WCDMA无线网络规划原理.ppt

1 华为技术 wcdmawcdma无线网络规划原理无线网络规划原理 2 wcdma wcdma 网络规划原理网络规划原理 vv规划基础规划基础 vvwcdmawcdma网络规划过程网络规划过程 vv无线网络估算方法和工具无线网络估算方法和工具 vv系统仿真系统仿真 3 wcdma wcdma 网络规划基础网络规划基础 vv无线蜂窝基础无线蜂窝基础 vv传播模型传播模型 vv数字地图数字地图 vv天线天线 vvwcdma wcdma 与与 gsm gsm 在无线网络规在无线网络规 划方面的差别划方面的差别 4 无线蜂窝网络 基本概念 基本概念 网络结构 复用（六角形蜂窝） 切换 基站 基站 5 无线蜂窝网络 网络结构 基站 site sector cell msc pstn nodeb1 rnc sgsnggsn nodeb2 nodeb3 msc pstn internet 6 无线蜂窝网络 复用（六角形蜂窝） 可复用资源 gsm 频率 is95 pn 码 wcdma 扰码 复用模式 k = i2 + ij + j2 i = 1, j = 1：k = 3 i = 2, j = 0：k = 4 i = 2, j = 1：k = 7 i = 2, j = 2：k = 12 i = 3, j = 4：k = 37 复用系数 q = d/r = sqrt（3k） 7 无线蜂窝网络 复用（六角形蜂窝） 8 无线蜂窝网络 复用（六角形蜂窝） 9 无线蜂窝网络 复用（六角形蜂窝） 复用模式 扇区化配置c/i 7 site cluster 全向 17 db 7 site cluster 3 sectors/ site 24.5 db 7 site cluster 6 sectors/ site 29 db 4 site cluster 全向 11.4 db 4 site cluster 3 sectors/ site 20 db 4 site cluster 6 sectors/ site 26 db 10 无线蜂窝网络 复用（六角形蜂窝） 假设的理想的 实际的 六角形蜂窝结构是一种人为的六角形蜂窝结构是一种人为的 抽象，实际网络中是不存在的抽象，实际网络中是不存在的 11 无线蜂窝网络 切换 base station base station 12 无线蜂窝网络 切换 base station base station 13 无线蜂窝网络 切换 base station base station 14 无线蜂窝网络 切换 base station base station 15 传播模型 对传播模型的完整描述应包括： 路径损耗的地理分布规律和其它额外的损耗（如穿 透损耗等） 阴影衰落特性 时间分布特征：分布结构及统计特性 多径衰落特征：多普勒频移，rician vs. rayleigh 工作频率 我们通常说的传播模型是指路径损耗的地理分 布模型，如： okumura - hata cost231 - hata walfish - ikagami . 16 传播模型 自由空间损耗模型 pl =32.44+20lgf(mhz)+20lgd(km) 设 f = 2140mhz，该传播损耗可描述为： pl = 99 + 20lgd 路径损耗因子 = 2 在实际通信环境中， 一般在 3 至 5 之间 17 传播模型 18 传播模型 cost231 - hata 模型 适用条件： f：1500 2000mhz hb：30 200m hm：1 10m d：1 20km 19 传播模型 cost231 - hata 属于经验模型，通过测试数据统计得 到。用于特定地区的规划，精度不够 对于经验模型的参数，需要通过 cw 测试进行模型校 正 需要设备： 地图 测试站点 gps 接收机 测试车 注意事项 避免野值点（隧道、桥梁等） 足够多的点进行地理平均以消除快衰落影响（lee 氏定理 ） 足够多的 clutter gps 20 数字地图 21 数字地图 数字地图信息 dem 数据：数字高程模型 按规定分辨率等间隔表示的地面高程数据 采用栅格数据结构 dom 数据：地面覆盖模型 按规定分辨率等间隔表示的地面覆盖类型 采用栅格数据结构 ldm 数据：线状地物模型 是以弧段坐标表示的线状地物平面位置 采用矢量数据结构 bdm 数据：建筑物空间分布模型 描述建筑物的平面位置和高度数据 