能，网络覆盖性能测试日益凸现其必要性。本文结合3G外场试验，介绍了WCDMA网络覆盖测试的一些相关问题，希望能对实际的网络规划和优化工作提供参考。
二、覆盖测试必要性
在网络规划的初期，我们需要选择适当的无线传播模型来进行无线链路预算。无线传播模型的选择和准确程度直接关系到路径损耗、小区覆盖半径和UTRAN端基础设施的确定。如果模型估计值过高，则不利于网络资源的充分利用；反之，则影响无线网络的覆盖，出现导频污染、无主服务小区、容量不足、过多不必要的软切换、引入错误的相邻小区列表等问题。特别在复杂的市区环境下，传统的经验传播模型已经无法满足越来越高的网络设计的要求，对无线覆盖现场测试的需求日益迫切。
三、链路预算
WCDMA系统的链路预算是与小区的负荷估算相结合进行的。首先，必须根据在不同移动速度下每种业务的质量要求，获得相应的上下行的Eb/N0目标值(一般由设备厂家给出)，由此计算出各种业务的参考接收灵敏度。之后，在设定或者已知小区负荷的情况下，上行最大允许路径损耗的后续计算与GSM系统上行链路预算相似，而下行链路的预算问题要复杂些。鉴于总发射功率分配问题以及终端位置分布、软切换状态等不确定性，必须建立一个模型，作一些简化性的假设，才能计算出一个统计性的结果。
在建网初期，用户容量较小，手机的最大发射功率一般为21dBm，基站的最大发射功率一般为43dBm，此时WCDMA系统的覆盖范围通常由上行链路来决定。在实际网络运营中，由于基站天线高度和发射功率设置、无线传播环境和用户数量等因素的影响，基站的覆盖范围也会出现下行受限的情况。
1、最大允许路径损耗
最大允许路径损耗(MAX_PL)的计算公式：
MAX_PL= P_UL –S_BS –Losses - Margins + Gains
其中，P_UL(dBm)为手机(或基站)对于某种业务的最大发射功率；S_BS为基站(或手机)接收灵敏度；Losses(dB)为对应的总的损耗，如基站馈线损耗、各种连接器及合路器的损耗、建筑物和汽车等的穿透损耗、人体损耗等；Gains(dB)为对应增益，如基站和手机天线增益、软切换增益等；Margins(dB)为对应的总的余量，主要包括快衰落余量(功控余量)、阴影衰落余量和干扰余量等。
由最大路径损耗公式可看出，影响无线信号传播的因素很多，实际网络中遇到问题时，需具体情况具体分析，对问题进行准确的定位。
2、接收灵敏度
在理想功率控制的情况下，基站端接收到的各个移动台的信号具有相同的强度S，根据 ，可以推出 。
其中，Eb/N0为反向链路解调门限值， 为包括宽带噪声、本小区干扰和其他小区干扰在内的接收干扰功率， 为业务速率，W为信道带宽。
由以上公式可知，基站的接收灵敏度与系统噪声、干扰、业务速率和Eb/N0有关。对于不同种类的业务，其BLER目标值不同，所需要的Eb/N0也不同，再加上业务速率以及干扰和噪声的影响，其所要求的基站端接收灵敏度也不同，最终导致不同的业务有不同的覆盖范围。
在实际负载因子的计算中，还需要考虑话音激活因子和小区容量的影响。
下行链路的考虑同上行类似，只是在考虑实际下行干扰时多了一个正交因子，这是由于无线信道的多径传播造成的对正交码字的正交特性的影响。同时，必须考虑用户位置对负载因子计算的影响，因为对于不同位置的用户，其所受的本小区和邻小区的干扰是不同的，这点也不同于上行链路的考虑。
四、覆盖测试方法
覆盖测试分为导频信道和业务信道的覆盖测试，业务信道的覆盖测试针对话音业务、可视电话业务和分组域的业务分别进行。
1、加载方式
1)上行加载方式
在发送天线和UE之间加入衰减器：在实际加载时必须考虑衰减器的插入损耗，并确保上行和下行的插入损耗尽量达到平衡。
在基站的双工器之后的上行链路中加噪声：基站侧产生频率带宽为5MHz的高斯白噪声来提高底噪，此种方式只有当双工器有外部接口时才能实现。
