（信号与信息处理专业论文）wcdma无线网络规划.pdf

北京邮电大学硕士学位论文 中文摘要 w c d m a 无线网络规划 摘要 本文系统地分析了w c d m a 无线网络规划的目标，参数，特点和具 体步骤。通过理论分析，作者阐述了w c d m a 无线网络规划过程中覆盖， 容量与业务质量互相影响，需要折衷考虑的原则；然后通过在某市的 w c d m a 无线网络规划项目实践，具体讨论如何应用这一原则贯穿于网 络参数的选取，链路预算，容量规划，静态网络仿真等过程。本文最后 针对h s d p a 技术的特点，探讨了h s d p a 技术的引入对r 9 9 r 4 网络的 影响，并介绍了在r 9 9 网络规划中嵌入h s d p a 规划的方法，比较了几种 解决网络资源受限的优化方法的优劣和适应情况。 本文的主要内容可以分为四个部分。 第一部分回顾了蜂窝移动通信系统和多址接入方式的发展历程，比 较了三代移动通信系统无线网络规划的不同点，指出w c d m a 网络规划 的必要性，同时根据全球以及国内3 g 网络发展的现状和趋势，说明了 w c d m a 网络规划的重要性。 第二部分根据w c d m a 网络白干扰的特点，引入负载因子的概念来 分析网络干扰水平，从理论上说明了w c d m a 网络规划过程中覆盖，容 量与业务质量互相影响；同时通过静态仿真工具进行仿真取得网络性能 方面的数据来验证这一特点，并进而说明了网络仿真的必要性。 第三部分是根据作者在某市w c d m a 无线网络规划的实际项目，阐 述了w c d m a 无线网络规划的基本流程。w c d m a 无线网络规划过程是 一个系统过程，主要包括网络参数和网络预期目标设定，网络预规划， 网络仿真和详细规划三个步骤。第一步是无线网络规划的前提，也是检 验网络规划是否达到预定效果的依据；第二步是在第一步的基础上，通 过链路预算从覆盖角度，通过坎贝尔等效法和爱尔兰公式从容量角度估 算室外宏蜂窝规划需要的基站数目、基站间距以及其他网络元素的数目； 第三步根据第一步确定的参数，采用静态网络仿真工具a r 0 l l 对全网做 性能仿真，并通过对网络参数的调整实现网络的优化。 本文最后一部分讨论新技术的引入对w c d m a 无线网络规划的影 响。w c d m a r 5 版本引入了h s d p a 技术，该技术显著的增加了w c d m a 网络的下行容量，但同时也影响了w c d m a r 9 9 瓜4 网络的容量与覆盖。 北京邮电大学硕士学位论文中文摘要 本文分析了该影响，介绍了r 9 9 r 4 与h s d p a 联合规划的方法，探讨了 实际网络资源受限时的优化方法。 关键词：w c d m a 无线网络规划无线链路预算静态系统级仿真h s d p a 北京邮电大学硕士学位论文 英文摘要 w c d m ar a d i on e t w o r kp l a n n i n g i h e a i m ，p a r a m e t e r s ，c h a f a c t e r i s t i ca n dp r o c e d u r co fw c d m a r a d i o n e t w o r kp l 锄i n g ( r n p ) a r ei n t r o d u c e di t h i st h e s i s t h ep m c i p l eo f w c d m ar n pp r o c e s st h a tc o v e r a g e ，c a p a c i t ya n dq u a l i t yo fs e r v i c e ( q o s ) a r ec l o s e l yr e l a t e da n ds h o u l db ee c l e c t i c a u yc o n s i d e r e di se x p a t i a t e db y t h e o r e t i c a la 1 1 a l y s i s t h e nm em e t h o dh o wt ou s et h ep r i i l c i p l ei i lp r a c t i c a l p r o j e c t si sd i s c u s s e d ，t h r o u g l lt h ep r o c e s so ft h ec h o i c eo fn 咖o r kp a r a m e t e r s ， f a d i ol i i l l 【b u d g e t ( i u m ) ，c 印a c i i yp l a n n i n ga n d 妇t i cn e 咐o r ks i i 肌l a t i o n ， t h i st h e s i sc o n s i s t so ft h ef o l l o w i n gf o u rs e c t i o n s f i r s y ，b yr e v i e w i n g t h ee v o l v e m e n t h i s t o r yo ft h ec