（通信与信息系统专业论文）wcdma移动通信系统的网络容量与规划.pdf

哈尔滨工业大学t 学硕十学位论文 摘要 第三代移动通信技术规范是根据目前的技术发展状况和巨大的市场需求 而制定的，其主要目标是实现任何人( w h o e v e r ) 在任何时间( w h e n e v e r ) 、 任何地点( w h e r e v e r ) 能够向任何其他人( w h o m e v e r ) 传送任何信息 ( w h a t e v e r ) ，c d m a 技术由于具有较高的频谱效率，无可争辩地成为第二二 代移动通信系统的主流多址接入技术。宽带c d m a ( 码分多址) 通信技术 能实现更大的系统容量，并且有抗干扰、软切换、同频利用、接八方便等优 点，它已经成为第三代移动通信的主流。 本文首先简单介绍了第三代移动通信技术的发展及w c d m a 在第三代 移动通信中的地位和发展前景。其次介绍了w c d m a 系统的容量优势需要 通过合理的规划来实现，讨论了w c d m a 与g s m 网络规划设计卜的区 别。第三部分从w c d m a 网络的容量研究问题从无线网络规划的角度，通 过对w c d m a 系统的负荷因子、干扰电平容限以及信噪比的分析讨算，阐 述了w c d m a 系统中容量和覆盖范围以及服务质量三者之间的关系。详细 的讨论了w c d m a 无线规划中业务量、系统容量、负荷因子、干扰容限和 小区半径等系统参数的确定，并对w c d m a 系统的容量、务速率和服务 质量之问的互换关系进行了深入的分析，得到了他们之削的定量的相互关 系。最后计算出规划的数值，并对这些结果进行了较为详细的分析。 关键词w c d m a ；覆盖；容量；网络规划 堕尘鎏三兰尘：王耋堡圭兰竺兰兰 a b s t r a c t t h et h i r dg e n e r a t i o nm o b i l e c o r r e s p o n d i n gs y s t e m st e c h n i c a lc r i t e r i o n sa r e s e td o w nw h i c ha r eb a s e do na c t u a lt e c h n i c a ld e v e l o p m e n t a ls t a t u sa n di m m e n s e m a r k e t a b l e r e q u i r e m e n t ，i t s m a i n o b j e c t s a r et or e a l i z ew h o e v e rc a nc a r r y w h a t e v e rt ow h o m e v e ri nw h e n e v e ra tw h e r e v e lf o rh a v i n gh i g h e rf r e q u e n c y e f f i c i e n c y ，c d m at e c h n o l o g y b e c o m e sm a i n s t r e a m t e c h n o l o g y o fm u l t i p l e a c c e s s e sl i n k e db e y o n dq u e s t i o n w c d m a c o r r e s p o n d i n gt e c h n o l o g yc a n r e a l i z e m o r e s y s t e m i cc a p a c i t y ，a n d h a ss o m em e r i t ss u c ha s a n t i - j a m m i n g 、s o f t s w i t c h 、s a m ef r e q u e n c yu s i n g 、l i n k e dc o n v e n i e n c ea n ds oo n i th a sa l r e a d y b e c o m et h et h i r dg e n e r a t i o nm o b i l e c o r r e s p o n d i n gm a i n s t r e a m f i r s t l y , i ts i m p l yi n t r o d u c e st h e t h i r d g e n e r a t i o n s m o b i l ec o r r e s p o n d i n g d e v e l o p m e n t ，s t a t u s a n dd e v e l o p m e n t a lf o r e g r o u n do fw c d m ai nt h et h i r d g e n e r a t i o n s e c o n d l y ，f e a s i b l e c e l l u l a r p l a n n i n g i nn e e d e dt or e a l i z et h e o v e r w h e l ma d v a n t a g eo