第7章-移动通信网络的规划

第7章移动通信网络的规划、设计与优化7.1移动通信网络规划与设计的基础知识7.1.1概述移动通信系统的规划与设计一般就是指移动通信网络的规划与设计。其中，网络规划一般是指在初始阶段对移动通信中网络工程的粗略估计与布局的考虑；网络设计则主要负责在初步规划的基础上对正式运营的不同制式移动通信蜂窝网进行工程设计。无线（射频）网络规划设计与核心网设计是移动通信网络规划设计的主要内容，除此以外，还有水暖、供电、标识和土木建筑等配套工程的规划设计。7.1.2网络规划设计的原则要权衡好服务质量、服务范围与建设成本的关系。要用发展的眼光去进行规划设计。以系统工程的观念进行规划设计。在无线网络的规划设计中对不同用户和不同环境要区别对待。应根据不同移动通信系统的特点来进行规划设计。规划设计要符合国家的产业政策导向。7.1.3网络规划设计的流程对于不同体制的移动通信网络或移动通信网络的不同部分，其网络规划设计的流程会有所区别，但总体来说，都可以粗分为准备阶段、总体规划阶段（也称预设计阶段）、详细设计阶段和方案优化阶段。1、无线网络规划设计流程准备阶段初始规划与布局覆盖要求容量要求质量要求地形、地貌/无线传播基站站址数目初估基站配置初估设备投资概算小区类型业务分布干扰分布通信制式覆盖设计容量设计站址选择参数规划基站站址确定与配置基站参数选取覆盖分析容量分析质量分析网络设计优化网络仿真网络测试无线资源管理RRM参数调整是否满足设计要求设计方案输入输出无线网络规划与设计否是2、核心网规划设计流程基础信息收集现有资料整理规划依据收集建设原则确认发展环境分析总体发展目标业务定位和功能主要业务发展策略⑴资料准备阶段⑵确定规划目标阶段⑶用户预测、业务预测阶段全省移动用户数预测智能业务用户数预测数据业务用户数预测分地区拟合全省拟合分析取定预测值分析建立预测模型讨论确定业务模型用户数预测数据业务预测分地区话务模型确认话务量预测短消息业务预测业务预测本地话务量省内话务量省际话务量…确定工程总体规模分析确定网络建设规划网络总体发展策略⑷确定工程规模和建设规划阶段⑸电路域网元、分组域网元、信令域网元规划阶段网络拓扑结构端局设置HLR设置汇接局设置关口局设置…确定CS域组网方案GGSN设置和数量SGSN设置和数量DDS设置和数量CG设置和数量NTP设置和数量…确定PS域组网方案⑹话路、带宽、信令链路计算配置阶段信令网结构STP设置方式信令链路路由设置智能网结构SCP等智能网元设置确定信令网、智能网组网方案网络处理能力计算公式、计算参数的确定CS域设备容量和处理能力要求PS域设备容量和处理能力要求信令设备容量和处理能力要求CS域中继或带宽计算PS域带宽需求计算CS/PS域相应信令链路计算规划软件仿真检验CS域设备端口配置、话路配置PS域设备端口配置、数据传输带宽信令设备配置、信令链路配置⑺网管、同步及其他支撑系统规划阶段网管、同步以及综合业务支撑系统组网分析⑻编号、路由阶段编号计划路由选择⑼规划设计方案评估、优化阶段7.1.4网络规划设计的主要环节1、数字地图在网络规划设计中的应用

电子地图是无线网络规划设计需要建立起来的数字化的地理信息数据库，它是进行基站选址的基础，同时也是进行业务密度预测、网络模拟和传播模型校正的必备数据。所有的网络规划设计软件都必须借助于电子地图才能运行。2、从覆盖、容量和质量3个不同角度进行规划设计

