毕业设计（论文）-WCDMA无线网络规划设计.doc

河南科技大学本科毕业设计（论文） i wcdma 无线网络规划设计 摘 要 随着 3g 标准的不断发展、完善及 3g 设备不断成熟，如何经济合理地建设 3g 网络已成为急需解决的问题。由于 3g 系统存在自干扰特性和软容量等技术特 点，网络规划需要做好覆盖和容量、话音与数据、用户与业务等方面的综合平衡， 做到最有效的利用有限资源，保证最优的网络质量，为用户提供最好的业务体验 和通信服务。本文内容正是在此背景下的一次积极探索和研究。 本论文首先以 wcdma 的无线技术特点为线索，概述了 wcdma 的特点、 无线网络技术特点和相应的网络规划的特点，并结合实际情况，重点讨论无线网 络建设情况，如信道分配、小区数据规划等不同区域的覆盖策略，并具体分析了 几种典型情况及规划方法。 最后本文对河东酒店进行了室内覆盖设计，可以为其提供一个良好的 wcdma 网络服务，如可视电话业务，中、高速数据业务等。同时，整个网络容 量配置可以满足长远的 wcdma 用户预期业务需求。 关键词：wcdma，3g，无线网络，网络规划，室内覆盖 河南科技大学本科毕业设计（论文） ii the planning and design of wcdma radio network abstract with the continuous development and improvement of 3g standards, and the maturity of 3g equipment, how economically and reasonably to build 3g network has become an urgent problem to solve. because of the self-interference characteristics and soft capacity of 3g systems and other technical features, the network planning needs to think about the comprehensive balance of covered and capacity, voice and data, users and business etc, and the most effective use of limited resources to ensure optimal network quality, to provide users with the best service experience and communication services. the article contents just a positive exploration and research in such background. this thesis with wcdma radio technology first for clues, summarizes the characteristics of the radio network wcdma characteristics, technical characteristics and corresponding characteristics of the network planning, and connecting with the actual situation, mainly discuss the radio network construction condition, such as channel allocation, community data planning etc in different areas of the cover strategies, and then concrete analysis of several kinds of typical situation and planning method. finally this paper has an indoor coverage design for eastward hotel. this program can provide a good wcdma network services for eastward hotel, such as video phone business, medium, high speed data business, etc. at the same time, the entire network capacity configuration can satisfy the expected business requirements of long-term wcdma users. keywords：wcdma, 3g, radio networks, network planning, indoor coverage 河南科技大学本科毕业设计（论文） iii 目 录 第 1 章 绪 论 .1 1.1 第三代移动通信系统1 1.2 wcdma 标准主要特点 2 1.3 