第5章-WCDMA无线网络规划与设计

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1、 第5章WCDMA无线网络规划与设计 本章内容 WCDMA无线网络规划的特点 WCDMA无线网络规划过程 WCDMA业务预测 WCDMA覆盖规划 WCDMA容量规划 WCDMA扰码规划 WCDMA无线网络规划软件 本章重点 WCDMA无线网络规划过程 WCDMA覆盖规划 WCDMA容量规划 WCDMA扰码规划 学习本章目的和要求 了解WCDMA无线网络规划的特点 掌握WCDMA无线网络规划过程 了解WCDMA业务预测的目的 原则和方法 掌握WCDMA覆盖规划 掌握WCDMA容量规划 掌握WCDMA扰码规划 了解WCDMA网络规划仿真技术 5 1WCDMA无线网络规划概述 从网络规划的观点来看

2、与第二代移动通信相比 第三代移动通信系统的主要特征是能够提供不同速率和不同QoS要求的业务 服务的用户数量大 特别是在城区和人口密集的区域 网络结构的灵活性允许在特定的环境下配置不同的结构 公共场所 高速公路 住宅区 商业区 基于分布式数据库结构的先进的移动性管理策略使用户数据所需的存储 更新和恢复等总的信令开销最小 显然 现在的规划方法不能处理这些特殊的特性 第三代系统的规划和优化策略需要考虑将来UMTS运营商由于引入新而灵活的无线接口 更复杂的小区结构 分层小区结构 动态资源分配策略 对多种业务要求进行灵活的资源分配 和提高容量方法的选择 如自适应天线 等所能获得的额外的自由程度 5 1

3、1WCDMA无线网络规划的特点WCDMA系统的频率复用系数为1 通过扰码以及正交码字来区分小区和用户 WCDMA系统是干扰受限系统 其覆盖不仅取决于最大发射功率 而且与系统负荷有关 WCDMA系统中 发射机发射功率和小区容量之间的对应关系是渐近式的 由于WCDMA系统的覆盖和容量之间存在动态平衡关系 因此 在无线网络规划阶段 两者的规划方式已经有很大的不同 在WCDMA系统中 功率资源是非常有限的 在WCDMA系统中 导频污染也是影响网络性能的一项重要因素 WCDMA网络规划与当前的移动通信网络规划相比 其复杂度要高得多 网络规划的过程也将有很大的不同 下面将详细介绍WCDMA无线网络的规划过

4、程 覆盖分析 容量分析等内容 5 1 2WCDMA无线网络规划过程对于WCDMA网络 详细的规划本身就是一个优化的过程 它的规划不仅仅是覆盖区域估计 还包括干扰分析及容量分析 在无线网络规划过程中 需要优化基站参数 进行天线选择 调整天线方向 甚至站点位置都需要调整 以使用最少的费用满足服务质量 容量和业务需求 图5 1WCDMA网络规划过程 5 2业务预测 5 2 1业务预测概述在无线通信网络的规划与设计过程中 业务分析与预测是非常重要的方面之一 业务预测内容通常包括如下几个方面 1 用户数据预测用于指导网络容量规划 并作为经济收益预测的基础 2 业务的地理和时间上的分布预测可以用于指导网络

5、规划过程中具体的网元配置 3 业务类型以及相应的比例预测可以用于指导业务引入和业务发展策略 准确地预测各类业务在规划区域内的分布与密度情况 对于建设一个良好的无线网络非常重要 尤其对可以提供多种业务的WCDMA无线网络而言 容量 覆盖 质量三者之间紧密联系 准确的业务预测将有助于网络规划设计人员在WCDMA无线网络的规划优化过程中既可获得最优的网络性能 又可以避免设备及资源的浪费 5 2 2业务预测的原则无线网络规划与设计中的业务预测是确定无线网络建设规模的重要依据 必须既要反映客观实际的需要 又需要考虑现实条件的可能性 同时还要考虑未来的业务发展 根据上述的因素 无线网络规划与设计中进行业务

