无线工程初步设计-基站设计流程及技术要点

1、詈銓r州杰界通信规划设计隨杰 莽GUANGZHOU GCIPLAN & DESIGN INSTITUTE OF COMMUNICATION ENGINEERING10110无线工程初步设计|(-基站设计流程及技术要点作者:沙平审核：沈文明2004年7月05日h确定需改善区域焦赛飓计A覆盖和质量分析按照上节分析门限确定问题具体区域（大小.形状） 尽可能深入地分析原因A容量分析可细至扇区同步放大,局部修正考虑必要的利用率,形成一定的冗余2、确定需建基站区域A不同方式比较方式基站直放站射频拉远室内分布系统容量提供来自施主基站来自主机来自信源基站成本高低较低独立楼宇，投资较低适用范围大片覆盖问题 区域

2、；存在容 量问题低话务的小片 覆盖问题区 域，具备条件话务需求不大的 小片区域，具备 拉远的条件个别孤立的大中型楼 宇室内覆盖问题是否设置应考虑其经济效益:直接经济效益所建设基站f覆盖的人口足够多面积较大,可形成足够的经济收入间接经济效益所建设基站的覆盖区域常重要 对市场发展影响非常大鬼、确定各站覆盖区域及容话务受限需改善区域的总体话务 能够使用的最大配置覆盖受限需改善区域的面积单站能够提供的最大覆盖排队模型服务排饮用户在无线应用中使用Erlang-B公式资源 BSC中的中继电路，声码器 BTS中的信道单元 1 Erlang表示1条电路连续使用1个 小时阻塞:当需要时，却没有可分配的资源;阻塞

3、率阻塞率是阻塞发生的概率 0.02代表2%的概率阻塞概率也叫服务等级最大信道数由于阻塞而丢失的话 务量A =话务量(Erlangs)n =中继电路aErlang-B表公式Ann!Pn(A)=1+A + .+ AIL 1!n!Pn(A)=阻塞率(%)n个中继电路是话务量A的函数系统的阻塞率蜂窝系统中阻塞可能发生在以下部位 BTS中没有足够的信道单元 BSC中没有足够的声码器没有足够的交换网没有足够的中继电路大多数的阻塞发生BTS上P.02是系统扇区通常的取值P.001P.005 cdMA话务量阻塞的量JBI口 寻：百mslomM启呼的话务量仃O）是用户与 呼的话务量 TO = CA x CD C

4、A =总的试呼次数 CD =平均成功呼叫 的时间通过的话务量是系统受理的 话务量 阻塞的话务量是没有按系统 受理的话务量话务量查表X阻塞率0.2话务量Erl鱼话务量速查n2%5%n2%5%n2%5%n2%5%n2%5%n2%5%n2%5%2013.2 15.2 40 31.0 34.6 60 49.6 54.6 80 68.7 74.8 100 88.0 95.2 140 127.0136.410.020.052114.016.24131.935.66150.655.68169.675.810289.997.3142128.9138.420.220. 382214.917.14232.836.

5、66251.556.68270.676.910491.999.3144130.9140.530.600.902315.818.14333.837.66352.557.68371.677.910693.8101.4146132.9142.641.091.522416.619.04434.738.66453.458.68472.578.910895.7103.4148134.8144.651.662.222517.520.04535.639.66554.459.68573.579.9no97.7105.5150136.8146.762.282.962618.420.94636.540.56655.

6、360.68674.580.911299.6107.5152138.814& 8782.943. 742719.321.94737.541.56756.361.68775.482.0114101.6109.6154140.7150.83.634.542820.222.94838.442.56857.262.68876.483.0116103.5111.7156142.7152.994.345. 372921.023.84939.343.56958.263.78977.384.0118105.5113.7158144.7155.0105.086.223021.924.85040.344.5705

7、9.164.79078.385.0120107.4115.8160146.6157.0115.847.083122.825.85141.245.57160.165.79179.386.0122109.4117.8162148.6159.11213146.617.953223.726.75242.146.57261.066.79280.287.1124111.3119.9164150.6161.27.40& 833324.627.75343.147.57362.067.79381.288.1126113.3121.9166152.6163.3& 209. 733425.528.75444.048