fw c d m ao n c a p a c i t y t h e d i f f e r e n c e so fn e t w o r k p l a n n i n g a n dd e s i g nb e t w e e nw c d m aa n dg s ma r ed i s c u s s e d i nt h et h i r d c h a p t e r ，t h ea n a l y s i si sm a i n l yp u to nw c d m ac a p a c i t y t h ep a p e rs t a r t sw i t h c o n c e p t i o n st h a t a r el o a df a c t o r ，i n t e r f e r e n c em a r g i na n de t n oo nw c d m a ， c o n c l u d e st h a tw c d m a c a p a c i t yi sr e l a t e dw i t hc o v e r a g e a n dq u a l i t y s o m ek e y p r o b l e m si nw c d m a n e t w o r k p l a n n i n ga r ea n a l y a e d ，i n c l u d i n gt r a f f i ca n a l y s i s ， s y s t e mc a p a c i t ya n dl o a df a c t o r s a n dt h e n ，t h eq u a n t i t y r e l a t i o n s a m o n gt h e i n f o r m a t i o nr a t e ，t h ec a p a c i t ya n dt h eq u a l i t yo fs e r v i c e ( q o s ) a r ea c q u i r e di n t h i sp a p e rt h r o u g ht h e o r e t i c a la n a l y s i s t h ef i n a l l y ，t h ep l a n n i n gn u m e r i c a lv a l u e a r ec a l c u l a t e da n da n a l y z e dp a r t i c u l a r l y k e y w o r d sw c d m a ，c o v e r g a e ，c a p a c i t y , n e t w o r kp l a n n i n g 1 1 移动通信的发展 第1 章绪论 1 1 1 移动通信发展的历史 第一阶段从本世纪2 0 年代至4 0 年代，为早期发展阶段。在这期问，首 先在短波几个频段上开发出专用移动通信系统，其代表是美国底特律市警察 使用的车载无线电系统。该系统工作频率为2 m h z ，到4 0 年代提高到3 0 4 0 m h z 可以认为这个阶段是现代移动通信的起步阶段，特点是专用系统丌 发，工作频率较低。 第二阶段从4 0 年代中期至6 0 年代初期。在此期间内，公用移动通信业 务开始问世。1 9 4 6 年，根据美国联邦通信委员会( f c c ) 的计划，贝尔系 统在圣路易斯城建立了世界上第一个公用汽车电活网，称为“城市系统”。当 时使用三个频道，间隔为1 2 0 k h z ，通信方式为单工，随后，西德( 1 9 5 0 年) 、法国( 1 9 5 6 年) 、英国( 1 9 5 9 年) 等国相继研制了公用移动电话系 统。美国贝尔实验室完成了人工交换系统的接续问题。这一阶段的特点是从 专用移动网向公用移动网过渡，接续方式为人工，网的容量较小。 第三阶段从6 0 年代中期至7 0 年代中期。在此期间，美国推出了改进型 移动电话系统( 1 m t s ) ，使用1 5 0 m h z 和4 5 0 m h z 频段，采用人区制、中 小容量，实现了无线频道自动选择并能够自动接续到公用电话网。德国也推 出了具有相同技术水平的b 网。可以说，这一阶段是移动通信系统改进与 完善的阶段，其特点是采用大区制、中小容量，使用4 5 0 m h z 频段，实现 了自动选频与自动接续。 第四阶段从7 0 年代中期至8 0 年代中期。这是移动通信蓬勃发展h 寸期。 1 9 7 8 年底，美国贝尔试验室研制成功先进移动电话系统( a m p s ) ，建成了 蜂窝状移动通信网，大大提高了系统容量。1 9 8 3 年，首次在芝加哥投入商 用。同年1 2 月，在华盛顿也开始启用。之后，服务区域在美国逐渐扩大。 到1 9 8 5 年3 月已扩展到4 7 个地区，约1 0 万移动用户。其它工业化国家也 相继开发出蜂窝式公用移动通信网。日本于1 9 7 9 年推出8 0 0 m h z 汽车电话 系统( h a m t s ) ，在东京、大阪、神户等地投入商用。西德于1 9 8 4 年完成 c 霹，爹妥致为4 5 0 m h z 。