（通信与信息系统专业论文）tdscdma+femto+son室内覆盖策略的研究.pdf

摘要 摘要 t d s c d m a 是我国自主的3 g 标准，经过多年的发展，目前也基本上趋于 成熟，t d 用户也越来越多，随着室内区域成为了3 g 通信系统业务的主要发生 地，使得t d s c d m a 室内覆盖成为衡量网络质量的关键。另一方面，室内毫微 微f e m 幻基站是目前解决室内覆盖的最佳选择，但如此多f 锄t o 基站，网络规划 过程又带来了新的困难，因此研究t d s c d m af e i i 哟s o n ( s e l f - o r g ；1 1 1 i s 咄 n 酣o r k s ) 自配置自优化技术是目前研究的热点问题，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。为用户提供高质量的服务和为运营商 减少网络的运行维护成本。 本文首先研究了传统的室内覆盖系统，给出了室内覆盖规划的流程，室内区 域成为业务量需求迅速增加的地方，需改善室内覆盖策略，以提高室内通信质量。 研究了f 锄t 0 室内覆盖策略可行性，接着对网络规划的流程，从无线网络规划思 想、t d s c d m a 网络规划原则、t d s c d m a 网规要点、t d s c d m a 网规流程 及s o n 自配置自优化技术进行阐述，t d 网规流程主要涉及到需求分析、无线环 境分析、传播模型校正、规模估算等，指出了f e m 协在室内覆盖策略中的作用， 并对t d s c d m a f e m t 0s o n 进行深入研究，提出了f 锄t 0s o n 的邻区列表、频 点和功率自配置自优化策略，并进行设计，最后在o 阶厄t 环境下，分别在静态 仿真和动态环境下对f e m t 0s o n 的邻区列表、频点和功率自配置自优化策略算 法进行了性能仿真，验证s o n 的加入对网络性能有提升作用，在下一步的研究 工作中，s o n 策略还需要进一步深入研究。 关键词：t d s c d m a ；室内覆盖；f e m l o ；网络规划；s o n a b s t r a c t t d s c d m ai so l l rc o m 缸y s3 gs t 强d 锄担觚e ry e a 瑙o fd e v e l o p m e 鸥i tn o w h 嬲b 鼬i c a l l yb e c o m em a t u r e 锄dt d 璐e r sb e c o m em o r ea n dm o r e n l ei n _ t i 晡0 r r e 西o nb e c a m em a i nb u s i n e 豁p l a c eo fa3 gc o m m u i l i c a ：t i o ns y s t c m ，锄dm a k e 1 d - s c d m a 砌0 0 r c o v e m g eb e c o m e s 圮k e yo fn 咖o r k o n 也eo 也e rh 锄d ，f 锄b 嬲es t a t i o ni sc 盯e n t l y 也eb 懿tc h o i c et 0s 0 1 v em e i n d 0 0 rc 0 v e r a g e ，b u t m a n yf e m t ob 弱e 咖i o n sb r i n gn e wd i 伍c u l t i e st 0 珊咖r k p l 锄地p r o c e s s s o 恤咖d yo ft d s c d m af e m t 0s o n ( s e l o 玛a i l i s 吨 n 咖r l 【s ) s e l 仁c 0 i g i n 血ga n d 辩l f o p t i i i l i z i i l gt e c l l i l o l o g yi sa h o tr e s e a r c hi s s u e ，t 0 m e e tt l l ec a p a c 蚵锄ds e i c eq l l a l 时u n d e rt h ep r e 血s e ，t 0m i i l i i l l i 扰也es y s t e m 戚t r e d u c ec o s t 锄dt 0p 州d el l s e r sw 陆h i g h 掣i a l i 锣s e i c e 缸l df o rm ec a r r i 既踞d r e d u c en e t 、0 r k0 p e m t i o na n d 础册n c ec o s t t l l i sp 印e rs t u d i e st ：h e 也m i t i o n a lm o o rc o v e r a g es y s t c m ，i n c l u d i l l gt l l ei n d 0 0 r c o v e r a g ep l 舡m i l 冯i m e r i o rr e 西o ni i l _ t 0 血eb l l s i i l e s sd e m a i l di n c r c 弱e sr a p i d l y ，a n d n e e