第3章CDMA网络规划

1、无线网络规划是根据覆盖需求、容量需求以及其他特殊需求，结合覆盖区域的地形地貌特征，设计合理可行的无线网络布局，以最小的投资满足需求的过程。完整的移动通信网络建设包括前期调研（可行性研究）、网络规划、工程实施和网络优化等阶段。网络规划是整个建设过程中的关键阶段，决定了系统的投资规模，规划结果确立了网络的基本架构，基本决定了网络的效果。合理的网络规划可以节省投资成本和建成后网络的运营成本，提高网络的服务等级，提高用户的满意度。蜂窝移动通信网络的性能受到地形地貌、用户分布、用户移动性、业务类型等各种因素的影响。只有在规划设计阶段充分考虑网络的覆盖需求、容量需求、规划区域的无线传播环境、可提供业务类型

2、的话务模型等因素，结合系统能够提供的容量、系统的接收灵敏度等性能参数，通过链路预算、网络拓扑结构设计、仿真、实地勘察等工作，才能使设计的网络合理有效，达到预期的覆盖效果，为尽可能多的用户提供优质服务。对于新建网络，其规划只需要考虑无线传播环境和覆盖容量需求，规划相对比较简单；对于扩容网络，其规划可以看做是网络优化的一种阶段，可以改善现有网络的性能，设计方案需要首先解决现有网络存在的相关问题。第一章 网络规划流程CDMA无线网络的规划是一个复杂的系统工程，合理的流程可以有效控制规划设计过程、确保设计质量。CDMA无线网络的规划可用图3-1所示的流程来实现，包括需求分析、可提供站点勘察、场强测试与

3、频谱扫描、网络拓扑结构设计、规划站点勘察与验证、无线参数设置和提交设计方案等步骤。对于新建网络和扩容网络，设计时考虑的因素不尽相同，规划设计流程中各阶段需求完成的工作不完全一致。需求和基础数据收集可提供站点勘察场强测试与频谱扫描网络拓扑结构设计规划站点勘察与验证无线参数设置提交设计方案图3-1无线网络规划流程下面对各阶段需求执行的操作进行简要介绍。第一节 需求和基础数据收集运营商的需求和无线传播环境等各方面的信息是整个网络规划的基础，具体包括以下几个方面：u 覆盖需求；u 容量需求；u 系统设计要求；u 可提供资源；u 规划区域的无线传播环境和人口分布；u 现有网络信息；u 频率信息；u 其他

4、特殊需求。第二节 可提供站点勘察蜂窝移动通信系统的运营商，一般可以提供一些具备建站条件的候选点。为了节省投资，网络规划时应该尽量选用这些候选点。需求分析阶段可以收集到运营商可提供站点的部分信息。网络规划工程师根据对整个项目的了解程度，判断是否需要在本阶段对这些站点进行进一步勘察，以便详细收集这些站点的相关信息。对于城区等比较复杂的网络，一般在本阶段对位置比较关键，影响网络拓扑结构搭建的，可提供站点进行勘察，其余对网络影响比较小的站点，可以在网络拓扑结构设计完成后，作为后续的候选点进行勘察。对于郊区或乡村网络，站点相对分散，网络结构比较简单，单个站点的变更对周围站点的影响不大。一般在网络拓扑结构

5、搭建完成后，将这些可提供站点作为首选候选点，在规划站点勘察阶段收集相关信息。可提供站点勘察有三方面的作用：u 收集可提供站点的经纬度、高度、周围无线传播环境、遮挡情况、周围存在的干扰源等信息，为站点的选用提供参考；如果和其他网络共站，同时收集其他网络的无线参数，设计时，需要考虑不同网络的隔离。u 收集规划区域的地形地貌特征，为各区域选择合适的无线传播模型。u 如果需要进行场强测试，选择场强测试站点。可提供站点勘察完成后，规划设计工程师根据站点选用的原则，从中选出符合基本要求的站点作为候选点，在网络拓扑结构设计阶段，作为搭建网络架构的基础。原则上，通过审核后的可提供站点除非不满足网络拓扑结构设计

6、要求，否则应该选用。站点选用原则参见后面章节。第三节 场强测试与频谱扫描当规划区域的地形地貌特征与现有模型代表的无线传播环境不符时，需要进行场强测试；对项目准备选用频段当前的利用状况不熟悉时，需要进行频谱扫描。1、 场强测试无线信号的传播受地形起伏情况、站点周围地物分布情况、密集程度、天线相对周围区域高度等因素影响较大。为了使规划结果更加贴近实际网络状况，设计时，各区域可以根据这些条件从模型库中选用合适模型。如果当前规划区域的无线环境和模型库中所有模型都不匹配，则需要对该区域进行场强测试。利用场强测试数据进行模型校正，可以得到该区域对应的模型。场强测试选用的测试点必须具有典型意义，也就是其周围

