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3 g 无线网络规划研究 摘要 尽量提高频谱效率，充分利用现有的无线网络设施，向更多的用 户提供最多的业务内容及价值，同时达到投资成本的最优，是运营商 在进行网络建设中最需要考虑的问题。无线网络规划直接影响到网络 的建设成本和运营性能，因此是网络建设过程中非常重要的一环。 而传播模型校正是3 g 无线网络规划的重要步骤，只有通过准确 的模型我们才能预测无线小区覆盖的半径、无线网络的容量和无线网 络覆盖的盲区等。移动通信的无线传播环境非常复杂，各个地区的地 形地貌千差万别，这就决定了我们不能用单一的传播模型去反映不同 的无线环境。传播模型准确与否直接决定了无线网络规划的可信度。 一个相对精确的传播模型有助于合理估算基站的覆盖范围和预测网 络的覆盖状况，从而准确估算满足网络覆盖目标所需的基站数量，对 二j ：网络规划具有战略性的意义。对于具有多业务特性的w c d m a 网 络而言，传播模型的准确与否更直接关系到系统性能仿真的准确性， 对系统性能的分析具有很大的影响。 本论文的主要内容是第一章概述传播模型校正与网络规划的关 系，传播模型准确与否直接决定了无线网络规划的可信度；第二章介 绍w c d m a 网络规划的特点，论述与g s m 网络规划的不同点，c d m a 网络建设中出现的关键问题，以及网络规划的流程和主要内容，并说 明传播模型校正对于网络规划的重要性；第三章简j 苤w c d m a 网络结构、 频率计划和一些关键技术；第四章介绍了无线环境传播模型，对室内 室外传播模型作了详细介绍和分析；第五章从无线电波的传播衰落理 论分析，充分阐述传播模型校正原理，以及介绍我们工作中所采用的 标准宏蜂窝模型；第六章详细阐述我们从工程中总结出来的无线传播 模型、c w 测试、传播模型校正的方法、流程和注意事项；第七章结 合一些地区3 g 传播模型校正的实例进行说明，分析传播模型校正中 的一些基本原则方法，以期对目前正在进行的3 g 网络规划起到积极 的促进作用。 关键词 3 gw c d m a 无线网络规划传播模型校正 r e s e a r c hf o r3 gr a d i o n e t w o r kp l a n n n g a b s t r 气c t i nm en e 觚o r kb u i l d i n g ，n e t w o r ko p e r a t o r sc o n s i d e rt h ei s s u em o s t n e c e s s a r i l y t h ei s s u ei sh o wt om a ) 【i m i z es p e c 乞r u me m c i e n c y ，t om a k e 如l lu s eo fe x i s t i n gr a d i on e t w o r kf a c i l i t i e s ，t op m v i d em o r eu s e r sw i t h i n o r ec o n t e n ta n dv a l u eo f b u s i n e s s ， a i l dt oa c h i e v em eo 优i m a l i n v e 8 t i n e n tc o s t sa tt 王l es 锄et i m e r a d i on e t w o r kp i a r h l i n gd i r e c t l v a 恐c t st 1 1 ec o s to f 廿1 en e t 、) l ，o r kb u i l d i n ga n d0 p e m t i n gp e r f - o l m a n c e ，t h u s m i si sav e r yi m p o r t a l l ts t 印o f u l ec o n s m l c t i o no f t h en e t w o r k a n dp r o p a g a t i o nm o d e lt l m i n gi sa i l i m p o r t a n ts t e pi n3 gr a d i o n e t w o r kp l a n n i n g o n l yn l r o u g ha c c u r a t em o d e lw ec a np r e d i c tc o v e r a g e a r e ar 甜i u so fr a d i oc e l l ，c 印a c i 谚o fr a d i on e t w o r k b l i n da r e ao fr a d i o n e t w o r k s c o v e r a g e ， a n ds o o n t h er a d i om o b i l ec o m m u n i c a t i o n e n v i r o n m e n ti