（通信与信息系统专业论文）接力切换对tdscdma无线网络规划影响的研究.pdf

重庆邮电大学硕士论文摘要 摘要 随着3 g 无线技术标准的成熟，第三代移动通信无线网络的建设与规划迫 在眉睫。t d s c d m a 技术标准现在正在进行较大规模的商用网络的搭建及测 试，在今年下半年就有可能发放牌照，从而更大规模的t d s c d m a 3 g 网络的 建设和规划就可能在我国展开。因此，对t d - s c d m a3 g 无线网络规划和建设 进行分析和研究就有很重要的现实意义。 论文首先详细讨论了t d - s c d m a 无线网络规划的三个不同阶段和一般流 程，然后在t d - s c d m a 技术特点的基础上，介绍了影响其网络规划的关键性 因素并进行了相关的分析和研究。接力切换作为t d s c d m a 系统独有的切换 技术，在t d s c d m a 系统中占据着重要的地位，对无线网络性能有着重要的 影响，在进行网络规划和优化时必须进行重点的分柝和研究。第四章对接力切 换性能影响因素进行了分析，在3 g p p 协议的基础上，搭建了仿真平台，对影 响切换性能的参数进行了仿真并对结果进行了分析。最后，在接力切换仿真平 台的基础上，结合分布式天线系统的特点，对在分布式天线网络结构下的接力 切换性能进行了仿真并和传统网络结构下的切换性能进行了对比。这些结果对 接力切换技术和t d s c d m a 网络规划，以及分布式天线系统下的网络规划和 优化，都有极其重要的意义和参考价值。 关键词：t d - s c d m a ，网络规划，性能，接力切换，分布式天线 重庆邮电大学硕士论文摘要 a b s t r a c t w i t ht h eg r o w nu po f 恤3 0r a d i ot e c h n o - s t a n d a r d ，t h e3 ”g e n e r a t i o nm o b i l e c o m m u n i c a t i o nr a d i on e t w o r kw i l lb ee s t a b l i s h e di nn of a rf u t u r e t d s c d m ai s n o we s t a b l i s h e da n db e i n gt e s t e di nc o m m e r c i a ln e t w o r ka n dt h el i c e n s ep l a t ew i l lb e p l a n n e d t ol a yd o w n ，al a r g e rs c a l e sr a d i on e t w o r kw i l lb ec o n s t r u c t e di no u rc o u n t r y s oi t so fg r e a tr e a l i s mv a l u et oa n a l y z ea n dr e s e a r c hi n t ot d - s c d m ar a d i on e t w o r k p l a n n i n g 1 1 1 eg e n e r a lf l o w i n go ft d s c d m ar a d i on e t w o r kp l a n n i n gb a s e do ni t st h r e e s t e p si sf i s t l yi n t r o d u c e di nm o r ed e t a i l e di nt h ep a p e r , t h e ni n t r o d u c e ds o m ek e y f a c t o r sw h i c ha f f e c t e do ni t sn e t w o r kp l a r m i n go nb a s i so f 下d - s c d m at e c h n o l o g y c h a r a c t e r i s t i e sa n da n a l y z e da n dr e s e a r c h e di n t ot h e m a sau n i q u eb a n d o v e r t e c h n o l o g yi nt d s c d m a3 gs y s t e m t h eb a t o nh a n d o v e rp l a y e da ni m p o r t a n tr o l e a n db a da ni m p o r t a n te f f e c to nt h es y s t e mp e r f o r m a n c e ，s or e s e a r c ha n da n a l y s i so n i tm a s tb et a k e nw h e np h n n i n ga n do p t i m i z i n gr a d i on e t w o r k m4 mc h a p t e r f i r s t l yi n t r o d u c e db a t o nh a n d o v e rt e c h n o l o g ya n da n a l y z e ds o m ek e yf a c t o r sw h i c h a f f e c t e do np e r f o r m a n c eo ft h eb a t o nb a n d o v e r , t h e na n a l y z e da n dr e s e a r c h e di n t o 。