从原理上说，以TDMA技术为主体的GSM/GPRS系统可以分别从覆盖、容量和质量3个不同角度独立进行无线网络的规划与设计，然后再根据具体的环境与条件选取其中之一为主体；在CDMA技术为主体的IS-95CDMA系统和3G系统需要综合衡量覆盖、容量和质量指标来展开无线网络的规划与设计，这是因为这3个质量指标是相关的。覆盖目标的指标主要包括服务区域的覆盖率、通信概率要求和需要连续覆盖的基本业务。容量目标描述的是在系统建成后所能提供的业务类型以及满足的语音用户数和数据业务指标值。质量目标包括语音业务质量指标和数据业务质量指标两类。说明：表示除法的方向图7-3基站数目选取的3类方法3、频率规划频率规划是指移动通信系统在建网过程中，根据某地区的话务量分布分配相应的频率资源，以实现有效覆盖。在进行频率规划之前，首先要确定网络中的基站，即确定基站的数目，并进行基站站址的选择（通常要在电子地图上标注）。再根据规划小区的的需求话务量A和呼损率E，通过查询相应表格得出某小区需要的频率数k。4、导频偏移量规划和扰码规划CDMA移动通信系统虽然不需要进行频率规划，但需要进行码资源的分配或者说PN码规划，以便于在下行链路区分小区。不同体制的系统PN码使用的方法不同，其PN码规划方式也不同，IS-95CDMA和CDMA2000系统进行导频偏移量（PN码的相位差，也称为导频相位）规划系统方式，WCDMA和TD-SCDMA系统则采用扰码规划方式。5、核心网规划设计移动通信的核心网规划设计内容很多，而且移动通信系统的标准和版本不同，核心网的网络结构和网元差异很大。但总体来说，在核心网实现全IP化之前，一般还是分别对CS域和PS域进行规划设计。7.2业务预测及业务模型7.2.1概述业务数据是进行移动通信网络规划设计的重要输入数据，具体的数据指标主要有业务密度分布（即业务密度图）、业务渗透率、业务种类、业务承载方式、业务容量（包括流量、吞吐量和用户数等）和业务QoS要求等。预先得出这些业务数据，成为规划设计移动通信网络的无线覆盖、网络规模、网络结构和具体网络设备数质量的重要依据。这样设计出来的网络既能满足业务需求，又能节省建设成本，避免造成不必要的设备及无线资源浪费。7.2.2业务预测1、预测基础在规划设计中，要进行业务预测的基础和前提条件为以下几点。首先需要明确预测对象，确定要预测的业务及区域范围，调研设计核心网、无线网络等所需的数据。对基础数据进行收集。对现有用户发展情况进行分析，找出规律和趋势，并能够分析出该区域/省市的用户发展的显著特点，这为业务预测的取值及结果判断起着至关重要的作用。运用科学性的预测方法和工具也是业务预侧的重要基础，需要结合预测范围及对象选择合适的预测方法和工具。结合国家经济发展政策、移动市场发展环境等因素，准确把握蜂窝移动通信的发展规律、正确认识我国蜂窝移动通信所处的发展阶段是进行市场需求预侧的前提。明确预测期（预测年限），一般可根据移动通信网络的建设年限来决定，但运营商也可根据需要进行短期业务预测或长期业务预测。2、预测方法业务预测是一个涉及数据统计、分析、数学计算等知识的复杂过程，它涉及的主要理论基础有数学模型、统计分析、拟合分析等。在通信业内，根据多年的实践总结，有效的移动用户数预测方法（其他预测内容的预测方法略有不同，但基本近似）有多种，现列举几种主要的方法如下。人口普及率法趋势外推法回归预测法瑞利分布多因素法3、业务模型⑴、业务模型构建工程性考虑一般来说，业务模型至少包括以下内容：①每种业务有多少人使用；②某业务的使用者使用该业务的频繁程度；③提供的业务种类④从数据传输的角度，每种业务具有怎样的特性；⑤用户使用某业务时期望怎样的服务质量7.3无线传播模式及校正7.3.1无线传播模型无线传播模型是对无线传输信道的一种模拟和仿真，在网络规划软件中，用于预测无线传播的损耗，并预测接收信号的场强。现有的无线传播模型有3大类，即几何模型、概率模型和经验模型。其中，几何模型是在电子地图的基础上直接应用电磁理论计算出确定性模式，但要求电子地图精度高，且计算复杂，因而较少使用；概率模型是利用数学知识得出接收信号场强的概率分布情况，主要用于理论研究；经验模型是基于大量测量数据的统计模型，在工程上应用较多。本节介绍几种在工程上推荐使用的无线传播模型。7.3.2传播模型校正所谓的模型校正是指充分利用测试数据，对原始传播模型公式的各个系数和地物因子进行校正，使得校正后公式的预测值和实测数据误差达到最小。模型校正时所用到的测试数据一般采用两种方法获取，第一种方法是采用专用连续波（CW）测试，测试前需要选择站址，在站址上架设模拟发射机，再以车载方式移动接收机测得不同地点的接收信号强度；第二种方法是利用已开通基站的定标信号来测试。通常，前者适用于全新网络的规划设计，后者适用于叠加网或升级网的规划设计。7.4移动通信网络规划设计仿真7.4.1通信仿真概述