wcdma 关键技术 3 1.3.1 多用户检测.3 1.3.2 rake 接收机3 1.3.3 多载波设计.4 1.3.4 智能天线.4 第 2 章 wcdma 系统结构简介.5 2.1 wcdma 系统结构 5 2.1.1 用户终端设备.5 2.1.2 无线接入网.6 2.1.3 核心网络.6 2.2 wcdma 无线接入网结构及接口 8 2.2.1 wcdma 无线接入网结构.8 2.2.2 wcdma 无线网络接口.8 2.3 wcdma 与 gsm 无线网络规划不同处9 2.3.1 规划策略不同.9 2.3.2 频率规划及干扰预测.10 第 3 章 wcdma 无线网络规划.11 3.1 wcdma 无线网络规划步骤 11 3.2 wcdma 无线网络规划目标 12 3.2.1 网络覆盖目标.12 3.2.2 网络容量目标.12 3.2.3 网络质量(qos)目标12 3.2.4 成本目标.12 3.3 wcdma 覆盖规划 12 河南科技大学本科毕业设计（论文） iv 3.3.1 wcdma 传播模型.13 3.3.2 移动无线网络传播环境.14 3.4 wcdma 系统容量规划 14 3.4.1 确定软容量.14 3.4.2 wcdma 系统容量估计.16 3.5 wcdma 系统基站规划 18 3.5.1 选站原则.18 3.5.2 站址勘察.18 3.5.3 天线选择及其安装.19 第 4 章 河东酒店室内覆盖设计 .22 4.1 室内覆盖理论22 4.1.1 什么是室内覆盖.22 4.1.2 为什么要建设室内覆盖.22 4.1.3 什么地区需要室内覆盖.23 4.1.4 怎么实现室内覆盖.23 4.1.5 信号分布基本方式.23 4.2 室内覆盖设计24 4.2.1 覆盖区域.24 4.2.2 覆盖方案.25 4.2.3 设计标准.26 4.3 设计总结27 4.3.1 功率分配合理性与设备利用率分析.27 4.3.2 信号外泄和切换分析.27 4.3.3 电磁辐射影响分析.28 结 论 .29 参考文献 .30 致 谢 .32 河南科技大学本科毕业设计（论文） 1 第 1 章 绪 论 本章主要介绍第三代移动通信系统三大标准之一的 wcdma 系统的主要特 点及关键技术。 1.1 第三代移动通信系统 模拟通信系统经过 10 余年的发展后，终于在 20 世纪 90 年代初逐步被更先 进的数字蜂窝移动通信系统所代替。 手持机的迅速普及将驱动通信向个人化方向发展，互联网用户数以翻番的速 度膨胀又带来了移动数据通信的发展机遇。特别是移动多媒体和高速数据业务的 迅速发展，迫切需要设计和建设一种新的网络以提供更宽的工作频带、支持更加 灵活的多种类业务(高速率数据、多媒体及对称或非对称业务等)，并使移动终端 能够在不同的网络间进行漫游。由于市场的驱动促使第三代移动通信系统(3g)的 概念应运而生。 第三代移动通信系统将满足城市和偏远地区各种用户密度，支持高速移动环 境，提供持话音、数据和多媒体等多种业务(最高速率可达 2mbps)的先进移动通 信网。 itu 于 1996 年确定了正式名称：imt-2000(国际移动通信-2000)，其含义为 该系统预期在 2000 年左右投入使用，工作于 2000mhz 频带，最高传输数据速率 为 2000kbps。imt-2000 的技术选取中最关键的是无线传输技术(rtt)。无线传输 技术(rtt)主要包括多址技术、调制解调技术、信道编解码与交织、双工技术、 信道结构和复用、帧结构、rf 信道参数等。itu 于 1997 年制定了 m.1225 建议， 对 imt-2000 无线传输技术提出了最低要求，并面向世界范围征求 rtt 建议。 itu 要求 imt-2000 rtt 必须满足以下三种环境的要求。即： （1）快速移动环境，最高速率达 144kbit/s； （2）室外到室内或步行环境，最高速率达 384kbit/s； （3）室内环境，最高速率达 2mbit/s。 河南科技大学本科毕业设计（论文） 2 另外，itu 所定义的 imt-2000 系统需要具有以下特性： （1）全球化：imt-2000 是一个全球性的系统，各个地区多种系统组成了一个 imt-2000 家族，各个系统间设计上具有高度的互通性，使用共同的频段， 全球统一标准，能提供全球无缝漫游； （2）综合化：能够提供多种业务，特别能够支持多媒体业务和 internet 业务，并 有能力容纳新类型的业务； （3）个人化：全球唯一的个人号码，足够的系统容量，高保密性，高服务质量。 我国提出的 td-scdma 建议标准与欧洲、日本提出的 wcdma 和美国提出 的 cdma2000 标准一起列入该建议，成为世界三大主流标准之一。 1.2 wcdma 标准主要特点 wcdma 作为 3g 的一个主要标准，具有以下特点： （1）基站无须同步，摆脱了美国 gps 系统的控制。 （2）信道丰富，可以满足各种业务的需求。wcdma 可以通过公共信道、接入 信道和专用信道等通类型的信道实现不同业务。wcdma 所承载的业务可 以大致分为四类一会话类、数据流类、互动类、后台类。它们的主要区别 在于对时延的敏感程度，会话类业务对时延最敏感，后台类业务对时延最 不敏感。 （3）容量更大、业务速率更高。