【資料名稱】：仿真材料

【資料作者】：仿真材料

【資料日期】：2012-07-10

【資料語言】：中文

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【資料目錄和簡介】：

1、網(wǎng)絡仿真概述
1.1　網(wǎng)絡仿真意義
3G網(wǎng)絡采用碼分多址技術，是一個自干擾系統(tǒng)，覆蓋和容量相互影響，系統(tǒng)容量表現(xiàn)為軟容量，因此相對2G網(wǎng)絡，我們需借助于網(wǎng)絡規(guī)劃工具來進行網(wǎng)絡性能的仿真，以指導3G網(wǎng)絡建設。
通常網(wǎng)絡仿真結(jié)果的正確性有兩個重要的條件，其中之一是跟覆蓋相關的，也就是覆蓋預測的正確性，而這依賴于傳播模型的正確性；另外一個跟容量相關的，即話務模型的正確性，它依賴于用戶輸入數(shù)據(jù)的正確性和建模方法的可靠性。
1.2　網(wǎng)絡仿真的特點
網(wǎng)絡仿真是建立在鏈路級仿真之上；可以進行大規(guī)模的商用規(guī)劃；結(jié)合實際的地形地貌；進行精確的系統(tǒng)容量覆蓋分析。
對于TD-SCDMA系統(tǒng)來說，它的時分特性和智能天線帶來的空分特性，使得干擾源與有用信號從時間和空間兩個層面上錯開，干擾顯得并不太重要，更重要的是對有用信號的預測。因此，從這方面來看TD-SCDMA系統(tǒng)對仿真的依賴程度相對較低。
但是，從可采取的增強覆蓋手段看，由于TD-SCDMA系統(tǒng)不像WCDMA一樣能采取塔放、接收分集天線等方式，因此，TD-SCDMA后期網(wǎng)優(yōu)手段相對較少，使得前期網(wǎng)絡規(guī)劃對仿真的依賴程度相對較高。
1.3　網(wǎng)絡仿真的一般流程
網(wǎng)絡的仿真是一個循環(huán)驗證的過程。仿真時，需要導入電子地圖、傳播模型、3G業(yè)務模型、話務分布、環(huán)境相關參數(shù)等，并將查勘得到的備選站址工程參數(shù)輸入仿真工具，并設置仿真參數(shù)，包括UE類、基站類和天線類等參數(shù)。
首先開始進行信號強度和主服務小區(qū)預測，根據(jù)預測結(jié)果調(diào)整新增站址位置和基站小區(qū)參數(shù)，如方向角、下傾角和天線掛高等，并反復進行優(yōu)化，待優(yōu)化結(jié)果各基站的目標覆蓋區(qū)基本比較均勻，邊界清晰之后，再進入仿真環(huán)節(jié)。
仿真結(jié)果不能滿足規(guī)劃目標，可能需重選查勘備選基站或者新建基站。若仿真結(jié)果已滿足規(guī)劃目標則輸出基站工程參數(shù)，以及仿真得到的網(wǎng)絡性能結(jié)果。
圖1為仿真總體流程示意圖。