7、的地形地貌特征在规划区域中具有代表性。根据站点的测试数据校正得到的传播模型才能应用到类似环境中去。2、 频谱扫描频谱扫描主要用于确定准备选用的频段是否存在干扰，以便为项目选用没有干扰或干扰相对较小的频点。蜂窝移动通信系统上下行链路采用不同的频段进行信号传播，频谱扫描时，上下行频段都需要测试。频谱扫描一般需要包括路测和定点测试。路测用于发现哪些区域可能存在干扰，比较粗略；定点测试用于从可能存在干扰的区域中，找出干扰的频段、比较具体的位置或方向、干扰强度等详细信息。第四节 网络拓扑结构设计完成基础数据的收集、站点的勘察，得到规划区域适用的无线传播模型后，网络规划工程师可以基于这些信息进行网络的拓扑

8、结构设计。网络拓扑结构设计是基于规划区域的无线传播环境，根据覆盖规划和容量规划，得到各区域的小区半径，在可提供站点基础上搭建网络架构，对于没有可提供站点的空缺位置，添加理论上满足需求的站点，并运用仿真工具进行验证的过程。这是设计出理论上满足需求的网络的过程。网络拓扑结构设计的输出结果是一组理论上满足覆盖和容量等各种需求的虚拟站点，我们称之为规划站点。在设计结果中，包括规划站点的经纬度、天线挂高、扇区朝向、下倾角等信息。规划工程师根据这些数据，需求从实际环境中找出参数接近的站点，这就是规划站点的勘察。网络拓扑结构设计的具体过程参见后面章节。第五节 规划站点勘察与验证上面已经指出，规划站点的勘察就

9、是根据网络拓扑结构设计得到的，理论上满足覆盖容量需求的规划站点信息，从实际环境中找出能够满足需求的现实存在站点的过程。规划站点是虚拟的，勘察时，需求首先从实际环境中找出与规划参数接近的点，然后进行勘察；而可提供站点是现实存在的，可以直接收集相应数据，二者的勘察过程存在一些区别。规划站点勘察时一般要求每个规划站点选用23个候选点。规划站点勘察完成后，需要对候选点进行验证，其具体过程如下：（1）将最佳候选点的相关参数输入到仿真工具中，替代原有的规划站点；（2）执行仿真，验证候选点是否能够满足覆盖和容量需求，仿真过程中可以对天线挂高、朝向、下倾角等参数进行微调；各参数的调整幅度受限于候选点的实际环境

10、，比如天线挂高受限于建筑物高度和可采用的增高方式、扇区朝向受限于周围存在的遮挡情况。（3）依次代入其他候选点，执行仿真，列出满足需求的候选点信息。如果某个规划站点所有的候选点都不能满足覆盖或容量需求，则需要对该规划站点重新勘察；如果该规划站点无法找到合适的候选点，则需要对网络拓扑结构进行调整。第六节 无线参数设置规划站点勘察与验证阶段已经确定了所有的站点，下一步需要设定各站点的无线参数，主要包括天线挂高、扇区朝向、下倾角、PN、初始邻区、搜索窗口、切换参数、发射功率等。这些参数包括架设天线时需要设置的参数和后台需要设置的参数，可以通过仿真获得，也可以由规划工程师完成设置后，利用仿真工具进行验证

11、。第二章 覆盖规划第一节 CDMA系统的覆盖在蜂窝系统中，基站扇区的覆盖范围是这样一个区域：在这个区域中，接收端（基站或终端）应有足够的信号电平来满足业务要求。一定传播环境下，小区的覆盖范围直接取决于收发端所允许的最大路径损耗，而链路预算可确定给定无线链路的最大允许路径损耗。链路预算中的最大允许路径损耗可大致用下列公式定性表示：最大允许路径损耗发射功率接收机灵敏度裕量其他1、 发射端发射功率发射功率是指天线的有效发射功率，可以是EIRP（有效全向发射功率），也可以是ERP（有效发射功率），表示如下：EIRP发射功率（dBm）发射天线增益（dBi）馈线损耗（dB）人体损耗（dB）跳线损耗（dB）

12、其他损耗估计（dB）若给定的天线增益为dBd，在链路预算表中需变换为dBi。2、 接收端接收机灵敏度接收机灵敏度（Prec）是指在一定数据速率和最坏信道条件下，在天线接收端要求的最小信号水平，表示如下： （3.1）由式（3.1）可得到以dBm表示的接收机灵敏度Prec（dBm）为：Prec热噪声功率谱密度req数据速率 （3.2）注：实际系统中的接收灵敏度计算还应该考虑系统噪声系数和负载因子的影响。3、 裕量和其他裕量和其他影响路径损耗的因素包括衰落裕量、穿透损耗、软切换增益等。（1）衰落裕量衰落裕量是在充分考虑信道衰落变化情况的基础上，为保证通信可靠性而预留的量。它与一定的小区边缘通信概率要

13、求相对应。在无线空间传播中，对于任何一个给定的距离，路径损耗是变化的，可以看做是符合对数正态分布的随机变量。在传播模型中我们考虑的都是路径损耗中值。如果按照平均路径损耗设计网络，则小区边界点的路径损耗有50概率会大于路径损耗中值，而另50概率会小于该中值，即小区的边缘覆盖概率只有50。为了提高小区边缘的覆盖概率，需要预先留出衰落裕量。下面以满足75的边缘覆盖概率为例加以解释：假定传播损耗随机变量为，则是dB上的高斯分布，设其均值为m，标准差为，对应的概率分布函数为Q函数。设定一个损耗门限1，当传播损耗大于该门限时，信号强度便达不到满足预期服务质量的解调要求，则在小区边缘，满足75的边缘覆盖概率

