mf000502 规划概论 issue14辅导讲义.docx

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mf000502规划概论issue14辅导讲义

MF000502

规划概论

ISSUE1.4

目录

课程说明1

课程介绍1

课程目标1

第1章GSM技术概述2

1.1无线通信特点2

1.2电磁波传播途径3

1.3电磁波传播损耗5

1.4服务区电平设计6

1.5天线知识7

1.6分集接收8

第2章网络规划内容介绍9

2.1网络规划简介10

2.2覆盖规划15

2.3天馈设计18

2.4容量规划29

2.5基站勘测31

2.6ASSET规划软件34

2.7频率规划37

2.8参数设计42

2.9文档制作46

课程说明

课程介绍

本课程介绍GSM无线网络规划所需的基本知识，包括无线电波转播、传播损耗模型，服务区电平设计，详细讲解了规划流程、天线选型、基站勘测、频率规划、参数设计等内容，基本包括了网络规划全部内容。

本课程包括GSM技术概述、网络规划内容介绍两章。

课程目标

完成本课程学习，学员能够：

●理解GSM网络规划所涉及的相关知识。

●掌握网络规划的流程。

掌握网络规划各个环节的操作要点和注意事项。

第1章GSM技术概述

1.1无线通信特点

用户移动性要求移动终端在服务区90%地区，99％的时间都能接入网络。

GSM网络采用无线电波作为信息传播的载体。

由于无线传播的复杂性，导致网络无线信道质量的复杂变化。

GSM蜂窝体制采用频率复用的技术来提高频谱效率。

随着复用度的提高，容量的增加，干扰是影响网络质量的重要因素。

1.2电磁波传播途径

所有的信号分量合成产生一个复驻波，它的信号的强度根据各分量的相对变化而增加或减小。

其合成场强在移动几个车身长的距离中会有20~30dB的衰落，其最大值和最小值发生的位置大约相差1/4波长。

大量传播路径的存在就产生了所谓的多径现象，其合成波的幅度和相位随移动台的运动产生很大的起伏变化，通常把这种现象称为多径衰落或快衰落，如图2-3所示。

在性质上，多径衰落属于一种快速变化。

此外，这种传播特点还产生了时间色散的现象。

深衰落点在空间上的分布是近似的相隔半个波长（900MHz为17cm，1800或1900MHz为8cm），如果此时手机天线处于这个深衰落点（当汽车中的手机用户由于红灯而驻留在这个深衰落点，我们称为红灯问题），话音质量非常差，需要采取相关技术来解决，如跳频等。

无线信号强度随位置的不同而变化的现象称为信号衰落，衰落分慢衰落和快衰落（长期衰落和短期衰落）。

信号强度随传播距离的增加而衰减的叫慢衰落或长期衰落。

慢衰落特性：

●－接收信号强度随距离增加而下降

●－衰落随季节变化明显

●－衰落与传播距离相关、与时间无关

●－衰落可以预测

信号强度随位置的变化而急剧波动的现象叫快衰落或短期衰落。

快衰落特性：

●随机驻波

●场强幅度随位置的改变而急剧变化

●衰落与传播距离无关、与时间相关

●衰落不可预测

1.3电磁波传播损耗

式中：

K1——与频率有关常数；

市区:

K1=69.55+26.16log（Fc）{Fc=900,1800}

郊区:

K1=69.55+26.16log（Fc）－2[log（Fc/28）]2-5.4）{Fc=900,1800}

开阔地:

