无线网络仿真与室内规划.

1、gDUPT Theory 3 材乡 gogy mducatQ; 2nw 咗 upwon-r弓 mzry00ssss 庐 001.北邮信息理论 与技术教研中心邮电大学信息工程学院 牛凯iiukai內容提纲A无线网络仿真A室内规划与设计A3G增强覆盖与容量的措施A3G核心网结构简介>HSDPA技术简介:2005-10-15片、无线网络仿真般;UPr-2.0勺箜9 Theory 3 TCo3rno_Qgy 3 Resemah cenurmupr-2.0目負-0|1 TheorysoTeahno_Qgy Eaucauoflf°Resemrsh ccntor 1.1需求背景1.2静态系统

2、仿真原理13动态系统仿真原理14两种仿真方法的比较2005-IM53h需求背景送|当前3G移动通信产业逐步走向商用化阶 段，同时也而临着多重挑战。首先，第 三代(3G)移动通信系统需要支持多种类 型的业务：如话咅业务、视频与数据业 务等等。对多业务网络进行规划和评估 的耍求导致移动通信系统变得护常复 杂，几乎不町能采用简单的数学模型进 行网络性能建模.分析。2005-KM5-5rgpr -laQrfnrron "HieoryI»Te养 hnloogy EaucIBlon Q RCAh cclaefeupr -laorfnrrwl "TheoryIcoTelahno

3、_Qgy Educgon 3 Research Center貝次，国际电联ITU为WCDMA.CDMA2000和TD-SCDMA三大标准划分T2GHz附近的核心频段，同时2G体制的 运莒商为了满足不断增长的业务需求， 止在逐渐采用GSM1800频段，这样将Y 致多个运营商占用相邻频段的情况。因 此建模和分析不同系统间的朴I 4 F扰， 评佔所造成系统性能指标的损失也变待 非常极其重耍。2005-KM5当前2G/3G系统共存的个例（忌 DCS系 统、TD-SCDMA系统、PHS系统、 WCDMA系统以及CDMA2000系统都处T 相邻频段。各系统频段划分为：DCSWCDM.VT>CS200

4、5-KM5&UPT Theory 3 Techno-ogy ssss90Research cemorgupr -nvorm-w-non Theory 3 Techno-ogy ssss90Research Center通信系统的建模-般分为两个层次。第 一层是链路级仿貞，主耍进行物理链路 性能仿貞与评佔，第二层是系统级仿 真，匸要进彳了整个通信网络的系统建 模、分析与评估。移动网络的系统级仿真又分为两人类： 静态系统仿真(Static System Simulator)与 分J态系统仿貞(Dynamic System Simulator)2005-1M57I3静态系统仿真采用Monte

5、 Carlo仿真机制, 系统进行独立的时间采样，称为 Snapshot(抓拍)。静态仿真比较适介分析 系统间十扰和容量损失。动态系统仿真采川时间驱动机制，可以仿 真出移动网络各种指标随时间变化的细 节。如果系统包含的仿真算法越复杂，越 能反映出真实的系统性能，但所需要的仿 真时间也越氏。动态仿真要考虑无线链路 的动态特性.需耍实现各种网络层控制机3'Jlx整个系统的仿真流程如图所示。上卜行ta埒“UPT -morlnM-on TheoryooTechnoogy Eau&on 4 Reseamh ccntarsGpr -aorfn-ft-sn Theory00Technoogy

6、Eau&on 4 RescaAh Center静态系统仿真既可以进行单个无线网络环 境的仿貞，也可以进彳了多个移动网络的仿 真。 要采用Monte Carlo统计方法，系统生成 随机分布一定地理区域的用户/链路，然 后保持这些链路传播损耗固定不变，进行 切换和功率控制。由于在仿真过程中,假设路径损耗一旦生 成就固定不变，且切换和功率控制不影响 路径损耗，因此这种仿貞是一个静态过| 2005|59pUPT -nlofmM-on Theory9>Technoogy 0 Research Center SCPT -aofm-r-on TheorycoTechnoogy EduEQn Q