14、可以表示为：PcoveragePr（<1）？对于户外环境，标准差取8dB（对不同的地理环境对应的标准差不一样，如果建筑物密集较大，地形开阔较小，一般情况下取8dB），可得到对应75的边缘覆盖概率（通信率）的裕量值：1m0.675×0.675×85.4dB （3.4）从图3-2和图3-3可以看出，为了保证75的边缘覆盖率，需在设计网络时留出5.4dB的裕量。如果要求90的边缘覆盖率，同理可算出需要留出10.3dB的衰落裕量。750.675500累积正态概率分布与中值信号m的偏差中值图3-2衰落裕量示意图概率分布函数正态分布概率密度函数传播损耗门限m标准差8dB0.675

15、×85.4dB图3-3衰落裕量示意图概率密度函数不同的边缘覆盖概率与面积覆盖概率在一定的条件下有一一对应的关系，具体关系如图3-4所示。图中左边纵坐标是面积覆盖概率，右边纵坐标为边缘覆盖概率。横坐标为标准差/路径损耗指数。例如，路径损耗指数n4（传播环境复杂），标准差8dB，边缘覆盖率75，由图可得到对应的面积覆盖概率为94；路径损耗指数n2（自由空间），标准差8dB，边缘覆盖率75，对应的面积覆盖概率为91。图3-4边缘覆盖率与面积覆盖率（2）穿透损耗穿透损耗采用的是经验值，一般主要取决于各地的建筑材料和建筑物墙体厚度等因素，通常穿透损耗由大到小的顺序是：密集城区>城区>

16、;郊区>农村，链路预算时一般取密集城区25dB，一般城区20dB，郊区15dB，农村6dB。实际规划时，可以通过测试获得更为准确的穿透损耗。（3）软切换增益（只考虑两方软切换）在CDMA系统中，软切换增益的具体取值与两传播路径的相关系数、正态衰落方差和边缘覆盖概率Perl有关。具体关系如表3-1所示。表3-1软切换增益表Perl相关系数正态衰落方差8dB软切换增益0.750.54.090.980.54.67确定上述基本参数后，可计算得出最大允许传播路径损耗，然后根据传播模型（Okumura-Hata模型、Cost-231模型等）得到小区的覆盖范围。表

17、3-2给出了CDMA2000 1x 800MHz系统在密集城区的反向链路预算表，其中移动台的有效全向发射功率为200mW，小区边缘覆盖率为75，传播模型为Hata模型。表3-2CDMA2000 1x 800MHz系统密集城区的反向链路预算项目数据业务语音业务速率kbps153.676.838.4MS最大发射功率dBm232323232323MS天线增益dBi000000人体损耗dB000003MS有效全向发射功率dBm232323232320BS天线增益dBi171717171717基站跳线损耗dB111111基站馈线损耗dB/100m444444基站馈线长度m505050

18、505050其他损耗估计dB111111基站天馈损耗dB444444热噪声谱密度dBm/Hz-174-174-174-174-174-174噪声系数dBEb/No dB4.04.94.9负载 ×100%干扰裕量dB3.013.013.013.013.013.01基站灵敏度dBm-112.73-115.24-117.65-119.96-122.07-122.07软切换增益dB444444正态衰落方差dB888888覆盖区边缘的通信概率×100%0.750.750.750.750.750.

19、75正态衰落裕量dB最大允许的空间损耗dB147.33149.84152.25154.56156.67153.67建筑物穿透损耗dB252525252525上行链路损耗dB122.33124.84127.25129.56131.67128.67基站天线高度m303030303030移动台高度m射频中心频率MHz825825825825825825Hata模型地形修正dB0000001Km损耗A dB125.43125.43125.43125.43125.43125.43斜率B35.2235.2235.2235.2235.2

20、235.22覆盖半径Km0.820.961.131.311.501.24链路预算时，根据计算得到的允许的最大路径损耗（MAPL），利用合适的传播模型，可得到对应环境下基站的覆盖半径。多数情况下，根据规划区域的无线传播环境，网络规划工程师可以直接运用一些已有模型，或根据测试数据校正得到的模型，来预测传播损耗和基站的覆盖半径。第二节 覆盖规划的过程对于实际项目的覆盖规划，可按以下步骤来执行。1、 调查并对覆盖区域进行分区通常需要将一个较大的覆盖区域划分为若干个小的片区，例如密集城区、一般城区、郊区、乡村等。同时了解各个片区内的地形地貌和建筑物分布情况。2、 进行链路预算了解该片区要求的边缘覆盖率，