8、.57462.968.79482.289.1128115.2124.0168154.5165.3159.0110. 603526.429.75544.949.57563.969.79583.190.1130117.2126.1170156.5167.416179.8311.503627.330.75645.950.57664.970.89684.191.1132119.1128.110.7012.503728.331.65746.851.57765.871.89785.192.2134121.1130.21811.5013.403829.232.65847.852.67866.872.8988

9、6.093.2136123.1132.31 n -c cc , i cconon 1 oo arnio 7 ro pncan n 70 0nn07 n n 1 n 1001a 10/ 0I V41 /111 /Is1111% % bCU1N/C/ vfr i/# Mvf vf/ I IU/_!7IS/ I JI I I %”10试呼I空中信道组1cHII空中信道组2NiI【空中信道组3eH中继单扇区（全向）、2扇区、3扇区的小区均采用下列方法计算话务量单载频和多载频都是以扇区的业务信道总数来查话务量表，得出单个扇区的话务量，小区 的话务量是三个扇区话务量相加。囱话务量分布示例天及一周话务量分布

10、100%90%话务80%强70%度60%50%40%30%20%10%CXJ C-Jocj*srgcoocsjpgcoo11111 CX1小时周日匪_舌务量预测现有系统的话务量小区数量要同时考虑对区域 的覆盖和承载的话务量811107197 1673年0/项目启动12345人口1,000,0001,000,0001,000,0001,000,0001,000,0001,000,000普及率0.1%2.5%5.0%7.0%9.0%12%用户数1,00025,00050,00070,00090,000120,000忙时话务量/用户.100.05.04.03.028.025忙时总话务量1001,25

11、02,0002,1002,5203,000小区数量102535404550平均话务量/小区10505752.55660平均信道数/小区176168646771总话业务信道数1701,5252,3802,5603,0153,5509爵2话务工程举例根据话务密度，计算小区的话务量，进而计算小区的信道数.话务小方格计数话务量，Erl需要的信道数15/ r/ 17)=(9k/13V=12A厂2319V/6 j3r45121012.411.62019fi细 _I依魂乞黑阿枣. 傢恳愿总臥逐:爲竺WilW前憋、：S6BBS7wiilii11336.820.626.4292119 15.6132927(21

12、111ynIJ /乙Y / 19 乜/4 Vm/-J 6 / 7.8-12146 怡 / 1.4 J_ 3.2 _ 1.0 (5 f 82735.218.815311222.4741413114鱼话务工程举例（续1）话务量增加40%;需要的信道数相应要增加25% （最小的小区）至IJ34% （最大的小区）-可以通过增加CDMA载频来增加信道数原有的EH数新的EH数需要的信道数-根据信道数、最大单扇区配置推算站数需求需要2个以上扇区（站点）的区域需要的信道数假设最大扇区话务性道数22 163 单站覆盖单站覆盖存在极限单站覆盖可以控制影响单站覆盖面积的因素:等效发射电平正常解调电平显大路径损耗发射

13、高度、接收高度 无线传播特性最大覆盖半径囱R 3. 1等效发射电平爲护盪?计移动台有效全向辐射功率EIRP二移动台最大发射功率+移动台天线增益一人体损耗基站信道有效辐射功率EIRP （天线主路径） 二信道最大发射功率+天线增益一馈线损耗企 3. 1等效发射电平焦赛飓计基站发射功率主要指经过高功放后的功率，各扇区的最大发射电平一般为20w信道发射功率各信道有不同的发射电平，其总和为基站发射功率. 如导频一般在扇区总电平的14%手机发射电平手机最大发射电平根据网络类型不同，cR0.2w馈线损耗与馈线长度及类型有关，如7/8馈线5dB/百米1=移动台天线增益一般认为是OdB人体损耗一般认为是3d B

