南京TDLTE无线网络规划方案设计.docx
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南京TDLTE无线网络规划方案设计
南京TD-LTE无线网络规划方案
项目名称
规划技术研究
文档编号
版本号
V0.0.1
作者
钟华
版权所有
大唐移动通信设备有限公司
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日期
更新人
版本
备注
2006-3-29
钟华
V0.0.1
创建文件
1
总述
1.1南京市概况
2TD-LTE网络架构简介
TD-LTE无线网络构架如下图：
图3－1TD-LTE无线网络构
LTE的系统架构如上图所示。
LTE的接入网E-UTRAN由eNB构成，eNB之间通过X2接口互连，每个eNB又和演进型分组核心网通过S1接口相连。
相比于3G网络，LTE网络架构中节点数量减少，网络架构更加趋于扁平化，这种结构有利于简化网络和减小延迟，能够满足低时延，低复杂度和低成本的要求。
2.1eNB
eNB具有下述功能：
✓无线资源管理相关的功能，如无线承载控制、接纳控制、连接移动性管理、上/下行动态资源分配/调度
✓UE附着时的MME选择。
由于eNB可以与多个MME/S-GW之间存在S1连接，在UE初始接入到网络时，需要选择一个MME进行附着
✓提供到S-GW的用户面数据的路由
✓系统广播消息的调度与传输。
系统广播消息的内容可以来自MME或者操作维护，eNB负责按照一定的调度原则向空中接口发送系统广播信息
✓寻呼消息的调度与传输。
eNB在接收到来自MME的寻呼消息后，根据一定的调度原则向空中接口发送寻呼消息
✓IP头压缩与用户数据流的加密
✓测量与测量报告的配置
2.2MME
MME具有下述功能：
✓NAS信令及其安全；跟踪区域（TrackingArea）列表的管理
✓P-GW和S-GW的选择
✓跨MME切换时对于MME的选择
✓在向2G/3G接入系统切换过程中SGSN的选择
✓鉴权、漫游控制以及承载管理
✓3GPP不同接入网络的核心网络节点之间的移动性管理（终结于S3节点）
✓信令面的合法监听
2.3SAE-GW
SAE-GW具有下述功能:
✓S-GW和P-GW，S-GW作为面向eNodeB终结S1-U接口的网关，负责数据处理
✓P-GW与分组数据网（PDN）连接
✓S-GW和P-GW接受MME的控制，承载用户面数据
S-GW的主要功能包括：
✓当eNodeB间切换时作为本地锚定点并协助完成eNodeB的重排序功能
✓在3GPP不同接入系统间切换时的移动性锚点（终结在S4接口，在2G/3G系统和P-GW间实现业务路由）
✓合法侦听以及数据包的路由和前转
✓根据每个UE、，PDN和QCI的上行链路和下行链路的相关计费
P-GW的主要功能有：
✓分组数据包路由和转发
✓3GPP和非3GPP网络间的Anchor功能
✓UEIP地址分配，接入外部PDN的网关功能
✓基于用户的包过滤
✓合法侦听
✓计费和QoS策略执行功能
✓DIP功能
✓基于业务的计费功能
✓在上行链路中进行数据包传送级标记
✓上下行服务等级计费以及服务水平门限的控制
✓基于业务的上下行速率的控制
2.4HSS
HSS用于存储用户签约信息的数据库。
主要功能包括：
✓存储用户相关的信息
✓签约数据管理和鉴权，如用户接入网络类型限制、用户APN信息、计费信息管理
✓支持多种卡类和多种方式的鉴权
✓与不同域和子系统中的呼叫控制和会话管理实体互通等
2.5CG
3GPPR8版本EPC架构中计费节点为S-GW和P-GW，S-GW产生的计费信息类似于SGSN；P-GW产生的计费信息类似于GGSN。
