移动通信网络规划与工程设计-供参考.ppt

第六届全国信息技术应用水平大赛,教育部教育管理信息中心,移动通信网络规划 与工程设计,移动通信网络规划与工程设计,第1章 移动通信技术演进,1.1移动通信发展简史 1.2第二代移动通信系统及其关键技术 1.3第三代移动通信系统及其关键技术 1.4移动通信技术演进路线,1.1移动通信发展简史,移动通信Mobile Communication是相对于固定通信而言，顾名思义是指能够在移动状态下完成信息交换的通信方式。从诞生到今天虽然只有半个世纪多一点，但伴随微电子技术和计算机技术的迅猛发展，已经走过了从第一代1G到第三代3G的技术发展历程，手机、无线网卡、笔记本电脑等移动终端设备已成为人们日常社会生活中不可或缺的重要组成部分。本书在系统介绍移动通信网络规划和工程设计之前，在本章中先简要的介绍移动通信在各个发展阶段的主要技术体制、关键技术及演进路线。,1.1移动通信发展简史,二十世纪中叶，世界上第一个采用蜂窝概念的商用公共汽车电话系统的建立，拉开了第一代移动通信1G（1st Generation）时代的序幕，到二十世纪80年代，移动通信得到了快速发展，90年代，全球移动用户出现爆炸式的增长，世界上大多数国家很快采用第二代数字蜂窝移动通信系统2G（2nd Generation）来取代第一代模拟移动通信系统，以满足由于用户高速增长对大容量系统的需要，踏入21世纪，移动通信发展已进入信息时代，多媒体、视频业务的需求推动了第三代移动通信3G（3rd Generation）的发展，迎来了第三代移动通信系统的建设高潮，并且加快了LTE（Long Term Evolution长期演进）的步伐。与此同时围绕提升数据传输速率和拓展带宽这一主题，GSM、CDMA等“老”技术也焕发出新的活力，2G增强型技术业务带宽直逼3G标准，3G及其演进技术，带宽纪录不断被刷新。宽带移动通信的春天已悄然走来。,1.1移动通信发展简史,图1-1 移动通信发展及演进路线,1.1移动通信发展简史, 第一代移动通信系统 第一代移动通信系统是模拟蜂窝移动通信系统。历史上曾经有过三个主要的技术标准：它们是北美的先进移动电话业务AMPS全接入移动通信系统TACS和北欧移动电话NMT接入方式采用频分多址FDMA其主要技术规格见表1-1。,1.1移动通信发展简史, 第二代移动通信系统 第二代为数字蜂窝移动通信系统，世界上具有代表性的技术标准有四个。它们是：采用时分多址TDMA接入方式的全球移动通信系统GSM、采用码分多址CDMA接入方式的CDMA IS-95移动通信系统，以及北美D-AMPS 日本PDC系统。其主要技术规格见表1-2。,1.1移动通信发展简史,1.1移动通信发展简史, 第三代移动通信系统 现在被ITU列为3G移动通信系统主流标准有三个。即：WCDMA、CDMA2000 1x/EV-DO以及我国提交的TD-SCDMA第三代移动通信系统主要的技术规格见表1-3。,1.1移动通信发展简史, 移动通信系统多址技术比较 图1-2为FDMA、TDMA、CDMA三种多址方式的示意图。,图1-2 FDMA TDMA CDMA 多址接入技术示意图,1.1移动通信发展简史,移动通信基本技术 蜂窝结构 目前公用移动通信网都采用蜂窝结构，蜂窝概念是源于仿生学中蜂巢的结构，用基站组成若干蜂窝小区来形成一个连续的无线覆盖服务区。这种结构最大优点是便于使用频率复用的方法，使宝贵的频率资源得到再生，来提高频率利用率。,1.1移动通信发展简史, 频率复用技术 频率复用是蜂窝移动通信网重要的概念之一。频率复用就是将可用频率分成若干组，并 以组为单位分配到各个小区，用同一载频的无线信道覆盖不同的小区，使相同载频区域彼此保持相隔一定的距离，以便把频率干扰控制在保证系统正常通信所允许的范围内，频率复用使宝贵的频率资源得到再生，提高了频率利用率，增加了系统容量。,1.1移动通信发展简史,切换、位置更新、漫游技术 所谓移动通信是相对于固定通信而言，指通信终端可以移动，通过无线链路完成通信。在通信过程中，尤其是当移动台处于移动状态下，通信有可能是在同一MSC的若干个基站的蜂窝小区内完成，也有可能随时从本地MSC服务区的一个蜂窝小区进入另一个相邻的MSC服务区管辖的蜂窝小区，网络都要保证通信的连续性和可靠性。在上述过程中，移动台是通过系统对相关的无线频道进行“切换”（Handoff）来完成的。移动台在同一MSC服务区内不同的蜂窝小区间的切换叫做“越区切换”，而不同MSC之间的相邻小区间的切换则称为“越局切换”。当移动台从归属的MSC移动到其它非归属MSC，进行呼叫和被呼，则称为“漫游”（Roaming）服务。,1.1移动通信发展简史,移动通信支撑网络 现代移动通信网是一个综合网络，它不仅包括由核心网子系统、接入网子系统、业务控制中心等组成的业务网，还包括由数字信令网、数字同步网、电信管理网等构成的支撑网络，此外还有无线智能网、多媒体短信中心、计费中心、客户服务中心、网关、互联网等组成一个能提供综合通信服务的信息网。 本节将简要介绍数字移动网三个最基本的支撑网：数字信令网、数字同步网和移动网管。,1.1移动通信发展简史, 数字信令网 信令是指通信网各节点之间的、用来传递控制通信设备动作、指导系统各功能实体相互配合来共同完成某项预定功能的信号。