第一章-无线网络预规划资料

1、2022-4-18授课老师：叶剑锋电 话:6888办公室:科技楼1608QQ:34582058基站勘测与设计电子与通信学院无线网络预规划(以WCDMA为例)能力目标能力目标掌握目标、环境、基站分布、容量和覆盖区域分析能力知识目标知识目标掌握基站工程流程，掌握周围环境分析、覆盖分析、站址选择、容量分析知识2022-4-18第一章 无线网络预规划1.1 WCDMA网络及规划流程1.2 需求分析l3G业务分类lWCDMA业务模型1.3 预规划l覆盖分析l容量分析2022-4-181.1WCDMA网络及规划流程WCDMA系统结构2022-4-18WCDMA系统无线接入网络示意图2022-4-18为什么

2、考虑无线接入（基站）的工程内容？l从2G或3G投资角度来看，无线侧的网络建设投资占据70%以上，而且是个长期建设、反复优化的过程；l从用人要求来看：核心网工程要求经验丰富的工程人员，一般要从业三年以上，应届毕业生不适合l从人才缺口来看，无线侧的建设、维护人才缺口巨大网络规划大致流程2022-4-18需求分析预规划站点勘察、测试拓扑、参数确定提交报告需求分析：需求分析：目的是为网络规划提供规划依据。根据运营商要求，确定覆盖区域划分、用户密度分布、业务区域划分、容量和质量目标。了解规划区地物、地貌，研究话务量分布，提出满足客户覆盖、容量、QOS等要求的策略。预规划：预规划：根据覆盖、容量、质量要求

3、，估算网络规模、基站数量和基站密度，利用专业仿真软件做验证，并给出基站的布局和基站预选站址大致位置，为勘察工作提供指导。站点勘察、测试站点勘察、测试：实地勘察，选择合适的站址方案，制定天馈配置方案；进行传播模型和清频测试；根据仿真、勘察和测试结果筛选站点。拓扑、参数确定拓扑、参数确定：确定站点站型，搭建合理的网络整体拓扑结构，并通过软件仿真，优选方案；规划基站的发射功率、频率、码资源、切换参数等参数1.2 需求分析 l3G业务分类lWCDMA业务模型2022-4-181.2.1 3G业务分类 2022-4-183GPP协议中，根据不同的QoS指标分为四大类：会话类、流类、会话类、流类、交互类和

4、背景类交互类和背景类。l会话类业务会话类业务：要求实时性的会话模式，延时小且延时抖动低，如话音、视频、交互游戏等；l流类业务流类业务：要求保持信息实体间的时间关系，如语音下载、电影浏览、视频点播等；l交互类业务交互类业务：请求响应模式，须保持数据完整，如基本浏览、移动办公、电子商务等；l背景类业务背景类业务：对数据延时要求不敏感，但要求数据完整，如传真业务、短信、彩信、Email等。各种业务典型承载速率2022-4-18业务大类 业务种类 典型上行/下行承载速率（kbps）会话类 AMRVoice CS12.2/CS12.2 VideoPhone CS64/CS64 背景类 Email，MMS

5、PS64/PS64 FTPPS64/PS128交互类 WEB浏览 PS64/PS128 流类 视频流 PS64/PS384 业务分布区域分类2022-4-18业务分布区域分成六类：密集城区、一般城区、郊区密集城区、一般城区、郊区/乡镇乡镇/农村、交农村、交通干线通干线/旅游景点和室内覆盖旅游景点和室内覆盖。不同区域业务分布特点和用户密度1.2.2 WCDMA业务模型 2022-4-18（1）CS域业务模型：域业务模型：CS域主要为语音业务，衡量指标为爱尔兰（爱尔兰（erl）。l主要参数：用户单位时间（1小时）平均发起呼叫的频率（BHCA）和平均呼叫持续时间（单位：小时）l每用户忙时话务量=BH

6、CA*平均呼叫持续时间/3600典型语音业务模型：区域区域BHCABHCA呼叫持续时呼叫持续时间（间（S S）业务量（业务量（Erl/BHErl/BH）密集城区中央商业区2.7600.045 非规则建筑密集城区1.8600.030 密集建筑群区域1.2600.020 一般城区1.2600.020 郊区/乡镇1.018600.017 农村0.96600.016 交通干线/旅游景点0.9600.015 2022-4-18可视电话业务模型（注意单位）：2022-4-18（2）PS域业务模型域业务模型PS域业务特点业务特点：（1）休眠、激活状态的转换；（2）数据以突发方式传输，占用资源随时变化。休眠、