荚国杰1 9 8 5 年开发出全地圭| = 逶信系统( t a c s ) ， 酋先在伦敦投入使用，以后覆盖了全阉，频段为9 0 0 m h z 。法豳歹l ：发出4 5 0 系统。加拿大推出4 5 0 m h z 移动电话系统m t s 。瑞典等北欧删罔于1 9 8 0 年 开发出n m - 一4 5 0 移动邋信嘲，并投入使用，频段为4 5 0 m h z 。 第五输羧钛8 0 军 弋中期，这蹩数字移动逶信系统发霞帮缄熟拜重簸h2 。 第一代( 1 g ) 移动邋信，它是以荧国a m p s ，英国的g a c s 在a m p s 标准上修改而成，1 9 8 3 年7 月获英工商部批准在英陶使用，北欧的 n m t 4 5 0 、9 0 0 为代表的模拟移动通儋技术，在2 0 世纪7 0 年代本、8 0 年代 初发震筵寒并已大量投入裔震，箕耱点是| 墨摸撅电话为主，为颧分多照 f d m a 制式，采用频率复用技术和多信道共用技术。 该通信系统的特点鼹：采用蜂窝网络结构，克服大区制、容量密度低、 活动范围受隈鲍阕题。但是选存在，频谱剽用率低；透信容量受缀；通话质 整般，僚密往差；副式太多，标礁不统一，互不兼容；不麓掇供菲瑟鼗攒 业务；不能提供自动漫游，已逐步被各国所淘汰。 第二代( 2 g ) 移动通信，采用数字技术，多址方式由f d m a 转向 t d m a 、c d m a 等技术，双工技术为f d d 实现移动通信豹数字他。蟊翦采 餍t d m a 体澍的主要有三静： ( 1 ) 美国的d a m p s 是在原a m p s 基础上改进而成，规范山i s 一5 4 发 展成i s 一1 3 6 和i s 1 3 6 h s 。 ( 2 ) 欧澜瓣g s m 全球移动通臻系统， 9 8 8 竽完或技术豁难制定， 1 9 9 0 年开始投入商用。采用t d m a ，由于其标凇纯程度离，避入市场罩， 现已成为全球最重要的2 g 标准之一。 ( 3 ) p d c ，h 本电波产业协会于1 9 9 0 年确定技术标准，1 9 9 3 年3 月 萋式投入霞臻，采矮豹怒t d m a 。 浚通信系统的特点怒：它是蜂窝数字移动通信，克服了1 g 的弱点，话 音质量保密性能获得很大的提高。但幽于其系统带宽有限，限制了数据业务 的发展，也无法实现移动的多媒体业务1 2 】。 t 1 2c d m a 发展的概况 c d m a 发展史：c d m a 是码分多址的英文缩写( c o d e d i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s ) ，它楚在数字技术戆分支一扩频通信艘术生发展越来的一种崭颧 丽成熟匏秃线遥信技术。c d m a 技术酌原理是鏊予扩颧技零，繇将需传送 堕尘堡三兰釜：王耋翟土兰竺丝兰 的具有一定信号带宽信息数据，用个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码 进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端 使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成 原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信| 3 1 。 我国c d m a 技术的发展：中国c d m a 的发展并不迟，也有长期军用研 究的技术积累，9 3 年国家8 6 3 计划已开展c d m a 蜂窝技术研究。9 4 匀一 q u a l c o m m 首先在天津建技术试验网。1 9 9 8 年具有1 4 万容量的长城c d m a 商用试验网在北京、广州、卜海、西安建成，并升始小部份商用。2 0 0 0 年2 月1 6f 1 ，中闰联通以运营商的身份与美国高通公司签署了c d m a 知识产权 框架协议，为中国联通c d m a 的建设丌辟了一条新道路。2 0 0 0 年1 0 月， 中国联通副总裁乇建宙宣布将启动c d m a 网络建设，于该年年底正式开始 了筹备1 二作。2 0 0 1 年1 2 月2 2 日，联通新时空c d m a 网络建成。2 0 0 2 年1 月8 同，联通新时空c d m a 开通放号。到2 0 0 2 年1 0 月c d m a 令围用户 数达到4 0 0 万。2 0 0 3 年1 月2 8 同，卜海联通率先开通c d m a l x 删络，标 志着中国联通的c d m a 移动通信全面进入了真正的2 5 g 。截止到2 0 0 3 年6 月底，c d m a 手机用户突破了1 1 0 0 万户。 1 2 第三代移动通信发展的概况 1 2 1 第三代移动通信的特点和基本特征 第三代移动通信系统区别于第一代、第二代移动通信系统，主要表现 于： ( 1 ) 全球的无缝覆盖，具有全球漫游能力：第一代、第二代移动通信 系统般为区域或国家标准，在第一代、第二代移动通信系统中，都存在着 多种不能互相兼容的标准，但第三代移动通信系统将是在全球范吲内使用统 一频段、统一标准的系统。 ( 2 ) 具有支持多媒体业务的能力：第三代移动通信系统具有支持多媒 体业务的能力，特别是支持i n t e r n e t 业务。