二* t h ee f f e c to fi t sp a r a m e t e r so nm ep e r f o r m a n c eo f l l ) - s c d m a o nt h eb a s i so f t l l e 3 g p p as i m u l a t o rm o d e lo fs i n g l el a y e rc e l l u l a ri se s t a b l i s h e dt og e tt h es i m u l a t i o n r e s u l t s f i n a l l y , o nt h eb a s i so ft h eb a t o nh a n d o v e rs i m u l a t o ri n4 伽c h a p t e r , a s i m u l a t o rm o d e li nd a sn e t w o r k i n gf r a m e w o r ki se s t a b l i s h e dt og e tt h es i m u l a t i o n r e s u l t sa n dc o m p a r e di tt ot h a to fi t si nt r a d i t i o n a ln e t w o r k i n gf r a m e w o r k i ti so f g r e a tv a l u ef o rt h er e s u l t st ob a t o nh a n d o v e rr e s e a r c h 。t d s c d m an e t w o r k p l a n n i n ga n d i t sn e t w o r kp l a n n i n ga n do p t i m i z i n gi n d a sn e t w o r kf r a m e w o r k k e yw o r d s ：t d s c d m a , n e t w o r k i n gp l a n n i n g ，p e r f o r m a n c e ，b a t o nh a n d o v e r , d a s 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究：e 作及取得 的研究成果。据我所知，除了文中特别加以杯注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重鏖塑血盔堂或 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谢意。 学位论文作者签名：翟 红叫 签字日期： 枷6 年j 月哆同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重鏖邮电太堂有关保留、使用学位论文的 蜕定，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，允许论文 被查阅和借阅。本人授权重迭壑立太堂可以将学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇 编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：邴纽叫 导师签名： 签字r 期：u 内6 年s 月1 7 e t签字日期： 重庆邮电大学硕士论文 第二章t d s c d m a 无线网络规划 第一章绪论 1 1 第三代移动通信概述 第三代移动通信系统( 也简称3 g ) 最早由国际电信联盟i t u 于1 9 8 5 年提 出，当时称为f p l m t s 未来公共陆地移动系统【1 1 【2 1 。后来由于1 t u 预计该系统 在2 0 0 0 年左右投入商用，提供业务速率高达2 0 0 0 k b i t s ，而且该系统的一期主 频段位于2 0 0 0 m h z 频段附近，所以将其正式命名为i m t 2 0 0 0 。i m t 2 0 0 0 系统 包括地面系统和卫星系统。 3 g 标准化分为核心网和无线接口两部分。r r u 最初的愿望是制定一个统 一的无线接口标准和一个公共的网络标准，但因种种原因无法实现，所以1 1 u 提出了一个家族概念。核心网分别基于现有的第二代两大网络，即g s mm a p 和a n s i - 4 1 核心网来实现，而无线接口部分形成多个无线技术标准正在不断融 合和演进中。 