7、激活状态的转换数据以突发方式传输，占用资源随时变化2022-4-18Etsi 模型模型计算业务吞吐量和等效的Erl。参数：参数：忙时会话次数（BHSA）、每次会话的平均呼叫次数（Calls per session）、每次呼叫的平均包数（Packets per call）、平均包长（Mean packet size）2022-4-18例：某地为密集城区，已知E-mail业务忙时会话次数（BHSA）a=0.3，应用比例b=100%，每次会话的平均上行呼叫次数（Calls per session）c=2、每次呼叫的上行平均包数（Packets per call）d=15，上行平均包长（Mean pa

8、cket size）e=480Byte，业务承载速率f=64kbit/s，请计算业务吞吐量（kbit/BH)及等效Erl。解：由公式可知，业务吞吐量g=a*b*c*d*e*8/1000=0.3*100%*2*15*480*8/1000=34.56(kbit/BH)等效Erl为h=g/3600/f=34.56/3600/64=0.00015 Erl。已知Intranet业务忙时会话次数（BHSA）a=0.15，应用比例b=100%，每次会话的平均上行呼叫次数（Calls per session）c=5、每次呼叫的上行平均包数（Packets per call）d=4，上行平均包长（Mean pa

9、cket size）e=480Byte，业务承载速率f=64kbit/s，请计算业务吞吐量（kbit/BH)及等效Erl。2022-4-18密集城区数据业务Etsi模型例:某3G网建设初期数据业务ETSI模型使用的参数业务业务会话会话次数次数a a应用比应用比例例b b平均呼叫平均呼叫次数次数c c平均包数平均包数d d平均包平均包长长e(Byte)e(Byte)业务吞吐量业务吞吐量g(kbit/BH)g(kbit/BH)业务承载业务承载速率速率f(kbps)f(kbps)话务量（话务量（ErlErl）上行上行 下行下行 上行上行 下行下行上行上行下行下行上行上行 下行下行 上行上行下行下行E

10、MAIL0.3100%221515480 34.56 34.5664640.000152E-04MMS0.05100%2215154805.765.7664642.5E-053E-05Intranet0.15100%55427480 11.52 77.76641280.000052E-04电子商务0.05100%2210264803.84 9.984641281.7E-052E-05信息服务0.08100%22533480 3.07220.2752641281.3E-054E-05娱乐0.02100%55427480 1.53610.368641286.7E-062E-05WWW0.2100%

11、552154807.6857.6641283.3E-051E-04FTP0.15100%11874480 4.60842.624643840.000023E-05n字体为已知条件n为根据Etsi模型计算结果案例1：大运村案例深信院大运村-联通基站建设需求分析已知条件已知条件 人流量：覆盖目标范围内人流量有A=48000人，每个人手机持有率取B=1.2，联通市占有率取D=15% 。建设方式为2G/3G共建，2G、3G网用户E各占50%。2G单机用户忙时话务取2G =0.00986 Erl， 3G单机用户忙时话务取3G = 0.02Erl，3G数据并发率取d=24%，单机数据吞吐率取p=0.021

12、5 Mbps用户数分别为： C=A*B*D*E=48000*1.2*15%*50%=4320 2G网话务需求容量； 2G话务需求=C*2G=4320*0.00986=42.5952Erl3G网话务/数据需求容量 3G话务需求容量约：C*3G*（1-d）=4320*0.02*76%=65.664 Erl；3G数据需求容量约：C*p*d=4320*0.0215*24%=22.2912Mbps案例2：深圳高科技园区需求分析面积大约平方公里的深圳高科技园区包括中兴通讯公司总部区域中的6座建筑和周边的马路，其中区域右上边有一座24层的研发大楼，其余的为8层建筑。人口密度为滞留工作人员12000人/平方公

13、里，移动人员为40000人/平方公里。高新技术园区的特点是科技人员多，利用2G和 3G网络开展各种业务，包括语音、可视电话、email、MMS、信息服务、图铃下载、WAP浏览、WWW浏览、音频流和视频流。其中2G 用户约占80%，3G用户约占20%。用户数量规划：总人口数=12000+40000=52000人2G业务用户在该区域的人口数量：52000*80%=416003G业务用户在该区域的人口数量：52000*20%=10400业务速率CS12.2KCS64KPS64KPS128KPS384K业务类型语音业务(erl)可视电话(erl)Email(bps)MMS(bps)信息服务(bps)图

