（通信与信息系统专业论文）wcdma无线网络规划的研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 w c d m a 网络规划是移动通信网建设的核心部分，无论是w c d m a 网络建设 初期还是网络的扩容时期，细致周密的网络规划对于网络的建设成本与运行质量 都具有极为重大的意义。本文结合w c d m a 的技术特点，在汲取g s m 网络建设 经验的基础上，对w c d m a 无线网络规划的特点、内容、过程等进行了初步的探 讨，并重点对规划过程进行了研究。最后结合小城市的城区的实际情况，提出了 该地区的w c d m a 初期建设无线网络规划方案。 论文的主要研究内容和贡献在于： 1 、对w c d m a 网络结构和特点进行了分析，给出了w c d m a 网络规划的各 种参数。根据项目实际的设计需要，给出了w c d m a 规划的流程。 2 、对w c d m a 网络规划流程的每个部分进行了详细的分析，并重点对容量 规划、覆盖规划和扰码规划进行了深入的研究。 3 、基于规划流程和规划参数，对某个地区的w c d m a 网络进行了系统容量 和网络覆盖的规划，给出了相应的规划方案。 4 、对w c d m a 网络优化进行了研究，给出了w c d m a 网络优化的方法和流程。 关键词：w c d m a ，网络规划，网络优化，扰码规划，功率控制 a b s t r a ct w c d m an e 俩o r kp l a i l l l i n gi st h ec o r eo fc o n s t m c t i o no fm o b l l ec o 删m u c a t l o n n 前w o r k s ，w h e t h e rm ei n i t i a lc o n s 仃u c t i o no re x p a j l s i o no ft l l en e t 、o r kp e r i o d c a r e m l a n dm e t i c u l o u sp l a m l i n go ft h en e t 、v o r ki sg r e a ts i 鲥f i c a n c ef o rt h en e 帆o r k 叩e r a t i o n c o s ta n dq u a l 时a c c o r d i n gt ot h ef e 狐l r eo fw c d m a ，a tm eb a s i so fl e a mt h e e x p 甜e n c eo fg s m ，t h ep 印e ri n i t i a l l ys t l l d i e so ft h ec h a r a c t 嘶s t i c s ，c o n t e n t ，p r o c e s so f w c d m ar a d i on e t w o r kp 1 锄i n g ，a i l df o c u so nm ep l a l l l l i n gp r o c e s s f i n a l l y ，a c c o r d i n g t om ea c t l l a ls i t u a t i o no ft 1 1 e 讹a 1 1a r e ao fas m a l lc i t y ，m ep a p e rp r o p o s e st h e p r o 伊锄m eo f w c d m a n e t w o r kp l a 肌i n go ft h i sr e g i o n m a i nw o r k sa n dc o n t e n to ft h i sp a p e ri n c l u d e ： 1 t h i sp a p e r 倚s u ya n a l y s e sw c d m an e t 、7 l r o r ks t i u c t u r e 锄dc h a r a 曲e r i s t i c s ， p r o v i d e sm ep a r 锄e t e r s a c c o r d i n gt o t h ea c t u a lr e q u i r e m e n to ft h ep r o j e c t ，西v e s p r o c e s so fw c d m a r a d i on e 眦o r kp l 锄j l i n g 2 s e c o n d l y ，t h i sp a p e ra n a l y s e se a c hp 硪o fp r o c e s so fw c d m a r a d i on e 帆o r k p l a 衄i n g ，a l l df o c u so nc 印a c 时p l a 皿i n g ，c o v e r a g ep l a n j l i n ga i l ds c r a m b l i n g c o d e p 1 锄i n g 3 o nt h eb a s i so ft h ep l a n i n i n