7、 ResemAh Cc系统流程中的基木过程Snapshot,相为于 釆用快照技术采集丈际蜂窝系统的用户 数据，因此称为抓拍仿真机制。单个 Snapshot仿真的步骤如F:(1) .首先，系统生成多个地理位置服从均匀 分布的移动台；(2) .计算移动台和基站Z间的路径损耗，附 加对数正态哀落后，住成链路增益矩 阵；2005-KM311|3(3) .根据链路增益矩阵，移动台采用适T的软 切换算法选择通信基站(激活集)；(4) .然后启动一个静态功率控制过程，调整工 作链路的功率，使其满足目标载T比，在 功率控制过程中，路径增益保持不变；(5) .当所有链路都经过更新后，调整移动台的 属性，如果链路

8、载干比低于接收机灵敏 度,则垓用户为不甫用(Non Available)状 态；如果链路载干比低于门限值，则该用 户为故障(0utage)U态：如果链路载干比高 于门限值，则该用户为正常(Normal)状态。2005-1W5I伐UPT -aofm-s-on Theory 3 Tghnoogy ssss Research centoGupr -aorm-s-on Theory 3 Tghnoogy ssss Research 00卜整个系统有如卜六类功能函数模块。-笫一类是公共函数模块，主耍包括ACIR 计算模块.内存分配模块、内存释放模 块、频率分配模块、上卜行链路容量统 计模块以及右关的数据

9、统计模块等：第二类是地理函数模块；卜第三类是切换函数模块；第四类是功率控制模块：2005-IM513 3第五类是传播模型模块，链路增益计算- 模块，天线增益计算模块等；第六类是系统控制模块，这是烏层模块，根据系统类型的不同，采用不同的 控制流程，完成单系统或两系统的仿真 控制。2005-1(M5iWTechno-ogy ssss0>Research Center mupT -n-orm* 二。n TheoryDoTeahno-ogy ssss 4 Research Center2005-KM5<wtr«th模块圧次图1.3动态系统仿真原理从整体上看，动态系统仿真町以抽彖为

10、 一组处理模块和数据的集合。每个模块 读取数据集合作为输入，然后进行处理 产牛.另一组数据集合作为输出。一些数 据集是半静态的，例如业务覆盖图，需 要存储在数据文件中,在整个仿真中保 持不变。而另一些数据只在仿真中有 用，当仿真结朿后只需要保持系统指标 的分布函数和统计量。(frvlx2005-KKI516eory 3 Techno-ogy ssss 4 Reseazh cen rtttie；系抚级仿真 亚务检歼槓垛1. tntimi «<3. 5#帰更D, f4BIKVWR&a.9.R4Atrl>V44'M9i地理用盖模块 LMMitfVi 丄他tfh

11、S.rOMliKXI 11.功車健制楔块L. 曲检側wUPT-ag动态系统仿真的原理图故揺处理枳堤1.MV 厦触)9.十从订.4LHUAHiAMHi5仁巧 ! <C4t5fnil.e枷 it *筑 “1 FER-ffElxVe)2- (EB'CNoy-*M in1<rfciciK« dhi tn kali urn. Bi4 rate. ISfTi «p«4L MtiltapMh, bUevlemwgOqIT <>?<占、Hxty.Oitl”fiwfcty祕m HR biodptT. <H.>aon Theory 3

12、 Technoogy Edu&sn 4 Research ceBar网络调度与控制网络调度与控制匸耍包扔网络控制模块与功 率控制模块。整个动态仿貞系统最核心的模 块是网络控制模块。它完成几乎所有的网络 控制算法。网络控制模块的匸要功能包括呼 叫接纳控制(CAC)、切换和激活集管理、无 线资源管理和调度(RRM)等。对于接纳控制，网络控制模块从业务处理模 块提収无线链路信息，然后根据不同的 I RRM和CAC策略确泄接纳述是阻塞这条无 线链路。2005-IW518©UPT-aofm-tt-on Theory" Technoogy macssos 3 Research