14、铃下载(bps)WAP浏览(bps)WWW浏览(bps)音频流(bps)视频流(bps)单用户业务量0.0250.00249.04116.34712.2622.869101.64288.97107.51193.51渗透率100%20%30%50%80%60%50%30%20%20%下行单用户业务量（乘渗透率）0.0250.000432.69151.2360.20激活因子0.51111Eb/N0（dB）3.4下行总吞吐量（kbps）339.981572.79626.08下行总业务量（erl）2604.165.3112.291.63各种各种3G业务的业务量业务的业务量计算计算:

15、该区域总话务量为 283.39 Erl1.3 预规划1.3.1 覆盖分析1.3.2 容量分析2022-4-18预规划2022-4-18预规划目的:根据覆盖、容量、质量要求，估算网络规模、基站数量，利用专业仿真软件做验证，并给出基站的布局和基站预选站址大致位置，为勘察工作提供指导。思路:1 根据链路损耗分析，计算小区半径，求得满足覆盖整个区域的基站数量；2 根据容量分析，计算满足上下行容量所需的基站数量；3 比较以上两个数据，以数字大的为估算结果；4 利用仿真软件验证，优选基站布局和预选地址，为勘察工作提供指导。5 系统参数规划:发射功率、频率、码资源等2022-4-18覆盖和容量计算流程1.3

16、.1 小区覆盖分析2022-4-18基站和移动终端发射的信号均为无线电波，无线电波在传播的过程当中，由于传播路径和地形的影响，会导致信号强度减弱，这种传播过程中信号强度的减弱成为传播损耗。l影响传播损耗的因素有：吸收、反射、折射、衍射等l即便自由空间（各向同性、无吸收、电导率为零）传播的无线电波也会由于辐射能量的扩散造成损耗。l对于某一特定区域或环境，某一特定频率的电磁波，影响传播的因素有：自然地形、人工建筑和材料、地区植被、天气状况、电磁噪声、移动台运动状态等l为研究传播损耗，需建立传播模型，常用的传播模型有：（1）链路预算2022-4-18链路预算即计算业务的最大允许损耗，继而根据一定的传

17、播模型求得小区的覆盖半径，最终确定满足区域覆盖条件的基站数量。一般而言，应分别考虑上行链路（从移动台到基站）和下行链路（基站到移动台）。但实际情况，基站功率能满足覆盖要求，通常只需考虑上行链路。影响预算的参数有：发射部分发射部分：发射机功率、发射天线增益、发射端人体损耗、发射端馈线损耗、接收部分接收部分：接收机噪声、热噪声、接收机天线增益、接收机馈线损耗、接收端人体损耗、干扰余量、业务比特数、Eb/No、系统参数系统参数：功率控制余量（快衰落余量）、软切换增益、阴影衰落余量、穿透损耗等基站的覆盖能力绝大多数情况下受限于上行链路基站的覆盖能力绝大多数情况下受限于上行链路2022-4-181 发射

18、功率： 基站发射功率：最大值取43dBm，即20W 移动台发射功率：最大值取21dBm，即0.126W2 人体损耗：语音业务取3dB，数据业务取0dB3 天线增益：移动台取0dB，基站如为定向天线取17dBi，全向天线可取11dBi。4 馈线损耗：30-40米的馈线取4dB，40-50米馈线取5dB.5 Eb/No：接收机解调门限，也称为品质因子。Eb为每比特信号能量，No为噪声功率谱密度。以dB为单位时，Eb/No=S(dBm)-N(dBm)+10lg(W/R)，其中S为信号能量，N为噪声功率，W为带宽，R为业务比特速率。Eb/No值与业务类型、移动速度、传播环境、收发分集等因素有关。6 干