dt 0i i n p r o v ei 1 1 d o o rc o v e r a g es 仃a t e g y ，s o 鹊t 0 曲p r o v c 血ei r l d o o rc 0 咖m l n i c a t i o n 咄i ts t u d y sf e 嬲i b i l 时o ff e m t 0i i l d o o rc 0 v e r a g es t r a t e 鼢i 1 1 c l u d i n gt l l en e t 、0 r k p l 锄n i n gp r o c e s s ，五maw 讹1 e s s 咖r kp 1 锄i l i l l gi d e 鹊，t d s c d m an 酏w o r k p l a n i l i n gp 血c i p l e ，t d s c d m a 粥帆o r kp l 锄血岛n 酿阳r kp l a n 血培p r o c e s sa n dk e y p o i r i t so ft d - s c d m as o ns e l f c o 蚯g u r ：i r 培锄ds e l f - o p t i i n i z a t i o nt e c l m o l o g i e s t d 咖r kp l 锄i l i n g p r o c e s sm a i l l l y i n v o l v e s 廿l ed e m 锄da i l a l y s i s ，e n v 拍砌e n t a l 姐a l y s i s ，r a d i op r o p a g a t i o nm o d e lc o 玎e 砸o i l ，s c a l ee s t i m a t i o n ，a n dp o i l l _ c e so u tt l l e 缸1 商0 no ff e m t 0i 1 1 砌0 0 rc 0 v e 豫g e ，锄dd e 印l ys t u d y 廿1 et i - s c d m af 锄t 0s o n ， p u 缸gf o r w a r df 锄t 0s o n n e i g l l _ b o rl i 瓯舶q u e n c y 距dp o w e rs e l f - c o 血g a t i o n 觚d 1 0 0 p t i 加i 刎0 ns t r a t e 黟f i n a l l y ，i i lm eo p n e te n v 拍n 麟斌，i 1 1m es t a t i cs i 舢j 1 撕o n 觚dd ) r l l a n l i ce n v i r o 姗e n t ，i tf e s p e c t i v e l y 昏v e sm ep 曲棚撇c es i i n i l l a t i o no ff 锄t 0 s o nn e i g l l b o r1 i s t ，f b e q u e n c ya n dp 0 、e rs e l f - c o 血g u r 撕o na n ds e l f - o 埘i i l i z 撕o n 蛐g y ，t 0v 酣矽m ep r o m o t i o no fn e t 、0 r kp e r f o m 姗c e 晰也妇1 ej o i i lo fs o n i i l 也e m n e x ts t e po f 舭阳s e a r c hw 0 咄i tn e e d s 缸岫咖d yo ns o n k e yw o r d s ：) - s c d m a ；i n d o o rc o v e r a g e ；f e m t o ；m 铆o r kp l a 衄j n g ；s o n 第一章绪论 1 1 课题研究背景 第一章绪论 1 1 1t d s c d m r a 简介 目前，全球范围内共有w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a 三种3 g 标准， 其中t d s c d m a 是我国提出的、具有自主知识产权的3 g 标准，随着t d s c d m a 技术的不断发展，可以看到t d 的网络质量将直接决定t d 运营的成功与否。 t d s c d m a 目前研究的现状是首先在网络方面：覆盖，基站数量不足，室 内覆盖有待提高；系统稳定性，产业化程度不高；性能有待提高，传输速率不理 想；网络优化有待加强。其次在终端方面：稳定性，死机现象；多模，语音业务 和2 g 的互操作性；待机时间短等。 t d s c d m a 未来的演进技术是t d l t e 。目前运营商已经向t d 设备供应商提出 要求，二期t d 设备全部支持向l t e 的平滑演进，同时，按照计划，t d 基站等平台也 将与l t e 共用。因此，可以预见未来t d s c d m a 的演进将会是极为平滑和经济的， 与w c d m a 向f d d - l t e 的演进平滑性有可比性【1 1 。 