wcdma 的码片速率达 3.84mchip/s，载波带宽 约 5mhz 系统，wcdma 的带宽能够支持更高的速率，对于话音业务具有 更高的扩频增益，接收灵敏更高。 （4）功率控制更加完善。wcdma 采用开环和闭环两种功率控制方式，当链路 没有建立时，开环率控制用来调节接入信道的发射功率，链路建立之后使 用闭环功率控制。闭环功率控制又包括内环功率控制和外环功率控制，外 环功率控制以误码率或误帧率作为控制的目标。wcdma 供的上行快速功 率控制是它的一个显著的特点，频率为 1500hz，而 is-95 上行功率控制只 有 800hz，下行链路为慢速功率控制。wcdma 的快速功率控制速度比路 河南科技大学本科毕业设计（论文） 3 径损耗的变化至比低速和中速移动的 lie 产生的瑞利快衰落的速度还快， 可以有效抵抗链路的功率不平衡现象和 rayleigh 衰落，能够更好地控制系 统内的干扰，提升网络覆盖、容量方面的性能。 （5）切换机制更加健全。wcdma 系统采用软切换方式，降低掉话，但会增加 开销。 （6）对于分组数据业务，具有灵活的资源调度机制。wcdma 借助于不同的承 载业务信道和灵活资源分配机制，能够根据业务类型提供不同的 qos，适 应市场和网络两方面的要求。 1.3 wcdma 关键技术 无线网络的规划与设计不是一个孤立的技术工作，它和网络自身的技术特点 密切相关。无线网络的规划必须遵循技术的基本原理，才能有效的发挥网络的性 能。要规划设计一个性能优良的 wcdma 网络，首先要正确理解 wcdma 的关 键技术。 1.3.1 多用户检测 在蜂窝移动码分多址通信中，干扰大致分为三种类型：加性白噪声、多径干 扰、多址干扰。当小区同时使用的用户数较多时，多址干扰时最主要的干扰。在 cdma 系统中，引入了多用户检测技术，它是引用信息论并通过严格的理论分析 后提出的一种新型抗多址技术，而且通过多用户检测既可以抗多址干扰，又可以 抵抗远近效应和多径干扰。 1.3.2 rake 接收机 在 cdma 扩频系统中，信道带宽远远大于信道平坦衰落带宽。不同于传统 的调制技术需要用均衡算法来消除相邻符号间的码间干扰，cdma 扩频码在选择 时就要求它有很好的自相关特性。这样，在无线信道中出现的时延扩展就可以被 看作只是被传信号的再次传送。如果这些多径信号相互间的时延超过了一个码片 的长度，那么它们将被 cdma 接收机看作是非相关的噪声，而不再需要均衡了。 由于在多径信号中含有可以利用的信息，所以 cdma 接收机可以通过合并 河南科技大学本科毕业设计（论文） 4 多径信来改善接收信号的信噪比。其实 rake 接收机通过多个相关检测器接收多 径信号的各信号，并把它们合并在一起。rake 接收机的理论基础就是：当传播 时延超过一个码周期时，多径信号实际上可被看作是互不相关的。 1.3.3 多载波设计 在频率资源允许的情况下，可以通过增加载频提高系统容量。wcdma 支持 多载波术，支持有效的频率间切换，并且两个载波之间可以平衡负载，增大每个 站点的容量，这是提高网络容量最有效的方法，并且对网络的影响很小。从现有 技术上看，几个载波之间共享一个功率放大器也是可能的。两个载波共享一个功 率放大器是功率放大器最有效的使用方法，因为负载可以在两个载波之间进行划 分。 1.3.4 智能天线 在数字移动通信系统中三种基本的多址接入方式：频分多址(fdma)、时分 多(tdma)和码分多址(cdma)，它们分别在频域、时域和码域上实现用户的多而 空域的资源尚未得到充分利用。智能天线正是开发空域资源，解决目前频谱资源 匮乏、无线系统容量不足的有效途径。 智能天线采用空分复用(sdma)方式，利用信号在传播路径方向上的差别， 将扩散、瑞利衰落、多径、信道干扰的影响降低，将同频率、同时隙信号区别开 来，和其他复用技术结合，最大限度地有效利用频谱资源。 基站智能天线是一种有多个天线单元组成的阵列天线，通过调节各单元信号 的加权幅度和相位，改变阵列的方向图，从而抑制干扰，提高信噪比，它可以自 动测出用户方向，将波束指向用户，实现波束跟用户走。 智能天线对抑制干扰有明显的作用，3g 标准指出智能天线应用要求，改善 网络容量和性能，技术上考虑“聚集波束” 、 “自适应波束形成”以及“波束切换” 。 河南科技大学本科毕业设计（论文） 5 第 2 章 wcdma 系统结构简介 本章从 wcdma 系统的结构出发，进而详细介绍 wcdma 系统的重要组成 部分无线网络部分。在此基础上讨论了 wcdma 系统与 gsm 两个系统在无 线网络规划的差别。 2.1 wcdma 系统结构 wcdma 系统采用了与第二代移动通信系统类似的结构，包括无线接入网络 (radio access network，ran)和核心网络(core network，cn)。其中无线接入网络 用于处理所有与无线有关的功能，而 cn 处理 wcdma 系统内所有的话音呼叫和 数据连接，并实现与外部网络的交换和路由功能。cn 从逻辑上分为电路交换域 (cs)和分组交换域(ps)。 