TDSCDMA系统无线网络规划设计

导师 : 郑 建 宏 学生 : 王 健 专业 : 通信工程 目 录 选题背景选题背景 主要内容主要内容 工作总结工作总结 工作展望工作展望 选题背景 3 TD-SCDMA（ Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，时 分同步码分多址）标准是第一个由中国提出的、以我国知识产权为主的、被 国际广泛认可的第三代移动通信（简称 3G）标准。 TD-SCDMA在频谱利用率、频率灵活性、对业务支持具有多样性及成本等方 面有独特优势。 选题背景 4 目前， TD- SCDMA网络 由中 移动承建， 虽已覆 盖我国直辖市、省 会等城市，但许多 地市 级城市的网络 规划建设工作尚未 完成 ， 且存在诸多 问题： 覆盖差，大部分城市仅仅覆盖了城 区，在城郊和县城的覆盖还没有达 到连续覆盖 网络质量差，各个城市的人口密度 和城市布局不太相同，城区的网络 质量也远没有达到 GSM网络的水平 网络资源 利用率 :TD用户数规模小 ,用户 绝对量还是 较 小，且用户 未 完全停留在 TD网络上，所以造成 TD网络资源利用率 极低 。 选题背景 5 针对以上问题，有很多解决途径，但是网络规划是最前期，也是最基础 的一项工作。网络规划直接决定了网络建设 后 的质量，而网络建设 过程 对网 络质量的影响占比也达到 70%以上，网优只能是后期的优化。所以 TD-SCDMA网 络规划是一个非常重要的过程，它的结果甚至会影响到网络运营商的经营成 功与否。 目 录 选题背景选题背景 主要内容主要内容 工作总结工作总结 工作展望工作展望 主要内容 7 1、 TD-SCDMA网络特点 2、 TD-SCDMA网络规划流程 TD-SCDMA基本特点 每载波带宽 1.6M 码片速率 1.28Mc/s 双工方式 TDD 帧长 10ms (子帧 5ms) 信道编码 卷积码、 Turbo码 调制方式 QPSK/8PSK 功率控制 开环结合慢速闭环 功率控制速率 200次 /s 基站同步 同步 TD-SCDMA时隙结构 Frequency Time Power density (CDMA codes) 1.6 MHz 0 : 15 TS0 2. Carrier (optional) 3. Carrier (optional) TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 DL DL DL DL UL UL UL 5 ms DwPTS UpPTS GP DL 智能天线 +联合检测的影响 频率 S = 纠正增益 扩频信号 MAI 检测到信号 能量 l 智能天线的增益（分集及赋形增 益），可以有效的提升业务覆盖能力 并降低对单个功放的功率要求 l 智能天线 + 联合检测，对本小区 及邻小区的干扰抑制，可显著减弱小 区呼吸效应，同时可显著提升系统容 量和频谱利用效率 TD-SCDMA网络性能 TD-SCDMA系统小区呼吸现象不明显 传统的 CDMA系统，负荷和干扰的上升对系统的服务质量、覆盖、 容量会造成较大的影响。 TD-SCDMA系统各种多址技术使产生呼吸效应的因素显著降低 智能天线和联合检测技术最大限度的克服了小区呼吸效应： 联合检测技术给系统带来较大增益，使小区内干扰因子下降 智能天线波束赋形进一步减少小区内和小区间 干扰 TD-SCDMA各种业务的覆盖范围近似相同，对于实现各种业务的 连续覆盖规划非常有利 TD-SCDMA Node B 12.2 kbps 384 kbps 时分双工的影响 l 使用同一频率，上下行具有相同的无线 传播特性 l 上下行时隙支持不对称配置 对于具有不同话务分布的应用场景 （如城区与农村）可以采用不同的上下 行转换点配置（如城区 2:4，农村 3:3 ），这可提高时隙转换点配置的灵活性 