gp r o c e s sa n dp l a n n i n gp a r a m 曲e r s ，t h ep a p e rm a k e s t h ec 印a c i t yp l a n n i n g ，c o v e r a g ep l a n n i n go fw c d m an e 帆o r kp l a j l n i n gf o rm e a r e ao f as m a l lc i t ya 1 1 dp r o p o s e sm ep r o 黟a i i 埘eo fw c d m a n e 觚o r kp l a l l i l i n go fm i sr e 百o n 4 f i n a l l y ，“sp a p e rs t u d i e sw c d m a n e 研o r ko p t i m i z a t i o na n dp r o c e s s 龃d m e t h o do fw c d m an e t w o r ko p t i m i z a t i o n k e yw o r d s ：w c d m a ，n e 咐o r kp l a i 】- i l i n g ，n e t v l r o r ko p t i m i z a t i o n ，s c r 锄b l i n gc o d e p l a n n i n g ，p o w e rc o n t i 0 1 工 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的孑欠 士 学位论文 是我个人在导师指导下进行的研究 中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究 所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签字日期砷钯 签字日期：汐彳小z 学位论文使用授权书 本人完全了解重庆大学有关保留、使用学位论文的规定。本人完全同意中 国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程 3 0 米( 1 0 层以上) ，周同建筑物平均楼距约1 0 2 0 米； 密集市区一般在基站附近的建筑物较为密集，周罔既有较多l o 层以上的建筑物，也 有部分二十层左右的建筑物，周边道路不算太宽。 周同建筑物平均高度1 5 3 0 米( 5 9 层) ，周围建筑物平均楼距约1 0 2 0 米； 市区一般基站附近的建筑物分布比较均匀，周围主要以9 层以下建筑物为主，也 可能有零星的9 层以上建筑物，周边道路不算太宽。 城市边缘地区或乡镇中心区，周围建筑物平均高度1 0 1 5 米( 3 5 层) ，周同 建筑物平均楼距约3 0 一5 0 米；一般基站附近的建筑物分布比较均匀，周围 郊区 主要以3 4 层建筑物为主，也可能有零星的4 层以上建筑物，建筑物之间 有较宽的空间。 一般的农村地区，周围建筑物平均高度1 0 米以下( 以1 2 层房子为主) ，周围 农村 建筑物散落分布，建筑物之间或周同有较人面积的开阔地。 业务模型 1 ) 语音业务 话音业务模型的主要参数为用户平均发起呼叫的频率和平均呼叫持续时间， 由这两个参数可以计算得到单个用户忙时通话的爱尔兰数量。 2 ) 数据业务 数据业务是休眠( d o m a n t ) 状态和激活( a c t i v e ) 状态的转换。 用户的每一次会话( s e s s i o n ) 可以包含多次分组呼叫( p a c k e tc a l l ) ，而且不 同的业务类型和不同的用户类型都具有不同的特点；数据以突发( d a t ab u r s t ) 方 式传输；分组呼叫所占用的资源随着数据的突发传输而随时变化。 3 2 3 网络规模估算 在做网络规划前，可以预先估计网络的规模，如整个网络需要多少基站，多 少小区等。网络规模估算就是通过链路预算和容量估算之后，大致确定基站数量 和基站密度。再根据覆盖确定需要的n o d eb 数量的时候，计算反向覆盖可以得到 小区覆盖半径。根据各个业务区的面积可以粗略计算需要的n o d eb 数量。然后根 据用户容量确定需要的n o d eb 数量。二者之间取大即为所需要的n o d eb 数量。 网络规模直接由两个方面决定：一是由于覆盖受限而必须要的小区数目，二 是由于小区容量受限而必须要的小区数目。 网络规模估算包括两部分：一部分是基于覆盖的规模估算，一部分是基于容 重庆人学硕十学位论文 3w c d m a 无线网络规划流程 量的规模估算。 基于覆盖的规模估算 基于覆盖的规模估算步骤： 1 ) 使用现有模型( 或进行传播模型测试与校正，得到当地无线传播模型) ； 2 ) 使用链路预算工具，在校正后传播模型基础上，分别计算满足上下行覆盖要 求条件下各个区域的小区半径； 3 ) 根据站型计算小区面积； 4 ) 用区域面积除以小区面积就得到所需的基站个数。 确定传播预测模型 选择合适的传播模型可以进行w c d m a 小区半径的估算。通常，在无线系统 中进行小区半径测算时有几种模型可供选择。 