《3G无线网络规划与优化》课件任务2 覆盖规划

课程目录3G无线网络规划项目2CDMA2000无线网络优化项目3WCDMA无线网络优化项目4TD-SCDMA无线网络优化任务13G无线网规总体流程任务2覆盖规划任务3容量规划任务4站点布局和查勘任务5规划仿真项目13G无线网络规划任务6参数规划任务73G业务平台和业务支撑系统3工作任务内容：1.掌握地理环境分类；2.掌握不同环境下的站型选择；3.掌握3种3G系统的物理信道、链路预算参数和链路预算；4.会根据密集城区单站链路预算计算出所需站点个数。【知识链接1】地理环境分类无线传播特性主要受地物地貌、建筑物材料和分布、植被、车流、人流、自然和人为电磁噪声等多个因素影响。移动通信网络的大部分服务区域的无线传播环境可以分为密集城区、一般城区、郊区和农村。1.密集城区密集城区仅存于大中城市的中心，区域内建筑物平均高度或平均密度明显高于城市内周围建筑物，地形相对平坦，中高层建筑较多。密集城区主要包含密集的高层建筑群、密集商住楼构成的商业中心。一般此类区域主要为商务区、商业中心区和高层住宅区。此外还有一种特殊场景，即由大量自建住宅构成的城中村。城中村位于市区内，无线传播环境恶劣，村中建筑以5～9层砖混结构的自建民宅为主，建筑物极为密集，楼间距仅为1～3米左右。村中除了2～4米宽的街巷外，缺少市政道路。【知识链接1】地理环境分类2.一般城区一般城区为城市内具有建筑物平均高度和平均密度的区域，或经济发达、有较多建筑物的县城和卫星城市。该区域主要由市政道路分割的多个街区组成。此类区域一般以住宅小区、机关、企事业单位、学校等为主，典型建筑物高度为7～9层，当中夹杂少量的10～20层高楼。楼间距一般在15～30米左右。。【知识链接1】地理环境分类3.郊区此类区域一般为城市边缘的城乡结合部、工业区以及远离中心城市的乡镇，区域内建筑物稀疏，基本上无高层建筑。市郊工业园区域内主要建筑物为厂房和仓库，厂区间距较大。周围有较大面积的绿地。城乡结合部的建筑物明显比市区稀疏，无明显街区，建筑物以7层以下楼宇和自建民房为主，周围有较大面积的开阔地。【知识链接1】地理环境分类4.农村此类区域一般为孤立村庄或管理区，区内建筑物较少，周围有成片的农田和开阔地；此类区域常位于城区外的交通干线。综上所述，无线传播地理环境分类的具体描述见表1-2。由于我国幅员辽阔，各省、市的无线传播环境千差万别，除了有上述四类基本的区域类型外，还包括山地、沙漠、草原、林区、湖泊、海面、岛屿等广阔的人烟稀少的地区，在实际规划中应根据当地的实际情况对分类进行适当调整。【知识链接2】基站设备类型和扇区配置1.基站设备类型1）基本概念扇区：是物理概念，表示一根天线波瓣的覆盖范围。载波：当没有调制信号(即没有能够用来调制的其他电波循环脉冲串或者直流)的情况下由发射机产生的无线电波；载频：未调制的无线电、雷达、载波通信或其他发射机产生的频率,或者对称信号调制的发射波的平均频率。【知识链接2】基站设备类型和扇区配置2）基站设备类型基站类型分为宏基站、基带拉远站（BBU+RRU）、微基站和直放站。①宏基站宏基站（分室内/外型）主要应用于大面积覆盖，作为目前主力站型，可以满足大规模连续覆盖和容量要求，具有集成度高、功耗低、容量大等特点。其应用于高业务量区域的覆盖和话务吸收、郊区/农村的低成本覆盖。【知识链接2】基站设备类型和扇区配置②BBU+RRU或RRU基带拉远站（BBU+RRU）利用光纤远端拉远的方式，彻底解决了3G基站馈线损耗大的问题。BBU+RRU共享基带资源，组网灵活，可以替代传统基站进行组网，是未来技术发展的方向。BBU+RRU支持本地拉远和远端拉远覆盖，有助于解决机房短缺问题，解决密集城区、普通城区、郊区、乡村、公路沿线等室外广覆盖，解决城市热点地区、盲点地区的拉远覆盖，也可以作为室内分布信号源。