e l l u l a rm o b i l e t e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e ma n dm u l t i p l ea c c e s st c c t l l l o l o g y ，t h ed i f f 色r e n c eo f r a d i on e t w o r k p l a n n i l l ga m o n gt l l r e e g e n e f a t i o n c e l l u l a fm o b i l e t e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m sa sw e l la st h en e c e s s i t yo fw m al u 岬a r e i n t r o d u c e d t h e nt h e f ei sab r i e fi n t r o d u c t i o no ft h eg l o b a la n dd o m e s t i c s i n l a t i o n 蛐dt h et r e n do f3 mg e n e m t i o n ( 3 g ) n e 腑o r k ，t l l e ns i g n i f i c a n c eo f w c d m a 砒旧i s p o i n t e do u t s e c o n d l y ，b e c a u s ew c d m ai sa ni i l t e r f e r e c e 1 i 卫凼t e ds v s t e m ，t h e c o n c e p to fl o a df a c t o ri si n t r o d u c e dt oa n a l v z et h e i n t e d 色r e n c ed e 霉r r e e 1 1 h r o u 曲t h e o r e t i c a la n a l y s i sw ec a nf i n dt h a tc o v e f a g e ，c a p a c i t ya n dq u a l i t y o fs e i c ea r ec l o s e l yr e l a t e di nw c d m an e t w o r k 田1 ea u m o rp m v e st h i sb y a n a l y z i n gt h ed a t af r o ms t a t i cn e t w o r ks i m u l a t i o na n dt h e np o i n t so u tt h e s i g n i f i c a n c eo fn e t w o r ks i m u l a t i o n 7 n l i r d l y ；t h ep r o c e d u r e so fw c d m ar n pa r ee x p a t i a t e db a s e do na p r a c t i c a lp r o j e c t w c d m ar n pi s as y s t e m i cp r o c e s s ， i n c l u d i n g t h e e n a c t m e n to fn e t w o r kp a r a m e t e r sa 1 1 da i m s ，d i m e n s i o n i n g ，n e t w o r ks i m u l a t i o n 北京邮电大学硕士学位论文 英文摘要 a n dd e t a i l e dp l a n n i n g t h e i r s tp r o c e d u r ei st h ep r e c o n d i t i o no fr n p ，a n dt h e c r i t e r i o nv e r i f y i n gw h e t h e rt h er n pa i m s 甜ef u l f i l l e di sc o n s t i t l l t e dh er c d i m e n s i o n i n gi sb a s e do nt h ec o n d i t i o n sc o n s t i t l l t e di nt h ef i r s tp r o c e d u r e 。 