移动通信课设

1、摘 要 本文依据TD-SCDMA 系统的特点，根据我校校园的特点，对我校西校区进行网络规划与设计。TD-SCDMA由于采用时分双工，上行和下行信道特性基本一致，因此，基站根据接收信号估计上行和下行信道特性比较容易。TD-SCDMA 利用先进技术使得频谱利用率和覆盖范围大大增加，提供优质的服务。同时，由于网络的不断变化，需要不断对网络进行调整。关键词：TD-SCDMA；网络规划；覆盖；容量目 录摘 要1前 言3第一章 TD-SCDMA 网络规划流程4第二章 TD-SCDMA移动通信系统简要分析62.1 TD-SCDMA简介62.2 TD-SCDMA系统的关键技术7第三章 校区典型场景建设策略分析

2、93.1场景的分类93.2业务需求特点93.3覆盖规划特点103.4 传播模型及损耗113.5容量规划特点13第四章 设计方案154.1 覆盖方案154.2 容量方案154.2.1 语音业务忙时话务量164.2.2 移动数据忙时话务量16参考文献18总结19发射功率前 言 随着TD-SCDMA 移动通信技术的发展，各种关键技术顺利解决，TD-SCDMA 系统终端、基站和无线控制器等设备陆续推向市场，TD-SCDMA 组网开始成为关注的重点。网络规划的目的，概况的讲，就是在支持多种多媒体业务并满足一定QoS条件下，获得良好的网络容量，满足一定的无线覆盖要求，同时通过调整容量、覆盖、质量之间的均衡

3、关系提供最佳链路服务。由于TD-SCDMA 是目前国际电联支持的惟一采用时分复用（TDD）的码分多址（CDMA）系统，与WCDMA和cdma2000这两种采用频分复用（FDD）技术的CDMA系统相比较，TD-SCDMA 采用了时分复用上行多用户检测上行时间同步和智能天线等先进技术，使得TD-SCDMA 组网更加灵活和复杂。 TD-SCDMA 网络规划是一个非常重要的过程，它的结果甚至会影响到网络运营商的经营是否成功。如果规划不当，不但系统的呼叫中断概率高，而且吞吐量低、重传率高和阻塞率高。这样，一方面用户投诉会增加，另一方面运营商的收益也会减少，因此，好的网络规划可以提高网络服务等级并且减少运

4、营商的经营成本。 蜂窝网络规划基本从两项任务开始，就是要满足必需的覆盖和容量，这主要针对语音业务而言。对于数据业务而言，主要解决热点地区高吞吐量的问题，不要求全网覆盖。总之，覆盖和容量对运营商是至关重要的，因为每个用户都期望有一个完好的漫游业务的高质量服务网络。 本文主要介绍了TD-SCDMA 网络规划的基础知识以及网络规划的注意事项。给出了我校校园网络规划的结果和用到的相关数据。第一章 TD-SCDMA 网络规划流程 无线网络规划是一个不断设计、修改、再设计、再修改的迭代过程，概括的说，可以分为初始设计、预规划、详细规划和验证/优化四大步骤，如图1-1所示。初始准备 Step1：确定建网目标

5、 Step2：地理信息数据准备 Step3：传播模型参数的确定 Step4：核实设备参数与设备的限制 Step5：详细准确的天线参数 Step6：业务与业务模型参数预规划 Step1：参数配置 Step2：覆盖估算 Step3：容量估算 Step4：质量估算性能调整优化 Step1：性能评估 Step2：网络调整优化详细规划 Step1：传播模型预测模型校正 Step2：仿真分析 Step3：邻区规划 Step4：时隙比率规划 Step5：码规划 图1-1 无线网络规划过程 （1）网络建设需求分析：主要是分析网络覆盖区域、网络容量和网络服务质量，这是网络规划要求达到的目标； （2）无线环境分析

6、：其中包括清频测试和传播模型测试校正。其中清频测试是为了找出当前规划项目准备采用的频段是否存在干扰，并找出干扰方位及强度，从而为当前项目选用合适频点提供参考，也可用于网络优化中问题定位。传播模型测试校正是通过针对规划区的无线传播特性测试，由测试数据进行模型校正后得到规划区的无线传播模型，从而为覆盖预测提供准确的数据基础； （3）无线网络规模估算：包含覆盖规模估算和容量规模估算；针对规划区的不同区域类型，综合覆盖规模估算和容量规模估算，做出比较准确的网络规模估算； （4）无线网络勘察：根据拓扑结构设计结果，到实地对候选站址进行勘察和筛选； （5）无线网络详细设计：主要指工程参数和无线参数的规划，