按照设备功率输出方式，RRU可以分为单通道和多通道设备，多通道设备可以实现广覆盖，单通道设备主要用于局部补盲或室分信源。【知识链接2】基站设备类型和扇区配置③微基站微基站是3G无线网络覆盖的一种重要补充方式，具有集成传输电源、安装方便灵活等特点。在覆盖补盲时，能起到跟RRU同样的作用。另外，微基站也可作为室内分布系统的信号源，用来解决具有一定话务量楼宇内的覆盖和容量问题。与RRU相比，微基站支持各种方式的传输接入，不必采用裸光纤。【知识链接2】基站设备类型和扇区配置④直放站直放站作为一种有效的网络补充覆盖产品，更多地用来转发信号，以解决局部复杂地形阻挡区域的覆盖问题，如地下室、偏远村庄、道路等。另外，在室内分布系统中更多地用作信号源。其最大优点是价格便宜、成本低廉，但同时会给施主基站引入干扰，影响网络的性能指标，且其网管功能和设备检测功能较弱。【知识链接2】3G无线网络总体规划流程3）基站类型选择原则①在市区、郊区和农村等广覆盖区域，以宏基站和BBU+RRU为基础实现大面积覆盖。②根据安装条件、设备成熟度和价格，选定BBU+RRU或宏基站设备。BBU+RRU可用在本地拉远与远端拉远两种不同的场景。宏基站馈线拉运距离有限，当馈线长度超过75m时，优选BBU+RRU。③在站址选择或工程安装存在困难但光纤资源丰富的站点，优先采用BBU+RRU设备。④在热点地区（如机场、车站、购物中心和闹市区的街道）和宏蜂窝覆盖盲区，以微基站或RRU作为补充覆盖。【知识链接2】基站设备类型和扇区配置【知识链接2】基站设备类型和扇区配置2）常用基站扇区配置基站扇区配置适用原则典型使用区域全向站主要解决信号覆盖；针对较为平坦、话务量较低的区域农村地区单扇区/两扇区主要解决信号覆盖；针对有明确覆盖需求或话务量集中的区域高速公路、室内覆盖（地下停车场等）三扇区主要承载话务，同时解决信号覆盖；针对话务量比较集中的区域一般城区、密集城区、郊区等【知识链接2】基站设备类型和扇区配置3.其他设备类型1）直放站从控制投资的角度，应有选择地使用直放站作为辅助覆盖手段，实现低成本覆盖。直放站主要应用于以下情况。①室内、地下室、隧道等无线覆盖盲区。②郊区、农村以及主要交通公路、铁路等低话务地区。考虑到直放站不可避免地对施主基站接收灵敏度、接入、切换等无线性能造成影响，其时延还影响多用户检测效果，引起掉话现象，因而3G直放站使用受到较大限制。直放站主要用于郊区、农村，在市区的使用范围主要限于解决室内覆盖问题，并且尽可能使用光纤直放站，以避免导频污染。【知识链接2】基站设备类型和扇区配置2）室内信号覆盖的解决方案。①借用室外小区信号对于应用场所的室内纵深比较小，楼宇高度不高于周围楼群的平均高度的情况，可以考虑让室外小区信号直接覆盖室内。若室外小区信号较强，则经过建筑物的穿透损耗后还能完成对室内的覆盖。依靠室外小区的信号穿透，解决了大量的建筑物内部的信号覆盖。这种方法是最经济、最便利的覆盖方式，也是在建设室外网络时需要考虑的因素。②建设室内分布系统对于室内纵深比较大的场所、高度比周围楼群的平均高度高5层左右的楼宇，或者像地下室之类的室外信号很难覆盖的地方，应建设独立的室内分布系统。【知识链接3】3种3G系统的链路预算1）1.WCDMA系统的链路预算①链路预算的目的覆盖估算过程是根据规划场景、网络设计容量以及设备性能等元素进行链路预算，得出允许的最大路径损耗，根据规划区域的无线传播模型，得到最大小区半径，从而计算得到站点的覆盖面积，进而可计算出规划区域所需的站点个数。当然此站点个数仅仅为理想蜂窝状态下的站点个数，在具体地形环境下布站时站点数目会有一定的增加。