TDSCDMA无线网络规划及设计探讨

1、Y1211931分类号工程硕士学位论文 镕镕:一 %目:一TDSCDMA无线网络规划及设计硕士研究生 指导教师 企业导师 工程领域 学位论文主审人 乇刚杨莘元教授房鑫高级工程师 电子与通信工程 赵春晖教授哈尔滨I程大学 2007年5月哈尔演T稗大学T秤硕_卜学忙论文摘 要随着现代通信技术的不断进步,移动通信系统在近年来取得了长足发 展。一方面,在激烈的市场竞争形势下,中国的移动通信系统的容量呈现飞 速发展,系统向着大容量、广覆盖及高质量方面发展;另一方面,系统也在 向着数据化、智能化及多媒体化的方向发展,随着第三代移动通信技术的实 现和移动通信与互联网的融合,未来无线数据的传输速率将达到2Mb

2、/s,人 类社会正向着移动信息时代迈进。第三代移动通信系统是一种能提供多种高质量业务类型的,能实现全球 无缝覆盖的通信系统。该系统具有能进行全球漫游,能以小型便携式终端在 任何时候、任何地点进行任何种类通信的特点,是移动通信系统由模拟到数 字后再进一步发展的方向。TD,SCDMA作为中国自主知识产权的3G标准以其先进的技术特征和丰 富多彩的业务类型吸引了广大的用户和运营商的关注。为了获得决胜3G移 动通信的先机,中国移动通信有限责任公司正在积极准备TD.SCDMA建网 工作,本文在对哈尔滨移动通信发展预测基础上结合城市无线传播环境分析, 采用理论计算的方法,对基于TD.SCDMA技术的无线网络

3、进行了具体的容 量估算、覆盖范围确定、站址数量计算等一系列工作。在得出理论计算结果 后,又应用网络规划软件对该结果进行了计算机模拟研究,考察了设计系统 在地理信息系统上的覆盖、导频干扰及服务质量情况,对规划的结果进行了 优化和修正,最后得到哈尔滨移动通信分公司TD.SCDMA无线网络建设方 案。本文的理论计算结论为在城区173.8平方公里的范围内,满足通话及数 据业务要求的TD.SCDMA基站数量为276个;计算机模拟仿真计算的结论 为该数量基站及其站址分布是可以满足工程实际要求的。本文提出了哈尔滨 市未来无线网络发展的初步构想,为进一步的工程建设决策提供了依据。关键词:TDSCDMA;第三代

4、移动通信;无线网络规划AbstractAlong with the continuous developmentof modem communications technology,mobile communications system has obtained a rapid growth in recent years.The capacity of mobile communications system have been expanding quickly and higher capacity,higher coverage,higher quality are the targ

5、et of the system.On the other hand,the mobile communications system is moving to the stage of combining the data services,multimedia services and intelligent services. The transmitting rate ofradio data will reach the speed of2Mh/s.The 3m mobile communications can provide many hi曲quality services. U

6、sers can roam globally and can get any kind of communications in any time anywhere by mini terminals.TDSCDMA has attracted the general users and the operation business attention as the China proprietary intellectual property fights 3G standard by its advanced technical characteristic and the richly

7、colorful service type.In order to obtain the final outcome in 3G mobile communication,taking the initiative, China Mobile communication Limited liability company is preparing the TD-SCDMA constructing positively,this article unified the city wireless environment analysis to the Harbin mobile communi

8、cation development forecasting,andused the method of theoretical calculation,based on the TD-SCDMA technology wireless network,this article has carried on a series of work such as the capacity estimate,the determination of cover scope,the quantity of station sites computation and SO on.After obtaini

9、ng the theoretical calculation results,also use the network planning software has conducted the computer simulation research to the results,inspected the designed system on the cover of geographic information system,the pilot frequency disturbance and the grade of service situation,has carried on th

10、e optimization and the revision to the results,finally obtained the Harbin Mobile communication Subsidiary companyTDSCDMA wireless network construction plan.Finallv.the conclusions are that the sites number iS 127in urban areas of 55km2,and the amounts are also perfect in the computer simulation stu

11、dy.11le paper has the reliability in constructing operation of 3“generation wireless network.It gives the solid foundation of next decisionmaking in network construction.Keywords:TDSCDMA:3”generation mobile communications:wireless networksplanning哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明:本论文的所有工作,是在导师的指导 下,由作者本人独立完成的。

12、有关观点、方法、数据和文 献的引用已在文中指出,并与参考文献相对应。除文中已 注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已 经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律结果由本人承担。作者(签字:捌 日期:印年r月Io日哈尔演T稃大学T秤硕学忙论文第1章绪论1.1课题的来源及意义近年来在我国政府大力扶持下,由我国提出的TD.SCDMA第三代移动 通信标准的产业化进程得到了快速的推进。2005年国家发展改革委、科技部 和信息产业部共同支持由信息产业部主导的TDSCDMA试验网测试J'gi年'J结 束,分