计费点将计费话单送至计费网关CG，由CG完成计费话单的检错、纠错和话单的合并，并完成话单格式的转换，然后将计费话单以标准格式送至运营公司的计费系统。
2.6DNS
为EPC核心网网元和终端提供域名解析功能。
3大唐移动TD-LTE设备简介
需添加设备能力、参数详细说明
4覆盖解决方案
4.1典型场景划分
典型场景就是将具有相似无线传播环境和业务类型的一类区域的化化分为一种典型场景。
各种场景的分析基本应该涵盖绝大多数网络中遇到的实际环境。
场景划分太粗会造成规划误差较大；而场景划分太细会增大规划的复杂度和每种场景的适用范围。
所以针对不同的规划需求有不同的场景划分方案。
根据参考文献《TD业务覆盖场景研究与分析》，典型场景可以划分为密集城区，普通城区，郊区，农村，公路/干道和室内环境6种类型。
对于每种场景，其详细的参数描述在一下章节中详细讨论。
4.1.1密集城区
密集城区，其特征主要体现在密集两个字上面。
建筑物无论是否规则排布，相互之间几乎都是紧邻在一起。
密集城区的划分原则如表5-1。
表5-1密集城区场景描述
典型场景
密集城区
包含地物类型
CBD中心商务区
DENSEURBAN密集城区非规则地形
DENSEBLOCKBUILDING密集成排建筑
特征描述
金融区，中心商务区，建筑物密集，高度超过40米。
建筑物排布不规则，高度密集，间隙小。
建筑物排布规则，高度密集，间隙小。
穿透损耗
Incar:
5dB
Incar:
5dB
Incar:
5dB
15~20dB视具体情况而定
15~20dB视具体情况而定
15~20dB视具体情况而定
阴影衰落标准差
11.7
11.7
11.7
4.1.2普通城区
普通城区与密集城区的差别主要在建筑物的密度上。
从航拍图片上来看，无论是规则还是不规则排布的建筑物，相互之间一般有比较清晰的街道或者绿地将建筑物相互之间区分开来。
普通城区的划分原则如表5-2。
表5-2普通城区场景描述
典型场景
普通城区
包含地物类型
BLOCKBUILDING
MEANURBAN
成排建筑物
普通城区非规则地形
特征描述
规则排布的建筑物，相互之间通过较大块的空场或者绿地相互分隔开。
建筑物平均高度达到30米。
不规则排布的建筑物。
通过不规则的街道排布或者绿地可以将建筑物相互之间很明显的区分开。
穿透损耗
Incar:
5dB
Incar:
5dB
12~16dB视具体情况而定
12~16dB视具体情况而定
阴影衰落标准差
9.4
9.4
表普通城区场景描述
4.1.3郊区
在郊区环境下，建筑物的排布非常稀疏，同时多以低矮建筑物为主。
另外在城区和郊区中的一些大面积绿地或者空场，也属于郊区环境。
因此，相对来说，环境较为开阔。
郊区的划分原则如表5-3。
表5-3郊区场景描述
典型场景
郊区
包含地物类型
OPENINURBAN城区开阔地（无植被）
PARK城区开阔地（有植被）
RESIDENTIAL（郊区小别墅群落）
INDUSTRIAL（工业园区）
MIXEDSUBURBAN郊区非规则地形
特征描述
密集城区、普通城区和居民区附近的一些空场或者开阔地，没有任何植被。
凡是有植被的空场或者开阔地，包括：
公园、高尔夫球场，墓地以及其他的一些娱乐场所等。
一般情况下指的是在郊区的一些小别墅居住区。
这些小别墅区一般战地面积不大，楼层也不高，周围有大块的绿地包围。
建筑物平均高度低于15米。
这里主要是指工业园区和城区环境。
厂房面积宽大，建筑物低矮。
如：
上海徐汇区宜山路附近或者金桥一带的工业园区。
建筑物高度低于20米。
离散、不规则排布建筑物或者居民区，相互之间间隔很大。
穿透损耗