m o u 曲c o v e r a g ea i l a l y s i sw i mr a d i o1 i i l kb u d g e t ，c a p a c i t ye s t i m a t i o nw i t h c 锄p b e l 王a l g o r i t h ma n de r l a n gf o n i m l a t i o n ，t h ea m o u n to fs i t e sa n db a s e s t a d o nh a r d w a r e ，r a d i on e t w o r kc o n t r 0 h e r sf r n c ) a n do t h e rn e t w o r k e l e m e n t sa r ee s t i m a t e dh e r e 1 1 1 ed e t a i l e dp l a n n i n gp r o c e d u r ei sa c c o m p l i s h e d b yn e t w o r kp e r f o 肋a n c es i m u l a t i o nw i t hs t a t i cs i i 硼l a t i o nt 0 0 l s ，a n dt h e w c d m an e 咐o r kc a nb e 叩t i m i z e d b va d i u s t i l l gn e 似o r kp a r a m e t e r s f i n a l l v t h ei n n u e n c eo f n o v e lt e c h n o l o 盯t ow c d m ar n pi sd i s c u s s e d h i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s ( h s d p a ) i sj o i i l e di n t ot h ew c d m a s y s t e mi nr e l e a s e5 1 h ed o w n h n kc 印a c i t yi si n c r e a s e de v i d e n t l yb yu s i n g h s d p a ，b u tt h ec a p a c i t ya n dc o v e r a g eo fw c d n 【ar e l e a s e9 9 ( r 9 9 r 4 ) n e t w o r ka r ei n f l u e n c e d t h em e t h o dh o wt oe i n b e dh s d p ap l 柚n i n gi n t ot h e r 9 9n e t w o r kp l a n n i n 2p m c e s sa sw e l la st h em e a n sh o wt oo p t i m i z en e t w o r k p a r a m e t e r sw h e nt h ef e s o u r c ei s1 i m i t e da i bm r o d u c e di nt h e 丘n a lc ：h a p t e r k e yw o r d s ： w i d e b a l l dc 0 d ed i v i s i o nm l l l t i p l ea c c e s s 何c d m a ) r a d i on e 腑o r kp 1 a n n i n gr a d i ol i n kb u 电e t s y s t 锄- l e v e ls t a t i cs i m u l a t i o n h s d p a 1 v 独创性说明 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：茎盈翻日期：竺! ：! ：7 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年解密后适用本授权书。非保密论文 注释：本学位论 本人签名： 导师签名： 范围，适用本授权书。 日期： 日期： 细；) 北京邮电大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 蜂窝移动通信系统的发展 移动通信起源于无线通信，自从蜂窝移动通信的概念提出并得到应用后，移 动通信才开始快速发展。 应用蜂窝概念的第一代移动通信系统( 模拟蜂窝系统) 已经退出了市场，第 二代数字移动通信系统( 2 g ) 及其改进系统正在全球移动通信领域起着中流砥 柱的作用。然而，技术的发展永无止境，人类对通信的需求也在逐步提高，着眼 于解决全球多媒体移动通信的第三代移动通信系统( 3 g ) 正处于蓬勃发展的过 程，而且第三代系统增强型( 即e 3 g 或者是4 g ) 已经成为全球所有相关大学和 通信研究所的热门研究方向和主题。 第一代移动通信系统是模拟移动通信系统，以模拟电路单元为基本模块实现 话音通信。主要代表是美国的a m p s 系统和英国的1 a c s 系统。它对移动通信 的最大贡献是采用蜂窝结构，频带可重复利用，实现大区域覆盖；支持移动终端 的漫游和越区切换，实现移动环境下不间断通信。第一代移动通信系统的出现和 发展，最重要的特点是体现在移动性上，这是其他任何通信方式和系统不可替代 的，从而结束了过去无线通信发展过程中时常被其他通信手段替代而处于辅助地 位的历史。第一代移动通信的特点是频分多址( f d m a ) ，采用模拟语音传输，频 谱利用率低，保密性差，技术简单。由于频率资源有限，所以第一代移动通讯技 术应用并不广泛。 