13、别在北京和上海两个城市建设TD.SCDMA试验网,对TD.SCDMA单 系统外场试验、终端和芯片等进行测试。2006年由国内三大运营商参加的 TDSCDMA规模网络技术应用试验在青岛、保定和厦门三个城市进行。对 TDSCDMA系统、终端进行全面应用性测试。与以往少批量系统设备或终端 的局部网络测试完全不同,所有核心网、系统设备和终端的性能及相互之间 的兼容性测试是本次测试工作的的重点。经过两年多的测试和试验不仅验证 了TDSCDMA技术具备独立组网能力,网络容量与质量均能达到理论设计 要求,另一方面通过测试大大加速了TD.SCDMA终端和网络设备的产业化 进程,取得了突破性的进展。我国TDSC

14、DMA技术大规模商用的条件已经 成熟。随着我国自主知识产权的TDSCDMA商用网络建设步伐的临近,在网 络部署工作开始前做好网络规划是十分重要和必要的。目前哈尔滨移动通信 公司的通信网络正处在由2.5代GSM/GPRS向第三代网络技术演进过程中, 建设属于我国自主知识产权的3G网络是必然的发展趋势。本论文根据哈尔 滨移动网络的特点和移动通信发展预测对哈尔滨移动TDSCDMA无线网络 进行了详细规划和设计。通过规划提出了网络建设方案,对哈尔滨移动通信 的发展具有重要意义:(1通过TDSCDMA网络规划可以从覆盖、容量及质量三个方面对网 络资源进行优化配置,在建设资金有限的条件下提升网络运营的效益

15、。 (2通过TDSCDMA网络规划和设计,可得到网络建设的详细方案及 网络运行的相关参数设置,为快速部署TD.SCDMA网络做好准备。哈尔演1,竿大学T稃硕十学忙论文(3通过对规划结果的仿真和分析,町以对无线网络覆盖和质量小足区 域进行预测,为网络运行后的优化工作提供依据和指导意见。1.2移动通信技术发展移动无线电话在20世纪早期偶尔被海军和海洋部门用于通信,在20世 纪60年代,改进型移动电话系统(Improved Mobile Telephone System,IMTS 开始安装,在80年代移动通信开始盛行。到现在为止的20多年里,移动通 信已经经历了从模拟时代到数字时代的演进,其发展大致

16、可分为:第一代移 动通信系统,第二代移动通信系统,第三代移动通信系统。目前,正在向第 三代移动通信演变。第一代移动通信系统属于模拟系统,如AMPS和TACS系统,它主要采 用频分多址技术(Frequency Division MultipleAccess,FDMA,这种技术是 最古老也是最简单的。模拟系统主要以语言业务为主,基本上很难开展数据 业务。模拟移动通信系统不足之处主要如下:(1现有的模拟移动通信系统制式复杂,不易实现国际漫游。(2模拟移动通信系统不能提供综合业务数字网(ISDN业务。(3模拟移动通信系统设备价钱高,手机体积大,电池充电后有效工作 时间短,给用户带来不便。(4模拟移动通

17、信系统用户容量受限制【2】。第二代移动通信系统属数字系统,它主要采用TDMA技术或是窄带 CDMA技术,如中国移动的GSM系统和中国联通已大规模铺设的窄带 CDMA网络。目前第二代代移动通信系统正在得到广泛的应用。数字代移动通信有下述特征:(1有效利用频率。(2提高保密性。2哈尔滨T稃大学T秤硕十学位论文(3易于同ISDN连接。(4可灵活进行信息变换、存储等。虽然第二代移动通信系统解决了模拟系统的系统容量小、频谱利用率低 等一些不足,但是,随着对通信业务种类和数量需求的剧增,第二代移动通 信系统已经不能满足未来发展的需求,因此,ITu提出了大容量、高速率、 全方位的第三代移动通信的概念,3G主

18、要的特点如下:(1世界范围内高度共同性的设计。(2具有高速和多种速率传输能力,在广域覆盖下的最高速率达 384kb/s。(3多媒体应用能力,多种业务能力和多种终端。(4实现全球覆盖和全球无缝漫游。(5具有较高的频谱利用率。(6具有较高的QoS。(7具有很高的兼容性、灵活性、和安全性。(8具有突出的个性化服务。目前国际电联公开的3G标志有三个:欧洲和日本共同提出的WCDMA、 美国以高通公司为代表提出的CDMA2000以及中国以大唐为代表提出的 TDSCDMAt31。1.3第三代移动通信技术的国内外发展动态2002年,在国家三部委(发改委、信产部、科技部的支持下,在大唐 的牵头推动下,由大唐、华