K1=69.55+26.16log（Fc）-4.78[log（Fc）]2+18.33log（Fc）-40.94）{Fc=900,1800}

K2——距离衰减常数；

K3、K4——移动台天线高度修正系数；

K5、K6——基站天线高度修正系数；

K7——绕射修正系数；

Kclutter——地物衰减修正系数；

d——基站和移动台之间的距离。

单位：

km；

hm、Heff——移动台天线和基站天线的有效高度，单位：

米。

在分析不同地区、不同城市的电波传播时，K值会因地形、地貌的不同以及城市环境的不同而选取不同的值。

下面是一个曾经用于中等城市电波传播分析时的K值以及一些Clutter衰耗值。

1.4服务区电平设计

1.5天线知识

泄漏电缆：

沿信号传播方向，单位距离信号衰减很大，每间隔一定距离开个槽。

常用于隧道覆盖或特殊建筑室内覆盖，价格非常昂贵。

1.6分集接收

分集增益依赖于环境。

分集增益对覆盖的改善：

●增加相同信号电平下的通讯概率；

●链路预算能承受更多路径损耗；

更高的覆盖范围

第2章网络规划内容介绍

覆盖规划是网络规划中首先进行的工作。

在这一阶段要确认无线覆盖的要求，分析覆盖区域的特点，对上下行链路功率进行估算，达到上下行平衡，对频率复用方式和干扰控制也要考虑。

2.1网络规划简介

GSM网络包括NSS系统、BSS系统和移动终端，其结构呈现树状分布。

其中A接口和Abis接口物理连接均采用有线或微波方式，传输质量比较稳定。

Um接口采用电磁波作为物理层，为满足用户随时随地通话地需求，信道质量变化范围很大，是整个接口中最复杂的部分。

广义网络规划，包括网络规划和优化这两部分。

伴随GSM网络的建设循环进行。

狭义的网络规划仅包括工程建设前的网络规划工作。

在前期规划和勘测工作完成后，得到网络的结构和基站布局的设计数据。

根据这些数据开始对GSM网络进行详细设计，得到频率规划方案。

在网络建设的初期，频率规划较简单，使用手工可以完成。

随着网络的发展，要使用规划软件进行准确计算和预测来完成频率规划。

规划软件的所有计算和分析都是基于三维数字地图。

在GSM网络的建设过程中，在购买设备之前先提出建设方案。

这里包括网络予规划方案。

其主要步骤如下：

●分析对覆盖和容量的需求

●分析和确定网络结构，选择理想站址

●确定覆盖范围和基站实际勘测

●计算各小区的信道数和载频数量

更详细的方案还可以包括：

●频率规划、邻区规划

●小区数据制作

●传播环境复杂，信号起伏大，各种人为建筑物造成的多径传播差别大，理论预测覆盖区比较困难；

●干扰现象严重。

除了人为噪声外，各种同邻频干扰、互调干扰以及其它无线电干扰等，都要在工程设计中加以考虑并采取必要措施将之抑制在允许的指标内；

●频率资源受限。

随用户的大量增长更趋紧张；

●为频率复用而设计的蜂窝小区结构以及小区分裂行为有严格的规则。

站址规划在实际工程中因各种原因难以贯彻实现；

●投资控制是建设网络不可忽略的技术经济问题。

2.2覆盖规划

覆盖规划是网络规划中首先进行的工作。

在这一阶段要确认无线覆盖的要求，分析覆盖区域的特点，对上下行链路功率进行估算达到上下行平衡。

对频率复用方式和干扰控制考虑。

同邻频干扰保护比

C/I≥9dB，C/A≥-9dB（工程实施中加3dB保护）

边缘场强确定

●上下行平衡估算

●一般要求：

覆盖区内90％的地点和99％的时间可接入网络。

该标准在大城市的室外予以提高，而在农村则将要求降低。

对于交通干道则采用不同标准，根据不同类型干道限制其连续覆盖盲区的范围。

对下行信号链路，基站发射机输出功率为Poutb，合路器损耗为Lcb，馈线损耗为Lfb，基站天线增益为Gab，空间传输损耗为Ld，移动台天线增益为Gam，移动台接收电平为Pinm，衰落余量为Mf，移动台侧噪声恶化量为Pmn。