现在国际上最流行的也是占主导地位的第三代移动通信系统标准有三种， 分别是欧洲提出的w c d m a 系统、北美提出的c d m a 2 0 0 0 和我国提出的 t d s c d m a 系统。 表1 1 对这三种移动通信系统标准作了一个简单的比较。从中我们可以看 出，不同的国家和地区根据已有网络及技术等原因提出了不同的技术标准。 u w f sw c 蹦ac d m a 2 0 0 0t d s c d l a 提出国家欧洲、日本美国、韩国 中国 继承基础 6 s mi s 一9 5c d m ag s m 信道带宽 5 埘z1 2 5 5 m h z1 6 蛐z 码片速率3 8 4 , t c p sn * i 2 2 8 8 i l c p s1 2 8 m c p s 多址方式 d s c d 姒i ) s - c 狲i a 和m c - c i ) m ad s c m n 和t d d 核心网 g s m 哺a pa n s i 4 lg s m 砌心 表1 1 三种主要无线传输技术的比较 频谱是3 g 技术中的一个关键性的因素，表1 2 给出不同的标准类型对于 频谱利用率的比较，从中可以看出我国提出的t d s c d m a 系统在三个主流3 g 标准中有最高的频谱利用率 重庆邮电大学硕士论文第二章t d - s c d m a 无线网络规划 g s mi s 9 5c d m a 2 0 0 0w c d l l at d s c d 姒 频率复用系数 7111l 每载波频宽( m h z )0 42 52 51 01 6 每载波同时工作信道数 82 02 06 04 8 频谱利用率 2 88863 0 最大数据传输速率( 8 p s k ) 2 5 m b s4 m b s2 m b s 频谱利用率( 数据，l b s m l t z c e l l ) 1 00 41 2 5 表1 2 不同标准类型的频谱利用率比较 1 2t d - s c d m a 系统技术特点 t d - - s c d m a 是f d l i , a 、t d l f i a 和c d 姒三种基本传输模式的灵活结合，如图1 1 所示。其基本特性之一是在t d d 模式下，采用在周期性重复的时间帧里传输基 本的t d m a 突发脉冲的工作模式，通过周期性地转换传输方向，在同一个载波上 交替地进行上下行链路传输。 一一! 竺7 a mu a m w 圈1 it d _ s c d 她的多址方式示意 1 2 1t d - s c d m a 主要特点 t d s c d m a 的主要特点( 包括优点和面临的问题) 如下【1 1 1 较高的频谱利用率：t d s c d m a 系统可以在带宽为1 6 m h z 的单载波 上提供高达2 m b s 的数据业务和4 8 路语音业务，使单一基站支持的用户数最多， 而且上下行同频。经过计算，与w c d m a 相比，对支持相同的用户数t d s c d m a 占用频段要少的多瞄j 【”。 2 廉价的建网方案：t d s c d m a 由于采用了智能天线等先进技术，降低 了基站的发射功率，目前试验网中基站的发射功率仅仅是3 9 d b m ，也就是8 w ， 2 重庆邮电大学硕士论文 第二章t d s c d m a 无线网络规划 如此低的发射功率，使基站设备减少了对高功率放大器的需求，只需上行采用 低噪放，下行采用一般功放，这种设计方法，减少了基站的投资。 3 快速的建网能力：t d s c d m a 的根本特点就在于，可以在频谱资源紧 张的今天，做到见锋插针，不必使用对称频段，不必使用宽频段。这样的优点 体现在两个方面：第一，可以随时进行基站载频的增删，现在的网络灵活多变， 是因为应用场景时刻在变化，话务量，话务模型始终在变化。t d 的小频段可以 完全适应这种快速变化。第二，对于北美和欧洲地区，已经很难找到这种对称 的频段，所剩的频段都是比较零散。利用这种频点优势很可能在这些地区建设 t d s c d m a 的通讯网络。 4 各种先进技术的采用使t d s c d m a 成为成熟的商用系统：目前，智能 天线技术已经成熟，中兴通讯在智能天线的研究中已经可以将天线的波束赋形 增益调整到理论的水平值，波束跟踪误差已经在l 度之内。而智能天线与联合 检测的结合进一步改进了系统的性能，并且算法还在不断优化f 3 i 4 1 。随着产业的 发展，设备制造商的设备版本将会不断升级，给系统带来更高的稳定性和卓越 的性能。 5 移动速度与覆盖问题：t d d 采用多时隙的不连续传输，对抗快衰落、多 普勒效应能力比连续传输的f d d 差。目前，i t u r 对t d d 系统的要求是达到 1 2 0 k m h ；而对f d d 系统则要求达到5 0 0 k m h 。另外，t d d 的平均功率和峰值功 率的比值随时隙数增加而增加，考虑到耗电和成本因素，用户终端发射功率不 可能太大，故小区半径较小。 6 基站的同步问题：对于t d dc d m a 系统来说，为减少基站间的干扰，基 站间同步是必须的。这可以采用g p s 接收机或通过用额外的电缆分布公共时钟 来实现，但这也同时增加了基础设施的费用。 