ue usim me utran node b node b node b node b rnc cn rnc msc/v lr sgsn gmsc ggsn external networks plmn pstn isdn internet cu uu iubhlr iur iu 图 2-1 umts 网络结构 从图 2-1 umts 网络结构中可以看出，umts 系统的网络单元包括如下部分： ue、utra、cn。 2.1.1 用户终端设备 ue(user equipment)是用户终端设备，它通过 uu 接口与网络设备进行数据交 互，为用户提供电路域和分组域内的各种业务功能，包括普通话音、数据通信、 移动多媒体、internet 应用(e-mail、www 浏览、ftp 等)。 ue 包括两部分： （1）me(the mobile equipment)，提供应用和服务； （2）usim(the umts subscriber module)，提供用户身份识别。 河南科技大学本科毕业设计（论文） 6 2.1.2 无线接入网 utran(umts terrestrial radio access network)，即无线接入网，分为基站 (node b)和无线网络控制器(rnc)两部分： （1）node b node b 是 wcdma 系统的基站(即无线收发信机)，通过标准的 iub 接口主 要完成 uu 接口物理层协议的处理。它的主要功能是扩频、调制、信道编码及解 扩、解调、信道解码，还包括基带信号和射频信号的相互转换等。 （2）rnc(radio network control) rnc 是无线网络控制器，主要完成连接建立和断开、切换、宏分集合并、无 线资源管理控制等功能。具体如下： 执行系统信息广播与系统接入控制功能； 切换和 rnc 迁移等移动性管理功能； 宏分集合并、功率控制、无线承载分配等无线资源管理和控制功能。 2.1.3 核心网络 cn，即核心网络，负责与其他网络的连接和对 ue 的通信和管理。在 wcma 不同协议版本的核心网设备有所区别。从总体上来说，r99 版本的核心网 分为电路域和组域两大块，r4 版本的核心网也一样，只是把 r99 电路域中的 msc 的功能改由两的实体：msc server 和 mgw 来实现。r5 版本的核心网相对 r4 来说增加了域，其他的与 r4 基本一样。 （1）msc/vlr msc/vlr 是 wcdma 核心网 cs 域功能节点，它通过 iu_cs 接口与 utran 相连，通过 pstn/isdn 接口与外部网络(pstn、isdn 等)相连，通过 c/d 接口与 hlr/auc 相连，通过 e 接口与其它的 msc/vlr、gmsc 或 sm c 相连，通过 cap 接口与 scp 相连，通过 gs 接口与 sgsn 相连。msc/vlr 的主 要功能是提供 cs 域的呼叫控制、移动性管理、鉴权和加密等功能。 （2）gmsc gmsc 是 wcdma 移动网 cs 域与外部网络之间的网关节点，是可选功能节 点，它通过 pstn/isdn 接口与外部网络(pstn、isdn、其它 plmn)相连，通过 c/d 接口与 hlr/auc 相连，通过 cap 接口与 scp 相连。它的主要功能是完成 河南科技大学本科毕业设计（论文） 7 vmsc 功能中的呼入呼叫的路由功能及与固定网等外部网络的网间结算功能。 （3）sgsn sgsn(服务 gprs 支持节点)是 wcdma 核心网 ps 域功能节点，它通过 iu_ps 接口与 utran 相连，通过 gn/gp 接口与 ggsn 相连，通过 gr 接口与 hlr/auc 相连，通过 gs 接口与 msc/vlr 相连，通过 cap 接口与 scp 相连， 通过 gd 接口与 smc 相连，通过 ga 接口与 cg 相连，通过 gn/gp 接口与 sgsn 相连，sgsn 的主要功能是提供 ps 域的路由转发、移动性管理、会话管理、鉴权 和加密等功能。 （4）ggsn ggsn(网关 gprs 支持节点)是 wcdma 核心网 ps 域功能节点，通过 gn/gp 接口与 sgsn 相连，通过 gi 接口与外部数据网络(internet/intranet)相连。ggsn 提供数据包在 wcdma 移据网和外部数据网之间的路由和封装。ggsn 主要功能 是同外部 ip 分组网络的接口功能，ggsn 需要提供 ue 接入外部分组网络的关口 功能，从外部网的观点来看，ggsn 就好象是可寻址 wcdma 移动网络中所有用 ip 的路由器，需要同外部网络交换路由信息。 （5）hlr hlr(归属位置寄存器)，是 wcdma 核心网 cs 域和 ps 域共有的功能节点， 它通 gc 接口与 msc/vlr 或 gmsc 相连，通过 gr 接口与 sgsn 相连，通过 gc 接口与 ggsn 相连。hlr 的主要功能是提供用户的签约信息存放、新业务支持、 增强的鉴权等功能。 （6）omc omc(功能实体)包括设备管理系统和网络管理系统。设备管理系统完成对各 独立网元的维护和管理，包括性能管理、配置管理、故障管理、计费管理和安全 管理等功能。网络管理系统能够实现对全网所有相关网元的统一维护和管理，实 现综合集中的网络业务功能，同样包括网络业务的性能管理、配置管理、故障管 理、计费管理和安全管理。 （7）external network external networks(外部网络)，可以分为两类： 电路交换网络(cs networks)：提供电路交换的连接，象通话服务。