则有：

Pinm+Mf=Poutb－Lcb－Lfb+Gab－Ld+Gam－Pmn

（1）

对上行信号链路，移动台发射机输出功率Poutm，基站分集接收增益Gdb，基站接收电平Pinb，基站侧噪声恶化量为Pbn。

根据互易定理，天线收发增益相同。

则有：

Pinb+Mf=Poutm+Gam－Ld+Gab+Gdb－Lfb－Pbn

（2）

在GSM系统中，移动台输出功率Poutm取33dBm；Gdb为3.5dBm；移动台的接收灵敏度Pinm为-102dBm；

可以简化为：

基站功率－手机灵敏度＝手机功率＋基站分集接收增益－基站灵敏度

2.3天馈设计

天线选型对整网的无线覆盖质量有重要影响。

要求既能达到覆盖要求，又不对干扰控制增加难度。

天线选择的主要指标：

●增益

●天线波束宽度

●极化方式

不同应用场合天线选择：

●城市、郊区、农村

●山地、平原（海面）、公路、隧道

●室内

常见天线供应商：

Andrew、Algon、Kathrein、西安海天、中山通宇、三水盛路等。

市区基站天线选择

为了能更好地控制小区的覆盖范围、抑制干扰，市区一般不选用水平半功率角≥90°的定向天线和全向天线；

由于市区基站一般对覆盖范围要求不大，因此建议选用中等增益的天线。

同时天线的体积和重量可以变小，有利于安装和降低成本；

由于市区基站对覆盖范围的控制很严格，下倾角一般很大，选择电下倾天线可以增大下倾角调整范围，同时有利于干扰控制；

由于市区基站站址选择困难，天线安装空间受限，建议选用双极化天线。

郊区基站天线选择

郊区的应用环境介于市区环境与农村环境之间，因此可根据实际情况分别参考市区与农村天线选择的建议；

考虑到将来的平滑升级，一般不建议采用全向站型；

郊区基站天线即使采用下倾角，一般下倾角也比较小；

郊区基站采用垂直极化和双极化天线的效果差不多，因此选择时主要从天线安装环境和成本等方面考虑。

农村环境特点：

基站分布稀疏，话务量较小，覆盖要求广；

如果要求基站覆盖周围的区域，没有明显的方向性，基站周围话务分布比较分散，建议采用全向基站覆盖；

如果对基站的覆盖距离有更远的覆盖要求，则需要用定向天线来实现。

一般水平面半功率角应选择90°、105°、120°等；

在某些基站周围需要覆盖的区域呈现很明显的形状，可选择地形匹配波束天线（如210°天线）进行覆盖；

农村基站由于覆盖要求广，因此天线增益一般较大；

因为预置下倾角天线对覆盖距离有影响，所以一般不建议使用；

考虑无线信号传播特性，无论发射和接收，垂直极化天线效果最好。

公路环境特点：

话务量低、用户高速移动、重点解决的是覆盖问题：

公路基站一般实现带状覆盖，故多采用双向小区；在穿过城镇，旅游点的地区也综合采用三向、全向小区；

不同的公路及同一条公路的不同路段环境差别很大，应具体分析；

由于大多数用户移动速度快，因此天线前后比不能太高，否则可能会由于两定向小区交叠深度太小导致切换不及时而掉话；

可参考农村环境下的天线选型原则。

建议市区的天线挂高在20～25米左右，城郊边缘朝向外围的小区天线可以适当增加天线高度，一般为40-50米；孤站高度不要超过70米；

采用1×3跳频技术的网络，要求市区内所有基站天线高度大致相同；

天线高度过高将给频率规划带来很大麻烦，同时会造成干扰、孤岛效应等网络问题。

对于采用1×3跳频技术的网络对天线方位角的要求更加严格；

在建网初期基站数量较少时，可以通过调整天线方位角将主瓣方向指向高话务密度区，加强某些地区的信号强度。

但是这样的调整将不可避免的降低其他地区的覆盖电平。

所以需要根据实际的情况，选择最适当的方位角。

天线下倾角根据具体情况确定，既要减少对同频小区的干扰，又要保证满足覆盖区的范围，以免出现不必要的盲区；

下倾过大时，必须考虑天线的前后辐射比，避免天线的后瓣对背后小区产生干扰或天线旁瓣对相邻扇区造成干扰。

波束倾斜可以通过电气设计来实现，即改变阵单元的激励系数（幅度、相位）实现波束下倾，也可以通过机械调节办法使天线机械下倾实现波束下倾；

一副天线既有电下倾，同时具备机械下倾非常实用，尤其在网优时，仅有固定的电下倾往往是不够的；

在现阶段GSM网络基站间距越来越小，市区内对小区覆盖范围的要求很严格，特别在采用了1×3（或1×1）跳频技术的网络上，这一点更加明显，因此天线下倾角一般设计得很大，此时就应该尽量选用带电下倾的天线，配合机械下倾使用。

