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无线网络规划 主讲人 刘鹏彦 主讲人简介 刘鹏彦 友华学院特聘讲师 中级工程师 陕西省通信协会会员 1978年开始 先后在原邮电部第二工程局 中国通信建设咨询有限公司从事技术工作 具有三十六年通信行业工作经验 涉及数据交换 无线 传输等专业的施工和设计领域 多次参与国家及省重点通信工程和援外工程建设项目的施工和设计 积累了丰富的实践经验 课程目标 1 全面的了解无线网络规划 2 对制作无线网络规划的流程和无线网络规划的主要内容有初步的认识 3 对制作无线网络规划文件起到积极作用 目录 第一部分 概述第二部分 数据资料收集第三部分 用户分析第四部分 覆盖估算第五部分 容量要求第六部分 确定基站数量第七部分 频率规划第八部分 LAC 第一部分 概述 无线网络规划应遵循以下原则 1 坚持规划发展原则 充分考虑远期发展 应对全网统一规划 并根据区域重要程度 考虑采用分布实施的建设方式 2 协调好无线覆盖 无线网络容量 网络质量及投资间的关系 3 坚持以差异化策略指导网络规划与建设 无线网络规划应尽量采用各种技术手段 实现低成本的覆盖方案 确保工程投资和网络运营维护成本最小化 第一部分 概述 无线网络的规划存在反复调整和预优化的过程 在网络规划阶段 应随着基站站址的不断选择落实 通过反复进行无线网络仿真和模拟 对网络质量进行充分的预优化 以使规划结果贴近实际情况 网络质量达到满意的效果 在技术合理的前提下 应充分利用运营商现有的通信基础设施 减少重复建设 降低建设运营成本 第一部分 概述 对不同区域覆盖重点程度的考虑 应根据实际用户的敏感程度决定 结合重要的点 线 面覆盖目标 最终达到完善的覆盖效果 室内覆盖需要特别重视 特别对人员流动最大 话务集中的室内环境 应重点保证覆盖 考虑网络规模 技术手段的未来发展和演进方向 尽量避免在后续工作中 无线网络结构和基站整体布局发生巨大变动和大量网元设备更换的情况 第一部分 概述 无线网络规划的要求 综合建网成本最小 合理规划基站的整体布局 满足一定时间和业务的需要 有限资源容量最大化 减少小区内和小区间的干扰 增大小区容量 使有限的硬件资源 频率资源容量最大化 使盈利业务的覆盖最佳 运营的最终目的就是盈利业务 并确定它的覆盖目标 使关键业务的Gos最佳 关键业务是指可能短期不能盈利但具有发展前途的业务 如数据业务 在保证盈利业务的同时 应充分考虑潜在的关键业务的质量问题 第一部分 概述 网络规划的目标 1 达到服务区内最大程度的时间 地点的无线覆盖 2 最大程度的减少系统自干扰 达到所要求的服务质量 3 最优化的设置无线参数 最大发挥系统服务质量 4 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 5 为了达到 全覆盖 高质量 综合化 为最终发展目标 网络需要规划和优化的周期 第一部分 概述 无线网络规划的流程 第一部分 概述 无线网络规划的主要内容 1 规划区的区域 2 规划区内所需的基站数量 3 使用的频率复用方式 4 频率配置 5 相关无线资源参数 6 小区应配置的TRX数 第一部分 概述 规划的依据 1 服务区规划要求及话务量 2 区域内的话务分布和覆盖要求 客户提供 3 进行调查分析的现场各种数据 4 区分本期 远期网络建设的目标 5 1 50000或1 200000的地形图或城市规划图 6 图上表明不同区域各占用户预测数百分比 第二部分 数据资料收集 数据资料收集 1 全面的详尽的调查研究 收集各种基础资料 2 规划区域地形地貌和人口分布状况 3 规划区域的无线传播环境 4 当前项目准备所用频段范围 5 频段资源是否有干扰 6 人口增长率 7 经济增长率 8 现网站点信息 9 移动用户增长率 10 客户要求 第二部分 数据资料收集 用户需求分析 1 建设单位的网络建设要求 2 网络设计参数要求 3 可用的频率范围及可能的限制使用频点 4 业务量需求和系统容量 5 规划区的大小 6 服务质量Qos 7 话务模型 无线部分 8 短消息业务的要求 9 其它要求 10 覆盖要求 第三部分 用户分析 用户分类 首先 