第一代、第二代的移动通信系统 主要以提供话音业务为主，一般仅能够提供低速率的数据业务，采用g p r s ( 通用分组无线业务) 技术速率也不高于3 8 4 k b i t s 。第三代移动通信系统 的业务能力将有明显改进，不仅能够支持传统的话音业务，还能根据需要提 供分组、i k 务和多媒体业务的带宽，根据i t u ( 国际电信联盟) 的规定快速移 哈尔滨t 业大学t 学硕 一学位论文 动环境中最高速率可以达到1 4 4 k b i w s ，在慢速移动环境中最高速率盯以达 到3 8 4 k b i t s ；在静l r 环境中最高速率可以达到2 m b i t s 。 ( 3 ) 易于系统的演进和过渡：在第三代移动通信系统引人时，采用欧 洲g s m 标准与北美a x s i 4 1 标准的：代移动通信系统已经具有相当大的规 模，鉴于第二代系统的体制和标准的不同以及第二、i 代移动通信系统将会 在相当长的一段时间内共存，i t u 提出了“i m t - 2 0 0 0 家族”的概念，使得 第三代移动通信系统可以建立在已有的第二代网络的基础上，逐渐灵活演 进，并与第二代移动通信系统实现良好的兼容。 ( 4 ) 高、l k 务质量：第三代移动通信系统通过在衰落环境卜提供强大的 运行和透明( 软) 切换，从而改善了业务质量。通过使用软切换，保证了呼 叫在小区问的平滑切换，而第一代、第二代移动通信系统使用“先断后接” 的方式，不仅需要改变频率，而且增加了切换噪声，提高了掉话率。 ( 5 ) 经济性：第三代移动通信系统是一种既经济又高效的技术不仅需 要的小区数量少，频率复用方案也不昂贵。第三代移动通信系统的移动终端 平均发射功率在6 7 m w ，比第一代、第二代移动通信系统的移动终端平均 发射功率低得多，也延长了电池的寿命。 除此之外，第三代移动通信系统的高频潜效率、高保密性也是第一、第 二代移动通信系统无法比拟的1 。 1 2 2 世界第三代移动通信的发展 1 9 9 7 年以后，各国均在第三代移动通信领域投入了大量的人力、物 力，进行第三代移动通信标准、技术及产品的丌发。 欧洲：在欧洲，在选择第三代技术之前就已经进行了长期的研究工作。 1 9 8 8 年欧洲先进行通信技术研究计划r a c e1 ( r e s e a r c ho fa d v a n c e d c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g i e si ne u r o p e ) 开始了第三代基础研究上作。随后 在r a c e i i 计划在1 9 9 2 1 9 9 5 年间开发了基于c d m a 的c o d i t ( c o d e d i v i s i o nt e s t b e d ，码分测试床) 和基于t d m a 的高级时分多址移动接入 ( a d v a n e e dt d m a m o b i l e a c c e s s ，a t d m a ) 空中接口。此外，欧洲的其他 一些工程中也对宽带空中接口的提议进行了研究 5 3 0欧洲目前的第二。代移 动通信系统为g s m 系列。欧洲g s m 的开发和业务推j 。的过程体现了统 完善的技术标准是成功的开端。在欧洲通信标准协会的主持下各国，f ：展了满 足第i 代移动通信系统要求的通用移动通信系统( u m t s ) 的研究和开发工 作，其主要技术w c d m a 将基于m a p ( 最大后验概率) 核心网 6 1 。 同本：1 9 9 3 年4 月，在a r i b ( 无线电产业与商业联合会) 中建立了 i m p 2 0 0 0 ( 国际电信联盟命名的第三代国际移动电活系统) 研究委员会来 协调i m t - 2 0 0 0 在日本的研究和开发。1 9 9 4 年l o 月，成立了负责无线传输 特别组，进行有关i m t 一2 0 0 0 的技术研究和规范草案的制定。特别组由 c d m a 和t d m a 两个组组成。 在日本，有几家公司已开发了宽带c d m a 空中接口建议。最初，有1 3 种不同的f d d 宽带c d m a 建议出现在i m f 2 0 0 0 研究委员会。1 9 9 5 年初， 它们被浓缩为3 种f d d 建设( c o r ea ，b 和c ) 和一种f d d 建设。c o r eb 系统是以为u sp c s 进行标准化的宽带c d m a 标准，即i s 一6 5 5 为基础。 1 9 9 6 年底，4 种方案进行了进一步的合并形成了单一的建议，其主要参数来 自c o r e a 8 _ 。 美吲：1 9 9 7 年4 月，c d g 发布了以i s 9 5 为基础的最初称为改进系统 的第三代空中接l _ ：_ | 的建议。1 9 9 7 年，来自不同公司的以发展c d m a 2 0 0 0 为目 的的几种宽带c d m a 建设，被提交给t r4 5 5 “”。这些方案的共同特点是 对i s 一9 5 后向兼容。1 9 9 8 年3 月，在t r4 5 5 在c d m a 2 0 0 0 基本框架方面达 成一致1 1 o 美幽第二代移动通信系统有数字式先进移动电信系统( d a m p s ) 和i s 一 9 5 ，同时还有大众通信系统，甚至还有大量的第代模拟制的先进移动电岳 业务( a m p s ) 。