将定向天线安装在墙面上，天线的发射方向最好垂直于墙面，若须调整方位角，则天线发射方向与墙面的夹角应大于75°；

为获得最理想的覆盖范围，天线周围净空要求为50～100m；对900M的GSM系统来说，在此距离的第一菲涅尔区约为5m，这意味着天线底部需要高出周围环境5m；

巧妙利用周围建筑物的高度，可以得到我们想要的基站覆盖范围。

基站天线在安装时还应该注意其在覆盖区是否会产生较大的阴影。

阴影的形成通常是由于基站附近存在较大的阻挡物，如大楼、高山等。

安装时应尽量避开阻挡物。

当利用大楼顶面安装定向天线时，必须注意避免大楼的边沿阻挡波束辐射，应尽量靠近大楼边沿安装，这样可以减少或消灭覆盖阴影。

由于天面的复杂性，当天线必须离大楼边沿较远安装时，天线应尽量架设在离天面较高的地方，此时工程上必须考虑楼面的承载和天线的迎风受力问题。

不考虑天线倾角的影响，以上表格给出了GSM900和DCS1800情况下天线距离天面高度的建议值。

以上天线隔离度公式中，λ为载波的波长，k为垂直隔离距离，d为水平隔离距离，G1、G2分别为发射天线和接收天线在最大辐射方向上的增益（dBi），S1、S2分别为发射天线和接收天线在90°方向上的副瓣电平（dBp）。