在w c d m a 网络规划中，传播模型是进行网络规划的重要工具，传播预测的 准确性将大大影响规划的准确性。众所周知，无线信道的电波传播特性与电波传 播环境密切相关，不同频段下的电波传播受到传播环境的影响，包括地貌、人工 建筑、收发天线间的距离、天线高度等。根据不同的无线传播特性和电波传播方 式，人们已经提出了各种典型的传播模型，如0 k u m u r a h a t a 模型、c o s t 2 3 1h a t a 模型，在这些模型中前面所提到的各种因素一般都以变量函数的形式在路径损耗 公式中体现。这些传播模型具有普遍的适用性，但由于地形、建筑物密集程度和 高度等方面的不同，在具体应用时前述的各种对应变量函数应该各不相同，从而 导致一般的传播模型对具体的无线环境预测不够准确，而需要在这些典型的传播 模型基础上进行传播模型校正。传播模型一般分为：室外传播模型和室内传播模 型。常用的模型如表3 2 所示。 表3 2 常见传播模犁 ! 璺! ! j ：兰竺2 翌尘2 翌p 1 2 p 垒g 璺垒2 璺巴2 垒! 型名称频率适川范同 o k u m u m h a t a c o s t 2 31 h a t a c o s t 2 31w a l 6 s h - m e g a m i k e e i l a n - m o t l e y g e n e r a lm o d e l 适用于1 5 0 1 5 0 0 m h z 宏蜂窝预测 适用于15 0 2 0 0 0 m h z 宏蜂窝预测 适用丁8 0 0 2 0 0 0 m h z 微蜂窝预测 适用于9 0 0 和1 8 0 0 m h z 室内环境预测 适用丁l5 0 2 0 0 0 m h z 宏蜂窝预测 链路预算方法 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 1 6 重庆大学硕士学位论文 3w c d m a 无线网络规划流程 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。通常情 况下，应该分别从上行( 移动台到基站) 和下行( 基站到移动台) 两个方向进行 链路预算，并实现上下行链路的平衡。通常覆盖规划都是以手机能够达到的最大 半径为基础进行计算( 即上行链路预算) ，因为影响前向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。计算最 大传播损耗时通常需要考虑信号传播过程中的增益、损耗、储备等参数，这些参 数的取值有的取决于基站、移动台的特性，还有的取决于运营商的意愿，这些参 数主要有： 1 ) 终端最大发射功率 数据业务：+ 2 4 d b m ； 话音业务：+ 2 1 d b m 。 2 ) 人体损耗 一般取值为：语音业务为3 d b ；数据业务为o d b 。 3 ) u e 天线增益 语音终端：o d b i ； 数据终端：2 d b i 。 4 ) 基站天线增益 链路预算中假定基站定向天线增益为1 7 d b i ；全向接收天线增益为1 1 d b i 。 5 1 馈线损耗 包括从机顶到天线接头之间所有馈线、连接器的损耗。对于3 0 4 0 米的馈线， 链路预算中假定馈线总损耗为4 d b ( 含接头等损耗) ；对于4 0 一5 0 米的馈线，链路预 算中假定馈线总损耗为5 d b ( 含接头等损耗) 。 6 ) 基站噪声系数 噪声系数定义为输入信噪比与输出信噪比的比值，一般取值为3 d b 。 7 ) e b n 。 在w c d m a 系统中用e b n 。作为信号质量的参考。e b n o 为接收机解调门限， 定义为每比特能量除以噪声功率普密度。e b 为每比特信号能量，e b = s r ，s 一信 号能量，r 一业务比特速率，n o 为噪声功率普密度，n o = n 胱，w 一带宽3 8 4 m ； n 一噪音，为除去自身信号的总的接收功率。 s ， 色0 = 旁= = p g ( 3 1 ) n p g 一处理增益，处理增益是扩频系统的一个重要指标，它反映了在解调端， 扩频技术可以将有效信号提升的幅度。以d b 为单位时，e b n o = s ( d b m ) 一n ( d b m ) + 1 0 1 9 ( w 承) ，e b 烈。值与移动设备的收发分集、多径信道条件、业务类型等因素有 1 7 重庆人学硕十学位论文 3w c d m a 无线网络规划流程 关。 8 ) 基站接收灵敏度 灵敏度= n f b s + 10 1 0 9 ( k t ) + lo l o g ( e b 小0 ) + 1o l o g ( r b ) 其中：n f b s 为基站噪声系数；k 为b 0 1 t z m 锄常数，为1 3 8 1 0 。2 3 j k ；t 为 开氏温度，取2 9 0 k ；r b 为业务速率。 9 ) 干扰余量 干扰余量= 一1 0 1 0 甙l 一1 1 ) ，t 1 为小区负载。 在网络初期阶段，业务量较低，因此干扰余量值较低。随着话务负载的增加， 干扰余量增大，基站覆盖区域就会缩小。因此进行链路预算时，应根据预计的业 务量增长趋势选择上行最大负载，确保良好覆盖。