7 干扰问题：t d d 系统中的干扰不同于f d d 系统，因为t d d 系统的同步困 难以及相关的干扰使之成为t 叻系统使用的主要问题。t d d 系统包括了多种形 式的干扰，如：t d d 蜂窝内的干扰，t d d 蜂窝间的干扰、不同运营商间的干扰、 t d d f d d 系统阃h j 干扰、来自功率脉动的干扰等。 1 2 3t d s c d m a 关键技术 t d s c d m a 系统的关键技术1 1 主要集中在基带部分，如接力切换技术，智 能天线技术、联合检测技术、同步技术、功率控制技术、软件无线电技术、动 态信道分配技术以及信道估计与补偿技术等。下面将对接力切换技术、智能天 线技术等几项主要的技术进行简单的介绍。 重庆邮电大学硕士论文第二章t d s c d m a 无线网络规划 1 2 3 1 接力切换技术 接力切换技术【1 1 是t d s c d m a 系统中独特的一种切换技术，它有别于其它 系统的越区切换技术。它使用于同步通信技术中，是一种将软切换技术高成功 率和硬切换技术信道高利用黾相结合的一种切换技术。其基本思想是：当移动 终端m s 从一个小区准备进入另一小区时，由于t d s c d m a 系统使用了智能 天线技术，因此能够精确的知道移动终端的位置，这样系统就可以告知移动终 端周围基站的信息。如果进入切换区域，便由基站控制器通知另一基站作好切 换准备，通过一个信令交换过程，移动终端就由一个小区像交接力棒一样切换 到另一个小区。关于接力切换技术在本文第四章有详细的描述。 1 2 3 2 智能天线技术 智能天线技术的核心是自适应天线波束赋形技术。智能天线技术的原理是 使一组天线和对应的收发信机按照一定的方式排列和激励，利用波的干涉原理 可以产生强方向性的辐射方向图。由于t d s c d m a 系统的t d d 模式可以利用 上下行信道的互易性，即基站对上行信道估计的信道参数可以用于智能天线的 下行波束成型，这样，可以很容易的实现智能天线技术。 如果使用数字信号处理方法在基带进行处理，使得辐射方向图的主瓣自适 应地指向用户来波方向，就能达到提高信号的载干比，降低发射功率，提高系 统覆盖范围的目的【8 1 1 9 。 1 2 3 3 联合检测技术 联合检测技术是多用户检测技术的一种，它指的是充分利用所有用户的相 关先验信息，在步之内将所有用户的信号分离出来以达到完全消除m a i 影 响。 在t d s c d m a 系统中，帧结构中设置了用来进行信道估计的训练序列 m i d a m b l e ，根据接收到的训练序列部分信号和我们已知的训练序列就可以估算 出信道冲激响应，而扩频码也是确知的，那么我们就可以达到估计用户原始信 号的目的。 理论上来说，联合检测技术可以完全消除m a i 的影响，但在实际应用中， 联合检测技术会遇到以下问题：对小区间干扰没有解决办法；信道估计的不准 确将影响到干扰消除的准确性；随着处理信道数的增加，算法的复杂度并非线 性增加，实对算法难以达到理论上的性能。相关的算法以及实现可以参考文献 4 重庆邮电大学硕士论文 第二章t d - s c d m a 无线网络规划 2 1 7 1 。 由于以上原因，在t d s c d m a 系统中，并没有单独使用联合检测技术， 而是采用了联合检测技术和智能天线技术相结合的方法。t d s c d m a 系统中智 能天线技术和联合检测技术相结合的方法使得在计算量未大幅增加的情况下， 上行能获得分集接收的好处，下行能实现波束赋形【”。 1 2 3 4 同步技术 t d s c d m a 系统要求上行信号在基站解调处完全同步。在t d s c d m a 系 统中使用软件和帧结构设计来实现上行同步，是同步c d m a 系统，上行同步的 具体过程可以参考【1j 。通过上行同步，可以使正交扩频码的各个码道在解扩时 完全正交，相互问不会产生多址干扰，降低了码道间干扰，提高了系统容量， 简化了硬件，降低了成本。相对于t d s c d m a 基站来说，系统内各基站的运 行采用相同的帧同步定时，避免相邻基站的收发时隙的交叉，减小了干扰。 1 2 3 5 功率控制技术 c d m a 系统是自干扰系统，必要的功率控制可以有效的限制系统内部的干 扰电平，降低小区内和小区间的干扰。另外，功率控制还可以克服远近效应， 降低终端功耗。因此，严格的功率控制技术就成了实现c d m a 系统的基石。而 t d s c d m a 系统同样有较高的功控要求，功率控制可分为歼环功率控制和闭环 功率控制，开环和闭环功率控制又同时包括上行链路的功率控制和下行链路的 功率控制，详细的功控技术及实现过程可以参考文献【”。 1 2 3 6 动态信道分配技术 t d s c d m a 系统所采用的动态信道分配技术【l 】可以实现在时域、妒域、空 域和码域对无线资源决心灵活的配置。采用动态信道分配技术，t d s c d m a 系 统能够较好的避免干扰，使信道重用距离最小化，从而高效率的利用有限的无 线资源，提高系统的容量。此外，通过使用时域的动态信道分配，可以灵活的 分配时隙资源，动态的调整上下行时隙的个数，从而灵活的支持对称、非对称 的业务。 。 