TD-SCDMA系统网络规划方案设计 毕业设计及论文.doc

xxxxxxxxxxx毕业论文 毕业设计（论文）设计（论文）题目td-scdma系统网络规划方案设计 学 院 教 学 系 班 级 姓 名 指导教师 年月td-scdma系统网络规划方案设计 摘要 随着移动通信的飞速发展,传统的以话音和低速数据业务为主的第二代移动通信系统逐渐不能满足人们的要求,而新兴的数据和多媒体业务,如email、视频传输、文件下载等将成为移动通信中不可或缺的业务组成。3g牌照的发放标志着我国已经进入3g时代，网络规划是3g时代运营商在激烈的竞争中能否立于不败之地的关键。td-scdma是我国具有自主知识产权的标准，由于采用时分双工，上行和下行信道特性基本一致，因此，基站根据接收信号估计上行和下行信道特性比较容易。此外，td-scdma使用智能天线技术有先天的优势，而智能天线技术的使用又引入了sdma的优点，可以减少用户间干扰，从而提高频谱利用率，再加上联合检测、接力切换、动态信道分配等一系列新型关键技术和无线资源管理算法，给其无线规划带来不同的内容和新的特点。我国的通信行业是个特殊的行业，目前正处于发展中，对于td-scdma网络而言，目前只有中国采用该标准，因此针对td-scdma网络自身特点进行有效科学的网络规划才能在今后的竞争中立于不败之地。关键词 ：3g td-scdma系统 网络规划 目录1绪论12 td-scdma相关介绍22.1td-scdma的现状22.2项目背景22.3论文内容33 td-scdma规划方法流程43.1无线网络规划目标43.2无线网络规划原则43.3无线网络规划内容43.3.1基站规划43.3.2传输规划53.3.3 rnc规划53.4无线网络规划的基本流程53.5需求分析53.5.1覆盖目标53.5.2质量目标63.5.3容量目标74业务模型分析84.1业务分类84.2话务模型84.2.1 cs域话务模型84.2.2 ps域话务模型84.3总话务量与信道容量规划95规模估算105.1覆盖估算105.2容量估算115.3站点容量规划115.4站址选择125.5网络规模估算结果136站点勘测报告146.1站点勘测知识基础146.2站点勘测内容与流程146.3站点勘测计划146.4站点勘测报告157无线网络规划性能仿真197.1无线网络仿真的方法197.2无线网络仿真198总结22谢辞23参考文献241绪论2000年5月5日，国际电信联盟（itu）正式公布了第三代移动通信标准，其中，由信息产业部电信科学技术研究院（简称catt）于1998年6月代表我国信息产业部向itu提交的td-scdma标准，正式成为itu第三代（3g）移动通信标准lmt2000建议的一个组成部分，标志着我国终于拥有了具有自主知识产权的3g国际标准。西门子公司与catt的合作始于1998年。当时欧洲对第三代移动通信标准作了选择，即在频分双工（fdd）模式的基础上采用w-cdma技术。在时分双工（tdd）模式上采用由西门子开发的td-scdma技术。西门子对td-scdma技术的研究始于90年代初期，通过与著名高等院校、科研机构和各大公司的合作，使该技术不断成熟，并由欧共体作为第三代技术立项研究。与此同时，90年代中期，catt提出了基于tdd模式的scdma方案，主要应用于无线本地环路（wll）。该方案在逐渐商用后得到了进一步发展，并在cdma基础上加入了cdma概念，形成了td-scdma技术。 1998年中期，西门子与catt进行了首次接触。双方发现，欧洲的td-scdma与中国的td-scdma不仅有许多相似之处，而且在技术上存在诸多互补方面，于是双方提出合作设想，并多次在欧洲和中国两地进行技术探讨，最终达成共识，将两种技术相互补充，使之融合为一种技术，命名为td-scdma。随即于1998年秋，双方开始进行了大量td-scdma标准化工作，包括技术制造、仿真验证、起草标准文稿等。通过一年多的艰苦努力，td-scdma技术终于得到了国际上的认同，并被国际电联（itu）采纳，成为第三代移动通信的标准之一。基于双方在标准上的成功合作，西门子与catt于1999年夏达成另一协议，即td-scdma的产品开发协议。自此，双方开始了产品的开发的合作，同时，中国也开始了国内的td-scdma网络建设。2 td-scdma相关介绍2.1td-scdma的现状在3gpp的体系框架下，经融合完善后，由于双工方式的差别，td-scdma的所有技术特点和优势得以在空中接口的物理层体现。