链路预算中上行负载取值为 5 0 ，因此干扰余量为3 d b 。 1 0 ) 软切换增益 软切换增益指克服慢衰落的增益。当移动设备位于软切换区域内，软切换多 条无线链路同时接收，降低了对阴影衰落余量的要求。通常情况下链路预算中软 切换增益取定为3 d b 。 1 1 ) 功控余量( 快衰落余量) 慢速移动终端主要通过快速闭环功控来保证解调性能，必须为快速闭环功控 预留一定发射功率动态调整范围，通常情况下功控余量取定为3 d b 。 1 2 1 穿透损耗 在链路预算中假设穿透损耗服从对数正态分布，用穿透损耗均值及标准差描 述。如果建筑物外部的无线覆盖有效，那么设定1 0 到1 5 d b 的穿透损耗应该足够 用了。但如果要在建筑物的核心部分接收和发起呼叫，大概需要3 0 d b 的损耗。因 此，在链路预算时应根据规划区域内的实际情况设定一个合理的穿透损耗值，以 保证良好的业务质量。 1 3 ) 阴影衰落余量 为了提高小区的覆盖率，链路预算时需要预先留出衰落裕量，一般按照7 5 边缘覆盖率进行链路预算。在进行网络规划设计时，需要留出5 4 d b 的裕量才能保 证7 5 的边缘覆盖率。如果要求9 0 的边缘覆盖率，需要留出l o 3 d b 的衰落裕量。 上行链路预算 按照上一节的参数取定，可以计算不同环境和覆盖要求情况下的上行链路预 算。 上行链路预算的公式为： 最大允许空间路径损耗= 移动台发射功率( d b m ) + 移动台天线增益( d b ) 一人 体损耗( d b ) 一基站馈线损耗( d b ) + 基站接收天线增益( d b i ) + 软切换增益( d b ) 一建 重庆人学硕十学位论文 3w c d m a 无线网络规划流程 筑物或车体穿透损耗( d b ) 一慢衰落余量( d b ) 一功控余量( d b ) 一干扰余量( d b ) 一基站 接收灵敏度( d b m ) 。 下行链路预算 下行链路预算不同于上行链路预算，小区内所有的用户同时分享基站功率， 基站的功率分配是让小区内所有与之连接的用户都能满足相关业务的服务等级。 下行的小区半径不仅仅和小区中的用户数有关，还与用户的位置分布以及用户使 用的业务有关。下行链路预算的公式为： 下行链路最大传播损耗( d b m ) = 基站业务信道最大发射功率( d b m ) 一合路器 损耗( d b m ) 馈线损耗( d b m ) + 基站天线增益( d b i ) + 移动台天线增益( d b i ) 一 阴影衰落余量( d b m ) 干扰余量( d b m ) 建筑物穿透损耗( d b m ) 人体损耗( d b m ) 移动台接收机灵敏度( d b m ) 。 基站覆盖半径计算 通过链路预算求得了移动台和基站之间最大允许的路径损耗后，结合当地的 无线传播模型，预测基站覆盖半径变成一件简单的事。事实上，无线传播模型描 述的正是路径传播损耗和覆盖距离之间的关系。通过已知的最大允许路径损耗和 无线传播模型，可以反推出基站最大的覆盖半径。当只估算宏小区基站的覆盖半 径，而不考地形特征时，根据w c d m a 工作频段的范围，可以采用c o s t 2 3 1 模 型计算小区的半径。市区路径损耗的标准公式为： 市区= 4 6 3 + 3 3 9 1 9 厂一1 3 8 2 l g 6 一口( 乃。) + ( 4 4 9 6 5 5 1 9 乃厶) l g d ( 3 2 ) 适用条件： f 为15 0 2 0 0 0 m h z ； 基站天线有效高度以为3 0 2 0 0 米； 移动台天线高度 。为1 1 0 米； 通信距离为l 3 5 k m ； d 的单位为k m ，f 的单位为m h z ； 三6 城为城市市区的基本传播损耗中值； 移动台天线高度修正因子： 以( 。) = ( 1 1 l g 厂一o 7 ) 五。一( 1 5 6 l g 厂一o 8 ) 中小城市 8 2 9 ( 1 9 1 5 4 m ：一l 1 1 5 0 厂 2 0 0 朋恐 大城市 ( 3 3 ) 3 2 ( 1 9 1 1 7 5 j i i 。) 2 4 9 74 0 0 厂 1 5 0 0 朋阮 o 。= 1 5 ，l 基站面积计算 基站覆盖面积的计算和站型有关。n o d e b 的常见站型有以下几种，如图3 1 、 3 2 、3 3 所示： 1 9 重庆人学硕l 学位论文 3w c d m a 无线呵络规划流程 仝向站型：a r e a = 型三月2 ，站n u 距d = h 。 1 鳘i3 l 全向站剩 f i g3 ls h p e o f o 脚j d i r 唧i l o n “b a s e 三扇区定向站型：a r e a = ；ir 2 ，站削距d = ；r 圈32 二扇区定向站型 f i g32s h a o f 岫湘m b 口 厅 扇区站型：a r 龃= 芎三月2 ，站问距d = j 尺 重庆人学硕十学位论文 3w c d m a 无线同络规划流榉 | 璺i3 3 扇区站型 h 9 33s h 婶e o f 酊x9 咖，h a 辩 规模计算 根据规划区域面积和单站覆盖面积就可以得到覆盖该区域大致需要的站点 数。 