做好t d s c d m a 是保障t d _ l t e 成功的前提条件，目前t d s c d 姒产业链已经 相当成熟，在向t d l t e 的过渡中，t d s c d m a 对t d l t e 有相当的技术贡献， t d s c d m a 产业链厂家是发展t d l t e 产业的生力军，因此，运营商做好t d s c d m a 是未来t d l t e 网络和运营成功的强有力保证。 在t d s c d m a r 5 版本中，在接入网侧主要增加了h s d p a 功能，在r 6 版本中， 主要增加了h s u p a 功能，为了应对w i m a x 的竞争，3 g p p 成立了3 g p pl t e 项目组， 致力于3 g p pl t e 版本演进的需求和技术规范，演进过程如图卜1 所示。 群h 渊h 黼h 粼h 留 图1 1t d 标准演进图 t d s c d m af e n l t 0s o n 室内覆盖策略的研究 t d d 模式的演进有两个方向：一个是多载波t d s c d m a ；另一个是t d d o f d m ， 多载波t d - s c d m a 方案作为一个强调兼容性的平滑演进版本，为现有的t d s c d m a 系统提供一套性能提升的方案；t 叻一0 f d m 方案作为一个强调性能提升的全新版 本，为现有的t d s c d m a 系统提供l t e 演进方案。 1 1 2 室内网络覆盖 移动通信网络信号的无缝覆盖是其网络发展的最重要目标之一，但单纯地追 求覆盖还远远不能满足业务需求。因为不同区域的用户需求和业务量不同，必须 加以区别对待，例如在人口密集的城镇的基站密度就远远高于地广人稀的农村。 据2 g 历史数据统计分析【2 】，室内的覆盖面积只占移动通信覆盖的区域总面积的 2 0 左右，用于解决室内覆盖的基站数量只占总基站数的2 5 左右，但在室内却 产生了所有覆盖区域的业务量的7 0 。 据专家分析【3 】，室内用户分布密度一般大于室外用户两倍及以上，高价值商 务客户主要集中在室内，室内静止用户更有可能使用3 g 丰富多彩的数据业务， 因此专家预计【2 】，未来3 g 业务中将有9 0 的数据业务发生在室内。可以说，保 证网络良好的室内覆盖，是提高服务等级、发展客户的关键，是决定3 g 成败的 重要因素。首先，室内是用户需求较为集中的区域，完善室内覆盖意义重大。室 内是移动通信网络为用户提供高质量、高容量的通信业务的重要区域。对于3 g 而言，移动业务的潜在的市场也将会在几类重点区域：密集的城区，包括市中心、 商业区、公司等；热闹的场所和休闲区域，包括机场、商业区、宾馆等。除此之 外，还涉及宏蜂窝覆盖不到的场所，如隧道、地铁、地下区域等。3 g 为终端用 户提供了许多新的业务，包括视频电话、视频流、游戏、埘s 、e m a i l 、w e b 等， 这些新业务更容易在室内使用，而且要求更高的网络容量和q o s 保证。因此可以 说，完善室内覆盖意味着扩大覆盖区域，提供更大的网络容量，吸引更多的用户， 产生更大的通信业务，从而带来营业收入的增加。3 g 室内基站还可以减少小区 的“呼吸效应”，在室内，用户共享每个扇区提供的功率，而基站提供功率取决 于用户的业务和用户与其之间的距离，在较高的导频污染环境下，终端需要更大 的功率，产生更多的干扰，从而降低整个系统质量；而用室内小区提供容量，在 目标建筑物中提供无缝隙覆盖，可以减少室外宏站负荷，同时室内用户可以获得 高质量的服务。但是在2 g 向3 g 演进的过程中，移动通信网络的室内覆盖还存在 2 第一章绪论 一些问题亟待解决。目前，室内达到信号质量标准的区域仅有2 2 9 9 到2 3 5 9 ， 与覆盖目标相差很远，按照有关要求，在密集城区，建筑物室内3 g 覆盖一般要 求达到信号质量标准的区域应大于9 5 。由此可见，室内覆盖还有很大的发展空 间。 在2 g 时代，室内覆盖存在的主要问题是室内外干扰的控制，到了3 g 时代问 题更复杂了，首先，需要解决多系统室内覆盖的问题。实现多系统室内覆盖 ( 2 g 3 g w 1 a n ) 十分必要，因为目前运营商已有规模庞大的2 g 室内覆盖系统， 同时考虑节约成本的需要，需要对多系统室内覆盖进行整体规划并重点考虑共存 干扰问题、器件共用及相关要求，哪些无源、有源器件能够共用，哪些必须新增， 要对共用器件提出相应的技术要求，同时要处理好共用时不同系统覆盖范围不一 致问题。其次，要做好3 g 室内覆盖规划，包括多种解决方案选择、信号源选择、 是否需要d a s 【1 3 】以及天线接入点个数、直放站如何使用以及室内外同异频选择 等。在毫微微基站出现后，毫微微基站的引入，又出现新的室内覆盖策略。另外， 要做好3 g 室内覆盖的优化问题，包括室内外干扰控制、室内外切换等。解决室 内覆盖，不仅需要运营商的高度重视，还需要做好整个网络部署的规划，室内网 络规划将在第三章中具体介绍。 1 1 3f e m t o 基站 信息化的发展及网络资源的日益丰富，越来越深入地影响人们的工作和生 活。从用户需求的角度，随时随地和高速地接入网络，访问快速便捷的服务，对 增强用户体验、辅助工作生活具有重要作用。考虑到用户的角度，运营商总是千 方百计提高服务的质量。然而，共享有限的空口带宽资源使得宏基站的服务能力 不足，昂贵的基站建设成本和无线的高频率增大了室内覆盖的难度。