WCDMA网络仿真与实测对比分析
时间：03-21
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摘要 结合案例，将中兴WCDMA的网络仿真结果与试验网路测结果进行对比分析。
分析结果表明，二者的误差可以控制在可接受的范围之内，从而验证WCDMA网络仿真结果对WCDMA网络的规划和优化具有重要的指导意义。
关键词 WCDMA 网络仿真 路测 误差分析
无线网络规划对于运营商网络建设具有指导性的意义。好的规划能成功地在网络覆盖、容量、质量及建网成本间取得良好的平衡，辅助运营商在网络建设和升级扩容的各阶段采取最佳的实施方案，实现其建网效益的最大化。规划仿真是网络规划流程的重要组成部分。通过仿真，可获得所规划网络的部分重要性能参数，如导频覆盖、最佳小区、系统负载、切换区域等，对实际组网有着重要的指导和借鉴作用。
为评估仿真的准确度，中兴通讯在国内外的多个试验网中，将网络仿真的结果和试验网的路测数据进行了反复的对比分析。结果表明，在正确选择仿真参数，按照规范化的仿真流程进行操作的前提下，网络仿真的结果与路测结果的误差保持在可接受的范围之内。从而证明，可以利用网络仿真工具指导WCDMA网络的规划和优化工作。
1、WCDMA网络仿真概述
WCDMA系统由于引入了多种类型的数据业务，使整个网络业务特性的复杂程度大大超越了以语音业务为主、辅助以少量低速数据业务的传统2G无线网络。在相同条件下，不同的业务覆盖范围不同；在不同的业务和业务构成比例下，所需的系统容量也有较大差别。另一方面，WCDMA系统具有软容量的特性，系统容量在本质上是受功率限制的，与功率相关联，且功率变化与用户数和数据吞吐量的变化关系是非线性的和可变的。软容量的存在给WCDMA网络规划带来了困难，难以由简单的公式计算来确定如何才能提供足够的系统容量。因此在网络规划中，往往需要特定的WCDMA网络规划工具对规划结果进行评估。采用仿真工具，能够通过模拟系统工作过程，得到更加精确的系统容量覆盖分析结果，从而合理估计网络规模和投资规模，在容量、覆盖、不同服务质量三者间寻求最佳平衡点。
在仿真中，作为必要的输入条件，通常需要获取被规划区域的地理环境、地物地貌、人文、经济水平等信息，其中以无线传播模型、业务分布及增长特性、业务模型及话务模型的建立尤为关键。这些输入参数越精确，对提高规划结果的可信度就越有利。
但是，需要明确的是，不论是通过理论方法进行网络规模估算，还是通过现网的测试对话务模型进行采集统计，在操作过程中都不可避免地会进行模型的简化分析，并涉及诸多参数的取值问题。很多工程参数往往无法给出其精确取值，通常使用的是业界经验值或文献推荐值。这些因素都会导致仿真结果在一定程度上与真实网络的实测参数值有所差异。为了评估这种差异的大小，即验证仿真工具输出结果的准确性，需要进行仿真与实测的对比工作。反之，在规划初期，通过对比，也可验证在仿真当中某些重要无线参数的设置正确与否，通过调整参数提高仿真精度。
2、仿真实测对比
首先了解一下数据存储格式，如果仿真所采用的电子地图精度为20m，地图上每一个20m×20m的地理区域被称为一个bin，即一个格点。现网路测数据与仿真数据都是以bin为单位存储数据的，仿真与实测对比需要做的，就是将两个数据放在一起，比较其拟和的程度，如图1所示。
图1 仿真与实测数据比对示意图
中兴通讯自主开发了进行仿真与实测对比的工具，一般可完成所规划区域的整体误差均值、标准差、概率分布函数PDF和概率累积分布函数CDF、置信区间等统计分析，并直观地将该网络参数的比对误差结果可视化地显示在mapinfo地图中。这些信息足以对仿真的结果作出客观的评价。