重庆邮电大学硕士论文第二章t d s c d m a 无线网络规划 1 2 3 7 软件无线电技术 由于t d s c d m a 系统的t d d 模式和低码片速率的特点，使用数字信号处 理量大大降低，适合采用软件无线电技术【1 】，就是在通用芯片上用软件实现专 用芯片的功能。软件无线电具有如下主要优势： 1 可以克服微电子技术的不足，通过软件方式，灵活完成硬件专用a s i c 的功能； 2 系统增加功能通过软件升级完成，具有良好的灵活性及可编程性，对环 境的适应性好； 3 可替代昂贵的硬件电路，实现复杂的功能，减少用户设备成本。 正是由于软件无线电的这些优点，使得t d s c d m a 系统在与w c d m a 和 c d m a 2 0 0 0 相比发展相对滞后的情况下，采用软件无线电技术，成功完成了试 验验机和初步商用产品的开发，给t d s c d m a 的发展赢得了时间和空间。 1 3 论文主要工作 1 3 1 论文研究意义 我国的第三代移动通信网络的建设即将开始，现在在北京、上海、青岛、 厦门和保定进行的t d s c d m a 网络的测试正在进行中。有关方面透露在第三 季度就会完成相关的测试工作，到时大规模的网络建设就会开始。因此研究 t d s c d m a 无线网络的规划有极其重要的实现意义。需要注意的是，由于 t d s c d m a 自身的技术特点，决定了网络规划与其它系统既有相似的地方也有 不同之处，所以在进行网络规划时必须重点考虑这些独特的地方。因此，分析 和研究这些关键性的因素和相关技术对网络规划和优化的影响对于即将开始的 网络规划和建设有极其重要的参考价值和指导意义。 1 3 2 国内外研究现状 目前，对于t d s c d m a 无线网络的规划研究主要集中在国内的一些设备 制造商以及研究规划院，这些研究基本上是在已有的网络规划和优化的经验上 进行的，在这方面取得了一定的进展。对接力切换的研究，大唐和中兴等进行 了研究并取得了一定成果，但是目前还没有多少人对接力切换在网络规划和优 化方面进行研究，特别是在分布式天线系统下接力切换对系统性能的影响。同 时很少有文献对网络规划的重点和难点以及相关技术对其的影响进行全面的研 6 重庆邮电大学硕士论文 第二章1 1 3 s c d m a 无线网络规划 究。因此，本文对这些方面进行的分析和研究在为网络规划和建设方面就显得 很有必要了。 1 3 3 论文主要工作 本论文主要进行了下面的工作： 论文介绍和讨论了t d s c d m a 无线网络规划的一般流程，重点对规划的 三个阶段进行了说明，分析了在不同的阶段需要进行的工作及应该得到的结果。 由于无线系统的技术特点决定了网络规划的重点和难点。因此，论文在 t d s c d m a 技术特点的基础上，介绍了影响其网络规划的关键性因素并进行了 相关的分析和研究。这些因素的指出有利于在进行网络规划和优化时把握关键， 了解其重点和难点。 接力切换是t d s c d m a 系统独有的切换技术，论文对这种切换技术进行 了比较详细的介绍，对接力切换性能影响因素进行了分析。在3 g p p 协议的基 础上，搭建了仿真平台，对影响切换性能的参数进行了仿真并对结果进行了分 析。 最后，在接力切换仿真平台的基础上，结合分布式天线系统的特点，对在 这种网络结构下的接力切换性能进行了仿真并和传统网络结构下的切换性能进一 行了对比。 7 重庆邮电大学硕士论文 第二章t d - s c d m a 无线网络规划 第二章t d s c d m a 无线网络规划 2 1t d - s c d m a 无线网络规划基本流程 无线网络规划是一个复杂的过程，是一个由技术特点决定其难点和重点的 过程，但是所有无线网络规划都必须遵守下面的一些原则： 1 符合国家和当地的实际情况； 2 网络规模滚动发展，系统容量以满足用户增长为衡量； 3 充分利用已有资源，应平滑过渡； 4 注重网络质量的控制，保证网络安全、可靠； 5 。综合考虑网络规划、技术手段的未来发展和演进方向。 t d s c d m a 是第三代移动通信系统，可以在借鉴已有的无线网络规划经验 基础上，结合自身特点，进行高效的网络规划和优化。 t d s c d m a 无线网络规划涉及的因素很多，通过分析网络需求，结合规划 区域具体的无线传播特性，进行规划区域的网络规模估算，然后进入站点勘查 确认阶段，利用专门的仿真工具验证站点布局的合理性，验证网络规划是否满 足网络需求，这是一个严谨的工作流程。t d s c d m a 无线网络规划共分三个阶 段，图2 1 给出了t d - s c d m a 无线网络规划的三个阶段及详细流程，其基本 过程和w c d m a 系统的无线网络规划没有本质的区别，只是由于它们不同的技 术特点决定了在具体实施的过程中有各自的特点。例如，和w c d m a 网络规划 实施的。一次规划，分步实施”策略不同的是，t d s c d m a 系统的无线网络规 划采用的却是“n 次规划，分层建设”。这主要是因为t d s c d m a 系统的每载 频宽只有1 6 m h z ，所能够使用的载频点比较多，同时使用的是时分+ 频分复 用技术，因此可以通过在后期的网络规划和优化时根据需要进行调整。 