19、扰余量：估算公式=-10lg(1-)，其中为小区负载。7 基站接收灵敏度：估算公式=-171+Eb/No(dB)+10lg(R)+干扰余量8 软切换增益：常取3dB9 快衰落余量：常取3dB，中高速移动状态下也常取0dB 10 穿透损耗：取值范围常在10-30dB之间，可取20dB11阴影衰落余量：与边缘覆盖率和阴影衰落标准方差有关。)1 (log1010lossWCDMA 系统为自干扰系统，其覆盖与容量密切相关，在链路预算中就表现为干扰余量的引入。对于上行链路，不同的负载水平对应不同的干扰上升;对于下行链路，负载与干扰的关系同样存在，但难以进行理论计算，需要通过仿真确定。干扰余量与负荷对应关

20、系024681012140102030405060708090系统负荷(%)噪声提升量（dB）噪声提升业务类型密集市区(静止)密集市区(30km/h)Voice 12.255.2CS644.24.8PS642.12.7PS1281.21.8PS3842.23.2基站设备基站设备Eb/N0值值:与业务类型和移动状态有关与业务类型和移动状态有关链路预算得到的路径损耗值为中值，由于阴影衰落，实际的路径损耗在此值上下波动。为了保证一定的边缘覆盖概率（譬如： 75%），需要留出一定的余量，即阴影衰落余量。t接接收收信信号号-90dBm-80dBm接收信号中值接收信号中值软切换增益与阴影衰落余量/功率控制

21、余量相关链路预算计算前反向链路的最大路径损耗。此时，移动台位于小区边界，应考虑软切换带来的增益。多小区增益：克服慢衰落的增益。由于独立传播路径的存在使得满足一定覆盖概率要求的阴影衰落余量减小。这一增益在链路预算中称为软切换增益。软切换增益实质为宏分集增益。快速功控能够对抗低速移动（ 50km/h）条件下快衰落的影响，从而降低衰落信道条件下解调所需 Eb/No 要求链路预算中使用理想功控条件下解调门限进行计算。实际工作中，存在最大发射功率限制，解调性能会恶化等。为了保证闭环功控有效性，在链路预算中增加快速功控余量 （有时也叫快衰落余量）步行条件下，快速功控余量典型值 2.0 3 dB高速移动条件

22、下，快速功控起不到对抗快衰落的作用，快速功控余量为 0dB 基站合路器损耗基站业务信道最大发射功率设置值定义在机顶天线口，合路器损耗在链路预算中无需考虑 基站馈线损耗WCDMA 系统工作在 2GHz 频段，机顶到天线间馈缆损耗不可忽略典型值：7/8馈缆损耗 6.1dB/100m; 5/4馈缆损耗 4.5dB/100m馈缆损耗会降低接收机接收电平，从而对覆盖能力产生影响。使用塔放时，接收机放大环节移到馈缆之前，从而消除了馈缆损耗的影响。基站天线增益基站使用天线具有一定的增益定向天线与全向天线相比具有更高的增益典型值：全向天线 12dBi；定向天线 18.5dBi移动台天线增益通常假设移动台天线增

23、益为 0dBi如果使用室外基站进行室内覆盖，需要考虑建筑物穿透损耗建筑物穿透损耗与建筑物类型有关。例如：密集城区建筑物穿透损耗典型值 20dB，郊区 10dB，车内 10dB区域类型穿透损耗均值（dB）密集市区 A20市区 B15郊区 C12农村 D62022-4-18上行链路预算公式参数运算规则发送端移动台最大发射功率(dBm)A移动台天线增益(dBi)B人体损耗(dB)C移动台发射功率D=A+B-C接收端环境热噪声功率谱密度(dBm/Hz)E热噪声功率(dBm)F=E+10lg(3.84*1E6)接收机噪声系数(dB)G接收机噪声(dBm)H=F+G+I干扰余量I=-10*lg(1-系统负

24、载）上行业务速率(kbit/s)J处理增益(dB)K=10*lg(3840/J)品质要求Eb/No(dB)L基站接收机灵敏度M=L+H-K基站天线增益N线路损耗P其他功控余量Q软切换增益R阴影衰落余量S穿透损耗T最大损耗U=D-M+N-P-Q+R-S-T下行链路计算过程类似例：已知条件：已知条件：区域面积(平方公里)40.8信道环境 3km/h系统设计负载50%语音业务阻塞率2%邻区干扰因子0.65正交因子0.6语音CS64/64PS64/64PS64/128PS64/384上行承载速率12.264646464激活因子0.671111品质因子Eb/No4.22.8预计业务量