14、囱3. 3. 2正常解调电平基站正常解调电平二接收机灵敏度-天线增益+馈线损耗信息速率）天线增益+馈线损耗=（基站噪声系数+热噪声功率密度+ Eb/No移动台正常解调电平=移动台接收灵敏度-天线增益+人体损耗基站噪声系数反映了设备的优劣，一般在4-5dB热噪声功率密度反映了无线环境，无外部干扰为-i74dBm/h乙Eb/N根据制式不同有不同的取值，不同设备稍有差别，cdma95为7d信息速率链路预算分析是为获取空间链路最大允许损耗而进行的 由发射端至接收端极限情况下的计算Gt = 15.6dBiWGr=-3dBW发射Ptch二 1 厅二31.8dBm7/8RFn7-4clBRACK移动台.-3

15、dB,分集增益 人体损耗鱼4 3. 3链路预算分析链路预算分上行链路和下行链路两种情况分析：上行从移动台至基站，下行从基站至移动台良好的系统应保证上下行链路允许的最大损耗相同，即上下行链路平衡反向（移动台 站）最大路径损耗二移动台等效发射电平一接收机正常解调电平一干扰余量+软切换增益衰落余量一建筑物穿透损耗 衰落余量：为保证可通率，依据对数正态分布特性取定的余量 干扰余量：为克服网内外的干扰取定的余量 建筑物穿透损耗：市区一般到达25dB 软切换切换增益：一般认为在35dB鱼4 3. 3链路预算分析典型GSM网下行链路分析项目名称单位城市密集区城市郊区乡村开阔地基站发射功率dBm43.043.

16、043. 043.043.0典型馈线损耗dB3.03.03.03.03.0双工器损耗dB1.01.01.01.01.0合路器损耗dB3.03.0000基站天线增益dBi13.016.018.018.018.0基站有效发射功率ERPdBm49.052.057.057.057.0人体损耗dB3.03.03.03.03.0手机静态接收灵敬度dBm-102.0-102-102-102-102衰落余量dB10.08.08.06.06.0恶化储备dB6.04.03.03.03.0建筑物穿透损耗dB2520111210最大允许空间链路损耗dB107119131135137系统参数IS95ACDMA lx话音

17、话音数据业务速率(kbps)9.69.69.619.238.476.8153.6扩频带宽(MHz)1.22881. 22881. 22881. 22881. 22881. 22881.2288最大移动台发射机功率(W)0.20.20.20.20.20.20.2最大移动台发射机功率(dBm)23232323232323连接器、合成器等损耗总计(dB)1111111移动台天线增益(dBi)1111111人体损耗(dB)3300000移动台总的ERP (dBm)20202323232323基站天线增益(dBi)15. 715.715.715.715.715.715.7基站馈缆损耗(dB/100m)6

18、666666基站馈缆长度(m)50505050505050其它损耗估计(dB)1111111基站天馈损耗总计(dB)4444444小区负载因子0. 50. 50.50.50.50.50.5干扰余虽(CLF) (dB)3333333接收机噪声系数(dB)5555555热噪声谱密度(dBm/Hz)No=KT-174-174-174-174-174-174-174接收机干扰功率密度(dBm/Hz)-169-169-169-169-169-169-169总有效噪声加干扰功率密度(dBm/Hz)-165. 99-165.99-165. 99-165. 99-165. 99-165.99-165. 99数

19、据速率(dB-Hz)39. 8239. 8239. 8242.8345. 844& 8551.86Eb/Io(dB)6.84.94.943.32.72.2基站灵敏度(dBm)-119. 37-121.27-121.27-119.16-116. 85-111.44-111.93软切换增益(dB)3.53. 500000覆盖区边缘通讯概率偲)0. 750. 750. 750. 750. 750. 750. 75正态衰落方差(dB)888888正态衰落余虽(dB)5.45.45.45.45.45.45.43. 3. 4 无线传播特性理论基础回顾：无线信号是电磁波，空间传播时为球面波 在自由空间的传播