7、还包括频点规划、码资源规划等； 第二章 TD-SCDMA移动通信系统简要分析2.1 TD-SCDMA简介TD-SCDMA，Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，即时分同步的码分多址技术。TD-SCDMA集CDMA、TDMA、FDMA技术优势于一体、系统容量大、频谱利用率高、抗干扰能力强的移动通信技术。它采用了智能天线、联合检测、接力切换、同步CDMA、软件无线电、低码片速率、多时隙、可变扩频系统、自适应功率调整等技术。      TD-SCDMA为TDD模式，在应用范围内有其自身的

8、特点：一是终端的移动速度受现有DSP运算速度的限制只能做到240km/h；二是基站覆盖半径在15km以内时频谱利用率和系统容量可达最佳，在用户容量不是很大的区域，基站最大覆盖可达3040km。所以，TD-SCDMA适合在城市和城郊使用，在城市和城郊这两个不足均不影响实际使用。因在城市和城郊，车速一般都小于200km/h，城市和城郊人口密度高，因容量的原因，小区半径一般都在15km以内。而在农村及大区全覆盖时，用WCDMA FDD方式也是合适的，因此TDD和FDD模式是互为补充的。TDD模式是基于在无线信道时域里的周期地重复TDMA帧结构实现的。这个帧结构被再分为几个时隙。在TDD模式下，可以方

9、便地实现上/下行链路间地灵活切换。这一模式的突出的优势是，在上/下行链路间的时隙分配可以被一个灵活的转换点改变，以满足不同的业务要求。这样，运用TD-SCDMA这一技术，通过灵活地改变上/下行链路的转换点就可以实现所有3G对称和非对称业务。合适的TD-SCDMA时域操作模式可自行解决所有对称和非对称业务以及任何混合业务的上/下行链路资源分配的问题。     TD-SCDMA的无线传输方案综合了FDMA，TDMA和CDMA等基本传输方法。通过与联合检测相结合，它在传输容量方面表现非凡。通过引进智能天线，容量还可以进一步提高。智能天线凭借其定向性降低了小区间

10、频率复用所产生的干扰，并通过更高的频率复用率来提供更高的话务量。  TD-SCDMA所呈现的先进的移动无线系统是针对所有无线环境下对称和非对称的3G业务所设计的，它运行在不成对的射频频谱上。TD-SCDMA传输方向的时域自适应资源分配可取得独立于对称业务负载关系的频谱分配的最佳利用率。因此，TD-SCDMA通过最佳自适应资源的分配和最佳频谱效率，可支持速率从8kbps到2Mbps的语音、互联网等所有的3G业务。2.2 TD-SCDMA系统的关键技术1 多址复用技术 多址划分从原理上看，与固定通信中的信号多路服用是一样的，实质上都属于信号的正交划分与设计技术。不同点是多路服用的目的是区

11、别多个通路，通常是在基带和中频上实现的；而多址划分是区分不同的用户地址，通常需要利用射频频段的电磁波来寻找动态的用户地址，同时为了实现多址信号之间互不干扰，信号之间必须满足正交特性。传统的多址方式有3种，其中，FDMA是以不同的频率信道实现通信的，TDMA是以不同的时隙实现通信的，CDMA是以不同的码序列实现通信的。 TD-SCDMA空中采用了4种技术：FDMA,TDMA,CDMA,SDMA，综合利用这4种技术资料分配时在不同角度上的自由度，系统容量，频谱利用率和抗干扰能力都得到大幅度的提升，从而可以得到动态调整的最优资源分配。2 智能天线技术 智能天线利用信号传输的空间特性来达到抑制干扰，提

12、取信号的目的，通过实现空分多址（SDMA）可以大大增加系统容量。其核心是自适应天线波束赋形技术。基本思想是：天线以多个高增益窄波束动态地跟踪多个期望用户，在接收模式下，来自窄波束之外的信号被抑制，在发射模式下，能使期望用户所接收到的信号功率最大，同时使窄带波束照射范围内以外的非期望用户所收到的干扰最小。 智能天线的优势： 1）提高基站接收机的灵敏度 2）提高基站发射机的等效发射功率 3）降低系统的干扰 4）降低无线基站的成本 5）增加CDMA 系统的容量 6）改进小区覆盖半径 3 联合检测 CDMA系统的干扰受限特征与其它多址方式相比尤为突出，其干扰主要来源于多址干扰（Multiple Acc

