王兰勋，李 婧，黄 坤

(1.河北大学信道估计实验室，河北 保定 071000;2.河北张河湾蓄能发电有限责任公司，河北 石家庄 050021)

Monte－Carlo仿真又称随机抽样技巧法或系统实验法，它是一种概率模拟方法。Monte－Carlo仿真是对整个网络拍摄一定数量的网络快照，每一个快照按照随机分布生成一定的移动台或者终端分布，通过迭代预算获得终端与网络侧的连接能力，如果出现连接失败则考虑多种连接失败的可能。Monte－Carlo仿真通过对多个快照的结果进行统计分析，可以对网络的性能获得了解，为提供可信的规划验证提供了保障。由于Monte－Carlo仿真得到的结果更加贴近与实际系统的真实情况，对频谱资源分配、无线网络规划及优化都有重要的指导意义。

1 密集城区仿真模型的建立

由于密集城区建筑物的特点，建筑物相对较高，其平均高度大于30 m，并且间距离相对较小，人口相对较密集，平均人口密度高于30000/km2，话务较密集。本文对某密集城区同一区域内的天线、方向角、下倾角和传播模型等进行统一设置，分别设置200 m，400 m和600 m这3种不同的站间距的基站场景，通过仿真观察找出合理的站间距。

1.1 天线的选择

天线是无源器件，不能产生能量。天线增益只是将能量有效集中向某特定方向辐射或接收电磁波。天线的增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣越窄。网络服务区的方位角覆盖性能好坏取决于天线的水平方向角，垂直面半功率波瓣宽度决定了距离覆盖的均匀性，在增益一定的前提下，波瓣越宽，覆盖越均匀。本文中天线采用65deg 18 dBi 4Tilt的天线，其水平面图和垂直面图如图1所示。

图1 65deg 18 dBi 4Tilt天线的水平面图和垂直面图

1.2 下倾角的选择

天线的下倾角度和安装天线高度的调整主要是以改变主波瓣的覆盖距离来控制小区的覆盖半径。在物理优化中，天线下倾角的调整成本低，实施简便，作为优选控制覆盖的物理调整方式[1－2]。天线的下倾角有机械倾角、电子倾角、机械倾角和电子倾角两者兼备3种。与电子倾角相比，机械倾角在下调过程中，天线辐射图随机械倾角的增大而发生畸变，并逐渐在左右两侧形成两个辐射强度较大的旁瓣。天线高度越高，因机械下倾角下调而形成的新的旁瓣越大，给网络带来了新的干扰。在实际应用中，当机械下倾角大于15°时，相邻的基站扇区会收到该基站发出的相应的信号。因此为了无线网络优化中通过物理调整方式有效控制小区覆盖减小干扰，使用电子下倾角或机械倾角和电子倾角两者兼备的天线作为基站使用的天线。在实际的网络优化中，需要根据不同的地形地貌等实际环境进行设置。在本文仿真过程中，采用机械下倾角为5°，电子下倾角为4°。

1.3 传播模型

本文采用如式(1)所示的标准传播模型[3－4]

式中:LPath为路径损耗(dB);K1为常量偏移与频率相关的常数;K2为距离衰减系数;K3为基站天线高度修正系数;K4为与衍射损耗相关的系数且必须大于0;K5为基站天线高度及距离修正系数;K6为与移动台高度相关的系数;K7为绕射修正系数;f为(clutter)地物衰减修正系数;d为基站与移动台间的距离(km);HTxeff，HRXff为基站天线和移动台天线的有效高度(m)。

2 系统仿真

Atoll是基于WCDMA的现代化的Monte－Carlo仿真器，包含了RRM(无线资源管理)和载波分配算法，可以对上下行链路进行功率控制，载波选择建模。

Atoll的数据库是由一套描述网络的表格组成的。用户新建一个工程的时候，可以选择一个模板，然后Atoll就相应地生成一个数据库。在UMTS模板包括的表格有基站表(sites table)、发射机表(transmitters table)、基站设备表(equipment table)、天线波瓣表(Antenna pattern table)、小区表(cells table)等。

进行Monte－Carlo仿真的过程:1)Monte－Carlo仿真是必须根据话务地图的，Atoll根据话务地图中的手机用户数量和密度，随机地在地图上分配手机用户数量和密度，随机地在地图上分配手机用户的位置和用户行为。2)根据第一步产生的结果，对上下行进行功率仿真。具体操作如下:

(1)导入地图的3项基本信息，即点击File—Import—选择地图所在文件夹—clutter文件—index文件—Clutter Classes，File—Import—选择地图所在文件夹—heights文件—index文件—altitudes，File—Import—选择地图所在文件夹—vectors文件—index文件—vectors。

(2)定义坐标系，即点击 tools—options—projections。这里可以将地图heights文件中的projection文件用记事本打开找到中央经线。一般使用的坐标系为Bejing1954坐标系。