第二代移动通信系统主要指的是目前广泛使用的数字移动通信系统，数字 信号处理技术是其最基本的技术特征，以数字电路单元为基本模块实现话音通信 和基本数据业务通信。它对移动通信发展的重大贡献是使用s i m 卡，轻小手机和 大量用户的网络支撑能力。第二代移动通信的这些贡献，使移动通信以惊人速度 发展，成为当今通信发展的主流。构筑在第二代移动通信g s m 网络上的g p r s ( 通 用无线分组业务) 和e d g e 技术可以将数据传输速率由原来g s m 系统的9 6 k b p s 提高到几百k b p s 。前者的改进之处在于通信协议采用分组交换，即将几个时隙 分给一个用户，手机可自己完成分组业务；而后者进一步引入了8 p s k 技术，大 大提高了支持的数据速率。由高通公司主导的c d mi s 9 5 系统也属于第二代的范 畴，该系统基于窄带c d m a ，系统容量和最大支持的业务速率都比g p r s 要高，但 仍然没有达到3 g 的要求i ”。 第三代系统基于c d m a 技术，专为多媒体通信而设计的。它能够满足如下 的新需求：能提供高速传输( 室内可达2 m b p s 、步行可达3 8 4 k b p s 、车速可达 北京邮电大学硕士学位论文 第一章绪论 1 4 4 k b p s ) ；根据不同的带宽需求支持可变比特速率；支持不同服务质量要求的业 务，例如语音、视频和分组数据复用到一条单一的连接中；满足从对时延敏感的 实时业务到比较灵活的尽力而为型的分组数据的时延要求；支持从1 0 的误帧率 到1 0 6 的误比特率的质量要求；与第二代系统共存以及支持为增加覆盖范围和负 载均衡而要在两种系统之间进行切换的功能；支持上、下行链路业务量不对称的 服务；高频谱利用率；支持f d d ，t d d 两种模式的共存。 为了达到以上要求，3 g 系统引入了一些通信新技术，包括：采用扩频技术， 有效降低有用信号的发射功率；带宽较宽且频率复用因子为1 ；采用凡岖e 接收 机进行各种分集，减少干扰，拥有更大的系统容量和更快的信息传输速率；采用 快速功率控制技术，有效的控制了干扰水平；采用软切换或接力切换技术，提高 用户在小区间切换的成功率；采用先进的无线资源管理算法，实现资源的合理分 配；有些系统还应用了多用户检测和智能天线，发射分集等技术提高系统性能。 3 g 系统都可以从2 g 系统逐步演进，与2 g 相比，具有如下特点：首先是全 球化，它要求多种技术在多种环境下统一标准、统一频率，以实现全球的无缝覆 盖；其次是综合化，要求系统能提供语音传输、宽带数据、视频图像等多种业务， 满足信息化社会的需要；最后是灵活化，系统必须保证足够的容量和潜力满足各 种不同用户的需求，带宽不同的电路和分组交换业务可自由组合，同时向同一个 用户发送。目前i m t 2 0 0 0 共制定了五种3 g 标准，其中的三个主流标准分别是 欧洲和日本拟订的w c d m a 标准，北美的c d m a 2 0 0 0 系列标准，中国力推的 t d - s c d m a 标准【2 1 。 未来的4 g 移动通信技术正在与i p 技术相结合，通信技术向宽带化、智能 化、个人化方向发展，将形成一个统一的综合宽带通信网。在后3 g 4 g 时代， 4 g 通信的频谱利用率将达到4 b i t ，h z 1 2 b i 忸z 。这将是一个值得期待的移动通信 新时代。 1 2 全球3 g 网络的发展现状和趋势 自从2 0 0 0 年韩国s k 电讯建立全球第一个c d m a 2 0 0 0 1 x 商用网络以及2 0 0 1 年日本d o c o m o 公司建立全球第一个w c d m a 商用网络开始，截止到2 0 0 5 年 底，在7 5 个国家一共建立了1 6 9 个3 g 商用网络。其中w c d m a m t s ) 网络 7 7 个，c d m a 2 0 0 0 1 x 网络7 2 个，c d m a 2 0 0 0 1 x e v 二d o 网络2 0 个吼从采用的 技术来看，c d m a 2 0 0 0 系列和w c d m a 系列旗鼓相当，而i m 配0 0 0 的另外一个 标准t d s c d m a 的商用网络也即将在中国和罗马尼亚建设。其他标准在全球3 g 网络建设的角逐中已经落伍。 北京邮电大学硕士学位论文第一章绪论 图1 1 全球3 g 商用网采用的技术统计图 由于c d m a 2 0 0 0 1 x 的技术成熟时间比较早，商用时间比w c d m a 标准要 早，在3 g 网络发展的初期居于主导地位，而且随着c d m a 2 0 0 0 1 x e v - d o 技术 的发展，c d m a 2 0 0 0 1 x 系列的商用网络数目在逐年上升。w c d m a 网络在技术 成熟后发展非常迅速，网络数目急剧增长，在总数目上已经接近c d m a 2 0 0 0 1 x 系列。同时，为了对抗e v d o 包括美国最大的无线运营商a n g i l l a r 以及其它一 些运营商已经部署了h s d p a 商用网络，包括d o c o m o ，s k t ，v 0 d a f d n e 等运营 商也正在积极测试，准备在2 0 0 6 年推出商用网络。 