sv e r yc o m p l e x l a n d s c 印ei sv a s t l yv a r i o u si nv a r i o u s r e g j o n s t h i sd e t e m “n e st h a tw ec a nn o tu s eas i n g l ep r o p a g a t i o nm o d e l t or e n e c td i f f e r e mr a 血oc o m m u n i c a t i o ne n v i r o n m e n t w h e t h e rt h e p r o p a g a t i o nm o d e l sa r ea c c u r a t eo rn o td i r e c t l yd e t e r n l i n e sm ec r e d i b i l i t ) ， o fr a d i on e t w o r kp l a n n i n g ar e l a t i v e l ya c c u r a t ep m p a g a t i o nm o d e l sh e l p t or e a s o n a b l ye s t i m a t em ec o v e r a g eo fb a s e s t a t i o na 1 1 df o r e c a s ts t a t eo f t h en e 铆o r kc o v e r a g e ，t h u st oa c c u r a t e l ye s t i m a t em en u 瑚【b e ro fb a s e s t a t i o n sr e q u i r e d ，w h i c hm e e t s c o v e r a g et 2 l r g e t s t h i s i s s 仃a t e g i c a l l y s i g n i f i c a n tf o rn e t w o r kp l a r u l i n g f o rw c d m an e t w o r kw i ma i r m l t i i b u s i n e s sn a t u r e ，w h e m e rp r o p a g a t i o nm o d e l sa r ea c c u r a t eo rn o t m o r ei sd i r e c t l vr e l a t e dt ot 1 1 ea c c u r a c yo fs y s t e mp e r f o n n a n c es i m u l a t i o n ， a 1 1 dh a sg r e a ti m p a c to na n a l y s i so fs y s t e mp e r f o h n a n c e h e r ei st h em a i nc o n t e mo fm i sd i s s e n a t i o n c h a d t e rld e s c r i b e st h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e n n e t w o r kp l 咖i n ga 1 1 dt h ep r o p a g a t i o nm o d e lt u n i n g ， a 1 1 dw h e t h e rm ep r o p a g a t i o nm o d e l sa r ea c c u r a t eo rn o td i r e c n v d e t e n n i n e s 也ec r e d i b i l i 田o fr a d i on e t w o r kp l a i l n i n g c h a p t e r2d e s c r i b e s t h ec h a r a c t e r i s t i c so fw c d m an e t w o r kp l a n n i n g m ed i f f e r e n c e sb e t w e e n w c d m aa n dg s mn e t w o r k p l a n n i n g ，t l l ek e yi s s u e se m e r g i l l g i nc d m a n e t w o r kc o n s t r u c t i o n ，n e t w o r kp 1 籼i n gp r o c e s s ，t h ej m p o r t a n c eo fm o d e l t u n i n gf o rn e t w o r kp l 锄l i n g 。