21、根据片区内的地形地貌选用合适的对数正态衰落方差值，根据片区内建筑物的实际情况选取合适的建筑物穿透损耗值，使用合适的传播模型，进行链路预算获得各片区基站的最大覆盖半径。3、 估算满足覆盖要求的载扇数根据链路预算获得的各片区基站覆盖半径计算各片区单扇区的最大覆盖面积，用各片区要求的覆盖面积除以各片区单扇区的最大覆盖面积获得各片区满足覆盖要求的载扇数。对于每个片区，根据容量需求可以求出满足要求的载扇数，根据覆盖要求也可以获得满足要求的载扇数，取二者之间的较大值，可以得出该片区的载扇数要求。所有片区累加，可以获得整个规划区域的载扇数要求。4、 确定BTS数量和站型根据获得的满足覆盖容量需求的载扇数、规

22、划区域的无线环境选择合适的站型，确定各片区的BTS数量。第三节 GSM和CDMA覆盖的比较GSM和CDMA是第二代移动通信系统中应用最广泛的两种制式，下面通过链路预算分析两者在覆盖性能上的差别。为了确保分析结果体现的是两种制式的区别，首先假设两个系统的基站馈线损耗相同，天线挂高相同，所有天线增益相同，传播环境相同（以密集城区为例）。表3-3给出了GSM系统在密集城区的反向链路覆盖性能。表3-3密集城区GSM反向链路覆盖性能项目数据手机发射功率dBm33人体损耗dB3手机天线增益dBi0手机等效发射功率dBm30基站接收灵敏度dBm-108基站天线增益dBi17双工器损耗dB0.8馈线及接头损耗

23、dB4分集增益dB3衰落裕量dB5.4噪声恶化量dB2基站等效接收电平dBm-114.9最大允许的空间损耗dB145.8从表3-3中的GSM反向链路覆盖预算表和前面的CDMA反向链路覆盖预算表可以看出，CDMA手机的最大发射功率是23dBm，GSM手机的最大发射功率有33dBm。但是在相同的基站天线增益、基站馈线损耗以及相同的衰落裕量下，CDMA网络反向所能承受的最大路径损耗比GSM大7.9dB左右。基于Hata模型路径损耗计算公式，都采用800MHz频率，可以预测出不同挂高下两种制式的覆盖情况，如表3-4所示。表3-4不同挂高下CDMA和GSM覆盖比较（密集城区）天线挂高mCDMA网络覆盖半

24、径KmGSM网络覆盖半径Km301.240.74401.390.82501.540.90601.670.97通过上面的分析可以看出，传播环境、天线增益、馈线损耗、覆盖要求的衰落裕量和天线挂高等条件都一致时，CDMA网络的覆盖半径要比GSM网络的覆盖半径大。第三章 容量规划第一节 容量预测容量规划首先涉及到的是容量的预测。对于一个规划项目，只有准确预测出容量需求，才可能在后面的规划中确定网络的规模和容量的分配。容量预测的方法有多种，下面介绍几种常用的方法。1、 趋势外推法该方法的特点是，假定用户容量的增长符合某种数学统计曲线，根据以前若干年网络用户数的历史数据，采用数学曲线拟合的方式，预测今后一

25、段时间用户的增长情况。K4图3-5给出了利用趋势外推法进行容量预测的一个示例，其中横轴表示年份，纵轴表示用户数或普及率。根据用户增长的趋势，分为以下几个区间：K1表示起步时期，用户较少，增长缓慢；K2表示起飞时期，随着人们对该项服务的了解和认知程度的提高，该项服务为市场所认可，市场容量迅速膨胀；K3表示平稳发展时期，随着用户基数的增大，增长速度减慢；K4表示用户容量进入饱和期。普及率K3K2K1年图3-5利用趋势外推法进行容量预测使用趋势外推法进行容量预测的步骤是：首先采集用户数增长的历史数据，画出历史增长曲线；然后选择合适的数学曲线进行拟合；最后根据拟合曲线的后半段预测今后某个时间点的用户容

26、量。2、 普及率法普及率法是从社会需求的宏观角度来考虑用户的增长，其基本思路是：移动通信网络的用户数区域人口总数×移动电话普及率×该移动通信网络的市场占有率本方法涉及的预测因素较多。其中，区域人口总数的增长预测可以从有关政府部门获得；移动电话普及率可运用上面介绍的趋势外推法或其他渠道获得；移动通信网络的市场占有率是一个变化量，与移动运营商的市场、服务策略密切相关，需要由运营商根据对业务的预期提供比较准确的预测数据。3、 市场调查法市场调查法通过对网络覆盖范围内主要特定人群的市场调查，得出某移动通信服务在不同人群中的渗透率数据，进而得出当地的潜在用户数。特定人群的划分，不同地

27、方不尽相同，应根据当地的情况灵活选择。以某地市中心区域为例，可以将人群划分为商业用户和住宅用户，不同的人群有不同的消费特征、消费时段。例如商业用户对通信资费相对不敏感，话务量大，对通信质量要求高；而住宅用户对资费敏感，话务量小。第二节 话务模型对于一个具体的项目，网络规划工程师通过容量预测，可以获得网络需要的用户数信息。实际容量规划时，需要将用户数对应到具体的系统设备，这样还需要了解各种业务的话务模型。根据各种业务占用的资源情况和发生的频度，可以得到需要的系统资源。CDMA系统包括话音业务和数据业务，这两种业务有不同的话务模型，下面分别进行介绍。1、 话音业务话务模型话音呼叫的特点是：每一次呼