从网络关键性能指标(KPI)的分析来看，通常需要进行对比的网络参数包括导频强度Ec和导频质量Ee/Io。
3、试验网对比案例分析
目前，中兴通讯在其各地的试验网中，广泛应用了仿真来指导网络的建设，在网络预规划阶段和网络优化阶段都起到了很大的作用。
仿真与实测对比不仅仅是为了验证仿真的指导作用，更重要的是总结经验、吸取教训，在反复实践中提高仿真的精度。中兴通讯在各地建设的试验网提供了最佳的实践平台，在不断提高仿真水平的同时，也不断验证着仿真的重要性。
目前业界通用的仿真软件包括Aircom、Planet、Atoll等。中兴通讯主要采用Aircom软件。以下结合试验网的实测数据，以Ec为例，给出仿真与实测的定量比对结果。示例中的仿真数据由Aircom的*.3ga文件获得，而路测数据来自Agilent路测仪导出的SD5文件。
例如，中兴通讯某试验网仿真所用传播模型为以下通用模型表达式：
Path_Loss=K1+K2log(d)+K3(Hms)+K4log(Hms)+K5log(Heff)+K6log(Heff)log(d)+K7(Diffraction Loss)+Clutter_Loss
其中：K1-K7的取值分别为153.23，40.23，-2.88，0，-13.82，-6.55，0.8。
试验网的基站分布如图2所示。
图2 试验网站点分布图
通过网络仿真，可获得Ec的覆盖效果图，如图3所示。实际路测结果如图4所示。
图3 试验网Ec仿真效果图
图4 试验网路测结果
对测试路线上的所有数据进行总体分析，共有8324个有效误差样本，误差的均值和标准差可通过计算得出，分别为-3.45dB和9.47dB，误差分布直方图如图5和图6所示。
图5 Ec误差分布PDF直方图
图6 Ec误差分布CDF直方图
由对比结果数据可见，在所用传播模型和仿真条件下，Ec误差的均值在合理范围内分布，Ec误差的标准差约为9dB左右。由Ec误差的均值可见，Ec的预测结果总体上比路测结果略小。这说明仿真结果是比较接近真实网络状况的。
根据测试数据比对结果的均值和标准差，可以推断出一定置信度下整个网络规划仿真均值和标准差的置信区间。在95%的置信概率下，误差的均值和标准差置信区间见表1。
由于无线信道环境的复杂性，以上的对比结果在可接受的范围之内。可通过仿真参数的调整，尤其是传播模型的进一步精确化，使仿真的精度更为精确。
由于仿真参数模型化的结果，难免会出现有的地域预测与实测符合较好、有的地域符合稍差的情形。在条件允许的情况下，可考虑对规划区域采用多个传播模型，使得模型的适用范围更细化。同时，通过采用规范的传播模型测试与校正方法，可以使模型尽可能真实地反映规划区的传播特性，从而提高仿真精度。另一方面，在比对工具的辅助下，可以比较直观地看出各路段的误差分布情况，进而调整仿真参数，使仿真与实测的误差尽可能降低，更好地指导网络建设与优化。
4、小结
从各地试验网的数据来看，误差的结果是可以接受的。而且，中兴通讯在每次仿真后都会总结经验，如果本次仿真结果较差，则将本次的仿真过程与以前成功的仿真进行比较，找出其差别并进行调整，并将新的仿真结果再次与实测数据进行对比，如此反复调整、对比，找出仿真参数影响结果的规律，并总结出适合当地情况的成熟参数设置，使仿真的精度稳步地提升。
同时，仿真与实测对比还被应用在了网络优化方面。为了让仿真在网络优化中起到更大的作用，可利用最新的路测数据，与仿真结果进行对比，根据结果，精细调整仿真参数，使仿真尽可能地与实测数据接近，进而总结出当地的无线参数设置原则。那么，在网络参数调整前，就可以通过仿真模拟，观察调整的效果，分析调整后的网络性能，为网络优化工作提供可借鉴的数据。