20、存在以下公式：Pr= (A2/4tt) /(4rnd2)*PtPt 口 =， pr传播损耗定义为L：l= Pt /Pr = (4nd/A) 2表示为分贝形式：L=10*log (41Td/入)2=32.45+20logf+20logd 其中，伪工作频率(MHz) , d为收发距离(km) L的单位为dB, P的单位为dBm=log(1 OOOPW)L3. 4 无线传播特性对非自由空间，由于信号存在折射、反射、衍射形成 的叠加场存在严重的起伏特性:固定任一点的测试也具有起伏原因：多径信号的叠加场强特性曲线的瞬时值快速起伏变化称为快衰落引起原因：多径叠加偶然因素特性：近基站处通常服从莱斯分布，远基

21、站处通常服从瑞利分布场强特性曲线的中值慢速起伏变化称为慢衰落 引起原因：大气、温度、气候的变化地形、阴影特性：服从正态分布i LdB鱼亠34无线传播特性对衰落的处理快衰落深度最高可达30dB,在工程中可通过分集接收改善在测试中可通过40入内取样50个，平均后输出(误差小于1dBm) 慢衰落由于服从(对数)正态分布，可通过增加余量保证可通率: 正态分布概率服从 p(m)=(2TT52 尸 /2exp-(m-M)2/(2at2)75%的可通率，m=0.y8=5.4dBm1 1亠.亠-J. 4 无线传播特性口时延特性数字信号在空间传播，由于距离的变化引起时间相位上的变化 由于采用制式的不同，对时延处

22、理方式和时延带来的影响不同: GSM网络引入时间提前量和时隙间隔避免信号混淆 最大传播距离35公里CDMA网络引入导频搜索窗，依靠参数获取不同时延条件 下的导频信号，并以此为基准进行同步作为微波频段，以直线传播位置，受地球表面曲率影响 d=(2R)1/2(H1/2+h1/2) 其中：d传播距离十一R等效地球半径(地球大气折射率变化)H基站高度，h移动台高度获得最大允许空间链路损耗后，根据无线信号传播计算，可计算相应的 传播距离为计算链路损耗和传播距离的关系，我们建立了传播模型目前的传播模型分理论模型和经验模型两类，较流行的模型有： 理论模型：Walfisch-lkegamix大地理论模型、Le

23、e 经验模型：奥村(Okumura)模型，COST231模型，标准模型31离r35 传播模型Walfisch-lkegami 模型视通情况下:=42.6 + 261og(d) + 201og(f) dMobile to base separation in ktn ( 20Krn) fFrequency in MHz Is equal to free space loss tor:d = 20m非视通情况下:Free space lossRoof-top-to-strcct diftraction and scatter lossMulti-screen loss奥村模型L =69.55 +

24、26.16 lg() -13.82 lg 仇)-a(hm) + 44.9 -6.55 lg 仇)x lg(r)其中：fc二频率(MHz)L=平均路径损耗(dB) 惊=基站天线高度(m) 人口=移动台天线地校正因子(dB) =距离基站地距离(km)模型适用范围:150 1500W30兰隔兰200/41024标准(General)模型：Prx=Ptx+K1+K2log(d)+K3log(Heff)+K4Diffraction+K5log(d)log(He ff)+&(Hmetf)+Kci utter +AntGainKi截距K2rvK6斜率Heff冇效基站天线高度Diff绕射损耗Hmeff有效手机

25、天线高度Kclutte-地面用途系数K、心可以在不同情况下取不同值，用来表示两段函数，例如LOS :filogdPrx-Ptx =S2|ogd + -S2)logdbreakdd breakdndbk+ K6(Hmeff)+Kcl utter +AntGai n35血 3. 3. 6最大覆盖半径通过链路预算后的最大路径损耗，以及特定的传播模型参数，可得到单站的覆盖半径Hata Model,800M,40mcost-231 model,800M,40mdhata密集城区城区郊区乡村开阔地cost密集城区城区郊区乡村开阔地1123. 35123. 35118.35113. 35106. 3595.

