移动通信原理与工程

移动通信原理与工程 薛鸿忠 fzxuehz@fj163.com

上节课的主要内容回顾 • 基站的天馈线原理与分类 • 基站的其它附属设备

Company Logo 4.1.无线网络规划目标 • 4.2. 一般规划流程 • 4.3. 链路预算与传播模型 • 4.4. 容量覆盖估算 • 4.5. 仿真 • 4.6 站址选择 • 4.7. 频谱规划 • 4.8. CDMA与GSM的无线网络规划差异第四章无线网的网络规划

4.1 无线网络规划目标 • 达到服务区内最大程度的时间、地点的无线覆盖； • 减少干扰，达到系统最大可能容量； • 优化设置无线参数，最大发挥系统服务质量； • 在满足容量和服务质量前提下，尽量减少系统设备单元，降低成本； • 科学预测话务分布，确定最佳网络结构。

实际的覆盖范围应由信号较弱的方向决定。不同的覆盖范围将造成系统性能的下降，还可能使实际覆盖小区与预期规划不一致。如果上行信号覆盖大于下行信号覆盖，那么小区边缘下行信号较弱，容易被其它小区的强信号“淹没”；如果下行信号覆盖大于上行信号覆盖，那么移动台被迫守侯在该强信号下，但上行信号太弱，话音质量不好。因此，一个优良的系统应在设计时就要做好功率预算，使覆盖区内的上行信号与下行信号达到平衡。实际的覆盖范围应由信号较弱的方向决定。不同的覆盖范围将造成系统性能的下降，还可能使实际覆盖小区与预期规划不一致。如果上行信号覆盖大于下行信号覆盖，那么小区边缘下行信号较弱，容易被其它小区的强信号“淹没”；如果下行信号覆盖大于上行信号覆盖，那么移动台被迫守侯在该强信号下，但上行信号太弱，话音质量不好。因此，一个优良的系统应在设计时就要做好功率预算，使覆盖区内的上行信号与下行信号达到平衡。

链路预算思路 • 根据链路功率预算得到最大允许的路径损耗(dB) • 根据无线传播模型得到对应最大小区半径 • 选定小区类型得到不同的基站覆盖面积 • 不同地形特征的覆盖区面积除以基站覆盖面积得到相应的基站数量: 最大允许的路径损耗无线传播模型最大小区半径 (km) 小区类型选定基站覆盖范围覆盖区面积基站数量

一、链路预算的模型

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，余量的成份如图

最大允许空间路径损耗＝移动台发射功率(dBm)－基站接收灵敏度(dBm)＋移动台天线增益(dB)+基站接收天线增益(dBi) ＋软切换增益(dB) －人体损耗(dB)－馈线损耗(dB) －慢衰落余量(dB)-功控余量(dB)－干扰余量(dB) • 其中基站接收机灵敏度，基站接收机灵敏度确定了为保证一定的呼叫质量业务信道所需的最低接收电平。 • 最大允许的路径损耗(dB)=最大允许的空间损耗(dB)-人体/建筑物/车体穿透损耗(dB) • 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。

二、传播模型与传播模型的校正 • 传播环境对无线传播模型的建立起关键作用，确定某一特定地区的传播环境的主要因素有： • 自然地形(高山、丘陵、平原、水域等)； • 人工建筑的数量、高度、分布和材料特性； • 该地区的植被特征； • 天气状况； • 自然和人为的电磁噪声状况。 • 无线传播模型还受到系统工作频率和移动台运动状况的影响。在相同地区，工作频率不同，接收信号衰落状况各异；静止的移动台与高速运动的移动台的传播环境也大不相同。

表4-1 几种常见的传播模型 常用的模型为了完善模型，并获得符合本地区实际环境的无线传播模型，提高覆盖预测的准确性，为网络规划打好基础，必须进行传播模型的校正。

CDMA的容量 • CDMA属于自干扰、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，容量、覆盖、质量之间密切相关。因此设计时要充分考虑覆盖和容量之间的相互关系，以保证设计所需系统性能指标。 • 容量－覆盖 • 设计负载增加，容量增大，干扰增加，覆盖减小(应用实例：小区呼吸) • 容量－质量 • 通过降低部分连接的质量要求，可以提高系统容量(应用实例：目标BLER 值) • 覆盖－质量 • 通过降低部分连接的质量要求，同样可以增加覆盖能力(应用实例：通过AMRC 降低数据速率)

