WCDMA小区规划.ppt

1 WCDMA小区规划 提纲引言根据覆盖进行的小区规划根据话务量进行的小区规划两类规划的综合平衡 2 一引言 1 3G与2G的主要差异 在于3G业务是多媒体业务小区规划的原则在特定的环境条件下 指下列不同环境的某种组合 城市 郊区 室内 步行与车载 3 一引言 2 特定的业务类型下电路交换 CS 型话音64kb s144kb s384kb s分组交换 PS 型64kb s144kb s384kb s 4 一引言 3 在上述两种条件下 分别从覆盖与话务量进行规划从覆盖角度出发计算最小基站数 从话务量角度出发计算最小基站数 最后综合两类计算结果 并取两者之中最大者作为最终结果 5 二根据覆盖进行小区规划 1 由路径损耗确定小区覆盖范围 再由要求的总覆盖区域求得总基站数 这是根据覆盖进行小区规划的基本思路 基本参数与公式最大路径损耗LP LP Pe Lpro Rsen 1 其中 Pe为有效辐射功率 Lpro为传播损耗 Rsen为接收机灵敏度 即最小接收信号电平 6 二根据覆盖进行小区规划 2 有效辐射功率Pe上行链路 移动终端发射功率 如所示 上行链路移动终端发射功率由表可知 发送数据的功率约比话音大一倍 7 二根据覆盖进行小区规划 3 下行链路 由于业务不同 发射功率也大不相同 小区负荷越大 在保证相同覆盖的条件下 发射功率也就越大 假设小区负荷为理论上最大值即容量值 则每个业务信道的平均发射功率为总发射功率除以容量值所得之商 若基站发射总功率为20W控制信道占20 为20W 0 2 4W 话音业务信道占80 为20W 0 8 16W 其中每个话音业务信道的平均发射功率为16W 容量值 如所示 8 二根据覆盖进行小区规划 3 基站每信道的平均发射功率 9 二根据覆盖进行小区规划 4 基站发射信号经天线馈线后将产生一定的损耗 如所示 每业务信道的有效辐射功率为 Pe Pv LI GT 2 10 二根据覆盖进行小区规划 5 其中 Pv为平均发射功率 LI为馈线损耗 GT为发射天线增益 传播损耗Lpro在计算无线路径损耗时 必须要考虑一些修正与余量 具体见 对数正态衰落余量 它提供单一小区边界覆盖的具体计算 干扰余量 接收机灵敏度是指在无干扰信号下 能正确接收的最低信号强度 然而在同一小区内的用户接收系统会产生互相干扰 它相当于增加了系统的背景噪声 11 二根据覆盖进行小区规划 6 干扰余量 10log10 1 扇区负荷 10lg 1 0 5 3 0dB 3 人体损耗 用户身体对无线电传播的影响 它与用户终端天线位置有关 若天线在用户肩部 则人体损耗约为2 3dB 切换增益 切换时维持边界处特定可靠性带来的增益 一般当小区优化时约5dB 穿透损耗 在基础小区规划中 其值除采用中数据外 还应根据建筑物具体大小和位置做调整 12 二根据覆盖进行小区规划 7 传播损耗 13 二根据覆盖进行小区规划 7 系统设计时应考虑的传播损耗Lpro为Lpro 对数正态衰落余量 干扰余量 人体损耗 穿透损耗 切换增益 4 接收机损耗LR接收天线输出与接收机输入之间的综合损耗 如所示 14 二根据覆盖进行小区规划 8 接收机损耗可用下列公式表示 LR LI GR 5 其中 LI为馈线损耗 GR为接收天线增益接收机灵敏度RsenRsen 热噪声级别 数据速率 噪声系数 要求的Eb N0 I0 6 其中Rsen表示输入正好满足所要求的Eb N0 I0 时信号电平 Eb N0 I0 为每比特信号能量与总的噪声 干扰功率密度之比 热噪声级别为在接收处每赫兹的噪声功率 它等于波尔兹曼常数k与温度T的乘积 15 二根据覆盖进行小区规划 9 数据速率是以dBHz为单位的信道比特率 它越高接收机灵敏度也越高 