19、为、中兴、中国普天、中电塞龙、联想、华立、 南方高科8家企业共同发起的TD.SCDMA产业联盟正式成立。这是一个基 于国际标准下的,以实现相互问产业合作与配套为目的的企业联盟组织。经 过近几年的发展,联盟成员不断增加,几乎囊括了海信、夏欣、波导、TCL、 海天、展讯、T3G、凯明等目前中国最具实力的通信企业。通过这些企业的 运作,还直接带动了西门子、阿尔卡特、爱立信、北电网络、三星电子、菲 3哈尔演T稃大学T稃硕十学伊论文h-iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii 利浦、摩托岁拉等国际通信

20、邑头公司以小同形式加入到产业的发腱中来。 在TDSCDMA产业化进展方面,目前包括大唐移动在内的TD.SCDMA 系统设备开发的有数lO家,而且产品已经成熟,可提供商用。同时,终端芯 片、智能天线、测试仪表等方面的厂商也不断涌现。并且国际电联在制定3G 国际标准时,为TDD模式在全球划分了统一频率。这些都为TDSCDMA标 准的全球商用发展提供了良好的契机。2007年年初中国移动通信集团宣布计划在北京、上海、天津、沈阳、秦 皇岛、广州、深圳、厦门8个重点城市建设TD.SCDMA网络,其中宏蜂窝 基站8602个,室内分布系统3772套。计划建设的3G基站将达到八城市现 有2G基站总数的七成,市区

21、及郊区的覆盖面积达到现有网络的95%以上。 标志着TD.SCDMA大规模商用脚步已经逐渐l临近。WCDMA最早由欧洲和日本提出,其核心网基于演进的GSM/GPRS网 络技术,空中接口采用直接序列扩频的宽带CDMA。目前,这种方式得到欧 洲、北美、亚太地区各GSM运营商和日本、韩国多数运营商的广泛支持, 是第三代移动通信中最具竞争力的技术之一。3GPP WCDMA技术的标准化 工作十分规范,目前全球3GPP R99标准的商用化程度最高,全球绝大多数 3G试验系统和设备研发都基于该技术标准规范。今后3GPP R99的发展方向 将是基于全IP方式的的网络架构,并将演进为R4、R5两个阶段的序列标准。

22、 2001年3月的第一个R4版本初步确定了未来发展的框架,部分功能进一步 增强,并启动部分全IP演进内容。R5为全IP方式的第一个版本,其核心网 的传输、控制和业务分离,IP化将从核心网(cN逐步延伸到无线接入部 分(RAN和终端(UE4J。CDMA2000由北美最早提出,其核心网采用演进的IS一95CDMA核心网 (ANSI一41,能与现有的IS一95CDMA向后兼容。CDMA技术得到IS一95 CDMA运营商的支持,主要分布在北美和亚太地区。其无线单载波 CDMA2000lx采用与IS.95相同的带宽,容量提高了一倍,第一阶段支持 144kbps业务速率,第二阶段支持614kbps,3GP

23、P2已完成这部分的标准化工 作。目前增强型单载波CDMA2000lx EV在技术发展中较受重视,极具商用哈尔演T稃大学T稃硕十学位论文潜力引。TD.SCDMA与其他第三代移动通信系统标准相比具有明显的优势,主要 体现在4个方面:(1频谱灵活性和支持蜂窝网的能力TDSCDMA采用TDD方式,仅需要1.6MHz(单载波的最小带宽。 因此频率安排灵活,不需要成对的频率,可以使用任何零碎的频段,能较好 的解决当前频率紧张的矛盾。若带宽为5MHz则支持3个载波,在一个地区 可组成蜂窝网,提供高速移动业务。(2高频谱利用率TD.SCDMA频谱利用率高,抗干扰能力强,系统容量大,适于人口密集 的大、中城市传

24、输对称与非对称业务。尤其适合移动Intemet业务(将是第 三代移动通信的主要业务。(3适用于多种使用环境TD.SCDMA系统全面满足ITU的要求,适用于多种环境。(4设备成本低设备成本低系统性能价格比高。由于具有我国自主的知识产权,在网络 规划、系统设计、工程建设以及为国内运营商提供长期技术支持和技术服务 等方面带来方便,可大大节省系统建设投资和运营成本。1.4论文的主要工作和内容安排本文主要围绕对TDSCDMA的原理、关键技术和网络规化原理及流 程,通过软件仿真的方式,实现对哈尔滨移动TDSCDMA无线网络的规 划和设计。论文的章节安排如下:第一章,绪论。简要介绍了课题的来源、意义和移动技

25、术的发展概况。 第二章,TD.SCDMA原理和关键技术。主要介绍了TDSCDMA网络 结构、系统物理层技术、物理层过程等原理,以及智能天线、接力切换等 关键技术的相关知识,对TD.SCDMA系统性能和特点进一步进行研究。第三章,TD.SCDMA无线嘲络规划基本原理和流程。主要介绍了 TDSCDMA网络规划的概念、基本原理以及网络规划的基本流程,并对规 划中重要的链路预算和容量估算进行了深入的比较和分析。第四章,哈尔滨1"19.SCDMA无线网络规划方案。在对哈尔滨自然环 境及移动发展预测分析的基础上,采用HATA/COST-23l传播模型及 CAMPELL理论计算出哈尔滨TD.SCD