将规划业务区按照不同的地形地貌特征划分成 密集市区 一般市区 郊区 农村 四种不同类型的区域 得到不同类型区域的面积 其次 根据传播模型和链路预算 可以得出不同类型区域的基站覆盖半径 进而根据六边形蜂窝图计算得到基站覆盖面积 最后 根据不同类型面积和基站覆盖面积 得到满足覆盖要求需要的基站个数 第三部分 用户分析 规划区域分类 第三部分 用户分析 类型特征 第三部分 用户分析 确定覆盖区 根据上述统计资料 确定各种类型的覆盖区域 第四部分 覆盖估算 覆盖区估算方法 首先在各类型区域面积中 分别求出单个基站覆盖的面积 然后用各区域面积除以该区域单个基站覆盖的面积 求出的积为该区域需要的最低基站数量 最后将规划区内各类型区域需求的基站数量进行汇总 得出规划区需要的基站数量 第四部分 覆盖估算 覆盖估算的条件 覆盖要求和服务等级 业务量分解结果 适应于各个区域的传播模型 对各类区域面积的分类统计结果 无线网络规划参数 规划门限制 第四部分 覆盖估算 覆盖估算步骤 确定网络负荷 根据设备性能和网络建设策略 确定链路负荷 即预留多少干扰余量 通过链路仿真和试验网测试 可以得到链路负荷与码道规划之间的对应关系 确定规划参数 在给定网络规划条件下 确定规划主要参数 按覆盖估算 根据基站覆盖范围R 计算满足覆盖要求的最少基站数量 按照基站类型可分为全向站 定向站 第四部分 覆盖估算 R为基站最大覆盖半径 D为基站平均站间距离 已知基站最大覆盖半径R 可以得到单基站覆盖面积S0为 S0 3 3 R2 2 全向站的蜂窝结构示意图如下 第四部分 覆盖估算 已知基站最大覆盖半径R 可以得到单基站覆盖面积S0为 S60 9 3 R2 8三叶草蜂窝结构站在市区使用的比较普遍 三扇区定向站 三叶草 蜂窝结构示意图如下 第四部分 覆盖估算 S120 3 3 R2 2六边形蜂窝结构站在乡镇农村使用的比较普遍 三扇区定向站 六边形 蜂窝结构示意图如下 第四部分 覆盖估算 不同基站及扇区覆盖面积 第四部分 覆盖估算 确定传播模型 确定传播模型的主要因素 1 自然地形 高山 丘陵 平原 水域等 2 人工建筑的数量 高度 分布和材料特征 3 该地区的植被特征 4 天气状况 5 自然和人为的电磁噪声状况等 第四部分 覆盖估算 几种常用的传播模型 第四部分 覆盖估算 确定传播模型 GSM900MHz主要采用CCIR推荐Okumura电波传播衰减计算公式 该模式是以准平坦地形大城市区的场强中值或路径损耗作为参考 对其他传播环境和地形条件等因素分别以校正因子的形式进行修正 第四部分 覆盖估算 一般市区的路径损耗中值近似表示 Okumura HataLp 69 55 26 16lgf 13 82lghb 44 9 6 55lghb lgd a hm Lp 从基站到移动台的路径损耗单位 dBf 载波频率单位 MHzhb 基站天线高度单位 mhm 移动台天线高度 一般取1 5m单位 md 基站到移动台之间距离单位 ma hm 移动台高度修正 单位 m在中等城市取值 1 1lgf 0 7 hm 1 56lgf 0 8 在大城市取值3 2 log 11 75hm 2 4 97 频率大于400MHz时 第四部分 覆盖估算 郊区 路径损耗中值近似表示 LP 64 15 26 16lgf 2 lg f 28 13 82lghb 44 9 6 55lghb lgd a hm Lp 从基站到移动台的路径损耗单位 dBf 载波频率单位 MHzhb 基站天线高度单位 mhm 移动台天线高度 一般取1 5m单位 md 基站到移动台之间距离单位 ma hm 移动台高度修正 单位 m 第四部分 覆盖估算 链路估算模型 第四部分 覆盖估算 链路预算 Pinm Mf Poutb Lcb Lfb Gab Ld Gam Pmn 下行 Pinb Mf Poutm Gam Ld Gab Gdb Lfb Pmn 上行 Poutb 基站发射机输出功率Lcb 合路器损耗Lfb 馈线损耗Gab 基站天线增益Ld 空间传输损耗Gam 移动台天线增益Pinm 移动台接收电平Mf 衰落余量 第四部分 覆盖估算 选择测试站址确定测试站点相关参数确定测试路线电子地图要求传播模型的修正 传播模型测试及校正 第四部分 覆盖估算 计算小区半径 LP