显然任何一个数字通信网必须有其相应的数字信令系统的支持，它是现代移动通信网不可缺少的“神经系统”。 数字同步网 在数字通信网中，各有关设备必须用相同速率的时标（Time scale）去识别和处理信号，如果时标不能对准信号的最佳判决瞬间，则可能出现误码，因此，数字设备要准确无误地运行，各时标必须具有相同的速率，即时钟同步。 移动管理网 现代移动通信网不仅需要先进的技术支撑，而且需要现代化的管理手段。,1.2第二代移动通信系统及其关键技术,随着移动用户的急剧增长，第一代模拟移动通信的缺点也越来越多的充分暴露出来，主要缺点可以概括为三个：一是频率利用率不高，用户容量受到极大的限制，不能满足大城市快速增长的密度容量的要求，第二是各系统技术体制杂乱，不能实现各网间和国际间的漫游服务，第三是业务单一，不能满足数据等新业务的需求。为此，从80年代中，各国相继推出了第二代蜂窝系统标准。 第二代数字移动蜂窝系统的业务主要集中在语音和低速电路型数据业务上。第二代数字蜂窝移动通信系统的出现极大推动了移动通信的发展，使移动用户出现了爆炸式的增长。,1.2第二代移动通信系统及其关键技术,GSM移动通信系统及其关键技术 GSM网络参考模型 GSM数字蜂窝移动通信系统由移动台（MS）、交换子系统（MSS）、基站子系统（BSS）、操作维护子系统（OMC）组成，其系统结构及接口如下图所示。,图1-9 GSM网络参考模型,1.2第二代移动通信系统及其关键技术, GSM系统的关键技术 TDMA时分多址技术 TDMA时分多址是指在一个较宽的载波上，把时间分成周期性的帧，每一帧再分成若干时隙，每个时隙就构成了一个无线信道，分配给一个移动用户使用。 紧密频率复用技术 根据GSM体制的推荐，GSM采用43频率复用方式，即每4个基站为一群，每个基站分成3个三叶草形600扇区或3个1200扇区，共需12组频率。因为这种方式同频干扰保护比C/I能够较好的满足GSM标准的要求。 跳频 (Frequency Hopping) 技术 跳频是指载波频率在一定宽度的频带范围内按某种图案（跳频序列）进行跳变，跳频相当于展宽了频谱，因此是扩频通信基本技术方式中的一种，跳频有频率分集和干扰源分集两个作用，因此可以提高系统抗衰落和抗干扰的能力，从而改善无线信号传输质量，降低误码率。,1.2第二代移动通信系统及其关键技术,分集技术 在移动通信中，为了克服由于受地形地物等影响电波传播产生的多径和时延，造成无线信号的衰落而影响通信质量，移动通信现在广泛采用了天线分集接收技术，因为它可以有效的减少无线信号衰落的影响。 话音检测（VAD）不连续发射（DTX）技术 话音检测不连续发射技术也叫话音激活技术，它是通过禁止传输用户认为不需要的无线信号来降低系统内的干扰，来提高系统效率和容量。,1.2第二代移动通信系统及其关键技术,CDMA数字移动通信系统及其关键技术 CDMA网络参考模型 在逻辑上，CDMA（IS-95A）数字移动通信网络参考模型是由图1-19中的功能实体和相关接口参考点所组成。,图1-19 CDMA网络参考模型,1.2第二代移动通信系统及其关键技术,CDMA系统的关键技术 软切换技术 软切换SHO（Soft hand-off）是CDMA系统所特有的技术，在这一点上，它不同于TDMA系统，TDMA系统没有软切换，只有硬切换，而CDMA系统有硬切换、软切换和更软切换三种切换方式。硬切换指发生在不同载频之间，不同MSC之间，不同厂商的系统之间的切换；而软切换和更软切换只能在相同频率的CDMA信道间进行，软切换是指发生在不同基站之间的切换，而更软切换是指发生在同一基站不同扇区之间的切换。 功率控制技术 功率控制（PC Power Control）技术也是CDMA的核心技术之一，众所周知，移动通信在上行链路中，由于靠近基站的移动台到达基站的信号非常强，会掩盖掉距基站较远的移动台的弱信号，即所谓“远近效应”。,1.2第二代移动通信系统及其关键技术,GSM与CDMA IS-95虽然同属于第二代移动通信系统，但技术上有很大的不同，其主要技术性能比较如下：,1.3 第三代移动通信系统及其关键技术,第三代移动通信系统技术特点 按ITU总体目标，第三代移动通信系统应具有以下特点： 提供高速率和多种速率并支持多种业务 全球覆盖及全球无缝漫游 高的频谱效率。 高服务质量：应达到长话的话音质量，数据业务的比特错误率应小于106。 应具有低成本、低功耗、小体积、高保密等良好的商业特性。,1.3 第三代移动通信系统及其关键技术,IMT2000家族 IMT-2000在功能结构模型上使用了层的概念，所谓层是和一个或多个域提供的一个方面有关的协议组。IMT-2000功能结构由无线资源控制平面RRC和通信控制平面CC两个平面构成。RRC负责无线资源的分配和监视，代表无线接入网完成的功能；CC平面则负责整体的接入、业务、寻呼、载波和连续控制。 IMT2000的功能模块基本上可以分为三大部分，即：核心网络、业务控制网络和接入网络。加上用户终端就组成了一个完整的IMT-2000系统，不过习惯上人们把业务控制网络划归核心网，因此通常把IMT2000系统结构分为用户终端、无线接入网、核心网三大部分。