26、MA无线网络规模,并根据哈尔滨移 动现有网络情况设计了TDSCDMA网络建设的详细方案。第五章,仿真结果及分析。利用规划软件对规划方案进行计算机仿真, 并对仿真结果进行分析和总结。6图2.1UTRAN网络结构TD.SCDMA系统由核心网CN、无线接入网Un认N和手机终端UE三 部分组成。UTRAN由基站控制器RNC和基站Node B组成。CN通过Iu接口与UTRAN的RNC相连。其中Iu接口又被分为连接到 电路交换域的lu.CS,分组交换域的IuPS,广播控制域的Iu.BC。Node B与 RNC之间的接口叫做lub接口。在UTRAN内部,RNC通过lur接口进行信 息交互。Iur接口可以使R

27、NC之间物理上直接连接,也可以靠通过任何合适 传输网络的虚拟连接来实现。Node B与UE之问的接口叫Uu接口【9J。哈尔滨丁稃大学T程硕十学位论文TDD模式下,传输信道分为专用传输信道和公用传输信道两大类。专用 传输信道的特征与FDD模式下相同;公用传输信道包括广播信道、前向接入 信道、随机接入信道、寻呼信道以及上下心共享信道。每个传输信道都映射 到对应的物理信道上。TDD模式下的物理信道包括专用物理信道、公共控制物理信道、物理随 机接入信道、寻呼指示信道和物理上下行共享信道。寻呼指示信道和同步信 道没有对应的传输信道I”】。传输信道到物理层信道的映射关系如表2.1所示。 表2.1传输信道到

28、物理层信道的映射关系传输信道 物理信道DCH 专用物理信道(DPCHBCH 主公共控制物理信道(P.CCPCHPCH 辅助公共控制物理信道(S.CCPCHFACH 辅助公共控制物理信道(S.CCPCHRACH 物理随机接入信道(PRACHUSCH 物理上行共享信道(PUSCHDSCH 物理上行共享信道(PDSCH下行导频信道(DwPCH上行导频信道(UpPCH寻呼指示信道(PICH快速物理接入信道(FPACH为了保证高层的信息数据在无线信道上可靠的传输,需要对来自MAC哈尔演T秤大学T柙硕十学伊论文和高层的数据流进行编码/复用后在无线链路上发送,并且将无线链路上接收 到的数据解码/解复用再发送

29、给MAC和高层。(1信道编码:无线信道编码是为了接收机能够检测和纠正因传输媒介带来的信号误 差,在原数据流中加入适当冗余信息,从而提高数据传输的可靠性。 TD.SCDMA中,传输信道可采用以下信道编码方案:卷积编码;Turbo编码; 无信道编码。(2传输信道的复用:根据无线信道的传输特性,在每一个10ms周期,来自不同传输信道的 无线帧被送到传输信道复用单元。复用单元根据承载业务的类别和高层的设 置,分别将其进行复用或组合,构成一条或多条编码组合传输信道。在TDSCDMA系统中,经过物理信道映射后的数据流还要进行数据调 制和扩频调制。数据调制可以采用QPSK或者8PSK的方式,即将连续的两 个

30、比特(采用QPSK或者连续的3个比特(采用8PSK映射为一个符号, 数据调制后的复数符号再进行扩频调制。TD.SCDMA扩频后的码片速率为 1.28Mc/s,扩频因之的恶恶范围为116,调制符号的速率为80k符号/p1.28M 符号/s。l、数据调制调制就是对信息源信息进行编码的过程,其目的就是携带信息的信号与 信道特征相匹配以及有效地利用信道。(1QPSK调制为了减少传输信号频带来提高信道频带利用率,可以将二进制数据变换 为多进制数据来传输。多进制的基带信号对应于载波相位的多个相位值。 QPSK数据调制实际上是将连续的两个比特映射为一个复数值得数据符号:9哈尔滨T稃大学T稃硕十学青论文表2.

31、2QPSK调制数据映射关系连续二进制比特 复数符号00+j0l +llO .111一(28PSK调制8PSK数据调制实际上是将连续的三个比特映射为一个复数值的数据符 号。其数据映射关系如表2.3所示。表2.38PSK调制数据映射关系连续二进制比特 复数符号000Cos(1lpi/8+jsin(1lpi/800l Cos(9pi/8+jsin Opi/8010Cos(5pi/8+jsin(5pi/801l Cos(7pi/8+jsin(7pi/8100Cos(13pi/8+jsin(13pi/810l Cos(15pi/8+jsin(15pi/8110Cos(3pi/8+jsin(3pi/8ll