物理层技术的差别是td-scdma与wcdma最主要的差别所在；但在核心网方面，td-scdma与wcdma采用完全相同的标准规范，包括核心网与无线接入网之间采用相同的iu接口；在空中接口高层协议栈上，td-scdma与wcdma二者也完全相同。这些共同之处保证了两个系统之间的无缝漫游、切换、业务支持的一致性、qos的保证等，也保证了td-scdma和wcdma在标准技术的后续发展上保持相当的一致性。 在3g技术和系统蓬勃发展之际，不论是各个设备制造商、运营商，还是各个研究机构、政府、itu，都已经开始对3g以后的技术发展方向展开研究。在itu认定的几个技术发展方向中，包含了智能天线技术和tdd时分双工技术，认为这两种技术都是以后技术发展的趋势，而智能天线和tdd时分双工这两项技术，在目前的td-scdma标准体系中已经得到了很好的体现和应用，从这一点中，也能够看到td-scdma标准的技术有相当的发展前途。 另外，在r4之后的3gpp版本发布中，td-scdma标准也不同程度地引入了新的技术特性，用以进一步提高系统的性能，其中主要包括：通过空中接口实现基站之间的同步，作为基站同步的另一个备用方案，尤其适用于紧急情况下对于通信网可靠性的保证；终端定位功能，可以通过智能天线，利用信号到达角对终端用户位置定位，以便更好地提供基于位置的服务；高速下行分组接入，采用混合自动重传、自适应调制编码，实现高速率下行分组业务支持；多天线输入输出技术(mimo)，采用基站和终端多天线技术和信号处理，提高无线系统性能；上行增强技术，采用自适应调制和编码、混合arq技术、对专用/共享资源的快速分配以及相应的物理层和高层信令支持的机制，增强上行信道和业务能力。 2.2项目背景在政府和运营商的全力支持下，td-scdma产业联盟和产业链已基本建立起来，产品的开发也得到进一步的推动，越来越多的设备制造商纷纷投入到td-scdma产品的开发阵营中来。随着设备开发、现场试验的大规模开展，td-scdma标准也必将得到进一步的验证和加强。在计算机和互联网飞速发展的今天，图像、语音和数据相结合的多媒体业务和高速率数据业务将成为必不可少的服务内容，它们的业务量将有可能远远超过传统的语音业务的业务量。而主要针对传统语音和低速率数据业务的第一代、第二代移动通信系统不仅远远不能满足未来用户的业务需求，而且随着用户数的迅猛增加，现在的系统也远远不能满足用户容量的发展需要。再有，第二代系统中的几个主流技术相互之间并不兼容，无法实现全球漫游。因此，新一代的移动通信系统(即第三代移动通信)的研究与发展成为了电信领域的一个新热点。而网络规划是运营商首先要做的。2.3论文内容本论文由如下内容组成：第二章详细给出了本项目td-scdma无线网络的规划目标、原则、方法流程及需求分析。第三章详细分析了本项目中采用的话务模型。第四章简要给出了td-scdma无线网络规模估算的过程，重点考察链路预算的结果，得到小区覆盖半径。第五章详细站点勘测，得出勘测报告。第六章仿真验证方案。3 td-scdma规划方法流程3.1无线网络规划目标成本质量容量覆盖 图1无线网络规划要素图由图1 可以看出我们的无线网络规划目标有四点，其中成本由覆盖、质量、容量决定，所以对于运营商要使盈利业务的覆盖(coverage)是最佳的；核心业务的质量(quality)最优；有限资源的容量(capacity)最大；而综合建网的成本(cost)最小，这是网络规划的最终目标。3.2无线网络规划原则网络规划目标必须要达到服务区内最大程度的时间、地点的无线覆盖，最大程度减少干扰，达到所要求的服务质量，最优化设置无线参数，最大发挥系统服务质量，在满足容量和服务质量前提下，尽量减少系统设备单元，降低成本。网络规划是覆盖（coverage）、服务（service）和成本（cost）三要素（简称csc）的一个整合过程，如何做到这三要素的和谐统一，是我们网络规划必须面对的问题。一个出色的组网方案应该是在网络建设的各个时期以最低代价来满足运营要求。这就需要统一规划、分步实施既要保证现阶段覆盖、容量和质量，又要考虑后期维护、扩容和升级而且在密集区域考虑以容量为主，其他区域考虑以覆盖为主在初期考虑大范围的连续覆盖为主 ，后期考虑容量和质量。这就是规划的原则。