t d s c d m a 系统的无线网络规划的基本思想是所谓的“c s c 思想”，即覆 盖( c o v e r a g e ) 、服务( s e r v i c e ) 和成本( c o s c ) 思想。而t d s c d m a 无线网络规划的 基本原则是“n 次规划，分层建设”，主要体现在t d s c d m a 系统的各种业务 覆盖的连续性和各次规划的不相干性。 t d s c d m a 系统的技术特点决定了其无线网络规划具有以下特点： 1 容量大：频谱利用率高； 2 覆盖好：不受业务类型和用户数量的影响； 3 更适合3 g 数据业务。 t d s c d m a 系统的无线网络规划要点主要包括：覆盖规划、容量规划、频 8 重庆邮电大学硕士论文第二章t d s c d m a 无线网络规划 点规划、时隙规划和码资源规划。 j 堕匝 2 2 准备阶段 图2 。lt i ) - - s c d 砒无线网络规划流程图 在进行t d - s c d m a 无线网络规划前，应该结合当地的实际，在已有的无 线网络规划的经验和数据上确定网络的发展规划，完成无线网络规划的需求分 析【1 0 i 1 1 1 1 1 2 1 。这主要包括项目时间计划、项目设计要求、其它限制条件等。还要 设计好覆盖、容量、质量和成本四个方面的目标要求。其中，覆盖需求是规划 区域范围和面积、覆盖重点和覆盖率等；容量需求是用户数、用户类型及比例、 业务类型及比例等；质量需要是业务的q o s 要求、呼叫阻塞率等；成本目标是 控制和降低成本等。 2 2 1 规划区域分类 无线网络规划中的区域分类是指按一定的规则对有效覆盖区进行划分和归 类，不同区域类型的规划区采用相应的设计原则和服务等级，以达到通信质量 和建设成本的平衡，获得最优的资源配置。 。 规划区域分类应综合考虑无线传播环境巳素和业务分布因素。无线传播环 境一般体现在建筑物的密度和平均高度上，业务分布因素主要体现在网络服务 质量的需求上。根据无线传播环境，规划区域分类大致可分为密集区域、一般 城区、郊区、农村。在此基础上，同一种传播环境区域根据话务密度高低又可 划分出不同等级。表2 1 是不同规划区域的分类原则。 9 磊基 ? 堂 丽墼褥墼 重庆邮电大学硕士论文 第二章t d s c d m a 无线网络规划 地貌名 环境描述 一般指错综复杂的楼群没有明显的分界线，典型的街道不是平行的，而是 密集城区 交错的，建筑物平均高度低于4 0 m 一般城区 指其建筑可较明显地区分为建筑群区( 块) ，建筑物平均高度低于4 0 m 指有明显大街道的大片区域，建筑物一般为3 0 m * 3 0 m ，经常看到且有植 郊区 被覆盖，建筑物平均高度低于2 0 m 农村或远郊 指大的较空旷的区域中零散的分布着小的建筑物，其平均高度低于2 0 m 表2 i 规划区域分类原则 2 2 2 业务预测及业务模型分析 2 2 2 1 用户数预测 用户预测是确定移动通信建设规模的重要依据，决定了工程建设的投资规 ，模及建成投产后的经济效益。准确把握蜂窝移动通信的发展规律、正确认识蜂 窝移动通信所处的发展阶段是进行市场需求预测的前提。用户预测应从国家、 城市的总体发展战略出发，基于业务区的人1 3 分布和各区域经济发展水平及发 展前景，充分考虑当地经济发展对移动电话的需求，从用户经济承受能力出发 综合考虑。 蜂窝移动电话的发展过程应该符合成长曲线的规律。在其引入初期，价格 昂贵，绝对数量的增长比较缓慢，但由于基数少，增长率很高，随着设备成本 的降低，逐步为人们所接受，必然要经历一个接近指数率增长的飞速发展时期， 而后进入稳定发展阶段，最终将达到饱和阶段。 移动用户预测可采用以下几种方法： 1 趋势外推法 趋势外推法是研究事物发展渐进过程的一种统计预测方法。当预测对象依 时间，支屯呈现某种上升或下降的趋势，并且无明显的季节波动，又能找到一条 合适的函数曲线反映这种变化趋势时，就可以时间为自变量，时序数值( 如用 户数) 为因变量，建立趋势模型。它的主要优点是可以揭示事物发展的未来， 并定量估计其功能特性。 2 回归预测法 回归预测法是根据两个或多个变量数据( 如人均国内生产总值和移动电话 用户数) 所呈现的趋势分布关系，采用适当的计算方法，找到它们之间特定的 经验公式，然后根据其中一个变量的变化，来预测另一个变量的发展变化。移 l o 重庆邮电大学硕士论文 第二章下d s c d m a 无线网络规划 动用户的多少与经济状况和个人收入有很大关系，如用人均国内生产总值g d p 来衡量经济状况，将其作为回归自变量，采用二次曲线回归预测移动电话用户 数。 二次曲线回归方程为： y = 0 0 0 0 4 x 2 3 3 5 8 7 x + 6 8 2 5 2 ( x 为某年人均g d p ，y 为相应用户数)( 2 1 ) 3 普及率法 移动电话人口普及率预测法结合类比分析，找出类似城市发展的趋势来推 及自身发展的趋势。 2 2 2 2 用户群预测 t d s c d m a 系统支持的业务种类相当丰富，不同的用户群体常用的业务种 类也不太一样，使用相同业务类型的行为特征也有区别。