【知识链接3】3种3G系统的链路预算【知识链接3】3种3G系统的链路预算所需站点数＝规划面积/站点覆盖面积.链路预算的目的是通过对系统中前反向信号传播途径中各种影响因素进行考察，对系统的覆盖能力进行估计。这是链路分析的模型。如果已知或估计出发射信号功率，发射端和接收端的增益与损耗，干扰功率，接收信号的质量门限等参数，就可以计算出为保证接收质量而最大允许的路径损耗，用传播模型反推可得到最大允许的覆盖半径。比较规划区的面积和单小区覆盖的面积就可估算出需要的基站和小区数目。如图1-7所示。【知识链接3】3种3G系统的链路预算【知识链接3】3种3G系统的链路预算WCDMA上行链路（反向）PL_UL=Pout_UE+Ga_BS+Ga_UE–Lf_BS+Ga_SHO–Mpc–Mf–MI–Lp–Lb–S_BS根据发射端到接收端的信号传播路径，上行链路预算中基本包含以下元素：Pout_UE基站业务信道最大发射功率、Lf_BS馈线损耗、Ga_BS基站天线增益、Ga_UE移动台天线增益、Ga_SHO软切换增益、Mpc快速功控余量、Mf阴影衰落余量（与传播环境相关）、MI干扰余量（与系统设计容量相关）、Lp建筑物穿透损耗（要求室内覆盖时使用）、Lb人体损耗、S_BS基站接收机灵敏度（与业务、多径条件等因素相关）。【知识链接3】3种3G系统的链路预算②2)WCDMA上行链路预算要素

TCH最大发射功率MaxPowerofTCH(dBm)对于UE来说，它的每业务信道最大发射功率一般就是其额定总发射功率商用网络中，UE种类繁多，链路预算中应根据市场上主流商用手机规格，参考运营商意见，合理设置此参数。UE功率等级（TS25.101v3.7.0（2001-06）6.2.1PowerClassNominalmaximumoutputpowerTolerance1+33dBm+1/-3dB2+27dBm+1/-3dB3+24dBm+1/-3dB4+21dBm+2/-2dB表1-4UE功率等级【知识链接3】3种3G系统的链路预算人体损耗 BodyLoss(dB)话音业务人体损耗取值3dB；数据业务由于以阅读观看为主，UE距人体较远，人体损耗取值0dB。UE天线增益GainofUETxAntenna(dBi)通常假设，UE的天线增益为0dBi（收发相同）。等效各向同性发射功率EIRP(dBm)EIRP是指在最大辐射方向上的每个业务信道的发射功率输出、发射系统损耗和发射机天线增益的总和。UEEIRP(dBm)=UETxPower(dBm)-BodyLoss(dB)+GainofUETxAntenna(dBi)【知识链接3】3种3G系统的链路预算基站接收天线增益GainofBSRxAntenna(dBi)

【知识链接3】3种3G系统的链路预算天线增益：是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的场强的平方之比，即功率之比，即主发射方向上的增益。增益一般与天线方向图有关，方向图主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。发射方向越集中，天线增益越高。全向性天线，在所有方向上的增益相同。前后比：最大主方向增益与反方向增益之比。波束宽度：天线发射的主方向与发射功率下降3dB点的一个夹角，并把这个区域称为天线的波瓣。下倾：单指定向平板天线的下倾角度，主要用于控制干扰及增强覆盖。极化：最大辐射方向上的电场矢量方向，双极化天线可在单天线上实现分集，可节约一根天线。在方向图中通常都有两个瓣或多个瓣，其中最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣。主瓣两半功率点间的夹角定义为天线方向图的波瓣宽度。