32、l Cos(pi/8+jsin(pi/8一I一2、扩频调制经过物理信道映射后,信道上的数据将进行扩频。扩频,就是用高于比 特速率的数字序列与信道数据相乘,相乘的结果扩展了信号的宽度,将比特 率的数据流转换成具有码片速率的数据流。扩频处理通常也叫信道化操作,O所使用的数字序列称为信道化码。在TD。SCDMA系统中,使用OVSF(正 交可变扩频因子作为扩频码,上行方向的扩频因子l、2、4、8、16,下行 方向的扩频因子l、16。物理层过程与空中帧结构息息相关。物理层过程包括小区搜索、上行同 步、基站间同步和随机接入等。TD.SCDMA系统的小区搜索过程与其独特的帧结构相关,第一步搜索 DwPTS,

33、识别SYNC.DL及对应扰码组;第二步通过试探法和错误排除法确 定小区基本中间码和扰码;第三步搜索BCH的复帧信息块MIB信息;第四 步读取BCH广播信息。TDSCDMA系统中的同步技术主要由两部分组成,一是基站间的同步; 另一个是移动台之间的上行同步技术。在大多数情况下,为了增加容量,优 化切换过程中小区搜索的性能,需要对基站进行同步。一个典型的例子就是 存在小区交叠情况时所需的联合控制。实现基站间同步的主要标准有:可靠 性和稳定性;低实现成本;尽可能小的影响空中接口的业务容量。TD.SCDMA的随机接入过程中,UE在UpTPS时隙发送SYNCUL序列, 并听取FPACH,没检测即重发,检测

34、到有效应答即在PRACH信道上发射 PACH信息【25。2.2关键技术对于数字移动通信而言,双向通信可以以频率或时间分开,前者称为 FDD(频分双工,后者称为TDD(时分双工。对于FDD,上下行用不同 的频带,一般上下行的带宽是一致的;而对于TDD上下行用相同的频带, 在一个频带内上下行占用的时间可根据需要进行调解,并且一般将上下行占 用的时间按固定的间隔分为若干个时段,称之为时隙。TD.SCDMA系统采用 的双工方式是TDD。TDD技术相对于FDD方式来说,有如下的优点:(1易于使用非对称频段,无需具有特定双工间隔的成对频段。(2适应用户业务需求,灵活配置时隙,优化频谱效率。(3上行和下行使

35、用同个载频,故无线传播是对称的,有利于智能天线 的实现。(4无需笨重的射频双工器,小巧的基站,降低成本。从本质上说,智能天线技术是雷达系统白适应天线阵在通信系统中的新 应用。由于其体积及计算的复杂性限制,目前仅适用于基站系统中应用。 智能天线包括两个重要组成部分,一是对来自用户发射的多径电波方向 进行到达角(DOA估计,并进行空间滤波,抑制其它用户的干扰。二是对 基站发送信号进行波束赋形,使基站信号能够沿着用户的到达方向发送回移 动台,从而降低发射功率,减少对其它用户的干扰。智能天线技术的原理是使一组天线和对应的收发信机按照一定的方式排 列和激励,利用波的干涉原理可以产生强方向性的辐射方向图。

36、如果使用数 字信号处理方法在基带进行处理,使得辐射方向图的主瓣自适应地指向用户 来波方向,就能达到提高信号的载干比,降低发射功率,提高系统的覆盖范 围的目的。智能天线的主要优势有:(1提高了基站接收机的灵敏度。(2提高了基站发射机的等效发射功率。(3降低了系统的干扰。12(4增加r CDMA系统的容量。(5改进了小区的覆盖。(6降低了无线基站的成本。接力切换是一种应用于同步码分多址(SCDMA通信系统中的切换方 法。该方法可以在使用不同载波频率的SCDMA基站之间,甚至在SCDMA 系统与其他移动通信系统,如GSM或IS一95CDMA系统的基站之间不会丢 失信息、不中断通信的理想的越区切换。接

37、力切换适用于同步CDMA移动通 信系统,是TD.SCDMA移动通信系统的核心技术之一。接力切换技术的设计思想是:当用户终端从一个扇区或小区移动到另一 个扇区或小区时,利用智能天线和上行同步等技术对UE的距离和方位进行 定位,根据UE方位和距离信息作为切换的辅助信息,如果UE进入切换区, 则RNC通知另一基站做好切换准备,从而达到快速、可靠和高效切换的目 的。同步码分多址通信系统中的接力切换基本过程可描述如下:(1MS和BS通信。(2BS通知邻近基站信息,并提供用户位置信息(基站类型、工作载 频、定时偏差、忙闲等。(3切换准备。(4BS和MS发起切换请求。(5系统决定切换执行。(6MS同时接收来

38、自两个基站的相同信号。(7完成切换。2.3本章小结本章详细介绍了TD.SCDMA的基本原理:网络结构、物理层结构、信 道编码和复用、扩频与调制以及物理层过程,以及TDSCDMA系统中应用 的诸如智能天线技术、接力切换技术等几项关键技术。为了解TDSCDMA 系统的性能及特点做好理论基础。第3章TD.SCDMA无线网络规划原理与流程 3.1无线网络规划概述网络规划是无线网络建设运营之前的关键步骤,主要根据实际的无线传 播环境、业务、社会等多方面因素,从覆盖、容量、QoS三个方面对网络进 行宏观配置。网络规划很重要的一点就是要保证网络规划的准确性,为网络 部署前提供指导性的意见。网络必须要达到服务

