规划软件中的cdma2000 1X EV-DO覆盖预测

规划软件中的cdma2000 1X EV-DO覆盖预测

林凯雄，杨大成

北京邮电大学电信工程学院，北京，100876

E-mail: tidy.blue@gmail.com

摘 要:与其它3G的无线通信系统相似，CDMA2000 1X EV-DO系统网络的规划也存在相当大的复杂性，因而需要借助无线网络规划软件来协助规划。文章主要介绍了在无线规划软件中，覆盖预测模块在软件中的作用和地位，阐述了CDMA2000 1X EV-DO覆盖预测结果指标分类，定义及其作用。

关键词：EV-DO，无线网络规划，覆盖预测

1. 引 言

cdma2000是第三代移动通信系统三大标准之一，它采用了与窄带系统IS-95相兼容的技术，实现了2G到3G的平滑过渡。然而，cdma2000第一阶段cdma2000 1X的容量已经是IS-95的两倍，并引入了分组域以支持低速率数据业务，但数据传输能力仍未达到3G网络的传输要求。[1] 因此，3GPP2在cdma2000的演进中引入了CDMA2000 1X EV-DO，并在北美、欧洲和亚洲部分地区实现了商用，是两种已经实现商用的3G无线宽带技术之一。

尽管CDMA2000 1X EV-DO技术为了适应高速分组传输的特点采用了与cdma2000 1X差别较大的技术，但其核心采用的依然是CDMA技术。由于CDMA系统的自干扰特性，网络的容量、覆盖、质量有着强的相关性，从而CDMA2000 1X EV-DO网络建设方案的规划设计表现出了相当大的复杂度，需要借助计算机来辅助完成，而这也是无线网络规划软件出现的原因。

-1-

http://www.paper.edu.cn

2. 覆盖预测的作用

开始收集数据导入电子地图导入设备数据并调整基本参数导入或生成话务数据Monte Carlo仿真对结果进行覆盖预测仿真结果符合要求调整相关参数完成 图 2-1软件规划流程

利用无线网络规划软件进行网络方案设计，一般的操作流程如图 2-1所示。其中Monte Carlo仿真在整个流程中有着比较重要的地位。它根据对特定网络中提取的业务模型将网络中连续的用户行为切割成彼此的时间片。对每个时间片利用迭代收敛的方式计算调整网络对用户的反馈，最终得到相对稳定的网络瞬时状态。最后对这些瞬时状态进行统计，得到相应业务模型下网络对应状态的统计结果。[2]而覆盖预测则是对Monte Carlo仿真的结果进行了进一步的分析和评估。覆盖预测利用仿真结果，可以分析出对应网络状态下，该网络在覆盖、性能和业务质量等方面更加详细的情况，并给出相应的指标结果。工程人员可以通过覆盖预测的指标结果，更直观地观察当前方案在对应业务模型性的性能状况，更简便地判断方案的优劣。

因此在这个过程中，覆盖预测指标的选择和确定，无疑对工程人员能否直观简便地做出判断有着密切的关系。

3. 覆盖预测指标

覆盖预测的结果指标，主要是基于工程上常用的描述网络性能状态的指标，目的是细化规划结果，从不同的角度表现网络的状态，从而使工程人员能够方便直观地观察到网络的状态，判断当前方案是否满足设计需求，并能根据需要做出相应的调整。

-2-

http://www.paper.edu.cn

3.1. 指标的分类

依据结果的表现形式上来划分，可以分为图形结果和文本结果（或报表结果）。图形结果是将指标值按照用户设定的图例，投射在电子地图相应的点上，相对直观明了，但缺乏全局感，不便于把握网络的整体状态。文本结果则是将分析的样点结果进行二次分析统计，依据默认经验数值或用户给定的门限自动生成报表，便于用户判断网络性能优劣，数据详尽而且更体现整体性能。

依据结果统计依赖的数据来划分，可以分为基于路损结果、基于导频结果和基于遍历Bin点*结果。这种划分方式是从覆盖预测算法的实现角度上入手，经过对结果指标的分析可以发现，虽然指标的定义各不相同，但某些指标都会共享相同的预备数据。理清这些数据的相互依赖性，可以简化运算，减少冗余数据和遍历次数，提高算法的效率。

依照考察目的不同划分，可以分为基于载频分析结果、基于逻辑小区（简称“小区”）分析结果和基于业务分析结果。CDMA2000 1X EV-DO是一个支持多载频、多业务的系统，每一个CDMA2000 1X EV-DO的基站可以划分为多个扇区（即接入点AP,下同），而每个扇区配上不同的载频，又可以得到多个小区。如果以某一载频作为基本考察的对象，则得到基于载频分析结果；如果以扇区作为基本考察对象，则得到基于扇区分析的结果；如果以业务为基本考察对象，则得到基于业务分析的结果。