EIRP SSdes EIRP PBTS Lhadl Gdl PBTS PMS Lhadl Lhaul Gul Gdl MSBens BTSBens MSBens PBTS Lhadl Gdl LPMAX BTSBens PMS Lhaul Gdl LPMAX SSdes SSreq LNFmarg 0 室外 由以上式求的LP值 将LP值代入相应的传播模型算式 求的小区的覆盖距离 第四部分 覆盖估算 PBTS 基站发射功率PMS 移动台发射功率Lhadl 下行设备损耗Lhadl 基站发射功率Gdl 下行增益Gul 上行增益MSBens 移动台接收灵敏度BTSBens 基站接收灵敏度LPMAX 接收机在灵敏度极限下的最大路径损耗SSdes 设计的接收强度hb 基站天线高度EIRP 基站天线有效辐射功率a hm 移动台天线高度增益因子hm 移动台天线高度d T R之间的距离Lp 从基站到移动台允许的最大路径损耗 第四部分 覆盖估算 小区半径计算 根据基站中TA估算 R 3 7us bit X C 2X 比特调整数值 0 63之间 C 电播速度 3 108m s R 小区覆盖半径 第四部分 覆盖估算 特殊情况 对一些特殊地点宏站覆盖不到的地方 如机场侯机大厅 大型商场 地下停车场 大型酒店等可以采用微蜂窝 微微蜂窝 室内分布等形式进行覆盖 第五部分 容量要求 容量估算的步骤 首先 根据客户对网络容量的要求以及用户分布 得到不同类型区域的网络设计容量 其次 根据需求分析得出不同类型区域的最大配置基站 查爱尔兰B表得到相应的单站容量 再次 根据单站容量和规划区域的网络设计容量 可以简单通过整除来计算要求的基站数量 最后 综合覆盖和容量两方面的因素 最后确定规划区域需要的基站数量 二者取大 第五部分 容量要求 第五部分 容量要求 容量预测的方法 容量预测分为近期1 2年和中期3 5年和远期预测 常采用普及率法 类比法 数学模型法 专家预测法等多种预测方法 最后进行综合加权得出移动用户数 常用的数学模型法 用话务模型计算系统话务量 根据PLMN的不同结构获得各接口的话务量 话务模型受各地的社会 经济环境 主力用户群的组成情况等因素影响较大 且将随着用户的增长不断发生变化 a 用户产生的总话务量及话务分布预测 b 系统提供的服务等级GOS 拥塞率或呼损率 c 可用的话音 信令信道数 d 可用频带和频率复用模式 常用计算呼损概率的公式为爱尔兰公式 爱尔兰公式描述了呼损率B 话务量A及信道数n之间的关系 利用爱尔兰B表 在已知上述三项中的两项时 即可计算出另一项值 第五部分 容量要求 第五部分 容量要求 预测方法 人口普及率法 某移动通信网络的用户数 区域人口总数 移动电话普及率 该移动通信网络的市场占有率 第五部分 容量要求 趋势外推法 首先采集用户数增长的历史数据 画出历史增长曲线 然后选择合适的教学曲线进行拟合 最后根据拟合曲线的后半段 预测今后某个时间点的用户容量 第五部分 容量要求 增长率法 根据近几年增长率的统计情况 进行预测期内的增长率预测 采用二次曲线拟合 计算出预测期内的各个增长率 进而计算出预测用户 第五部分 容量要求 第五部分 容量要求 预测案例 某本地网需要进行扩容 根据业务发展并结合人口增长和普及率预测 在2年后用户将达到10万 考虑漫游因子 根据话统及发展趋势 10 移动因子 主要指用户在本地网内移动而不是漫游 10 动态因子 考虑突发话务量 15 得到所需网络容量为10 1 10 10 15 13 5万 考虑到拥塞 一般按85 计算网络可承担话务密度的依据 所以最终网络的设计容量为13 5 85 15 88万 即16万 再根据所采用的话务模型可预测出整网的忙时话务量 第五部分 容量要求 单基站容量 a 根据允许使用的频宽和复用方式 得出基站配置的最大站型 b 每个载频有8个信道 减去控制信道数后 得出每个基站可配置的最大话音信道数 c 根据话音信道数和呼损率指标 一般高话务密度区取2 其余取5 查爱尔兰B表 得出一个基站能负荷的最大话务量 d 根据所采用的话务模型 用该爱尔兰数除以平均用户忙时话务量 得到一个基站可满足的最大用户数 第五部分 容量要求 基站容量计算示例 例如 某基站站型为S4 4 4 每小区共32个信道 