isdn 和 河南科技大学本科毕业设计（论文） 8 ps 交换网络。 分组交换网络(ps networks)：提供数据包的连接服务，internet 属于分组数据 交换网络。 2.2 wcdma 无线接入网结构及接口 无线网络结构和接口是无线网络规划的重要内容。 2.2.1 wcdma 无线接入网结构 无线接入网(utran)包含一个或几个无线网络子系统(rns)。一个 rns 由一 个无线网络控制器(rnc)和一个或多个基站(nodeb)组成。rnc 与 cn 之间的接口 是 iu 接口，rnc 和 nodeb 之间通过 iub 接口连接，rnc 和 rnc 之间通过 iur 互 联，iur 可以通过 rnc 之间的直接物理连接或通过传输网连接。 umis me nobeb nobeb rnc nobeb nobeb rnc msc/ vlr sgsn cu uu ue rns rns urtan cn iu ps iuriub iu cs 图 2-2 utran 基本结构及接口 2.2.2 wcdma 无线网络接口 wcdma 的所有网络接口具有开放性：将无线网络层与传输层分离，控制面 和用户面分离。wcdma 网络的标准接口主要包括 uu、iub、iur、iu 等。 （1）uu 接口 uu 接口是 wcdma 的无线接口。ue 通过 uu 接口接入到 umts 系统的固 定网络部分，可以说 uu 接口是 umts 系统中最重要的开放接口。 （2）iu 接口 iu 接口是连接 utran 和 cn 的接口。类似于 gsm 系统的 a 接口和 gb 接 口。是一个开放的标准接口。这也使通过 iu 接口相连接的 utran 与 cn 可以分 别由不同的设备制造商提供。iu 接口可以分为电路域的 iu-cs 接口和分组域的 iu- 河南科技大学本科毕业设计（论文） 9 ps 接口。 （3）iur 接口 iur 接口是 umts 系统特有的接口，用于对 ran 中移动台的移动管理。比如 在不同的 rnc 之间进行软切换时，移动台所有数据都是通过 iur 接口从正在工作 的 rnc 传到候选的 rnc。iur 是开放的标准接口。 （4）iub 接口 iub 接口也是一个开放的标准接口。这也使通过 iub 接口相连接的 rnc 与 node 可以分别由不同的设备制造商提供。 2.3 wcdma 与 gsm 无线网络规划不同处 由上述分析看出，wcdma 网络规划是由 gsm 演化而来，但二者的技术特 点有较大的差异，因此决定了这两种系统的无线网络规划即有联系又有区别。 2.3.1 规划策略不同 相同的是二者在规划流程上大体一致，所不同的是： （1）wcdma 无线网络规划一般除了预测之外还要采用仿真的方法，而 gsm 无线网络规划则只需要做预测即可。 （2）容量规划方面，wcdma 系统干扰受限，与覆盖相关联，规划需要充分考 虑噪声影响，是“软容量” ；而 gsm 是频谱受限，静态容量，通过增加载 频即可达到扩容的目的，其容量为“硬容量” 。 （3）覆盖方面，wcdma 为动态覆盖，容量和干扰相关，具有“呼吸效应” ；而 gsm 完全是静态覆盖。 （4）wcdma 无需做频率规划，频率复用因子为 1；而频率规划对 gsm 系统至 关重要，通过频率复用提高频谱利用率。 （5）承载的业务方面，wcdma 是多业务系统，支持高速率；而 gsm 系统则 以话音业务为主。 2.3.2 频率规划及干扰预测 gsm 系统是一个基于 tdma/fdma 技术的系统，因此频率规划对 gsm 系 统十分重要，正如上述系统特点分析，对于 gsm 系统，频率规划将直接影响整 河南科技大学本科毕业设计（论文） 10 个系统性能。 wcdma 系统是基于 cdma 技术的，各信道可共享一个载频，因此，频率 规划对其不重要，而对码的规划确至关重要。但是由于在整个下行链路中总共有 512 个扰码序列，故对码的规划也比较简单。 因为 wcdma 系统是个干扰受限系统，系统干扰的大小不但影响单个业务 的质量而且会影响系统的容量和覆盖。单独的 wcdma 系统存在时，其下的干 扰主要来自本小区内和邻近小区中的信道码的非正交性。一般地，wcdma 系统 干扰分析可以通过导频污染指标来衡量。导频污染是 cdma 网络中最常见的问 题，导频污染发生的区域有较多信号强度很好的导频，但没有主导频，这样网络 的下行质量不好，并会导致频繁切换。 概而言之，无线网络所采用的技术的特点决定了无线网络规划的内容，gsm 主要采用了 tdma/fdma 的无线接入方式，其无线网络规划内容基本上可分为 根据无线路径衰耗的预测来确定覆盖，及根据对业务区业务量的估计进行频率规 划，以确定系统容量。通常进行 gsm 网络规划时，对于给定的信道数量，小区 容量是一个常数，故在 gsm 无线络规划时，覆盖与容量是可以分别独立地进行 的。而 wcmda 系统由于引入不同速率的业务，致使在规划中需要将覆盖和负 荷结合考虑；功率控制、由于软切换产生的增益、上下行链路功率预算等不同因 素也要结合起来考虑。亦即 gsm 无线网络规划是在容量与覆盖之间寻求一个最 佳结合点，而 wcdma 无线网络规划需要在容量、覆盖、服务质量三者之间寻 求最佳结合点，这就增加了其规划的难度和复杂度。 