39、区在最大程度的时间、地点实现无线覆盖,最大程 度减少干扰,达到所要求的服务质量,最优化设置无线参数,最大发挥系统 服务质量,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。网络规划是覆盖(Coverage、服务(Service和成本(Cost三要素(简 称CSC的一个整合过程,如何做到这三要素的和谐统一,是我们网络规划 必须面对的问题。一个出色的组网方案应该是在网络建设的各个时期以最低 代价来满足运营要求。网络规划必须符合国家和当地的实际情况:必须适应 网络规模滚动发展的要求,系统容量以满足用户增长为衡量;要充分利用已 有资源,应平滑过渡;注重网络质量的控制,保证网络安全、可靠;

40、综合考 虑网络规模、技术发展的演进方向。TDSCDMA频率资源丰富,在充分考虑以上原则的基础上,本规划提出 了“一次规划,分期建设”的建设原则口1。规划策略的指导思想是覆盖点、线、面,充分吸收话务量。对于话务(业 务量集中的“点”,为重点覆盖范围,确保这些区域的覆盖,我们称为“点” 覆盖。对于话务(业务量流动的“线”,把重点覆盖区域通过的几条主要“线”链接在一起,保证用户的满意度。确保这些区域的覆盖,我们称为“线”覆盖。 对于话务(业务量有一定需求的地区“面”,为了进一步提高用户的满意度, 同时尽量吸收更多的用户,我们把次要“点”各次要的“线”,连接起来。确保 这些区域的一定程度的覆盖,我们称

41、为“面”覆盖。一个覆盖良好、性能完善的网络,不是一蹴而就完成的,是经过多次规 划不断建设完成的,也不是只用宏蜂窝基站的建设就能解决的。在组网过程 中,要灵活使用宏蜂窝、微蜂窝、射频拉远、直放站等不同的建设方案。3.2无线网络规划流程无线网络规划流程主要包括:网络规划前的需求分析、网络规模估算、 基站布点、基站选址、预规划输出、无线网络勘察、基站调整、工勘输出、 详细规划和规划输出等几个方面的内容。项目预研的过程需要了解运营商对将要组建网络的要求。了解现有网络 运行状况及发展计划,调查当地电波传播还环境,调查服务区内话务需求分 布情况,对服务区内近期和远期的话务需求作合理预测。需求分析阶段要根

42、据客户要求的业务区,确定规划区的覆盖区域,以及与之相对应的用户密度 分布,并确定业务区域划分,及规划设计所要达到的目标。网络规划前,可以预先估计网络规模,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。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得小区数目, 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,一部分是基于容量的规模估算。基站布点是指根据规模估算,在电子地图上,进行模拟布点。电子地图包括的信息:地形高度、地物覆盖、矢量、建筑物的平面位置和高度数据和文本标注。站址选择

43、在整个网络规划过程中是非常关键的工作。站址选择合理,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作废。 站点布局阶段的任务是从运营商可提供站点或候选站址中选择合适的站 点,确定站点的站型、网络整体结构。在站点分布规划中,根据综合因素选 择网络单元,这些因素包括:地形、地貌、覆盖、容量、机房条件等,组网 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。在建网初期设站较少时,选择的站址应保证重要用户和用户密度大的市 区有良好的覆盖。在不影响基站布局的前提下,应尽

44、量选择现有站址作为候 选站址,并利用其机房、电源及铁塔等设施。避免在雷达站附近设站,如要设站应采取必要措施防止相互干扰,保障 安全。避免在高山上设站。高站干扰范围大,在农村高山设站往往对处于小盆 地的乡镇覆盖不好。避免在树林中设站。如要设站,应保持天线高于树顶。市区基站中,对于小蜂窝区(R=I3km基站宜选高于建筑物平均高 度但低于最高建筑物的楼房作为站址,对于微蜂窝区基站则选低于建筑物平 均高度的楼房设站,且四周建筑物屏蔽较好,避免选择今后可能有新建筑物 影响覆盖区的站址。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正。大量的工程实际

45、证明,在准 平坦地形的条件下,标准偏差不大于8dB;丘陵地形条件下,标准偏差不大 于lldB;均值偏差不大于3dB;则可认为该模型是可用的。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。6最后根据实地勘察结果与仿真相结合对站点进行筛选,选择适合 TDSCDMA组网要求的站点,在此基础上搭建网络构架。预规划输出是通过进行规划预仿真实现的。所谓规划预仿真就是利用 PLANET仿真软件做网络规模估算结果的验证工作。通过仿真来验证估算的 基站数量和