,1.3 第三代移动通信系统及其关键技术,第三代移动通信的网络结构 WCDMA WCDMA系统的核心网CN（Core Network）是基于GSM/GPRS网络的演进而设计，它保持了与GSM/GPRS的向下兼容性，它可以基于TDM、ATM、IP技术向全IP网络演进。WCDMA的核心网从逻辑上可以分为电路域CS和分组域PS，分别完成电路型业务和分组型业务，接入网基于ATM技术并向全IP方向发展，统一完成语音业务和数据业务，MAP技术和GPRS隧道技术（Tunnel）是WCDMA移动性管理机制的核心。,1.3 第三代移动通信系统及其关键技术,WCDMA系统主要技术参数概括如下：,1.3 第三代移动通信系统及其关键技术, CDMA2000 CDMA 2000是在IS-95的基础上演进而来，采用了IS-41核心网络结构，引入了WIN （WirlessIntelligent Network无线智能网）为架构的业务平台，电路域集成了IS-95的网络，分组域是基于Mobile IP技术的分组网络，无线接入网以ATM交换机为平台，并能提供丰富的适配接口。,1.3 第三代移动通信系统及其关键技术,CDMA 2000 1x的主要技术参数是：,1.3 第三代移动通信系统及其关键技术, TD-SCDMA TD-SCDMA是我国基于GSM/GPRS向3G平滑演进而提出的标准，因此采用了GSM/GPRS核心网的结构，技术体制基本上同于WCDMA，只是空中接口改为TD-SCDMA 。,1.3 第三代移动通信系统及其关键技术,TD-SCDMA的主要技术特点有：,1.3 第三代移动通信系统及其关键技术,第三代移动通信系统关键技术 TD-SCDMA 智能天线SA（Smart Antenna）技术 智能天线系统的概念来源于军事上的雷达和声纳系统中采用的阵列天线，目的是提高性能以及电子对抗的能力，但随着计算机及数字信号处理技术的发展，智能天线技术已成为移动通信中最具有吸引力的技术之一。 联合检测JD（Jonit Detection）技术 联合检测技术也称为多用户检测（Multiple user Detection）技术。在CDMA系统中，多径干扰是主要的干扰，联合检测技术就是把所有用户的信号都当作有用信号而非干扰信号来处理，这样可以充分利用每个用户信号的用户码、幅度、定时、延迟等信息，来达到大幅度降低多径干扰的目的。,1.3 第三代移动通信系统及其关键技术, 动态信道分配DCA（Dynamic Channel Allocation）技术 在TD-SCDMA系统中，有频率、帧、时隙、码道、波束等多种形式的信道。TD-SCDMA系统基本上有三种动态信道分配形式：时域动态信道分配、频域动态信道分配和空域动态信道分配。通过合并时域、频域和空域动态信道分配技术，能够将系统本身的干扰降到最低。 同步CDMA技术 这里的同步CDMA技术是指上行链路各终端信号与基站解调器需要完全同步。这样就可以使用正交扩频码的各码道在解扩时完全正交，相互间不会产生多址干扰，克服了异步CDMA多址技术由于每个移动台发射的码道信号到达基站的时间不同，造成码道非正交带来的干扰，提高了系统容量，提高了频谱利用率。并可简化硬件。,1.3 第三代移动通信系统及其关键技术, 接力切换BH（Baton Handoff）技术 接力切换是基于同步码分多址和智能天线相结合技术的新的切换技术，它不同于以往的硬切换及软切换。 软件无线电技术 移动通信新技术的发展日新月异，新标准不断的更新，使人们逐步认识到，设备的研制必须改变思路，软件无线电的基本思路是研究一种基本的可编程的硬件平台，通过在这个硬件平台上改变相应的软件来形成不同标准的通信设备，这样使移动通信新体制、新系统、新产品的研制开发由硬件为主逐步演变为以软件为主，以适应技术的发展，这也是对传统的使用专用芯片来制造移动通信设备的概念的重大冲击。,1.3 第三代移动通信系统及其关键技术, WCDMA WCDMA的关键技术见下表。,1.3 第三代移动通信系统及其关键技术, CDMA 2000 CDMA 2000的关键技术有：,1.3 第三代移动通信系统及其关键技术,第三代移动通信系统三个主流标准主要技术性能比较见下表：,1.3 第三代移动通信系统及其关键技术,通过上述比较可以看出，TD-SCDMA比其它两个标准具有明显的技术优势，主要表现在以下四方面： 频谱灵活性和支持蜂窝网的能力，由于采同TDD方式，仅需要1.6MHz的载频间隔，在WCDMA的1个载波带宽（5MHz），就可支持3个TD-SCDMA载频，并且不需要成对的频率，因此频率资源使用可以非常灵活。 高的频谱利用率，这一点尤其适合于在人口密集的大中城市，传输对称和非对称的数据业务。 适合于多种使用环境，TD-SCDMA能全面满足ITU所规定的要求。 设备成本低，尤其是具有我国自主知识产权，这两点使得采用TD-SCDMA组网，在网路规划、系统设计以及为运营商提供长期及时的技术支持和服务等方面独具优势，不但可以大幅度节约建设投资也可降低运营成本。