河南科技大学本科毕业设计（论文） 11 第 3 章 wcdma 无线网络规划 本章从 wcdma 无线网络规划的一般步骤出发，然后从无线网络规划的目 标出发覆盖、容量、质量、成本，进行业务发展和预测。重点讨论 wcdma 的覆盖规划、容量规划、基站规划。 3.1 wcdma 无线网络规划步骤 目前的 3g 无线网路规划一般按照初步规划和详细舰划两部分进行。在初步 规划过程中需要解决的问题是对建网规模的初步确定，需要对新建基站数及初始 站间距进行确定。为下一步的详细规划准备好基础数据。 详细规划的任务是在初步规划的基础上，按照蜂窝组网的结构部署到设计覆 盖的各个环境中，然后进行无线仿真设计，同时确立设计的终端类型与站参数， 确定天线类型。根据仿真结臬，反复调整，直到网络设置的各项系统性能得到满 足，最终输出整个设计结果。归纳出无线网络规划过程如下图所示： 预规划输入 覆盖 开始 定义网络结构及组网策略 网络预规划 站点预布，覆盖规划 信息调查（资源、限制条件） 预规划结果 分析数据 现场信息 现场勘查，数据采集 勘查结果分析 确定站点方案？ 仿真优化 建立站点数据 规划结束 质量 容量 y n 图 3-1 wcdma 无线网络规划流程 3.2 wcdma 无线网络规划目标 河南科技大学本科毕业设计（论文） 12 无线网络的四大目标既互相依存又互相牵制，无线网络规划必须全面的考虑。 3.2.1 网络覆盖目标 根据运营商要求，确定网络完成连续覆盖的区域和面积，并将目标区域根据 不同的地貌类型分类及区域面积统计。 明确各区域运营商所要达到的覆盖要求、区域覆盖概率和边缘覆盖概率。地 铁、铁路以及公路的覆盖需要采用大覆盖基站、直放站等特殊解决方案。 3.2.2 网络容量目标 针对市场策略和用户发展情况，确定网络容量目标。通常将业务目标划分为 几个阶段，通过收集现网移动用户数，并采用适当的业务预测方法得到各阶段的 用户数。 业务预测是确定移动通信网建设规模的重要依据，决定了工程建设的投资及 建成投产后的经济效益。它既要反映客观需要，又要考虑现实条件的可能性。 wcdma 无线网络初期规划，业务预测采用渗透率法进行预测。 3.2.3 网络质量(qos)目标 质量目标是指每种业务所要达到的质量要求。对于电路域(cs)业务衡量标准 是阻塞率，对于分组域(ps)业务衡量标准是最大延时时间和时延比例。 3.2.4 成本目标 在满足上述的 3 个目标要求情况下，应尽可能控制建设成本，或者在投资规 模确定后，尽可能满足上述 3 个目标。通常情况下上述 4 个目标是相互关联、相 互制约的，确定目标时需要综合考虑。 3.3 wcdma 覆盖规划 覆盖规划是网络规划的要点，而传播模型是覆盖的理论基础。 3.3.1 wcdma 传播模型 传播模型就是反应无线传播损耗与频率、距离、环境、天线高度等变量的数 学关系式。传播模型是移动通信网小区规划的基础，传播模型的准确与否密切关 河南科技大学本科毕业设计（论文） 13 系到小区规划是否合理，运营商能否以比较经济合理的投资满足用户的需求。 无线小区规划的首要问题是建立传播模型，来模拟电信号在无线环境中的衰 减情况，估算出尽可能接近实际的接收点的信号场强中值，从而进行合理的小区 规划，既满足用户需求的同时又可以节约投资。 在第二代数字蜂窝移动技术 gsm、cdma 中，我们已经熟知并广泛应用于 工程实际的传播模型有适用于室外型大区制蜂窝结构的 okumura-hata、cost231- hata 和适用于微蜂窝结构的 walfish-ikegami 经验公式等，都是在大量的测试数据 中总结出来的信号电平随地理环境变化的衰减的分布规律的经验模式。并且它们 都适用于 2000mhz 频段，因此也可以应用于 3g 网络规划。由于这些模型是在大 量的统计数据中总结出的经验数据，并且是从特定的地理区域获得的，它们都具 有一些地区适应性，如 okumura-hata 更适用于准平坦地形情况、cost231-hata 适 用于中小城市等。在实际的工程使用中，要根据不同地区的无线环境情况有选择 地使用。 在第三代移动通信技术中，我们要考虑到用户分布的可能范围即我们的覆盖 目标。在很大程度上，未来蜂窝系统主要采用的是微蜂窝系统和微微蜂窝结构， 这就要研究更复杂的路径损耗。微蜂窝中的低于周围建筑物高度的基站和周围建 筑物形状及高度、街道宽度、地形等对无线传播的影响都应在我们规划的范围之 内。为了达到一定的精度，引用了可视化技术来对覆盖区域环境进行描述以及射 线跟踪算法来进行覆盖模拟。 总之，在第三代移动通信技术中，我们所要考虑的不仅有大区制的扇区覆盖、 更有小区制以及微小区制的扇区覆盖。因此，在未来的传播预测中，用到的将是 一种混合的预测算法。即：在大区制覆盖的地区仍然采用宏蜂窝传播模型经验公 式，并且通过实地做连续波测试得到的修正因子来更加精确描述当地无线路径损 耗。在以微小区结构为主的密集复杂城区，运用可视化技术及射线跟踪算法来进 行精确模拟。 3.3.2 移动无线网络传播环境 移动无线传播环境决定着电波传播的特性，从而影响着无线电信号的传输质 量。因此，研究无线通信的重要问题就是研究无线传播环境对信号的传输质量的 影响，也就是研究无线电信号在空中所经历的路径损耗。 