圖1　仿真總體流程
綜上所述，網(wǎng)絡仿真是一個局部調(diào)整、仿真驗證、再調(diào)整、再仿真驗證……逐步逼近規(guī)劃要求的過程。
2、傳播預測
2.1　地理信息數(shù)據(jù)及格式轉(zhuǎn)換
2.1.1　地理信息數(shù)據(jù)
網(wǎng)絡仿真離不開電子地圖作為基礎。首先需確認地圖數(shù)據(jù)的坐標系，否則就會造成基站坐標系和地圖坐標系不匹配導致較大影響。其次需要選用地圖精度。工程設計中涉及到的電子地圖精度通常有100m、50m、20m和5m等。5m精度的地圖雖然精確，然而在做室外宏蜂窩覆蓋預測時，要求地圖必須能夠真實反映覆蓋區(qū)域的現(xiàn)狀，由于很多城市發(fā)展速度非�？�，所以即使采用精確的數(shù)字地圖和實際傳播環(huán)境，仍然會有一定誤差。
網(wǎng)絡規(guī)劃仿真中通常市區(qū)采用5m或20m，郊區(qū)或農(nóng)村采用20m或50m，交通干線等采用50m或100m精度的數(shù)字地圖。
2.1.2　數(shù)字地圖格式
移動通信數(shù)字地圖需要包含數(shù)字高程模型（DEM）、地面覆蓋模型（DOM）、建筑群分布模型（BDM）、線狀地物模型（LDM）等4層，且數(shù)字地圖中DOM、DEM層是場強預測所必須的數(shù)據(jù)，BDM層一般只用于微蜂窩的預測。
目前，國內(nèi)多數(shù)規(guī)劃仿真工具中地理信息數(shù)據(jù)一般采用Planet格式地圖，以便精確計算。Planet格式地圖主要包含Clutter（地面覆蓋模型）、Heights（數(shù)字高程模型）、Vectors（線狀地物模型）以及Building（建筑物分布模型）4部分。因此，需首先進行格式轉(zhuǎn)換。
2.2　傳播模型以及模型校正
2.2.1　傳播模型
無線網(wǎng)絡規(guī)劃中，無線傳播損耗是一個非常關鍵的參數(shù)，直接影響覆蓋效果，它決定著網(wǎng)絡規(guī)劃結(jié)果的正確性、可信性。由于實際應用中的無線傳播環(huán)境是非常復雜的，需要通過理論研究與實際測試的方法歸納出無線傳播損耗與頻率、距離、天線高度等參量的數(shù)學關系式。
無線電波的傳播方式主要包括反射、直射、繞射和衍射。
無線電波的衰落有大尺度傳播、中尺度傳播、小尺度傳播3種，由于實際的網(wǎng)絡仿真是靜態(tài)仿真，因此，僅考慮大尺度傳播和中尺度傳播。
以通用傳播模型為例：
Lmodel=K1+K2•lg(d)+K3•lg（HTxeff）+K4•DiffractionLoss+K5•lg(d)•lg（HTxeff）+K6•HRxeff+Kcluffer•f（clutter）
K1：參考點損耗常量；K2：地物坡度修正因子；K3：有效天線高度增益；K4：繞射修正因子；K5：澳村哈塔乘性修正因子；K6：移動臺天線高度修正因子；Kcluter：移動臺所處的地物損耗地物衰耗因子。
2.2.2　模型校正
傳播模型的校準是提高預測準確度的另一個重要手段。由于每個地方的傳播環(huán)境千差萬別，僅僅根據(jù)經(jīng)驗而無視各地不同地形、地貌、建筑物、植被等參數(shù)的影響，必然會導致網(wǎng)絡的性能低下，因此需要針對各地不同的地理環(huán)境進行測試，通過分析和計算等手段對現(xiàn)有的傳播模型進行修正，最終得出最能反映當?shù)責o線傳播環(huán)境的傳播模型，從而提高覆蓋預測的準確性。
一般來說，模型的準確性和適用范圍是一對矛盾，模型越準確，其適用范圍就越小。若應用的傳播環(huán)境不匹配，就會帶來很大的誤差。然而，在實際工程中，每對一個地區(qū)進行規(guī)劃，就需要進行大量的CW測試和分析，不僅大幅度提高了規(guī)劃成本，還會影響工程進度。在工程中，通常在某些地方進行校準，得到1～2個傳播模型，然后應用于相關的地區(qū)和基站。這樣的規(guī)劃模式仍然給規(guī)劃帶來了一定誤差。
2.3　RNS參數(shù)
2.3.1　基本信息
RNS參數(shù)主要包括Node B、Sector和Cell的基本信息以及相關的參數(shù)設置等。
2.3.2　需要設置參數(shù)
（1）Node B：噪聲系數(shù)、Node B類型、地區(qū)類型等。
（2）Sector：所使用的天線：普通天線/開關波束天線/自適應智能天線；全向天線/定向天線；根據(jù)勘查情況及規(guī)劃要求合理設置天線的掛高、天線的水平角及下傾角（電子下傾和機械下傾）等小區(qū)參數(shù)；時隙轉(zhuǎn)換點。
（3）Cell：小區(qū)主參數(shù)：包括擾碼（手工輸入或規(guī)劃工具生成）、最大載波數(shù)、鄰區(qū)個數(shù)限制、功率限制、ACLR、ACS等；公共信道參數(shù)；載波參數(shù)：上/下行預警門限、上/下行擁塞門限、最大發(fā)射功率以及載波內(nèi)時隙排序方式等；時隙參數(shù)。
2.4　合理設置規(guī)劃區(qū)
傳播預測前應根據(jù)網(wǎng)絡規(guī)劃覆蓋要求明確規(guī)劃區(qū)域。
規(guī)劃區(qū)域按照地貌特征分類，一般分為：密集市區(qū)、一般市區(qū)、郊區(qū)、縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和高速公路。
2.5　智能天線參數(shù)
TD-SCDMA是第一個應用智能天線技術的無線移動通信系統(tǒng)，智能天線主要優(yōu)點是最大限度地利用有限的信道資源，減少用戶間的干擾、優(yōu)化基站的發(fā)射功率、提高基站的接收靈敏度、從而顯著地增加系統(tǒng)的覆蓋和容量。因此，天線參數(shù)的設置對場強預測、干擾計算中起著至關重要的作用。
2.6　UE參數(shù)
UE數(shù)據(jù)主要描述的是用戶使用業(yè)務時的終端類型。不同的終端具有不同的能力。包括最大、最小發(fā)射功率、天線增益、接收機靈敏度、接收機噪聲系數(shù)、高度、ACLR等。
3、Monte-Carlo仿真
網(wǎng)絡規(guī)劃仿真屬于網(wǎng)絡級仿真，分為靜態(tài)仿真和動態(tài)仿真兩種。
動態(tài)仿真：是通過對UE在連續(xù)時系內(nèi)的移動的分析來了解網(wǎng)絡性能的。
靜態(tài)仿真：是通過對快照（Snapshot）分析來了解網(wǎng)絡性能。每個快照按某種規(guī)律（隨機分布）生成一定的終端分布，通過迭代運算獲得UE與網(wǎng)絡的連接能力，同時，考慮多種連接失敗的可能因素，最后，通過對多個快照的統(tǒng)計分析獲得網(wǎng)絡的性能。Monte-Carlo仿真是靜態(tài)仿真的一種，是網(wǎng)絡規(guī)劃階段常用的仿真方法。
Monte-Carlo仿真流程如圖2所示。