采用栅格数据结构或矢量数据结构 一般在微蜂窝预测中使用 22 数字地图 基本类 开阔地 水域 森林 绿地 郊区 市区 工业区 密集市区 （可选） 市区开阔 地 （可选） dom 数据分类 扩展类 水域 乡村开阔地 林木区 郊区集镇 村庄 市区开阔地 绿地 工商业区 密集市区 高层建筑群 平行低矮建筑群 市区 附加类 湿地 旧城区 特高建筑群 稠密市郊区 针叶林 阔叶林 混合树型 果园 牧场 海洋 高架桥 23 数字地图 基本要求 高速公路 铁路 行政区界 主要道路 水系 ldm 数据分类 扩展要求 高速公路 铁路 行政区界 主要道路 水系 主要街道 机场跑道 24 数字地图 数字地图的精度 常用数字地图精度：5m、20m、50m、100m 精度越高，成本越高 传播环境越复杂，对数字地图精度要求越高 建议： 宏蜂窝网络选用 20m 精度数字地图 微蜂窝选择 5m 精度数字地图 小城市及郊区可以选用 50m 或 100m 精度数字地图 area 1 area 2 area 3 25 天线 定向天线 全向天线 26 天线 27 天线 机械下倾电调下倾 28 频率规划差异 wcdmawcdma 采用采用1111的频率复用方式，通过扰码以及正交码字来区的频率复用方式，通过扰码以及正交码字来区 分小区和用户。其容量、覆盖直接受到网络干扰的影响分小区和用户。其容量、覆盖直接受到网络干扰的影响 。在设计时规划人员需要充分考虑如何减少不必要的干。在设计时规划人员需要充分考虑如何减少不必要的干 扰；扰； gsmgsm 采用时分多址技术，不同的用户用不同的频率和时隙来采用时分多址技术，不同的用户用不同的频率和时隙来 区分。因此，对于影响区分。因此，对于影响gsmgsm容量的主要是频率资源和频率容量的主要是频率资源和频率 复用技术。复用技术。 29 wcdmawcdma 属于干扰受限系统，其覆盖不仅取决于最大发射功率，属于干扰受限系统，其覆盖不仅取决于最大发射功率， 而且与系统负荷有关。因此设计时要充分考虑覆盖和容而且与系统负荷有关。因此设计时要充分考虑覆盖和容 量之间的相互关系，以保证设计所需系统性能指标。量之间的相互关系，以保证设计所需系统性能指标。 gsmgsm gsmgsm网络在频率规划良好和无网外干扰的情况下，其覆盖网络在频率规划良好和无网外干扰的情况下，其覆盖 范围只与最大发射功率有关，而容量只和可用的业务信范围只与最大发射功率有关，而容量只和可用的业务信 道总数有关。容量与覆盖本身并没有关系。道总数有关。容量与覆盖本身并没有关系。 覆盖分析差异 30 wcdma wcdma 系统是自干扰系统，容量、覆盖、质量之间密切相关系统是自干扰系统，容量、覆盖、质量之间密切相关 。 容量覆盖容量覆盖 设计负载增加，容量增大，干扰增加，覆盖减小（应用实例设计负载增加，容量增大，干扰增加，覆盖减小（应用实例 ：小区呼吸）：小区呼吸） 容量质量容量质量 通过降低部分连接的质量要求，可以提高系统容量（应用实通过降低部分连接的质量要求，可以提高系统容量（应用实 例：目标例：目标 bler bler 值）值） 覆盖质量覆盖质量 通过降低部分连接的质量要求，同样可以增加覆盖能力（应通过降低部分连接的质量要求，同样可以增加覆盖能力（应 用实例：通过用实例：通过 amrc amrc 降低数据速率）降低数据速率） 容量分析比较 （wcdma） 31 容量基本上由硬件资源决定，一个载波有容量基本上由硬件资源决定，一个载波有 8 8 个时隙，可用的个时隙，可用的 载波数和复用方式决定了最大同时连接数目；载波数和复用方式决定了最大同时连接数目； 覆盖由上下行发射功率决定（链路平衡问题）；覆盖由上下行发射功率决定（链路平衡问题）； 通话质量由干扰情况决定，通过网络设计（复用方式、复用通话质量由干扰情况决定，通过网络设计（复用方式、复用 距离、跳频等）控制干扰，保证质量；距离、跳频等）控制干扰，保证质量； 在在 gsm gsm 系统中，三者间没有直接的联系，可以独立分析、独系统中，三者间没有直接的联系，可以独立分析、独 立设计。网络设计难点主要在于频率规划。立设计。网络设计难点主要在于频率规划。 容量分析比较 （gsm） 32 导频污染的主要特点就是无主导小区，具体来说就是导频污染的主要特点就是无主导小区，具体来说就是 是指是指 ec ec 强度接近的导频数目超过了强度接近的导频数目超过了 ue ue 最大激活集最大激活集 数目。