3.3无线网络规划内容3.3.1基站规划基站的规划包括以下几个方面，首先是站址规划，先确定规划区域内基站数量和各站点的地理位置；然后对基站设备配置，根据规划方案确定扇区、载波和信道单元的数量；接着配置无线参数，根据勘测报告设置工程参数（天线类型、天线挂高、方向角、下倾角）和小区参数（频率、扰码、位置区等）最后对无线网络性能预测分析，通过系统仿真预测主要无线网络的性能指标。3.3.2传输规划计算各站点iub接口传输需求以及iu和iur接口的传输需求。3.3.3 rnc规划根据rnc容量和基站规划结果，确定rnc的数量和设备配置，完成rnc控制范围的划分。3.4无线网络规划的基本流程本次规划设计严格遵循用户要求，从而保证最终设计结果尽可能贴近网络的实际需求。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客户要求仿真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客户要求仿真 图2无线网络规划流程图3.5需求分析3.5.1覆盖目标td-scdma无线网络初期规划保证达到良好覆盖是网络规划的重点目标之一。在规划区域的有效覆盖区内，保证典型区域的网络覆盖应达到表给出的要求：表 1覆盖目标区域类型连续覆盖的业务要求区域覆盖率密集城区cs64 kbps98%一般城区cs64 kbps95%郊区ps64 kbps90%对于本方案规划地区为将台路地区，主要针对北京电子科技职业学院、北京信息职业技术学院、将台路小学三个地点为核心及周边居民区做覆盖，根据实际地理覆盖面积和人口分布可知该区域为一般城区，所以覆盖目标必须达到一般城区标准。实际需要覆盖区域如图： 图3实际覆盖区域三维图3.5.2质量目标在对实际人群调查中，学生人口较多，通信网络中数据业务占得比重较大，故本规划方案中，无线网络质量的服务等级应达到以下要求： 表 2服务等级目标bler target业务类型目标值语音1%cs64 kbps0.1%ps数据ps 64kbps5%ps 128kbpsps 384kbpsdelay10s3.5.3容量目标由于没有具体的容量要求，同时考虑到td-scdma网络在容量上可以很轻易地通过增加载波的方式来提升网络的容量（不考虑实际容量超过单扇区6载波的情况）。4业务模型分析4.1业务分类3g网络提供语音和数据两大类业务，具体的业务分类见下表。表 3移动业务种类预测表业务种类承载速率语音业务cs12.2/12.2可视电话cs64/64mms业务ps64/64电子邮件ps64/64信息服务ps64/64wap浏览ps64/128www浏览ps64/128图铃下载ps64/128音频流ps64/384视频流ps64/3844.2话务模型根据对北京市业务的调查及预测，为各种业务建立相关模型，具体见下：4.2.1 cs域话务模型cs域的业务主要有纯语音电话和可视电话两种。其中，纯语音电话是承载在cs域的12.2k的语音业务，可视电话是承载在cs域的64k数据业务，这两种业务的上下行速率是对称的，其业务特征参数如下表所示：表 4规划区cs业务单用户模型业务类型单用户平均话务量(erl)语音0.01725 可视电话0.00134.2.2 ps域话务模型规划区内ps业务主要是下行，其业务特征参数如下表所示：表 5规划区ps业务单用户模型单用户业务量 语音业务(erl)可视电话(erl)ps64/64(bps)emailps64/64(bps)mmsps64/64(bps)信息服务ps64/128(bps)图铃下载ps64/128(bps)wep浏览ps64/128(bps)www浏览ps64/384(bps)音频流ps64/384(bps)视频流下行单用户（加渗透率）一般城区0.000614.70006.56006.10006.840030.480072.250012.280016.5800下行单用户（bps）一般城区27.3600109.570028.86004.3总话务量与信道容量规划按erl _b表，计算出该区域的总话务量。该区域为业务一般城区，话务模型按经验值估算。cs话务模型为单用户0.020.03erl；ps话务模型为单用户0.00050.0015erl（尽管td-scdma在理论上采用campbell、kr等算法来进行容量计算，到由于目前的移动用户基数巨大，地形环境变化较快，加之数据用户终端使用速率、业务类型、占用时长很难预测，因此利用上述经验值来估算ps业务量）。