13、ceBarsupr-aorm-ron TheQrycoTechnoogy sess 3 ResoaAh ceBar对于切换处理，网络控制模块需要检测移动 台的位置变化。如果移动台位置发生了变 化，则需要更新它的激活集，并且需要调整 相关產胡和移动台的変射动率U对无线资源管理和调度，可以采用多种策 略和算法,如集中式控制、分布式控制或混 合式控制算法。这些算法主要完成管理、调 度各种物理资源，如无线信道、扩频码、发 射功率.频率.时隙等等。尤其是信号功率 是动态变化的，还耍市功率控制模块进一步 的调整和控制。2005-KK1519IB业务处理模块业务处理模块生成和处理无线链路对应的筋 种业务。无

14、线网络业务可以划分为两大类： 第类是时延敏感业务，包括话音和交互视 频业务。这类业务一般只能容忍200-300ms 的时延，因此在业务链接期间需要分配专用 信血第二类是时延不敏感业务，包Ii5e-mailsFTP、HTTP. Telnet等。这些业务对时延不 打魁感，按照QoS的不同要求,可以容忍不J司21 n-l- / XPCPT -zorm-»-6n TheorycoTghnoogy maESSQS 3 Resnafdh ccBofsGPT -aorfn1.4两种仿真方法的比较书： 般而言，静态系统仿真的主要优势在 仿真速应。±1 丁谢态仿真采用Monte Carlo

15、仿真方法，只耍Snapshot次数充分多，则 能觴比较快速心到移动网络的-些平均性 能指标，如系统容量、信号和十扰的功率 分布、切换概率等。但静态仿貞也存在很 多不足。尤其在复杂的3G移动通信网络 中，静态仿真往往不能给出准确和全頂i的 系统指标，内此右必要进行动态仿真。2005-10-1521和对于静态仿真而言，动态仿真右如下优 如 (1)动态仿真可以准确的建模和仿真出与时间 相关联的无线网络系统性能指标。 (2)动态仿真可以完全模拟真实系统功率控制 和切换的过程，从而给出更可信的结果。 (3)对于数据业务而言°更可以看出动态仿真 的优势。数据业务往往带有突发性，农现为 发送信号功

16、率、业务速率的大范围突变。这 种现彖很难用静态仿真模拟，只有采用动态鋼芳箕才他获得町靠的仿真结果。22UPT -aofmon Theory 3 Technoogy Eausuona Research ccntarsupT -2.Qrm±5-n Theory00Teohnoogy ssssfioResearch cernar我们可以根据网络设计性能的侧重点采 用不同的仿真方法。如呆网络设计侧垂 覆盖分析、容量分析以及系统间T扰 分析，则可以采用静态仿真方法。另一 方血，如果网络设计者还关注业务的掉 话率、各种数据业务的突发特性等比较 细节的网络特件，则可以采用动态仿真 方法。这两种仿真

17、方法各有利弊，需要 在实际工作中折中取舍。2005-IW523:二、室内规划与设计总勁F仆出i/21室内规划的必要性2.2室内规划的复杂性23室内覆盖的主要方法24室内规划的计算方法2.5室内覆盖需解决的主要问题26室内规划的设计步骤WUPTsg室内规划的必要性-ft-6n TheoryKTechnoogy ssss 3 Research cemofsupr -aofm-«-on Theory 沪 Teohnoogy sess 3 Research Center室内是移动用尸的i;j丿艾集屮区，也是通 话业务的高发区。根拯话务量统计分 析，目前约有80%业务集中于室内,即 室内通话的

18、手机数量占据了一人半业务 量，显然，移动通信手段是必不町少 的。2005-IW525大型写字楼、政府办公大楼、会议室与 会议大厅仃着大量基本上固定的移动用 户和相对稳定的移动业务量。商场、机 场、车站、宾馆、饭店、餐厅以及娱乐 场所和地卜停乍场佇着人量流动但是统 计稳定的移动用户和移动业务量。因此移动通信的室内规划与设计应引起 移动通信网络规划与设计者足够的重 视。2005-IM526UPT -aofm-B-on Theory 3 Yechnoogy EdtEon 3 ResawAh ccnurtaUPT -aorm-r-«on Theory 3 Technoogy EduEon Q