不能加入激活集的信号成为干扰，同时由于导数目。不能加入激活集的信号成为干扰，同时由于导 频强度接近，频繁发生激活集更新。频强度接近，频繁发生激活集更新。 导频污染概念 33 导致导频污染的原因一般为：导致导频污染的原因一般为： 1 1系统设计不佳，比如导频信道发射功率偏大；系统设计不佳，比如导频信道发射功率偏大； 2 2基站位置和天线倾角选取不当；基站位置和天线倾角选取不当； 3 3地理环境复杂，设计时考虑不充分。地理环境复杂，设计时考虑不充分。 good not good 导频污染导频污染 导频污染问题 34 wcdmawcdma 导频污染属于导频污染属于cdmacdma系统特有的，是影响网络性能的一项系统特有的，是影响网络性能的一项 重要因素。导频污染增加了网络干扰，同时使得切换等重要因素。导频污染增加了网络干扰，同时使得切换等 算法不能有效工作。算法不能有效工作。 gsmgsm 由于由于bcchbcch频点一般使用非常宽松的复用方式（如：频点一般使用非常宽松的复用方式（如：5353 ），并且经过精心规划，因此类似问题出现的可能性较），并且经过精心规划，因此类似问题出现的可能性较 小。小。 导频污染问题 35 wcdma 与 gsm 在无线网络规划方面的差别 wcdma 系统由于采用扩频技术 ，可以实现 11 的频率复用 ，无需频率规划 wcdma 每载波的容量与所处环 境，邻区干扰等因素有关，具 有“软”特性 wcdma 系统覆盖能力与系统负 载状况相关，系统负载增加会 导致覆盖范围的缩小 wcdma 系统支持包括话音业务 在内的多种不同速率、不同 qos、gos 的业务，它们的覆 盖容量各不相同。规划中需要 充分考虑实际需要，通过合理 规划和无线资源管理，达到充 分发挥系统效能的目标 gsm 系统通过蜂窝网络结构 和频率规划保证同频干扰、 邻频干扰满足通话质量要求 在保证干扰满足要求的情况 下，gsm 能够支持的用户数 可以由载频数和时隙数推算 得到 gsm 系统覆盖能力由发信机 的发射功率和收信机的解调 性能决定 gsm 提供单一话音业务，gos 、qos 指标确定，设计目标 相对单一 36 wcdma 与 gsm 在无线网络规划方面的差别 干扰干扰 精确的干扰控制是精确的干扰控制是 wcdma wcdma 网络规划的核心问题网络规划的核心问题 37 wcdma wcdma 网络过程网络过程 vv概述概述 vv各阶段详解各阶段详解 vvdimensoningdimensoning- -无线网络估算无线网络估算 vvnominal planning -nominal planning -无线网络预规划无线网络预规划 vvcell planning -cell planning -站址勘测选择站址勘测选择 vvnetwork optimization - network optimization - 小区参数设置和优化小区参数设置和优化 38 wcdma 网络规划技术 无线网络估算 链路预算 容量估算 预规划 站址选择和勘站 小区参数配置 网络优化 39 无线网络估算 在满足建网目标的前提下，达到容量、覆盖、质在满足建网目标的前提下，达到容量、覆盖、质 量和成本的良好平衡，实现最优化设计量和成本的良好平衡，实现最优化设计 覆盖覆盖质量质量成本成本容量容量 通过网络规划实现各方面良好的通过网络规划实现各方面良好的 平衡平衡 40 方案一：方案一： 初始阶段：规划较少的站点数目，迅速建网，通过使用塔放、天线收初始阶段：规划较少的站点数目，迅速建网，通过使用塔放、天线收 分集和直放站等覆盖延伸技术来解决覆盖问题分集和直放站等覆盖延伸技术来解决覆盖问题 扩容阶段：以增加站点为主，并结合增加载频和扇区化的方式扩容阶段：以增加站点为主，并结合增加载频和扇区化的方式 方案二：方案二： 初始阶段：按照未来网络的发展规划较多的站点数目，载波数目较少初始阶段：按照未来网络的发展规划较多的站点数目，载波数目较少 扩容阶段：站点数目增加较少，以增加载频和扇区化为主扩容阶段：站点数目增加较少，以增加载频和扇区化为主 方案三：方案三： 以上两种方案的结合以上两种方案的结合 多样化、前瞻性的网络解决方案 不同建网原则，不同网络的发不同建网原则，不同网络的发 展预测，不同的建网方案展预测，不同的建网方案 站点数目选择和站型设计考虑将来扩容的需求，避免站点数目选择和站型设计考虑将来扩容的需求，避免 今后网络扩容时频繁增加站点而带来的一系列问题今后网络扩容时频繁增加站点而带来的一系列问题 41 无线网络估算是对未来网络作的一个简化分析无线网络估算是对未来网络作的一个简化分析 目的目的: :获得网络的建设获得网络的建设规模（大致基站数目和基站配规模（大致基站数目和基站配 置情况），并由此得到建设周期，以及经济成本和置情况），并由此得到建设周期，以及经济成本和 人力成本预算等信息。