6、预测的原则以及依据主要包括如下几个方面 1 明确预测对象 确定需要预测的业务类型以及区域范围 2 相关统计数据的收集及准备 特别是与用户发展情况相关的数据需要全面准确地收集与整理 3 用户发展情况的分析 根据收集得到的数据分析现有用户的发展情况 4 运用科学的预测方法以及预测工具等 在实际的业务预测过程中 需要结合预测范围以及预测对象等因素选择合适的预测方法与工具 进行更为准确地业务预测 5 2 3业务预测的方法用于业务预测的方法有多种 常用的进行业务量预测的方法包括 普及率法 趋势外推法 瑞利分布多因素法 回归预测法等 1 普及率法使用无线通信业务的用户普及率预测法结合类比分析 可以找出类似

7、城市发展的趋势来推及自身发展的趋势 普及率法是从社会需求的宏观角度来考虑用户的增长等情况 其基本思路为 需要规划的无线网络预测用户数 规划区域内人口总数 使用通信业务的用户普及率 该无线网络在所在规划区域的市场占有率 2 趋势外推法趋势外推法是研究事务发展渐进过程的一种统计预测方法 当预测对象依据时间变化呈现某种上升或下降的趋势 并且无明显的季节波动 又能找到一条合适的函数曲线反映这种变化趋势时 就可以依据时间为自变量 时序数值 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目的历史数据 采用数学曲线拟合的方式 预测今后一段时间内用户数目增长的情况 使用趋势外

8、推法进行用户数目预测的步骤可以包括 1 首先采集用户数目增长的历史数据 根据数据整理出用户数目的历史增长曲线 2 然后选择合适的数学曲线进行拟合 3 最后根据拟合得到的数学曲线的发展趋势预测今后某个时刻点的用户数目 3 瑞利分布多因素法瑞利分布多因素法 瑞利分布多因素法是一种研究移动电话在潜在用户中渗透率的变化趋势的预测方法 瑞利分布多因素法可以通过研究产品在潜在用户中普及率的变化趋势 从而得到对用户数的预测结果 1 潜在用户群采用瑞利分布的原理 2 潜在用户群中渗透率变化趋势的量化采用趋势影响分析法 4 回归预测法回归预测法是根据两个或多个变量数据 如人均国内生产总值和使用无线业务的用户数等

9、 所呈现的趋势分布关系 采用适当的计算方法 找到它们之间特定关系的经验公式 依据此经验公式 根据其中一个变量的变化 来预测推知另外一个变量的发展变化 5 3无线网络规划方案 5 3 1覆盖规划WCDMA无线网络覆盖规划的关键指标包括 阻塞概率与覆盖率 接收信号码功率 导频信号质量等 1 覆盖类型对覆盖类型进行细分的目的 是作为话务分析及基站布局的基础 为后续的覆盖规划 容量规划提供可行的依据 1 密集城区 CBD 密集市区 DenseUrban 密集建筑区 DenseBlockBuilding 2 普通城区 3 郊区 4 农村 5 公路 干道 6 山区 表5 1覆盖类型 2 无线链路预算在进行

10、网络规划和设计时都需要进行链路预算 LinkBudget 链路预算为有效分配无线资源 合理进行网络规划提供了重要依据 并在网络优化中有着重要的意义 是有效分配系统资源的一种解析方法 1 无线链路的组成 图5 2WCDMA无线链路的基本组成 馈线损耗 发射机参数 Pout BS 基站业务信道的发射功率 Pout UE 移动台的最大发射功率限制 3GPP25 101规定了4个等级 表5 2移动台的发射功率等级 接收机参数 热噪声及噪声系数 接收机灵敏度 85dbm 100dbm之间 WCDMA 天线增益 路径损耗 阴影衰落 快衰落 建筑物穿透损耗 车辆穿透损耗和人体损耗 2 链路预算 图5 3链路

11、预算 系统参数系统带宽B5MHz数据速率R处理增益G业务所需的Eb N0 表5 3Eb No解调门限 干扰裕量 10 10log10 1 为负载率 阴影衰落裕量 边缘覆盖率 区域覆盖率 图5 4概率分布 几个典型的衰减裕量 图5 5区域覆盖概率 快速功率控制裕量 软切换增益 3 链路预算的例子 上行链路预算 不考虑覆盖需求 环境时 最大路径损耗 dB 移动台最大发射功率 dBm 人体损耗 dB 移动台连接器损耗 dB 快衰落裕量 dB 基站馈线损耗 dB 基跳线接头及避雷器损耗 dB 基站天线增益 dBi 基站接收机灵敏度 dBm 考虑覆盖需求时 最大允许的路径 dB 最大路径损耗 阴影衰落裕