GSM的容量 • GSM容量基本上由硬件资源决定，GSM网络在频率规划良好和无网外干扰的情况下，其覆盖范围只与最大发射功率有关，而容量只和可用的业务信道总数有关。容量与覆盖本身并没有关系。一个载波有8 个时隙，可用的载波数和复用方式决定了最大同时连接数目； • 覆盖由上下行发射功率决定(链路平衡问题)； • 通话质量由干扰情况决定，通过网络设计(复用方式、复用距离、跳频等)控制干扰，保证质量； • 在GSM 系统中，三者间没有直接的联系，可以独立分析、独立设计。网络设计难点主要在于频率规划。

基站覆盖能力 • 结合各地区密集市区、普通市区、市郊及农村乡镇等4种典型区域的传播模型，基站半径取定一般如下： • 密集市区模型：建议根据不同的基站高度和周围具体的建筑物情况，取覆盖半径为250~350米(一般建议站高为30-35米)； • 普通市区模型：建议根据不同的基站高度和周围具体的建筑物情况，取覆盖半径为450~650米(一般建议站高为30-35米)； • 郊区乡镇模型：建议根据不同的基站高度和周围具体的建筑物情况，取覆盖半径为1km~2km(一般建议站高为40-45米)； • 农村模型：建议根据不同的基站高度和周围具体的建筑物情况，取覆盖半径为3.5km~5.5km(一般建议站高为45-50米)。

系统仿真提供了更为精确的设计手段，确保系统覆盖、容量和质量的设计要求。系统仿真的结果可用于系统实施和系统优化，从而加速网络建设进度,保证了系统建设质量。因此网络仿真是无线网络规划流程中的一个重要步骤。从仿真原理来看，无线网络仿真主要包括静态仿真、Monte Carlo仿真和动态仿真3种模式。目前大部分软件都提供了静态仿真和Monte Carlo仿真两种模式，少数软件还提供了动态仿真模式

一、静态仿真 • 静态仿真和分析是评估网络性能的第一步，它基于导频功率和传播环境计算网络覆盖范围 • 二、Monte Carlo仿真 • Monte Carlo仿真建立在静态仿真结果的基础上，它所要研究的是网络在一定负载下容量和覆盖的相互关系，比静态仿真更进一步揭示了网络的整体性能。三、动态仿真对物理层进行了完全的模拟，从而可以获得对网络和终端的完整描述，形成对系统性能的精细评估，比如一个移动终端在指定路径上的激活集变化、实际SIR、业务质量、阻塞率、掉话率等等。

仿真结果输出

对站址进行勘察选择，一个合理的站址将会在网络覆盖上有很大的帮助，减少在后期的优化调整工作中产生大量由于站址不合理造成基站需要搬迁整改的现象发生，同时也会带来更好的效益以及公司形象。在站址勘察的同时，我们要对站址的经纬度信息进行详细采集，为基站的数据库的填写提供一定的依据，同时我们要对当地的话务情况有一定的预见性，这样可以使我们对该地区系统有一个比较合理的配置，避免出现资源浪费等情况发生。对站址进行勘察选择，一个合理的站址将会在网络覆盖上有很大的帮助，减少在后期的优化调整工作中产生大量由于站址不合理造成基站需要搬迁整改的现象发生，同时也会带来更好的效益以及公司形象。在站址勘察的同时，我们要对站址的经纬度信息进行详细采集，为基站的数据库的填写提供一定的依据，同时我们要对当地的话务情况有一定的预见性，这样可以使我们对该地区系统有一个比较合理的配置，避免出现资源浪费等情况发生。

遵循以下原则： • 技术性原则：站址选择应符合网络蜂窝拓扑结构要求，与周边站点形成良好的互补关系；站址选择应满足移动网络覆盖要求和移动业务需求；站址选择应适应站址周围的无线电波传播环境；站址选择应考虑与小灵通以及其他移动通信系统的干扰隔离要求。 • 经济性原则：在满足站址技术要求的前提下应最大限度地利用电信自有物业。 • 发展性原则：站址的选取要与当地市政规划相结合，与城市建设发展相适应。 • 覆盖优先原则：在网络建设初期，必须优先解决覆盖问题。