但是，在2 0 0 5 年不管是w c d m a 还是c d m a 2 0 0 0 1 x 网络建设速度都有所 减缓，原因有两个：一是欧美日韩等地网络覆盖已经很稳定，新增网络的必要性 不够；二是其他地区的业务成熟度不够，大部分运营商还处于观望状态。相信随 着多媒体业务的不断发展，3 g 用户数目的增多，以及b 3 g 技术的实际应用，网 络建设仍会有新一波的高潮。 图1 2 全球3 g 新增商用网络分年度统计图表 截至2 0 0 5 年1 0 月3 1 日，根据3 g 运营商的公报，全球3 g 商业用户数已 3 北京邮电大学硕士学位论文第一童绪论 经达到2 2 2 亿。从图1 3 的统计数据来看，3 g 用户数在逐月稳定的增长，说 明3 g 网络在不断地吸引新用户。 3 g 商业用户统计图表( 百万) 2 0 0 叶硼口0 口口叫口口口； t 据来源1 0 0 z t o d a v c o m 女止2 0 0 5 年l o 月3 0 4 1 l0 4 1 20 5 1 0 5 20 5 30 5 40 5 5 0 5 60 5 7 l0 5 80 5 90 5 1 0 口c d m a 2 0 0 0 1 51 2 4 91 3 1 31 3 3 9 1 3 6 3 1 3 9 ，7 1 4 1 5 1 4 5 1 1 5 0 ，5 1 5 2 7 1 5 3 7 1 5 6 31 6 5 置c d 眦2 0 0 0 1 x e v - d o1 0 5 1 1 6 1 1 8 1 2 31 3 91 4 2 1 4 41 5 11 5 41 5 6 1 6 11 9 7 口w c 呲 1 4 81 7 11 9 3 l2 1 3 2 3 52 5 32 6 5 2 8 83 l3 3 23 5 53 7 5 图1 3 全球3 g 商用用户分月度统计图表 根据以上地一些数据，我们对w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 阵营作一比较，有 如下结论：c d m a 2 0 0 0 阵营拥有更多的商用网络和商业用户，但是w c d m a 阵 营的网络和用户增长速度更快。可见，技术成熟度主要的决定了3 g 网络的发展。 1 ，3 中国移动通信网络的发展现状和趋势 我国移动通信发展是从8 0 年代开始至今，可以将整个发展大致分成三个阶 段：第一个阶段是在9 4 年之前，移动用户发展增长率很高，但绝对数量是很低 的；第二个阶段是9 5 年到2 0 0 0 年，移动用户绝对数量明显增加，增长率有所下 降；第三个阶段是2 0 0 0 年到2 0 0 5 年，移动用户数量处于高速发展阶段。 从我国整体移动通信网络来看，2 0 0 4 年移动用户数量已经超过了固定用户 数量，到2 0 0 5 年l o 月移动用户总数达到了3 8 3 亿，移动电话普及率达到2 9 1 部百人。这一方面说明移动通信发展的迅猛程度，同时考虑到我国的用户基数， 另一方面也说明我国移动通信市场发展的潜力还是很大的。从移动通信行业的收 入结构来看，本地话音的收入呈现明显下降的趋势，由2 0 0 3 年占整体收入的7 7 下降到2 0 0 5 年的6 8 ，两年时间就下降将近1 0 个点：而增值业务收入增长和长 途收入增长带动了移动收入的增长，特别是增值业务从2 0 0 3 年占整体收入的9 增长到1 6 。还可以注意到，移动通信用户的a r p u 值一直呈现明显快速的下 降，每分钟综合的单价2 0 0 5 年下降到0 2 5 元。从以上对国内移动通信市场的分 析来看，尽管用户发展迅速，但随着a r p u 值的下降，整体收入增长仍然趋缓。 我们应该一方面注意发展广大的农村和小城镇用户，进一步提高移动电话普及 率；另一方面，为了提高用户a r p u 值，我们要大力发展增值业务，积极开展 多媒体业务和互联网络业务，而3 g 网络为此提供一个很好的平台。 北京邮电大学硕士学位论文第一童绪论 最近两年，我国针对3 g 技术建设了很多试验网，做了大量的网络试验。2 0 0 3 年1 0 月到2 0 0 4 年9 月是第一阶段，主要是重点考察技术和设备的成熟性。第二 阶段是网络技术试验阶段，包括对终端、互操作、网络性能、业务应用、网管 计费进行测试，还有无线干扰，包括w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 1 x 和1 d s c d m a 之间及与g s m 和p h s 之间的测试，总体是为3 g 运营开展积累经验。国内六大 运营商都参与了试验，整体试验是在三个城市进行的。这三种技术的试验情况， w c d m a 功能提高很快，但在耗电、增值业务方面还有待于提高。c d m a 2 0 0 0 l x ， 系统功能和性能比较好，终端的数量和款式、增值业务方面良好，但适用于3 g 核心频段的终端很少。1 1 ) _ - s c d m a 系统在多个厂家加速研发的情况下，已经 基本具备独立组网的功能，但终端比较少。由于3 g 标准普遍采用自干扰的c d m a 技术，网络规划和优化，系统间的干扰将是运营商面临的主要挑战，这也是本文 讨论无线网络规划的出发点。