圖2　Monte-Carlo仿真流程
其中，網(wǎng)絡調(diào)整包括站址變更、天線掛高、天線方向角以及下傾角等。
3.1　仿真參數(shù)設置
3.1.1　小區(qū)仿真參數(shù)
RRM仿真算法參數(shù)；功率控制仿真算法參數(shù)；切換算法參數(shù)。
3.1.2　系統(tǒng)仿真參數(shù)
通常包括RRM算法、干擾計算、切換算法以及功率控制等參數(shù)。
過覆蓋閾值：對于同頻組網(wǎng)N頻點方式的導頻及公共信道不敏感，但對于業(yè)務時隙影響較大。雖然系統(tǒng)可通過智能天線和聯(lián)合檢測弱化干擾對網(wǎng)絡的影響，但在規(guī)劃開始階段就應盡量避免非最佳服務小區(qū)的強電平值。
RRM算法參數(shù)：通常包括進行負荷擁塞控制（LCC）模擬、進行快速動態(tài)信道分配（FDCA）模擬、允許在載波間進行調(diào)整等。
干擾計算：上/下行聯(lián)合檢測效率、行正交因子、參與聯(lián)合檢測小區(qū)數(shù)等。
切換算法。
功率控制：包括功率控制迭代收斂條件、設置初始功率余量及功控方式等設置。
3.1.3　其他相關仿真參數(shù)
在Monte-Carlo仿真分析中，會在計算有用信號時考慮陰影衰落的影響，對于陰影衰落，通常被認為其服從均值為0的對數(shù)正態(tài)分布。對于不同的地形，陰影衰落的標準偏差會有所不同，如密級市區(qū)的陰影衰落標準偏差通常會比郊區(qū)大些。
同時，對室內(nèi)用戶應加入穿透損耗，并設置室內(nèi)、室外模擬用戶的比例。
3.2　業(yè)務和用戶參數(shù)
TD-SCDMA系統(tǒng)能夠支持的業(yè)務豐富多樣，因此準確地反映規(guī)劃區(qū)對網(wǎng)絡系統(tǒng)的業(yè)務需求和體現(xiàn)系統(tǒng)對各種業(yè)務的支持情況是TD-SCDMA無線網(wǎng)絡規(guī)劃的一個重要內(nèi)容。仿真前應建立一個由承載、業(yè)務、用戶特性、用戶分布4層參數(shù)構(gòu)建的話務模型。
3.2.1　業(yè)務參數(shù)
3GPP規(guī)范中定義了4類業(yè)務：會話類業(yè)務、流類業(yè)務、交互類業(yè)務以及后臺類業(yè)務，在4類業(yè)務中劃分了多種應用；同時也定義了4種主要承載方式（12.2kbit/s、64kbit/s，128kbit/s和384kbit/s）。
仿真中通過設置業(yè)務參數(shù)來表明運營商希望在規(guī)劃區(qū)內(nèi)提供的服務內(nèi)容。
各類承載的上、下行Eb/Io要求、最大發(fā)射功率（一般取24dBm）以及最小發(fā)射功率（一般取-50dBm），這幾個參數(shù)在很大程度上決定了不同業(yè)務的覆蓋范圍。
3.2.2　承載參數(shù)
承載是TD-SCDMA系統(tǒng)能夠提供的最小的業(yè)務單元，可以分上行承載、下行承載。應設置RU分配方案、調(diào)制方式及編碼速率等參數(shù)。
3.2.3　用戶特性參數(shù)
用戶特性參數(shù)反映用戶的話務模型。一般來說，每個城市話務量不盡相同，需要根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)情況和當?shù)亟?jīng)濟狀況建立話務模型。
在3G網(wǎng)絡設計中，話務模型是比較難以確定的，這是因為3G用戶的業(yè)務使用行為、習慣等都沒有較多的、適合國情的參考。
對于話音業(yè)務，可以在規(guī)劃業(yè)務覆蓋區(qū)現(xiàn)有2G用戶單機話務量的基礎上，做一定比例的調(diào)整；對于CS 64kbit/s承載業(yè)務，由于沒有話務基礎數(shù)據(jù)，因此只能在參考國外運營商3G網(wǎng)絡設定值的基礎上根據(jù)各地具體情況進行適當修正。
對于PS業(yè)務，由于有業(yè)務及承載的多樣性，其業(yè)務模型的建立是比較困難的。雖可參照GPRS網(wǎng)絡情況取定，但中國移動GPRS網(wǎng)絡已投入運營的幾年間，接入速率較低，業(yè)務量一直沒有明顯的增長，用戶數(shù)及單用戶業(yè)務量越少就越不具備統(tǒng)計意義，同時，TD-SCDMA系統(tǒng)接入速率將有較大提高，業(yè)務模型將會有較大差異；此外，也根據(jù)CNNIC關于互聯(lián)網(wǎng)的相關統(tǒng)計和中國移動相關業(yè)務平臺關于業(yè)務的統(tǒng)計，參考典型業(yè)務的特點（如Web瀏覽、收發(fā)郵件、彩信、流媒體、VoIP、下載業(yè)務等）及預測不同類型用戶可能的使用習慣，再根據(jù)GPRS業(yè)務量的統(tǒng)計，綜合權衡，確定數(shù)據(jù)業(yè)務模型。
3.2.4　用戶分布參數(shù)
話務分布是規(guī)劃工具中將用戶分布到網(wǎng)絡中的方法，即話務地圖生成方式。
同話務模型一樣，用戶分布也是較難確定的，需要我們預測。預測主要有兩種思路：一種是提取2G無線網(wǎng)中話務分布，使3G用戶按2G話務分布規(guī)律分布；另一種是把覆蓋區(qū)域分為不同的業(yè)務密度區(qū)域，如密集市區(qū)、一般市區(qū)、郊區(qū)等，按照2G話務分布，將3G用戶分到不同的業(yè)務密度區(qū)域中。
目前，通常第二種方法比較常用，但由于這種分布劃分比較粗糙，所以在設置基站時，要參考2G網(wǎng)絡實際話務分布。
3.3　頻率規(guī)劃
同頻組網(wǎng)；
異頻組網(wǎng)；
N頻點技術：在改善系統(tǒng)性能和提高頻譜利用率方面都將帶來巨大的提升。
一般均通過規(guī)劃工具進行頻率規(guī)劃，實現(xiàn)輔載波的頻點與其他小區(qū)主載波的頻點重用距離盡可能遠。
3.4　鄰區(qū)規(guī)劃
鄰區(qū)列表設計的質(zhì)量將直接影響到網(wǎng)絡的切換性能。規(guī)劃工具中鄰區(qū)規(guī)劃能夠根據(jù)小區(qū)覆蓋和配置的算法參數(shù)，從不同的角度來設計鄰區(qū)方案。通常在鄰區(qū)規(guī)劃中設計的參數(shù)如圖3所示。