式中：qe(mg/g)表示吸附量；Ce(mg/L)表示平衡浓度；a(mg/g)表示最大吸附量；b表示Langmuir系数，与吸附质和吸附剂之间的亲和力相关联[9]。

(3)导入基站信息，即Data—双击Site表或者是右击Open Table。Atoll中的表与经常使用的Excell表的操作十分相似。在Site表中导入的是有关基站名称、经度、纬度等的相关信息。

(4)导入天线信息，即采用65deg 18 dBi 4Tilt的天线。

(5)导入transmitter扇区，即点击Data—transmitters—双击transmitters表或者右击Open Table。在这里导入方向角、下倾角等的相关数据。

(6)定义传播模型。

(7)定义Cell小区。

(8)画出计算区域，即点击Geo—Computer Zone—右击选择Draw。

(9)进行覆盖预测，即点击Data—prediction—New。这里可以进行两个预测分别是Coverage by Transmitters properties和 Coverage by Signal level。

(10)话务模型设置，即对话务模型的设置是Atoll仿真的重中之重。这里需要对Data—UMTS parameter中的各项 Services，Mobility Types，Terminals，User Profiles核和Environments进行设置。

(12)进行仿真，即点击 Data—UMTS simulations，一般进行20次预测，将结果提交，就可以进行predictions中的各种仿真预测了。这里主要进行的仿真包括Service Area(Eb/Nt)Uplink Cs12.2k，Service Area(Eb/Nt)Uplink Cs64k，Service Area(Eb/Nt)Uplink Ps64k，Service Area(Eb/Nt)Uplink Ps128k，Service Area(Eb/Nt)Uplink Ps384k，Effective Service Area Cs12.2k，Effective Service Area Cs64k，Effective Service Area Ps64k，Effective Service Area Ps128k，Effective Service Area Ps384k，Handoff status，pilot pollution，Pilot Reception Analysis(Ec/Io)，Coverage by signal level，Coverage by Transmitter。

3 仿真结果比较

若采用200 m间距进行建站，由于基站数过多，站间距过小，前向功率分配不当，小区覆盖未能很好地控制，造成越区覆盖，软切换比例过高，导频污染较严重等现象;若采用600 m间距进行建站，由于基站数量较少，站间距过大，系统负荷过重，容易产生盲区。采用400 m间距进行建站，无论从最佳小区、软切换比例还是导频污染分析，效果都是最佳的。

如图2最佳小区覆盖图所示:200 m基站间距基站分布过密集，容易造成越区覆盖;600 m基站间距中，密集城区基站分布过疏松，容易造成覆盖盲区;400 m基站间距为最佳小区覆盖的最佳基站间距。

图2 3种基站间距对应的最佳小区覆盖图

在切换时，用户终端先连接一个新的小区，后断开原来的小区。一个用户终端可以同时与两个或多个小区相连。衡量网络容量的一个很重要的指标就是软切换区，通过切换仿真分析图，可以观察到切换链路的多少。如果切换链路过多，则会导致系统资源的浪费，甚至会出现掉话现象。如图3所示，200 m基站间距切换图中，切换链路过多，造成了资源浪费，并且掉话现象严重。相比较而言，400 m基站间距切换图效果较为合理。

由于不同的地形地貌等环境的影响，不同扇区之间会产生信号间的干扰，产生导频污染现象。如图4所示，400 m基站间距基本无导频污染，网络质量较好。仔细分析，在小区与小区的边界处和基站与基站的边界处可能会由于主导频强度不强，而出现部分导频污染。

4 结论

通过以上最佳小区、切换区域、导频污染的分析，可以看出，在密集城区400 m的基站间距方案从整体网络性能比较，是一个最优选择。通过仿真分析，可以模拟预测规划区域内网络质量。本次仿真过程中，使用的是20 m精度的电子地图，没有建筑物高度信息，这样建筑物所造成的遮挡、反射等效应不能很好地在仿真中反映[5]。因而在实际的仿真具体某个地区的仿真过程中和实际基站的建设中，还需要结合路测的数据针对各个站点进行分析，对于出现部分实际问题可以采用相应的工程手段加以妥善解决，通过不断地优化调整以达到网络规划的性能目标，给出最合算的配置方案。

[1]张长钢，李猛.WCDMA/HSDPA无线网络优化原理与实践[M].北京:人民邮电出版社，2007.

[2]HOLMA H，TOSKALA A.HSDPA/HSUPA技术与系统设计[M].叶银法，陆健贤，周胜，等，译.北京:机械工业出版社，2007.

[3]李强，于游，孙瑞杰，等.TD－SCDMA集群通信系统会话类业务模型分析[J].电视技术，2011，35(15):103－106.

[4]夏林，张治中，郑伟.WCDMA网络信令集中监测系统的研究与设计[J].电视技术，2011，35(23):94－97.

[5]赖志强，朱燕平，何惠玲.山区城市WCDMA的网络规划与仿真设计[J].计算机与数字工程，2007(9):106－109.