28、叫就是一次话音接入与释放的过程，通话过程中占用的资源不变。话音呼叫的话务模型可用图3-6来表示。呼叫时长FCH呼叫释放呼叫建立图3-6话音业务话务模型例如，某城市网络规划时，话音业务话务模型参数如表3-5所示。表3-5某城市的话音业务模型参数话务模型参数取值忙时平均每用户话务量0.02Erl呼叫占用时间60sBHCA1.2呼损（GOS）22、 数据业务话务模型数据业务的业务类型很多，呼叫过程的处理相对话音业务更复杂，主要表现在以下几个方面：u 与服务类型相关，数据业务支持WWW、E_Mail、FTP、Telnet等多种业务；u 与运营策略相关，受到数据用户比例、提供给用户的平均传输速率、系统所

29、提供的业务种类等因素的影响；u 与设备技术特点相关；u 与用户使用各数据服务的习惯相关。图3-7给出了数据业务呼叫的典型过程，每次呼叫包括激活状态（Active）和休眠状态（Dormant）。数据呼叫（E_mail）会话数据呼叫（WWW）会话网页下载E-mail下载网页下载网页下载休眠态休眠态激活态激活态激活态激活态图3-7数据业务呼叫典型过程其中激活状态又包括数据发送阶段和激活保持阶段，图3-8给出了一次CDMA2000 1x的激活过程。当激活保持（无数据发送）的时间超过定时器设定的时间时，空中信道将释放，进入休眠状态。Active Off速率Active On呼叫释放SCH突发SCH突发T

30、adSCHFCH时间分组数据激活态图3-8CDMA2000 1x的一次激活过程CDMA2000 1x EVDO的激活、休眠过程与CDMA2000 1x相似，但CDMA2000 1x EVDO是使用时隙发送业务数据的，并没有FCH和SCH的概念，如图3-9所示。呼叫释放Active OffActive On速率时间激活态Tad图3-9CDMA2000 1x EVDO的一次激活过程数据业务相对于话音业务，其话务模型主要存在以下一些区别：u 每用户的Erlang定义不同，数据业务有多种类型，得到的是各种业务的统计结果，故该定义与各种业务的比重有关系；u 呼叫建立次数取决于业务种类和各种业务的比重；u

31、 每用户的平均呼叫时长也取决于业务种类和各种业务的比重；u 占用的资源受数据业务速率等因素影响而发生变化，是统计的结果。根据统计数据，移动用户使用主要数据业务的一种典型分布特征如表3-6所示。表3-6数据业务各种业务类型的分布项目WAPBREW彩E互联网合计该业务用户使用比例801510%15每用户业务月平均使用次数15253330忙日集中系数0.050.050.050.05忙时集中系数0.1占空比0.8业务平均每次使用时间s4006030900每个Session数据量KB7022201200忙时使用次数0.060.0190.0170.0230.118次数分

32、布51.015.914.019.1100%Session中平均速率kbps2.304.383.5811.00话务分布52.3%100%由于数据业务的复杂性，运营商难以准确统计用户使用各种数据业务的情况，不同业务区之间由于业务开展情况千差万别，数据业务模型也相差很多，难以给出一种详尽、精确、有效的数据业务模型。在实际容量规划时，建议采用宏观统计的数据业务模型。表3-7给出了一种建议的数据业务话务模型中各种参数的取值，容量规划的时候可以参考。表3-7一种建议的数据业务话务模型参数取值建议忙时每用户Session数量0.12忙时每个Session平均通话时长s390忙时每个Ses

33、sion平均数据量KB271忙时每个Session平均速率kbps5.56忙时用户平均业务量bps72平均包长B200忙时平均PPP同时激活率69数据忙时每用户数据等效话务量0.009话音忙时每用户数据等效话务量0.006第三节 CDMA2000 1x系统的容量计算在CDMA系统中，用户共用相同的频点，在反向信道上，每个用户的信号都是对其他用户的干扰，一个移动台若要接入成功，必须能够克服其他用户的干扰。保持系统呼叫与接入的成功率是通过控制每一路信号的功率水平来实现的。发射功率或系统自身产生的干扰都对CDMA系统容量有较大影响。在反向链路中，当移动台没有足够功率来克服自其他用户的干扰时，系统达到

34、反向的最大容量；在前向链路中，系统没有额外的功率分配给可能增加的用户时，就达到了前向的容量限制。下面介绍考虑了部分限制因素的CDMA2000 1x前向容量和反向容量，系统容量取二者之间的较小值。3.3.1 反向链路容量1、 最大用户数计算为了简化问题，首先基于全向小区考虑CDMA系统的容量。移动台大体可分为如下几种状态：u 激活且正在发射状态（通话状态）；u 激活但没有发射（非通话模式）；u 空闲但发射状态（接入模式）；u 空闲非发射状态（非接入模式）。假设小区内来自接入状态移动台的干扰可以忽略不计，只分析激活状态移动台的影响。假设给定小区内，在特定的时间有M个移动台处于通话状态，对于其中某个