圖3　鄰區(qū)規(guī)劃中的參數(shù)
3.5　碼規(guī)劃
碼規(guī)劃應包括下行同步碼和擾碼規(guī)劃。
由于TD-SCDMA的擾碼長度比較短，并且系統(tǒng)的擴頻因子比較小，不同小區(qū)間的復合碼就存在重合的情況，特別是在上行采用較低擴頻因子的情況下。因此，在TD-SCDMA網(wǎng)絡的碼分配時不但要考慮下行同步碼的相關對UE小區(qū)搜索的影響，還要考慮不同的擴頻調(diào)制碼組之間有無重碼或相關很強的碼對，并且不將這些碼分配覆蓋區(qū)交疊的相鄰小區(qū)。
規(guī)劃軟件中的自動碼規(guī)劃，也可進行手工規(guī)劃，但需要遵循以下原則：
本小區(qū)與鄰小區(qū)間不能同擾碼；
同擾碼的兩小區(qū)間隔盡可能地遠；
本小區(qū)與鄰小區(qū)間不能同頻同下行導頻碼。
3.6　時隙規(guī)劃
時隙規(guī)劃是根據(jù)指定的業(yè)務分布和小區(qū)覆蓋，計算出每個小區(qū)的上下行業(yè)務需要占用的資源，然后為每個小區(qū)分配最佳的上下行時隙切換點。
TD-SCDMA系統(tǒng)較高的頻譜利用率和對非對稱業(yè)務傳輸?shù)淖罴堰m應，來自于靈活的上下行時隙比例分配；靈活的時隙分配又會帶來交叉時隙干擾問題，這是一個辨證的過程，需要綜合考慮容量和干擾問題。目前業(yè)界提出的時隙規(guī)劃策略主要有基于犧牲交叉時隙的策略和基于無線資源管理的時隙規(guī)劃策略兩種。
目前TD-SCDMA組網(wǎng)均采用3:3時隙比例規(guī)劃，在滿足建網(wǎng)話務要求的同時，避免交叉時隙的干擾。
3.7　仿真分析圖層
TD-SCDMA仿真結(jié)果通常包括TS0、DwTS、上行業(yè)務時隙以及下行業(yè)務時隙等分析圖層。
3.8　模擬背景網(wǎng)絡結(jié)果
模擬背景網(wǎng)絡結(jié)果主要反映了某次Snapshot的用戶狀態(tài)情況。模擬背景用戶通�？赡艹霈F(xiàn)所處位置無覆蓋、接納失敗、上行功率受限掉話、下行功率受限掉話及正常在線等5種狀態(tài)。
3.9　仿真的性能統(tǒng)計
仿真會給出不同承載業(yè)務的失敗率和失敗原因，如果結(jié)果不能滿足設計要求，就需要分析失敗原因，重新進行網(wǎng)絡調(diào)整，通過加站、減站、調(diào)整天線掛高、方位角、下傾角等方式，使整個網(wǎng)絡達到滿足無線網(wǎng)絡設計要求，最終得到一個合理的網(wǎng)絡布局和參數(shù)設置。
所有的統(tǒng)計項可針對單個Snapshot統(tǒng)計，可以對多個Snapshot進行統(tǒng)計平均。
統(tǒng)計項進一步可按“業(yè)務”進行細分。3G業(yè)務具有多樣性，對于不同的業(yè)務，運營商與客戶簽訂的SLA以及提供的QoS保證將有所區(qū)別，分別考察網(wǎng)絡對不同業(yè)務的支持能力與性能非常重要，這也是3G規(guī)劃軟件與2G規(guī)劃軟件功能上的一大區(qū)別。
性能統(tǒng)計項目一般如表1所示。