同时，最快速率可达到1 4 4 m b p s 的h s d p a 在0 5 年成为很大的一个亮点。由于从w c d m a 到h s d p a 只需要软件升级，且只有 采用h s d 队，w c d m a 系统才能在网络容量和业务速率方面保持对 c d m a 2 0 0 0 1 x e v - d o 的优势，部署w c d m a 网络的运营商不得不在网络建设过 程中考虑h s d p a 。本文最后讨论了h s d p a 技术的引进对w c d m a r 9 9 瓜4 网络 的影响，并分析了h s d p a 的规划方法【“。 综上，我国发展3 g 的时机即将成熟，国内的几大运营商也积极投入其中。 中国移动现有的网络为全球最大的g s m 网络，因此其在向3 g 的演进过程中有 可能选择的3 g 标准为w c d m a 和t d s c d m a 。中国移动在g p r s 网络中开展 了许多数据业务，在g p r s 网络中提供类似3 g 的多媒体数据业务可以为今后提 供真正的3 g 业务积累必要的运营经验，从而为3 g 业务的运行打下坚实的基础。 预计中国移动将会在大部分地区使用w c d m a 标准建立3 g 网络，从而满足3 g 网络的高覆盖率要求。联通是我国第二大移动运营商，既拥有g s m 网络也拥有 c d m a 网络。目前联通已在全国的多个省市开通了c d m a 2 0 0 01 x 业务，但联通 的c d m a1 x 却运行在8 0 0 m h z 上，所以在我国，联通的c d m a 2 0 0 01 x 没有算 作3 g ，今后向3 g 演进过程中，联通的c d m a 2 0 0 01 x 网络相比于移动现有的 g p r s 网络可以实现更加平滑的过渡。针对现有的g s m 网络，联通在各地也建 设了w c d m a 的测试局，并且与高通合作开发g s m 一1 x 技术，利用现有的g s m 核心网，通过外包一个g s m 1 x 汇聚组件，将其转换成一个虚拟的c d m a 网络， 最后采用c d m a 2 0 0 0 标准实现g 网向3 g 的转化。中国电信和网通由于没有现 行的移动网络，在对3 g 标准的选择上都比较灵活，他们也参与了多种标准试验 网的测试。根据目前情况来看，二者独立和联合建设1 d s c d m a 网络的可能性 更大些，也不排除建设w c d m a 网络的可能。 北京邮电大学硕士学位论文第一章绪论 1 4 论文的主要内容和组织结构 自从蜂窝移动通信系统诞生起，围绕蜂窝的概念移动通信新技术不断发展， 系统的容量，服务质量各方面性能一直在不断的提升。但是，用户的需求也在不 断发展，特别是对高速率的数字多媒体业务的需求增长迅速。与之矛盾的是现有 的2 g 网络特别是g s m 网络主要针对的是低速且单一的话音业务。虽然在g s m 技术的基础上发展了g p r s 和e d g e ，在一定程度上提升了可以支撑的业务速率， 但是这种方法只能治标不能治本，) m a 技术的特点必然会使业务速率受到较 大的限制且难于扩展。w c d m a 技术本身具有c d m a 技术软容量的特点，同时 又具有较高的灵活性，并且能够实现从g s m 网络平滑过渡和共存，是支撑高速 率数字多媒体业务的良好载体。由于w c d m a 网络的成熟性和应用的广泛性， 研究w c d m a 无线网络的规划具有实际的意义。同时，鉴于w c d m a 技术自干 扰的特性使得系统具有覆盖、干扰、容量、质量互相制约的特点，研究w c d m a 无线网络的规划又具有必要性。 本文第二章从分析三种多址方式的区别开始，比较了三代移动通信网络规 划过程的差异，进而说明了c d m a 网络需要比前两者进行更为细致的规划。第 三章介绍了链路上下行负载因子的概念，并推广到小区负载因子来分析干扰水 平。通过理论分析，可以清楚地发现w c d m a 网络中覆盖，容量与业务质量互 相影响。同时，作者利用实际网络规划工具获得大量仿真数据，更迸一步的证实 了这一点。第四章是全文的重点，根据作者在某市进行的实际网络规划工作，文 章详述了w c d m a 网络规划的流程，重点分析了网络规划过程中遇到的问题和 解决方法，并结合工程经验提出在规划中进行网络参数优化的观点。最后，作者 分析了h s d p a 技术给r 9 蛳m 版本网络带来的性能改善以及相互间的影响，同 时根据h s d p a 和r 9 9 网络各自的规划特点，讨论h s d p a 的规划方法和资源受 限时的优化方法，并对后续研究工作提出了一些建议。 本论文的一个特色在于结合了大量实际网络规划与设计经验，从理论和实 际应用两方面阐明了w c d m a 网络规划需要折衷考虑覆盖，容量和业务质量诸 方面因素的原则，同时还总结了在规划过程进行网络参数优化的经验。本论文的 创新点在于介绍了r 9 9 网络基础上叠加h s d p a 规划的方法，并比较了几种不同 的h s d p a 优化方法。 