35、移动台，其余M-1个移动台都是同频干扰源。假设该小区从第i个移动台收到的平均信号功率为Sr，可以得到每比特能量Eb：Eb （3.5）其中，R为移动台发射速率，单位为bps。热噪声功率为NoBW，其中No为热噪声功率频谱密度，BW为扩频带宽。假设有理想的反向链路功率控制，从不同移动台发出的信号到达基站具有相同的接收功率，则在基站侧总的噪声干扰功率谱密度Nt为：Nt×SriNo （3.6）其中，Vf为话音激活因子。考虑到SriSf，由公式（3.6）可以得到：NtNo （3.7）由下式给出：×Gp× （3.8）其中，Gp为处理增益。如果考虑到来自其他小区的干扰因子f，同

36、时如果考虑功率控制不够完美，加入一个功率控制因子，公式（3.8）变为：Gp× （3.9）从公式（3.9）中解出M：M1Gp× （3.10）由公式（3.10），可以得出M的最大值为：Mmax1Gp× （3.11）Mmax称为极点容量。当Sr趋向无穷大时，得到极点容量。为了简化推导，一般可省略公式（3.11）中的“1”。为了观察容量的动态变化，可以把公式（3.11）改写为： （3.12）其中，是小区负载因子。由公式（3.12）可以得到图3-10，每个移动台要求的SNR随着负载的增加呈现非线性的增长，移动台的发射功率在负载较高的情况下比负载较低的情况要增加很多。实际的容

37、量限制可以设置在曲线斜率迅速变陡的拐点上（比如0.75）。SNR负载图3-10SNR随小区负载的变化各参数的典型值如下：u f0.4；u 4.9dB；u f0.57；u 0.85。使用这些取值，可以估算出全向小区容量的极限值为：Mmax×55如果考虑系统负载为75，全向小区的容量为55×7541。当基站为三扇区配置时，和全向单扇区相比，可以有2.55的增益，故每扇区的容量为：41×2.55/335。即在单载三扇区条件下，每扇区可带用户数为35。如果系统要求的阻塞率为2，那么通过Erl B表我们可以得到35个信道对应的系统容量为26.4Erl。3.3.2 前向链路容

38、量CDMA网络中的移动台可以同时接收多个扇区的信号，该功能一方面可以确保不同小区交界区域的通信质量，另一方面加重了前向链路的负担，降低了资源利用率。CDMA2000 1x的前向链路和反向链路都采用相干解调，降低了信号解调要求。同时前向业务信道采用QPSK和快速功率控制，增加了前向容量。为了最大化前向链路的容量，必须按照每个移动台的要求发射相应的功率，以控制小区的功率水平。对于各信道要求的或参数，推荐采用下面的值。u 导频信道：-15dB；u 业务信道：5dB；u 同步信道：7dB；u 寻呼信道：7dB。在计算前向链路容量之前，我们先作如下假设：（1）所有的移动台在小区的边缘；至少为两方软切换；

39、移动速率中等；当目标FER1时，5dB。（2）理想的功率控制。（3）总的前向链路业务信道功率平均分配给所有的移动台。前向链路的容量取决于能够分配给业务信道的功率。对于开销信道的功率（Ppilot、Psync、Ppaging）和业务信道的功率（Ptraffic），假设按照如下比例分配：Ppilot（1520）Pcell-site；Psync10Ppilot（1.52）Pcell-site；Ppaging（3040）Ppilot（58）Pcell-site，可以按照7计算；Ptraffic（7176.5）Pcell-site。其中，Pcell-site为小区总的发射功率，Ppaging和Ptraf

40、fic代表可以分配给寻呼和业务信道的总功率。对于每个用户，业务信道发射功率和寻呼信道发射功率如式（3.13）和式（3.14）所示。Ptraffic/mobile，MtotalM（1） （3.13）其中，M为每扇区的激活用户数，为处于软切换移动台所需要的额外业务信道的开销因子，channel为信道激活因子。Ppaging/channel （3.14）其中，Np为寻呼信道数。Ptraffic/mobile为标称值，实际分配给移动台的功率依赖于每个移动台的前向功率控制，可以有±4dB的变动。在软切换状态下，移动台需要额外的业务信道开销，设计时软切换比率需要严格控制。下面计算前向链路可支持的

41、最大用户数。令（S1）m为第m个移动台从提供最大接收功率的小区（服务小区）接收到的功率，同时令（S2）m ， ，（SQ）m为第m个移动台从相邻小区接收到的功率，有（S1）m>（S2）m>>(SQ)m>0。假设从第一个到第Q个小区的接收功率可以检测到，而其他小区的功率可以忽略不计。一般认为服务小区的外围两层的小区对接收功率有贡献，更外围小区的影响可以忽略。第m个移动台接收到的比特能量与干扰加热噪声之比为：（）mt×× （3.15）其中，u t：分配给业务信道的总能量占小区功率的百分比；u No：热噪声密度；u Bw：扩频带宽；u Gp：处理增益；u m