北美在c d m a 移动通信方面具有良好的研究基础和实际运 营经验，因此他们迅速推出能与i s 9 5c d m a 系统兼容的第三代移动通信系 统c d m a 2 0 0 0 。他们准备采取平稳过度的方针，首先推出能与i s 一9 5c d m a 兼容的c d m a 2 0 0 0 一l x 系统，使系统容量达到原有i s 9 5c d m a 的两倍，并能 提供6 4 k b i t s 至1 4 4 k b i t s 的移动多媒体和i m e r n e t 业务“。 中国第三代移动通信系统研究开发项目( 简称c 3 g ) 是经国务院批 准，科技部、信产部联合组织实施的，面向未来无线通信市场的围家重大研 究开发项日。c 3 g 研究开发工作于1 9 9 8 年1 1 月m 式启动，其总体目标是 在2 0 0 1 年初，通过自主科研开发拥有一批核心专利技术，完成w c d m a ， c d m a 2 0 0 0 和t d s c m d a 现场实验系统，2 0 0 2 年底前完成包括芯片在内的 三种商用系统的研制和小批量生产，为制定我国的第三代移动通信体制标准 提出建议。3 g 项目分别列入了科技部8 6 3 计划重大产、【k 化项目和信产部重 大研究开发项目“。 堕竺堡二些銮鲨翟三兰堡篁兰 1 3 蜂窝移动通信系统无线网络规划概述 1 _ 3 1 蜂窝移动通信系统无线网络规划方法的特点 蜂窝移动通信技术在近2 0 年来一直以惊人的速度发展着。随着蜂窝移 动通信技术的发展，与之相适应的网络规划方法也一直是研究的热点之 。 蜂窝移动通信系统的舰划，简单来说，就是解决如何最有效地利用系统 性能和资源来满足呈动态变化的用户需求，使系统的投资效益最大并且符合 运营商提出的服务质量指标要求。它是联系蜂窝移动通信系统性能和实际网 络建设之间的纽带。由于蜂窝移动通信具有用户的流动性和无线信号的1 j 确 定性等特点，使移动通信系统的规划变得相当具有挑战性；另外在第三代移 动通信系统中，多种业务的引人和系统复杂程度的增加也使网络规划的难度 相应地增加了。 由于蜂窝移动通信系统很大一部分的工程投资是在无线网络部分( 存 g s m 系统中称为“基站子系统”，在3 g 系统中称为“无线接人网r a n ”) ， 而且无线网络对整个网络服务质量起到关键性作用，冈此无线网络的规划成 为整个移动通信网规划的关键及基础。 不同的蜂窝移动通信系统的无线网络规划都有其共同点和不同点。例 如：规划流程，电波传播的预测模型基本一样的。大多数的概念和理论方法 也是类似的。但根据不同的制式所采用的具体技术和丌展的业务不同，各个 系统又有各自不同的特点。 蜂窝移动通信系统无线网络主要组成部分包括：无线网络控制器( 基站 控制器) 、基站以及基站与无线网络控制器之间、无线网络控制器之间( 3 g 系统) 、无线网络控制器与核心网之间的接口链路。 蜂窝移动通信无线网络规划主要包括以下内容：具体用户密度的分布预 测、链路预算、基站布点规划、频率规划、网络质量预测和分析、设备规 模、传输接口估算、网络主要参数设置、网络发展策略等。 1 3 2 蜂窝移动通信系统无线网络规划的一般步骤 蜂窝移动通信系统无线网络的规划属于工程建设规划，一般是在整个网 络的采用制式、大致的规模和发展策略制定之后，在进人实际工程实施前的 具体建设规划，可作为设备合同签订的依据和具体工程设计的指导。无论是 哈尔滨工业人学= i ：= 学硕士学位论文 哪。种制式的蜂窝系统，我们均可将其完熬的无线嘲络规划过程归纳为以下 7 个步骤： ( 1 ) 业务数据收集、质量指标确定、网络总体发展舰划、业务增长预 测； ( 2 ) 无线网络规模预估( 包括基站设备量、载频数、无线州络控制器 规模、数量及接口传输电路数量的预估) ； ( 3 ) 收集现有站点资料、制定基站初步的稚点计划； ( 4 ) 进行计算机模拟预测，验证覆盖、容量和各项质量指标； ( 5 ) 基站站址、高度调整及优化，必要时进行实测及参数调整： ( 6 ) 各种没备的数量、规模计算及初步规划方案输m ； ( 7 ) 根据工程的实际情况，进行方案的进一步调整。 以上每个步骤的具体方法根据卅i 同的系统有不同的特点。对w c d m a 系统无线网络规划巾一些新的问题，特别是话音处理、小区容量及其相关因 素的参数选取、容量与覆盖的关系、规模预估方法与流程等。 1 4 本文主要研究内容 第三代移动通信网络将在不久投入实用，山于第三代的通信系统与第：二 代通信系统在基本理论上存在根本差别，因此，w c d m a 网络设计方法与 t d m a 网络设计方法存在着很大的不涮。对w c d m a 系统的研究也是一个 复杂且范围广泛的领域。 本文系统的总结了w c d m a 小区网络规划的基本原理与规划方法，并 侧重于小区容量与覆盖，及各种因素对小区容量和覆盖的影响的分析，刈j 二 w c d m a 的小区的规划及容量进行了研究。对小区规划中的核心问题小区 容量与覆盖进行了分析，提出了计算和确定容虽和覆盖的具体方法，提出， 算法并进行_ 数值模拟。并着重分析了在话爵、数据业务的情况下的小区性 能，各个部分均给出了计算及仿真结果。 