尽管如此， 有数据显示，家庭是用户使用无线蜂窝业务集中的地方( 在家庭中的话音业务甚 至可占整体话音业务的7 0 ) 。提供以家庭为中心的服务，既能分担宏基站的压 力，又能针对家庭位置区域和应用场景提供特色业务。综上所述，传统意义上的 宏基站也不能满足室内区域，运营商和设备厂商就会寻求更好的室内覆盖设备。 如此，家庭毫微微基站即f 锄t 0 基站应运而生。可以说，f e n l t o 基站对新一代无 线通信具有十分重要的意义，不论是t d s c d m a 、w c d m a 、还是c d m a 2 0 0 0 ， 对于可预见的数据业务更大的t d l 1 陋，f e m t 0 基站的作用也举足轻重。 3 t d s c d m af e m t os o n 室内覆盖策略的研究 熏母 铋 h “b l f m t o c 露a c c h h 脯o 伥 氮静一 弋炯一。j n _ 一 二只- 雹 图1 2f e m t o 基站接入图 f e m t 0 基站接入图如图1 2 所示，可以看到f e n l t 0 通过宽带路由器将用户的 移动终端连接到i i l t 锄e t 。拥有f e m t o 的家庭将彻底摆脱网线的限制。用户数据 通过f e m t o 集中到f e m t o 网关，通过f e n l t 0 网关接入到运营商的核心网。在核 心网内部，通过f e n n o 传输的数据与通过传统宏蜂窝传输到核心网的数据与宏蜂 窝一样，有效的保护了运营商的投资【1 1 1 。 业界普遍认为，f e m t o 基站没有带来颠覆性的技术。然而，为实现本地d 设备访问及砷| e n l e t 等i p 流量的卸载，一种设计方法是在更靠近用户侧( 可能集 成在f e m t o 上) 实现核心网功能( 如g g s n ) ，使得网络的架构更扁平化、用户 数据的路由更优化、传输的成本更低。因此，f e m t 0 基站不仅仅是技术的演进， 它还将引发网络架构的深刻变革。 1 1 4 网络规划 网络规划必须要达到服务区域内最大程度的时间、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，最大地发挥系统服 务质量，在满足容量和服务质量的前提下，尽量减少系统设备单元，降低成本。 网络规划要考虑覆盖( c o v e r a g e ) 、服务( s e r v i c e ) 和成本( c o s t ) 三个要 素，如何做到这三要素的和谐统一，是网络规划必须面对的问题。一个好的组网 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，网络规划必须符 合当地的实际情况，必须适应网络规模不断的发展，系统容量以满足用户增长为 4 第一章绪论 前提，要充分利用已有的资源，应平滑过度，注重网络质量的控制，保证网络安 全、可靠，综合考虑网络规模的未来发展。 规划策略的思想是覆盖点、线、面，充分吸收话务量。 材点”覆盖：指的是重点覆盖区域包括：高级写字楼，高档宾馆区、高档住 宅区、大型商场、集市和娱乐场所、医院等重点覆盖区的楼上或以重点覆盖区为 中心5 0 m 之内的站点； “线”覆盖：指的是在上述“点的基础上，串联起来进行覆盖，主要考虑 无线电波的穿透墙体等。 “面 覆盖：在上述主要站点选择之后，进行覆盖区的覆盖。主要是把各个 独立的主要站点连接起来，保证网络的连续覆盖。对位于普通的居民住宅区的次 要站点，站点的选择根据住宅区的疏密情况保持一致，站点之间的距离在1 0 0 m 左右，三载波导频发射功率是1 4 d b m 的情况下。 一个覆盖良好、性能完善的网络，是经过多次规划不断建设完成的；如果只 有宏蜂窝的广域覆盖，是不能完全解决道路、热点和重点建筑的覆盖。在组网过 程中，室内覆盖需要灵活使用宏蜂窝、微蜂窝、射频拉远、直放站。 1 1 5s o n 技术 要做好室内网络规划，在不浪费大量人力和时间的前提下，运营商和设备商 希望能有一种策略，让f e m t 0 基站上电后能够进行简单的参数配置。下面来介绍 一种技术来解决参数自动配置的问题。s o n 是s e l f o r g 猫z i n gn 鲍o r k 的英文缩 写，中文意思是自组织网络，s o n 实际上是一种网络管理和优化技术，并不是 种实体网络。 为什么要提出s o n ? s o n 主要是移动网络运营商为了减少网络的运行维护 成本而提出的，用户对带宽需求增加，运营商增加了m i c r o c e l l 、p i c o c e l l 、f e m t o c e l l 和r e l a y 等等来提高网络容量，网络中网元数目迅速增加，传统靠人工进行网络 规划和优化将造成网络运营成本巨额增加，在这样的情况下，提出了自规划、自 配置、自优化的需求，即所谓的s o n 。尤其是f e m t o c e n 的提出，由用户自行购 买、安装，要求能实现“即插即用”的功能，运营商无法进行规划和配置，更需 要s o n 技术的支持。 面对下一代无线网络部署和运营，为了减少运营成本和维护成本，运营商一 5 t i ) 。s c d m af e n l t os o n 室内覆盖策略的研究 方面要建立和运营一个网络，比如规划、配置、优化、计算、调整、测试、预防 错误、减少失败、自我恢复等多项工作。