c h 印t e r3 1 d e s c r i b e sw c d m an e t w o r k s t r u c t u r e f r e q u e 毋c ) p l a n n i n g a n ds o m ek e yt e c h n 0 1 0 9 i e s c h a p t e r4 i n t m d u c e sr a d i oc o m m u n i c a t 呈o ne n v i r o n m e n tm o d e l s ， a 1 1 d a n a l y s e s i n d o o ro u t d o o rm o d e l si nd e t a i l c h 印t e r5a n a l y s e s r a d i ow a v e p r o p a g a t i o nm e o r y ，d e s c r i b l e st h ep r i n c i p l e so fp r o p a g a t i o nm o d e lt u 工l i n g a n dt h es t a n d a r dm a c r o c e hm o d e l sw e a d o p t e d c h 印t e r 6 c o m p r e h e n s i v e l ye x p o s i t sa n de x p l o r e sr a d i op r o p a g a t i o nm o d e l s ，c w t e s t i n g ，m o d e lt u n i n g m e t h o d s ，p r o c e s s e s ，w h i c ha r es u m m e du p 矗o m o u r p r o j e c t s c h 印t e r7e x p l a i n si tt h r o u g hs o m ea r e a sm o d e lt u n i n ge x a n l p l e s ， a n a l y s e st h eb a s i cp r i n c i p l e sa 1 1 dm e m o d so ft h em o d e lt u n i n g t h ea i l l l o fm i sd i s s e 删i o ni st op l a yap o s i t i v er o l ei nt 1 1 eo n g o i n g3 gn e m o r k p l a n n i n g k e y w o r d s 3 g r a d i on e t w o r kp l a n n i i l g w c d m a p r o p a g “o nm o d e lt u n i n g 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所 知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：凰趁日期：塑! ：墨1 2 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文 的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北 京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编 学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：螳 导师签名：望兰堕 目期：丝6 ：! ：1 2 日期：坦丛：! ! 三2 北京邮电大学信息工程学院硕士论文 第一章概述 尽量提高频谱效率充分利用现有的无线网络设施，向更多的用户提供最多 的业务内容及价值，同时达到投资成本的最优，是运营商在进行网络建设中最需 要考虑的问题。无线网络规划直接影响到网络的建设成本和运营性能，因此是网 络建设过程中非常重要的一环。 以下是3 g 无线网络规划的主要步骤： 图卜l3 g 无线网络规划流程 由图卜1 中可见，传播模型校正是3 g 无线网络规划的重要步骤，只有通过 准确的模型我们才能预测无线小区覆盖的半径、无线网络的容量和无线网络覆盖 的盲区等。 传播模型是描述无线电波传播中值路径损耗的数学模型，其主要作用是在无 线规划和无线性能仿真过程中预测中值场强和进行链路预算。 移动通信的无线传播环境非常复杂，各个地区的地形地貌千差万别，这就决 定了我们不能用单一的传播模型去反映不同的无线环境。传播模型准确与否直接 决定了无线网络规划的可信度。个相对精确的传播模型有助于合理估算基站的 覆盖范围和预测网络的覆盖状况，从而准确估算满足网络覆盖目标所需的基站数 量，对于网络规划具有战略性的意义。 对于具有多业务特性的w c d m a 网络而言，传播模型的准确与否更直接关系到 系统性能仿真的准确性，对系统性能的分析具有很大的影响。 