3 3 基站选址 站址选择在整个网络规划过程中是非常关键的工作。站址选择台理，规划时 只需要对参数进行微调就可以满足要求：反之如果站址选择不合理，常常导致规 划性能不佳，甚至重新选择站址，使前一阶段的规划工作的作废。根据覆盖和容 量的需要确定站点的站型，在此基础上搭建合理的网络拓扑结构。在站点分布规 划中，根据综合的因素选择网络单元，这些因素包括：地形、地貌、覆盖、容量、 机房条件等，组删中常见的网元有宏蜂窝、微蜂窝射频拉远、直放站等。把他 们灵活运用到网络建设当中以取得良好的效果。 在选择站址时，我们可以对候选站址作传播测试。传播测试的结果除了用于 传播环境评估外，还用于传播模型的校】下。大量的工程实际证明，在准平坦地形 的条件下，标准偏差不大于8 d b ，丘陵地形条件下，标准偏差不大于l l 曲，均值 偏差不大于3 d b ，则可认为该模型是可用的。值得注意的是有一些测试点的测试值 与预测值的偏差会到十几甚至几十个d b ( 标准偏差不大于8 d b 不意味预测的最大 偏差不大于8 d b ) 。在选择传播模型时应根据不同的环境选用不同的传播模型，对 环境的分类描述包括人文环境：密集城区、一般城区、郊区、农村、开阔地等； 地形地貌：准平坦地形、不规则地形等；小区类型：宏蜂窝、微蜂窝、微微蜂窝 等。 最后根据实地的勘察结果与仿真相结合对站点进行筛选，选择适合的 w c d m a 组网要求的站点，在此基础上搭建网络构架。 重庆人学硕十学位论文 3w c d m a 无线网络规划流科 3 4 无线网络勘察 w c d m a 无线网络规划站址勘察是网络规划工作的重要组成部分，必须认真 对待。网络规划基站勘察人员必须认真进行站点的规划勘测，确保勘察数据的真 实性和准确性，为将来的网络建设作好准备，为后期网络优化工作提供一份有效 的规划报告。进行无线网络勘察的目的是确认规划所选站址是否满足建站要求。 基站的勘察、选址工作由运营商的工程师与网络规划工程师共同完成，网络 规划工程师提出选址建议。网络规划工程师通过勘察、选址工作，了解每个站点 周围电波传播环境和用户密度分布情况，并得到站点的具体经纬度。 无线方面准则 1 ) 不要让天线正对雷达、电台、军事区域、机场等强干扰源或在其附近选站； 2 ) 智能天线特殊要求：智能天线周围1 0 0 m 不能有明显反射物； 3 ) 同一个基站的几个扇区的天线高度差别不能太大； 4 ) 足够的天线安装空间，保证隔离度； 5 ) 不要让天线主瓣正对街道走向； 6 ) 同一n o d e b 下的2 个扇区法线夹角不小于9 0 度； 站址应尽量选在规划中的理想位置，基站站间距根据规划结果确定，一般要 求基站站址分布与标准蜂窝结构的偏差应小于站间距的1 4 ，在密集覆盖区域应小 于站问距的1 8 ： 尽量利用旧站点。 3 5 基站调整 根据仿真得到的基站数量和基站密度等结果，以及对基站情况的勘察结果， 进行基站调整。基站调整包括以下几种： 调整发射功率； 改变下倾角； 改变扇区方向角； 降低天线高度； 更换天线类型； 增加基站、微蜂窝或直放站； 改变站址。 3 6 勘察实施 勘察人员获取相关的勘察资源后，按照勘察计划和勘察路线实施无线网络勘 察，勘察过程中需要按照要求详细记录和确认有关数据： 重庆大学硕士学位论文 3w c d m a 无线网络规划流稃 话务数据； 工程数据； 无线传播环境数据； 其它数据：比如，对由于某种原因造成的个别基站勘察中止做出记录( 注 明原因、可能的解决办法备选站点和照片信息) ； 上述数据的现场签字确认。 3 7 勘察总结 无线勘察数据量较大和部分信息的不确定性的特点决定了勘察总结分两个部 分：信息的整理和交流确认两个部分。 信息整理：分阶段整理和汇总两部分。阶段整理便于发现问题的及时处理： 汇总所有勘察信息便于提供给网络详细规划和工程实施准确的依据。 阶段整理：每日或每周勘察结束后勘察小组的组长需要整理当日或本周勘 察结果，集合勘察问题和勘察经验，生成技术文档在勘察小组内交流。同时，向 勘察现场负责人汇报后，微调后期勘察的计划； 汇总：勘察结束后，勘察小组必须将所有的勘察文档和确认后的基站数据 统一汇总到组长，由勘察负责人整理后，按规定格式提交给网规技术经理；并将 审核结果提交项目经理。 交流确认：相应地分为阶段性交流确认和最终的交流确认两个部分。 阶段性交流确认：勘察总负责人对勘测小组提供的数据进行审核，不符合 要求的勘察方案，需要组织项目勘察交流会议，提出补救意见和措施，严重的组 织重勘等。合格的勘察方案与局方交流、确认，确认的方案归档，反之，重新勘 测。 最终交流确认：所有基站勘察、确认后，经勘察小组汇总形成最终文档提 交勘察负责人，送项目经理进行工程施工土纸的绘制；抄送网规负责人进行详细 的网络规划。 勘察经验汇总：对本次工程中获取的勘察经验进行汇总，形成相关的经验 库便于后期类似项目的勘察。 3 8 系统参数规划 网络的站点确定之后，我们需要对系统的参数进行规划，包括下行基站各个 信道的发射功率、频率、码资源、切换参数等。 重庆大学硕士学何论文 4w c d m a 无线网络初期建设规划的研究 4w c d m a 无线网络初期建设规划的研究 w c d m a 网络具有小区呼吸效应，随着小区负载的增加，覆盖会逐渐收缩。 