25、（Erl）300040010052下行承载速率12.26464128384激活因子0.581111品质因子Eb/No6.48预计业务量（Erl）300040010040202022-4-18移动台发射功率21dBm移动台天线增益0dB人体损耗0dB热噪声密度-174dBm/Hz基站接收机噪声系数3dBEb/No0.8dB信号带宽3.84Mcps数据速率64000bps基站天线增益18dBi馈线损耗3dB双极化天线极化损耗1.5dB建筑物穿透损耗20dB阴影衰落余量6.74 dBi系统负载因子0.5外界干扰电平-104dBm干扰余量6.55 dB功控余量0dB软切换增益1dB（

26、2）基站覆盖估算2022-4-18计算出最大路径损耗后，结合当地的无线传播模型，即可反推出基站覆盖半径。常使用通用模型（General model）:L为路径损耗；为路径损耗；d为基站到移动台之间的距离（为基站到移动台之间的距离（Km）；）； Hb为基站天线有效为基站天线有效高度（高度（m）；）；Hms为移动台天线有效高度（为移动台天线有效高度（m）。）。当L取最大路径损耗时，d即为小区最大覆盖半径小区最大覆盖半径R（Km）其中k1-k7和Kclutter 是待定参数，需要通过连续波测试（CW测试）获取数据，以使传播模型更符合实际环境，从而提高覆盖预测的准确性。（a）基站最大覆盖半径）基站最大

27、覆盖半径RPRXPTXdBL)(clutterKKdHeffKHeffKHmsKKdKK7)(log)(log6)(log5)(log43)(log211010101010L(dB)= K1+K2 d+K3(Hms)+K4 (Hms)+K5 (Heff)+ K6 (Heff)d+K7(Diffraction loss) + Kclutter假定Y=L-K1-K3-K4 (Hms)-K5 (Heff)-K7(Diffraction loss)-Kclutter，则基站半径：d=power(10, Y/(K2+K6log(Heff)基站天线高度30米，移动台天线忽略不计计算案例：2022-4-18

28、（b）基站覆盖面积）基站覆盖面积常见的基站站型有全向站和三扇区定向站两种用规划区域面积处以单站覆盖面积可以得到满足覆盖所需要的大致基站数量。区域类型区域类型业务覆盖要求业务覆盖要求室外覆盖率室外覆盖率室内覆盖率室内覆盖率密集市区128kpbs连续覆盖98%88%一般市区CS64kbps连续覆盖95%85%郊区12.2kbps连续覆盖90%75%农村12.2kbps连续覆盖75%不作要求不同无线业务环境覆盖目标不同无线业务环境覆盖目标 交通干道类型交通干道类型覆盖要求覆盖要求覆盖率覆盖率高速公路、国道高98%主要的省道、主要航道、重要客运铁路等较高90%一般公路、航道、一般客运铁路等一般80%环

29、境环境 建议站距（建议站距（Km） 密集市区 0.4-0.6 普通市区 0.6-0.9 县城 0.8-1.3 郊区 0.9-1.8 铁路客运专线 1.5-3.0 主要交通干线 1.5-4.5 WCDMA典型站距典型站距（参考）（参考）1.3.2 容量分析2022-4-18l容量分析是基站规模估算的另一个重要内容。l3G网络建设初期，以覆盖为主；后期优化扩容时以容量为主。l因WCDMA有数据业务和语音业务，且上下行业务量不对称，因此需从上、下行两个方向分别进行WCDMA的容量估算。l采用坎贝尔计算方法，将不同业务对系统容量的消耗等效为单一业务对系统容量的消耗。基本原理为将所有业务按一定原则等效成

30、一种虚拟业务，并计算覆盖区域内该虚拟业务的业务量（erl），然后计算一个小区的业务量，两者相除计算出WCDMA单载波小区总数。2022-4-18计算过程：1 计算各种业务的业务强度，其中语音业务强度为1，其他业务（假设X业务）的业务强度为：业务速率1*激活因子1*power(10, Eb/No1/10)/语音业务速率2*激活因子2*power(10, Eb/No2/10)其中1代表X业务，2代表语音业务2 计算混合业务量均值、方差、容量因子和虚拟业务量3 计算小区能提供的等效语音信道数N22022-4-184 计算虚拟信道数：(N-1)/C（C为容量因子）5 查Erl-B表 ，可求得每个小区的虚拟业务量6 根据步骤2中的结果系统虚拟业务