12、量 切换增益 穿透损耗 接收机灵敏度计算方法 Smin Eb N0 req Nth F R dBm Eb N0 req 所需要的信噪比 单位 dBNth 热噪声密度 单位 dBm HzF 噪声系数 单位为dBR 信息速率 单位dBHz 表5 4密集市区链路预算 续表 续表 续表 续表 续表 表5 5一般市区链路预算 续表 续表 续表 续表 续表 表5 6郊区链路预算 续表 续表 续表 续表 4 小区范围及覆盖面积估算 表5 73GPPUTRAFDD无线频率划分 表5 8不同地区基站的最大覆盖距离 表5 9不同站点配置下的系数K 覆盖面积S Kr2 图5 6覆盖分析流程图 5 3 2容量规划1

13、话务量预测无线网络规划的第一步是对业务量进行预测 对第三代系统 由于它提供了许多新的业务 因此 业务量的预测变得更加困难 对于数据业务 需要估计每个用户每秒所需的平均速率 对于电路交换的用户 平均呼叫时间和业务类型 客户类型和资费有关 对于其他业务 定义平均呼叫时间非常困难 因为没有经验可借鉴 因此 应该以一个合理的精确度来预测业务量 2 WCDMA无线网络软容量与GSM系统提供的硬容量不同 WCDMA无线网络可以提供软容量 如果相邻小区系统用户较少时 在WCDMA系统中被认为是增加了软容量 软容量定义为在软拥塞的条件下厄朗容量的增加 当平均每个小区具有相同的最大信道数时 软阻塞与硬阻塞相比的

14、厄朗容量增加量为软容量 厄朗容量 软拥塞 厄朗容量 硬拥塞 1 3 容量规划WCDMA系统是一套典型的自干扰受限系统 它的容量与系统负荷 噪声 干扰水平密切相关 影响WCDMA系统容量的主要因素包括基站端发射功率 邻区干扰水平 业务质量 终端性能 无线环境 用户类别 软切换比例 功率控制 公共信道与业务信道的功率配比等 无线容量规划将通过对系统安全负荷 噪声及干扰的分析 从业务承载角度来计算每个基站 每个载扇支持的业务量 并依据业务需求估算所需站点数或载扇数 容量规划的结果很大程度上受限于系统安全负荷和干扰水平 并与无线覆盖规划的结果矛盾同一 WCDMA的频率复用系数为1 该系统是干扰受限系统

15、 所以容量规划的实质是对干扰量的估计 对于下行负荷的估计 一个重要方面是对于基站发信功率的估计 这里所说的功率为平均功率 而不是小区边沿峰值发射功率 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少功率比原来有了提高 最后使得系统能接入的用户数得以减少 WCDMA容量规划的关键性能指标包括 并发用户数 数据吞吐量 系统负载因子 阻塞率与延时等 1 上行单业务环境下容量估算 2 上行负载因子 3 下行负载因子负载因子 小区当前负载相对于理论最大负载的比值 0 5的负载因子相当于50 的负荷

16、程度 理论容量上限 厄朗 的推导 4 WCDMA无线网络规划中提高系统容量的方法在实际网络规划中 提高WCDMA系统上下行容量的方法如下 1 运营商启用新的频率 即采用新的频点 依靠增加第二 三载波来实现容量的增加 2 使用功分器 即一个扇区的功率可分配到更多的扇区中使用 通过减少每个用户的发射功率来实现站点容量的提高 3 采用发分集 4 可以采用扇区化 即增加某个基站的扇区数 在话务量很高的密集城区 城区 增加基站的扇区数是提高容量的一种方法 这是因为使用多个方向的天线而使天线增益提高的结果 增加扇区还有助于解决码资源限制的问题 5 另外 使用低比特率编码模式也可提高WCDMA系统的话音容量 图5 7容量 覆盖分析的迭代过程 5 3 3扰码规划WCDMA系统采用码分多址的无线接入方式 不需频率规划 但是由于WCDMA无线网络区分不同的用户和基站主要靠不同的扰码 所以需要进行扰码规划 通过WCDMA无线网络的扰码规划 可以确定两个使用相同扰码的小区的复用距离 区分各小区 1 扰码规划概述而在WCDMA系统中 它主要采用码分多址的接入方式 并且由于是异步系统 所以WCDMA网络频率规划不