另一方面，需要简化用户的使用流程， 比如基站设备，用户买回家即插即用，一上电能够自动获取配置参数自己运行。 因此下一代移动网络的趋势必然是自配置、自优化、自适应、自修复，人为因素 对网络的影响要越来越小。 在3 g p pr 8 协议中对s o n 的功能作了简单的介绍【2 7 】： 自配置：新增网络节点( 例如基站) 的配置能够做到即插即用，以降低成本并 简化设备安装流程，这个过程在预操作状态进行。该状态可理解为e n b 上电开 通、实现与骨干网连接，直到r f 发射器打开。自配置过程包含基本建立和初始 无线参数配置两部分。 自优化：终端u e 和基站e n b 的测量和性能测量，对参数自优化以尽量减 少业务工作量并提高网络质量和性能。该过程在可操作状态。可操作状态就是 r f 发射器已打开。自优化过程包含优化适应过程。 自修复：系统检测到问题时能自主减轻或解决，大大减少维护工作成本并避 免对网络质量和用户感受的影响。 其中自配置包括e ；n b 站址、容量和覆盖的规划：新c n b 无线参数的规划：新 c n b 传输参数的规划：针对所有邻接节点的规划数据调整；e n b 的硬件安装：射频 设置：节点鉴权：o & m 安全通道和接入网关设置：自动资产管理：e _ n b 自动软件下 载：自测试：h o m ee n b 配置【4 2 l 。其中自优化包括以下几方面： 邻区列表优化：本小区邻区列表的优化，同样涉及新上电小区的初始邻 区列表的配置； 干扰控制：在l 1 e 中干扰必须在上、下行都进行协调，这可以提高s 瓜 和相应的吞吐量。自动设置和修改这些参数即是s o n 的任务之一； 切换参数优化：优化切换参数以最小化人工干预( 与邻区列表优化相 关) ； q o s 相关参数优化：q o s 相关参数优化涉及接入控制参数、优化拥塞控 制参数优、分组调度参数优化、链路层重传策略优化和覆盖空洞监测等 方面； 负载均衡：当大量处于i d l e 和a c t i v e 态的u e 出现在一个小区时，可用 6 第一章绪论 资源可能不足以保证g b r 业务的服务质量。一种应对拥塞小区的低成 本方法是把业务均衡到较低负荷的邻区。这可通过根据小区负荷优化小 区重选切换参数来达到； h o m ee _ n b 的优化：h e n b 预期将会被部署在广泛多样的场景，多数的 部署场景下无线环境可能会由于h e n b 频繁的开关和用户改变设备的位 置等而不断变化。针对特殊的无线环境，h 椰参数的动态适应是必需 的，以保证h e n b 限制其干扰水平，同样也限制其带给网络的干扰总量； r a c h 负载优化：期望结果一是减少r a c h 冲突概率，包括减少呼叫建 立时延，减少上行失步状态的数据再续时延，减少切换时延，提高呼叫 建立成功率，提高切换成功率。二是优化保留给r a c h 的上行资源量对 系统容量有正面影响。 1 1 6t d s c d m 【af e m t os o n 简介 在t d s c d m af e m t 0 基站架构下对s o n 技术的要求有别于l 1 es o n ，在 d f 锄t 0 下要求s o n 有自配置和自优化功能。 自配置功能包括：频点自配置、自动邻区配置、自动扰码配置、自动功率配 置和自动空口同步对象选择【3 3 】。基于本章研究的重点，重点讲述t df e i n t 0 基站 下的频点、邻区和功率自配置功能。频点自配置是删s m a n a g e m e i i ts y s t e m ) 向f e m _ t 0 基站下发候选频点列表，f e n l t 0 基站测量各候选频点的p c c p c h 接收 功率，选择干扰最小的频点作为当前的频点；邻区自动配置是h m s 向f e m t 0 基 站下发f e m t 0 候选频点列表，根据测量的候选频点的p c c p c h 信号强度大小， 选择信号强度大的若干个小区加入f e m t 0 基站邻区列表；功率自配置是基站根据 邻小区的p c c p c h 信号强度或接收带宽总功率，调整下行导频及最大发射功率， 减小与邻站的下行干扰。 自优化功能是初始频率自动优化、扰码自动优化、周期性频率自动优化、下 行干扰检测和指示等功能。其中初始频点自优化指f e m t 0 上电后，对频点列表中 的频点进行测量，根据测量结果，选择合适的频点作为工作频点，当周期到时， 考虑干扰较小，重新配置工作频点；另外在实际应用中，除了上面提到的自优化 功能，也要对邻区列表和功率进行自动优化，将在下述章节中具体介绍。 