26、 35120. 57120. 57117. 57114.57112. 5796. 571.5129.41129.41124.41119.41112.41101.41126. 63126. 63123. 63120. 63118. 63102. 632133.71133.71128. 71123.71116. 71105.71130. 93130. 93127. 93124. 93122. 93106. 932.5137. 05137. 05132. 05127. 05120. 05109. 05134. 27134. 27131.27128. 27126. 27110.273139. 7713

27、9.77134. 77129.77122. 77111. 77136. 99136. 99133. 99130. 99128. 99112.993.5142. 07142. 07137. 07132. 07125. 07114. 07139. 29139. 29136. 29133. 29131.29115.294144. 07144. 07139. 07134. 07127. 07116. 07141.29141.29138. 29135. 29133. 29117. 294.5145. 83145. 83140. 83135.83128. 83117. 83143. 05143. 0514

28、0. 05137. 05135. 05119.055147. 40147. 40142. 40137. 40130.40119.40144. 62144. 62141.62138. 62136. 62120. 625.5148. 83148.83143. 83138. 83131.83120. 83146. 05146. 05143. 05140. 05138. 05122.056150. 13150. 13145. 13140. 13133. 13122. 13147. 35147. 35144.35141.35139. 35123. 356.5151. 32151. 32146. 3214

29、1.32134. 32123. 32148. 54148. 54145. 54142. 54140. 54124.547152.43152.43147.43142.43135.43124. 43149. 65149. 65146. 65143. 65141.65125. 657.5153.46153.46148. 46143.46136.46125. 46150. 68150. 68147. 68144.68142. 68126. 688154.43154.43149. 43144. 43137.43126. 43151.65151. 65148. 65145. 65143. 65127. 6

30、58.5155. 33155. 33150. 33145. 33138. 33127. 33152. 55152. 55149. 55146. 55144. 55128. 559156. 19156. 19151. 19146. 19139. 19128. 19153.41153.41150.41147.41145.41129.419.5156. 99156. 99151.99146. 99139. 99128. 99154.21154.21151.21148.21146.21130. 2110157. 76157. 76152.76147. 76140. 76129. 76154. 9815

31、4. 98151.98148. 98146. 98130. 9810.5158. 49158. 49153.49148. 49141.49130. 49155.71155. 71152.71149.71147.71131. 7111159. 19159.19154. 19149. 19142. 19131. 19156. 40156. 40153. 40150. 40148. 40132. 40r11只1 RQ QR1 RQ QR1 Rzl QRi.131,.,.1FU 7.1A1 7.133-0厂I 12 丨 160.49 丨 160.49 丨 155.49 丨 150.49 | 143.4

32、9 | 132.49 | 157.71 | 157.71 | 154.71 | 151.71 | 149.71 | 133.71囱3. 3. 7 单站目标确定目标区域容量需求 单站提供最大容量 目标区域面积大小 单站提供最大半径确定站点参数包括站址、站型.天线参数.设备参数四个方面,关键是刚好解决问题,又不影响其他区域血4 1 确定站址/站址确定位晝站高亠11位置基站的设计应尽可能符合理想蜂窝的栅格结构T理想蜂窝的栅格结构非栅格状9非标站型偏离理想位置匕分之一站距五分之一站距最差点距离变化 最差点距离比例 Ec的变化Ec/Io的变化站距原半径dBdB0. 11. 152. 1220.21339

33、940251. 3754. 845实际中更多要考虑阻挡、站高差异站高基站的站高 会产生相应的边缘场强和覆盖距离变化lg(H)的系数：-13. 8-M*lg(d)典型区域市区郊区开阔地站距：公里1612lg(H)的系数： -13. 80-1& 90-20. 87高度增加1/4,场强增加dB1. 31. 82. 0覆盖距离增加公里109%113%114%高度增加1/2,场强增加dB2. 43. 33. 7覆盖距离增加公里117%124%127%高度增加一倍，场强增加dB4. 25. 76. 3覆盖距离增加公里131%145%151%市区的基站站高应高于周圉建筑515米基站的高度可通过合理的建设方式