通常65°扇形波束天线S约为-18dBp，90°扇形波束天线S约为-9dBp，120°扇形波束天线S约为-7dBp，这可以根据具体的天线方向图来确定。

全向天线的S为0。

分集概念：

为了抗多径衰落，将接收到的多径信号分离成不相关的多路信号，然后将其按一定规则合并起来，使接收的有用信号最大，从而提高信噪功率比，使误码率最小。

分集技术是对抗快衰落最为有效的措施之一。

在水平面内两副天线相距10个波长可使衰落降低。

分集方式：

●空间分集：

利用在空间相距d的多付天线接收信号来实现分集；

●极化分集：

利用垂直/水平极化的正交性来进行两路分集；

●时间分集：

编码交织技术；

●频率分集：

跳频技术。

1λ=0.333m（900MHz）；1λ=0.167m（1800MHz）。

当分集天线的有效架设高度小于30m，分集天线间距要求小于3m时，两副分集天线互相处于对方的近场内而影响天线的方向图发生畸变。

为了使两副天线相互影响造成天线方向的起伏不超过2dB，则分集天线在任何天线有效高度情况下都应大于3m。

2.4容量规划

用户容量需求预计

●根据固网话务总量分析

●根据用户发展速度

用户密度分析

●商业中心

●重要政府部门

●机场，车站等交通部门

●办公楼和住宅小区

●根据话务容量对基站TCH和SDCCH信道配置进行计算

●覆盖规划和容量规划相互结合考虑

●覆盖范围变化会影响小区的话务负荷

●对高密度话务区的覆盖要重点保证

●频率复用方式的考虑

高层站

●天线高度远高于建筑物的平均高度，覆盖范围内涵盖了多个中层站的基站

●对频率资源的使用效率较低

●一般在大城市内建设，如有多座高架桥、环路、轻轨铁路，在这些道路上用户时速可达到60～80km；或在中等城市中部分高层建筑多的区域建

●高层站还可以解决市区内高层建筑的覆盖和频率干扰问题

中层站

●天线高度略高于建筑物的平均高度，覆盖范围一般在几个街区范围内的基站

●承担网络主要的话务量

●建议平均站距不小于0.4km

低层站

●天线高度低于建筑物的平均高度

●天线一般安装在建筑物低层外墙、裙楼或低层飘台天面等处或建筑物室内

●覆盖范围仅为一条街道、一条街道的一部分或某建筑物室内

●频率使用效率较高

●补充覆盖不足，吸收热点话务

2.5基站勘测

首先确定理想站址，根据这些站址进行详细勘测，确认是否能通过租赁或购买的方式得到基站所在空间；确认是否满足无线传播、供电及传输的要求。

确定基站的位置，天线类型，高度，方位角和下倾角。

基站工程图设计。

所有基站勘测完成后，网络的总体结构就基本确定。

基站选址的原则：

●站址应尽量选在规则网孔中的理想位置，其偏差不应大于基站半径的四分之一；

●在不影响基站布局的情况下，尽量选择现有设施，以减少建设成本和周期；

●市区边缘或郊区的海拔很高的山峰（与市区海拔高度相差200～300米以上），一般不考虑作为站址，一是为便于控制覆盖范围，二也是为了减少工程建设的难度，方便维护；

●新建基站应选在交通方便、市电可用、环境安全及少占良田的地方；

●避免在大功率无线电发射台、雷达站或其他干扰源附近建站；

●新建基站应设在远离树林处以避开接收信号的快速衰落；

●在山区、岸比较陡或密集的湖泊区、丘陵城市及有高层金属建筑的环境中选址时要注意信号反射及时间色散的影响；

●在市区楼群中选址时，可巧妙利用建筑物的高度，实现网络层次结构的划分；

●建网初期基站数量较少时，选择的站址应保证重点地区有良好的覆盖。

天线安装环境的勘测：

●第一菲涅尔区是否有阻挡物

●天线安装是否能满足隔离度要求

●－天面是否合适

机房的工程勘测

●基站设备安装的设计和绘图

●传输和供电设备的勘测

天馈系统勘测

●天线选型

●馈线选择

●挂高（从市中心向市外逐渐升高）

●方位角

●下倾角

2.6ASSET规划软件

常用的规划工具是计算机辅助规划软件，如ASSET软件。

它是在三维数字地图基础上，根据精确的传播模型对电磁波传播损耗计算，以一定的精度对覆盖区域的每点的场强进行计算，真实模拟无线网络的运行。

根据模拟计算的数据，ASSET软件进行相应的分析和辅助设计工作。

分析结果，用图形直观的显示或数据表格输出，便于规划设计人员进行评估和调整。

覆盖预测受传播模型的准确度影响较大。

传播模型校正是提高准确度的方法。

ASSET软件支持CW模型校正。

覆盖预测是根据前期规划和勘测的数据，对GSM网络服务区的无线覆盖情况进行预测。

这是借助规划工具完成。

数字地图是以数据形式记录和存储的地图。

按照数据存储结构分栅格地图和矢量地图。

按照数据内容分：

数字高程模型、地物覆盖模型、线状地物模型、建筑物矢量模型。

按照精度分：

20米精度、5米精度、100米精度。

精度概念指地图中的一个象素代表的实际大小。

2.7频率规划

GSM900：

基站收：

f1（n）＝890＋n×0.2MHz

基站发：

f2（n）＝f1（n）＋45MHz

共124个频点。

GSM1800：

基站收：