3.2. 分析指标的定义

下面依照考察目的的分类方法，逐一介绍CDMA2000 1X EV-DO系统覆盖预测中使用的指标的定义和意义。 3.2.1. 载频分析结果

以下指标的计算都是基于某一确定的导频得到的，不考虑不同频小区。 最小路径损耗

*

Bin点：规划软件中，将数字地图上分析区域按照用户定义的计算精度划分成对应大小的单元，每个单元称为一个Bin点。

-3-

http://www.paper.edu.cn

图 3-1 最小路径损耗示意图

如图 3-1所示，地图上的某一点，可能会收到多个基站的影响。以分析点为圆心，以小区计算半径为半径范围内的所有扇区，都可以视为对该点有影响的扇区。每一个对该点有影响的扇区到该点，都可以得到一个对应的路径损耗值。此处的路径损耗包括传播损耗、基站端的天线增益和馈线损耗等，它可以反应地图上某点的覆盖情况。当路径损耗小于一个特定值的时候可以认为基站在该点有覆盖，在此基础上路径损耗值越小，基站在该点的覆盖情况越好。

最小路径损耗计算计算公式为：

PLmin=

其中：

j∈{j|bin(x,y)∈Aj}

min

(PLj)

PLj

为扇区j到bin（x,y）点的路径损耗（包括扇区天线增益和扇区馈线损耗）

PLmin为所有覆盖范围包含bin (x,y)点的扇区到该点的路径损耗的最小值

路径损耗在统计时要考虑到扇区的天线增益，计算公式为：

pathlosscableant

L↓=L+L−GJ(x,y)J(x,y)JJ(x,y)

其中：

L↓J(x,y)

为扇区j到bin (x,y)点处的前向路径净损耗；

为基于传播预测得到的扇区j到bin (x,y)点的路径损耗；

pathlossLJ(x,y)

LcableJ

为扇区j的馈线损耗；

为扇区j对bin (x,y) 点处的天线增益；

GJantenna(x,y)

注：以上各参量单位为dB。 接收总功率

-4-

http://www.paper.edu.cn

该指标指在指定载频上，某个bin点的接收总功率，包括接收到的主服务小区的发射功率，其它小区的发射功率以及各种噪声。因此接收总功率也可以视为该点受到的干扰强度。

在CDMA2000 1X EV-DO系统中，前向为时分复用的（包括用户之间的复用和某个用户各个信道之间的复用），因此每个小区的导频信道功率，公共信道功率以及业务信道功率都是恒定的，计算时可以用此设定的功率来计算逻辑扇区到达终端的信号强度。

rx

Io(x,y)= P(x,y)∑j

j∈{j| bin(x,y)∈Aj}

Pjrx(x,y)=

其中，

PjtxLPathLoss

Io(x,y) 表示地图上某bin(x,y)点的总功率，也可以视为该点的干扰

Pjrx(x,y)表示地图上某bin(x,y)点接受到的来自小区j的功率

Pjtx表示指定载频上小区j的发射功率，同时也等于该小区的导频信道功率，公共信道

功率，业务信道功率。 主服务小区

在某一载频上，最有可能为该bin点的终端提供服务的小区称为该点的主服务小区。利用“主服务小区”，可以观察该载频各小区的覆盖区域，判断当前方案是否满足预期基本覆盖要求。

在CDMA2000 1X EV-DO系统中，前向没有软切换，因此主服务扇区的选择就十分重要。在CDMA2000 1X EV-DO系统中，bin(x,y)点的主服务小区是根据该点接收到的计算半径内各小区导频Ec/Io的强度来判断的。但由于覆盖预测对网络的性能的评估是从统计意义上来说的，bin(x,y)点接收到各小区的导频Ec/Io强度从统计的角度上看是呈对数正态分布的，如图 3-2。因此在规划软件的实际实现中，不应该也不可能单纯地使用bin(x,y)点接收到的导频Ec/Io均值强度最强的小区为主服务小区，而是采用满足导频Ec/Io均值门限最大概率来确定。即给定了导频Ec/Io门限（Ec/Io）th 和门限概率P1，设Pj 为bin(x,y)接收到的小区j的导频Ec/Io中大于门限（Ec/Io）th 的概率，则Pj大于门限概率P1且最大者对就的小区即认为是该点的主服务小区。