安全性原则：如站址不应选择在易燃、易爆的仓库和材料堆积场和在生产过程中容易发生火灾和爆炸危险的工厂、企业附近，以及生产过程中散发较多粉尘或有腐蚀性排放物的工厂企业附近，一般情况下站址选择应离开上述地点100米以外。安全性原则：如站址不应选择在易燃、易爆的仓库和材料堆积场和在生产过程中容易发生火灾和爆炸危险的工厂、企业附近，以及生产过程中散发较多粉尘或有腐蚀性排放物的工厂企业附近，一般情况下站址选择应离开上述地点100米以外。 • 工程可实施性原则：站址选择需要综合考虑机房面积、负荷、天线架设的可行性和合理性等工程实施因素。在站址选择时考虑到谈点的难度，应尽量避免选择中小学校、医院、住宅小区等建筑物。

CDMA • 采用1×1的频率复用方式，通过扰码以及正交码字来区分小区和用户。其容量、覆盖直接受到网络干扰的影响。在设计时规划人员需要充分考虑如何减少不必要的干扰；

GSM • 频率复用是指在不同的地理区域上用相同的载波频率进行覆盖。这些区域必须隔开足够的距离，以致所产生的同频道及邻频道干扰的影响可忽略不计。

1)频率规划差异 • CDMA采用码分多址技术，小区之间和用户之间通过码字进行识别，需要进行扰码规划，但是不需要进行频率规划；GSM采用时分多址技术，小区之间和用户之间通过频率和时隙进行识别，必须进行频率规划； • 2)覆盖规划差异 • CDMA属于干扰受限系统，其覆盖不仅取决于最大发射功率，而且与系统负荷有关。因此设计时要充分考虑覆盖和容量之间的相互关系，以保证设计所需系统性能指标。GSM网络在频率规划良好和无网外干扰的情况下，其覆盖范围只与最大发射功率有关，而容量只和可用的业务信道总数有关。容量与覆盖本身并没有关系；

3)容量规划差异 • CDMA系统是自干扰系统，容量、覆盖、质量之间密切相关，相互制约，例如容量增大将导致覆盖收缩，反之亦然，而降低业务质量可提高系统容量，也可增加覆盖范围。在GSM系统中，容量、覆盖和质量三者间没有直接的联系，可以独立分析、独立设计，GSM容量基本上由硬件资源决定，覆盖由上下行发射功率决定，通话质量由干扰情况决定； • 4)导频污染差异 • 导频污染属于CDMA系统特有的，是影响网络性能的一项重要因素。导频污染增加了网络干扰，同时使得切换等算法不能有效工作。GSM系统的BCCH频点一般使用非常宽松的复用方式，并且经过精心规划，因此类似问题出现的可能性较小。

Company Logo • 7.1.无线网络优化原因 • 7.3. 优化工作一般流程 • 7.4.无线网的主要指标参数(KPI) • 7.5. 网优案例介绍 7.2. 网络优化的分类第七章无线网的优化

无线系统的优劣将直接影响网络的形象。网络优化的目的就是对投入运行的网络进行参数采集、数据分析，找出影响网络质量的原因，通过技术手段或参数调整使网络达到最佳运行状态的方法，使网络资源获得最佳效益，同时了解网络的增长趋势，为扩容提供依据。无线精品网络源于止述的需求,始于规划,重于过程,兴于优化。网络优化是一项长期的工作，特别CDMA网络与GSM网络相比而言，它是一个动态网络，更需要对CDMA网络进行不断的优化调整。无线系统的优劣将直接影响网络的形象。网络优化的目的就是对投入运行的网络进行参数采集、数据分析，找出影响网络质量的原因，通过技术手段或参数调整使网络达到最佳运行状态的方法，使网络资源获得最佳效益，同时了解网络的增长趋势，为扩容提供依据。无线精品网络源于止述的需求,始于规划,重于过程,兴于优化。网络优化是一项长期的工作，特别CDMA网络与GSM网络相比而言，它是一个动态网络，更需要对CDMA网络进行不断的优化调整。

当以下事件发生时，必须要进行网络优化： • 当网络质量不能满足规划设计要求时(多发生在建网初期)； • 当网络环境发生变化时。如：语音和数据用户不断增长，导致现有网络性能下降；城市实际环境不断变化，导致网络局部区域覆盖变差等。网络环境发生变化使得原有设计的网络不能适应当前环境的需要，这时需要进行网络优化和调整，同时提出后续网络扩容的建议。 • 覆盖不足：实际无线环境复杂(地形地貌)，实际无线环境变化(城市建设等) • 容量受限：实际网络话务分布不均衡(用户量，数据业务)，用户、业务发展 • 性能恶化：系统参数不合理