这大大增加了网络规划的复杂性，故而规划的目标是在覆盖、容量和质量3 个方 面找到最佳的解决方案。w c d m a 网络规划涉及到的内容很多，本文仅从覆盖和 容量规划、上下行容量分析及链路预算、扰码规划和功控规划等方面进行分析和 研究，并重点对链路预算方法及传播模型选用进行深入的分析和探讨。 上两章详细分析了w c d m a 网络规划理论知识，下面就一个具体的小中城市 区域，根据上两章提供的规划方法和步骤初步设计一个w c d m a 蜂窝移动通信网。 假设在某市市区2 0 l ( m 2 的范围内，共有2 5 万用户，每用户忙时话务量为 o 0 2 5 e r l ，上下行最大允许负荷为5 0 ，呼损率( g o s ) 为2 ，单载频小区可容 纳的最大语音信道为7 0 个。 w c d m a 系统容量受到多方面的限制。在上行方向主要是干扰受限，下行方 向主要是功率受限。通常情况下，系统容量是上行受限的，只有当网络中数据业 务吞吐量超过一定比例，系统容量才会转成下行受限。所以，在进行容量规模估 算时，一般先从上行分析估算基站规模，再计算此规模下下行功率是否会受限。 若不受限，则此规模满足要求；若受限，则说明此时系统容量是下行受限，需增 加基站个数直到下行功率足够分配为止。 4 1 上行链路 计算满足话务量所需的基站数 话音信道数= 7 0 5 0 = 3 5 ( 扇区负荷为5 0 ) ；根据n = 3 5 ，b = 2 可得：对应 每扇区可承载的话务量= 2 6 4 e r l ；话务量= 2 5 0 0 0 0 0 0 2 5 = 6 2 5 0 e 订；话务量所需 基站数= 6 2 5 0 2 6 4 3 = 7 9 ( 设全部为单载频3 扇区站) 。 计算满足覆盖所需的基站数 为了求得基站最大覆盖半径，必须首先进行链路预算，即求出对应所需业务 的上行最大允许传播损耗( m a p l ) 。 最大允许空间路径损耗= 移动台发射功率( d b m ) + 移动台天线增益( d b ) 一人 体耗( d b ) 一基站馈线损耗( d b ) + 基站接收天线增益( d b i ) + 软切换增益( d b ) 一建筑 或车体穿透损耗( d b ) 一慢衰落余量( d b ) 一功控余量( d b ) 一干扰余量( d b ) 一基站收灵 敏度( d b m ) 。 按照3 2 3 节的参数取定可得表4 1 ： 重庆人学硕十学何论文 4w c d m a 无线网络初期建设规划的研究 表4 1 链路预算表 t a b l e4 1l i n kb u d g e tt a b l e 上行卜行 在上面的链路预算表中，计算小区半径时，我们使用了前面所说的c o s t - 2 3 1 模型计算小区的半径。天线高度不宜过高，一般选择为3 0 米，移动台高度按1 5 米估算。f 取1 9 5 0 m h z ，由市区路径损耗的标准公式可得： 三市区= 4 6 3 + 3 3 9 l g 厂一1 3 8 2 l g 五6 一口( 。) + ( 4 4 9 6 5 5 l g 五6 ) l g d ( 4 1 ) 对小到中等城市： 口( 办。) = ( 1 1 l g 厂一o 7 ) 朋一( 1 5 6 l g 厂一o 8 ) ( d b ) ( 4 2 ) 所以口( 办，) = ( 1 1 1 9 1 9 5 0 o 7 ) 1 5 一( 1 5 6 1 9 1 9 5 0 o 8 ) = ( 1 1 3 2 9 一o 7 ) 1 5 一( 1 5 6 3 2 9 0 8 ) = 0 0 4 61 ( d b ) ( 4 3 ) 根据上式可得到小区的半径d = o 4 k m 。 2 5 重庆大学硕士学位论文 4w c d m a 无线网络初期建设规划的研究 三扇区覆盖的范围为：a r e a _ 詈痂2 = 詈压x o 4 2 = o 3 1 l 【i t l 2 ，三扇区覆盖的范围为：a r e a _ 要3 d 2 = ；3xo 4 2 = o 3 lk m 2 ， 88 又因为覆盖的范围为1 0 0 k m 2 ，所以需要的基站为2 0 0 3 1 = 6 4 个。 站址数的确定 综上计算的结果，满足上行覆盖和容量需要在该区域建设7 9 个站点。 4 2 下行链路 上行所需基站数能否满足下行话务量的需求 下行每小区承受的话务量= 2 5 0 0 0 0 o 0 2 5 ( 7 9 3 ) = 2 6 3 7 e ，而单小区可承载的 话务量2 6 4 e r l ，因此，上行所需的7 9 个基站可以满足下行容量的话务需求。 上行所需基站数能否满足下行覆盖需求 从表4 1 可以看出，下行链路允许的最大损耗比上行大约1 7 d b ，下行覆盖的 小区半径比上行大，因此，7 9 个基站可以满足下行覆盖的需求。 总结：从上面的分析可以知道，7 9 个基站可以满足该地区的上行和下行的覆 盖和容量的需要。 4 3 小区容量与小区覆盖范围的关系 w c d m a 系统是一种自干扰系统，这使得其覆盖与容量的关系不再相互独立。 