,1.4 移动通信技术演进路线,GSM/GPRS演进路线 GSM系统数据传输速率只有9.6Kbits/s，因此向3G演进首先必须提高数据传输速率，目前有两种高速移动数据业务规范：高速电路交换数据业务HSCSD（High-Speed Circuit Switched Data）和通用分组无线交换业务GPRS（General Packet Radio Service）。GPRS发展分为两个阶段：Phase1和Phase2。Phase2又称为增强数据速率GSM或者EDGE（Enhanced Data rate for GSM Evolution）。,1.4 移动通信技术演进路线,CDMA演进路线 CDMA技术的演进分成了两大类应用，因此演进也分成两条路径。一条路径是进一步提高语音业务系统容量，从CDMA 2000 1x演进到1x增强（Enhancements），在这一条路径中，支持平滑地将语音业务容量增加到最大，达到每扇区支持120个语音并发用户，实现效益最大化。另一条路径是从1x标准演进到EV-DO Rev.0EV-DO Rev.AEV-DO Rev.BEV-DO增强版本，并且根据业务需要，还可以在新的更宽的频谱上部署OFDM系统，扩展数据传输能力。在这一条路径中，将数据传输能力达到最大，增强版本使用4个载波EV-DO，峰值速率可以达到12.4Mbps至34.4Mbps。此外3GPP2还发布了基于CDMA 1x EV-DO系统，支持广播业务的黄金多播（CS0054-0）和采用OFDM的白金多播（CS0054-A）标准。,1.4 移动通信技术演进路线,TD-SCDMA演进路线 TD-SCDMA是我国针对IMT2000提出的解决方案，是我国唯一拥有自主知识产权的、公认的国际三大3G主流标准之一，它是基于现在的GSM/GPRS移动网络向3G演进而设计，因此它既能向下兼容GSM/GPRS网络，并且从技术上，频谱利用率上、所支持的业务、漫游能力等方面对其它两个标准都有明显的优势。,移动通信网络规划 与工程设计,移动通信网络规划与工程设计,第2章 电波传播模型校正,2.1电波传播 2.2地形地物分类 2.3电波传播模型 2.4模型校正,2.1电波传播,通常频率从几十赫（Hz）甚至更低到30000千兆赫（GHz）左右（波长从几万千米到0.1毫米左右）的整个频谱范围内的电磁波，统称为无线电波。从发射天线辐射出的无线电波，经过介质或受到介质分界面的影响到达接收天线的过程，称为无线电波传播（Radio Wave Propagation）。无线电波在介质或介质分界面的影响下，会发生折射、反射、散射、衍射、绕射和吸收等现象，接收到的无线电信号，也存在衰减和干扰情况,2.1.1 无线通信环境, 电波传播的主要特点 典型的陆地移动通信是通过移动台与基站之间的无线链路来完成的，通常基站的天线一般都高出周围建筑物，但移动台天线却较低，一般距地面1到2米左右，因此陆地移动通信无线链路，是一种低天线的电波传播路径，这样在整个通信过程中，无线电波始终会受到周围地形、地物的影响 . 另外电波从发射点以球面向四周传播过程中，其强度会随传播距离而衰减，同时受多径和地形的影响，其衰落特性是在衰落曲线上叠加了快速的变化和慢速的变化，其中由多径引起的快速变化称为“快衰落”，缓慢的变化称为“慢衰落”。, 多径传播 陆地移动通信主要工作频段为VHF和UHF段，对于VHF和UHF频段，通信中移动台天线收到的同样是一个由多条路径传来的多径信号。 多卜勒频移（Doppler Shift） 当移动台在移动过程中通信，则到达接收端的多经信号还会产生频率偏离的现象，当移动台朝向基站移动时，频率会变高，而移动台背向基站移动时，频率变低，这种现象称为多卜勒频移，多卜勒频移对多径信号影响的本质是将接收信号扩展在一个小的频段上，因此又称为多卜勒扩展。, 远近效应 在移动通信中另一个问题是“远近效应”。当有多部移动台与基站通信时，在不同移动台之间，由于距离基站较近的移动台信号较强，距离较远的移动态信号较弱，往往会出现距基站较近的移动台的强信号会干扰或“淹没”掉距基站较远的移动台的信号，这种现象称为“远近效应”。 移动通信无线环境 随着经济现代化的发展，各种无线通信台、站与日俱增、密布城乡各地，加速了电气噪声环境的恶化，使电磁干扰变得日益严重，造成移动通信无线环境的日益恶化。,2.1.2多径衰落及对移动通信的影响, 无线多径衰落信道 多径衰落对通信的影响 多径衰落现象能严重恶化接收信号的质量，影响通信的可靠性。另外，在蜂窝移动环境下，同频干扰也是一个必须考虑的问题，当发生衰落时，有可能要接收的信号比同频小区基站来的干扰信号还要弱，这样接收机就会锁定在错误的信号上,2.1.3信号衰落特性, 信号衰落统计特性, 衰落率.衰落率定义为：信号包络以正斜率通过中值电平时的衰落电平交叉率。 衰落平均持续时间.衰落平均持续时间定义为：场强低于某一电平的持续时间平均值。衰落平均持续时间与移动台运动速度成反比。,2.1.4无线多径信道参数, 时间色散.由于移动台接收来自不同方向的反射波的路径存在偏差，形成多径信道的功率延迟分布，造成信号时延展宽，又称为时间色散。 相干带宽.相干带宽是指一个特定的频率范围，在该范围内两个频率信号衰落有很强的幅度相关性。 多卜勒频移和相干时间,2.3电波传播模型,电波传播特性的研究随着蜂窝微小区化和宽带数字通信的发展日益受到重视. 