仿真与实测对比，使仿真不再是一次性的工作，而是根据路测数据，不断迭代，不断改进，不断接近实际情况，从而与网络优化工作互为补充，大大提高了网络优化的效率。
分析结果表明，二者的误差可以控制在可接受的范围之内，从而验证WCDMA网络仿真结果对WCDMA网络的规划和优化具有重要的指导意义。
关键词 WCDMA 网络仿真 路测 误差分析
无线网络规划对于运营商网络建设具有指导性的意义。好的规划能成功地在网络覆盖、容量、质量及建网成本间取得良好的平衡，辅助运营商在网络建设和升级扩容的各阶段采取最佳的实施方案，实现其建网效益的最大化。规划仿真是网络规划流程的重要组成部分。通过仿真，可获得所规划网络的部分重要性能参数，如导频覆盖、最佳小区、系统负载、切换区域等，对实际组网有着重要的指导和借鉴作用。
为评估仿真的准确度，中兴通讯在国内外的多个试验网中，将网络仿真的结果和试验网的路测数据进行了反复的对比分析。结果表明，在正确选择仿真参数，按照规范化的仿真流程进行操作的前提下，网络仿真的结果与路测结果的误差保持在可接受的范围之内。从而证明，可以利用网络仿真工具指导WCDMA网络的规划和优化工作。
1、WCDMA网络仿真概述
WCDMA系统由于引入了多种类型的数据业务，使整个网络业务特性的复杂程度大大超越了以语音业务为主、辅助以少量低速数据业务的传统2G无线网络。在相同条件下，不同的业务覆盖范围不同；在不同的业务和业务构成比例下，所需的系统容量也有较大差别。另一方面，WCDMA系统具有软容量的特性，系统容量在本质上是受功率限制的，与功率相关联，且功率变化与用户数和数据吞吐量的变化关系是非线性的和可变的。软容量的存在给WCDMA网络规划带来了困难，难以由简单的公式计算来确定如何才能提供足够的系统容量。因此在网络规划中，往往需要特定的WCDMA网络规划工具对规划结果进行评估。采用仿真工具，能够通过模拟系统工作过程，得到更加精确的系统容量覆盖分析结果，从而合理估计网络规模和投资规模，在容量、覆盖、不同服务质量三者间寻求最佳平衡点。
在仿真中，作为必要的输入条件，通常需要获取被规划区域的地理环境、地物地貌、人文、经济水平等信息，其中以无线传播模型、业务分布及增长特性、业务模型及话务模型的建立尤为关键。这些输入参数越精确，对提高规划结果的可信度就越有利。
但是，需要明确的是，不论是通过理论方法进行网络规模估算，还是通过现网的测试对话务模型进行采集统计，在操作过程中都不可避免地会进行模型的简化分析，并涉及诸多参数的取值问题。很多工程参数往往无法给出其精确取值，通常使用的是业界经验值或文献推荐值。这些因素都会导致仿真结果在一定程度上与真实网络的实测参数值有所差异。为了评估这种差异的大小，即验证仿真工具输出结果的准确性，需要进行仿真与实测的对比工作。反之，在规划初期，通过对比，也可验证在仿真当中某些重要无线参数的设置正确与否，通过调整参数提高仿真精度。
2、仿真实测对比
首先了解一下数据存储格式，如果仿真所采用的电子地图精度为20m，地图上每一个20m×20m的地理区域被称为一个bin，即一个格点。现网路测数据与仿真数据都是以bin为单位存储数据的，仿真与实测对比需要做的，就是将两个数据放在一起，比较其拟和的程度，如图1所示。
中兴通讯自主开发了进行仿真与实测对比的工具，一般可完成所规划区域的整体误差均值、标准差、概率分布函数PDF和概率累积分布函数CDF、置信区间等统计分析，并直观地将该网络参数的比对误差结果可视化地显示在mapinfo地图中。这些信息足以对仿真的结果作出客观的评价。