13、ess Interference, MAI）。CDMA 系统中多个用户的信号在时域和频域是混淆的，接收时要把各个信号分离。分离技术分为多用户检测和单用户检测。 多用户检测技术，采用这种技术可以降低或者消除多址干扰（MAI），改善系统性能，提高系统容量。联合检测技术是利用所有和MAI相关的先验信息，在一步之内就将所有用户的信号分离出来。 联合检测的优点：降低干扰，扩大容量，降低功控要求，削弱远近效应。 联合检测的缺点：大大增加系统复杂度、增加系统处理时延、需要要消耗一定的资源。4 同步技术 TD-SCDMA系统的同步技术包括网络同步，初始化同步，节点同步，传输同步，无线接口同步，Iu接口时间校准

14、及上行同步等。其中网络同步是指心选择高准确度，高精度的时钟作为网络时间基准，以保证整个网络的时间稳定，它是其它同步的基础；初始化同步使UE成功接入网络；节点同步，传输信道同步，无线接口同步和Iu接口时间校准等，使UE能正常尽心符合QoS 要求的业务传输；而上行同则是TD-SCDMA系统中最关键的技术。5 接力切换技术 TD-SCDMA系统的接力切换就是综合利用了该系统各种技术特点和优势而发明的一种不同于传统切换方式的全新技术。其设计思想是利用智能天线和上行同步等技术，在UE的距离和方位进行定位的基础上，将UE的方位和距离作为辅助信息来判断目前UE是否移动到了可进行切换的相邻基站的临近区域。如果

15、UE进入切换区，则RNC通知该基站做好切换准备，从而实现快速，可靠和高效的切换。这个过程称为接力切换。 实现接力切换的必要条件是：网络要准确获得UE的位置信息，包括UE的信息到达方向（DOA）和UE与基站之间的距离。 优点：将软切换的高成功率和硬切换的高信道利用率综合到接力切换中 ，使用该方法可以在使用不同载频的SCDMA基站之间，甚至在SCDMA系统与其他移动通信系统如GSM、IS95的基站之间实现不中断通信、不丢失信息的越区切换。第三章 校区典型场景建设策略分析3.1场景的分类 TD网络的一个重要覆盖目的便是满足不断增长的无线数据业务，校园也自然成为了特别关注的地点。 一般校园内的用户数目

16、总量较为固定，但用户行为在不同的建筑内具有各不相同的特点。从区域上看，大学校园主要分为几大覆盖场景：宿舍，教学楼（包括图书馆等），以及校园区域。（1）校园室内区域 校园室内区域按照建筑功能可以细分为：教学楼、行政楼、实验楼、食堂、图书馆、大礼堂、体育馆、宿舍楼。此区域一般是校园话务量最为集中的区域，同时由于校园内部的作息时间，话务忙时具有规律性变化特点。（2）校园室外区域 校园室外区域面积较大，主要是道路、广场、室外运动区域和草地组成。覆盖区域较大，但是话务量相对较小。3.2业务需求特点 校园内人数较多且集中，综合性大学校园内教师和学生总数较大，但总量变化不大。校园内人员流动的规律性带来话务的

17、规律性变化，总体来说人员变化普遍趋势如下： 1）每年有新生入校和毕业生离校，人数基本持平； 2）每天离开学校和进入学校的人员基本持平； 3）周一至周五校内人员较多而周末较少； 4）寒暑假校内人员较少； 5）9月因新生入校人数增多，漫游数目较大； 6）5-7月因毕业生陆续离校，人员总数减少。 根据校园内不同楼宇具有的不同功能人流量、话务量、业务需求各不同。楼宇类型和话务量分布特点如表3.1所示。表3.1 楼宇类型与业务特点序号楼宇类型人流量话务量数据业务1教学楼较大一般一般2行政楼一般一般较少3实验楼较少较少较少4食堂较大较大一般5图书馆一般较少一般6体育馆较大较少较少7宿舍楼很大较大较大 学校

18、的主要用户包括学生、教师和其他人口，其中占最大数量比例的是学生这一群体，因此，主要以学生群体的业务行为来分析其话务特点。学生的主要活动区域可按白天和晚上划分为教学区、宿舍区和其他区域（包括校园内、餐厅、操场等）。 大学内基本所有学生都住宿，宿舍区夜间的话务量相当高。周一至周五白天，人员集中在教学楼和实验楼。早中晚饭时间，人员主要集中在食堂。由于图书馆内场馆限制，一般话务量较小。宿舍话务量基本可以作为整个校园话务容量的衡量标准。基于以上人员活动特点的分析，室外宏站的话务压力不大，可以适当减少载频规划数量，提高载频利用率并且可以减少频率干扰；对于校园的室内分布小区，需要吸收更多的话务量，话务压力较