其中29个为业务信道 假设呼损2 查爱尔兰B表得 可承载话务量21 03Erl 假设每用户平均忙时话务量为0 025Erl 则可容纳用户841户 该基站可容纳841 3 2523户 第五部分 容量要求 区域容量 由上述求得的单基站最大用户容量后 根据调查的用户密度数据 可求得该基站的覆盖面积 最后 根据各种用户密度分布区域的用户总容量 除以该区域单个基站的覆盖容量 得出该区域需要设置的基站数 第五部分 容量要求 当覆盖需求基站数量大于容量需求基站数量时 定义为覆盖受限 此时以覆盖数量做为最终的基站估算结果 当覆盖需求基站数量小于容量需求基站数量时 定义为容量受限 此时以容量需求基站数量作为最终的估算结果 第七部分 频率规划 频率规划的原则 同基站内不允许存在同频频点 同一小区内BCCH和TCH的频率间隔最好在400K以上 没有采用跳频时 同一小区的TCH间的频率间隔最好在400K以上 非1 3复用方式下 直接邻近的基站避免同频 考虑到天线挂高和传播环境的复杂性 距离较近的基站应尽量避免同频相对 含斜对 通常情况下 1 3复用应保证跳频频点是参与跳频载频数的二倍以上 重点关注同频复用 避免在邻近区域存在同BCCH同BSIC的情况 第七部分 频率规划 规范要求 按照国家对无线900MHz频段规定 工作频段 MHz 移动发890 00 915 00基站发935 00 960 00频道间隔 KHz 25双工收发间隔 MHz 45频率容限移动台 2 5 10 4基站 0 25 10 6必要的发射带宽 KHz 32 第七部分 频率规划 频率带宽的确定 工程规划方案中所使用的频率和带宽 必须经由国家无线电管理委员会批准 工程规划时必需出示相关部门的批文 第七部分 频率规划 频率与序号 n 的关系 按照国家规定 移动占用 890 909MHz935 954MHz联通占用909 915MHz954 960MHz频率与序号 n 的关系如下 基站收 f1 n 890 2 n 1 0 2 MHz 基站发 f2 n f1 n 45 MHz 第七部分 频率规划 频率复用 频率复用的概念 频率复用也称频率再用 就是重复使用 reuse 频率 在GSM网络中频率复用就是 使同一频率覆盖不同的区域 一个基站或该基站的一部分 扇形天线 所覆盖的区域 这些使用同一频率的区域彼此需要相隔一定的距离 称为同频复用距离 以满足将同频干扰抑制到允许的指标以内 第七部分 频率规划 主导思想 由于移动电话话务量分布的不均匀性 所以我们采用的频率复用方式应该能满足高话务密度区的容量需求 在城市中 由于移动用户增长速度很快 因此对每个基站或小区都应尽量配足可用信道数 第七部分 频率规划 GSM中可以使用的频率复用方法主要有以下几种 7小区复用方式 4 3复用方式 3 3复用方式 4 3与3 3的混合复用方式 2 6复用方式 1 3复用方式 同心圆 ConcentricCell 技术 多重复用MRP MultiplefrequencyPattern 方式等 第七部分 频率规划 1 7个基站区的复用方式 这种7个基站区为一个复用组的复用方式适用于话务量较低或用户密度较小的地区 一般为全向基站 其D R 4 58 同频复用距离较远 第七部分 频率规划 2 4 3复用方式 这是 900MHzTDMA数字公用陆地蜂窝移动通信网络技术体制 建议采用的复用方式 也是GSM系统中最常用和最典型的复用方式 对于三叶草60度天线 其D R 6 对于120度天线 其D R 3 46采用三叶草60度天线时同频干扰性能更好 第七部分 频率规划 常规的4 3频率复用技术 根据GSM体制规范的建议 通常在无线网络规划中都采用4 3频率复用方式 即4个基站区 每个基站分为3个120 扇形小区或60 三叶草形小区 12个扇形区为一小区群 这种频率复用方式由于同频复用距离大 能够比较可靠地满足GSM体制对同频干扰保护比和邻频干扰保护比的指标要求 使GSM网络运行质量好 安全性好 但是 这种复用方式频率利用率低 满足不了业务量大的地区扩大网络容量的要求 我国城市人口密度很大 GSM网经过几次大规模扩容后 特大城市和部分大城市的市区宏蜂窝基站平均站距不到1000m 小区覆盖半径也就是几百米左右 有些 热点 