通过系统参数设置限制手机的最大发射功率：通过设置最大允许上行发射功率来实现上行链路加载。相关参数将在系统消息里广播。此种方式下，手机和系统的参数必须能够很好地匹配。
2)下行加载方式
采用OCNS方式在DCH上加载；
直接在BCH上加载。
2、测试步骤
a.设置基站参数，包括基站最大发射功率、导频信道发射功率、被测业务的业务信道发射功率、目标BLER值、 本小区和周围小区的负载等；
b.建立相关业务呼叫，并保持通话状态；(仅业务信道覆盖测试)
c.选择一条径向路线，从基站处出发，以较为稳定的速度向小区边缘行驶；
c.测试过程中，记录接收的CPICH Ec、CPICH Ec/Io、手机发射功率和下行BLER值、基站业务信道发射功率和上行BLER值，并通过GPS接收机记录测试路线；
d.保持呼叫连接状态，直到手机与基站无法保持稳定连接，记录掉话点位置和相应测量值，记录行进过程中意外掉话点的位置和相应测量值；(仅业务信道覆盖测试)
e.改变被测小区和周围小区的负载，重复上述测试；
3、数据处理方式
由于无线信号的强度与无线环境密切相关，在多变的无线环境中用一个绝对值来描述无线信号状态是不准确的。从概率统计理论的角度看，可以通过有限采样点测试来评估信号覆盖的整体效果，保证测试结果的可靠性。在无线网络规划中，以概率分布密度函数PDF和累积分布函数CDF所建立的统计模型对网络覆盖的设计有很大意义。针对上下行受限的不同情况，通过计算出不同的业务在手机和基站达到最大发射功率时的手机到基站距离的概率分布函数PDF 和累计分布函数CDF，我们就可以较为准确地判定当前业务的覆盖边界。
4、结果分析
导频信号的测试是WCDMA无线信号测试的基础，是网络建立和调整的重要依据。由于导频信号的发射功率是恒定不变的，因此通过对导频信号的接收测量我们就可以对不同小区的传播损耗做出定量的分析与描述。同时，通过导频信道覆盖测试，可以检验网络的覆盖盲区和覆盖空洞，为后续的网络优化和基站的调整做准备。
空载情况下的业务信道覆盖测试可以验证WCDMA网络的一些基本特性，如功率控制等；同时可以对此种情况下不同业务的覆盖范围进行比较。本小区上下行和周围小区下行加载的测试条件可以近似地模拟实际网络运行情况下，周围小区在下行链路上对被测小区的基站和手机的干扰对被测小区覆盖范围的影响。同时，结合终端掉话时记录的Ec、Ec/Io、手机发射功率，基站业务信道功率，以及上行和下行的BLER值，分析掉话的原因，并判断当前业务是上行或下行受限，为后续网络优化调整提供参考。
五、覆盖测试结论
由于覆盖测试结果受多种因素，尤其是无线传播环境的制约，在此，不一一列举测试数据，仅对影响测试结果的各种因素进行分析。
1、本小区加载对覆盖距离的影响
本小区加载对被测小区覆盖的影响不是很大，这是因为在小区边缘位置，手机和基站之间路径损耗很大，本小区上下行加载对手机和基站端的影响都比较小。
2、周围小区下行加载对覆盖距离的影响
周围小区的加载使覆盖距离产生较大的收缩。周围基站加载后，在下行对被测小区的手机产生较大的干扰，使得被测小区的干扰电平提高，在软切换功能被禁止的情况下，终端将在小区边界因周围基站的干扰而掉话，最终导致被测基站覆盖范围的减小。
3、覆盖测试中上下行受限情况分析
覆盖测试中主要出现了三种情况的受限：手机发射功率受限，基站发射功率受限，基站和手机同时达到功率受限。在周围小区加载的情况，基本为基站下行发射功率受限。覆盖测试中，软切换功能是被禁止掉的，在正常网络运营的情况下，通过设置适当的软切换区域，可以使上下行链路达到平衡。在周围小区加载情况下如果出现上行受限的情况，则表明被测基站出现过覆盖问题，应通过适当地调整天线或基站发射功率等来减小覆盖范围，同时必须考虑切换对重叠覆盖的要求和系统容量的要求。
4、业务速率和网络负荷对覆盖距离的影响
1)随着业务速率的增加，小区的覆盖半径基本呈现减小的趋势；
2)随着网络负荷的增加，小区的覆盖半径基本呈现减小的趋势。