本论文的主要内容就是在充分阐述传播模型校正原理的基础上，对无线传播 模型、c w 测试、传播模型校正的方法、流程和注意事项进行了比较全面论述和 4 北京邮电大学信息工程学院硕士论文 探讨，并结合一些地区3 g 传播模型校正的实例进行说明，以期对目前正在进行 的3 g 网络规划起到积极的促进作用。 北京邮电大学信息工程学院硕士论文 第二章w c d m a 网络规划要素 2 1 高起点的w c d 黻网络 为了能够创造最大的市场、最多的用户并对用户有持续的吸引力，w c d m a 移 动通信网络必须具备以下条件： 高覆盖率和稳定的网络信号； 系统需要能够具有一定的容量来面对可能发生的高话务冲击； 网络必须是持续可盈利的网络。 在复杂的无线环境条件下创造优良的网络服务，迎接这种挑战，与2 g 移动 通信网相比，3 g 移动通信网络必须具有提供更完备的网络覆盖的能力、支持更 高速率要求的数据服务、以及综合了话音、数据及其他各种的实时多媒体业务。 2 2w c d 卧网络规划与基于g s m 技术网络规划的不同 任何类型的网络建设时期，都要要综合考虑覆盖、容量、质量间的关系，从 网络建设的侧重点出发进行设计和建设。 在基于g s m 技术的网络中，对网络质量的掌控可以通过链路预算的计算结果 及网络规划工具来分析网络的覆盖和容量。整个网络的覆盖和容量二者可以作为 相互独立的元素进行考虑。 在c d m a 为基础的网络中，覆盖、容量之间的关系密不可分，相互影响，所 以在进行规划设计时，就需要在两者之间进行控制，取得整个网络的平衡。这一 点，与g s m 网络的建设( g s m 网络，二者可以相互独立，分别进行) 具有很大的 不同。 w c d m a 网络与g s m 网络在无线网络规划中主要区别可作如下简单总结： 1 ) c d m a 系统使用统一的频率，所以不需要进行精心的频率规划 2 ) 以c d 姒技术为基础的网络，其明显的特征就是存在“呼吸效应”，因此 必须要综台考虑网络的覆盖与容量，在二者之间取得平衡； 3 ) c d 是一个干扰受限的系统，具有软容量的特性 4 ) 上行链路覆盖范围的限制( 最大允许链路损耗m a p l ) 受限于移动台的发 射功率和用户负荷( 干扰强度) 5 ) 下行链路需要考虑避免过大的软切换交叠覆盖以及导频干扰 6 ) 对于上下行链路进行独立的分析是因为它们不同的链路特性 7 ) 在3 g 网络中需要支持多种平台的用户终端，在不同的服务等级质量要 求下，可以支持可变速率的数据业务； 北京邮电大学信息工程学院硕士论文 8 ) 不断变化的用户行为，产生的网络的干扰动态变化： 9 ) 软切换在带来一定的增益及质量改善的同时也增加了网络资源的开销 l o ) 选择基站站址的要求、可以与现网已有基站共站的条件。 c d m a 规划设计的中心思想可以简图形式描述如下： ：纛掌毳统 麦向链路 氅t 苷j i 滚。i 娄嚣黠一 g 鼙螬” 削卫口h 、jo 儿1 i 一 “窄带系统4 ” j - 曼銎。一_ ? ”鬻鬻 “。”遵囊漱| ；h j ：二冀? 背景噪声 ”“。一 圈2 一lw c d m a 规划设计的中心思想 2 3w c d m a 网络规划中的核心问题 小区内和小区间的干扰对c d m a 网络的覆盖和容量都产生影响。在g s m 系统 的网络中，由信号强度决定该小区的覆盖范围，在c d m 系统设计中，进行网络 的覆盖和容量设计主要从以下情况出发： 1 ) 链路预算只能提供粗略的路径损耗值，在实际的工程设计中，只能作为 参考值，而不能用来指导工程建设。 根据我们的实际工程经验，要得到精确的可以用来指导网络建设的 路径损耗情况，必须采用合适的传播模型，并且在不同的地形条件中进 行模型参数的修正，得到反映各不同地区实际无线环境对无线电信号影 响情况的模型修正系数。这样才能够比较准确地预测出小区的覆盖范 围，进行进一步的链路级仿真计算，控制导频污染等问题。 2 ) c d m a 系统的q o s 及容量极大地受干扰影响，干扰使得覆盖和容量都同时 发生变化。也就是说，在设计的初期就需要确定网络的负荷极限以避免 因承载话务量的增大而导致的严重干扰。 3 ) 影响3 g 网络容量的主要有以下方面： n o d e b 端发射功率影响网络覆盖范围及网络容量、每用户的话务量 影响整个网络容量；影响网络容量的另一个因素是软切换及其所需的额 外开销( 基站需增加额外的c e 单元；a b is 接口需增加额外的传输链路； 7 盖 量 覆一 容。 n 鸶鏊 触辩 北京邮电大学信息工程学院硕十论文 移动台需增加额外的r a k e 解调器；基站内不同扇区间需增加额外的链 路等) 。 因此，更多地考虑用户行为及用户终端服务特性的多变性，对多种 混合业务进行台乎实际的业务容量估算，是网络设计中具有挑战性的工 作。 4 ) 不连续的( 或间断突发性的) 数据业务需求给网络的无线接口端带来的 动态性的话务负荷，同时，在多业务混合的网络中，给各种实时业务提 供符合严格时延要求的服务也相对困难。这种动态速率选择需要针对不 同的业务需求信道的不同分配相应的无线链路资源。这也是在w c d m a 网 络设计中使容量和覆盖取得平衡必须要考虑的话务因素。 