1 2 国内外研究现状及发展趋势 7 t d s c d m af e l t 0s o n 室内覆盖策略的研究 f e m _ t 0 自2 0 0 7 年起受到了各界的广泛关注，f e n l t 0 这一新兴的技术受到运 营商、设备商以及一些新兴的互联网公司如g 0 0 9 l e 的共同推动，目前主要的设 备商在f e m t 0 上的研究如下所述； 1 ) i p a c c e s s 公司于2 0 0 7 年推出了f e m t 0 产品o y s 钯r3 g ，是f e m t 0 端到端 的解决方案； 2 ) 摩托罗拉f e m t 0 接入点是一个小型的，低功率，易于安装的3 g h s d p a 接入点； 3 ) 阿尔卡特朗讯f 蹦1 t 0b s r 是基于w c d m a h s d p a 的家庭基站路由器， 将n o d e b 、r n c 、s g s n 和g g s n 集成到支持宽带业务的单一网元，最重要的 是即插即用，自动配置和自适应优化； 4 ) h u b b u bc d m a 是加r v a i l a 公司推出的f e i n t o 接入点，采用扁平化的口 架构； 5 ) 华为公司推出了f e n l t 0c p e 通过p 网络连接到核心网侧的f e n 0 网关 a g ，a g 连接到现有的3 g 核心网上； 随着f e i n t 0 基站的不断发展，可以从技术发展趋势和设备发展趋势来阐述其 未来发展方向： 1 ) f e n l t 0 空中接口符合3 g p p 的标准，支持多种网络，f e m t o 接入点已经基 于g s m 、w c d m a 、h s p a 、c d m a 2 0 0 0 、t d s c d m a 、w i m a x 、l t e 的f e m t o 产品或者参考设计。现阶段一个f e m t 0 接入点只能满足一种标准，将来发展的趋 势则是一个f e m t 0 接入点支持多种网络； 2 ) f e m t 0 接入核心网的方式标准是凡n 网关的方式，使用i u - p s ，i u c s 接口， 现阶段的这种方式切合实际且成本低。而其发展方向是朝着全i p ，直接接入 s i p i m s 网络，目前该网络没有建设成熟，不过口化的扁平架构是其发展方向； 3 ) 设备发展趋势：操作方面要求操作安装简单，即插即用；融合方面要求 与运营商的网络相融合，与网络设施提供商的接入方式融合。 在上一节介绍了s o n 技术可知，目前的研究现状是3 g p p 在e u t r a ns o n 方面的研究和标准化工作主要包括自配置、自优化和自愈合，其中自愈功能作为 一个子任务包含在n g 的白皮书中，自配置和自优化功能分别在r 8 和r 9 引 入，并在r 1 0 中进行增强【9 】。3 g p pr 8 版本开始引入e u t r a ns o n 的研究和标 第一章绪论 准化工作，其主要内容涵盖b u t 黜气ns o n 的原理及需求、c n b 自建立、自动 邻区关系( a u t o m 撕cn e i g h b o u rr e l 抓o n ，伽q r ) ；3 g p pr 9 版本对e u t 凡ns o n 的范围进行了扩充，加入了0 a m ( o p e r a t i o n 枷i l i s t r a t i o na n dm 缸e m n c e ) 侧的自优化功能，内容主要涵盖移动性负载均衡( m o b i l 毋l o a db a l 趾c e ，m l b ) 、 移动性鲁棒性优化( m o b i l 时i b b u s to p t i i n i 刎o n ，脚) 、容量和覆盖优化 ( c a p a c 姆c o v 馓g eo p t i m i z a i t i d n ，c c o ) 、r a c h 优化( r a c ho p t h 毗蛾i o n ， r 0 ) ：3 g p pr 1 0 版本对自愈( s e l f h e a l i i l g ) 功能进行了标准化，形成了新的技 术规范t s3 2 5 4 l ，同时对移动性负载均衡、移动性鲁棒性优化、覆盖和容量优 化进行了增强。 随着s o n 技术的不断完善，未来的发展趋势如下所述： 标准方面，s o n 在未来要支持开放的接口及互联互通，支持多厂商s o n 功 能的互联；算法方面，业界需进一步研究s o n 的算法，使其更加高效、收敛速 度更快。此外由于某个参数的调整会影响到其它相关性能，因此需进一步评估其 产生的增益以使运营商可以了解s o n 的相关功能是否真正起到作用或带来其它 负面效果。 另外，目前对s o n 的研究主要集中在自配置【6 】和自优化，未来会进行更多 用例方面的研究，如保证用户的q o s 、网络参数优化等。另外终端最贴近用户 需求，网络能够直接反应用户感受，终端的反馈也能为网络提供问题检测及跟踪 能力。因此网络与终端厂商会共同参与s o n 的研究，以达到最佳效果【刀。 1 3 研究主要内容及章节安排 本文研究的内容是基于t d s c d m af e m 幻自配置自优化算法的室内覆盖策 略。其中主要集中于f 锄t 0 基站的室内覆盖，传播模型校正算法以及s o n 自配 置自优化算法的设计和性能指标的仿真。 第一章首先介绍了本论文的研究背景，包括了t d s c 呲的介绍，室内网 络覆盖和f e m t 0 基站的概述，以及传统网络规划和s o n 技术的功能。 第二章主要介绍了传统的室内覆盖系统和f e m t 0 基站室内覆盖。包括传统室 内覆盖的概念、实现方法和室内覆盖系统的架构，以及重点介绍了加入f 锄t 0 基站后，新的室内覆盖系统的出现。 9 t d s c d m af e m t 0s o n 室内覆盖策略的研究 第三章主要介绍了传统的网络规划思想和s o n 技术的概述。