北京邮电大学硕士学位论文 第二章多址接入方式与无线网络规划方式的发展 第二章多址接入方式与无线网络规划方式的发展 蜂窝系统中是以信道来区分通信对象的，一个信道某时刻只容纳一个用户进 行通话，许多同时通话的用户，互相以信道来区分，这就是多址。移动通信系统 是一个多信道同时工作的系统，基站要和许多移动台同时通信，以不同的信道分 隔，防止相互干扰，各移动台信号通过某些特定的方式进行信道的复用，从而建 立各自的信道，以实现双边通信。 解决多址接入问题的方法叫多址接入技术。多址接入方式解决的问题主要是 基站以怎样的信号传输方式接收、处理和转发移动台来的信号，基站以怎样的信 号结构发出各移动台的寻呼信号，并且使移动台从这些信号中识别出发给本台的 信号。当以传输信号的载波频率不同来区分信道建立多址接入时，称为频分多址 方式( f d m a ) ；当以传输信号存在的时间不同来区分信道建立多址接入时，称 为时分多址方式( ) m a ) ；当以传输信号的码型不同来区分信道建立多址接入 时，称为码分多址方式( c d m a ) ；依靠阵列天线来实现的多址方式称为空分多 址( s d m a ) 。在实际的移动通信系统中可能采用混合多址方式如g s m 采用了 f d m a ，i d m a 方式，s d m a 可以与f i ，m a 、) m a 、c d m a 中的任何一个组合 实现系统。 f d m a 系统是基于频率划分信道。在频分多址接入方式下，每一个用户都 被指定了特定频段，这些频段按要求分配给请求服务的用户。在呼叫的整个过程 中，其它用户不能共享这一频段。在模拟蜂窝系统中，主要传送的是调频的模拟 语音信号，每个用户在通信过程中信号都是连续发射的，采用频分多址方式是唯 一的选择。 f d m a 系统采用频分双工方式，用户被分配一对频谱，一个频谱用作前向 信道即基站向移动台方向的信道，另一个则用作反向信道即移动台向基站方向的 信道，每个用户在一对频道中通信。若有其它信号的成分落入一个用户接收机的 频道带内时，将造成对有用信号的干扰。小区内的主要干扰有互调干扰和邻道干 扰，在频率集重复使用的蜂窝系统中，还要考虑同频道干扰。 典型的模拟蜂窝电话系统多小区复用模式，并可在需要时采用“扇区化”和 “小区分裂”来提高容量。蜂窝无线电话系统利用在地域上将覆盖范围划分成小 单元，每个单元复用频带的一部分以提高频带的利用率，即利用在干扰受限的环 境下，依赖于适当的频率复用规划( 特定地区的传播特性) 和频分复用( f i ) m a ) 来提高容量。 北京邮电大学硕士学位论文第二章多址接入方式与无线网络规划方式的发展 对于采用f d m a 多址接入方式的第一代无线通信系统而言，其无线网络规 划主要的就是分析系统中用户受到的互调干扰，邻道干扰和同频干扰的水平，根 据话音业务质量要求和干扰水平来确定用户频率能够复用的距离，最大程度的利 用频率资源，实现容量的最大化。 2 2t d m a 多址接入方式 时分多址是在一个宽带的无线载波上，把时间分成周期性的帧，每一帧再分 割成若干时隙( 无论帧或时隙都是互不重叠的) ，每个时隙就是一个通信信道， 分配给一个用户。 时分多址系统根据一定的时隙分配原则，使各个移动台在每帧内只能按指定 的时隙向基站发射信号( 突发信号) ，在满足定时和同步的条件下，基站可以在 各时隙中接收到各移动台的信号而互不干扰。同时，基站发向各个移动台的信号 都按顺序安排在预定的时隙中传输，各移动台只要在指定的时隙内接收，就能在 合路的信号( t d m 信号) 中把发给它的信号区分出来。所以1 d m a 系统发射数 据是用缓存一突发法，因此对任何一个用户而言发射都是不连续的，必须采用数 字调制方式。 采用时分复用f i d m 舢带来的优点是抗干扰能力增强，频率利用率有所提 高，系统容量增大，基站复杂性减小。时分复用( t d m a ) 用不同的时隙来发射 和接收，因此不需双工器。由于在7 m m a 中移动台是不连续地突发式传输，所 以切换处理对一个用户单元来说是很简单的，因为它可以利用空闲时隙监测其他 基站，这样越区切换可在无信息传输时进行。 g s m 移动通信系统是基于) m a 的数字蜂窝移动通信系统。g s m 系统采 用的是频分多址接入( f d m a ) 和时分多址接入( t d m a ) 混合技术，具有较高的 频率利用率。g s m 的每个载频上按时间分为8 个时间段，每一个时隙段称为一 个时隙，这样的时隙被称为物理信道。一个载频上连续的8 个时隙组成一个 ) m a 帧，也就说g s m 的一个载频上可提供8 个物理信道。 g s m 网络覆盖规划主要是保障网络信号强度，由上下行发射功率，路径损 耗以及接收机灵敏度决定：网络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) 控制干扰可以保证质量；网络容量基本上由硬件资源 决定，一个载波有8 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。因此，在g s m 系统中，覆盖，容量和业务质量间没有直接的联系，覆盖和 容量的规划可以分别独立地进行规划。 因此g s m 无线网络规划可分为两个步骤。