5 ) 由于c d m a 网络对干扰的敏感度较高，用户通话时在上行链路产生的干扰 表现为整个小区的噪声被抬高，当用户距离d e b 比较远时，此时，为 了保持一定的通话质量，n o d e b 会提高发射功率，这样就造成了对其他 小区的干扰。这也就是c d m a 中的“远近效应问题”。 同时，在w c d m a 网络中，在高话务量、高数据业务地区，d e b 的 数目将远远多于2 g 网络中基站的数目，合理选择站址就显得更加重要。 因此，在建网中，将n o d e b 站址选择在靠近用户多的地方将会降低网络 的干扰，反之，则会增加网络干扰。 。 因此，在选择站址时，设计人员一般需要遵循以下原则：n o d e b 位 置尽量定在热点话务地区；切换或软切换的区域话务较低。= 6 ) 配套及其他辅助性投资约占建网成本的近5 0 ，为了节约投资、加快建。 设速度，如何尽量充分利用现有网络设施也是我们网络设计中需要考虑 的重要内容。 w c d m a 的n o d e b 与现有的g s m 基站共站可以节约大量的配套及辅助 性资金，但考虑选择共站需要从总体出发。共站的前提首先是需要有足 够的空间放置设备及天线并要满足一定的隔离度要求，其次还要考虑到 总体网络的上述干扰、容量等因素选择性地加以利用。 2 4c d 叭c d m l x 网络建设问题剖析 从联通c d m a c d 1 a l x 网络的初期建设和近三年运营及后续网络建设中，我们 得到了大量的经验及教训| ，做总结如下： 北京邮电大学信息工程学院顿十论文 2 41 软切换问题 软切换的主要优点是前向和反向业务信道的路径分集。因为在前向和反向链 路上只需要较小的功率就可以获得分集增益，这意味着总的系统干扰减少了。结 果提高了系统的平均容量。同时移动台发射功率的减少而延长了电池的使用时 间，也就是延长了通话时间。虽然软切换给系统带来了无可比拟的优点，但在 c d m a 下行链路中，因为基站为移动台发送附加的信号，所以软切换对系统也产 生了更多的干扰。因为接收机的r a k e 指针数量的限制，移动台有可能不能收集 所有的基站发射的能量，所以下行信道的增益取决于宏分集增益和由此而带来的 干扰造成的性能损耗。同时，软切换占有多个信道资源而增加了设备投资和系统 各板的复杂性，主要表现在：基站需增加额外的c e 单元；a b i s 接口需增加额外 的传输链路；移动台需增加额外的r a k e 解调器；基站内不同扇区间需增加额外 的链路等等。因此，软切换区域过多对网络会带来很多负面的影响，根据经验， 软切换比例控制在3 5 比较合适。再加上在建网初期，用户的增长需要一定的 时间，当用户数远低于网络的设计负荷时，小区覆盖能力超出设计覆盖范围，导 致的小区重叠区域过多，从而产生了过高的软切欹比例。 为了克服软切换区域过多给网络带来的灸面影响，在工程设计阶段就霰要采 取相应的方法控制过多的软切换区。主要可以采用以下两种方法： 1 ) 按照网络设计的要求选择站址。在考虑共站址的n o d e b 基站时，对原g s m 基站位置不理想，高度不适宜( 过高或过低) ，天线安装位置受限，周 围建筑物阻挡等这些情况的站址尽量避免使用，虽然前期节约了工程投 资，但如果系统软切换的范围控制不当，无形中浪费了系统后期的c e 资源； 2 ) 合理设置邻居列表。邻居列表设置应加以定期调整，初期系统承载用户 量不多时，为提高系统的服务质量，邻居列表应设置多一些，随着网上 用户数量的增加，基站覆盖区域缩小，邻居列表应相应缩短，一方面缩 短了系统搜索时间，另一方面也减小了系统软切换的区域； 3 ) 合理调整软切换参数。 2 ，42 导频污染问题 导频污染是指在同一区域有过多( 数目超过r a k e 接收机的指峰数，即相干接 收机的数目) 强度接近的信号。有时由予站址布局不合理或受地形地貌的影响， 有过多无线信号越区覆盖到相邻小区，从而产生了导频污染，在市区或郊区都很 容易发生这种现象。导频污染的直接影响就是容易产生掉话。并且一旦出现导频 北京邮电大学信息工程学院硕士论文 污染问题就很难消除。因此只有在设计阶段努力克服导频污染问题，才便于以后 的网络优化。在网络设计阶段控制导频污染可以从以下方面着手： 1 ) 采用可靠的软件仿真设计，进行模型修正以准确地确定小区覆盖，控制 越区覆盖范围； 2 1 选择合适的站址； 3 ) 选择合适的n o d e b 发射功率。 2 4 3 千扰问题 在c d m a 网络中决定手机能否接入网络的指标不是r s s i ( 接收端电平) 而是 e c i o 。也就是说，当某区域的干扰信号强度比较强时，虽然手机的接收电平很 高，而手机却无法正常接入网络。分析原因，找到通常弓l 起干扰的原因有：来自 带内其他小区的干扰、由直放站及室内分布系统等引入的干扰、其他系统的干扰。 为了避免这些干扰的产生，在设计规划阶段需要控制以下方面： 合理规划站址、天线、发射功率等，控制越区覆盖区域： 在低话务地区为解决覆盖，利用直放站延伸网络信号时，要进行严格的设计 前查勘、合理设计、严格施工及审核。