称为半功率（角）瓣宽。主瓣瓣宽越窄，则方向性越好，抗干扰能力越强。【知识链接3】3种3G系统的链路预算馈缆损耗CableLoss(dB)基站到天线的连接中必定要用到馈线，在计算馈线的损耗中，还需要考虑馈线两头的连接器等器件的损耗。在3G中，使用的馈线跟2G的基本相同，但是损耗跟信号频率相关，因此3G馈线的单位损耗会比2G的略大一点。包括从机顶到天线接头之间所有馈线、连接器的损耗，底跳线、连接器、馈缆、顶跳线Etc。除馈缆以外的损耗相对固定，可假设约为0.8dB馈缆损耗@2GHz，7/8英寸馈缆6.1dB/100m、5/4英寸馈缆4.5dB/100m。【知识链接3】3种3G系统的链路预算基站噪声系数NoiseFigure(dB)噪声系数：评价放大器噪声性能好坏的一个指标，用NF表示，定义为放大器的输入信噪比与输出信噪比之比。NF=SNRi/SNRo=(Si/Ni)/(So/No)接收机的底噪（单位带宽内）：PN=K×T×BW×NF=-174(dBm/Hz)+10lg(3.84MHz/1Hz)+NF(dB)=-108(dBm/3.84MHz)+NF(dB)在不使用塔放时，塔顶天线接头处的等效噪声系数等于机顶之前的馈缆损耗加上机顶天线口噪声系数。这样，在无塔放条件下的塔顶天线接头处等效噪声系数=NF_BS+馈缆损耗。在使用塔放时，需要考虑塔放本身的噪声系数，根据级联原则，可以使得总的噪声系数降低。【知识链接3】3种3G系统的链路预算基站解调门限EbvsNoRequired(dB)通过链路仿真获得，与以下因素相关：收分集配置、多径信道条件、承载类型。基站接收灵敏度SensitivityofBSReceiver(dBm)SensitivityofReceiver(dBm)=-174(dBm/Hz)+NF(dB)+10lg(3.84MHz/1Hz)+EbvsNorequired(dB)-10lg[3.84MHz/Rb(kHz)]=-174(dBm/Hz)+NF(dB)+10lg[1000*Rb(kHz)]+Eb/No(dB)【知识链接3】3种3G系统的链路预算上行负荷因子 UplinkCellLoading

上行负荷因子是小区上行负荷水平的指标量。负荷因子越高，上行链路干扰越大。上行负荷接近100%时，上行链路干扰上升达到无穷大，对应的容量称为极限容量。【知识链接3】3种3G系统的链路预算上行干扰余量UplinkInterferenceMargin(dB)

50%负载—3dB；60%负载—4dB；75%负载—6dB。【知识链接3】3种3G系统的链路预算背景噪声电平BackgroundNoiseLevel(dBm)外界电磁干扰来源：无线发射机（GSM、微波、雷达、电视台、…）、汽车点火、闪电、…。相关报告表明，在2GHz频段，电磁干扰水平的均值为-104dBm，标准差为2.9dB。对于特定地区的规划，最好是通过清频测试得到当地干扰水平的估计。背景噪声链路余量MarginforBackgroundNoise(dB)假设设备（NodeB或UE）底噪为XdBm，外界干扰功率为YdBm，则需要留出的外界干扰余量为：MarginforBackgroundNoise=10log(10^(X/10)+10^(Y/10))dBm-XdBm。软切换对抗快衰落增益SHOGainoverFastFading(dB)软切换增益由两部分构成：软切换多条无关分支的存在降低了阴影衰落余量需求，由此带来的增益——多小区（Multi-Cell）增益；软切换对链路解调性能的增益——宏分集（MacroDiversityCombining）增益。软切换对抗快衰落增益指的是后者，即宏分集增益。该值通过仿真得到，典型值为1.5dB。