对于同一区域来讲，可以有效支持 非对称业务（典型如 PTT 业务、数据 业务） 时分双工 (TDD): 上行频段和下行频段一样 D U D D D D DD 动态信道分配（ DCA）的影响 DCA及其参数的优化调整可为网络后期优化提供一种改善业务质量的优化手 段 DCA信道调整可以改善链路性能，由此可降低掉话率 DCA对频域、时域、码域和空域资源的调整可有效提高 业务接入的成功率 下行 干扰 上行 新呼叫 接力切换的影响 l 接力切换的的成功率介于软切换与 硬切换之间，其资源消耗等同于硬切 换 l因此在切换区规划时，对切换比例 不像传统 CDMA 系统那么敏感，规划 以满足切换性能为主 接力切换期间 : 上行 : 下行 NB- T 从 NB-S 接收 NB- S RNC 向 NB-T 发送 同时 优点 : 无数据帧丢失 N频点技术 CCSA TD-SCDMA行业标准中引入的 N频点小区的概念 ,即一个 小区可配置多个载频1 承载 P-CCPCH的载频称为主载频，不承载 P-CCPCH的载频称 为辅载频3 仅在小区 /扇区的一个载频上发送 DwPTS和广播信息，多个频 点使用一个共同广播2 主载频和辅助载频使用相同的扰码和基本 midamble4 TD-SCDMA网络特性 N频点的组网优势 降低系统干扰 提高系统容量 一个扇区 /小区内，只有一个主载波频点发射 DwPTS和 TS0，因此就 TS0时隙和导频时隙来说 在任何情况下都是异频组网 改善系统 同频组网性能 降低系统拥塞率 提升系统效率 N频点小区中所有载频资源属于同一小区，共 用导频和广播信道 ，降低了手机接收广播信 道的数量，而且系统可以对多个载频的容量进 行统一分配和调度，提高了系统效率 提高了在同频情况下，公共信道和导频信道的 覆盖效果 TD-SCDMA网络特性 主要内容 17 1， TD-SCDMA网络特点 2， TD-SCDMA网络规划流程 调查 分析 勘察 网络规划需求分析 无线网规站点勘测 无线网络详细设计 传播模型测试 传播模型校正 输出规划报告 网络规划站点筛选 网络规模估算 网络预规划设计 仿真验证 验证系统 符合要求仿真 TD-SCDMA网络规划流程 需求分析 需求分析 我们的目标是什么？ 详细 了解组 网的各种要求 了解现有 网络运行状况及发展计划 调查当地电波传播环境 调查服务区内话务需求分布情况 对服务区内近期和远期的话务需求作合理预测 容量 目标 质量 目标 覆盖 目标 需求分析 -区域划分 根据无线传播环境，对规划区域进行合理划分： 区域分类 特征描述 密集城区 错综复杂的楼群，没有明显的分界线，街道不是平行而是交错的 ，建筑物平均高度高于 40m，平均密度大于 35%。 一般城区 建筑可较明显地区分为建筑群区 (块 )，建筑物平均高度低于 40m ，平均密度为 8-35%。 郊区 有明显大街道的大片区域，建筑物一般为 30m*30m，经常看到 零散的房屋，且有植被覆盖，建筑物平均高度低于 20m，平均密 度为 3-8%。 农村及偏远 大的较空旷的区域中零散的分布着小的建筑物，其平均高度低于 20m，平均密度小于 3%。 需求分析 -区域划分 根据业务类型分布，对规划区域进行合理划分： 区域分类 特征描述 业务分布特点 A 商务活动集中地，用户对移动通信需求 大，对数据业务要求较高 话务密集，业务速率要求高，数据业务 发展的重点区域 B 工商业发达，城市化水平较高，人口密 集，经济发展快人均收入高的地区 话务量较高，业务速率中等，有数据业 务需求 C 工商业发展和城镇建设具有相当规模， 经济发展和人均收入处于中等水平 话务量较低，只提供低速或不提供数据 业务 D 主要是山区和农村，经济发展相对落后 话务稀疏，建站目的是解决覆盖，一般 不保证数据业务的质量 需求分析 -用户密度 输入参数 人口密度：该区域单位面积的人口数目，单位： /km2； 移动用户普及率：指用户配备移动终端的比例； 3G用户普及率：指使用 3G服务的用户占整个移动用户的比例； 运营商普及率：指某个运营商的 3G网络用户的数目占整个 3G用户的比例。 