-5-

http://www.paper.edu.cn

图 3-2 bin点接收到的Ec/Io分布曲线

其中，小区j的导频信道EcIoi的计算方法如下

(Ec/Io)j=

Pjtx/LPathLoss

Io

其中Pj为指定载频上某逻辑扇区的发射功率，Lpathloss为小区j到该bin点在指定载频上的路径损耗，而Io为该bin点在指定载频上的接收总功率。 最强导频Ec/Io

最强导频Ec/Io，即为bin(x,y)点收到的主服务小区导频Ec/Io的强度。即

tx

(Ec/Io)max=(Ec/Io)BestServer

合并导频Ec/Io

合并导频强度计算处于激活集中小区的导频合并Ec/Io值，合并导频强度可以用来判断发生软切换可能性的大小，若合并导频强度比任何一个小区单独的Ec/Io都大，说明在该bin点处发生软切换的可能性较大，反之则较小。

合并导频Ec/Io可以通过以下公式得到：

Ec/Io(x,y)com=

其中，

Ec/Io((x,y),)>(Ec/Io)f−avail

∑

Ec/Io((x,y),j)

Ec/Io((x,y),j)=

rxPpilot((x,y),j)

Io(x,y)+N0×W×F

-6-

http://www.paper.edu.cn

Ec/Io((x,y),j)表示bin(x,y)接收到的小区j导频的Ec/Io强度

rxPpilot((x,y),j)表示bin(x,y)接收到的小区j的导频功率强度

Io(x,y)表示bin(x,y)点接收到影响小区的总功率强度 N0表示噪声功率谱密度

W表示噪声等效带宽

F表示接收机的噪声系数

激活集中的导频Ec/Io要求大于指定门限（Ec/Io）Th的概率P大于某个值P1。 最强导频与合并导频比值

在CDMA2000 1X EV-DO系统中，最强导频与合并导频的在差值（对数上的差值）可以用来判断bin点处的主服务小区是否明显，若该值较大的话，说明该bin点主服务小区的导频强度较强，发生软切换的几率小，反之，则说明该bin点激活集中的各个小区导频强度之间相差不大，故发生软切换的几率要高一些。

最强导频与合并导频的比值可以表示如下：

((Ec/Io)Dif)dB=((Ec/Io)BestServer)dB−((Ec/Io)comb)dB

其中，

((Ec/Io)Dif)dB表示最强导频与合并导频的差值，db值。

((Ec/Io)BestServer)dB：表示该点接收到主服务小区导频Ec/Io值，db值。

((Ec/Io)comb)dB：表示该点的合并导频Ec/Io值，db值。

软切换类型

软件切换类型是指在指定载频上，处于该bin点的终端的软切换类型。

CDMA2000 1X EV-DO的切换为虚拟软切换（Virtual Soft Handoff）或者是快速小区选择（Fast Cell Site Selection）。即在前向，业务数据是从一个扇区发送向一个终端，因此，对于业务信道来说，是没有软切换的，而终端却能接收激活集中各个小区的导频信道和MAC信道。在反向，激活集中的每个小区都在接收终端发送的信号，包括了导频信道，DRC信道，ACK信道以及业务信道。对于该系统，软切换的类型就包括无覆盖，软切换，更软切换，三路软更软，三路软切换等类型。注意一点，软切换类型是根据前向的导频信道来判断的，却是应用到反向链路上的。

根据地图上每个bin接收到的Ec/Io，按照一定的软切换算法计算软切换类型（soft，softer和soft-softer中的一种）。

软切换类型判断方法如下：

[无软切换] ：激活集导频数为1，即只有一个扇区的导频

-7-

Ec/Io大于软切换加入窗口门

http://www.paper.edu.cn

限。

[两路软切换] ：激活集导频数为2，且这两个扇区属于不同的基站。 [两路更软切换] ：激活集导频数为2，且这两个扇区属于同一个基站。 [三路软切换] ：激活集导频数为3，且这三个扇区属于不同的基站。

[三路软-更软切换] ：激活集导频数为3，且这三个扇区中有两个属于同一个基站。 [三路更软切换] ：激活集导频数为3，且这三个扇区中都属于同一个基站。 [无覆盖] ：激活集导频数为0。前向未覆盖到bin点。 几何因子

几何因子表示在指定载频上，某个bin点接收到的本小区的功率与接收到的其他小区的功率以及热噪声的和的比。

在CDMA2000 1X EV-DO系统中，由于各个前向信道是时分复用的，各个信道的信噪比都相同，并且等于几何因子G，因此这个分析指标由比较重要的意义。几何因子的大小直接影响了最大传输的前向数据速率。如图 3-3。