从网络关键性能指标(KPI)的分析来看，通常需要进行对比的网络参数包括导频强度Ec和导频质量Ee/Io。
3、试验网对比案例分析
目前，中兴通讯在其各地的试验网中，广泛应用了仿真来指导网络的建设，在网络预规划阶段和网络优化阶段都起到了很大的作用。
仿真与实测对比不仅仅是为了验证仿真的指导作用，更重要的是总结经验、吸取教训，在反复实践中提高仿真的精度。中兴通讯在各地建设的试验网提供了最佳的实践平台，在不断提高仿真水平的同时，也不断验证着仿真的重要性。
目前业界通用的仿真软件包括Aircom、Planet、Atoll等。中兴通讯主要采用Aircom软件。以下结合试验网的实测数据，以Ec为例，给出仿真与实测的定量比对结果。示例中的仿真数据由Aircom的*.3ga文件获得，而路测数据来自Agilent路测仪导出的SD5文件。
例如，中兴通讯某试验网仿真所用传播模型为以下通用模型表达式：
Path_Loss=K1+K2log(d)+K3(Hms)+K4log(Hms)+K5log(Heff)+K6log(Heff)log(d)+K7(Diffraction Loss)+Clutter_Loss
其中：K1-K7的取值分别为153.23，40.23，-2.88，0，-13.82，-6.55，0.8。
试验网的基站分布如图2所示。
通过网络仿真，可获得Ec的覆盖效果图，如图3所示。实际路测结果如图4所示。
对测试路线上的所有数据进行总体分析，共有8324个有效误差样本，误差的均值和标准差可通过计算得出，分别为-3.45dB和9.47dB，误差分布直方图如图5和图6所示。
由对比结果数据可见，在所用传播模型和仿真条件下，Ec误差的均值在合理范围内分布，Ec误差的标准差约为9dB左右。由Ec误差的均值可见，Ec的预测结果总体上比路测结果略小。这说明仿真结果是比较接近真实网络状况的。
根据测试数据比对结果的均值和标准差，可以推断出一定置信度下整个网络规划仿真均值和标准差的置信区间。在95%的置信概率下，误差的均值和标准差置信区间见表1。
由于无线信道环境的复杂性，以上的对比结果在可接受的范围之内。可通过仿真参数的调整，尤其是传播模型的进一步精确化，使仿真的精度更为精确。
由于仿真参数模型化的结果，难免会出现有的地域预测与实测符合较好、有的地域符合稍差的情形。在条件允许的情况下，可考虑对规划区域采用多个传播模型，使得模型的适用范围更细化。同时，通过采用规范的传播模型测试与校正方法，可以使模型尽可能真实地反映规划区的传播特性，从而提高仿真精度。另一方面，在比对工具的辅助下，可以比较直观地看出各路段的误差分布情况，进而调整仿真参数，使仿真与实测的误差尽可能降低，更好地指导网络建设与优化。
4、小结
从各地试验网的数据来看，误差的结果是可以接受的。而且，中兴通讯在每次仿真后都会总结经验，如果本次仿真结果较差，则将本次的仿真过程与以前成功的仿真进行比较，找出其差别并进行调整，并将新的仿真结果再次与实测数据进行对比，如此反复调整、对比，找出仿真参数影响结果的规律，并总结出适合当地情况的成熟参数设置，使仿真的精度稳步地提升。
同时，仿真与实测对比还被应用在了网络优化方面。为了让仿真在网络优化中起到更大的作用，可利用最新的路测数据，与仿真结果进行对比，根据结果，精细调整仿真参数，使仿真尽可能地与实测数据接近，进而总结出当地的无线参数设置原则。那么，在网络参数调整前，就可以通过仿真模拟，观察调整的效果，分析调整后的网络性能，为网络优化工作提供可借鉴的数据。
仿真与实测对比，使仿真不再是一次性的工作，而是根据路测数据，不断迭代，不断改进，不断接近实际情况，从而与网络优化工作互为补充，大大提高了网络优化的效率。