无线信道模型大致可以分为大尺度(Large-Scale)传播模型和小尺度(Small-Scale)传播模型两类。,2.3.2陆地电波传播模型, 奥村模型（Okumura-Hata Empirical Formula） COST231 Walfisch-Ikegami模型（COST231 Hybrid Model） 通用校正模型,2.3.3近海海面电波传播模型, 无线电波在近海海面传播的特点.无线电波在近海开阔海面传播时，传播路径主要是直达波和经过海面反射的反射波。 地球曲率对电波传播的影响, 地球曲率半径绕射损耗引起的衰落 Pr = P0-1.5（d-d0） dd0. 雨雾对电波传播的影响, 近海海面电波传播模型, 海面电波传播模型的误差,2.3.4室内电波传播模型,自由空间传播模型用于发射机和接收机间完全无阻挡的视距路径传播，所谓自由空间是指相对介电常数和相对磁导率均恒定为1的均匀介质空间，该空间具有各向同性，并且具有电导率为0的特点，电波在自由空间传播只具有扩散损耗的直线传播方式，没有反射、折射、绕射、色散、吸收、磁离子分裂等现象，它是最简单的传播方式，是研究其它传播方式的基础。,2.4传播模型的校正,2.4.1校正原理 为了准确的预测出基站天线在不同方向上电波传播精确的路径损耗，模型校正的目的就是获得该地区各点地理位置的本地均值，从上面分析可以看出，只有使P（d）与m（d）之间差尽可能小，才能使传播模型预测值最逼近的本地均值。,2.4.2 CW测试, 测试方法 对电波传播情况进行测试的目的是获取不同传播路径上的实际损耗值，目前常用的测试方法有两种：连续波测试（CW）法和导频测试（PM）法。 测试基本要求. 本征长度的选择 测试站点的选择 测试车速的控制 测试路径的选择 测试数据的整理 数字地图 测测设备 测试设备包括基站设备和路测设备两部分。基站设备包括天线、功率放大器和高频信号源。,2.4.3 校正流程,移动通信网络规划 与工程设计,移动通信网络规划与工程设计,第3章 无线网络仿真,3.1无线网络仿真的意义 3.2基本流程 3.3无线网规划基本原则 3.4无线网络分析方法 3.5现网运行数据采集和分析 3.6基站布局 3.7影响仿真准确性的主要因素 3.8数字地图 3.9电波传播模型 3.10仿真软件 3.11仿真参数的导入 3.12仿真输出格式,.1无线网络仿真的意义,无线网规划是移动通信网规划中的最重要的工作之一，因为规划的准确性将直接影响到移动网的建设成本和网络未来服务质量，而无线网络仿真是无线网规划中的核心工作，是用于指导基站布局、选址等的基础工作 . 影响无线网络仿真结果准确性有两个关键的因素，一个是无线覆盖的准确性 ,第二是系统容量的准确性 .,3.2基本流程,3.3无线网规划基本原则, 使可盈利的业务覆盖率最佳 网络容量最大化，资源利用率最高 资源分布应合理 提供最优的业务质量 网络规划应充分满足运营商的业务发展要求和顺应其发展策略 规划方案应确保网络安全、便于网络维护和管理 规划方案应有利于业务拓展和网络的升级演进, 运营商有多张网情况下，网络规划应满足用户完成网间自动切换，合理分配两网间业务，以便使两网资源都得到充分利用 . 网络规划方案应使综合建网成本尽可能低，因此在不影响和尽量少改动现网的前提下，应充分利用现有的资源。 注重室内覆盖建设,3.4无线网络分析方法,对CDMA系统曾提出过很多的分析方法，但目前应用较多的是Monte Carlo（蒙特卡罗）分析法，Monte Carlo分析法又分为动态分析和静态分析。,3.5 现网运行数据采集和分析,话务密度分布，数据业务及其流量分布是我们业务模型建模的重要参考数据，也是我们进行业务预测和资源配置规划的重要依据 .,3.6 基站布局,3.6.1 链路预算 链路预算是无线网小区规划中的重要步骤。链路预算的意义是在不同传播条件和不同的业务承载速率情况下，对小区覆盖半径作出粗略的估计，它是基站布局规划确定平均站距的重要参考数据。 链路预算分为上行链路预算和下行链路预算。其中上行链路预算的各种因素为已知的和确定的，结果相对较为可靠，因此工程设计中一般是以上行链路预算来对基站的覆盖能力进行估算和确定平均站距。,3.6.2平均站距的选择,对于GSM系统。由于受频率资源的制约，其站距的确定往往不是取决于覆盖，而是取决于密度容量的需求，也就是说为了满足密度容量要求，需要靠缩小站距来提高密度容量，尤其是在城市核心区，目前平均站距约在400米500米左右，也就是说蜂窝覆盖半径已缩小至200米300米，甚至更小。 由于CDMA系统是自干扰系统，所以平均站距的确定原则与GSM不同，而是以最佳覆盖为原则，其容量则主要是靠增加载波来解决。,3.6.3 最佳基站布局的确定方法,实际上对良好的蜂窝结构的要求是针对城市的城区，在郊区及广大农村地区，由于覆盖区域广阔，同时存在话务量低的特点，因此其主要设计原则是用最少的基站获得最佳的覆盖效果。,3.7影响仿真准确性的因素,影响网络仿真结果准确性的主要因素有：数字地图准确性、电波传播模型的选择及其校正质量、仿真软件、业务模型及业务分布与实际的差异、仿真参数的准确及正确输入等。,3.8数字地图,数字地图是指存贮于计算机各种存储介质上的经过数字化处理的电子地图。