w c d m a 手机的最大发射功率非常有限，只有1 2 5 m w ( 2 1 d b m ) ，而下行每业务信 道最大发射功率至少为2 8 d b m ( 不同业务设定的最大发射功率不同) ，故w c d m a 系统的覆盖一般受限于上行链路。在计算w c d m a 系统的覆盖能力时，一般只考 虑上行覆盖能力。在覆盖上行受限时，覆盖满足了上行也就满足了下行，功率控 制可调整下行功率，使下行覆盖与上行平衡。 f 对于反向链路而言，基站能接受的最大路径损耗由信噪比导，系统用户数和 v 0 移动台最大发射功率决定。 4 3 1 信噪比 f 信噪比竺 定义为有用信号每比特能量与总噪声功率借密度的比值。它与载波 o 干扰比的关系可用下式描述： 墨：里g ：里里) n n li r h 、 式中：g 为处理增益，w 为信道带宽，尺。为信息比特率。 4 3 2 反向链路小区覆盖 由定义可知： 2 6 重庆人学硕七学位论文 4w c d m a 无线网络初期建设规划的研究 拿：而尝 ( 4 5 ) n o + 1 1 w 、。 尸( ，_ ) 丁( r ) 尺6 o + 型岩( ，) 丁( 厂) 口】形 由式( 4 4 ) 和式( 4 5 ) 得： 吾- 。缈+ 竿盹川州吲咖) 】 枞 m ) = 等志 ( 4 6 ) cf 4 3 3 关键参数的选定 f 为频率复用因子，取值为o 6 ；口为激活因子，取值为o 4 ；n 为每个扇区 容纳的用户数；根据表4 1 得到移动台的有效发射功率( 尸) 取1 9 d b m ；丁p ) 为链 路传输损耗。 系统热噪声 热噪声和其他用户干扰组成，系统热噪声为0 形，。为噪声功率谱密度， o = m k 丁，札为噪声系数取值为5 d b ( 式3 1 6 ) ，k 为b 0 1 t z m 猢常数，取值为 1 3 8 1 0 2 3 w h z k ，t 为常温，取值2 9 0 k ，计算出n 为： n o = ne k t = 3 1 6 1 3 8 1 0 - 2 3 2 9 0 = 1 2 6 l o 。1 7 m w h z 由于： o = 1 0 1 9 1 2 6 1 0 1 7 = 1 6 9 d b “h z ， 所以： _ 形= 1 2 6 1 0 1 7 1 2 2 8 8 1 0 6 m w = 1 0 8 d b 。 去的取值 因为拿：导g ：导昙，昙：蔓望坚兰坚：2 0 d b ( 1 0 0 7 ) ，墨值与移动 o j j 心r 1 2 2 1 0 3 o 一。 性有关，统计取定7 d b ( 5 ) 。计算得到去取值为1 3 d b ( 2 0 1 4 ) ，即噪声及干扰强度可以 超过有用信号强度1 3 d b ，此时不会影响j 下常的话音通信质量。 将上面取值代入式( 4 6 ) 中，得到： 2 0 1 4 一o 6 7 ( 一1 ) ：! ：! 型竺： 7 9 4 7 【，) 解得： ，( r ) = 一1 2 7 一l g 2 0 1 4 0 6 7 ( 一1 ) ( d b )( 4 7 ) 上式反映了传播损耗丁驴) 和一个小区里移动台数之间的关系，接下来进行分 析本方案中规划区域里移动台数量( 容量) 和小区半径( 覆盖) 之间的关系。链 2 7 重庆人学硕十学位论文 4w c d m a 无线网络初期建设规划的研究 路预算的取值如表4 1 表可得。 丁( ，) = 天线增益一线路损耗一比特速率+ 软切换增益一阴影衰落余量一空中 损耗 所以丁( ，) = 3 5 1 一儿( 空中损耗)( 4 8 ) 本方案采用的是c o s t - 2 3 1 模型，所以空中损耗为： l 巾i 区= 4 6 3 + 3 3 9 l g 厂一1 3 8 2 l g 办6 一日( 矗。) + ( 4 4 9 6 5 5 l g 元6 ) l g d ( 4 9 ) 基站天线高度为h b = 3 0 米，移动台高度h m = 1 5 米估算。f 取1 9 5 0 m h z ，d 为 小区的半径，口( 五。) 为移动台天线的校正因子，根据式( 4 3 ) 口( 办小) = 0 0 4 6 1 ( d b ) ， 根据式( 4 8 ) 和( 4 9 ) 可得： 丁( r ) = 一3 5 1 4 6 3 3 3 9 l g 厂+ 1 3 8 2 l g 办6 + 口( 庇。) 一( 4 4 9 6 5 5 l g 办6 ) l g d r ( r ) = 一1 7 2 4 3 3 5 2 l g d( 4 1 0 ) 又由式4 7 和式4 1 0 可得 一1 2 7 一l g 【2 0 1 4 0 6 7 ( 一1 ) 】= 一1 7 2 4 3 3 5 2 l g d 所以有： l gd = 一1 2 9 + o 0 2 8l g 【2 0 1 4 一o 6 7 ( 一1 ) 】 ( 4 1 1 ) 由式( 4 1 1 ) 并通过m a t l a b 仿真可以得到一个小区内同时通信的基站小区覆 盖半径( 覆盖) 和移动台数( 容量) 的关系如图4 1 所示。 图4 1 小区覆盖半径和小区容鼍的关系 f i 酽1t 1 1 er c l a t i o nb e m e 朗c a p a c i 够a i l dc o v e r a g ea r e ar a d i u so f m ew c d m a 从上图分析可得，本方案所规划的小区中小区的半径和小区的移动台数成反 比的关系。