噪声系数为接收系统以接收机输入为基准的噪声指标 比如上行链路中若采用了塔顶功放 则噪声系数可降低至3dB 如果运用话音激活 则计算Rsen时还应加入一个激活因素 这时假设为连续接收 灵敏度相关参数的取值可参见估算结果参见 16 二根据覆盖进行小区规划 10 接收机灵敏度Rsen的相关参数取值 17 二根据覆盖进行小区规划 11 要求的Eb N0 I0 18 二根据覆盖进行小区规划 11 接收机灵敏度Rsen 19 二根据覆盖进行小区规划 12 无线覆盖估算路径损耗与小区覆盖半径的计算在宏小区中 经常引用 OKUMURA HATA 模型 作为覆盖估算的依据具体计算公式为 NEC公司采用 LP 69 55 26 16lgF 13 82lgHb a Hm 44 9 6 55lgHb lgR B F 7 其中 LP为最大允许路径损耗 dB Hb为基站有效天线高度 m 20 二根据覆盖进行小区规划 12 Hm为移动台天线高度 m F为频率 MHz R为距离 km a Hm 为城市地形Hm的矫正因子B F 为地物干扰矫正因子0 城市 B F 2 lgF 28 2 5 4 近郊 4 78 lgF 2 18 33lgF 40 94 远郊 21 二根据覆盖进行小区规划 12 假设F 2GHz Hb 30m Hm 1 5 a Hm 0则 7 可简化为 139 65 37 20lgR B F Hb 15m LP 8 135 49 35 22lgR B F Hb 30m 矫正因子 0dB 城市 B F 12 27dB 郊区 32 52dB 农村 22 二根据覆盖进行小区规划 12 10 L B F 139 65 37 20 Hb 15m R 9 10 L B F 135 49 35 22 Hb 30m 覆盖面积计算以384kb s分组交换上行链路为例 设小区负荷为50 城市室内环境每信道辐射功率 设平均发射功率为24dBm 馈线损耗为0dB 发射天线增益为0dB 则由公式 2 可求得每信道有效辐射功率为24dBm 传播损耗 设对数正态衰落余量为5 4dB 穿透损耗为15dB 则由公式 4 可求得传播损耗为18 4dB P P 23 二根据覆盖进行小区规划 13 接收机损耗 设接收馈线损耗为0dB 接收天线增益为17dBi 则根据公式 5 可求得接收机损耗为 17dBi接收机灵敏度 设热噪声级别为 174dBm 数据速率为53 9dB 噪声系数为3dB 要求Eb N0 I0 0 2dB 则由公式 6 可求得Rsen 116 9dB最大路径损耗LP Pe Lpro LR Rsen 24 18 4 17 116 9 139 5dB 24 二根据覆盖进行小区规划 13 最大辐射半径 城市环境B F 0 R 10 L B F 135 49 35 22 1 3km Hb 30m 小区覆盖面积AA 3 3 2 3 29km2分别给出城市热点地区 城区 郊区和农村四种环境下的具体计算结果 欲覆盖地区的基站数计算覆盖区所需基站数目时 将该地区各业务中最小的小区覆盖面积作为该地区的小区覆盖面积 为简化暂讨论城市与近郊区两种环境 P 25 二根据覆盖进行小区规划 14 设某城市市区欲覆盖100km2 近 郊区欲覆盖900km2则欲覆盖地区基站数目 总覆盖面积 小区覆盖面积本例中各业务中最小的小区覆盖面积选作384kb s分组交换业务 城市室内 步行 环境下 上行链路的小区覆盖面积 具体计算结果如所示 26 二根据覆盖进行小区规划 15 根据覆盖得到的最少所需基站数目 27 三根据话务量进行小区规划 1 引言3G业务是单一话音拓广到多媒体业务 它主要包括电路交换 CS 话音 数据业务与分组交换 PS 的数据业务 