34、拔高确定站型/站型确定全肉站与定向站微基站与宏基站哆载频基站全向站与定向站全向站的特点减少了射频模块容量小.设备便宜天线带来覆盖和干扰控制的差别/rrr主瓣方向増益少6dB左右,覆盖距离小35%40% 下倾角调节不灵活，容易出现塔下黑全向站的适用范圉低话务的郊区周围相对较封闭的圆形区域不适用于高山站和市区全向站的扇区化 2彳敛微基站与宏基站微基站特点一般为全向或单扇区f容量小，设备价格便宜通常不需要机房和电源设备,工程方便投资小可能存在多载频扩容和技术升级问题微基站适用范圉 小范围.低话务的郊区 缺乏机房和电源配套条件 市区应避免使用CDMA的容量瓶颈可存在于CE以外的Walsh码和干扰极限容

35、量载频间切换伪导频、数据库辅助等业务驻留Hash.按照业务类型划分等 共天线,因合路带来的损耗两载频:-3dB设备投资増加/天线参数天线的増益天线的极化 吩集増益唾直与水平半功率角汴倾角与电下倾天线的增益天线阵列形成増益实现了能量在不同方向上的重新分配,OdBd=2.15dBi得到主瓣方向上的増益对偶极子对全向振子Rx天线具有极化方向一直.水平 当接收天线和发射天线极化方/ Rx向相同时増益最大在城市,经过各中折射.反射, 极化方向会变化,各向趋近相同天线的分集由于无线信号传播过程中的多径作用，信号会产生快衰落；将两个不同 路径来得信号进行合成可在一定程度上克服快衰落,即接收分集;(两路径信号

36、的相关性越小 效果越好);CDMA系统本身还使用软切换分集和Rack接收分集 空间分集(BTS):接收天线在水平距离上(针对垂直极化)f 保持4米左右的距离#使两天线的接收信号具有不相关性3dB左右极化分集(BTS):即交叉极化,同一根天线内分别采用45。的 振子,接收不同极化方向的两个信号 形成不相关的两个接收信号 2 3dB左右极化分集在地形复杂多变的市区较有效,郊区会较空间分集少约Id B珂3. 4 确定天线参数垂直与水平半功率角即垂直与水平;皮瓣角270(W)Notice -3 dB points190180(S)10dB)W glints典型天线水平剖面图约60度走向典型定向天线立体

37、图在市区,为利用小区间去耦性降低干扰,般定向基站扇区方向大致统一；但几乎不存在完全理想的状态Down典型天线垂直剖面图由于基站一般高于被覆盖目标f所以通常天线设置下倾下倾角_般要求 主瓣超向覆盖目标（覆盖边缘）; 整个主瓣（上波瓣）落地 计算公式: 站高HmtanfF倾角）二主瓣方向覆盖目标（覆盖半径） 站高Hwtan（下倾角垂直波半角/2、=最大允许干扰控制距离电下倾为了避免过度下倾的畸变,在下倾比较大的情况下多选用电下倾无下倾电下倾机械下倾主要是通过改变振子阵列的 相位偏置实现的包括电可调和预置电调两种:电可调是可以通过改变参数进行调整的,便于优化全向多为预置电调为3. 6却4 设备参数“皱计/设备参数功率分配参数典型范围：导频 10-20% ( 14% );寻呼5-10%(7.5%);同步 1.5%;业务信道70-85% (77.5% )低话务时,发射功率只占总功率的20%左右；高负荷会使质量下降，但RX升 高在郊区可适当増大导频等开销功率切换参数Tadd. Tdrop、Ttdrop、Tcomp r 影响软切换的比例(13dB. 15dB.3s. 2.5dB )邻区列表设置不当(过多.漏邻区)会造成切换失败多种覆盖手段直放站多种覆盖手段室内分布系统塔放特殊天线基于建设成本考虑,优先考虑低成本的方式 ACDMA直放站直放站类别光纤直放站无线直放站移频直放