该区域总话务量为44800.025erl+44800.001erl=116.48erl。(目前，业内的规则是：cs呼损按照2%来计算， ps按照5%来计算。)根据总话务量查erl_b表得出该区域所需的总信道数量为190。5规模估算规模估算的结果应该包括基站数目、扇区数目以及载频数目。5.1覆盖估算 覆盖估算流程如下： 确定无线传播模型； 进行链路预算； 计算小区覆盖半径； 计算单站点覆盖面积； 确定满足覆盖区域的基站数目。（1）无线传播模型在所有的通信传播环境当中，无线通信环境是最恶劣的，也是最复杂的，除了自由空间的路径损耗以外，还要受到慢衰落和多径传播的影响，从而造成空间选择性衰落、时间选择性衰落和频率选择性衰落等情况的发生，使得上下行的接收信号质量大大劣化。因此，在无线网络设计中，选择一个与实际环境接近的传播模型是进行覆盖估算和预测仿真的基础。hata模型是应用较为广泛的覆盖预测传播模型，它以标准平坦地形、大城市市区的中值场强或路径损耗作为参考，对其他传播环境和地形条件等因素分别以校正因子的形式进行修正。本次无线网络预规划的传播模型是hata模型如下：lmodel = k1 + k2 * log(d) +k3 * log(heff) + k4 * diffraction loss + k5 * log(d) * log(heff) + k6 * hmeff + kclutter * f(clutter)公式中的各参数意义解释如下：path_loss：传播路径损耗(db) k1： 衰减常数 k2： 距离衰减系数 k3：发射天线有效高度计算系数 k4： 绕射损耗计算系数 k5：系数k6： 接收天线有效高度计算系数 diffraction_loss：绕射损耗clutter_loss：地物衰减修正值 d：基站与移动台之间的距离(km)hmeff：移动台天线有效高度(m) heff：基站天线有效高度(m)（2）链路预算简单地说，链路预算是对一条通信链路上的各种损耗和增益的核算。链路预算的目的是为了进行覆盖预测。一般来说上行是功率受限，下行是功率和容量受限。而基站输出功率大于终端输出功率，因此一般只做上行链路预算。本次规划也只采用上行链路预算。以下是td-scdma中的上行链路预算公式：允许的最大路径损耗(上行)=移动台最大发射功率+移动台天线增益+基站单天线增益+分集接收增益+切换对抗慢衰落增益-人体损耗-馈缆损耗-(基站接收机噪声功率+基站接收所需的eb/n0 -处理增益)-干扰余量-快衰落余量-阴影衰落余量-穿透损耗具体链路预算表如下： 表6 td-scdma上行无线链路预算表注：由于td-scdma为上行受限，所以此处只给出相关业务的上行链路预算表。5.2容量估算 根据实际规划区域调查人口密度为滞留工作人员约12000人平方公里，移动人员约为16000人。在3g网络的建网初期，3g用户的比例按现有2g用户数量的20%40%计算（2g用户数在北京可按人口数量的80%100%计算 ）。 2g用户在该区域为2800090%=25200；3g用户在该区域为2520020%=5040。5.3站点容量规划 根据总通道数190，计算出基带处理板的数量，目前每块板6cs的处理能力。 每cs最多能支持24个用户，按照码道负荷75%，所以19024/75%11，需要11cs容量.考虑3g用户数量的发展，该容量应在规划容量的基础上增加20%50%，此处选择增加30%,即14cs的话务量。目前的站型是s3/3/3，一个基站9cs，所以，需要站点的个数，是14/9=2个 站。（每个nodeb 带三个天面，三扇区结构，每个扇区加3个频点）td-scdma共有9个频点，按照该区域的计算容量并考虑今后发展，该区域在3g业务使用初期选择使用3个频点。5.4站址选择 站址选择内容包括： 地点位置； 站型（全向站、定向站）； 覆盖区域（室内覆盖、室外覆盖）； 站点容量。 在下图中，已经预设了3个可能的室外站点。 三站覆盖方案：图4 基站选址位置图室外站a（定向站，三扇区，主要覆盖北京电子科技职业学院，和睦家医院和和桥丽晶小区。3/3/3、站型）；室外站b（定向站，三扇区，主要覆盖室外公路，北京信息职业技术学院及周围小区；3/3/3、站型）；室外站c（定向站，三扇区，主要覆盖将台路小学及周边小区。3/3/3、站型）。