f1（n）＝1710.2＋（n－512）×0.2MHz

基站发：

f2（n）＝f1（n）＋95MHz

共375个频点。

GSM系统中为扩大系统容量，对有限的频率资源在不同小区进行重复－进行频率复用。

正是由于频率复用和抗干扰技术的成熟，才能使GSM技术体制的无线通信系统得到大规模的应用。

最常用的频率复用方式4×3。

它代表12个小区为一个基本频率复用簇。

4代表4个站点，3代表每个站点3个小区。

通常以4×3来区分频率复用紧密程度。

小于12的复用方式称为紧密复用。

●分层紧密复用

总频率资源划分为若干子层，每层采用逐渐紧密的复用方式。

单位面积信道数得到提高，但是需要跳频。

●普通同心圆

将小区的频率分两组，对应两个同圆点的覆盖小区。

外圆覆盖范围大，频率复用宽松。

内圆容量大，采用紧密频率复用。

●1×3频率复用

它主要用射频跳频来减少同邻频干扰，提高容量。

频率规划原则：

●同基站内不允许存在同频频点；

●同一小区内BCCH和TCH的频率间隔最好在400K以上；

●没有采用跳频时，同一小区的TCH间的频率间隔最好在400K以上；

●非1*3复用方式下，直接邻近的基站避免同频（即使其天线主瓣方向不同，旁瓣及背瓣的影响也会因天线及环境的原因而难以预测）；

●考虑到天线挂高和传播环境的复杂性，距离较近的基站应尽量避免同频相对（含斜对）；

●通常情况下，1*3复用应保证跳频频点是参与跳频载频数的二倍以上；

●重点关注同频复用，避免邻近区域存在同BCCH同BSIC；

●开启PBGT切换，通过参数调整确保了邻频抑制比后，在直接相邻相对小区可以采用邻频。

●通过计算最好覆盖小区和次好覆盖小区，得到可能的邻小区。

●相邻关系一般都要求是双向关系

相邻小区的BCCH和BSIC不能都相同

DTX

●上行DTX技术：

节省手机能耗，降低系统内干扰

●下行DTX技术：

降低基站功耗，减少系统内干扰，降低基站内互调

跳频

●射频跳频和基带跳频

●循环跳频和随机跳频

●频率分集和干扰分集

功率控制

静态功率控制：

基站从其功率等级对应的最大峰值功率能以2dB为步长向下调六个功率等级，网络运营者可选择基站的最大输出功率P（OUT）。

动态功率控制：

基站以P（OUT）为基准，以2dB为步长可向下调15个功率等级；手机以基站允许最大发射功率或手机最大发射功率P为基准，以2dB为步长可向下调至13dB。

2.8参数设计

GSM网络中，业务区划分为若干位置区，网络通过寻呼整个位置区的手机来寻找被叫手机。

位置区大小影响系统信令负荷。

华为公司一般按照每个位置区最大容纳300TRX计算。

规划时将用户特性接近的区域划分相同位置区，如城市和乡村。

位置区边界避免在用户密集区域如街道，环城公路等。

会引起大量的位置更新，加重系统负荷。

同一位置区里各小区的寻呼能力基本保持一致。

逻辑信道是在一个物理信道上经时间复用而得到的。

不同逻辑信道传送不同种类的信息。

它包括控制信道和业务信道。

按照数据流向，这些信道分上行信道和下行信道；按照使用方式，分一点对多点或点对点两种。

手机在空闲状态下一般使用一点对多点信道，在和网络连接时多使用点对点信道。

话音信道配置根据用户数、话务模型、服务等级计算得出。

如：

某基站覆盖范围内，预测用户总数2000，每用户忙时话务量0.025Erl，

总话务量50Erl，每小区约17Erl。

按呼损2％计算，查爱尔兰表每小区需要25个TCH。

信令信道分配包括公用控制信道和专用控制信道。

公用信道配置主要是分配寻呼信道和接入运行信道的数量。

接入允许信道优先级高于寻呼信道。

在寻呼信道不过载的情况下，尽量加快寻呼速度。

专用控制信道信令流量大，根据用户话务模型计算。

华为公司根据网络运行经验得出的一般配置原则：

每2个TRX配置一个SDCCH/8。

对于话务稀疏的单TRX小区，配置一个SDCCH/4。

网络识别参数：

LAC，CI，NCC，BCC。

系统控制参数：

IMSI结合分离允许，公共信道配置，接入允许保留块数，寻呼信道复帧数，周期位置时间，无线链路超时，网络色码允许，最大重发次数，扩展传输时隙数，接入禁止CBA，等待指示，小区信道描述。

小区选择参数：

小区重选磁滞（CRH），控制信道最大功率电平，最小接入电平，附加重选参数指示，小区重选参数指示，禁止限制CBQ，重选偏移量CRO，临时偏移量TO，惩罚时间PT。

网络功能参数

功率控制指示，非连续发射DTX，新建原因指示，呼叫重建，紧急呼叫允许，跳频允许，移动分配偏移量MAIO，跳频序列号HSN。

2.9文档制作

网络规划工作是长期性的工作，良好的文档体系对网络建设有重要意义。

最重要的文档包括：

网络规划报告

是对网络规划工作的记录，包括工程背景描述，容量规划，站址选择，覆盖规划和覆盖预测，频率规划，干扰分析，参数设计等。

工程参数总表

是对网络规划工作中影响工程建设的参数记录，包括基站名称和编号频率规划，BSIC，功率等级，基站经纬度，天线类型、高度、方位角、下倾角等。

工程设计文件

机房平面图，施工图等。