通信网分析与设计

1、通信网分析与设计课程设计任务书3G网络规划与优化设计目的 通过课程设计，巩固和运用在通信网分析与设计课程中所学的理论知识和技能，基本掌 握通信网络分析和设计的一般方法，进一步提高分析和设计能力，为今后开发和应用通信网 络打下基础。设计任务要求当前3G移动通信设备越来越普及，人们对3G通信质量的要求也越来越高。而实现3G移动通 信功能的网络系统包括无线通信网络、 通信传输网络及核心网络。 通信用户希望网络容量大、 覆盖区域广、覆盖概率大、信道阻塞率及掉话率低，通信服务提供商则希望以最低的成本建 造符合用户需求的移动通信网络。这是一对矛盾。因此本次课程设计的任务就是通过规划设 计3G通信网络，以便

2、学生在寻求通信质量和投入成本之间的合理折中时，已经掌握了规划移动通信网络的基本知识，培养了基本规划和优化移动通信网络的能力。设计内容设计报告内容包括3G无线网络、3G传输网和3G核心网的1 网络规划基础2 网络规划流程3 网络详细规划4 网络优化 通信网分析与设计课程设计指导书 课程设计题目一一3G网络规划与优化 一、课程设计报告基本内容及格式 第 1 章 移动通信网概述1.1 简介1.2 移动通信网的发展1.3 第三代移动网1.3.1 无线接入网 (RAN)1.3.2 核心网 (CN)第 2 章 3G 无线网络规划与优化2.1 无线网络规划的基础2.1.1 无线网络规划的范围2.1.2 系统

3、需求2.1.3 WCDMA无线基础2.1.4 WCDMA无线网络中的元素2.2 无线接口协议结构2.2.1 通用地面无线接入网(UTRAN的协议结构2.2.2 WCDMA无线网络中的信道配置2.3 扩频现象2.3.1 符号2.3.2速率匹配2.4 多径衰落2.5 无线网络规划流程2.5.1预规划阶段2.5.2物理层结构与生能2.5.3上行链路与下行链路调制2.5.4上行链路与下行链路扩频2.5.5码字规划2.5.6功率控制2.5.7切换2.5.8覆盖规划2.5.9容量规划2.5.10自适应多速率2.6 详细规划2.6.1覆盖与容量2.6.2无线资源管理2.7 WCDMAE线网络优化2.7.1关

4、键生能指标2.7.2网络生能监视2.7.3覆盖、容量和质量增强2.7.4参数调整第3章3G传输网的规划和优化3.1 传输网规划基础3.1.1 传输网络规划的范围3.1.2 3G 传输网的组成元素3.2 传输网规划过程3.3 异步传输模式 (ATM)3.3.1 信元的结构3.3.2 ATM 协议层3.3.3 ATM 中的复用和交换3.4 规模预算3.4.1 协议栈3.4.2 开销3.4.3 传输网预估举例3.5 微波链路规划3.5.1 错误率和ATM生能3.5.2 拓扑结构3.6 详细规划3.6.1 参数规划3.6.2 ATM 上的业务流量管理3.6.3 网元和接口配置参数3.6.4 ATM 规

5、划特征的总结3.6.5 同步方案3.6.6 网络管理设计方案3.7 传输网优化3.7.1 传输网优化基础3.7.2 过程定义3.7.3 网络分析3.7.4 ATM层的分析3.7.5 参数设定第4章3G核心网规划与优化4.1核心网规划基础4.1.1 核心网络规划的范围4.1.2 核心网中的元素4.2核心网规划流程4.2.1 电路交换4.2.2 分组交换4.3详细规划4.4核心网优化参考文献二、提交设计报告的要求（一）所有设计资料封装在档案袋中，封皮注明设计题目（通信网分析与设计课程设计） 班级、姓名、学号、指导教师、设计时间。档案袋内资料包括：设计任务书设计指导书设计报告附件（程序、图纸等，无可

6、不加）并在档案袋封皮填写以上资料的件数及页数（二）报告使用A4纸手写或打印，绝对不能雷同。（三）列出参考文献，格式为：作者、文献名、出版单位、出版时间。（三）收获、体会和建议。注：学生完成课程设后提交课程设计报告，要求将前述全部内容依先后顺序写成设计报告一 份，要求文字通畅、字迹工整，文字不少于 5000。三、时间安排序号设计内容天 数1分析问题，查阅资料、确定3G网络规划与优化方案22:完成3G无线网络规划与优化问题13完成3G传输网的规划和优化问题14:完成核心网规划与优化问题1总计5参考文献I、Ajay R . Mishra著，蜂窝网络规划与优化基础，机械工业出版社，2004。2003。