避免草率施工而产生的后期难以解决的对 网络质量的冲击； 室内覆盖主要是为了吸收话务量、解决室内信号盲区，并且室内话务量是整 个网络话务的主要来源，因此，在解决室内覆盖时，首先要考虑的问题是优先利 用现有的室内覆盖系统、同时采取合适的手段以降低可能带来的干扰。 2 5 网络规划的流程和主要内容 综合以上各点，我们认为在进行w c d m a 无线网络规划时，可以按照以下流程 开展： 1 进行业务预测，通过对确定地区经济和用户行为等的分析，确定规划目 标：包括对不同区域( 密集市区、一般市区、郊区和农村等) 覆盖、容 量和服务的要求( 数据业务速率和q o s 等) ： 2 覆盖分析：通过链路预算进行初步、粗略的覆盖分析；进一步利用规划 软件帮助进行比较精确的覆盖分析，其中需要进行传播模型参数校正， 来获得更加准确性和可靠的覆盖预测； 3 容量分析：分析c d m a 系统软容量的特性，从容量的角度分析小区范围； 4 将以上2 、3 步结果在规划软件上进行综合分析调整，从而在c d m a 系统 的覆盖和容量之间获得平衡，达到良好的设计效果； 5 基站选择及站址勘察：根据规划结果进行基站选择及站址勘察，实地查 1 0 北京邮电大学信息工程学院硕士论文 勘考核与g s m 基站共站的可能性； 6 将查勘后取得的基站数据( 可能与原设计有所改变) 导入规划软件，再 次进行分析，考核其合理性，并取得系统参数设计值( 如下行信道功率 分配、多载波频率规划、扰码规划和切换算法参数设置等) 。 由此可见，传播模型校正对于网络规划的重要性，获得更加准确性和可靠的 覆盖预测，不仅可以节约大量投资，更重要的是可以确保规划的可信度。 北京邮r b 大学信息工程学院硕士论文 3 1 w c d 网络结构 第三章w c d m a 网络简述 u m t s ( 通用移动通信系统) 是采用w c d m a 空中接口的第三代移动通信系统， 通常将u m t s 系统称为w c d m a 通信系统。u m t s 系统运用了与第二代移动通信系统 一样的结构，它包括一些逻辑网络单元。不同的网络单元可以从功能上、也可以 从其所归属的不同的予网上进行分组。 从功能上网络单元可以分为无线接入网( r a n ) 和核心网( c n ) ，其中无线 接入网处理所有与无线有关的功能，而核心网则处理u m t s 系统内所有的话音呼 叫和数据连接与外部网络的交换和路由。上述两个设备和u e ( 用户单元) 一起 构成了整个u m t s 系统。其系统结构如图所示： 幽3 一lu m t s 系统网络单元构成 从图中可以看出，u m t s 系统网络单元包括以下部分： 1 ) u e ( u s e re q u i p m e n t ) u e 是用户终端设备，它主要包括射频处理单元、基带处理单元、协议栈模 块以及应用层软件模块等。u e 包括两部分： m e ( t h em o b i l e q u i p m e n t ) 提供应用和服务； u s i m ( t h eu m t ss u b s c r i b e rm o d u l e ) 提供用户身份识别。 2 ) u t r a n ( u m t s 陆地无线接入网) u t r a n 分为n o d e b ( 基站) 和r n c ( 无线网络控制器) 两部分。 n o d e b 包括无线收发信机和基带处理部件。通过标准的i u b 接口与r n c 互连，主要 完成u u 接口物理层协议的处理。 r n c ( r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r ) r n c 是无线网络控制器，主要完成连接建立和断开、切换、宏分集合并和无 北京邮电大学信息t 程学院硕士论文 线资源管理等功能。 3 ) 铡( c o r en e t w o r k ，核心网) c n 负责与其他网络的连接和对u e 的通信和管理。 4 ) t h ee x t e r n a ln e t w o r k s ( 步 部网络) 外部网络可以分为两类： 电路交换网络( c sn e t w o r k ) ：提供电路交换的连接； 分组交换网络( p sn e t w o r k ) ：提供数据包的连接服务。 3 2w c d 眦频率计划 在f 叻系统中上、下行链路使用不同的频率，依靠双工方式分隔；丽在t 肋 系统中上下行链路使用相同的频率。 目前，在中国可用于第三代公众移动通信系统的工作频段为： 1 ) 主要工作频段： 频分双工( f d d ) 方式：1 9 2 0 1 9 8 0 m h z 2 1 l o 一2 1 7 0 m h z ： 时分双工( t d d ) 方式：1 8 8 0 一1 9 2 0m h z 、2 0 1 0 2 0 2 5 m h z 。 