为了更准确的建立业 务模型，基于用户的消费行为和消费能力，将用户划分为高、中、低端三个用 户群，为不同用户群建立相应的业务模型，不同规划区域的用户群比例各不相 同。 2 2 2 3 业务预测 3 g 网络相比于传统的2 g 网络，一个显著特性是支持的业务种类大大丰富。 这些业务种类中，丰富多彩的数据业务占据了很大的比例，并且随着网络和应 用的发展，新的业务类型也会不断出现。3 g 网络允许对无线承载的特性进行协 商，因此能够为现存应用及未来出现的新应用都提供良好的支持。在进行业务 预测时，应该充分的考虑各种不同的业务类型、需要的承载以及不同的用户类 型，以期为将来的变化提供足够的支撑。 2 2 3 网络规划目标 2 2 3 1 覆盖目标 t d s c d m a 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。在规划区域内，市区范围内室内室外覆盖率达到网络设计覆盖要求，部 分重要建筑物要满足运营商提出的室内覆盖概率要求；县城、乡镇近郊基本全 面覆盖；高速公路、国道等交通干线及主要旅游景点达到良好覆盖，农村和郊 区有效覆盖区域达到话音业务基本覆盖要求。二期和三期工程覆盖目标，市区 重庆邮电大学硕士论文第二章t d s c d m a 无线网络规划 内除了要保证室外覆盖概率进一步优化，还要保证室内覆盖概率达到网络设计 要求，城区和郊区、农村环境覆盖效果进一步完善。 2 2 3 2 容量目标 t d s c d m a 网络的容量规划目标就是在已有数据( 主要是已有的用户数、 预测的用户增长以及用户的类型等) 的基础上，实现能够基本满足已有目标业 务量的容量需求，根据用户业务密度信息以及用户增长速度率预测的基础上， 为将来的扩容留有预算方案，以便有更好的扩容方案，满足将来用户的增长。 2 2 3 3 质量目标 网络服务质量规划主要包括传输质量和接续质量。其中，传输质量主要有 误码率b e r 和误块率b l e r = 接续质量主要有接入成功率，掉话率，电路呼损、 切换成功率和覆盖区内数据业务速率。因此，规划方案的质量目标就是应该保 证这些网络质量指标应该尽可能的优化。另外，不同的业务类型有不同的服务 等级，有些要求有较高的服务等级，有些要求就低些，有时在相同的业务类型 在不同的环境下所要求的服务质量也是不同的。如语音业务在郊区环境下其服 务质量要求就要低于在市区的环境下。 2 2 3 4 成本目标 在保证满足覆盖和容量且标的基础上，从节约建设成本的角度考虑多种手 段和方法，努力将建设成本控制在合理的水平上。 控制成本目标的主要方法有： 1 在设备供应满足要求的条件下，根据覆盖目标合理采用宏蜂窝基站、射 频拉远、直放站等多种低成本覆盖手段； 2 在站址及天线挂高满足网络设计要求的前提下，充分翻硝已有的站点， 利用现网传输、电源、配套资源，降低投资； 3 工程建设分阶段进行，根据市场需求及覆盖区域的重要性来安排工程的 实施阶段。 2 。3 预测分析阶段 在预测分析阶段，主要是根据前期进行的需求分析，通过使用软件等工具 完成网络规划的布局和仿真等工作。 1 2 重庆邮电丈学硕士论文第二章1 1 3 s c d m a 无线网络规划 根据需求分析得到的容量目标，可以进行相关的业务估计，根据覆盖目标。 进行链路预算，然后将这两者结合起来，得到初步的网络初始化方案。将相关 的信息作为输入数据输入到相关软件中，进行小区规划及仿真分析，得到相关 的初步结果，这就是在网络规划预测分析阶段所应该进行工作及结果。 覆盖目标和容量目标决定了无线网络必须采用的基站或小区个数即网络规 模，因此网络规模估算分为覆盖估算和容量估算两个部分。 覆盖估算是在获知电波传播模型的条件下，对通信链路中的各项增益和损 耗进行核算，以确定在最大允许路径损耗的情况下无线电波在空中的传播距离， 这就是小区的覆盖半径，最后根据要求的规划区域覆盖面积和每个小区的覆盖 面积，就能确定为达到覆盖目标所要求的小区数目。 容量规模是为满足系统的容量需求所必须采用的小区数目。由于 t d s c d m a 系统能提供多种业务，而各种业务的特征参数也不同，因此给容量 估算带来了一定的匿难。需进行混合业务容量估算，同时估计每个小区能提供 的容量大小，由总的容量需求和每小区容量容量提供能力确定容量规模。 需要注意的是，t d s c d m a 系统由于覆盖和容量相互关联、相互影响，不 能对覆盖和容量独立进行估算，必须在假定一定的容量条件下来进行覆盖估算， 在此条件下进行链路预算，得出覆盖半径。 ， 2 3 1 覆盖估算 2 3 1 1 无线传播模型测试与校正 传播模型的准确是网络规划能否满足实际需求的必要前提之一，为网络规 划提供无线覆盖的依据，因此进行传播模型测试和校正【1 2 】【1 3 】【l4 】是重要且必需 的。传播模型结合链路预算后得出的最大允许路径损耗，用以确定小区的覆盖 半径。 当前3 g 移动通信“b 界采用的传播模型多为通用模型，该模型在h a m 模型 的基础上添加了一些额外的功能，增强了模型的灵活性和准确性。