5、影响覆盖范围的主要因素
由上述分析及测试结果可见，基站的覆盖范围主要受以下因素的影响：
基站规划：基站位置，站间距以及天线的设置等因素对覆盖的影响；
功率配置：导频信道信号强度和各控制信道以及业务信道的功率配置；
路径损耗：必须考虑在城区，郊区，室内等不同传播环境下路径损耗的差异性；
系统的负荷：系统容量越大，覆盖范围越小；
业务的多样性：不同的业务QOS指标不一样，对网络性能的要求也不同。
由于WCDMA系统中小区呼吸效应的存在，容量、覆盖和服务质量三者在WCDMA中是交织在一起的，因此，在进行覆盖规划或优化工作时，必须同时考虑容量、不同业务以及不同服务质量的要求。
六、总结
由于无线传播过程中存在多径效应、慢衰落、快衰落，多普勒效应等的影响，很难找到准确的传播模型来进行无线网络的规划，因此，现场覆盖测试成为评估系统性能的最重要也是最可靠的手段之一。
通过覆盖测试，不但可以验证网络规划，查找覆盖中存在的盲区和空洞；还可以对不同业务信道的覆盖范围进行比较，对理论结果进行验证；通过对同一种业务在不同无线传播环境下的测试还可以验证链路预算中的各个参数对业务覆盖的影响。覆盖测试的很大一部分工作就是数据处理，采用合理的数据结果统计模型是确保结果可靠性的关键。
由于小区呼吸的存在，WCDMA系统的覆盖、容量和服务质量是密切相关的，不同的业务速率及服务质量要求和不同的网络负荷将导致不同的覆盖范围。在网络规划及优化过程中，根据实际需要，需设置不同的参数，经过多次软件仿真和实际测试不断优化，才能达到设计目标。 作者：中国泰尔实验室 马小丽 来源：新浪科技
本文介绍了WCDMA覆盖测试的必要性、说明了链路预算和覆盖测试方法，指出覆盖测试应采取的数据处理方式，最后，总结分析了影响覆盖测试结果的各种因素。
关键词
覆盖测试，链路预算，接收灵敏度，数据处理，网络规划，网络优化，小区呼吸
一、概述
当前，WCDMA网络已经进入了一个相对稳定期，基本设备已经达到商用水平。随着3G业务应用的不断发展，3G牌照发放的需求日益迫切，为了充分验证WCDMA的网络性能，网络覆盖性能测试日益凸现其必要性。本文结合3G外场试验，介绍了WCDMA网络覆盖测试的一些相关问题，希望能对实际的网络规划和优化工作提供参考。
二、覆盖测试必要性
在网络规划的初期，我们需要选择适当的无线传播模型来进行无线链路预算。无线传播模型的选择和准确程度直接关系到路径损耗、小区覆盖半径和UTRAN端基础设施的确定。如果模型估计值过高，则不利于网络资源的充分利用；反之，则影响无线网络的覆盖，出现导频污染、无主服务小区、容量不足、过多不必要的软切换、引入错误的相邻小区列表等问题。特别在复杂的市区环境下，传统的经验传播模型已经无法满足越来越高的网络设计的要求，对无线覆盖现场测试的需求日益迫切。
三、链路预算
WCDMA系统的链路预算是与小区的负荷估算相结合进行的。首先，必须根据在不同移动速度下每种业务的质量要求，获得相应的上下行的Eb/N0目标值(一般由设备厂家给出)，由此计算出各种业务的参考接收灵敏度。之后，在设定或者已知小区负荷的情况下，上行最大允许路径损耗的后续计算与GSM系统上行链路预算相似，而下行链路的预算问题要复杂些。鉴于总发射功率分配问题以及终端位置分布、软切换状态等不确定性，必须建立一个模型，作一些简化性的假设，才能计算出一个统计性的结果。
在建网初期，用户容量较小，手机的最大发射功率一般为21dBm，基站的最大发射功率一般为43dBm，此时WCDMA系统的覆盖范围通常由上行链路来决定。在实际网络运营中，由于基站天线高度和发射功率设置、无线传播环境和用户数量等因素的影响，基站的覆盖范围也会出现下行受限的情况。
1、最大允许路径损耗
最大允许路径损耗(MAX_PL)的计算公式：
MAX_PL= P_UL –S_BS –Losses - Margins + Gains