19、大。3.3覆盖规划特点 通过实地勘察并结合地图，楼群分界线明显，建筑物的高度大约在15-25m，根据我校建筑物分布情况，主要分为三大区，分别为南村宿舍区、北村宿舍区、教学区。其中主要的区域有：南村宿舍楼有9栋，北村宿舍楼有8栋，教学楼有四栋，实验楼有2栋。除了上述以外，还有校医院和工程训练中心，及门口行政处。现主要区域建筑分布如图3.1所示。校区室外可采用宏基站进行覆盖，满足室外的覆盖指标。图3.1 西校区各建筑分布图 TD网络建设主要采取的覆盖方式包括：室外宏基站、室内分布系统覆盖和室外小区分布系统覆盖等三种类型。其中宏基站主要用于室外覆盖及楼层比较低且楼的数量比较少的场景；室内覆盖主要用于

20、楼层较高且楼房密集、宏基站覆盖不能很好的达到覆盖指标要求的场景；小区分布覆盖则主要用于楼房密集，但建设室内覆盖有困难的场景。 鉴于校区的教学区和宿舍区楼房较多，采用室外宏站对校区的室外进行覆盖，以宏基站为主进行网络覆盖，重点覆盖数据业务需求高的区域，覆盖的业务热点区域力求室外成片连续，基站间距控制在450至600米。3.4 传播模型及损耗 进行链路预算时，最重要的是传播模型的选择，选择好的话，测量准确度也很精准。通常根据传播模式的应用环境将覆盖区域分为3类：市区、郊区、乡村。按照基站覆盖小区范围可分为：宏蜂窝、微蜂窝、微微蜂窝。常用宏蜂窝预测模型如表3.2所示。表3.2 常用宏蜂窝比较模型名称

21、频率范围基站天线高度/m移动台天线高度/m覆盖半径/kmOkumura150-192030-2001-101-20Okumura-Hata1500-100030-2001-101-20Cost231-Hata1500-200030-2001-31-20Cost231Walfish-Ikefami800-20004-501-30.02-5 我国为TD-SCDMA 系统分配了1880-1920MHz，2010-2025MHz，2300-2400MHz三段共155MHz的频段。天线高度指面天线离地面的距离即为天线高度，本次设计基站天线高度为H=18m(楼高)+5m（拔杆高）+0.5m（天线高）=23

22、.5m。小区半径与天线高度之间的关系如下图3.2所示：图3.2 天线倾角图 天线与小区半径的夹角为，则下倾角为。 因为小区半径R为0.526km,符合微蜂窝的覆盖半径范围，所以采用微蜂窝的COST-231传播模型。则可视传播损耗的计算公式为 （3-1）式中损耗以dB计算，距离d以km计算，频率f以MHz计算。 非可视传播路径损耗公式为 （3-2） 式中是自由空间传播损耗，是屋顶至街道的绕射及散射损耗，是多重屏障的绕射损耗。 自由空间传播损耗的计算公式为 (3-3) 屋顶至街道的绕射及散射损耗的计算公式为 （3-4） 其中为街道宽度为3m,距离d为1km,频率为2300MHz, 基站天线高度为2

23、3.5m,是建筑物高度与移动台天线高度之差=18m, =1m, ,是考虑到街道方向的实验修正值，由于本设计中不考虑其值为零。则将这些数据代入公式中，得出可视传播损耗为110.34dB，非可视传播路径损耗为39.83dB。 手机接收的最小电平是-85dbm，因为非可视传播路径损耗为39.83dB，故基站发射功率大概可估算为-85-39.83=-124.83 dbm，和基站本身相差不多，可以认为基站的覆盖半径就是小区半径。3.5容量规划特点 容量估算方法：目前业界关于3G 网络混合容量估算有以下几种方法，分别是等效爱尔兰法、Post Erlang-B 法、坎贝尔方法等。 我们采用的是等效爱尔兰法。

24、等效爱尔兰方法的基本原理是根据业务所消耗的资源大小，将一种业务等效成另外一种业务，并计算等效后的业务总话务量，然后计算满足此话务量所需的信道数。在TD-SCDMA网络中，一个信道就是载波、时隙、扩频码的组合，称为一个资源单位RU(Resource Unit)，其中一个时隙内由一个16 位扩频码划分的信道为最基本的资源单位，即BRU。各种业务占用的BRU 个数是不一样的，在一个时隙中，最多可有8 个语音AMR12.2K 业务，或者2 个CS64K业务，或者2 个PS64K 业务，或者1 个PS128K 业务，据此可以估算不同业务占用资源比例，例如设业务A为AMR12.2K和业务B为CS64K，预