该模型是一 个统计模型，可用公式表示如下： r x l e v = e i r p p a t h l o s s p a h _ l _ z 掰2 厄+ 乜1 0 9 ( 印+ 岛( 励砷+ 乜1 0 9 ( 正删+ 厄1 0 9 ( 上 阳们 + 意；1 0 9 ( 矧1 0 9 ( 印+ 岛( 占晒| f 1 口咖一【o s 0 + c 如船一妇 、7 其中，r x l e v 为接收信号功率电平( d b m l ，e i r p 为基站有效辐射功率 重庆邮电大学硕士论文 第二章t d s c d m a 无线网络规划 ( d b m ) ，p a t h l o s sp a t h _ l o s s 为传播路径损耗，k 。为衰减常数，k 2 为距离衰 减系数，k ，、k 。为移动台天线高度修正系数，k ，、k 。为基站天线高度修正 系数，k ，为绕射修正系数，c l u t t e r l o s s 为地物衰减修正值，d 为基站和移动 台之间的距离( b 竹) ，h m s 为移动台天线有效高度( 埘) ，h e f t 为基站天线有效高 度( 州) ，为得到某地区的传播模型，必须确定( t 1 k 7 ) 的值。 无线传播模型测试是在具有代表性的典型的站点架设信号发射机发射连续 信号或模拟真实基站的导频信号，然后在该点周围选取适当的路线驱车采集接 收信号，站点的选取和路线的确定都应该尽量保证采集数据的有效性。传播模 型校正是对采集的大量数据进行曲线拟合的过程，即确定传播模型公式中的各 个参数，该过程一般通过专门的软件来完成。 2 3 1 2 链路预算 链路预算是覆盖规划的前提，通过计算业务的最大允许损耗，可以求得一 定传播模型下小区的覆盖半径，从而确定满足连续覆盖条件下基站的规模。影 响链路预算的因素很多，除了手机的发射功率，基站的接收灵敏度外，还有阴 影衰落余量，建筑物的穿透损耗，业务的速率和品质因素f 等，所以，链 路预算也应该区分地理环境和业务种类进行。 通常覆盖规划都是以u e 能够达到的最大半径为基础进行计算( 即上行链 路预算) ，因为影响下行覆盖半径的不确定因素很多，如同时连接的用户数、用 户分布、用户速率等，计算起来较为复杂。通常情况下，基站的功率都是满足 覆盖需求的，而u e 的发射功率受造价和电池供应限制，比基站功率小。因此 覆盖一般是上行受限，只有当小功率基站配置非对称数据业务，并且使用天线 前置放大器，业务覆盖范围就会变成下行链路受限的。 下面对链路预算做一些简单的分析。 1 密集城区、一般城区，郊区和农村，这些环境因素只是影响：阴影衰减 余量、穿透损耗，也可能影响干扰余量( 负载不同) ； 2 移动速度和信道类型，这些因素只是影响快衰落余量和e 6 。； 3 业务类型只是影响处理增益和e 。； 4 t d s c d m a 与w c d m a 的不同点在于：扩频带宽、接收机的热噪声系 1 4 重庆邮电大学硕士论文第二章t d s c d m a 无线网络规划 统、接收机的热噪声功率、干扰余量、处理增益、e 。、基站的天线增益、 基站中的综合损耗、快衰落余量和切换增益： 5 t d s c d m a 基站接收机热噪声系数为7 0 ，终端接收机热噪声系数为 9 0 ：而w c d m a 基站接收机热噪声系数为5 0 ，终端接收机热噪声系数为7 0 ； 6 关于干扰余量。由于在t d s c d m a 系统中采用了智能天线和联合检测 技术，因此干扰余量大唐认为应该在0 5 d b 左右，而w c d m a 中一般取为3 d b ； 7 关于t d 中基站端天线增益，按照大唐的说法，目前t d s c d m a 的全 向单根天线增益为8 d b i ，三扇区单根天线增益为1 4 d b i ； 8 阴影衰落余量与环境和边缘覆盖率有关； 9 关于处理增益。在w c d m a 中，以1 2 2 k 的语音业务为例，它是1 2 8 倍扩频，扩频增益是2 1 d b ，处理增益是1 0 l o g ( 3 8 4 m 1 2 2 k ) = 2 5 d b 。相应的在 t d s c d m a 系统中，1 2 2 k 语音业务是8 倍扩频，其扩频增益是9 d b ，考虑4 d b 的编码增益和q p s k 调制，处理增益是9 + 4 - 3 = 1 0 d b ； 1 0 关于发射功率，在t d 。s c d m a 系统中，对于下行，每个时隙的总发 射功率为3 9 d b m ，假定所有的码道平均分配这3 9 d b m 的功率，即每码道平均 2 7 d b m ，即使对于轻负载的情况，单码道的功率仍为2 7 d b m ，这时基站保留一。 部分功率不发送。上行每个时隙的总功率为2 1 d b m ( 语音) ，小区边缘的用户 完全使用这些功率，并平均分配到每个码道上； 1 1 这里的覆盖是静态的，即不考虑移动台的速度等，信道为高斯信道，j 对于其他信道环境和不同移动速度下的覆盖要就行修正。 下表2 2 给出了1 2 2 k 语音业务下行链路预算参数其值及计算过程。 t d s c 咖a备注 密集城区一般城区郊区农村 项目单位话音 速率k b p s 1 2 2 系统参数 工作频率 m h z2 0 0 0 扩频带宽 m t t z1 2 8 b o l t a m a n 常数w ( n z * k ) 1 3 8 e _ 2 3 室温( t ) k2