站点配置：表7站点数据配置小区扇区扰码天线方位角天线高度中心主频点siteasitea_1(101)550752016.0mhzsitea_1(102)551202019.2mhzsitea_1(103)552402022.4mhzsitebsiteb_2(201）430562022.4mhzsiteb_2(202）431202020.8mhzsiteb_2(203）432402017.6mhzsitecsitec_3(301)380492024.0mhzsitec_3(302)381202019.2mhzsitec_3(303)382402020.8mhz5.5网络规模估算结果结合传播模型和链路预算，得到一般城区域覆盖半径 表8基站覆盖数据表6站点勘测报告 6.1站点勘测知识基础 td-scdma无线网规站点勘察是在无线网络预规划的基础上进行的数据采集、记录和确认工作，以便为网络规划、仿真工程师提供现场的具体信息。无线网络勘察的目的是选择合适的站点，以满足话务分布以及无线传播环境的要求。在无线网络规划中，站点的勘察和选择在移动通信网络建设中具有极其重要的地位，对于网络的建设成本与网络建立后的运行质量有重要的影响。6.2站点勘测内容与流程站点看测试在无线网络预规划的基础上进行的详细勘察设计。其站点勘察流程如下图所示： 图5站点勘查流程6.3站点勘测计划（1）准备勘测工具：gps，指南针，激光测距仪，数码相机，皮尺，望远镜。（2）站点勘测资料准备：无线网络预规划报告；工程文件（建筑、天馈）；背景资料、现有网络情况；当地地图；站点配置清单；候选站址勘测表。（3）详细勘测内容：经纬度信息和楼高信息的采集；天线安装平台位置信息和共址站的天线系统数据采集； 站址周围传播环境的勘测。（4）输出详细勘测报告 勘站信息； 站点信息； 扫描的地图； 评价环境的影响； 无线环境照片。6.4站点勘测报告详见下表： 1、基站天台或铁塔平面草图（同时标出其他通信设备、拍摄照片方向和位置） 图6基站天台或铁塔平面草图2 、google earth 图片，包括基站周围阻挡和扇区示意图 图7基站位置和扇区示意图3、站点周围环境360度照片 0度 30度 60度 90度 120度 150度 180度 210度 240度270度 300度 330度 图8站址周围的无线传播环境照片 7无线网络规划性能仿真 7.1无线网络仿真的方法无线通信仿真划分为： 链路仿真获得链路级的参数，了解链路级特性； 系统仿真了解网络特性，规划、优化提供理论依据； 网络仿真为网络规划提供依据。系统仿真又分为：静态仿真和动态仿真。但不论静态仿真还是动态仿真，它们所针对的研究专题基本是一样的，都包括：容量的仿真、覆盖的仿真、控制方法的仿真以及其他方面的仿真。（1）容量的仿真仿真内容包括：单独语音业务情况，在给定中断率条件下，单扇区可支持的最大连接数，即语音用户前向链路和反向链路容量；语音数据以一定比例混合时，语音业务和数据业务的中断率仿真；开销信道占用的功率对于系统容量的影响；系统中切换用户的比例改变时，对于系统容量和中断率的影响等。 （2）覆盖的仿真仿真内容包括：天线型号和参数和方向角等改变时，对于系统覆盖的影响；业务种类、负载因子等改变时，基站覆盖范围的变化小区“呼吸”的仿真；开销信道占用的功率对于系统容量的影响；增加某些射频设备之后，对于系统覆盖范围的影响。 （3）控制方法的仿真仿真内容包括：对于系统功率控制方法的仿真；对于系统接纳控制方案的仿真；对于数据业务服务质量qos优先级的仿真；对于ue切换流程的仿真；系统多个载频频间切换的仿真；数据业务速率控制方案和重传过程的仿真。7.2无线网络仿真无线网络的仿真过程如下：首先，软件将导入数据库中的基站信息，并结合详细地地图经纬度信息，在地图上显示出来，如图9所示；然后，进行仿真参数设置，根据覆盖估算得到的各区域的小区半径，尽可能利用原2g站址确定站点经纬度，基站覆盖范围如图10所示；而对于没有可提供站点的空缺位置，按照覆盖估算得到的小区半径，添加理论上满足覆盖需求的新站点；邻区规划是对每个基站下的相邻小区进行规划，通过仿真软件查看邻小区信息，实现自动邻区数据的输出，如图11所示；最后，对以上所布站点，使用仿真软件进行覆盖仿真验证，对于覆盖不合理的站点进行站址或小区方位角、下倾角的调整，然后再仿真，如此循环，直到覆盖满足覆盖目标为止。图9 基站信息导入图10 基站覆盖范围显示图11 邻小区规划 对于本次规划的一些数据经过无线仿真软件多次仿真校正，最终完成td-scdma基站勘测及网络规划方案。8总结本课题通过我系综合实训基地3g基站建设项目，结合 td-scdma网络技