不同业务的用户以及不同时段话务与数据量是不相同的 为了统一考虑 可以将各种业务数据速率的总和 即总数据速率作为话务量的衡量标准 28 三根据话务量进行小区规划 2 基站处理多种业务的能力可通过频谱效率 即单扇区在1MHz频谱上所能提供数据速率的大小来体现在3G中各种业务频谱效率是不一样的 根据各业务的数据量在总数据量中所占的比重及各业务的频谱效率可以进一步计算出平均频谱效率 再由基站配置情况求得该基站的频谱效率 即模拟频谱效率 最后用总数据速率除以基站模拟频谱效率 即可求得所需的基站数目 29 三根据话务量进行小区规划 3 业务模型在建网初期 必须根据估算建立一个业务模型 暂仅讨论城市和郊区两类环境 比如设某城市市区欲覆盖100km2 郊区欲覆盖900km2 且70 用户分布在城市 30 用户分布在郊区 用户总数为15万 总数据速率业务类型话音 12kb sAMR混合编码话音业务 电路交换 CS 数据 含64kb s与144kb s业务分组交换 PS 数据 含64kb s 144kb s与384kb s业务 30 三根据话务量进行小区规划 4 计算总数据速率时要考虑的因素各业务用户的数目 用户数目大的业务占的比重大各业务使用频度 用忙时呼叫次数BHCA和持续使用时间来衡量用于承载信令的数据速率假设占总速率10 分组交换时 因数据包丢失而重发所需的系统开销 假设占总速率的10 总数据速率St为 9 其中 Ns为用户数 NB为忙时呼叫次数BHCA t为持续时间 Ss为业务数据速率 S1为承载信令的数据速率 Rs为重发所需的系统开销 31 三根据话务量进行小区规划 4 15万用户总数据速率计算 总数据速率 当总用户数为15万时计算结果用表示 32 三根据话务量进行小区规划 5 当用户数为30万时计算结果用表示 30万用户总数据速率计算 33 三根据话务量进行小区规划 6 平均功率谱效率这一部分计算参照日本ARIB在IMT2000上的建议 采用了turbo码对WCDMAFDD在步行和车载环境下进行的测试 码片速率为4 096MHz 得到所示每扇区每兆赫兹能支持的数据速率 34 WCDMAFDD应用turbo码测试频谱效率结果 35 6种业务的数据速率及频谱效率 36 三根据话务量进行小区规划 7 设在该小区环境下有N种业务 根据各业务数据量在总数据量中所占比例以及各业务的频谱效率 可以得到该小区环境的平均频谱效率 f 10 其中 为业务i 1 2 N频谱效率 Si为业务i 1 2 N数据速率 St为总数据速率 以15万用户为例 查求得该例6种业务数据速率及频谱效率如所示 则有St 169 428kb s f 1151 05kb s MHz 37 三根据话务量进行小区规划 8 模拟频谱效率设有一个1载频3扇区的基站 其小区负载为满负荷时的50 处于城市环境 在WCDMA中使用的宽带为5MHz 码片速率为3 84Mbps 它有别于日本的ARIB测试的码片速率4 096Mbps 因此需要进一步换算 此外扇区间重叠部分的用户只能属于一个扇区 即重叠部分频率资源只利用了一半 因此在计算多扇区频谱效率时 必须考虑扇区因子 扇区因子为3扇区重叠部分面积占总面积的百分比取0 733 38 三根据话务量进行小区规划 8 该基站模拟频谱效率 M为 其中 B为WCDMA使用的带宽 Lc为小区负载 Sc为目前采用的码片速率 Sc0为原来老式的码片速率 Nc为扇区数目 c为扇区因子 该环境下所需的最小基站数目Nmin为依次计算其它环境及配置下所需最小基站数目见 kb s 11 个 12 39 四两类规划的综合平衡 设所有基站均为2载波3扇区配置 将根据两类方法的话务量和覆盖分别计算得出的结果相比较 并取其中大值作为最终计算结果如所示