河南科技大学本科毕业设计（论文） 14 自由空间的定义：指充满均匀理想介质的空间，而且不存在地面和障碍物的 影响。在自由空间里传播的电波不产生反射、折射、散射、绕射和吸收等现象， 只存在因扩散而造成的衰减。 自由空间的基本传输损耗是指位于自由空间的发射系统的等效全向辐射功率 (eirp)与接收系统各向同性接收天线所接收到的可用功率之比，通常用表示。 bf l 当收发天线之间的距离 d(工作波长)时，可由下式计算： bf l (3-1)dkmfmhzlbflg20lg20 5 . 32 3.4 wcdma 系统容量规划 容量是质量的前提，wcdma 系统具有“软容量”的特性， “软容量”只是 相对于“硬容量”而言的，其实它也是根据话务量来确定的。 3.4.1 确定软容量 wcdma 是个干扰受限的系统，它的容量是“软容量” ，下面计算典型的 12.2kbpsamr 话音的容量。假设条件如下：扩频带宽 3.84mhz，数据速率 12.2kbps、gos 2%、话音激活因子 40%、来自其它小区的干扰 65%、功率控制 的标准偏差 2.5db、路径损耗指数 4、阴影余量的标准偏差 8db、软切换的信道附 加因数 0.85，此时可以算得 wcdma 的单扇区容量是 60 爱尔兰，相当于 70 个 话音道(基本信道)。 数据通信占用的是辅助信道，计算数据通信要占用多少无线空中资源，目前 较常用的方法是在一定的业务模型下，将数据速率要求转换成爱尔兰需求，然后 沿用传统话音的计算方法求出信道需求。 计算流程如下： （1）估算出小区的覆盖面积，将基站小区的覆盖面积乘以相应的话务密度，得 到该小区目前需满足的话务量。 （2）根据话务量和指定呼损指标查爱尔兰 b 表，得出该基站小区所需的语音信 道数。 （3）3g 系统有个重要特点是软切换，所以我们在计算信道板时要考虑切换因子。 基站语音信道数乘以切换因子就得到基站所需承载的信道数，再加上公用 河南科技大学本科毕业设计（论文） 15 信道数，得到总信道数，最后除以每块信道板提供的信道数就可以得出信 道板数了。 （4）如果估算出来的信道数超过一个基站的最大配置，则需要增加新的基站。 对于小区需要信道数的计算，可以通过可用频谱、用户数预测，话务密度信 息来衡量，计算条件是给定拥塞率，若硬件引起拥塞，由查 b 表可以得出结果。 若最大容量是由干扰限制造成，其容量定义为软容量。对于软容量受限系统，不 能通过爱尔兰表计算，总信道容量大于平均每小区信道数。由于相邻小区共享一 部分干扰，在相同拥塞率条件下，服务更多话务量。来自邻区干扰越少，在中间 小区内可用信道就越多。 当小区具有少的信道，高比特率实时用户出现时，平均负荷必须降低，以保 证低的拥塞率。由于平均负荷降低，有附加的容量提供给邻区利用。这部分容量 是从相邻小区借用，因此干扰的共享提供软容量。对于高比特率的实时数据用户， 例如图像连接，这是重要的。 如果相邻小区用户较少时，在 wcdma 系统中被认为增加软容量。软容量 定义为在软拥塞的条件下爱尔兰容量的增加。当平均每个小区具有相同的最大信 道数时，软阻塞与硬阻塞相比的爱尔兰容量增加量为： (3-2)1- 爱尔兰容量（硬拥塞） 爱尔兰容量（软拥塞） 软容量 由于在 wcdma 系统中所有用户共享在空间信道上干扰源，分析就不能分 开进行，各用户互相影响，引起发射功率改变，这些改变再引起改变，如此往复， 相互影响，预测处理是一个反复的过程，直到稳定为止。 软容量的大小也依赖于传播环境。如果相邻小区负载量较低，只有当无线资 源管理算法在一个小区能实现较高容量时，才可获得软容量。如果这种算法是基 于宽带干扰，而不是吞吐量或连接数，就能实现软容量。 3.4.2 wcdma 系统容量估计 3g 系统是宽带 cdma 系统，其网络组织继承窄带 cdma 特点，由于采用 码分多址方式频率复用不是一个重要的方面，网络干扰来自自身系统，与一时间 通话用户数量有关。 wcdma 的频率复用系数是 1，系统是干扰受限系统，容量的实质是对干扰 河南科技大学本科毕业设计（论文） 16 量的估计。 对于下行负荷的估计，一个重要方面是对于基站发信功率的估计。这里所说 的功率为平均功率，而不是小区边沿峰值发射功率。对于每个用户所要求的最小 功率，由基站到移动台平均衰耗及移动台灵敏度决定，条件是不存在多接入引起 的干扰(包括小区内和小区外)。由干扰引起的噪声提升使得移动台所需最少功率 比原来有了一个提高，最后使得系统能接入的用户数必然减少。 对于上行负荷的估计，在全话音业务的情况下，负荷因子的关系可以简化为 (3-3)1 / / 0 vn rw neb ul 上式中各参数意义如表 3-1 所示。 表 3-1 参数表 定义参考值 n每小区用户数 j v 对于话音，假设 dtx 期间 40话音 激活和 dpcch 报头，取值 0.67，对 于数据，取值为 1 0 / neb 一定 qos 条件下，所要 求的值，噪声包括热噪声 和干扰。 取决比特率、信道多径衰落、接收天 线分集、移动台速度 wwcdma 码片率3.84mbps j r j 用户比特率取决于业务类型 在基站收信机处，其它基 站对本基站干扰比 全向天线宏小区，55% 在 umts 中下行容量被看成比上行容量更重要，是因为话务的不对称，与下 载类型业务较多有关。