25、测A的话务量为12Erl，预测B的话务量为6Erl 。 因此根据每种业务占用信道资源的比例，可以将1Erl的业务B等效为4Erl的业务A，则网络中总话务量为6×412=36Erl（业务A），如果要求阻塞率为2%，则通过查询爱尔兰B表，共需要46个业务A的信道资源，共需要92 个BRU资源。也可以将4 Erl的业务A等效为1 Erl的业务B进行计算。第四章 设计方案4.1 覆盖方案 根据我校教学楼和实验楼建筑分布及建筑高度综合分析，现提出以下解决方案：TD宏基站室外覆盖：建筑物的高度大约在15-25m，一般57层 ，地形开阔，可以认为其建筑物特征符合郊区的特征。采用宏基站覆盖：三扇区配

26、置，8path智能天线。 通过计算容量，链路预算等，选择把基站建在食堂之上，利用其大概是学校的中心区，可以有效的涵盖大部分校园。如图4.1所示。图4.1 校园覆盖图4.2 容量方案 为了对现有校园分布系统小区进行容量规划，校园用户数目需要尽量准确。北村生活区共8栋宿舍楼和图书馆以及大学生活动中心，住宿的总人数为8640人。南村生活区共9栋宿舍楼，住宿的总人数为9720人。宿舍区总人数约为19000人，加上教职员工以及校内工作人员总共有20000人。由于学生上课流动性大，在食堂、图书馆、校园内不同时间段学生量完全不同，学生同时出现在这些地点时最多有5000人。4.2.1 语音业务忙时话务量 根据

27、采集的数据，用户语音忙时话务量的公式，其中C为每一用户每天平均呼叫次数，T为每次呼叫平均占用信道时间，k为集中系数，可计算出校园不同地点的忙时话务量。经过实际调研，宿舍区话务量高峰期是中午12:0014:30和晚上17:3024:00这两个时间段，每一个用户每天平均呼叫次数为4（次/天），每次呼叫的平均占用信道时间为240（秒/次），集中系数为15%，所以宿舍区每用户的忙时话务量为 （4-1） 校园其他区域话务量较少， 每一用户每天平均呼叫次数为2（次/天），每次呼叫平均占用信道时间为90（秒/次），集中系数为10%，同理可得每用户的忙时话务量为0.005erl/用户。 根据不同点的用户数，计

28、算出无呼损时的忙时话务量：在北村宿舍区大约有9000用户，所以北村总的忙时话务量为 （4-2）在南村宿舍区用户约有10000人，同理，南村总的忙时话务量为 （4-3)在校园其他区域忙总的话务量为 (4-4)4.2.2 移动数据忙时话务量 目前TD-SCDMA手机使用的业务主要有语音（AMR12.2K）、视频（CS64K）、PS64/64K、PS64/128K等四种。现在设定兰州理工大学西校区TD-SCDMA网络用户使用的语音业务是AMR12.2K，移动数据业务是64K, 预测语音业务全天的话务量为0.04erl/用户，数据业务的话务量为0.02erl/用户。语音业务与移动数据业务承载比为1:4

29、。因此根据每种业务占用信道资源的比例，可以将1Erl移动数据业务等效为4Erl的语音业务。 根据实际调查，在校园内任何时间任何地方都使用手机QQ，所以数据业务在全天24小时内使用是均匀的。则在北村宿舍区忙时话务量为 （4-5） 同理，在南村宿舍区忙时话务量为0.02*1000=200erl；在校园其他区域忙时话务量为0.02*5000=100erl。 用等效爱尔兰算法将数据业务等效为语音业务，可得到西校区校园不同地点的忙时话务量，在北村宿舍区忙时话务量为；在南村宿舍区忙时话务量为爱尔兰；在校园其他区域忙时话务量为。 由于无线电波在传播过程中，不可能100%的传播，都存在一定的呼损，假设呼损率为5%,则北村宿舍区忙时话务量为；同理在南村宿舍区忙时话务量为；在校园其他区域忙时话务量为。 由于1个爱尔兰对应1个信道，则北村宿舍区需要1026个信道；南村宿舍区需要1140个信道；校园其他区域需要404个信道。载频间隔为1.6 MHz,由于TD-SCDMA系统根据服务质量的不同，每个载频有40到80个信道，本次设计我取每个载频有65个信道。则北村宿舍区需要1026个信道，则需要大约16个载频；南村宿舍区需要1140个信