堕尘鎏三些查耋三兰堡圭兰竺篁兰 第2 章w c d m a 系统网络规划的原理 2 1 w c d m a 网络规划的目的 w c d m a 网络的规划是在w c d m a 无线网络规划的整体流程中最早展 开的一项工作，对于确立整个网络的发展策略起着举足轻重的作用。简单的 来说，进行网络配置和规划是为了在进行详细的网络规划前提供一个全面的 网络概况。规划由功率预算、小区半径评估、容量利初始网络配置评估组 成。规划是一个反复的过程，凶为覆盖规划、选址阶段和满足容量要求阶段 之间的反馈是十分重要的，而且相互之间会产生很大的影n 向。 规划的结果是对所要求的站点和网元数量进行大体评估，包括基站、基 站配置和无线网络控制器的数目等，也可以进行信令负荷的初步估计，以便 用于传输及核心网的规划。具体地来说，网络规划将直接影响到网络性能和 建设成本，它的目的就是在满足运营商要求的前提下，充分利用无线网络设 施，尽量提高频谱效率，向尽可能多的用户提供高性能的多样化的服务。这 一目的也贯穿在整个w c d m a 网络规划和优化的流程中。 一般来讲，对网络的要求可以分为埘容量的要求，对覆盖的要求以及对 质量的要求，这实际上就是网络预规划所需要输入的参数。列覆盖的要求中 最重要的是e ：行负荷。在w c d m a 的初期阶段进行初步规划时，必须考虑 到网络增长的因素。在初期阶段，业务需求量可能会较低，冈此链路预算中 保留的干扰余量值很低。根据此种情况选择的真实的上行负荷( 很小) ，可 能会在r 阶段造成覆盖方面的问题。因为随着话音负荷的增加，小区服务 区域就会缩小。因此要慎重选择上行负荷最大负荷：最大的上行负荷必须能 够保证当负荷增加时仍然能够确保很好的小区覆盖，同时允许网络能够添加 新的基站以满足长期业务发展和话务量增k 的需要。但是，为了尽可能仃约 成本并提供高容量的解决方案，上行负荷也不宜过大。 在对容量的要求中最重要的是网络中话音模型。简单地来讲，话音模型 至少包括每种语音业务、实时数据业务利非实时数据业务的用户数，每用户 的忙时平均数据量等。话音业务和实时数据业务是以e r l a n g 为币何的，非 实时数据业务以k b i t s 为单位。如果运营商市场部门能够提供将来面向终端 用户推出的各种服务的计划，则对容量的要求就会更加形象，能为运营商决 哈尔滨t , l k 大学丁学硕 一学位论文 策部门提供更加有效的参考。 在对质量的要求中很重要的一个参数是通信概率。通信概率叮以简荦地 定义为某个移动设备可以获得所需服务的概率。对通信概率产7 i ：影响的因素 包括：天线配置和高度、地形种类、移动设备的类型和所使用的服务等。通 常通信概率的定义是针对一个链路预算中独立的小区。在真实的网络环境 中，小区的覆盖区域是重叠的，移动设备i j 时可以尹一个或几个小区连接。 另一个很重要的参数是每一种业务的服务等级( q o s ) 。例如对话酗l p 务、实时数据业务而言，服务等级阻阻塞率来衡量，非实时数据、i p 务则以时 延来衡量，这些参数的设置对最终网络预规划的结果影响非常大。例如，当 使用室内通信概率时，在相i 司的条件下所需基站的数h 会比使用室外通信概 率时大大增) j l l l ”j 。 2 2w c d m a 网络规划的特点及与g s m 网络规划的比较 2 2 1w c d m a 网络规划的特点 由于扩频和码分多址技术的采用，w c d m a 无线网络建设规划设计叫 有许多不同于g s m 系统之处。w c d m a 是种白t 扰系统，无线小区容最 和小区覆盖相互制约，彼此不能分升考虑，在多种业务( 话占及不同速率的 数据业务) 情况下使规划设计更加复杂。另外，在网络建设初期，定要充 分研究和分析容量和覆盖的关系，以免今后扩容增加基站时对整个网络产生 大的影响，给网络优化带来较大的困难。因此在逃行w c d m a 兀线删络规 划时应注意如下特点： ( 1 ) w c d m a 是一个白干扰系统，每个用户都列其它用，o 产生于扰， 每个小区也都对其它小区构成干扰，系统容量和链路性能都取决丁| 划干扰功 率的控制，因此干扰分析和功率配置和软切换规划尤为重要。 ( 2 ) w c d m a 系统的覆盖、容量和通信质量相互关联，相互影响。 ( 3 ) w c d m a 无线网络= _ 叶i 需要复杂的频率复用规划，桐邻小区采用相 同的频率，由于站址布局不合理或受地理环境的影响，会有过多的无线信号 能量投射到相邻小区从而产生同频干扰，也容易出现导频污染。 ( 4 ) w c d m a 系统不仅限于提供话音业务和低速电路型数据业务，而 且还支持高速分组数据业务【l 。 竺尘堡! 