图 3-3 CDMA2000 1X EV-DO前向链路不同速率SINR-PER曲线

几何因子可以由以下公式得到：

Pjtx/LpathlossIor

G==

Ioc+PNIo−Pjtx/Lpathloss

其中，

Ior为该bin点接收到本扇区的发射功率 Ioc为该bin点接收到的其他扇区的发射功率

-8-

http://www.paper.edu.cn

PN为热噪声的功率

Pjtx为扇区发射功率

Lpathloss为本扇区到该bin点的净损耗

Io为该bin点的接收总功率。

前向最高速率

前向最高速率在指定载频下，某个bin支持的最高的前向数据速率。CDMA2000 1X CDMA2000 1X EV-DO系统前向为时分复用，在每一个时隙，只能向一个用户提供服务。当为某个用户提供服务时，根据信道的条件，以最高的速率发送用户的数据。因此，“前向最高速率”是表现当前网络性能的重要指标。

计算前向最高数据速率时，首先从用户选择的承载中选择速率最高的前向承载，根据前向承载的参数（速率，PER，信道类型）查表获得最高速率计算所需的（Eb/N0）target。然后根据以下公式计算小区的满足（Eb/N0）target 需要的发射功率：

由

P/LpathLoss(x,y)EbCWWWP=×()=×=× N0IRRIo−(P/LpathLoss(x,y))RIo×LpathLoss(x,y)−P其中： (Eb

)表示bin(x,y)点接收到的主服务小区的导频Eb/N0 N0

P表示主服务小区的发射功率。 LpathLoss(x,y)表示主服务小区到bin(x,y)点的路径损耗，包括扇区端的路径损耗和增益。 EbR()×=k 设targetNoW则主服务小区要达到目标速率所需的目标功率 Ptarget=k×Io×LpathLoss(x,y) 1+k比较Ptarget 和主服务小区的最大发射功率Pmax ，如果Ptarget http://www.paper.edu.cn

得到反向最高速率的算法与“前向最高速率”指标思路类似。首先将用户选择分析的前向承载按速率排序，根据反向承载的参数取得得到该速率需要满足的目标（Ec/N0 ）targe 。然后根据下面的公式取得终端目标发射功率：

Ptarget=(Eb/N0)target×LpathLoss×Prxinterference×

其中， 1 G

Ptarget表示要得到目标速率终端必须使用的发射功率 LpathLoss表示终端与主服务小区之前的路径损耗 Prxinterference表示主服务小区目标接收到的总功率，由Monte Carlo仿真结果给出 G表示系统的处理增益，一般情况下G=W，其中W为系统扩频带宽，R为数据速率。 R如果P最后将得到的Ptarget与终端的最大发射功率Pmax 进行比较，targetPmax 则尝试同一承载的其它PER和信道类型组合；如果仍然无法满足需求，则计算低一个等级的速率承载，依此类推。 3.2.2. 扇区分析结果 扇区分析结果指标与载频分析结果类似，不同之处只在于基于载频结果只考虑同一载频的小区，而基于扇区分析的结果则优先考虑指定的优先载频，同时将不同载频的小区都纳入考虑范围，得到一个更加综合的结果，而指标的定义都与基于载频结果类似，此处就不再赘述。 3.2.3. 业务分析结果 CDMA2000 1X EV-DO系统是专门为数据业务设计的系统，而数据业务的一个特点就是前反向的业务量是不对称的，常见的非对称业务有网页浏览，FTP业务，流媒体业务；当然也存在了对称业务，比如VoIP业务，无线视频会议业务等等。这样，不同的业务有不同的前反向业务量，难以定义网络的平衡与覆盖。基于业务分析可以让用户可以更全面的了解网络能够支持的业务覆盖质量网络平衡程度。 终端发射功率 终端发射功率指的是实现对应业务，终端需要满足的发射功率。对于每一种特定的业务，都有可能设置一个或多个前反向承载，而每个承载在不同的配置参数下，又有着不同的目标-10-

http://www.paper.edu.cn

（Eb/N0）target ，也决定着有不同的目标发射功率。

终端发射功率是采取的是对bin点处的最佳估计，所以目标（Eb/N0）target-min 是指从业务指定的前向承载中，根据当前网络的承载配置情况筛选满足要求的（Eb/N0）target ，并取其最小值得到。