表1　性能統(tǒng)計項目舉例
4、仿真總結(jié)
仿真是規(guī)劃工作的重要環(huán)節(jié)，TD-SCDMA無線網(wǎng)絡設計更是離不開仿真工具的支持。
在進行網(wǎng)絡仿真時，首先要深入了解仿真工具的各種算法，才能準確確定無線網(wǎng)關鍵參數(shù)，同時，慎用軟件中推薦的默認值。仿真時需要對TD-SCDMA網(wǎng)絡有較深理解和無線網(wǎng)絡相當?shù)膬?yōu)化經(jīng)驗，并能夠清楚理解不同參數(shù)的物理意義以及對仿真結(jié)果的影響，再通過耐心和細心的不斷循環(huán)調(diào)整和優(yōu)化，才能更好的發(fā)揮仿真工具在前期規(guī)劃中的真正功能和重要作用，對網(wǎng)絡建設提供更多的有價值的參考和幫助，以實現(xiàn)網(wǎng)絡規(guī)劃目標（覆蓋、質(zhì)量、容量）與建網(wǎng)成本的最優(yōu)平衡。
同時，仿真準確性主要受以下幾個因素影響：
*傳播模型是否合適；
*仿真建模是否正確，包括話務模型和業(yè)務模型；
*參數(shù)取值是否合理；
*軟件本身的精度，以及操作的正確與否；
*數(shù)字地圖與快速的城市建設是否同步更新；
*仿真工具算法情況。
作者：徐德平　湯利民　張華來源：泰爾網(wǎng)