数字地图一般是通过航空摄影或卫星遥感图像生成的地形图，然后经数字化处理后得到。 构成数字地图的地理信息数据库多种多样，在移动通信工程设计中主要使用以下四种模型：数字正射影像图模型（DOM）、数字高程模型（DEM）、线状地物模型（LDM）和建筑群空间分布模型（BDM）。,3.8.2 数字地图的基本概念,参照坐标系 坐标系CS（Coordinate System）是由两个、三个或更多个坐标轴，单位标度等组成，用来计算距离、角度或其他几何元素。通过基准面（Datum）与地球相关联的坐标系称为坐标参照系CRS（coordinate reference system）。 投影方式 把地球椭球上的点表示在地图平面上，可以在地理坐标与平面坐标建立起相对应点对点的函数关系，称为地图投影，但是经过投影后的平面并不能保持地球椭球面上的长度、角度和面积的原形，所以经过投影的地图只能在长度、角度和面积之中的一项不变形，而其他几种变形，只能说变形值相对较小而已,高程基准 国家大地水准面作为静止海水面向大陆延伸所形成的不规则的封闭曲面，是用来描述地球形状和精确确定海拔高程的基准面。国家水准原点在山东青岛。 地图精度（分辨率） 在移动通信工程设计中用于仿真的数字地图精度通常有5m、10m、20m、50m、100m五种。 时效.要求数字地图时效最低应在2年以内。,3.9 电波传播模型,3.9.1 常用传播模型 在规划软件中一般都有电波传播模型数据库，数据库中包括了经典和常用的象Okumura-Hata、COST231-Hata、SPM、Lee、射线跟踪等多种模型，供规划时选择和调用，并允许根据CW测评结果对模型参数进行调整，同时允许自已创建新的模型。,3.9.2传播模型选用,严格讲各种电波传播模型在实际应用中，都存在一定的局限性和各自的不足，例如；Ocumura-Hata模型应用在基站密集的城市核心区域，预测值有明显偏高的倾向。COST 231-Hata模型由于对地形地物要素考虑不足，因此预测精度不高。SPM模型虽然对地形地物等要素考虑比较周全，但使用时必须注意选择合适的K参数，否则也会产生较大的偏差，射线追踪模型对地理信息系统要求高，计算工作量、成本投入大，因为预测精度受地图相关信息、站址测量误差、无法描述复杂传播环境等影响，所以与采用传统经过校正的传播模型相比，并不能带来精度的提高。,3.10 仿真软件,准确模拟移动通信的各种关键技术 满足大运算量、高速度的要求 满足多系统、多制式的规划需求 良好的扩展性 应能准确反映出具体的业务特征 模块化结构和灵活的配置 友好的人性化操作界面,3.11仿真参数的导入,3.11.1概述 仿真参数准确与否是提高仿真可信度的极重要因素。做好仿真工作首先要深入了解被仿真无线网络的特点、仿真工具及各种算法，深刻理解各类参数的物理意义及其对仿真结果的影响，准确导入各种参数，盲目的取系统中的默认（缺省）值的做法，只能降低仿真结果的可信度。 无线网络仿真需要输入的参数通常有：系统参数、设备参数、工程参数、电波传播及模型校正参数、业务参数和其它相关仿真参数等。这些参数都会影响小区覆盖范围和网内干扰评估等指标。,3.11.2 规划区域的分类方法,规划区域的分类按地物及话务密度可划分为：密集城区、一般城区、大学园区、风景区、郊区、农村地区、高速公路、铁路等多种类型。,3.11.3系统参数,系统参数包括系统基本参数和仿真算法参数。系统基本参数如工作频段、码片速率等。仿真算法参数如：功率控制算法、切换算法等。 在预规划阶段，往往需要在没有确定设备供应厂家之前作预仿真，这时可以使用通用规划软件，采用相关规范中的参数来进行仿真。在设计阶段再按设备供应厂家提供的仿真算法和设备参数重新修正仿真结果。,3.11.4设备参数,设备参数包括基站设备和终端设备，如发射机发射功率、接收机灵敏度、接收机噪声系数等。 3.11.5工程参数 包括基站站址坐标、扇区方向、天线类型、天线增益、天线高度、天线下倾角度等。 3.11.6传播模型校正参数 包括K参数、衰落损耗、建筑物穿透损耗、模型校正参数等。,3.11.7业务参数,业务参数设置目的是规划服务区内所提供的业务内容。在3GPP的规范中规定了会话类、流类、交互类、后台类四类业务，并划分了多种应用，同时也定义了主要的承载方式。 各类业务承载参数如数据速率、上下行Ec/Io要求、最大发射功率、最小发射功率等决定了各类业务的覆盖范围。 3.11.8其它相关仿真参数 其它相关仿真参数有承载参数、用户特性参数、用户分布参数等。,3.12仿真输出格式,仿真的结果通常以彩色地图或表格两种形式输出。覆盖、干扰、切换、业务速率等仿真的结果以彩色地图的形式输出，频率规划、码规划、邻小区规划等自动规划结果以表格的形式输出。 通过仿真彩色地图可以直观的对规划结果进行分析，对不足之处制定相应的优化方案。,移动通信网络规划 与工程设计,移动通信网络规划与工程设计,第4章 GSM/GPRS/R4核心网规划,4.1概述 4.2基本概念 4.3R4核心网体系架构及接口 4.4网元设置原则 4.5网路组织 4.62G/3G核心网的融合 4.7容灾设计 4.8带宽需求计算 4.9核心网技术发展及2G核心网的优化 4.10支撑网规划 4.11移动智能网规划,4.1.1 移动核心网的演进,第一代移动通信核心网是通过移动交换中心MSC与公众电话交换网PSTN相连，并负责与基站BS间的通信 . 