I12~16dB
视具体情况而定
12~16dB
视具体情况而定
I12~16dB
视具体情况而定
12~16dB视具体情况而定
12~16dB
视具体情况而定
阴影衰落标准差
7.2
7.2
7.2
7.2
7.2
4.1.4农村
以往的网络建设中，由于建网成本的限制，农村多以公路、铁路、国道等为重点覆盖目标，周围的村庄和乡镇以及开阔地带的覆盖要求会低一些。
由于公路/干道会在后面的章节中作专门描述，因此这里的农村覆盖场景描述将不包括公路/干道方面的覆盖。
农村的划分原则如表5-4。
表5-4农村场景描述
典型场景
农村
包含地物类型
OPENLAND
VILLAGE
RURAL
田野、荒地
乡村
农村非规则地形
特征描述
典型农村环境，远离市区，有着大块大块的土地
郊区中一些非常小型的建筑群落，如：
小的村庄等
典型农村环境，偶尔出现一些稀疏的建筑物，如：
仓库，农场等。
穿透损耗
Outdoor：
0
Indoor：
5dB
Indoor：
5dB
阴影衰落标准差
0
6.2
6.2
4.1.5交通干道
这里的公路/干道主要考虑在覆盖其他场景时无法兼顾，或者需要特定解决方案的部分。
公路/干道的划分原则如表5-5。
表5-5公路/干道场景描述
典型场景
公路/干道
包含地物类型
城区商业街、步行街
高速公路、铁路、国道和省级公路等主要交通干道
特征描述
人流量大，话务密度高，属于热点区域。
如：
上海的南京路步行街
。
车速快，车流量大，话务密度低。
属于重点覆盖区域，社会价值高。
穿透损耗
Outdoor：
0dB
Incar：
5dB
阴影衰落标准差
11.7
6
4.1.6山区
山区环境主要对应国内、外一些多山的环境，其地形起伏较大，对无线信号的阻挡非常严重。
这些环境下的覆盖目标主要是绕山而行的一些公路以及周边的一些小村庄。
在站址选择方面，站址多数选择在山顶或者半山腰。
其传输、电源等问题解决起来比较困难，并且多数情况下还需要建设铁塔。
山区场景的划分原则如表5-6。
表5-6山区场景描述
典型场景
旅游景点
包含地物类型
HillyTerrian
sightseeinginHT
丘陵地形
山区旅游景点
特征描述
普通丘陵环境
名山大川，峡谷漂流。
穿透损耗
Incar：
5dB
deepIndoor：
8dB
阴影衰落标准差
8
6
4.1.7室内场景
室内覆盖场景的划分原则如表5-7。
表5-7室内场景描述
典型场景
室内
包含地物类型
宾馆、饭店、写字楼、大型商场、机场、火车站、会展中心、主要党政机关、企事业单位办公大楼、集贸市场、地下超市、地铁。
特征描述
一般按照其特征，大致可以划分为如下的三类：
1、开阔，人群密集，穿透损耗小；如：
集贸市场和大型商场；
2、隧道，地铁，电梯；
3、宾馆，酒店，写字楼；
穿透损耗
3dB（lighttextile）－>13～20dB（blockwalls）
同时考虑墙壁和楼板的穿透损耗。
其中：
墙壁的损耗典型值为0.3~0.5dB，楼板损耗待定
4.2传播模型校正
传播模型是移动通信网小区规划的基础，传播模型的准确与否关系到小区规划是否合理，运营商是否比较经济合理的投资且满足了用户的需求。
下面介绍传播模型校正的流程以及具体按照此流程给出一个南京地区传播模型校正的方案。
4.2.1传播模型校正流程
传播模型校正的过程如下：
前期准备工作
站址选择和路线确定
站点架设和数据采集
数据处理
模型校正和结果输出
生成报告
4.2.1.1前期准备工作
由于模型校正涉及到CW测试和数据软件处理等工作，为了保证模型校正的准确度，在项目开始之前，要做如下准备工作。
软硬件的准备工作：
发射机：