【知识链接3】3种3G系统的链路预算快衰落余量FastFadingMargin(dB)在链路预算中，使用的接收机解调性能是基于理想功控的假设得到的仿真结果，在实际的系统中，由于发射方的发射功率是有限的，这就在闭环功控中引入了非理想的因素。功控余量对上行链路解调性能的影响：仿真结果表明，当HeadRoom很大时，外环功控设定的EbvsNo目标值接近理想功控条件下的仿真结果。随着功率余量的减小，EbvsNo渐渐增加。最后，几乎是功率余量每降低1dB，相应的EbvsNo要求就上升1dB。当接近无功控性能后，将无法保证BER/BLER的需求。正确解调所需最小信号强度MinimumSignalStrengthRequired(dBm)在考虑了各种干扰因素和导致性能恶化的因素之后，正确解调所需的信号强度——可以理解成在实际网络运行中的接收机灵敏度MinimumSignalStrengthRequired=SensitivityofReceiver(dBm)-GainofAntenna(dBi)+BodyLoss(dB)+InteferenceMargin(dB)+MarginforBackgroundNoise(dB)-SHOGainoverfastfading(dB)+FastFadingMargin(dB)穿透损耗PenetrationLoss(dB)室内穿透损耗为建筑物紧挨外墙以外的平均信号强度与建筑物一层的平均信号强度之差穿透损耗与具体的建筑物类型、电波入射角度等都有关系，在链路预算中假设穿透损耗服从对数正态分布，用穿透损耗（对数值）均值及标准差描述。更好的室内覆盖要求通过室外基站实现是不经济的，应通过针对性的室内覆盖解决方案满足。实际商用网络建设中，穿透损耗余量一般由运营商统一指定，以保证各家厂商规划结果可比较。【知识链接3】3种3G系统的链路预算阴影衰落标准差Std.dev.ofSlowFading(dB)室内阴影衰落标准差的计算：假设室外路径损耗估计标准差XdB，穿透损耗估计标准差YdB，则相应的室内用户路径损耗。估计标准差=sqrt(X^2+Y^2)。边缘覆盖概率需求EdgecoverageProbability当UE发射功率达到最大，仍不能克服路径损耗，达到这一最低接收电平要求时，这一链路就会中断。距离为d处的UE，其链路中断概率为：【知识链接3】3种3G系统的链路预算阴影衰落余量SlowFadingMargin(dB)理解的关键：对数正态分布的性质。阴影衰落余量(dB)=NORMSINV(边缘覆盖概率要求)×阴影衰落标准差(dB)。21软切换对抗慢衰落增益SHOGainoverSlowFading(dB)如前所述，软切换增益由两部分构成：软切换多条无关分支的存在降低了阴影衰落余量需求，由此带来的增益——多小区（Multi-Cell）增益软切换对链路解调性能的增益——宏分集（MacroDiversityCombining）增益软切换对抗慢衰落增益指的是前者，即Multi-Cell增益该值可以通过仿真得到。小区边缘路径损耗：在链路允许的最大路径损耗基础上，考虑满足一定边缘/区域覆盖概率要求所需的阴影衰落余量、软切换增益，以及室内覆盖时穿透损耗，就可以计算得到小区边缘位置的路径损耗中值：PathLoss(dB)=[EiRP(dBm)-MinimumSignalStrengthRequired(dBm)]-PenetrationLoss(dB)-SlowFadingMargin(dB)+SHOGainoverSlowFading(dB)【知识链接3】3种3G系统的链路预算3)下行链路（前向）PL_DL=Pout_BS–Lf_BS+Ga_BS+Ga_UE+Ga_SHO–Mpc–Mf–MI–Lp–Lb–S_UE根据发射端到接收端的信号传播路径，下行链路预算中基本包含以下元素：Pout_BS基站业务信道最大发射功率、Lf_BS馈线损耗、Ga_BS基站天线增益、Ga_UE移动台天线增益、Ga_SHO软切换增益、Mpc快速功控余量、Mf阴影衰落余量（与传播环境相关）、MI干扰余量（与系统设计容量相关）、Lp建筑物穿透损耗（要求室内覆盖时使用）、Lb人体损耗、S_UE移动台接收机灵敏度（与业务、多径条件等因素相关）。