7、2张业荣 等编著，蜂窝移动通信网络规划与优化，电子工业出版社,3华为技术有限公司编著，GSM6线网络规划与优化，人民邮电出版社，2004。4William H.Tranter 等著， 通信系统仿真原理与无线应用， 机械工业出版社， 2005通信网分析与设计课程设计3G网络规划与优化移动通信网概述第一代移动通信系统是模拟移动通信系统， 在 20 世纪初开始了商业运营试验。 它对移动 通信的最大贡献是使用蜂窝结构，频带可重复利用，实现大区域覆盖；支持移动终端的漫游 和越区切换，实现移动环境下不间断通信。第一代移动通信系统的出现和发展，最重要的特 点是体现在移动性上，这是其他任何通信方式和系统不可替

8、代的，从而结束了过去无线通信 发展过程中时常被其他通信手段替代而处于辅助地位的历史。第二代移动通信系统是目前广泛使用的数字移动通信系统 GSM及窄带CDM（也叫cdmao ne IS95CDMA，数字信号处理技术是其最基本的技术特征，提供了更高的频谱效率更先进 的漫游。它对移动通信发展的重大贡献是使用 SIM卡，轻小手机和大量用户的网络支撑能力。 使用SIM卡作为移动通信用户个人身份和通信记录的载体，为移动通信管理、运营和服务带 来极大便利。第三代移动通信系统是正在全力投入开发的系统，其最基本的特征应当是智能信号处理 技术，实现基于话音业务为主的多媒体数据通信，更高的频谱效率、更高的服务质量及

9、低成 本。实现全球无线覆盖，真正实现“任何人，在任何地点、任何时间与任何人”都能便利的 通信。第四代移动通信系统是多功能集成的宽带移动通信系统，是宽（广）带接入 IP 系统，现 在处在概念阶段，可提供的最大带宽为 100Mbps第四代移动通信将以宽带、接入因特网、 具有多种综合功能的系统形态出现，很可能到 2010年就会出现相关的实验系统和手机模型。移动通信的发展趋势： （1）网络覆盖的无缝化，即用户在任何时间、任何地点都能实现网络的接入。（2）宽带化是未来通信发展的一个必然趋势，窄带的、低速的网络会逐渐被宽带网络所 取代。（ 3）融合趋势明显加快，包括 : 技术融合、网络融合、业务融合。（

10、4）数据速率越来越高，频谱带宽越来越宽，频段越来越高，覆盖距离越来越短。（ 5）终端智能化越来越高，为各种新业务的提供创造了条件和实现手段。（ 6）从两个方向相向发展 移动网增加数据业务：1xEV-DO HSDP/等技术的出现使移动网的数据速率逐渐增加， 在原来的移动网上叠加，覆盖可以连续；另外，WiMAX勺出现加速了新的3G增强型技术的发 展; 固定数据业务增加移动性:WLAN等技术的出现使数据速率提高，固网的覆盖范围逐渐 扩大，移动性逐渐增加；移动通信、宽带业务和 WiFi的成功，促成802.16/WiMAX等多种宽带 无线接入技术的诞生。3G是英文3rd Gen eration的缩写，指

11、第三代移动通信技术。相对第一代模拟制式手机（1 G）和第二代GSM TDMA?数字手机（2G），第三代手机一般地讲，是指将无线通信与国际互联 网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形 式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。为了提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2Mbps（兆字节/每秒）、384kbps（千字节/每秒）以及144kbps的传输速度。国际电联 ITU（International Telecommunications Union）提出的第三代移动通信系统 I

12、MT2000（International Mobile Telecommunications-2000）标准由两个主要部分构成：核心网 CN（Core Network ）和无线接入网 RAN（ Radio Access Network ），无线接入主流技术 采用宽带 CDM（A Code Division Multiple Access ）技术，支持包括语音、数据、图像及多 媒体等数据速率高达 2Mbit/s 的综合业务，可实现多种增值服务，使移动运营商与服务提供 商、制造商及传统行业形成良性互动。宽带CDMA有如下主要特点：1 ）向下保持平滑兼容。为了保护移动运营商的投资，宽带CDMAE够实