能够进行发射连续波（CW）的发射机，要求发射机的最大输出功率不小于43dBm（20W），且在D频段内可自由设置频率
接收机：
能够进行RF射频接收的宽带扫频接收机，能完成干扰测试和CW波的数据采集，要求对CW波的接收灵敏度不低于－120dBm
发射天线：
要求采用全向垂直极化天线，要求提供完整的天线参数包括天线方向图
GPS接收机：
提供准确的定位信息，要求GPS接收机具有较高的灵敏度，并能提供相应的通信接口
数字地图：
更新期限为1年内，城区地图精度要求达到20m或更高，郊区农村的地图精度达到50m以上，并且地图上的地物类型比较齐全
软件：
Span规划软件，要求工作站的配置不低于1GHz的CPU和512M的RAM；路测软件，要求具有良好的人机界面，能完成接收机、GPS接收机的管理，并具备强大的后台数据处理功能
其他辅助测试工具：
手提电脑、频谱分析仪、驻波分析仪、数码相机和指南针等，帮助完成相应的测试工作。
需求分析：
需求分析主要是了解该地区的地形地貌特点，人文环境以及2G网络的基站分布情况，然后拟定需要完成的模型校正数量。
详尽、准确的需求分析是顺利完成模型校正工作的前提条件。
一般来说，对于一个地区，密集城区、普通市区、开阔地和农村这四个模型是最基本的，然后在此基础上，做进一步的需求分析。
在完成需求分析之后，就进入了模型校正的选点工作。
4.2.1.2站址选择和路线确定
在具体的选点和路线确定上，按照下面的要求进行：
尽可能选择服务区内具有代表性的传播环境，对不同的人文环境需分别设立站点。
测试站点条件必须能代表典型站点条件，包括天线挂高、周围地物地貌等。
选定的站址要能覆盖尽可能多的地物类型，使每一种地物类型在得到校正后都能得到一个相应的修正值。
路线选择上要求尽可能多通过各种地物类型，测试数据分布尽量均匀。
测试路线一般采用“S”型路线，避免同心圆式的路线。
4.2.1.3站点架设和数据采集
站点架设和数据采集是整个模型校正过程中最重要的一环，站点架设合理、采集数据是否达到要求与否直接关系到最后的校正结果。
站点架设主要充分考虑天线的架设高度和位置，通常要求天线的高度比天面的高度高出5m以上，天线的安装位置在近距离（150m）内没有遮挡。
接收机的天线需放置到车顶，以消除人体和车体对接收信号的影响。
对发射机进行设置，功率一般在10W到40W之间。
对测试频段进行扫描，寻找干净的频点，并记录。
车速限制：
依据李氏定理，若取本征长度为40
，数据密度为50个样点/40
，接收机采样速率n个/秒，车速
。
尽量选取路中间的路线进行测试，且车速匀速不变道。
纵向和横向的街道尽量采集相同数量的样本。
每个站址至少测试4个小时。
4.2.1.4数据处理
数据处理的是将测试中带入的不合理的数据进行滤除，完成地理化平均和数据偏移修正操作，然后转化为模型校正的文件格式。
下面分别介绍这三项数据处理工作。
数据预处理：
主要完成不合理数据的滤除，数据的离散以及格式转化操作，具体设置要求和条件如下：
过滤数据：
滤除掉没有经纬度信息的数据。
滤除掉经纬度有飘移的数据。
滤除掉超出接收机灵敏度范围的数据。
离散数据：
GPS的采样速度比数据的采样数度要慢，这样一个GPS对应多个采样点，通过按时间顺序对数据内插，将数据平铺到测试路线上。
格式转化：
将完成上面两项操作的数据转化为地理平均所需要的格式。
数据的地理平均：
地理平均主要是为了获得特定长度的区域均值，然后利用这些均值进行模型校正。
这个长度的选择除了要遵循慢衰落规律外，还应考虑地图精度的影响。
对于3G频段来说，40个波长对应约6m。
则处理手段为：
将测试路线分段，每段6m，每段内的数据取均值，作为该路段中心的场强值。