19、 ResowAh CcnUr2.2室内规划的复杂性室内环境要远比室外环境更为复朵，不 同建筑物规模.材料、结构对移动通信 电波传播佇很强的屏蔽、吸收作用，且 屏般吸收的程度，又与建筑物规模、结 构和材料类型密切相关，通信质量与建 筑物高度、用户所处位置密切相关。2005-KM527在|苛层建筑物上，由丁-受到慕站犬线高 度的限制，往往由丁覆盖不上，形成盲 区或弱信号区域；在中等建筑物和中等楼层，由用户可 接收來自不同基站的信号而产牛信号重 叠，并易于产牛频繁切换的乒乓效应；在地下室、地下停车场接收信号弱，冇 时还存点盲区和阴影区，严重影响信U 通信质量。P Ta O r mi Technolo

20、gy Education & Research Cerrter|F(JPT Inlormlon Theory t由于环境的复杂性,通信条件的恶劣,需要 利用网络规划來改进通信的覆盖、容暈和质 >.O在覆盖方面，利用增设室内犬线，加大功 率，改进天线方向性等手段，消除覆盖范围 内的盲区、阴影区、过覆盖区和弱信号区;在容量方而，通过增设微微小区与室内小区 以满足高业务量的些室内小区的需求;在质量方面，通过优化小区结构与设计，增卑室内小区，提高通话质量，改善服务质2M暈沖292.3室内覆盖的主要方法室内汝盖需要根据覆盖、容hl和质址三 个方而的要求进行网络的规划和设计。室内覆盖冇两种实

21、现的基本方法：加大室外信号功率；增设室内信号分布系统。2005-KM530pl）加大室外信号功率法3?2005-IM533宜-on Theory 3 Teohnoogy macssos Q Resdarch centarBUPT - Ho这种方法需要在室内覆盖盲区设直放 站，提高盲区以及弱信号区的室外基站 功率，增强电磁波穿透能力,改善针对 室内弱信号区与盲区的室外天线方向 性，从而解决室内覆盖问题。该方法亠要靠提高功率改善室内覆盖， 所造成的方向件干扰难以控制。31甘-on TheoryftTe0hDo-Qgy EaucauonfiDResearch ceBar这种方法利用增设的室内人线分布

22、系统 将倍号送至室内需耍通信的每个角落， 实现无缝隙覆盖。它比前一方案更加冇效，因此使用也更 为广泛。2005-10*1533UPF -niofm-w-uon Theory 3 Techno_ogy Eaucauon 3 Research ccntorsupr -niofm盘-on Theory 3 Techno_ogy Eaccauon 3 Research cemof室内分布系统从功能上看可分为两个犬 部分：信号接入系统，其作川是将信号引入 室内；信号分配系统，其作用是将接入的信 号分配并分布金室内每个需要通信的角 落。室内分布系统从信号接入的方比看町分为: 一无线接入，它采用室外天线将附

23、近宏蜂窝基 站的信号接收后经放大处理再由室内大线分布 至所需覆盖的位置；仃线接入，它采用右线连接方式与室外宏 蜂窝基站或BSC相连，可以分为两种方式：宏蜂窝接入方式；微蜂窝接入方式。2005-IM5#宏蜂窝接入方式，是在附近展站信道较空闲时 采用，即由宏蜂'爲引路信号到盲内设备，再 进行放大和分布，它与室外用户共用容量，一 般用于低话务f|i：|X;微蜂窝接入方式，即将微蜂寓展站直接设在室 内，它口I增加网络信道资源，提商网络容量和 质量，比较适介于大范围宅内覆盖，由于是单. 纯的专用微蜂窝里站与外部基站基本上无关， 它可直接接至BSC,因此适合于大容量、高质 屋室内小区。2005-1

24、0-1535LI有线接入的微蜂窝室内分布系统结构功分於功率大线F"1功分器厂厂犬线夭饯放人恋PUPU -aTheory00Tzhnoogy EauEon 3 Resoafch ceBarsupr -aorm-ft-on Theory 8> Yechnoogy EauEon 3 Research ceBar37室内分布系统按照所采用的设备类型，可分 为无源人馈系统和有源大馈系统两类。无源大馈系统主耍是由无源器件组成，设备 性能稳定，安全性启J，无噪声累积，成本 低。信号通过耦合器与功分器和粗电缆（减少馈线 损耗）传输线后尽可能的平均分配给每-付夭 线，覆盖效果较好，但系统设计较为