输出中间参数 毕节市区规划 面积和用户规模 业务环境 用户数（万） 面积（ km2 ） 密集城区 B 33 14.5 需求分析： 业务模型 移动业务种类预测 业务种类 承载速率 语音业务 CS12.2/12.2 可视电话 CS64/64 Email PS64/64 MMS PS64/64 信息服务 PS64/64 图铃下载 PS64/128 WAP浏览 PS64/128 WWW浏览 PS64/128 音频流 PS64/384 视频流 PS64/384 业务模型建模 CS业务呼叫模型 用户平均发起呼叫次数 平均呼叫持续时间 通过爱尔兰建模 PS业务呼叫模型 业务平均吞吐率 忙时使用次数 通过吞吐量分别对上下行建模 单用户单用户 业务量分析业务量分析 规划区域规划区域 业务量分析业务量分析 需求分析 -话务模型 区域划分 CS12.2(erl) CS64(erl) PS64(kbps) PS128(kbps) PS384(kbps) 下行总吞吐量 一般城区 24.784 149.868 39.735 郊区 5.726 53.382 10.837 农村 0.123 0.498 0.181 上行总吞吐量 一般城区 21.003 20.563 0.539 郊区 4.632 7.570 0.147 农村 0.111 0.071 0.002 下行总爱尔兰 一般城区 55.683 0.428 0.387 1.171 0.103 郊区 45.100 0.540 0.089 0.417 0.028 农村 4.044 0.039 0.002 0.004 0.000 上行总爱尔兰 一般城区 55.683 0.428 0.328 0.321 0.008 郊区 45.100 0.540 0.072 0.118 0.002 农村 4.044 0.039 0.002 0.001 3.82998E-05 网络质量要求 数据速率覆盖要求 市区： 12.2k话音和 CS64k业务连续覆盖， PS384kbps 数据业务部分覆盖。 市郊和公路： 12.2k话音连续覆盖。 可接入率 无线覆盖区 90%位置内， 99%的时间可接入网络。 无线信道呼损 无线信道引起的呼损率 3%。 接通率 本地话音呼叫的接通率 90。 通话中断率（掉话率） 语音呼叫掉话率 2% 调查 分析 勘察 网络规划需求分析 无线网规站点勘测 无线网络详细设计 传播模型测试 传播模型校正 输出规划报告 网络规划站点筛选 网络规模估算 网络预规划设计 仿真验证 验证系统 符合要求仿真 TD-SCDMA网络规划流程 步骤 2 传播模型测试原理 传播损耗为快衰落与慢衰落的叠加 接收信号的中值场强进行校正 李氏定理 36 50samples/40(该定律就是尽可能的减少快衰落的影 响 ) 以有限的测试来预测整个规划区域的无线传播特性 测试环境搭建 整个测试系统由发射系统和接收系统部分组成。发射系统由 CW发射机 、馈线和发射天线等组成；接收系统由接收天线、 CW接收机、 GPS定 位仪、便携机及测试软件组成 模型校正前后对比 模型校正前后对比形象的如下图所示 : 蓝颜色的曲线表示我们选取的经典模型 ,红颜色的点表示我们实际 测试得到的数 据 ,我们所要所的就是让蓝颜色曲线的参数更加的符合红颜色的点的特性 .下面左 图就是没有校正前的模型 ,右图是校正后的模型 . Hata模型 调查 分析 勘察 网络规划需求分析 无线网规站点勘测 无线网络详细设计 传播模型测试 传播模型校正 输出规划报告 网络规划站点筛选 网络规模估算 网络预规划设计 仿真验证 验证系统 符合要求仿真 TD-SCDMA网络规划流程 步骤 3 规模估算 规模估算 我们需要多少个 Node B呢？ 