人力成本预算等信息。 方法：选取适当的传播模型，用户移动性和分布行方法：选取适当的传播模型，用户移动性和分布行 为和话务模型。经估算得到所需的大致站点数目和为和话务模型。经估算得到所需的大致站点数目和 小区数目小区数目, ,覆盖面积和容量。覆盖面积和容量。 无线网络估算目的 tel 42 无线网络估算过程 覆盖区域类型 无线传播参数 无线网络估算 覆盖需求 容量需求 质量需求 所需基站数目 的大致估算 所需基站配置 的大致估算 43 无线网络估算 系统相关 可用载波数 覆盖区域 业务相关 业务类型 业务模型 业务分布 增长预测 gos y = rand(point_number,1); d = x.2 + y.2; pi_mc = 4 * sum(d 1)/point_number; 系统仿真原理 静态仿真 monte-carlo monte-carlo 仿真的特点：仿真的特点： 通过随机变量生成和统计，可以通过随机变量生成和统计，可以 对有多个随机变量同时作用的复对有多个随机变量同时作用的复 杂系统进行仿真杂系统进行仿真 仿真的样本越多，结果越准确仿真的样本越多，结果越准确 87 系统仿真原理 静态仿真 100%100% 100%100%20%20% 60%60% 0%0%75%75%40%40%60%60% 仿真举例仿真举例 覆盖概率的获得覆盖概率的获得 88 系统仿真原理 静态仿真 1 iteration100 iteration10 iteration 1000 iteration 500 iteration10000 iteration 89 系统仿真原理 动态仿真 静态仿真对大量相互独立的静态网络静态仿真对大量相互独立的静态网络“ “快照快照” ”进进 行统计行统计 动态仿真研究动态仿真研究 ue ue （单个或多个）在网络中移单个或多个）在网络中移 动的过程动的过程 一般也通过网络快照的形式进行仿真，但前后快照一般也通过网络快照的形式进行仿真，但前后快照 间通过间通过 ue ue 的移动模式（速度、方向、去相关距离的移动模式（速度、方向、去相关距离 、. .）建立联系）建立联系 90 拍摄一定数量的网络快照，其中：拍摄一定数量的网络快照，其中： 动态仿真模拟动态仿真模拟ueue在网络中移动的场景；在网络中移动的场景； 在第一个时隙产生在第一个时隙产生ueue分布（类似快照）；分布（类似快照）； 随后的时隙将基于之前时隙产生的仿真结果进行仿真随后的时隙将基于之前时隙产生的仿真结果进行仿真 ； 仿真过程包括新移动台接入网络一直到结束通话的过仿真过程包括新移动台接入网络一直到结束通话的过 程。程。 动态仿真 91 静态仿真：计算量较大（取决于快照的数量），配置静态仿真：计算量较大（取决于快照的数量），配置 和结论都比较复杂，但正确性较高。和结论都比较复杂，但正确性较高。 动态仿真：计算量大，耗用时间长。另外，动态仿真动态仿真：计算量大，耗用时间长。另外，动态仿真 要求所提供的要求所提供的traffic maptraffic map必须非常精确。否则，如果必须非常精确。否则，如果 traffic maptraffic map不精确，那么即使仿真出来，结果也没有太不精确，那么即使仿真出来，结果也没有太 大的参考意义。大的参考意义。 静态仿真 vs. 动态仿真 92 创建终端密度 建立业务 建立终端 开始monte carlo 分析显示结果 提取snapshot 输入速率 业务参数 终端参数 话务分布参数 业务 终端类型 终端密度 判断snapshot 结束 no 用户输入 数据存储 仿真过程简述 93 根据规划的需要，选择合适的最新版的三维数字地图导入规划根据规划的需要，选择合适的最新版的三维数字地图导入规划 软件。软件。 一个标准的数字地图包含：数字高程模型（一个标准的数字地图包含：数字高程模型（demdem），），地物覆盖模地物覆盖模 型（型（domdom），），线状地物模型（线状地物模型（ldmldm），），高程建筑矢量模型（仅限高程建筑矢量模型（仅限 于微蜂窝使用）。