2 ) 补充的工作频率： 频分双工( f d d ) 方式：1 7 5 5 一1 7 8 5 洲2 1 8 5 0 一1 8 8 0 州z ： 时分双工( t d d ) 方式：2 3 0 0 - 2 4 0 0m h z 、2 0 1 0 一2 0 2 5 m h z ，与无线电定位 业务共用，共用标准另行制定。 3 ) 卫星移动通信系统工作频段： 1 9 8 0 一2 0 1 0 m h z 2 1 7 0 2 2 0 0 m h z 。 3 4w c d m a 的关键技术 3 41 多用户检测 1 多用户检测引入的必要性 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，多址干扰是最主要的干扰。 在c d 姒系统中，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。 + 2 多用户检测器的主要优点 是消除或减弱多址干扰的有效手段： 北京邮电火学信息工程学院硕士论文 是消除或减弱多径干扰的有效手段； 是消除或减弱远近效应的有效手段： 简化功率控制，降低功率控制精度； 弥补正交扩频码互相关性不理想所带来的消极影日i q ； 改善系统性能，提供系统容量，增大小区覆盖面积。 3 多用户检测器的主要缺点 大大增加系统设备的复杂度； 增加系统时延，特别是当采用自适应算法并对于扩频码较长的系统 更是如此： 多用户检测一般需要知道用户扩频码的主要特征参量，这对于实际 的多径时变信道则不是一件容易的事，它需要通过不停的信道估计 来实现，而且估值的精度将直接影响多用户检测器的性能。 。 3 4 2r a l ( e 接收机 在c d m a 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闻的码间干扰，c d m a 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c d m a 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c d m a 接收机可以通过合并多 径信号来改善接收信号的信噪比。其实r a k e 接收机通过多个相关检测器接收多 径信号的各路信号，并把它们合并在一起。r a k e 接收机的理论基础就是：当传 播时延超过一个码片周期时，多径信号实际上可被看作是互不相关的。 对于多个接收机天线分集接收而言，r a k e 接收机既可以接收来自同一天线 的多径，也可以接收来自不同天线的多径。可以把使用多个接收天线接收的信号 当作从一个媳一的天线中收到的多径信号：只要给天线另外加上r a k e 指峰，这 样就可以接收和利用来自多径和多天线的全部能量。 r a k e 分集接收与多个接收机天线分集接收，两种分集并没有本质的不同。 但是在实现上由于多个天线的数据要进行分路的控制处理，增加了基带处理的复 杂度。 3 、43 分集接收原理 无线信道是随机时变信道，其中的衰落特性会降低系统的性能。为了对 1 4 北京邮电大学信息工程学院硕士论文 抗衰落，可以采用多址措施，如信道编码技术和扩频技术等。分集接收技术 是明显有效而且经济的抗衰落技术。 无线信道中接收的信号是到达接收杌的多径分量的合成，分集就是指在 接收端同时获得几个不同路径的信号，将这些信号适当合并成总的接收信 号，就能够大大减少衰落的影响。 互相独立或者基本独立的一些接收信号，一般可以利用不同路径或者不 同频率、不同角度、不同极化等接收手段来获取。 1 ) 空间分集：在接收或者发射端假设几幅天线，各天线的位置间要求有足 够的间距( 一般在1 0 个信号波长以上) ，以保证各天线上发射或者获得 的信号基本信号独立。 2 ) 频率分集：用多个不同的载频传送同样的信息，如果各载频的频差问隔 比较远，其频差超过信道相关带宽，则各载波传输的信号也相互不相关。 3 ) 角度分集：利用天线波束指向不同使信号不相关的原理构成的一种分集 方法。例如，在微波面天线上设置若干个照射器，产生相关性很小的几 个波束。 4 ) 极化分集：分别接收水平和垂直极化波形成的分集方法。 5 ) 其他的分集方法还有时间分集，是利用不同时间上传播的信号的不相关 性进行合并。分集方法相互不是排斥的，实际使用中可以组合。 总的来说，采用分集接收方法对无线信号接收效果的改善非常明显，在 我们的设计工作中，有效地利用分集技术可以极大地提高系统抗无线信道衰 落的性能。 344h s d p a 技术 hsd pa 是指高速下行分组接入，它是3gpp 在r5 协议中为了满足上 下行数据业务不对称的需求而提出的一种调制解调算法，它可以在不改变已经 建设的wc dm a 网络结构的情况下，把下行数据业务速率提高到lombp s 。该技术是wc dma 网络建设后期提高下行容量和数据业务速率的一种重要 技术。hsd pa 技术的应用可以充分满足运营商在3g 网络成熟期面临容量需 求特别大时进行扩容的实施。 为了达到提高下行分组数据速率和减少时延的目的，hsd pa 主要采用了 自适应的编码和调制( amca d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g ) 、快速混合自 动重传( h a r qh y b r jda rq ) 和快速调度技术。