其中，P_UL(dBm)为手机(或基站)对于某种业务的最大发射功率；S_BS为基站(或手机)接收灵敏度；Losses(dB)为对应的总的损耗，如基站馈线损耗、各种连接器及合路器的损耗、建筑物和汽车等的穿透损耗、人体损耗等；Gains(dB)为对应增益，如基站和手机天线增益、软切换增益等；Margins(dB)为对应的总的余量，主要包括快衰落余量(功控余量)、阴影衰落余量和干扰余量等。
由最大路径损耗公式可看出，影响无线信号传播的因素很多，实际网络中遇到问题时，需具体情况具体分析，对问题进行准确的定位。
2、接收灵敏度
在理想功率控制的情况下，基站端接收到的各个移动台的信号具有相同的强度S，根据 ，可以推出 。
其中，Eb/N0为反向链路解调门限值， 为包括宽带噪声、本小区干扰和其他小区干扰在内的接收干扰功率， 为业务速率，W为信道带宽。
由以上公式可知，基站的接收灵敏度与系统噪声、干扰、业务速率和Eb/N0有关。对于不同种类的业务，其BLER目标值不同，所需要的Eb/N0也不同，再加上业务速率以及干扰和噪声的影响，其所要求的基站端接收灵敏度也不同，最终导致不同的业务有不同的覆盖范围。
在实际负载因子的计算中，还需要考虑话音激活因子和小区容量的影响。
下行链路的考虑同上行类似，只是在考虑实际下行干扰时多了一个正交因子，这是由于无线信道的多径传播造成的对正交码字的正交特性的影响。同时，必须考虑用户位置对负载因子计算的影响，因为对于不同位置的用户，其所受的本小区和邻小区的干扰是不同的，这点也不同于上行链路的考虑。
四、覆盖测试方法
覆盖测试分为导频信道和业务信道的覆盖测试，业务信道的覆盖测试针对话音业务、可视电话业务和分组域的业务分别进行。
1、加载方式
1)上行加载方式
在发送天线和UE之间加入衰减器：在实际加载时必须考虑衰减器的插入损耗，并确保上行和下行的插入损耗尽量达到平衡。
在基站的双工器之后的上行链路中加噪声：基站侧产生频率带宽为5MHz的高斯白噪声来提高底噪，此种方式只有当双工器有外部接口时才能实现。
通过系统参数设置限制手机的最大发射功率：通过设置最大允许上行发射功率来实现上行链路加载。相关参数将在系统消息里广播。此种方式下，手机和系统的参数必须能够很好地匹配。
2)下行加载方式
采用OCNS方式在DCH上加载；
直接在BCH上加载。
2、测试步骤
a.设置基站参数，包括基站最大发射功率、导频信道发射功率、被测业务的业务信道发射功率、目标BLER值、 本小区和周围小区的负载等；
b.建立相关业务呼叫，并保持通话状态；(仅业务信道覆盖测试)
c.选择一条径向路线，从基站处出发，以较为稳定的速度向小区边缘行驶；
c.测试过程中，记录接收的CPICH Ec、CPICH Ec/Io、手机发射功率和下行BLER值、基站业务信道发射功率和上行BLER值，并通过GPS接收机记录测试路线；
d.保持呼叫连接状态，直到手机与基站无法保持稳定连接，记录掉话点位置和相应测量值，记录行进过程中意外掉话点的位置和相应测量值；(仅业务信道覆盖测试)
e.改变被测小区和周围小区的负载，重复上述测试；
3、数据处理方式
由于无线信号的强度与无线环境密切相关，在多变的无线环境中用一个绝对值来描述无线信号状态是不准确的。从概率统计理论的角度看，可以通过有限采样点测试来评估信号覆盖的整体效果，保证测试结果的可靠性。在无线网络规划中，以概率分布密度函数PDF和累积分布函数CDF所建立的统计模型对网络覆盖的设计有很大意义。针对上下行受限的不同情况，通过计算出不同的业务在手机和基站达到最大发射功率时的手机到基站距离的概率分布函数PDF 和累计分布函数CDF，我们就可以较为准确地判定当前业务的覆盖边界。
4、结果分析