些奎兰三兰竺! ! ：兰竺篁兰 2 2 2 w c d m a 网络与g s m 网络规划的比较 w c d m a i ( 】9 络与g s m 网络在无线网络规划中t 要夏别可作如卜总结： ( 1 ) c d m a 系统使用统一的频率，所以不需要进行精心的频率规划； ( 2 ) 以c d m a 技术为基础的网络，其明显的特征就是存在“呼吸效 应”，因此必须要综合考虑网络的覆盖与容量，在二：者之间取得平衡： ( 3 ) c d m a 是一个干扰受限的系统，具有软容量的特性； ( 4 ) 上行链路覆盖范围的限制( 最大允许链路损耗) 受限于移动台的 发射功率和用户负荷( 干扰强度) ； ( 5 ) f 行链路需要考虑避免过大的软切换交叠覆盖以及导频干扰； ( 6 ) 对于上下行链路进行独立的分析是因为它们小同的链路特性； ( 7 ) 在3 g 网络中需要支持多种平台的用户终端，在不同的服务等级 质量要求下，可以支持可变速率的数据业务； ( 8 ) 不断变化的用户行为，产生的网络的干扰动态变化： ( 9 ) 软切换在带来一定增益及质量改善同时也增加了网络资源开销： ( 1 0 ) 选择基站站址的要求、可以与现网已有基站共站的条件。 表2 一l 详细的介绍了w c d m a 网络规划与g s m 网络规划的差异【1 7 1 。 表2 1g s m 与w c d m a 网络规划著异 规划特点w c d m ag s m 采用1 1 的频率复州方式，通过 扰码和正交码字来区分用户和小 采i 【 ；j 时分多址技术，不同的_ 【= j 广l 频率圳划防，容量、覆盖甑接受剑网络干扰 用不同的频率希i 时隙米k 分，因 的影响，在设计时规划人员需要充 此，影响g s m 容量的主要因素是 分考虑如何减少不必要的干扰 频率资源和频率复h j 技术 属丁干扰受限系统，其覆盖不仅取g s m 网络在频率规划良好和无网 决于最人发射功率，而且1 j 系统负外千扰的情况f 其覆盖范嗣只 覆盖分析荷有关，因此设计时要充分考虑覆与最火发剁功率有关，而容量只 盖和容量之间的相互关系，以保证和可川的业务信道总数有芙，择 设计所需系统性能指标。苗与覆盖本身并没有关系 在g s m 系统中，二者问没有离接 w c d m a 系统是白干扰系统，容的联系，可以独沈分析、独立设 容量分析 量、覆盖、质量之间密切相芙计，网络设计难点丰要在于频率 规划 导频污染属于c d m a 系统特有的由于b c c h 频点一般使用非常宽 点、是影响嘲络性能的一项重要因松的复用方式，并且经过精心规 导频污染 素，导频污染增加了网络干扰，同划，冈此类似问题出现的可能性 时使得切换等算法不能有效r 作较小 哈尔滨_ u _ ：业大学t 学碳卜学位论文 2 3 影响w c d m a 小区覆盖的主要因素 由于对多种不同类型和不同q o s 要求、不同容量负荷之业务的支持， 以及终端的移动性和无线信道电波衰落特性，使得w c d m a 小区覆盖预测 变得比较复杂，影响覆盖的因素很多。 ( 1 ) 容量负荷：在规划设计传统的g s m 系统无线网络时，由于覆盖 和容量并不直接相关，可以相互分开而分别考虑，覆盖半径主要依赖于基站 和移动台发射机发射功率、增益和损耗、接收机灵敏度等因素；容量则依赖 于可用的频率和殴备硬件资源数量，当无资源分配时网络将发生所谓的“硬 阻塞”。而在w c d m a 系统中当系统资源仍然有富裕的情况下仍然会山现阻 塞现象，通常称为“软阻塞”，这是因为w c d m a 系统是一个白干扰系统， 所有业务信道同时占有个共同的载波频率( 5 m h z 以下带宽) 。对某一用 户连接来讲，其他用户连接皆为1 一扰信号并且无法像g s m 系统那样用时间 将他们区分开，因此每增加一个用户连接便在原有的基础上增加份干扰， 随着干扰电平增加( 容量增加) ，系统为了保证通信质量而不得1 i 牺牲最人 允许空间损耗，从而引起小区覆盖范围的减小，即“呼吸”效应。因此在规 划设计网络时要对容量负荷进行控制，而负荷因子是影响小区覆盖很重要的 一一个参数。通常按一定负荷因子( 一般网络建设初期取3 0 一5 0 最大 7 5 ) 进行规划设计无线网络，在其他条件不变的情况下，只要容量不超过 设计的负荷，小区覆盖范围就不会降低到设计覆盖指标以卜- 。例如按5 0 负荷因子设计网络，对应的无线链路预算中便有3 d b 的余量，即接收机允 许有3 d b 的噪声上升，当然噪声上升可能由相同业务信道干扰产生，也可 能由不同业务信道共同产生，但最大值不能超过3 d b ，此时，对单一业务来 讲可以简单地计算出小区的用户连接数( 容量) ，但多种业务混合情况要复 杂的多，主要问题是如何准确估计不同_ k 务用户的比例关系。 ( 2 ) 功率配置：由于基站发射机功率放大器为所有连接用户所共享， 所有的公共信道、业务信道等信道都要参加功放有限功率的分配，因此，在 功放最大发射功率一定的情况下，要综合考虑各信道的功率关系，不能顾此 失彼。特别是对不同业务信道最大功率的配置将是影响不同业务小区下行覆 盖范围的一个重要因素。此值若取的过大，则当移动终端处于小区边缘时所 消耗的功率很大，而且对其它小区的干扰也较大；此值若取的太小，则本业 务的小区覆盖范围过小。这就要求设计网络时细致考虑上下行链路平衡关 竺兰鎏三些尘耋王耋堡! 兰竺丝兰 系、导频功率和各业务信道功率配置等因素，最大效能地利用有限的基站功 放发射功率，在一定的容量负荷和通信质量的情况下使小区覆盖达到最人。 ( 3 ) 单小区各业务覆盖的导频强度要求：基站信道功率配置旦确 定，导频信号发射功率是一个恒定不变的值，导频信号1 i 具有功率控制功 能，因此其小区覆盖范围是一定的，而且导频信号电平是各业务信道的参考 电平值，无线基站如果想要在某小区提供某利，业务，必须首先满足导频信号 的要求，否则业务信道电平再好也无济于事。