其实，上述三种技术都属 于链路自适应技术，也可以看成是w cd m a 技术中可变扩频技术和功率控制技 北京邮电大学信息工程学院硕= 卜论文 术的进一步提升。 ( 1 ) 自适应编码和调制( am c ) amc 是根据无线信道变化选择合适的调制和编码方式，网络侧根据用户瞬 时信道质量状况和目前资源选择最合适的下行链路调制和编码方式，使用户达到 尽量高的数据吞吐率。当用户处于有利的通信地点时( 如靠近nodeb 或存在 视距链路) ，用户数据发送可以采用高阶调制和高速率的信道编码方式，例如： l 6qam 和3 4 编码速率，从而得到高的峰值速率：而当用户处于不利的通 信地点时( 如位于小区边缘或者信道深衰落) ，网络侧则选取低阶调制方式和低 速率的信道编码方案，例如：qpsk 和l 4 编码速率，来保证通信质量。 ( 2 ) harq 技术 。 h arq 技术可以提高系统性能，并可灵活地调整有效编码速率，还可以 补偿由于采用链路适配所带来的误码。hsdpa 将a mc 和harq 技术结合 起来可以达到更好的链路自适应效果。hsd pa 先通过a mc 提供粗略的数据 速率选择方案，然后再使用h arq 技术来提供精确的速率调解，从而提高自适 应调节的精度和提高资源利用率。harq 机制本身的定义是将fec 和arq 结合起来的一种差错控制方案，ha rq 机制的形式很多，而hsdpa 技术中 主要是采用三种递增冗余的harq 机制：_ ty pe ih arq ，ty p e iih arq ，ty pe iiiharq 。可以根据系统性能和设备复杂 度来选择相应的ha rq 机制。 ( 3 ) 快速调度 调度算法控制着共享资源的分配，在很大程度上决定了整个系统的行为。调 度时应主要基于信道条件，同时考虑等待发射的数据量以及业务的优先等级等情 况，并充分发挥a m c 和h arq 的能力。调度算法应向瞬间具有最好信道条件 的用户发射数据，这样在每个瞬间都可以达到最高的用户数据速率和最大的数据 吞吐量，但同时还要兼顾每个用户的等级和公平性。hsdpa 技术为了能更好 地适应信道的快速变化，将调度功能单元放在n o d e b 而不是rnc ，同时也将 tti 缩短到2 m s 。 北京邮电大学信息工程学院硕士论文 第四章无线环境传播模型 由于链路预算是由大量的经验数据得到的结果，只能提供粗略的路径损耗 值，在实际的工程设计中，由链路预算得到的小区覆盖半径只能作为参考值，而 不能用来指导工程建设。要得至4 比较准确的反映无线环境对电信号的影响结果， 必须根据不同地区、不同小区覆盖的需求选择适当的传播模型，并且在本地进行 模型修正得到比较准确的小区覆盖半径。 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= 代数字蜂窝移动技术g s m 、c d m a 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0 k u m u r a h a t a 、 c o s t 2 3 卜h a t a 和适用于微蜂窝结构的w a l f i s h i k e g 锄i 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2 0 0 0 z 频段，因此也可咀应用于3 g 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0 k u m u r a h a t a 更适用于准平坦地形情况 ( 类似于东京地形) 、c o s t 2 3 卜h a t a 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。 1 7 北京邮电大学信息工程学院硕士论文 4 1 移动无线传播环境 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。 1 、自由空间的基本传播损耗 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( e i r p ) 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l b f 表示。当收发天线之间的距离d ( 一工作波长) 时，l b f 可由下式计算： l b f = 3 2 5 + 2 0 l gf m h z + 2 0 l g d k m d b 式( 4 1 ) 2 、非自由空间的基本传播损耗 在移动无线电环境中，传播环境的复杂多变和移动台的不断移动，无线链路 呈现出复杂多变的特征。从信号在空中传播的路径来分，可以分为直射传播和非 直射传播。一般情况下，在基站和移动台之间不存在直射信号，接收的信号是发 射信号经过若干次反射、绕射和散