包括了网络规 划中的重点，传播模型校正，以及针对室内场景研究了射线跟踪模型。在本章的 最后重点地介绍了s o n 技术，包括s o n 技术的功能、s o n 的架构和工作原理 等。 第四章主要介绍了s o n 自配置自优化算法。包括邻区列表自配置自优化、 频点自配置自优化和功率自配置自优化算法。 第五章主要是针对于s o n 技术中频点和功率自配置自优化算法进行性能验 证。分别在仿真平台上从静态指标和动态指标来分析加入频点和功率自配置自优 化算法后对系统性能的提升。 第六章对全文的工作进行了总结和对下一步工作的展望。 1 0 第二章1 i ) - f e m 幻室内覆盖系统 第二章t d f e m t o 室内覆盖系统 由于室内区域成为了3 g 通信系统业务的主要发生处，使得t d s c d m a 室 内覆盖成为衡量网络的关键。良好的t d s c d m a 室内覆盖不仅能够适应3 g 用 户比重逐渐增加的数据通信需求，而且能够提高信号覆盖质量。 随着城市里移动用户的不断增加以及高层建筑越来越多，话务密度和覆盖要 求也不断上升。这些建筑物规模大且墙体较厚，对移动电话信号有很强的屏蔽作 用。在大型建筑物的低层、地下商场和地下停车场等环境下，移动通信信号弱， 用户无法正常使用手机，形成了移动通信的盲区和阴影区；在中间楼层，由于来 自周围不同基站信号的影响，产生乒乓效应，手机用户频繁切换，以致甚至掉话， 严重影响了手机的正常使用；在建筑物的高层，由于基站天线的高度限制，无法 正常覆盖，也会产生移动通信的盲区。另外，在有些建筑物内，虽然手机能够正 常通话，但是用户话务密度大，基站信道拥挤，用户使用困难。 t d s c d m a 系统工作在超短波频段，电波绕射能力差，穿透损耗较大，因 此必须解决好深层次覆盖时存在的不足。和目前的2 g 网络相比，t d s c d m a 网络会有许多弱信号区出现，特别是在建筑物内部，更是存在着盲区多、易断线、 网络表现不稳定的缺点。优秀的室内分布系统必须以解决覆盖、容量、质量这三 个问题为出发点。 室内覆盖系统可以从下述几个方面进行分析【s j ： 覆盖方面，由于建筑物自身的屏蔽和对信号的吸收作用，造成了无线电波信 号较大的传输衰耗，形成了移动信号的弱场强区甚至盲区； 容量方面，密集城区建筑物诸如大型购物商场、会议中心，由于移动电话使 用密度过大，目前的网络容量不能满足用户需求，无线信道发生拥塞现象； 质量方面，建筑物高层空间极易存在无线频率的干扰，服务小区信号不太稳 定，出现乒乓切换效应，话音质量难以保证，并出现掉话现象。 和其他无线通信系统一样，优秀的t d s c d m a 室内覆盖系统存在许多衡量 指标。从网络建设和网络整体运行的角度来说，高的性能比、良好的前向兼容和 后向平滑演进支持是选择设备必须的条件。 1 d s c d m af e m t 0s o n 室内覆盖策略的研究 我国无线网络存在多种系统共存的现象，目前t d s c d m a 必将与2 g 、 w l a n 等系统并存，原有的g s m 和c d 凇系统已经在一些建筑物中构造了室 内分布系统。如果分别采取不同的无线通信系统独立建设室内分布系统的形式， 势必会造成总体投资的浪费以及会增加建设维护难度。所以，在做3 g 室内覆盖 设计时，运营商需要更多考虑多系统合一的综合室内分布系统。 t d s c d m a 室内覆盖由于在以往的测试中出现过很多问题，因而成为关注的 焦点。随着t d s c d m a 技术的不断发展，射频拉远、中频拉远和光纤拉远技术逐 渐解决了馈线多的问题。其中，光纤拉远技术【5 1 只需要一根光纤，其传输距离一 般可达5 l ( 1 n 以上，光纤拉远很好地解决了干扰和部署难的问题。但是它需要昂贵 的光学器件和较高的维护费用，施工难度比较大。作为运营商，在选择产品的时 候应仔细考虑这些技术之间的优劣势。 3 g 业务分布特点，以及t d s c d m a 频段的特性，使t d s c d m a 室内分布系统 在网络建设中具有非常重要的作用。需要充分考虑到室内环境的多样性和复杂 性，来获得投入低、覆盖效果好的室内分布系统方案。 随着移动通信建设步伐的不断加快和移动用户的不断增加，在大中城市的室 外地区已经基本做到无缝覆盖。为了提高网络质量、提高用户满意度和增加话务 量，室内覆盖越来越成为网络优化的重点。随着移动通信的普及，移动用户在室 内使用手机的机会不断增加，迫切要求能提供更好的室内移动通信环境，正是在 这种背景之下室内覆盖系统产生了。 2 1 室内覆盖系统概述 2 1 1 室内覆盖系统的概念 室内覆盖是针对室内用户群、用于改善建筑物内移动通信环境，在全国各地 的移动通信运营商中得到了广泛应用。 室内覆盖系统为上面提到覆盖、容量和质量问题提供了较好的解决方案。其 原理是利用室内天线的分布系统将移动基站的信号均匀分布在室内区域每个角 落，从而保证室内区域拥有理想的信号覆盖。 室内覆盖系统的不断建设，可以较为全面地改善建筑物内的通话质量，提高 移动电话接通率；同时，使用微蜂窝系统可以分担室外宏蜂窝网络话务，扩大网 1 2 第二章) f e n 怕室内覆盖系统 络容量，从整体上提高移动网络的服务水平【羽。 