42、：总功率中分配给第m个移动台的功率百分比；u M：移动台自身所在小区的用户数；1 （3.16）从式（3.15）可以推导出权重因子m为：m1（）m （3.17）其中，n2为热噪声功率。由于tS1为小区中分配给业务信道的最大功率，包括指定的移动台和本小区中其他移动台，移动台的总数为M，我们定义相关的小区接收功率为：fm1（）m （3.18）综合式（3.17）和式（3.18），得到：f （3.19）通常情况下，背景噪声远小于小区最大总接收功率，且公式（3.19）中的第二项相对第一项来说，通常可以忽略。容量可以由阻塞概率来估算，阻塞概率定义为：PoutPrBER>(BER)SP （3.20）其中

43、，（BER）SP为等于（）SP时的误码率。（）SP是指移动台解调时要求的解调门限值。由公式（3.19），可以计算出（）SP所对应的f，并得到如下概率表达式：PoutPr>f （3.21）分布函数无法用严格的数学表达式计算，可以采用仿真方法模拟CDMA2000 1x前向链路的阻塞情况来得到系统的前向容量。仿真基于如下假设条件：u 处理增益Gp128；u 导频信道占小区总功率的20；u 目标5dB，以保证业务信道的BER10-3；u 衰减因子4。在此条件下，BER低于10-3，前向链路可以支持每扇区38个移动台。第四节 容量规划的过程对于实际下面的容量规划，可按以下步骤来执行。1、 调查并预

44、测一个地区的用户容量需求通常需要将一个大的区域划分为若干个小的片区，例如密集城区、一般城区、郊区、乡村等，不同片区的移动用户组成结构、话务模型有所不同，而同一片区内的话务模型认为是一致的。通过对各个片区的潜在用户的调查，可以获得相应的容量需求，所有片区的容量累加，得到整个区域的容量需求。2、 估算数据业务容量的需求根据数据用户的比例以及数据业务的话务模型，计算规划区域对数据业务总的需求。根据系统设备的特征、规划区域的无线环境和话务模型等数据，分别计算单扇区载频的前向和反向的空中吞吐量。前向空中吞吐量的上限受当地无线传播环境、数据业务平均速率、数据用户比例、移动台移动速度、移动台在扇区内的分布特

45、征等因素的影响。空中吞吐量的计算非常复杂，往往取经验值。根据规划区域对前反向数据业务的需求，以及单扇区单载频可以支持的前向/反向数据流量，可以得到满足前向/反向数据业务需求的载扇数，取二者中的较大值，容量规划考虑数据业务时，基于该链路（前向或反向）进行规划。3、 估算满足容量需求的载扇数对于每个片区，根据片区内的话音用户数量、数据用户数量、话音/数据话务模型，可以计算所需的载扇数。计算载扇数需求可以有以下几种方法：（1）话音业务和数据业务分别计算所需载扇数，累计得到总的载扇数需求。（2）根据数据业务和话音业务的话务模型，将数据业务的流量折算成话音业务，基于每个载扇可以支持的话音业务，得到总的载

46、扇数需求。（3）根据话音业务和数据业务的话务模型，将话音业务折算成数据业务的前向/反向流量，根据每个载扇可以支持的前反向流量，得到满足前反向要求的载扇数，取二者之间的较大值，作为总的载扇数需求。考虑到数据业务和话音业务的话务模型差别很大，另外话音业务存在实时性要求，数据业务存在错误重传机制等特性，二者之间的折算非常困难，容量规划时多采用第一种方法。4、 按片区统计需要的载扇数对于每个片区，根据覆盖需求可以求出满足要求的载扇数，根据容量要求也可以获得满足要求的载扇数，取二者之间的较大值，可以得到该片区的载扇数要求。所有片区累加，可以获得整个规划区域的载扇数要求。5、 确定BTS数量和站型根据获得

47、的满足覆盖容量需求的载扇数及规划区域的无线环境，选择合适的站型，确定各片区的BTS数量。比如密集城区一般都采用S111站型，其中话务需求非常大的区域可以采用S222等多载频基站；对于广阔的农村，可以采用O1等站型进行覆盖。6、 确定各BTS所需的CE数量根据每个BTS需要承担的容量、每个用户的话务量，以及系统的阻塞率要求，可以获得每个BTS需要配备的CE数量。实际系统中，CE往往会配置在相应的单板上，对于不同厂家，单板上可携带的CE数量有区别，需要配置的CE板数量根据厂家的具体情况而定。7、 确定BSC需要的选择器/声码器板数量根据BTS所辖区域的话音业务的总话务量和话务模型，计算BSC所取的