由于导频信号的这种特殊性， 使得网络规划设计时许多性能参数与导频信号有密切关系。例如，对导频信 号强度提出要求，通过计算或测试便可确定各业务在定通信质量下的覆盖 范围，这种对导频信号强度的要求，实际上反映的是对接收机灵敏度的要 求，业务覆盖的导频强度要求越是严格，说明接收机灵敏度越差，此业务的 覆盖范围越小。 ( 4 ) 对数正态衰落余量及室内穿透损耗：对于1 e j 室外基站来覆盖室内 区域，小区覆盖范围的大小还与不同类型建筑物的穿透损耗有关，为了更准 确预测小区室内覆盖范围，表2 2 列出rw c d m a 网络时采用实际测试的 建筑物穿透损耗。 表2 - 2 不同类型建筑物穿透损耗( d b ) 建筑物类型w c d m a ( 2 g h z 频段) g s m 9 0 0g s m l 8 0 0 多层民居、厂房 1 01 01 2 钢筋混凝十建筑物约2 0 18 2 42 0 2 5 玻璃幕墙 i ( 3 - 1 3 ) e b | nn m 上嚣懿上行链路受蕊等式可瞄盍雯似和篱化为： 哈尔滨工业人学t 学珂学位沦义 一e b n k ”n v ( 1 + f ) ( 3 - 1 4 ) 图3 - 2 表示了数据业务的上行链路噪声提升的一个举例，其中假设 e 删。要求是1 5 d b ，且i = o 6 5 。3 0 d b 的噪声提升对应5 0 酐j 负荷因子t 6 0 d b 的噪声提y t 一对应7 5 的负荷因子。图中不是表示用户数，而是表示 每个小区内所有的同时用户的总的数据吞吐量。 鲁 蚵 隶 皑 恨 棼 吞叶量( k b i t s ) 倒3 - 2上行链路噪声提升是上行链路数据吞吐龄的函数 2 下行链路负荷因子：下行链路负荷因子口l n 可以根据与上行链路类 似的原理定义，尽管这些参数稍有不同呓射： 毒锵c ( 1 - g ) + i j ， b 式中，一1 0 l o g l o ( 1 一日，) 等于山多址接入干扰引起的在热噪声上的噪声提 升。在表3 - 7 中进一步解释这些参数。列比上行链路负荷等式，最重要的新 参数是研，它表示在下行链路中的正交因子。然而，如果在无线信道中有足 够的延迟扩展。一般情况下，多径信道中正交因子在o4 09 之间。 表3 7 下行链路负荷冈子计算中采_ l | 4 的参数 定义 对规划范围的建 义值 每个小区的用户数 话音o5 8 ，假设5 0 的话音激活年 v 用户j 在物理层的激活冈子 在d t x 期闯的d p c c h 开销数据10 每比特的信号能昔除以噪声谱密 度，要求满足预先定义的业务质龄取决丁业务、比特速率、多释衰落 e o n o ( 例如误比特率) ，噪声包括热噪声 信道、发射天线分集，移动速率等 雨i 干扰 ww c d m a 码片速率 3 4 8 m c h i p s 日 用户的比特速率 取决丁业务 取决丁多径传播 d 用户的信道j e 交因子1 ：完全止交的单一信道 0 ：不正交 用户j 接收的其他小区与本小区每个用户看到不同的n ，取决1 _ f _ j z ， 户在小区中的位置和对数正态阴影 的基站功率之比 i t u 车辆a 类信道：一5 0 口 在小区中的平均正交冈子 i t u 步行a 类信道：一9 0 用户接收到的其他小区与本小医 具有全向天线的宏小区：5 5 f 基站功率的平均比值。这里本小 具三扇区天线的宏小区：6 5 的干扰是宽带的 在下行链路中，其他小区的干扰与本小区的干扰比f 取决于用户位置和 对每个用户的位置差别。负荷网子一，j _ 用它在整个小区的平均值近似，即2 9 3 耻挚等瞰吲啊 p 在下行链路干扰建模中，软切换传输的作用可以用两种不同的方法模 拟： ( 1 ) 通过软切换开销大连接数量，并且利用软切换增益降低每条链路 的e 彬v 0 要求； ( 2 ) 保持连接数量固定不变，即等于用户数量，并且使用合并的e 洲。 要求。 如果假设每条链路的软切换增益是3 d b ，那么无论是否采用软切换，合 并的e b n o 都是一样的。在那种情况下，不需要在空中接【_ _ | 初始规划内包括 考虑软切换的作用。图3 3 表示在两个小区条件下初始规划中的软切换模 拟。 哈尔滨工业人学工学坝卜学位论史 咎动台甜两个，、区之间的软切换 劁3 3 相两个小区条仆下的软切换模拟 下行链路负荷因子，呈现出与上行链路负荷闵子瓦非常相似的特 性，就这个意义而言，当接近于1 时，系统达到它的极点容量，且热噪声提 升趋于无穷。对下行链路的初始布局，重要的是估计需要的基站的发射功率 的总数量。这个估计应该基于对用户的平均发射功率而不是基于由链路预算 表示的小区边缘的最大发射功率。在宏小区中，最大路径损耗和平均路径损 耗问的差值通常是6 d b ，如图3 - 4 所示。 1 冬| 3 - 4 在宏小区的最大路径损耗和平均路径损耗 嗡匀；涣l 业人学t 学 弧 “学位论文 这种影响可以考虑为：与在窄带技术中使用的情况相比，宽带技术的功 率中继干线增益允许采用更小的基站功率放大器。 每个用户的最小需要的发射功率由基站发射机和移动台接收机之间的平 均衰减工和没有多址接入干扰( 小j 式内或小区间) 时的移动台接收机的灵敏 度来决定。数学上，总的基站发射功率可用下式表达： b sa