地区站距只有300m左右 可见 再靠大规模小区分裂技术来增加网络容量已经不现实了 第七部分 频率规划 第七部分 频率规划 根据4 3频率方法 规划中国移动频率 中国移动19MHz的频率 1 94 采用4 3频率复用模式 BCCH为 79 94 16个频点 其余全部分配给TCH 不考虑微蜂窝预留频点 则频率规划方案如下图 第七部分 频率规划 第七部分 频率规划 3 3 3复用方式这也是 900MHzTDMA数字公用陆地蜂窝移动通信网络技术体制 建议采用的复用方式 3 3复用方式与跳频 DTX 功率控制一起使用 可控同频干扰要求 但带宽在6MHz以下时 不能提供足够的跳频增益 因此性能不佳 第七部分 频率规划 第七部分 频率规划 第七部分 频率规划 4 2 6复用方式这是Motrola提出的用以解决高话务地区频率复用的方法 该方法在不同天线方向上有着不同的频率复用程度 其D R小于3 3复用方式 第七部分 频率规划 第七部分 频率规划 第七部分 频率规划 5 1 3复用方式 这一方式是目前最紧密的复用方式 其主要特点为 适用于频带较窄 容量比较集中 不需很多基站的地区 可在较小的基站数下提供较大容量 需要采用部分加载方法 即载频不能用满 收发信机数目为载频的一半左右 需要采用射频跳频 功率控制 不连续发射 天线分集等技术 以降低干扰 不需改变现有网络结构 不过 虽然这一方式频率利用率很高 但系统干扰增加很大 如采用的抗干扰措施不够有效 可能对网络质量产生较大影响 因此应谨慎使用 第七部分 频率规划 第七部分 频率规划 第七部分 频率规划 6 同心圆技术 同心圆技术就是将通常的小区分为外层 Overlay 和内层 Underlay 外层的覆盖范围为传统的蜂窝小区 而内层的覆盖范围则主要集中在基站附近 另外 内外层的频率复用系数一般也不同 外层一般用4 3复用方式 而内层则采用更紧密的复用方式 如3 3 2 3或1 3等方式 根据同心圆的实现方式不同 可分为普通同心圆与智能双层网 IUO 两种 两者的主要区别在于内层的发射功率与内外层的切换算法 普通同心圆内层的发射功率一般要低于外层 从而降低了同频干扰 其内外层的切换一般是基于功率与距离的 而IUO内外层的发射功率是完全相同的 并基于C I进行切换 普通同心圆对容量的提高约为10 30 左右 提高量不大 IUO方式对容量提高相对较大 一般为20 40 并能在提高容量的基础上保证通话质量 第七部分 频率规划 MRP复用方式有以下几个特点 可较大程度提高容量 在7 2MHz带宽情况下 比4 3复用率提高47 信道分配灵活 可释放出一些频率用于微蜂窝 采用基带跳频 较易实现 在使用MRP时 应注意以下问题 必须采用跳频 功率控制 DTX等抗干扰手段 这也是MRP技术应用的前提 采用MRP技术时 应注意频率分配的顺序 一般应先分配BCCH 然后分配TCH5 接着分配TCH4 直至TCH1 第七部分 频率规划 如果用于GSM网的频率带宽为7 2MHz 那么 可用载频数为36对 频道号60 95 按12 9 8 7分成4组 第七部分 频率规划 第七部分 频率规划 第七部分 频率规划 第七部分 频率规划 规范要求 原邮电部颁布的 900MHzTDMA数字公用陆地蜂窝移动通信网技术体制 要求 若采用定向天线 建议采用4 3复用方式 业务量较大的地区 根据设备的能力还可以采用其它的复用方式 如3 3复用方式 2 6复用方式等 无论采用哪种复用方式 基第七部分 频率规划本原则是考虑了不同的传播条件 不同的复用方式及多个干扰等因素后 必须满足干扰保护比的要求 即 同频道干扰保护比 C I 载波 干扰 9dB邻频道干扰保护比 C I 载波 干扰 9dB载波偏离400KHz时的干扰保护比 C I 载波 干扰 41dB注 工程设计中需对以上C I另加3dB余量 第七部分 频率规划 第七部分 频率规划 各种频率复用方式容量的比较 上表列出了在不同的带宽条件下 采用4 3复用方式和采用其他复用方式容量的比较 从表中可以看出采用1 3复用方式 频率利用率最高 网络容量提高最大 但干扰严重 对网络运行质量影响大 一般都慎重采用 而MRP或IUO技术可使网络容量提高较大 网络调整优化容易 能保证网络的服务质量 在频段受