第二代移动通信发展初期核心网主体结构仍然延续了第一代移动核心网的结构，不同的是引入了短信中心，但随着互联网的兴起，第二代移动核心网则很快引入了通用分组无线服务技术，也称为GPRS（General Packet Radio Service）。而另一种第二代移动核心网是IS-95的基于TIA/EIA-41D标准，同样支持基础分组数据业务。 到了第三代移动核心网，在TDM窄带承载的基础上引入了ATM、IP宽带承载，呈现向全IP化的演进趋势。,3GPP制定的长期演进LTE，未来新一代移动核心网被称为系统架构演进LTE-SAE，采用扁平式架构，主要由移动管理实体MME（Mobility Management Entity）和服务网关SGW（Serving Gateway）组成，实行网络控制与用户数据控制相分离，同时LTE-SAE还引入了多种被称为“锚点”的功能实体，用来实现自身网络与其它网络间的互联。LTE-SAE所有的功能实体接口都支持基于IP的协议。 从核心网的演进可以看出其发展的主要特征是：全IP化、不同网络的融合和智能化。,4.1.3 规划原则, 首先要保证技术先进性； 要充分利用现有网络资源，降低投资； 原则上采取“大容量、少局所、低成本”的建网思路，提高投资效益； 便于网络扩容； 有利于网络的平滑演进和持续发展。,4.1.4 规划流程,4.2.1 通信网, 通信网的基本概念 通信网是由交换系统、传输系统、终端设备等要素以及实现互连互通的信令协议构成，即一个完整的通信网应包括硬件和软件。其中交换系统是通信网的核心，又称为核心网。传输系统是信息传送的通道，它与交换连接在一起构成网络。一个现代化的通信网包括业务网、传输网和支撑网，其中支撑网主要有No.7信令网、数字同步网和电信管理网。,4.2.2 交换技术, 电路交换.电路交换的优点是时延小，实时性好，交换设备单位成本相对较低。缺点是网络资源利用率低，接续时间长，通信效率低。 分组交换.分组交换的优点是传输可靠性高，但时延相对大，要求采用光传输，终端要求智能化。 宽带交换.宽带交换的优点是传输可靠性高，适用性强，传输效率高。缺点是设备价格相对较高。,4.2.4 No.7信令, 信令的概念 为了在通信网中向用户提供通信业务，在交换机之间要传送以呼叫建立和释放为主的各种控制信号，这种以呼叫控制为主的网络协议称为信令。在一个通信网中信令传送包括以下三个方面：一是把来自主叫和被叫的状态及号码信息传送给交换机，二是在交换机内部传送信令，三是在交换网上传送信令消息。 信令的方式 .按信令工作区域可分为用户线信令和局间信令。按信令技术可分为随路信令（CAS），如中国1号信令；共路信令（CCS），如欧洲的ITU-T No.7信令和北美的ANSI No.7信令，我国采用ITU-T No.7信令。, No.7信令,No.7信令系统由消息传递部分（MTP）和多个不同的用户部分（UP）组成，采用No.7信令功能分级和OSI分层模式的混合结构。,4.3核心网体系架构及接口,4.3.1R4核心网特点 控制与承载分离 多种承载方式的引入 TRFO、Sigtran等新技术的引入 4.3.2网络等级结构 按照我国现行的GSM网络技术体制，GSM数字移动通信网的等级划分为三级：即移动业务本地网、省内网和全国网。,4.3.3R4核心网体系架构,4.3.4主要网元基本功能,MSC Server主要功能是完成信令处理、呼叫控制、媒体网关接入控制、移动性管理、资源分配、协议处理、路由、认证、计费等功能，以及向用户提供R4的全部功能，并配合智能网向用户提供第三方业务。 MGW受MSC Server控制，主要负责电路交换网的承载通道和分组网媒体流之间的转换、连接等功能。 VLR用于存储MSC所辖区域内所有来话、去话呼叫所需要的信息 HLR是核心网中最重要的数据库，用于存储归属客户的注册信息，以便建立到移动台的呼叫路由。 AUC鉴权中心 主要功能是对移动用户进行鉴权和加密。,MSG是连接窄带No.7信令网和分组网的设备，主要功能是完成No.7号信令与基于分组网（ATM或IP）侧的信令转换。 SGSN主要存储用户分组业务的基本特怔副本和位置信息等数据 , GGSN主要功能是完成用户分组业务的注册 . DNS是一种用于TCP/IP网络的组织成域层次结构的计算机和网络服务命名系统，它的主要功能是将相关的域名翻译成网络所能识别的IP地址。,4.4网元设置原则,MSC Server设置原则 集中设置原则 提高安全原则 利于传输原则 容灾备份原则 减少切换原则,4.4.3MGW设置原则, 简化网络拓扑结构原则 互通需求原则 就近路由原则 选址原则 MGW应尽量与RNC同机房设置 IP地址分配原则,4.4.4HLR设置原则, 原则上每个移动业务本地网设一个或若干个独立HLR，也可以多个移动业务本地网合设一个独立HLR，HLR必须具备虚拟HLR功能。 规划HLR容量时应按近期工程规模来配置，但必须考虑中远期建设规模的发展。 