13、现从现存的移动通信系统到下一代移动通信系统的平滑过渡，并且兼容现存的网络结构，信令协议可以后向 兼容，不需引入新的呼叫模式。2 ）多速率和多业务。宽带 CDMA勺业务能力明显增强，能支持从话音到分组数据到多媒 体的不同业务，并且能根据业务需要提供不同的带宽。多速率和多业务时移动多媒体中有密 切关联的两个方面。为有效使用系统的频谱资源，无线接口随时监测无线信道的瞬态性能、 带宽和试验等情况，按业务需要动态的选择处理、混合匹配关键参数。在快速移动环境中， 最高速率达 144kbit/s ；室外到室内或低速移动环境，最高速率达到 384kbit/s ；室内环境， 最高速率达到 2Mbit/s 。3

14、）抗干扰抗衰落能力强，保密性好。宽带 CDMA技术在宽广的无线频谱上支持多路同步通话或数据传输，对每路话音、传真、数据或视像传输都分配一个网络的发送端和接收端都 能识别的特定码字，以便传输的信息可在接收端重新组合，增强了保密性；宽带CDMA勺宽广频谱使它对于市区环境中干扰和多径传播环境具有更高的抗干扰和抗衰落能力。4 ）高频谱利用率和低成本优势。5 ）全球兼容和漫游。3G无线网络规划与优化WCDM无线网络规划的内容WCDM无线网络规划可分为覆盖规划、容量规划、码片和频率规划、无线资源规划、切 换规划、功控规划等众多方面，其中覆盖规划和容量规划是其核心内容。在WCDM系统中所有用户在空中接口享有

15、相同的干扰资源，每个用户影响其他用户并引发其发射功率的变化， 因此在进行规划时，覆盖和容量是相关的，必须进行迭代计算。1. WCDM覆盖规划覆盖依赖于所要覆盖的区域、区域类型和传播条件。 WCDM覆盖范围的计算来源于链路 预算和通过实测获得的无线传播模型校正。 WCDM链路预算中包含了一些 GSMS路预算中不 采用的新参数，如干扰余量、快衰落余量、软切换增益等参数。链路预算的主要目的是在对当前系统模型参数合理取值基础上，分析小区的最大允许路 径损耗，从而得出各种情况下的覆盖半径。WCDM系统的链路预算不是一个单纯的线性过程， 它和小区的负荷估算是结合进行的。首先，必须根据在不同移动台速度下每种

16、业务的质量要 求，获得相应的上、下行的Eb/NO指标值（一般由设备厂家给出），由此计算出各种业务的参 考接收灵敏度。参考接收灵敏度与系统热噪声、业务速率和 Eb/N0 有关。然后，在设定或者 已知小区负荷的情况下，上行最大允许路径损耗的计算就变成一个简单的与GSMS统上行链路预算相似的计算过程。而下行链路的预算问题要复杂些，面对的是如何把有限的总发射功 率分配给各个活动终端的问题。鉴于终端位置分布、终端软切换状态等不确定性，必须建立 一个模型，做一些简化性的假设，然后才能计算出一个统计性的结果。2. WCDM容量规划与GSMc线网络相比，WCDM系统容量规划更依赖于覆盖，容量直接和功率预算有关

17、。 功率预算针对的是一种典型的业务，而 WCDM在实际中可能同时存在着多种业务类型，包括 话音业务和高达 384kbit/s 的数据业务。这就意味着对于不同的用户，系统的容量在上行链 路和下行链路是不同的。理论分析与仿真结果表明，上行链路的容量是下行链路容量的 22. 5 倍。由于WCDM系统是干扰受限系统，容量的规划实质上是对干扰量的估计。对于下行负荷 的估计，主要是对于基站发射功率的估计。对于每个用户所要求的最小功率，由基站到移动 台平均衰耗及移动台灵敏度决定，条件是不存在多接入引起干扰（包括小区内和小区外）。 干扰引起的噪声提升使得移动台所需最小功率比原来有了提高，最后使得系统能接入的用

18、户 数减少。3码片和频率的规划从网络规划的角度看， WCDM系统中的码片和频率规划相对比较简单，主要任务是为下 行链路分配扰码。扰码组的码序列限制在 512 个，扰码在网络规划中被分配给扇区，因为扰 码的数目太多，扰码分配这一繁琐的工作通常由网络规划工具自动完成。由于WCDM系统的频率复用因子为1,为典型的空中接口干扰受限系统。如果运营商有 两个或三个载频，那么 WCDM系统频率规划时要考虑到哪些载频分别用于宏蜂窝、微蜂窝和 室内覆盖，同时还要考虑到本运营商内部宽带系统和窄带系统间的干扰和运营商之间的干扰。WCDM无线网络规划的基本方法WCDM无线网络的覆盖、容量和网络性能之间的关系是相互影响

