规划软件中的cdma2000 1X EV-DO覆盖预测

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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。
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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：
min
{ | ( , ) }
min ( )
j
j
j j bin x y A
PL PL
∈ ∈
=

其中：
j
PL
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）
min
PL
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：
( , ) ( , ) ( , )
pathloss cable ant
J x y J x y J J x y
L L L G
↓
= + ?

其中：
( , ) J x y
L
↓
为扇区j 到bin (x,y)点处的前向路径净损耗；
( , )
pathloss
J x y
L
为基于传播预测得到的扇区j 到bin (x,y)点的路径损耗；
cable
J
L
为扇区j 的馈线损耗；
( , )
antenna
J x y
G
为扇区j 对bin (x,y) 点处的天线增益；
注：以上各参量单位为dB。
接收总功率
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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。
{ | ( , ) }
( , ) ( , )
j
r x
j
j j b i n x y A
I o x y P x y
∈ ∈
=
∑
( , )
tx
j rx
j
PathLoss
P
P x y
L
=

其中，
( , ) 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
( , )
rx
j
P x y 表示地图上某bin(x,y)点接受到的来自小区j 的功率
tx
j
P 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P
j
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。
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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
i
EcIo 的计算方法如下
/
( / )
tx
j PathLoss
j
o
P L
Ec Io
I
=
其中
tx
j
P 为指定载频上某逻辑扇区的发射功率，
pathloss
L 为小区j 到该bin 点在指定载频
上的路径损耗，而
o
I 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
max
( / ) ( / )
BestServer
Ec Io Ec Io =
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：
(( , ),)
( , ) (( , ), )
/ ( / )
/ /
c o x y f avail
c o x y com c o x y j
E I Ec Io
E I E I
?
>
=
∑

其中，
(( , ), )
(( , ), )
( , ) 0
/
rx
pilot x y j
c o x y j
o x y
P
E I
I N W F
=
+ × ×

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(( , ), )
/
c o x y j
E I 表示bin(x,y)接收到的小区j 导频的Ec/Io 强度
(( , ), )
rx
pilot x y j
P 表示bin(x,y)接收到的小区j 的导频功率强度
( , ) o x y
I 表示bin(x,y)点接收到影响小区的总功率强度
0
N 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：
(( / ) ) (( / ) ) (( / ) )
Dif dB BestServer dB comb dB
Ec Io Ec Io Ec Io = ?

其中，
(( / ) )
Dif dB
Ec Io 表示最强导频与合并导频的差值，db 值。
(( / ) )
BestServer dB
Ec Io ：表示该点接收到主服务小区导频Ec/Io 值，db 值。
(( / ) )
comb dB
Ec Io ：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
/
c o
E I
大于软切换加入窗口门
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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：
/
/
tx
j pathloss
or
tx
oc N o j pathloss
P L
I
G
I P I P L
= =
+ ?

其中，
or
I 为该bin 点接收到本扇区的发射功率
oc
I 为该bin 点接收到的其他扇区的发射功率
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N
P 为热噪声的功率
tx
j
P 为扇区发射功率
pathloss
L 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/N
0
）
target
。然后
根据以下公式计算小区的满足（Eb/N
0
）
target
需要的发射功率：
由
( , )
0 ( , ) ( , )
/
( )
( / )
pathLoss x y
b
o pathLoss x y o pathLoss x y
P L
E C W W W P
N I R R I P L R I L P
= × = × = ×
? × ?

其中：
0
( )
b
E
N
表示bin(x,y)点接收到的主服务小区的导频Eb/N
0

P 表示主服务小区的发射功率。
( , ) pathLoss x y
L 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。
设 arg
( )
b
t et
o
E R
k
N W
× =

则主服务小区要达到目标速率所需的目标功率
arg ( , )
1
t et o pathLoss x y
k
P I L
k
= × ×
+

比较 P
target
和主服务小区的最大发射功率 P
max
，如果 P
target
max
则认为该点可以到达
（Eb/N
0
）
target
对应的最高速率；如果P
target
max
，则换一个相同承载速率的不同PER 或者
不同信道类型的承载计算，如果该速率的承载都不能满足条件，则计算降低一个速率等级的
承载，依此类推。
反向最高速率
反向最高速率指用户终端可以在某一点得到的最大的反向数据速率。CDMA2000 1X
CDMA2000 1X EV-DO 系统为反向为码分复用，与CDMA2000 1X 相似的。
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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/N
0
）
targe
。
然后根据下面的公式取得终端目标发射功率：
int
arg 0 arg
1
( / )
erference
t et b t et pathLoss rx
P E N L P
G
= × × ×

其中，
arg t et
P 表示要得到目标速率终端必须使用的发射功率
pathLoss
L 表示终端与主服务小区之前的路径损耗
int erference
rx
P 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
W
G
R
= ，其中W为系统扩频带宽，R 为数据速率。
最后将得到的
arg t et
P 与终端的最大发射功率P
max
进行比较，如果
arg t et
P max
则终端可以
达到当前该速率的要求，该速率确定为该点可以得到的反向最高速率；如果
arg t et
P >P
max
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
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（Eb/N
0
）
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/N
0
）
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/N
0
）
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：
arg min int
0
( )
tx rx b
req t et erference pathLoss
E R
P P L
N W
?
= × × ×
其中，
tx
req
P 表示终端需要的目标发射功率
int
rx
erference
P 表示由Monte Carlo 仿真结果给出的主服务小区的全部接收功率
pathLoss
L 表示该点到主服务小区的路径损耗。
然后得到的
tx
req
P 并不是最终结果，而是还要将
tx
req
P 与终端自身的最大发射功率P
max
和最
小发射功率P
min
作比较。如果
tx
req
P >P
max
则表示该点无法满足业务的最低需求；如果
tx
req
P min
则要将
tx
req
P 设置为P
min
，因为终端实际并无法提供低于P
min
的发射功率。
覆盖质量
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/N
0
）
target
，根据
arg
0
( )
b
t et
E W
SNR
N R
= ÷
其中，
W
R
W表示系统的处理增益
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N
0
，所以SNR
可以近似认为是目标几何因子G
target
。将G
target
门限与bin 点之前计算得到的几何因子进行
比较，得到G
bin(x,y)
大于G
target
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
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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G
target
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 几何因子 反向终端发射功率
前反向覆盖平衡 P>P1 Q 前向覆盖到（反向无覆
盖）
P>P1 Q>Q1
反向覆盖到（前向无覆
盖）
P 前反向均无覆盖 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》
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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@http://wendang.chazidian.com
Abstract
Coverage Prediction is one indispensable part in radio network planning flow. The paper first
introduces the fun ction 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