覆盖分析 容量分析 最终获得网络的建设规模（基站数目，扇区数目和载频数目） 按照覆盖来估算 按照容量来估算 KR 算法 业务模型确定链路预算 按覆盖估算 使用现有模型（或进行传播模型测试与校正，得到当地无线传 播模型） 使用链路预算工具，在校正后传播模型基础上，计算满足上行 覆盖要求条件下各个区域的小区半径 根据站型计算小区面积 用区域面积除以小区面积就得到所需的基站个数 小区半径的计算 根据小区半径计算站间距时要注意站型的差别 3扇区顶角激励站型的小区 面积为 1.95R2 全向站的小区面积为 2.6R2 链路预算 基站综合损耗 天线增益 车内损耗和 穿透损耗等 基站灵敏度 人体损耗 UE功率 路径损耗 通过链路预算公式，解出传播路径损耗，从而确定基站半径通过链路预算公式，解出传播路径损耗，从而确定基站半径 链路预算参数 工作 频率 扩频带宽 解调 所需 Eb/N0 UE的发射功率 接收机灵敏度 热噪声功率 接收机 噪声系数 阴影衰落余量 处理 增益 功控余量 干扰 余量 天线增益 人体 损耗 馈线损耗 穿透 损耗 车内损耗 允许的最大路径损耗 链路预算 链路预算是覆盖规划的前提，通过它能够指导规划区内小区半 径的设置、所需基站的数目和站址的分布。 链路预算要做的工作就是在保证通话质量的前提下，确定基站 和移动台之间的无线链路所能允许的最大路径损耗。 一般情况下，下行覆盖大于上行覆盖，即上行覆盖受限。 从链路预算给出的最大路损，结合传播模型可计算出小区的覆 盖范围。 链路预算表 参数名称 单位 密集城区 一般城区 郊区 系统 业务速率 bps CS64k CS64k CS64k 工作频率 MHz 2000.0 2000.0 2000.00 扩频带宽 MHz 1.28 1.28 1.28 发射端 最大发射功率 dBm 24.00 24.00 24.00 终端天线增益 dBi 0.00 0.00 0.00 人体损耗 dB 0.00 0.00 0.00 EIRP dBm 24.00 24.00 24.00 接收端 热噪声功率谱密度 dBm/Hz -173.98 -173.98 -173.98 热噪声功率 dBm -112.90 -112.90 -112.90 噪声系数 dB 3.50 3.50 3.50 噪声功率 dBm -109.40 -109.40 -109.40 小区负载 % 75% 75% 75% 干扰余量 dB 1.00 1.00 1.60 处理增益 NA 3.42 3.42 3.42 Eb/No dB 10.62 10.62 11.32 C/I dB 7.20 7.20 7.90 接收机灵敏度 dBm -101.20 -101.20 -99.90 基站天线增益 dBi 15.00 15.00 15.00 智能天线分集增益 dBi 7.50 7.50 7.50 馈线损耗 dB 0.50 0.50 0.50 链路预算表 储备 区域覆盖概率 % 95% 95% 90% 边缘覆盖概率 % 88% 88% 75% 阴影衰落标准差 dB 10.00 10.00 8.00 阴影衰落余量 /慢衰落储备 dB 11.60 11.60 5.50 功控余量 /快衰落储备 dB 1.00 1.00 0.00 切换对抗快衰落增益 dB 0.00 0.00 0.00 切换对抗慢衰落增益 dB 4.99 4.99 3.62 穿透损耗 dB 19.00 14.00 10.00 储备总计 （室外） dB 7.61 7.61 1.88 储备总计 （室内） dB 26.61 21.61 11.88 路损 最大允许路损（室外） dB 139.59 139.59 144.02 最大允许路损（室内） dB 120.59 125.59 134.02 覆盖估算 确定最大允许路径损耗 传播模型校正 我们需要多少个 Node B？ 