然后根据以下公式可以得到终端需要目标发射功率：

txPreq=(

EbRrx

)target−min××Pinterference×LpathLoss N0W

其中，

tx

Preq表示终端需要的目标发射功率

rxPinterference表示由Monte Carlo仿真结果给出的主服务小区的全部接收功率

LpathLoss表示该点到主服务小区的路径损耗。

然后得到的Preq并不是最终结果，而是还要将Preq与终端自身的最大发射功率Pmax 和最小发射功率Pmin作比较。如果Preq>Pmax 则表示该点无法满足业务的最低需求；如果Preq覆盖质量的得到相对比较简单，该指标主要是为了表示业务选择的前反向承载是否可以达到预期的覆盖质量。覆盖质量的判断标准是主服务小区的几何因子和终端发射功率，即根据某bin点主服务小区的几何因子大于给定门限的概率大小和终端发射功率落在的功率区间来判断该点覆盖质量的优劣。

一般的情况下，认为终端发射功率小于16dBm为“覆盖质量好”，大于16dBm而小于20dBm为“覆盖质量中”，在20dBm到24dBm之间为“覆盖质量差”，如果手机大于24dBm就认为此点“无覆盖”，当然以上区间的划分是可以根据工程需要进行调整的。而对于主服务小区的几何因子，与其比较的门限与业务所选择的反向承载有关。根据反向承载及相关的参数（是否有收发分集，信道类型，FER），得到目标的最小（Eb/N0 ）target ，根据

tx

tx

tx

tx

tx

SNR=(

其中，

EbW

)target÷ N0R

W

W表示系统的处理增益 R

得到目标信噪比SNR，一般情况下终端接收到的功率Io都远大于噪声N0 ，所以SNR可以近似认为是目标几何因子Gtarget 。将Gtarget 门限与bin点之前计算得到的几何因子进行比较，得到Gbin(x,y) 大于Gtarget 的概率P，根据P落在的不同区间确定该点几何因子的覆盖

-11-

http://www.paper.edu.cn

质量。

最终综合终端发射功率和几何因子的覆盖质量，取二者最差的情况作为当前该bin点的覆盖质量情况。最终在地图上得到相应的图形结果，便于用户直观观察到覆盖质量分布情况。 链路平衡

不同的业务，根据业务需求，都会选择不同的前反向承载。而不同的方向的不同承载，满足业务要求的Eb/No也不相同。因此可能出现前向有覆盖反向无覆盖或前向无覆盖反向有覆盖的情况。

在CDMA2000 1X EV-DO系统中，如果前向链路功率很大，就会对其他扇区的移动台产生干扰。另一方面，如果反向功率很大，将会牺牲容量，所以最好是前、反向链路半径相同，即前反向链路平衡。

链路平衡也是利用前向主服务扇区的几何因子G，反向手机发射功率作为判断标准。其中几何因子的目标值Gtarget 的获得与“覆盖质量”指标一样。平衡类型种类的划分可以参照表格 1。

表格 1 覆盖平衡种类划分

覆盖平衡种类 前反向覆盖平衡 前向覆盖到（反向无覆盖）

反向覆盖到（前向无覆盖）

前反向均无覆盖

几何因子 反向终端发射功率

P>P1 QP1 Q>Q1 PQ1 其中P为bin点几何因子大于目标几何因子的概率，P1为设定的门限；Q为该点反射的终端发射功率，Q1为门限值。

4. 结论

综上所述，覆盖预测在规划软件的流程中，起到的是一个分析评估的作用。覆盖预测的结果对于工程人员研判规划方案是否满足设计要求有着重要的作用。而cdma2000 1x EV-DO系统作为一个多载频多业务的系统，它与其它的CDMA系统有着共同点也存在差异。因此对于cdma2000 1x EV-DO系统覆盖预测的结果指标定义，需求根据系统的实际情况重新定义或采用新的评估标准。

参考文献

[1] 张余，常永宇。《cdma2000的演进路程》[J]。移动通信，2005，5：71。

[2] 华为技术有限公司。 《cmda2000 1x 无线网络规划与优化》[M]，第三版，人民邮电出版社，2005 [3] 啜钢 等。《CDMA无线网络规划与优化》[M],第一版，机械工业出版社，2004：193-145 [4] 大洋信业通信有限公司。《TOP3 无线网络规划技术手册》 [5] Atoll 公司。《Technical Reference Guide》

-12-

http://www.paper.edu.cn

Coverage Prediction of cdma2000 1x EV-DO

in Radio Network Planning Tools

Lin Kaixiong, Yang Dacheng

School of Telecommunication Engineering, Beijing University of Posts and Telecommunications,

Beijing, China(100876) tidy.blue@gmail.com

Abstract

Coverage Prediction is one indispensable part in radio network planning flow. The paper first introduces the function of Coverage Prediction in the planning tool. And then it discusses the classification, definitions and functions of some performance indicators in cdma2000 1X EV-DO Coverage Prediction.

Keywords: EV-DO, Radio Network Planning, Coverage Prediction

-13-