地理平均完的数据还需要进行格式转化，以满足模型校正对文件格式的要求。
数据偏移修正：
因为经纬度总会有一些误差，而且他并不能与地图做到完全的对应，这样有一些数据会偏移原来的测试路线，从而改变了数据所属的地物性质。
必须用专用的数据经纬度修正软件内修正，这是一个手动搬移的过程，来达到数据和地图的最佳匹配。
4.2.1.5模型校正和输出结果
描述校正所得的模型和实际测试环境的拟合程度用校正后的误差的均方差性能RMSError来衡量。
目前业界普遍认为RMSError<8dB时，可以认为所得的校正模型与实际环境是贴近的，该模型是准确的，可以作为网络规划的依据。
这里推荐使用自动校正，这种方法可以直接得出满足误差均值和均方差性能的最佳模型参数。
Span提供对模型某一个参数的校正，也提供对某几个参数同时校正。
这需要对模型参数的循环校正，才能得到较为满意的误差均值和均方差性能，最后输出校正结果。
4.2.1.6生出报告
最终的报告应该包含以下内容：
项目总结报告。
所有原始资料，包括所有的记录表格、图标、测试数据、分析数据、照片和阶段性报告等。
4.3链路预算
链路预算是评估无线通信系统覆盖能力的主要方法，是无线网络规划中的一项重要工作，是网络规划中覆盖规模估算的基础。
通过链路预算，可以估算出各种环境下的最大允许路径损耗，再选择合适的传播模型即可估算出各种环境下小区的覆盖半径和覆盖面积。
从而估算出各覆盖环境下的基站数目，获得整个网络的大致规模，为后继建网投资核算提供覆盖规模方面的参考。
同时链路预算也为后期的仿真工具规划提供了两个重要数据－最大允许路径损耗和初始站间距。
因此，链路预算对网络规模的估算，后期规划基站布站的基准参考都有很重要的意义。
根据信道分类，链路预算方法可以分为两种。
❑控制信道链路预算方法
❑业务信道链路预算方法
4.3.1业务信道链路预算方法
LTE的业务信道链路预算可以有两种方式。
❑由覆盖目标计算覆盖半径
根据系统覆盖速率目标，通过仿真获得对应的解调门限，计算系统发射机一定的功率配置下可覆盖的区域距离。
该方法可用于覆盖规模估算，即估算覆盖目标区域面积内所需基站数量。
Figure3-2由区域面积计算覆盖速率流程
❑由覆盖区域面积计算覆盖速率
根据已有站址和覆盖区域，计算系统发射机一定功率配置下覆盖区域边缘可达到的用户质量，对应于一种速率等级。
该方法可用于估算已有小区（例如原有3G小区）区域内，用户可体验到的速率。
Figure3-2由区域面积计算覆盖速率流程
4.3.2控制信道链路预算方法
下行控制信道包括：
PBCH、PHICH、PDCCH&PCFICH
上行控制信道包括：
PRACH、PUCCH
控制信道链路预算与业务信道链路预算比较：
业务信道
控制信道
速率
BLER
系统资源（RB数）
时隙
系统配置
码字
带宽
MCS等级
链路仿真解调门限
CIR&SNPL
业务信道邻区干扰负荷
控制信道邻区干扰负荷
边缘用户目标SNR
最大路损
传播模型
覆盖半径
Table35控制信道与业务信道链路预算比较
4.3.3南京密集市区链路预算结果
传播模型+5db损耗
4.4覆盖估算
根据《TD-LTE规模试商用网第一阶段-南京工程可行性研究报告》，南京市TD-LTE规模试商用网第一阶段工程拟覆盖区域如下表所示：
城市
区域名称
区域描述
面积（km2）
TD-LTE基站数
基站站距（km）
共址站数
共站率
南京
湖南路
中心商业区+政务区
5.979
36
0.438
26
72%
市政府
政务区
3.129
25
0.380
18
72%
奥体商务区
中心商务区
8.239
25
0.617
17
68%
仙林大学城