导频信号的测试是WCDMA无线信号测试的基础，是网络建立和调整的重要依据。由于导频信号的发射功率是恒定不变的，因此通过对导频信号的接收测量我们就可以对不同小区的传播损耗做出定量的分析与描述。同时，通过导频信道覆盖测试，可以检验网络的覆盖盲区和覆盖空洞，为后续的网络优化和基站的调整做准备。
空载情况下的业务信道覆盖测试可以验证WCDMA网络的一些基本特性，如功率控制等；同时可以对此种情况下不同业务的覆盖范围进行比较。本小区上下行和周围小区下行加载的测试条件可以近似地模拟实际网络运行情况下，周围小区在下行链路上对被测小区的基站和手机的干扰对被测小区覆盖范围的影响。同时，结合终端掉话时记录的Ec、Ec/Io、手机发射功率，基站业务信道功率，以及上行和下行的BLER值，分析掉话的原因，并判断当前业务是上行或下行受限，为后续网络优化调整提供参考。
五、覆盖测试结论
由于覆盖测试结果受多种因素，尤其是无线传播环境的制约，在此，不一一列举测试数据，仅对影响测试结果的各种因素进行分析。
1、本小区加载对覆盖距离的影响
本小区加载对被测小区覆盖的影响不是很大，这是因为在小区边缘位置，手机和基站之间路径损耗很大，本小区上下行加载对手机和基站端的影响都比较小。
2、周围小区下行加载对覆盖距离的影响
周围小区的加载使覆盖距离产生较大的收缩。周围基站加载后，在下行对被测小区的手机产生较大的干扰，使得被测小区的干扰电平提高，在软切换功能被禁止的情况下，终端将在小区边界因周围基站的干扰而掉话，最终导致被测基站覆盖范围的减小。
3、覆盖测试中上下行受限情况分析
覆盖测试中主要出现了三种情况的受限：手机发射功率受限，基站发射功率受限，基站和手机同时达到功率受限。在周围小区加载的情况，基本为基站下行发射功率受限。覆盖测试中，软切换功能是被禁止掉的，在正常网络运营的情况下，通过设置适当的软切换区域，可以使上下行链路达到平衡。在周围小区加载情况下如果出现上行受限的情况，则表明被测基站出现过覆盖问题，应通过适当地调整天线或基站发射功率等来减小覆盖范围，同时必须考虑切换对重叠覆盖的要求和系统容量的要求。
4、业务速率和网络负荷对覆盖距离的影响
1)随着业务速率的增加，小区的覆盖半径基本呈现减小的趋势；
2)随着网络负荷的增加，小区的覆盖半径基本呈现减小的趋势。
5、影响覆盖范围的主要因素
由上述分析及测试结果可见，基站的覆盖范围主要受以下因素的影响：
基站规划：基站位置，站间距以及天线的设置等因素对覆盖的影响；
功率配置：导频信道信号强度和各控制信道以及业务信道的功率配置；
路径损耗：必须考虑在城区，郊区，室内等不同传播环境下路径损耗的差异性；
系统的负荷：系统容量越大，覆盖范围越小；
业务的多样性：不同的业务QOS指标不一样，对网络性能的要求也不同。
由于WCDMA系统中小区呼吸效应的存在，容量、覆盖和服务质量三者在WCDMA中是交织在一起的，因此，在进行覆盖规划或优化工作时，必须同时考虑容量、不同业务以及不同服务质量的要求。
六、总结
由于无线传播过程中存在多径效应、慢衰落、快衰落，多普勒效应等的影响，很难找到准确的传播模型来进行无线网络的规划，因此，现场覆盖测试成为评估系统性能的最重要也是最可靠的手段之一。
通过覆盖测试，不但可以验证网络规划，查找覆盖中存在的盲区和空洞；还可以对不同业务信道的覆盖范围进行比较，对理论结果进行验证；通过对同一种业务在不同无线传播环境下的测试还可以验证链路预算中的各个参数对业务覆盖的影响。覆盖测试的很大一部分工作就是数据处理，采用合理的数据结果统计模型是确保结果可靠性的关键。
由于小区呼吸的存在，WCDMA系统的覆盖、容量和服务质量是密切相关的，不同的业务速率及服务质量要求和不同的网络负荷将导致不同的覆盖范围。在网络规划及优化过程中，根据实际需要，需设置不同的参数，经过多次软件仿真和实际测试不断优化，才能达到设计目标。 作者：中国泰尔实验室 马小丽 来源：新浪科技
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