【知识链接3】3种3G系统的链路预算4)WCDMA下行链路预算要素下行的链路元素跟上行基本一致，其中下行负载因子DLCellLoading和下行干扰余量InterferenceMargin的取值跟上行较为不同，需要介绍一下。下行负荷因子DownlinkCellLoading

下行负荷因子的两种定义方式：定义在接收端的下行负荷因子：【知识链接3】3种3G系统的链路预算5)链路预算示例分析场景设置【知识链接3】3种3G系统的链路预算链路预算的第一步，我们必须要确定规划区域是属于何种场景，业界通常根据信号传播特性将规划场景划分为：密集城区、普通城区、郊区、农村和山区五大类，当然还可以再分为高速公路、隧道等小面积的特定场景。不同的覆盖场景对应的阴影衰落标准差、穿透损耗会有所不同。【知识链接3】3种3G系统的链路预算发射机部分接收机部分这里就可以计算出接收机灵敏度和最小接收信号强度。【知识链接3】3种3G系统的链路预算路径损耗计算小区半径计算【知识链接3】3种3G系统的链路预算覆盖估算举例假设规划目标区域为：80km^2，假设小区负荷为50%（3dB）时的最大路径损耗为151dB，考虑穿透损耗和阴影衰落余量共20dB，则路径损耗减少为131dB。假设路径损耗模型为：L＝137＋35logRdB，则可求得R＝0.674km。三扇区站点的覆盖面积为：S＝1.95R^2＝0.88km^2。则所需的站点数为：N＝80/0.88＝90，即需要90个基站（270个扇区）。【知识链接3】3种3G系统的链路预算2.TD-SCDMA

1)覆盖估算的步骤确定无线传播模型；使用链路预算工具，在校正后的传播模型基础上，分别计算满足上下行覆盖要求条件下各个区域的小区半径；根据站型计算小区面积；用区域面积除以小区面积就得到所需的基站个数。覆盖受限可通过链路预算来确定。如果已知或估计出发射信号功率，发射端和接收端的增益与损耗，干扰功率，接收信号的质量门限等参数，就可以计算出为保证接收质量而最大允许的路径损耗，用传播模型反推可得到最大允许的覆盖半径。比较规划区的面积和单小区覆盖的面积就可估算出需要的基站和小区数目。【知识链接3】3种3G系统的链路预算2)上行链路的链路预算步骤第一步：计算移动台等效全向辐射功率EIRP(dBm)；=移动台最大发射功率(dBm)＋移动台天线增益(dBi)－人体损耗；第二步：计算基站接收机噪声功率（dBm）；=热噪声谱密度(dBm/Hz)＋噪声系数+10*log1280000(Hz)第三步：计算基站接收机干扰功率（mw）；=接收机噪声功率（mw）*10^(干扰容量/10)－接收机噪声功率（mw）；第四步：计算基站接收机热噪声和干扰功率(mw)；=接收机干扰功率（mw）＋接收机噪声功率(mw)；第五步：计算基站接收机灵敏度(dBm)；=要求的Eb/N0－处理增益＋接收机噪声和干扰功率(dBm)；第六步：计算最大路损（dB）；=移动台等效全向辐射功率（dBm）—接收机灵敏度(dBm)＋基站天线增益(dBi)＋赋形增益－基站电缆损耗－快衰落余量；第七步：允许最大传播损耗（dB）；=最大路损－对数正态衰落余量－穿透损耗第八步：计算最大覆盖半径（Km）。通过传播损耗和传播模型反推出最大覆盖半径。【知识链接3】3种3G