在没有建设MSC Server的地区，原则上不考虑在本地设HLR，但近期确有发展前景的区域可以适当考虑。 为了保证网络安全，HLR设置方案必须采用1+1、N+1容灾或异地容灾等技术措施。 从安全角度，每个HLR的容量不宜过大，原则上以不超过120万150万用户为宜。,4.4.5关口局设置原则, 当本地网内有多个MGW时，应设置独立的关口局GMSC-MGW MSC Server的设置根据GMSC-MGW是否独立设置来决定其设置方式 独立设置GMSC-MGW时至少应设两个，采用负荷分担方式工作 当一个城市出现多个GMSC Server时，从维护网络安全的角度出发，不同GMSC Server应分局址设置 3G引入后，国际关口局应支持移动寻址，支持MAP 国际关口局的设置原则上采取对现有国际关口局进行升级、改造方案,4.4.6SGN设置原则, 原则上一个移动业务本地网可以设一个或若干个SGSN 每个SGSN的容量根据本地区网络状况和经济发展状况来决定 GGSN原则上集中设置在省会，或者在SP和数据业务量较大且有外部数据网出口的本地网 GGSN设置数量需根据路由器平台类型来确定，原则上采用负荷分担的工作方式。 为了保证网络安全，骨干GGSN应成对设置，互为备份,4.4.7DNS设置原则, DNS采用两级结构，即：根DNS和大区域（省）级DNS。 为了保证网络安全，DNS应成对设置，骨干DNS应设在IP承载网骨干节点所在城市，并根据漫游业务量大小决定采用合设或独立设置方式。 DNS应具备升级支持IPv6/IPv4双栈的DNS地址查询能力。 用户采用专用接入点名APN接入方式时，DNS应能通过递归的方式返回归属地的GGSN。 当SGSN向归属地DNS请求解析，如果归属地DNS无法解析则送到根DNS请求解析，若归属地为其它网络时，则向GRX组织设置的根DNS请求解析,4.4.8BG设置原则, BG宜设在具有网间互联点且有IP承载网骨干节点的城市，采用独立设置方式。 BG原则上应成对设置，互为备份，采用负荷分担方式工作。 BG应具备基本安全功能，并具备有根据各运营商间的协议加增其它新功能的能力。,4.4.9CG设置原则, CG原则上应成对设置，互为备份。 对CG的基本要求是应具备高可靠性和强的处理能力。 CG应满足系统接口要求。,4.4.10 CE设置原则, 以局点为单位分别设置电路域CE和分组域CE各一对。 CE应具有一定的扩展性，应充分考虑满足后继信令割接至IP承载网及语音IP化等有关要求。 新增软交换GSN（GPRS Support Node GPRS支持节点）设备时，若原接入承载设备能满足要求，则应先利用该局点已有电路域分组域接入设备，若不能满足要求时，再考虑新增CE设备。 RNC侧按局址设置CE路由器，用于RNC对外的IP网路组织，每个RNC局址应设置一对RNC路由器，采用主备保护机制，同一局址有多套RNC时，应共用一对RNC路由器。,4.5网路组织,话路网承载方式. R4核心网话路网有三种承载方式：除了GSM系统原有基于TDM承载方式外，新引入了基于IP和基于ATM两种宽带承载方式。 信令消息承载方式. MAP/CAP采用IP、ATM、TDM（No.7）方式承载，R4 BICC信令本地、长途均采用IP承载，与话路承载方式一致，H.248信令采用IP承载，同一机房内MSC Server与MGW之间可以采用直连方式。,信令网的网路组织,路由原则,移动网设置的各种路由均按“自远而近”的原则选择，即首先选择靠近终端移动局的路由。 话路网路由原则 信令网路由原则 3G网内话务路由 3G用户与本地网内PSTN用户间的话务路由 与本运营商业务网间的话务路由 国际话务路由,4.7容灾设计,在移动网络中容灾基本上可以分为两类：一类是数据容灾，另一类是业务处理容灾。 HLR是移动网中最重要的数据库之一，HLR的容灾技术主要有1+1主备方式、N+1实时互备方式、N+1非实时备份方式，从工程实际情况来看，以1+1主备方式为主。,MSC Server容灾设计方案, 1+1互助双归属备份方案 N+1容灾备份方式 资源池方式,HLR容灾设计方案, 1+1实时备份方案 该方案的优点是： 备份HLR需要配置的备份信令链路相对较少，路由和局数据配置简单，工程实施相对也简单。 设备条件易于满足，对备份HLR容量没有额外要求，只与主用HLR相同即可。 出现故障，备份HLR接替全部业务，因此对业务没有影响。 缺点是HLR需要成对配置，当网络容量大，有多个HLR时，会增大设备投资成本。, N+1备份容灾方案, N+1实时备份方案 该方案优点是多套主用HLR只需要一套备份HLR，投资成本较低。缺点是： 备用HLR需要配置的备份信令链路较多，路由和局数据配置复杂，工程实施难度大。 对备用HLR容量要求高，设备很难满足要求。 当主用HLR出故障时，备份HLR接管的激活用户数不能超过备份HLR的额定用户数。 N+1实时备份方案适合于HLR故障发生概率低，对服务质量要求高的地区，如省会城市。,N+1非实时备份方案 该方案备份HLR容量需要取备份HLR中的最大容量，由于切换过程有强制位置更新过程，因此业务恢复期较长，在业务恢复期间，用户被叫失败，服务质量受影响。 该方案适用于HLR发生故障概率低，省内HLR