所谓仿真，就是通过将现实的问题进行抽象，提取出适当的模型，然后基于该模型进行的一种实验。而仿真技术是以控制理论、相似理论、数模计算技术、信息技术、系统技术及其应用领域的相关技术为基础，利用现代计算机，借助系统模型，对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合性技术，其特点是它属于一种可控制的、无破坏性、损耗小的、并允许多次重复的试验手段。而通信发展到技术越来越复杂、系统越来越庞大的阶段，因此在通信领域，通信仿真技术作为一种高效的技术正广泛地应用于通信研究与通信设计过程中。CDMA2000前向链路仿真图7-10采用Matlab进行CDMA2000前向链路仿真示意图图7-11采用OPNET进行通信系统仿真示意图7.4.2网络规划设计软件及其仿真规划设计软件可以进行系统级仿真，现有软件大多提供静态仿真、Montecralo仿真，部分软件还提供了动态仿真；这些软件均提供了高质量的GIS（地理信息系统）平台，有的软件甚至能提供3D传播模型，便于进行实际地区的规划设计（OPNET、NS2等虽然也能进行系统仿真，也能输入电子地图，但不能处理地形地貌信息）；提供了良好的数据输入输出功能，有完善的仿真算法；可为多种移动通信网络进行规划设计，有的软件还提供了多网络共组网规划设计（比如GSM/GPRS和WCDMA这样的2G/2.5和3G共组网方式）。7.53G网络规划设计7.5.13G与2G网络规划设计比较

3G和2G的网络规划设计之间还是存在相当大的差别，首先是3G是以CDMA技术为主体，而2G/2.5G中的GSM/GPRS是以TDMA技术为主体。这两者的最大差别是虽然无线网络规划都是以覆盖、容量和质量为规划目标，但GSM/GPRS的覆盖、容量和质量设计是相对独立的，而CDMA系统的覆盖、容量和质量设计是相互制约的。其次，3G和GSM/GPRS的规划设计内容不同，比如3G并不需要进行GSM/GPRS的频率规划，但增加了扰码规划或导频偏移量规划、软切换规划、导频污染分析等内容。3G和2G的网络规划设计的其他区别还有：①3G的业务比2G业务数量要多，且不同的业务有不同的QoS要求，设计时要区别对待；②3G比2G网络复杂，需要的网络硬件数量是2G的10倍左右；③网络规划中决定小区边界因素不一样，2G中主要是以单一速率单一话音业务为依据进行网络规划，即小区边界是按1×10-3考虑，而在3G中，则取决于多种业务、不同的QoS要求为依据，比如话音按1×10-3考虑，数据则按1×10-6考虑。7.5.23G网络规划基本思路1、改良性方案

该方案以兼容性为主，主要考虑后向兼容2G/2.5G网络平台和网络拓扑结构，在基本不改变原有小区规划拓扑结构的基础上，采取一些改进措施，以保证对不同业务的QoS要求。下面给出以单小区为例具体改进的原理示意图，2、革新式方案

从本质上说，革新方案是在原有话音网络规划的基础上，对整个网络拓扑结构做出较大的变动；为了适应多种业务、多种环境下QoS的需求，将单层次网络拓扑结构改造成多层次、重迭式立体网络，或者直接进行多层次、重迭式立体网络规划。7.7移动通信网络优化7.7.1概述移动通信网络在运营过程需要进行持续的优化。可以说，网络优化是整个网络建设过程中的不可缺少的一部分，在设计过程中网络规划设计有一些无法考虑周全的方面，如传播环境的多变性，用户业务量的增减变动以及业务质量要求的改变等，这都需要在规划建网后对网络进行优化，以使网络更适应实际的变化。网络优化的意义在于可以提高网络的投资效益，提高网络的运行质量，并提高服务质量，在原有网络的基础上不再大规模投资的前提下，充分提高网络质量与容量。网络优化要完成的工作就是解决网络运行中存在的问题，现就是优化资源配置，最大地发挥设备和网络的效能。网络优化的具体分类方法很多。按优化目标可分为覆盖优化、质量优化和容量优化等；按优化的范围分为单小区优化、多小区（小区簇）优化、核心网优化和系统级（整个网络）优化；按优化方法分为硬件系统优化、参数优化、网络结构优化、算法优化（包括软件升级）、资源优化等；按优化的周期分为日常优化、中期优化和长期优化。网络优化与网络规划设计相比，两者之间在内容、目标和流程等诸多方面是相似的，网络规划设计过程中存在方案优化过程，同样优化过程中需要进行规划设计。但两者之间的差别也是明显的，相对来说，网络规划