在网络建设的不同阶段，网络优化的目标也是有区别的。依据优化实施的时间段、工作目标和工作内容，将优化分为工程优化、专题优化和维护优化。在网络建设的不同阶段，网络优化的目标也是有区别的。依据优化实施的时间段、工作目标和工作内容，将优化分为工程优化、专题优化和维护优化。

一、工程优化是在网络建设完成后放号前进行的网络优化。工程优化的主要目标是让网络能够正常工作，同时保证网络达到规划的覆盖及干扰目标。工程优化有如下的特点：一、工程优化是在网络建设完成后放号前进行的网络优化。工程优化的主要目标是让网络能够正常工作，同时保证网络达到规划的覆盖及干扰目标。工程优化有如下的特点： • 新建网络，基本没有用户 • 工作重点在于调整无线网络覆盖，使之与规划设计目标一致 • 前台测试、基站勘查、天馈调整工作量大 • 无线参数配置重点在于邻区配置，并根据对于覆盖不足的情况可以适当调整信道增益参数

二、专题优化有如下的特点： • 已有网络，有一定的用户 • 主要针对网络运行中出现的问题和局方特殊需求而进行的优化调整工作，范围包含全部的网优内容 • 工作重点在于调整无线网络参数(包括无线配置参数和基站网络拓扑结构)，使之性能均衡，满足用户需求为目标

三、维护优化 • 除了日常的DT、CQT测试等，我们要密切观察网络的变化情况结合用户投诉，随时针对网络作出点对点、具体到某一事件(比如掉话、杂音等)、从单一指标到系统指标作出相应调整优化，改善网络的通信质量，尽力塑造精品网络形象。运维优化是在网络运营期间，通过优化手段来改善网络质量，提高客户满意度。维护优化的特点： • 网络运行正常，进入正式运营阶段 • 通过每天细致深入关注OMC平台以及用户投诉信息等，及时发现系统中存在的问题或者潜伏的隐患，并立即给以解决，通过这种长期的优化工作，达到提升系统性能的目的 • 工作重点分析系统资源瓶颈和设备潜在故障 • 工作手段主要通过调整无线配置参数，尽可能不动网络拓扑结构

路测(DT)数据 • DT(Driving Test)测试是使用测试设备沿指定的路线移动，进行不同类型的呼叫，记录测试数据，通过专门的DT测试分析工具软件的统计分析，统计网络测试指标。DT测试结果，从线到面，反映出网络的运行质量和用户对网络质量的感受。

拨打测试(CQT)数据 • CQT(Call Quality Test)测试是在固定位置使用测试设备进行一定规模的拨测，记录测试数据，统计网络测试指标。CQT测试结果，从点到面，反映网络的通话质量水平，从而一定程度上，反映出网络的运行质量和用户对网络质量的感受。DT/CQT评估测试均可以根据实际情况选择满足要求的人工路测系统或者自动路测系统。定点CQT 测试包括语音业务和数据业务，具体的测试内容与运营商的要求有关，视实际情况确定。

载波干扰保护比(C/I) • 指标说明:是指接收到的希望信号电平与非希望信号电平的比值，一般与移动台所处的位置有关。这是由于地形不规则性及本地散射体的形状、类型及数量不同，以及其它一些因素如天线类型、方向性及高度，站址的标高及位置，当地的干扰源数目等所造成的。一般而言，移动台距离基站位置越远，载波干扰保护比就越低。在大多数情况下，一味提高移动台或者基站的发射功率并不能解决问题，有时反而是有害的。2G的CDMA和三种3G标准都采用了码分多址的多址接入技术，它们必须使用先进的功率控制技术，才能保障系统的正常工作。

最坏小区比例 • 指标说明：最坏小区是指在一定业务量情况下，业务掉话率大于a%或者业务拥塞率大于b%的小区。最坏小区比例是最坏小区数目在系统可用小区总数中所占的百分比。 • 计算公式： • 最坏小区比例=最坏小区总数/可用小区总数×100% • 最坏小区总数指业务掉话率大于a%或者业务拥塞率大于b%的小区数目，此处a%和b%在配置中设定。可用小区总数指目前系统中可用的小区数目。

超忙小区比例 • 指标说明：超忙小区是指小区载频发射功率的利用率大于c%的小区。超忙小区比例是超忙小区在小区总数中占的百分比。 • 计算公式： • 超忙小区比例=超忙小区总数/可用小区总数×100% • 超忙小区总数是指小区载频发射功率的利用率大于c%的小区数目。其中，c%由配置中设定。可用小区总数指目前系统中可用的小区数目。

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