46、基站密度能否满足规划区对系统的覆盖和容量要求,以及混合业 务可以达到的服务质量,大体上给出基站的布局和基站选站址的大致区域和 位置,为勘察工作提供勘察的指导方向。规划仿真的最终目的主要是通过仿真运算实现对于一个实际网络建设方 案的检验,并且提供工具方便对于网络结构和设备重要参数的调整,以优化 网络。调-L台格图3.1规划仿真流程进行无线网络勘察的目的是确认预规划所选站址是否满足建站要求。具 体要求包括无线方面的准则和非无线方面的准则。哈尔滨T秤大学T秤硕十学伊论文其中,无线方向的准则包括:主瓣方向场景开阔、智能天线特殊要求:智能天线周围40.50m不能有明显放射物、周围无对覆盖区形成阻挡的高大

47、 物体、地形可见性好、足够的天线安装空间和馈线尽可能短。非无线方面的准则包括:是否有合适的机房、是否可以建设机房、是否 有合适安装天线的位置、天线安装位置距机房距离小于50m、天线安装位置 能否牢靠的架设抱杆和天线安装位置对覆盖区方向视野是否开阔口。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:(1调整发射功率调整发射功率以使基站的覆盖半径发生变化,增大或减少覆盖范围。 (2改变下倾角基站天线下倾角度的调整也是基站调整的一个重要手段,加大基站天线 的下倾角可以缩小小区的覆盖范围,减少小区间的干扰和导频污染。(3改变扇区方向角有些基站天线

48、的波束主瓣朝向前有高楼或障碍遮挡,导致信号无法接收, 这时候可以在考虑不干扰邻小区的情况下,进行方位角的调整。(4降低天线高度在城市环境中,要避免过高的站点。站点位置过高,会使相距很远的小 区用户接收到比所在小区还要强的基站信号,引起严重的导频污染。(5更换天线类型不同的天线类型有不同的应用场景,根据实际的应用环境应该选取不同 的天线型号,以增加覆盖的效果。(6增加基站、微蜂窝或直放站对热点地区、覆盖盲点可以采用增加微蜂窝,直放站,射频拉远等方式。 (7改变站址当某个基站周围的地貌地形发生变化导致无线传播环境恶化,不再适于 建设站点或者由于物业、网络调整等方面影响时,需要进行基站地理位置的 调

49、整。详细规划主要内容主要包括两方面:网络仿真和无线参数规划。1、网络仿真在这一步中将按照工勘输出的站点,重新进行仿真分析,调整方案。目 的是便于后续的无线参数规划。2、无线参数规划无线参数规划包括三步:邻小区规划、频点规划、码资源规划。(1邻小区规划根据网络仿真的Best Server图,可以规划出相邻小区。按照一定规则, 列出邻小区列表,以便后续频点和码资源规划(2频点规划频点规划的原理是:将可用的频率分成若干组,每小区使用一组频率, 并隔一定的距离复用相同的频率。(3码资源规划码资源规划分为:下行同步码规划、复合码规划。下行同步码规划标示不同小区。虽然在系统设计初,挑选32个下行同步 码时

50、,已经充分考虑了其相关性,但是32个下行同步码两两之间相关性存在 差异。因此,在网络规划时,需要对相邻小区的下行同步码作规划,同一个 下行同步码也要有一定的复用距离。复合码是扰码和扩频码的乘积,复合码长度为16chips,复合码之间的相 关特性对接收端解调信号有影响。原则上,我们不将相关性很强的码分配在 覆盖区交叠的相邻小区或扇区。无线网络规划报告是无线网络规划成果的直接表现,是规划水平的反映。 主要包括:规划区域类型划分、规划区域用户预测、规划区域业务分布、网 络规划目标、网络规划规模估算、无线网络规划方案、无线网络仿真分析、无线M络建设建议。3.3链路预算TDSCDMA系统是一个窄带系统,

51、单载波仅占1.6MHz的带宽,上、 下行使用同一个频带交替发送,12.2Kbps的语音业务使用的扩频因子是8, 而384Kbps数据业务使用的扩频因子是2,在计算扩频增益时,语音业务较 数据业务高4倍(即6dB。对于终端来说,语音业务发射功率是21dBm, 数据业务发射功率是24dBm,同时语音业务增加了3dB的人体损耗,因此综 合链路预算中的各项参数,不同业务的覆盖半径基本相同。所谓小区呼吸效应是指随着业务量的增加(或减小,小区覆盖半径收缩 (或扩大的动态平衡现象。由于CDMA系统的每个用户信号能量被分配在 整个频带范围内,经过编码、扩频之后,一个用户对于其他用户而言就是宽 带噪声。接收机利