高校园区
9.995
37
0.558
24
65%
江宁科技园
科技园区
10.57
42
0.539
30
71%
江宁大学城
高校园区
11.15
35
0.606
25
71%
合计
49.062
200
0.532
140
70%
其中，包含两个主测区。
湖南路主测区内包含19个TD-LTE宏站，5个TD-LTE室分系统，覆盖面积2.064平方公里，站间距354米；江宁科技园主测区内包含19个TD-LTE宏站，2个TD-LTE室分系统，覆盖面积3.383平方公里，站间距453米。
其覆盖区域在地图上表示为：
图南京市TD-LTE规模试商用网第一阶段工程拟覆盖区域示意图
根据链路预算及平均站间距来看，满足控制信道连续覆盖，边缘速率下行大于1Mbps，上行大于250Kbps的要求。
4.5站址选择
5无线参数设计
5.1频率规划
5.1.1频率方案
和2G/3G的频率规划相比，LTE为单载波小区系统，并且具有更大的频谱带宽以及更高的吞吐量，在频率资源配置固定的情况下，空口可用频点数相对大大减少，频率规划的相关工作也在很大程度上简化。
从本质上讲，就是将传统意义上复杂的频率规划工作，转移到基于LTE大带宽的调度算法以及ICIC相关算法上，这样调度算法以及ICIC就承担着降低系统干扰、提升系统整体性能的重任。
基于以上分析，LTE频率规划的工作，就是将可用的频谱资源如何划分，可用频谱资源划分为多少可用频点，相邻频率带宽交叠带来的干扰评估，如何考虑小区间干扰的问题等。
鉴于此，从不同应用场景提出以下配置方案：
（假设可用频谱资源固定）。
对于用户数少，并且QOS要求不高的区域，建议配置比较小的系统带宽，比如3M/5M/10M等，这样可用频点数就大大增加，可以采用异频组网，降低系统干扰，提升系统性能；对于调度以及ICIC算法的复杂度要求也会大大降低。
对于用户数多，并且速率需求较高的区域，建议配置较大的系统带宽，比如10M/15/20M等，这样不可避免需要采用同频组网，这样只能依靠优秀的调度算法以及ICIC算法减轻小区间干扰，提高相关的系统性能指标。
目前现有的LTE（TDD/FDD）组网方案有如下几个：
1、方案一：
同频组网
LTE总频带20MHz，每小区共享20M带宽，频率复用因子为1。
2、方案二：
异频组网
LTE总频带60MHz，每小区使用不同的20M，频率复用因子为3。
3、方案三：
频率移位频率复用（FSFR：
Frequencyshiftedfrequencyreuse）
基本思想：
小区中心频点不同，小区带宽部分重叠的N个频带，分别分给相邻的三个小区作为各自的系统带宽。
即使用与网络部署可提供的载波宽度小的基站设备进行网络部署，相邻小区尽量错开其中心频点，并保证一定程度的带宽重叠。
如下图所示，以小区部署采用三扇区的方式、载波宽度为20MHz，基站设备的系统带宽为10MHz为例，可以看出，相对于平均使用系统带宽为20MHz的基站设备进行网络部署，不同小区所受到的干扰均有所降低。
同频组网
异频组网
FSFR
频率利用率
高
低
中
小区间干扰
强
弱
中
峰值速率
高
低
中
边缘性能
差
良
中
干扰抑制
困难
容易
中
现有的LTE同频组网和异频组网分别有小区间控制信道相互干扰和频谱效率低的劣势。
FSFR组网方式使用载波宽度小的基站设备进行网络部署，相邻小区尽量使用不相邻的呃子频带进行部署，不仅可以有效的降低PCFICH、PDCCH及PHICH的小区间干扰，对于其他公共信道PBCH、PSS、SSS以及PUCCH和PRACH，使其物
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