19、、相互制约的。用户的分布、 用户的移动速度以及用户的业务模型都直接影响到无线网络的覆盖、容量和网络性能。因此 要准确地反映未来网络的实际情况，不仅需要通过链路预算、容量推算等方法估算网络的大 致建设规模以及基本建设方案，而且还需要采用专用的网络规划和仿真工具，建立准确的地 理环境模型、用户业务和行为模型，才能仿真出实际网络的运行效果。下面简单介绍两种基 本的基站预测方法。1 以无线网络覆盖为依据的基站预测方法 在这种无线网络规划方法中，主要需要把握如下几个关键点： 确定业务类型并列出业务的链路预算属性，如 AM盹务、384kbit/s室外业务，最大路 径耗损为146dB等；确定传播模型，3G经

20、典模型有COST23 Hata模型、奥村模型等； 传播模型的校正：一般是对不同的地理分区，选择 34 个具有代表性的区域进行模型 校正，一条测试路径应该是 8 字型或螺旋性，避免系统误差；传播模型有效性的确认：校正后的模型，实测数据与模型的方差应不大于 8dB, 否则要 重新考虑测试路径、地理分区、测试数据的有效性；参考业务一般应该在城区基本覆盖：如 3km2范围。不同地理分区覆盖面积不同，覆盖面 积与传播模型有关。基站预算=总覆盖区域/（参考业务覆盖范围，如3km2。 2以业务为依据的基站预测设计方法 在这种无线网络规划方法中，主要需要把握如下几个关键点。确定业务模型：包括分组业务模型和语音

21、业务模型。CS业务主要有如下模型：坎贝尔模型、等效爱尔兰法、 Post Erlang-B 方法。以坎贝尔模型为代表，因为它是解决混合实时 类业务模型的理论计算方法之一，其特点是该模型预算值适度。确定总业务量的预测分布。以坎贝尔模型算出基站预算二坎贝尔业务/基站坎贝站坎贝尔。核算CS域剩余信道容量是否满足PS域数据承载。如不能满足，则根据数据承载需要增加基站预算。取业务与覆盖算法的最大值为基站规划数。aWCDM无线网络规划流程图WCDMW络中覆盖、容量和通信质量三种性能紧密相关，容量增加将影响覆盖质量，网络 性能难于预测。由于WCDM网络所支持的各种业务具有不同的特性，因此系统负荷和小区特性难于

22、评估。这 就对系统设计和优化提出了更高的要求，随着网络的增长，覆盖和容量的优化将更加关键。一、优化流WCDM网络无线优化过程分三个阶段，即初期规划和基站勘察阶段、RF优化阶段、全网性能测试阶段，如图1所示。这三个阶段互相独立又互相结合，是一个完整的、不可分割的 过程。1.初始规划和基站勘查阶段的第一步是进行 RF的规划和模拟分析，得到RF网络性能表 征图，如覆盖图、邻区表及系统无线质量等信息，在此基础上确认系统路测线路；第二步是 通过天线初始方向角和倾角保证基本的网络覆盖，通过单小区功能测试发现网络问题，确保 RF优化阶段工作的顺利进行。2在RF优化阶段，通过扫频和路测等手段来进一步发现问题，

23、如无线覆盖空洞、导频 污染、邻区丢失等问题。在此基础上通过对天线高度、方向角和倾角调整和数据库修改等工 作进行优化。3. 系统性能阶段主要通过路测进行呼叫性能的检测和评估。采用不同业务下大量呼叫的路测结果分析结合系统统计的 KPI指标，进一步对参数作修改和 RF调整。系统各个阶段都有助于形成标准的最优化的数据库，也有利于对系统无线规划模型的修 正。二、优化手段1 .覆盖覆盖问题需要通过分别分析上下行方向的 Ec和UE发射功率予以判定。下行方向Ec值就 足以表示覆盖的好坏，而不需要考虑 Ec/N o,但是如果结合容量和质量进行分析，则需要综 合考虑各种性能指标。(1) 下行覆盖定义各种环境类型下的Ec值和Ec/Io值，如果不能达到则采用优化手段予以保证。在实际的优化过程中，不同业务对Ec/Io的要求是不同的，必要的时候可以牺牲 RSCF以 确保Ec/Io满足业务的需求。(2) 上