也就是说小区的用户越多，小区的覆盖就要降低，小区的用户越少， 小区的覆盖可以增加，小区的半径增加了，这就是w c d m a 网络具有“软容量”的特 点。 撕 m 地 缸 眦 吆 8 8 8 l 8 8 8 8 0 o o 0 o 0 0 重庆大学硕十学位论文 4w c d m a 无线网络初期建设规划的研究 4 4 功率控制 根据前面表4 1 可以知道，上行链路的最大传播损耗p l = 1 2 2 7 ( d b ) ，而下 行链路的最大传播损耗p l = 1 3 9 7 ( d b ) ，根据上行链路的最大传播损耗可以得到 d = o 3 1 k m ，根据下行链路传播损耗p l = 1 3 9 7 ( d b ) 可以得到小区的半径d = 1 2 k m 。 从上面的计算可以看到下行链路小区的半径要比上行要大的多。这样可以看出来 下行链路的功率很大，即基站的发射功率大，这样增加了小区的干扰，故要进行 基站的功率进行调整。 如果下行链路的半径d 和上行链路的半径d 相等，这时小区的上行和下行就 达到了平衡，基站的发射功率就达到了最小值，从而对基站的功率进行了调整。 前向链路功率控制( f l p c ) 的目的是减少前向链路的干扰。f l p c 不仅限制 小区内的干扰，而且减少对其他小区扇区的干扰。 前向链路功率控制尽可能的将业务信道的功率设定为保持移动台所需f e r 的 最小功率值。移动台连续不断地测量前向业务信道的f e r ，周期性地向基站报告 测量结果。基站接收到测量结果之后采用相应的动作增加或减少被测逻辑信道的 功率，同时限定功率的动态范围，从而使发射机的功率决不会超过会造成极大干 扰的最大值，发射机的功率也不会低于保证适当的话音质量所需的最小值。 一个非均匀w c d m a 系统中所有的小区大小并不相同，若只考虑对三个移动 台所处位置影响最大的三个小区的情况，这三个移动台位于每个小区内干扰最大 的位置，可得【l o 】 奇2 寺2 寺 ( 4 1 2 ) 尺，4r ，4尺，4 7 式( 4 1 2 ) 中，a 表示各个小区中每个话信道的最大发射功率，r 表示每个小区 的半径。由式( 4 1 2 ) 推导可得普遍用于有n 个小区的非均匀w c d m a 蜂窝通信系 统同样满足式( 4 1 2 ) ，则 告= 丢只= 朋以 ( 4 1 3 ) 足4尺；4 叫 一 7 p 表示各个小区基站的总发射功率，i 表示第i 个小区，j 表示第j 个小区，聊， 表示第i 个小区的话音信道数。a 为移动台处于小区边缘时每个话音信道的最大发 射功率。 上面的计算公式是假定所有小区的基站都以相同的功率发射给各自小区的移 动台，若此发射功率满足小区边缘处用户的要求，则对靠近基站的用户也发射同 样强的功率，这在w c d m a 蜂窝通信系统中是不现实的，因为这样会增大对别的 用户的干扰，降低话音质量。另外也没这个必要浪费基站发射功率。为此设想基 重庆人学硕十学位论文 4w c d m a 无线网络初期建设规划的研究 站发射给每一个移动用户的功率是根据移动台和基站的距离r 进行调整。移动台距 离基站越远，基站发射功率越大，反之越小。 所以只与2 成正比关系】，为第j 个小区内第n 个移动台于基站的距离， 只为移动台处于位置时基站的发射功率。假定移动台处于小区边缘( 吒= 尺，尺j 为第j 个小区的半径) 时基站的发射功率为尸瑚。，可得： 缒= c 2 即 只= 尸m 。( ) 2 ( 4 1 4 ) a 实际情况中，基站的发射功率处于一个动态范围，基站发射的额定功率为移 动台处于小区边缘时基站的发射功率p 衄。，发射机的最小功率不能低于保证适当的 话音质量所需的最小值。据文献 1 2 ，得到前向功率调节范围为6 d b ，所以这里发 射机的最小功率为： 1 0 1 9 詈= 6 ( d b ) m i n 所以有= 0 2 5 p m 。( 4 1 5 ) 由式( 4 1 4 ) 和式( 4 1 5 ) 可得 尸m 洒= 。( 毒) 2o 2 5 名。= 尸蛳。( 舌) 2 解得 ，= o 5 r ( 4 1 6 ) 根据式( 4 1 4 ) 和式( 4 1 6 ) 得到移动台处于位置时的基站发射功率只为： ：| 户m x 也5 髟 ( 4 1 7 ) lo 2 5 尸m 。( o ( r n o 锨，) 根据前面表4 1 可以知道，下行链路覆盖的半径为d = 1 2 h ，它是根据基站的最 大发射功率计算得到的，所以d = 1 2 k m 是该小区边缘半径。前面已经分析上行链 路和下行链路小区半径相等的时候，基站的功率才是最小的，这个时候小区里的干 扰也最小，这样也节约了基站的功率，这样也对基站的功率进行了调整。 又因为上行链路的半径d = 0 4 k m ，只要下行链路的半径也是d = o 7 8 k m 时，基 站的功率才是最小的。 又因为d = o 4 k m 0 5 1 2 l ( r i l = 0 6 k i i l ，p 哪= 4 3 d b m 。 所以根据式( 4 1 7 ) 可得： 只= o 2 5 名。 e = 0 2 5 f