25、复杂， 灵活件聾，且当功率损耗较大时还需加天线 放大器。2005-KK15-何源大线糸统主要通过何源器fF比如仃源集 线器、有源放大器、有源功分器以及有源天 线等构成。信号通过各级衰耗后到达末端可放大以达到 理想的强度，丄增益可自动校验而无须手工 调节9场强分布均匀可保证覆盖效果.但建设、维 护较复杂，近端与远端所有器件设备均需电 源，易损坏，系统安全性、稳定性较无源系 统差。考虑到设备的安全性、稳定性以及丄程造 般在实际丄程中更多采川无源系统。vupr -aorm-*-on TheoryfioTechnoogy Eaugon 3 Research ccnuGupr -aormuuon The

26、ory00TechnoQgy Eaugon 3 Research CcnUr宰内分布系统按有线接入的布线来划分HJ以 分为同轴电缆、泄漏电缆和光纤三种类型。 (i)同轴电缆这是最常用的传输线，性能稳逹，造价便 宜，使舟频率范围广，安装方便。它的主要缺点是衰耗大，要采用多级放大器 加以补偿，并引入噪声与互调,需电源供 给。但出造价低，女装方便，工程I：采用较 多。2005-10-1539Im卜(ii)泄漏电缆它不需要室内人线，在电缆通过的地 方，经过信号泄漏完成覆信,场强均匀 且能克服驻波比，在使用频率范用内不 受使用频段限制。它的主要缺点是造价高且対电缆性能要 求高，一般用于地铁、隧道等狭反封

27、闭 环境。I-由于成木高，仅用于上述特殊环境。pUPT -aorm-r-ofl Theory00Teohnoogy Eaugon 3 Research ceBafsupr -Horm-on TheorycoTeahnoogy EauEorl 3 Research ceruaf-5 (iii)光纤它的损耗小，无需人线放人器，性能稳 定可靠，不受距离限制，它的主要缺点是无论在近端述是远端都 需耍増加光电转换设备，系统造价尚。因此它适合丁超人型建筑及距离较远的 楼群。2005-IM5412.4室内规划的计算方法书：室内覆盖场强预算方法室内无线电波传播损耗公式 L=PL 1 m+201og(d)+FA

28、F+8 (dB>式中： L :路径损耗(dB)； PLlm：距天线1米处的路径衰减，参考值为39dB： d :距离(m)； FAF：对于不同材料的环境损耗附加值(dB)。2005-10.1542式中有8dB的课差值的来源位置效应；频率哀落效应；时间衰落效应。2005-KM5wCDMA技术电波传播损耗的一些典寧材料类型损耗泮通砖混隔墙( 3()cni)10l5dB混凝上墙体1520dB(南方小. 北方知混凝土楼板1015dB天花板管道1 8dB金属扶手电梯5dB箱体电梯30dB人体3dB木质家具3 6dB玻璃5 8dBUUPT -aormon Theory00Technoogy scss

29、3 Research censrtaUPT -aormg-on TheorypoTechnoogy mcssop 3 Research cemar2005-KM5够艸灵:m戶比例BLERfW:M Eri八平均忙 时 #!:«CS VL122_DL122limn上彷122KMr12.2Kififtl(M)°o2°o1%0.025CS l：L64.DL<M电帘域l.h64KFW<wk可l电话1%2°o0.1%0.002I PSJJL64 DLtM1l.tfCHK bh<MK借20%5%25Kbytcf UL)/25K1) >le(DL)PS_ULM.EmhWMK M128K%. IfiJV 怜声下ift20%5%12Kbyte( Ul->IRK B>tc(DL)1 PS Ul.MJM3SU上竹3K FLiMK1%5%OKbygUL)/l50K b)tc<DL)UPT -niorm-r-on TheoryfioTechno-ogy sess Research ceBergupr -niQrm 営-on Theory0)Techno-ogy Eaucauon 3 Research Center室内、室外参数取值否F室内覆盖和容量计算中参数取值和- 室外的区别：室外使