于微蜂窝使用）。 对于宏蜂窝规划，一般选取对于宏蜂窝规划，一般选取2020m20mm20m精度的数字地图；精度的数字地图； 对于微蜂窝规划，一般选取对于微蜂窝规划，一般选取5 5m5mm5m精度、甚至根据实际规划要精度、甚至根据实际规划要 求，选取更高精度的数字地图。求，选取更高精度的数字地图。 仿真输入地理信息输入 94 仿真输入传播模型输入 适用于适用于900900和和19001900mhz mhz 宏蜂窝预测宏蜂窝预测规划软件规划软件assetasset中使用中使用 适用于适用于900900和和19001900mhz mhz 室内环境预测室内环境预测keenan-motleykeenan-motley 适用于适用于900900和和19001900mhz mhz 微蜂窝预测微蜂窝预测cost231 cost231 walfishwalfish- - ikegamiikegami 适用于适用于19001900mhz mhz 宏蜂窝预测宏蜂窝预测 cost231-cost231-hatahata 适用于适用于 900/1900 900/1900mhz mhz 宏蜂窝预测宏蜂窝预测okumura-okumura-hatahata 适用范围适用范围模模 型型 名名 称称 95 在对站点进行详细设计的基础上，结合链路预算结果，为每个在对站点进行详细设计的基础上，结合链路预算结果，为每个 小区选择合适的工程参数，包括：小区选择合适的工程参数，包括： 可用频段，天线型号，馈线损耗，天线挂高，方向角，下倾角可用频段，天线型号，馈线损耗，天线挂高，方向角，下倾角 ，导频发射功率以及各个公共信道的功率配比等等重要参数。，导频发射功率以及各个公共信道的功率配比等等重要参数。 仿真输入工程参数输入 96 max tx power (max tx power (dbmdbm) )：小区最大发射功率。小区最大发射功率。 max tx power/connection (max tx power/connection (dbmdbm) )：每连接所允许的每连接所允许的txtx发射功率的上限值。发射功率的上限值。 max number of channelsmax number of channels：小区中可用的最大信道数目。小区中可用的最大信道数目。 primary channelsprimary channels：小区中最大的小区中最大的primaryprimary信道的数目。信道的数目。 handover channelshandover channels：小区中用于切换的最大的信道数目。小区中用于切换的最大的信道数目。 noise rise (db)noise rise (db)：小区允许的最大噪声提升。小区允许的最大噪声提升。 pilot power (pilot power (dbmdbm) )：小区导频功率。小区导频功率。 orthogonalityorthogonality factor factor：下行业务信道之间的正交化因子。下行业务信道之间的正交化因子。 preference weightpreference weight：载频之间的负载的优先权重。载频之间的负载的优先权重。 common common channel channel powerpowerdbmdbm ：小区中下行公共信道发射功率（除导频外）。小区中下行公共信道发射功率（除导频外）。 scrambling codescrambling code：小区分配的下行主扰码。小区分配的下行主扰码。 active set sizeactive set size：软切换激活集大小。软切换激活集大小。 仿真输入小区参数输入 97 在对站点进行详细设计的基础上，在对站点进行详细设计的基础上， 为每一种业务创建一种终端类型；为每一种业务创建一种终端类型； 并将不同终端分布在不同的地貌上并将不同终端分布在不同的地貌上 来模拟实际用户。然后通过分布获来模拟实际用户。然后通过分布获 得每个小区的话务量；得每个小区的话务量； 并进一步评估每个小区是否有足够并进一步评估每个小区是否有足够 的容量。的容量。 create traffic raster capture traffic evaluate each cells require