在 3g 中容量考虑下行比较多，影响上下行不同的因素为 正交码和基站发分集。wcdma 用扩展码在下行链路区别小区，在上行用来区别 用户。下行用 218 的 gold 码，被截成周期为 10 的帧，可甩扰码 512，分成 32 个 码组，每组有 12 个码。下行正交码对容量的影响，考虑用不规则短码，在一个 路径的条件下是正交的，在多经的条件下部分正交性将消失，且引起小区内各用 户之间相互干扰。 河南科技大学本科毕业设计（论文） 17 wcdma 的频谱效率与链路性能有关，理论分析与仿真表明上行链路的容量 是下行链路容量的 2 到 2.5 倍。除了基站采用了天线分集外，主要是因为上行链 路用了多用户信号检测技术，与一般接收机比较几乎提供了两倍的容量。但在下 行链路，两个基站向同一移动台发射信号，而它们并不正交，只能起到多径分集 的作用。 通过分析可以得出结论：下行覆盖比上行更依赖于负荷，原因是基站总发射 功率被下行所有用户共享，650kbit/s 以下覆盖由上行决定。wcdma 谱效率定义 为一定比特率下同时呼叫数，或在 3g 中更直接用每小区 5mhz 上吞吐量表示， 单位是 kbit/s/cell/载波。它由很多因素决定，变化很大，系统模拟需要规定一些 条件。 一般情况下，窄带 is95 单载频全向基站的话务信道数可达 23 个，2呼损条 件下支持 15.76erl；单载频三扇区基站每扇区的话务信道数可达 20 个，2%呼损 条件下每基站支持 39.54erl。对于 wcdma 系统， 单载频提供信道由 ovsf 码 与扰码共同决定。工程设计时应根据实际话务分布需求合理设置载频数量及合理 配置各基站的话务信道数。 wcdma 本身是一个宽带系统，不可能会有较大的保护频带。因此，如何避 免邻频干扰，也是网络规划中需要重点考虑的问题。 当本系统内部同一基站采用双载波或多载波时，因为两载波用相同的基站天 线，邻道干扰可以完全避免。即此时不存在邻频干扰的问题。邻频干扰常出现在 使用相邻频率的两运营商之间。目前，由于只有中国联通拿到了 wcdma 牌照， 因此国内暂时不会出现使用两个紧邻频段的 wcdma 运营商。 3.5 wcdma 系统基站规划 基站规划是在连接覆盖和容量纽带，合理的利用地形设计基站及天线能大大 的节省成本。 3.5.1 选站原则 由 wcdma 网络特性的分析可知，在 wcdma 网络设计选择基站位置时， 站址的设置应该尽量依照下列原则。 河南科技大学本科毕业设计（论文） 18 尽量采用接近六边型的蜂窝结构。这样做的好处有： （1）使前向链路干扰均匀分布； （2）简化对软切换带给优化工作的复杂度； （3）使天线可以设置下倾角，以控制基站的覆盖区域； （4）充分利用 2g 基站站址资源，尽可能与原 gsm 基站共点设置； （5）wcdma 工作在 2ghz 频段，具有较高的传播损耗，站点周围阻挡少； （6）核实站点的基带传输能力，以便给 3g 基站提供足够的 2m 端口数量； （7）结合业务密度的预测做好基站的选址工作。因为不同的业务有不同的覆盖 半径，速率越高的数据业务其覆盖半径越小，所以在基本满足蜂窝结构的 前提下，基站应该选在数据业务密集的位置，这样有利于提供更高速有效 的数据服务。 3.5.2 站址勘察 对于基站站址的选择、确定，通常按如下步骤进行： （1）初始设计，在确定了建网目标后，应根据链路预算及容量估算的结果，估 算出所需的站点数目； （2）确定候选站址，收集现网所有 gsm 基站数据，将其输入规划软件中，进行 可用基站甄选，在没有合适的现有基站可用时，可以考虑挑选新站址，并 在规划软件中确定合适的站高、天线方向、下倾角等参数； （3）基站勘察，基站勘察应根据不同的项目采用不同的组织方法，但仍有一些 典型的要求。工程师应带着初步设计资料，如天线方向、天线类型来进行 实地观测。在勘察表格上画出天线放置位置的草图。然后，对该基站周围 环境的全景按照每 45 度拍摄一张，完成拍照勘查。基站勘察时需注意表 3- 2 所涉及的内容。 3-2 基站勘察主要内容 工作内容注释 检查周围是否有明显阻挡物， 此阻挡物在候选评估时并未 提及的。 首先，确认阻挡物是否为相邻的楼房。接着，根据周围的 环境观察该站点的建筑物高度是否足够。 河南科技大学本科毕业设计（论文） 19 确定天线位置及方向 画出房顶或发射塔的草图，并确认以下内容： 天线位置及方向 房顶大小及离边缘距离 楼顶外墙，空调设备或其他房顶障碍物的位置 在房顶拍照，以获得该站的总体轮廓 检查以下项目： 天线位置和高度是否足够，不被房顶边缘阻挡 天线水平方向没有阻挡 满足共站要求的最小隔离度 记录现有通信 系统的详细资料 在草图上记下其他天线的位置方向，尽量记下天线类型： 中国联通gsm系统；中国移动和其他系统 确认机柜/机架位置 记下机柜设备即将放置的位置，房顶或在楼房里。建议的 机柜位置能进出方便，允许日后扩展。在共站情况下，还 应考虑有否足够的空间安装新机架，或考虑是否能扩大机 房。 防雷现有的防雷设备安装是否完好?工作状况怎样? 传输 如准各安装新的微波传输设备，应记下其位置和天线数目， 方便与wcdma设备连接。否则，应确定与现有传输设备 的连接点。 3.5.3 天线选择及其安装 天线对于