链路预算覆盖目标 覆盖半径覆盖半径 覆盖规模覆盖规模 按容量估算 -KR算法 Kaufman Roberts 算法： 解决问题： 当系统容量为 C，系统存在 K 种业务； 第 k种业务的业务量为 ak、容量需求为 bk , k1, K； 算法能求得各业务的阻塞概率 GoSk 算法特点： 按照系统资源池共享的方式来分析容量； 允许各业务的 GoS 存在差别 Kaufman Roberts 算法更适用于 3G 混合业务的容量估算 KR方法对于混合业务的估算准确度很高 ； Campbell方法在各业务的业 务量比较平均的情况下有较大的误差，只有在 CS业务占有绝对优势的 情况下才比较准确； 容量估算结果 把用覆盖计算出的扇区数带入到 KR算法中，再用设定的载波数 带入尝试，若得到输出的码道负荷小于原先规定的门限即可认 为改扇区数和载波数是合理的。若此时的码道负荷超过了预先 设定的门限则增加载波数再次带入 KR算法中，直到找到合适的 载波数为止。 最终估算结果 链路方向 上行 下行 需要的扇区数 需要的载波数 码道负荷 需要的扇区数 需要的载波数 码道负荷 一般城区 195 4 58.74% 189 4 54.49% 调查 分析 勘察 网络规划需求分析 无线网规站点勘测 无线网络详细设计 传播模型测试 传播模型校正 输出规划报告 网络规划站点筛选 网络规模估算 网络预规划设计 仿真验证 验证系统 符合要求仿真 TD-SCDMA网络规划流程 步骤 4 网络预规划设计模拟布点 根据规模估算，在电子地图上，进行模拟布点。 Mapinfo Atoll 百林 预规划仿真 通过仿真软件预算规划区域的覆盖情况 ,给出基站的布局和基站 预选站址的大致区域和位置，为勘察工作提供勘察的指导方向 输入信息 站点基本信息 传播模型 天线库 输出信息 PCCPCH RSCP Best Server DwPTS Ec/Io 调查 分析 勘察 网络规划需求分析 无线网规站点勘测 无线网络详细设计 传播模型测试 传播模型校正 输出规划报告 网络规划站点筛选 网络规模估算 网络预规划设计 仿真验证 验证系统 符合要求仿真 TD-SCDMA网络规划流程 步骤 5 无线网络勘察 无线方面准则 不要让天线正对雷达、电台、军事区域、机场等强干扰源或 在其附近选站。 智能天线特殊要求：智能天线周围 100m不能有明显反射物 。 同一个基站的几个扇区的天线高度差别不能太大； 足够的天线安装空间，保证隔离度 不要让天线主瓣正对街道走向； 同一 NodeB下的 2个扇区法线夹角不小于 90度 站点调整 基站调整途径 调整基站位置 调整天线挂高 调整天线下倾角 基站 A 基站 B 下倾 A 下倾 B 调整扇区朝向 扇区 A 扇区 B 调查 分析 勘察 网络规划需求分析 无线网规站点勘测 无线网络详细设计 传播模型测试 传播模型校正 输出规划报告 网络规划站点筛选 网络规模估算 网络预规划设计 仿真验证 验证系统 符合要求仿真 TD-SCDMA网络规划流程 步骤 6 无线网络详细设计 -仿真验证 通过网络仿真对覆盖性能的模拟。 通过对单站和整网进行 PCCPCH的覆盖仿真来考察预规划的情况 ，从而根据仿真结果进行调整 无线网络详细设计 邻小区规划 频点规划 码资源规划 其他参数规划 调查 分析 勘察 网络规划需求分析 无线网规站点勘测 无线网络详细设计 传播模型测试 传播模型校正 输出规划报告 网络规划站点筛选 网规模估算 网络预规划设计 仿真验证 验证系统 符合要求仿真 TD-SCDMA网络规划流程 步骤 7 仿真验证 网络仿真目的及意义 验证网络站点布局能否达 到网络的覆盖、容量和服 务质量三者的良好平衡； 指出站点布局中存在的问 题，指导进一步的站点勘 查。 这是一个循环的过程，直 至网络站点布局能够在控 制网络投资的同时，满足 网络的覆盖、容量和网络 服务质量。 仿真结果分析 下图 反应的是 PCCPCH RSCP的仿真效果图，可