48、选择器/声码器数量。不同厂家的选择器/声码器板上可支持的选择器/声码器数量不一致，需要配备的单板数量需要根据厂家的具体情况决定。8、 确定BSC侧需要的分组业务处理单板数量根据BSC所辖区域的数据业务总话务量和数据业务话务模型，计算BSC所需的分组业务处理单板数量，不同厂家单板数量需求有所区别。第四章 网络拓扑结构设计从前面章节介绍的网络规划流程可以看出，网络拓扑结构设计是整个规划设计的核心环节，是一个承上启下的阶段。下面详细介绍网络拓扑结构设计的过程及其相关内容。1、 设计的过程网络拓扑结构的设计可以按以下过程进行。（1）根据无线传播环境和话务需求，对整个规划区域进行分块；对每块区域，根据覆

49、盖需求和容量需求，可以得到大致的小区半径。（2）以满足站点选用要求为基础，根据各区域的小区半径，搭建网络拓扑结构；设计过程中应尽可能利用现有的可提供站点，只有其位置或无线参数偏离网络拓扑结构，无法满足设计需求时，才能舍弃；对于网络拓扑结构中没有可提供站点的位置，添加规划站点。（3）规划站点的初始朝向根据网络中周围站点的相对位置确定；天线挂高根据覆盖范围大小和该站点所在区域的平均高度，通过链路预算得到；天线类型基于所处环境和站点分布情况选用，同时根据覆盖范围计算初始下倾角。（4）利用仿真工具验证规划方案是否满足覆盖和容量需求；如果不满足，需要对存在问题区域的规划站点进行调整，可以调整站点位置、朝

50、向、下倾角、天线类型和天线挂高等参数，调整的幅度必须符合该站点所在区域的实际情况。（5）输出规划结果，包括规划站点的各种参数。2、 小区半径计算在网络拓扑结构设计中，每个基站的小区半径根据覆盖需求和容量需求获得。具体过程如下：（1）首先根据无线传播环境和话务需求，对整个规划区域进行分块。（2）对每片区域，根据该区域适用的无线传播模型，利用链路预算，得到满足覆盖需求的小区半径；其中天线挂高根据覆盖区域大致的建筑物高度和允许的增高方式确定，天线增益等参数根据本项目准备选用的天线确定；全向基站和定向基站分别计算。（3）根据总的容量需求，以及需求分析阶段得到的各区域话务分布情况，按比例将总容量分配到规

51、划区域的各个片区中去，根据每个小区可带的话务量，可以得到各片区需要的小区数；每个片区根据其面积和需要的小区数，可得到满足容量需求的大致小区半径。（4）各片区实际规划的覆盖半径，取满足覆盖需求和容量需求的两个值中较小的一个。3、 不合理设计的影响不合理网络拓扑结构设计会对网络性能产生很大的影响，主要体现在以下几个方面。（1）覆盖规划不当。表现为：某些区域由于站点过于稀疏，造成信号强度较弱，无法满足覆盖需求；软切换区比例过小，影响切换成功率；某些区域由于站点设置过于密集，造成部分位置导频污染，影响覆盖效果。（2）容量规划不当。表现为：某些区域小区的覆盖范围过小，带的用户比较少，导致资源利用率比较低

52、；某些站点和周围站点重叠覆盖区过大，软切换区域过大，导致资源浪费；某些区域基站的覆盖范围过大，所带用户过多，造成网络的阻塞，影响服务质量。（3）网络性能降低，影响掉话率、呼叫成功率、切换成功率、话音质量等指标。第五章 组网单元选用在网络规划设计过程中，实际应用环境非常复杂，需要应用各种设备进行组网，充分利用不同产品的优势，使网络性能最大程度满足客户的需要。可以采用的设备包括宏基站、微基站、射频拉远、直放站和室内分布系统等。本节主要介绍各种设备的特点和应用环境。第一节 宏基站宏基站一般有专用的机架，可以提供容量，下面介绍其主要特点和应用环境。1、 特点容量大，需要机房，可靠性较好，维护方便。u

53、覆盖能力：比较强，适用的场合较多；馈缆长度大于70m时，馈线损耗较大，对覆盖有一定的影响。u 容量：根据配置的载扇数，支持的用户数可以变化；总的来说宏基站可支持的容量比其他产品要大很多。u 组网要求：2Mbps传输（可用微波或光纤）。缺点：设备价格较贵，需要机房，安装施工较麻烦，不易搬迁，灵活性稍差。2、 应用环境u 广域覆盖：城区广域范围的覆盖；郊区、农村、乡镇、公路的覆盖。u 深度覆盖：城区内话务密集区域的覆盖，室内覆盖（作为室内分布系统的信号源）。第二节 微基站微基站可以看成是微型化的基站，将所有的设备浓缩在一个比较小的机箱内，可以方便安装；同时微基站和宏基站一样可以提供容量。微基站的主要特点和应用环境如下。1、 特点体积小，不需要机房，安装方便；不同作用的单板一般集成在设备上，维护起来不太方便；u 覆盖能力：可以就近安装在天线附近，如塔顶和房顶，直接用跳线将发射信号连接到天线端，馈缆短，损耗小；可以根据覆盖需求选择相应功放的微基站，其覆盖范围不一定比宏基站小。u 容量：微基站体积有限，可以安装的信道板数量有限，一般只能支持一个载频，能提供的容量较小。u 组网要求：2Mbps传输（可用微波或光纤）。缺点：室外条件恶劣，可靠性不如基