首先是覆盖规划，主要是预测无 线路径衰耗，并综合考虑上下行发射功率以及要求的通话质量，分析同频干扰等 北京邮电大学硕士学位论文 第二章多址接入方式与无线网络规划方式的发展 干扰水平，保障业务区域的无线覆盖。其次是容量规划，估计业务区业务量的发 展水平确定系统必需的容量，然后确定复用方式，进行频率规划，并进而确定所 需的硬件资源( 载波数) 和扩容方式。g s m 系统中同一频点的复用必须满足一 定的空间隔离要求，空间隔离要求取决于载干比( c n ) ，来自同一频点的有用信 号要高于干扰信号一定的比值。 综合考虑扩容和空间隔离度后的规划难点主要在于频率规划。频率规划即频 率复用方式，一般采用分层结构，将b c c h 与t c h 分层规划，不同层采用不同 的频率复用方式。考虑到b c c h 必须时时下发系统消息便于手机的检测和联系， 使手机正确解码，同时也为了增强手机测量报告的准确性，b c c h 频组至少要分 配1 2 个频率，即4 个3 扇区基站为一个频率组。实际分配中，考虑到基站分布 的不规则性以及小区方位角的变化，一般都分配1 4 个以上的频点给b c c h ，其 频率规划一般采用4 3 或更为宽松的频率复用模式进行。t c h 的频率规划采用 3 3 、2 3 、1 3 等方式进行，在允许的同频干扰范围内尽可能的提供高的容 量。不同载波层采用不同复用度的目的是为了尽可能地躲避干扰1 5 1 。 2 3c d m a 多址接入方式 码分多址系统为每个用户分配了各自特定的地址码，利用公共信道来传输信 息。c d m a 系统的地址码相互具有准正交性，以区别地址，而在频率、时间和 空间上都可能重叠。也就是说，每一个用户有自己的地址码，这个地址码用于区 别每一个用户，地址码彼此之间是互相独立的，也就是互相不影响的。由于有地 址码区分用户，所以我们对频率、时间和空间没有限制，在这些方面他们可以重 叠。系统的接收端必须有完全一致的本地地址码，用来对接收的信号进行相关检 测。其他使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。 但是由于码字数目有限，采用的地址码不可能做到完全正交，再加上接收机接收 的信号不能做到完全同步，采用不同地址码的信号会互相影响，互为干扰，通常 称之为多址干扰。 采用c d m a 的多址接入方式，与前两种方式相比有较多的优点：( 1 ) 由于 使用了扩频技术，快速功率控制和软切换技术，系统具有很强的抗多种干扰的能 力，业务质量得到提高。( 2 ) 由于采用c d m a 技术的系统容量是由系统干扰水 平决定的软容量，比只由硬件特性决定容量的t d m a 和f d m a 系统大大提高。 ( 3 ) 扩频信号的功率谱密度很低，即在单位带宽中的功率很小，对于一般非扩 频通信系统几乎不构成干扰因此可以与其共用同一频段从而提高频带利用率。 ( 4 ) 保密性好，低拦截概率。由于采用了长扰码进行加密，只有知道接收信号 使用的扰码才能恢复原始信号，而且由于系统功率谱密度低，扩频信号很难被恶 北京邮电大学硕士学位论文第二章多址接入方式与无线网络规划方式的发展 意接收者检测和拦截。( 5 ) 能够提供更加灵活的服务。包括支持更多种类型的业 务，支持业务复用，支持高速率的分组接入。 网络允许支持复合业务的程度以及网络多址干扰的程度是规划基于c d m a 技术的网络的最重要的两个方面，下面几章将以w c d m a 网络为例阐述无线网 络规划的原理和实际应用。 2 。4 本章小结 移动通信系统的无线资源包括频谱、时间、功率、空间和特征码等要素。从 移动通信发展历史看，提高无线资源利用率一直是追求的主要目标。f i ) m a 、 ) m a 与c d m a 的最大不同点在于：c d m a 是统计复用资源，每个载频的所有 用户共享频率、时间、功率资源，用户之间只依靠特征码来区分；而f i ) m a 、 1 d m a 是固定分配资源，不同的用户在频率、时间、功率资源上部分或全部不 同，用户之间有较好的隔离度。所有f d m a 、) m a 和c d m a 的技术差异都来 源于这个不同点。 鉴于f d m a 、t d m a 和c d m a 的技术差异，基于这三种方式的三代移动通 信系统的网络规划方式各不相同。f d m a 和豇) m a 网络以覆盖规划为主，主要 考虑的是同频干扰的隔离度要求，实现单位面积上的容量最大化。c d m a 网络 频率复用因子为1 ，网络干扰主要来自于多址干扰，在规划时要充分考虑到覆盖， 容量与业务质量的折衷，不能明显的区分为覆盖规划和容量规划两个方面。 c d m a 网络的这种特性正是研究m a 网络规划的推动力。 1 0 北京邮电大学硕士学位论文第三章w c d m a 无线网络规划特点 第三章w c d m a 无线网络规划特点 w c d m a 是一个宽带直扩码分多址( d s c d m a ) 系统，即通过用户数据与 由c d m a 扩频码得来的伪随机比特相乘，从而把用户信息比特扩展到宽的带宽 上去。系统中的多个用户同时工作于同一频段，靠码字相互正交，实现相互区分。 直扩码分多址系统具有同频白干扰特性，需要有效的解决网络中