2 1 2 室内覆盖的实现方法 实现室内覆盖的技术方案有以下几种： 1 ) 微蜂窝有线接入方式 是以室内微蜂窝系统作为室内覆盖系统的信号源，即有线接入方式。适用于 覆盖范围较大且话务量相对较高的建筑物内，在市区中心使用较多，解决室内覆 盖和容量问题。 2 ) 宏蜂窝无线接入方式 是以室外宏蜂窝作为室内覆盖系统的信号源，即无线接入方式。适用于低话 务量和较小面积的室内覆盖盲区，在市郊等偏远地区使用较多。 3 ) 直放站( r e p e a t e r ) 在室外站存在富余容量的情况下，通过直放站( r e p e a t e r ) 将室外信号引入 室内的覆盖盲区。直放站以其灵活简易的特点成为解决简单问题的重要方式，直 放站不需要基站设备和传输设备，安装简便灵活，设备型号也丰富多样，在移动 通信中正扮演越来越重要的角色。在f e l t 0 基站出现之前，直放站在室内覆盖中 发挥巨大作用。 4 ) b b u + r r l 7 有线接入方式 话务容量大，组网灵活；能将富裕话务容量进行拉远，有效利用资源；需要 传输光纤资源，应用在话务量较高的写字楼、商场、酒店等建筑物。 2 1 3 室内覆盖系统的架构 室内覆盖系统主要由信号源和信号分布系统两部分组成，如图2 1 所示。 直放站 微蜂窝( 基站) 无源天馈分布方式 有源分布方式 光纤分布方式 泄露电缆分布方式 信号源 信号分布系统 图2 1 室内覆盖系统的组成 t d s c d 姒f e m t 0s o n 室内覆盖策略的研究 其中信号源提取方法如下所示： 1 ) 直放站做信号源 通过直放站的施主天线直接从附近基站提取信号； 用耦合器从附近基站耦合部分信号通过光纤传送到盲区内的直放站； 用耦合器从附近基站耦合部分信号通过电缆传送到盲区内的直放站。 2 ) 微蜂窝基站 采用独立微蜂窝基站作为信号源，可以独立承载话务量，并且可以分担宏蜂 窝小区的话务量。实施简单，无需机房资源，能够提供更多的网络资源，抑制导 频污染，可以根据实际场景灵活实现室内覆盖。 另外信号分布方式主要有以下几种：无源天馈分布方式、有源分布方式、光 纤分布方式、泄露电缆分布方式【引。 2 1 4 室内覆盖系统的工程建设 室内覆盖系统的建设可分为准备、市场、协商、设计、安装、验收、运行维 护等七个阶段【1 0 1 。 准备工作是指由技术人员对建筑物内的无线信号进行测试，确定工程选点。 准备工作是整个工程的发起阶段，下述选点原则可供参考： 第一，尽量寻找室内信号不好、人流量大的建筑物作为室内覆盖选点的对象。 第二，选择城区内的高层建筑进行覆盖，如写字楼等。 第三，分析宏蜂窝话务情况、划定高话务区域，然后在高话务区域寻找话务 热点建筑，利用室内覆盖系统吸收建筑物内的话务，从而缓解宏蜂窝容量方面的 压力。一般可选择城区中心人流量大的商场、酒店等，不论信号覆盖情况如何， 均考虑进行覆盖。 2 2f e m t o 基站室内覆盖 随着移动网络和业务的发展，运营商竞争日趋激烈，客户要求也逐渐多样化。 移动网络渗透的范围逐渐扩大，近年来，移动局域网市场发展迅速。移动局域网 指通过移动通讯网络设备组建的一片区域网络，如办公区域覆盖、建筑物内覆盖 等室内覆盖区域网络。这些地区优质终端客户密集，该类市场具备一定发掘价值 1 4 第二章1 d f e m t 0 室内覆盖系统 和潜力。目前，移动局域网络已在欧洲和亚洲商用，主要解决岛屿覆盖和室内覆 盖题目。移动局域网解决方案适合既拥有固网传输资源，又拥有移动网络资源的 全业务运营商。 移动局域网市场由于传输资源匮乏或室内覆盖信号不佳而产生。目前大多数 室内覆盖仍采用直放站和泄漏电缆部署。这种方式时间和设备本钱较高，并且也 没有充分利用频段资源，频谱利用率没有提升，信号质量较差。据统计，约7 0 的移动语音业务来自室内；约6 0 移动数据业务来自室内【8 】，因此改善室内覆盖， 进步室内移动通讯质量和数据业务能力，是全球移动运营商关注的焦点。 2 2 1f e m t o 基站室内覆盖实现方法 为了解决覆盖问题，传统的解决方法包括增加宏基站、微基站结合传统室内 分布系统或直放站结合传统室内分布系统3 种方式。随着毫微微基站的出现，提 出了改进方法来解决室内覆盖问题，毫微微基站室内覆盖如图2 2 所示。 图2 2 毫微微基站室内覆盖 室内覆盖的实现方法在2 1 2 节中已经提到，本节主要分析各种实现方法的 优缺点。 改善高话务量地区的室内信号覆盖，f e m t o 基站覆盖是最佳解决方案。微蜂 窝方式的通话质量比宏蜂窝方式要高出许多，对宏蜂窝无线指标的影响甚小，并 且具有增加网络容量的效果。 宏蜂窝提供的业务能力和容量比较大，覆盖范围比较广。f 锄t o 基站主要用 于话务量密集小区，比如话务密集的室内或话务热点区域；另外对电源配套要求 没有宏蜂窝那么多。直放站相当于一个信号延伸设备，增加信号覆盖区域，但是 t d s c d m af e m t 0s o n 室内覆盖策略的研究 不能增加容量，且信号质量一般，控制不好会对网络影响很大【1 0 】，不能满足用户 高业务流量的需求。b b u + 赋u 有线接入是一种射频拉远技术，一个站可以覆盖 几十公里，b b u 与砌阿需要通过光纤连接，在室内小区域内，使用该技术造价 高