52、用一个与扩频信号相同的信号来识别和解调用户信息,而 将其他信号视为宽带干扰滤掉。每增加一个用户,对于其他用户而言,干扰 电平就会增加,干扰电平随着用户数量的增加而提高。为了保证各自呼叫继 续进行,每个用户都适当的提高自己的发射功率,形成了一种功率攀升的恶 性循环,直到新的用户无法使基站接受到符合解调门限的信号为止,此时系 统达到容量极限。在TDSCDMA系统中,FDMA、TDMA对干扰的隔离使产生呼吸效应 的因素显著降低。单时隙内多个(最多8个12.2Kbps语音用户是产生呼吸 效应的唯一可能,但由于采用了先进的智能天线和联合检测等技术,最大限 度的克服了小区呼吸效应。CDMA系统同频干扰主要

53、包括两部分:一部分来 自本小区内部用户之间的干扰,另一部分是来自相邻小区的干扰(通常假设哈尔滨_秤大学T程硕十学伊论文为本小区干扰的40%。智能天线和联合检测技术的引入极大的降低了本小区内部的干扰,从而 弱化了小区呼吸现象。智能天线技术利用天线阵列的波束的汇成和指向控制, 可以白适应的调整其方向图以跟踪信号的变化,从而利用信号的空间特性分 开用户信号,降低用户间的干扰。联合检测技术是利用时域均衡技术将来自其他用户的多址干扰(MAI 当作码间串扰(ISI来处理。不同于单用户检测技术那样将MA!当作噪声 处理。联合检测最大限度的利用MAI信息,利用相应算法(如迫零线性块均 衡算法或最小均方误差块均

54、衡算法等消除MAI。因此TDSCDMA系统无明显的呼吸效应。3.4容量估算假定TDSCDMA系统是一个码道受限系统。对于12.2Kbps的语音业务,其扩频因子为8,共有8个相应的扩频码, 因此一个时隙最多支持8个语音用户。考虑上下行对称的情况,为了与 WCDMA进行对比,这里也考虑10MHz带宽的容量。最大容量:8(用户数 /时隙×3(时隙×6(载波个数/10MHz=144(用户数。对于64KCS业务,其扩频因子为2,共有2个相应的扩频码,因此一个 时隙最多支持2个用户。考虑上下行对称的情况。最大容量:2(用户数/时 隙×3(时隙×6(载波个数/10MH

55、z=36(用户数。对于144KPS业务,其扩频因子为2且同时占用两个时隙。考虑4个下 行时隙和2个上行时隙,在下行的4个时隙中传送144KPS业务,上行的2个时隙传送其他业务。则下行144KPS的最大容量:24个用户。对于384KPS业务,占用4个时隙,每个时隙占用一个扩频因子为2的 码道和一个扩频因子为8的码道,所以在10M的带宽内最多只能有6个下行 用户。早期的2G蜂窝系统通常都是一个上行容量受限系统,但是3G蜂窝系统 2l哈尔演T秤大学T稃硕十学伊论文主要受限于卜-行容量,主要原凶之一是上行容量叮以通过在基站端采用更复 杂的处理技术来提高,而这些技术因为其复杂性的原因通常不适于在UE端

56、采用;另外在3G系统中下行链路的容量相对更加宝贵,因为系统经常需要 传送的是非对称业务,上行链路容量的需求也比下行链路要小。对TDSCDMA系统来说,上下行切换点的可调整性,更给上下行的容 量分配带来了很大的灵活性。在此我们主要分析对于12.2K语音业务,系统 上下行链路一个时隙的容量。在反向链路上,如果移动台的发射功率不足以克服来自其他移动台的干 扰时,系统达到了上行极限容量。在前向链路上,当总功率中没有多余的功 率可以分配给一个新增加的用户时,就达到了下行极限容量。UE接收的E。/N,值为:Et.:!堕 (3. 1 , /N I+I。c+N。其中P为UE接收到的有用信号的功率;R。为编码前

57、的信息比特速率; J。为本小区干扰谱密度;I。为邻小区干扰谱密度;N。为底噪的功率谱密度。 理想情况下,同一小区码道之间具有正交性,因此I。=0,但是由于多径因 素的影响,导致码间不可能完全正交,因此假设不正交性系数为v。同时假 定本小区该时隙共有个用户发射,则移动台发射的总功率可以近似为 N×P,则本小区干扰功率谱密度为I。.:v(N-1P (3.2 “ W其中w为系统的信号带宽。邻小区干扰功率的谱密度为I。,由于其他小区的信号采用不同的扰码, 且这些信号到达本小区是非同步信号,因此,这些信号的干扰可以近似等效 为AWGN干扰。一般将其等效本小区干扰功率的U倍,即有I。,:u(N-IP (3.3一 W 代入(3-1式中得到叫耻丐啄P/%R b 2而而W/R b卑4 W W 。 、 一 P在分析最大容量时,WPNo=O由(34式和条件(3-5可以得到用户数N为N:1+!垦b(V+uEb/NI考虑到话音激活因子a的因素, (3.6式进一步可表示为 WN:1+垦丝(V+uEb/N (3.5 (3-6 (3.7考虑到功率控制的非理想特性和系