移动通信课程设计兰州理工大学西校区tdscdma移动系统网络规划大学论文.docx
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移动通信课程设计兰州理工大学西校区tdscdma移动系统网络规划大学论文
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实践教学
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兰州理工大学
计算机与通信学院
2010年秋季学期
移动通信课程设计
题目:
兰州理工大学西校区TD-SCDMA移动系统网络规划
专业班级:
07级通信工程（3）班
姓名:
学号:
指导教师:
成绩：
摘要
随着移动通信的发展，3G网络日趋成熟。
目前，具有中国自主知识产权的TD-SCDMA产业链已较为成熟，基本具备了规模组网的条件。
本课程设计首先介绍了TD-SCDMA通信技术的特点和发展历程，并对TD-SCDMA无线网络的规划思想作了说明；其次阐述了TD-SCDMA的关键技术和这些关键技术在网络中的应用；接着提出了兰州理工大学西校区的TD-SCDMA无线网络的的规划方法，从覆盖和容量、参数取定等方面进行了研究和设计。
关键字：
TD-SCDMA；网络规划；覆盖；容量
目录
前言-1-
第1章设计任务及要求-2-
1.1目的及意义-2-
1.2设计任务及主要技术指标和要求-2-
1.3内容和要求-2-
第2章TD-SCDMA移动通信系统-3-
2.1移动通信系统的发展历程-3-
2.2TD-SCDMA系统结构-3-
2.3TD-SCDMA的主要技术特点及优势-5-
第3章高校校区典型场景建设策略分析-8-
3.1场景的分类及业务需求特点-8-
3.2覆盖规划特点和容量规划特点-9-
第4章兰州理工大学西校区建设方案-11-
4.1建筑物情况-11-
4.2主要设计策略-11-
4.3具体设计方案-11-
参考文献-14-
总结-15-
前言
随着移动通信的飞速发展，传统的以话音和低速数据业务为主的第二代移动通信系统已不能完全满足人们的要求，而新兴的Email、手机电视、文件下载等数据和多媒体业务，将成为移动通信中不可或缺的业务组成。
因此，各大移动运营商都在积极建设第三代移动通信网络。
主流的3G标准有三种制式：
即CDMA2000、TD-SCDMA、WCDMA。
其中，TD-SCDMA作为我国具有自主知识产权的3G通信制式，是中国通信产业百年发展史上的重大突破，因而受到国家的重视和大力支持。
随着3G牌照的发放，规划和建设一个可管理和维护的TD-SCDMA网络，是一个重要的研究课题。
TDD模式是基于在无线信道时域里的周期地重复TDD帧结构实现的。
这个帧结构被再分为几个时隙。
在TDD模式下，可以方便地实现上/下行链路间地灵活切换。
这一模式的突出的优势是，在上/下行链路间的时隙分配可以被一个灵活的转换点改变，以满足不同的业务要求。
这样，运用TD-SCDMA这一技术，通过灵活地改变上/下行链路的转换点就可以实现所有3G对称和非对称业务。
合适的TD-SCDMA时域操作模式可自行解决所有对称和非对称业务以及任何混合业务的上/下链路资源分配的问题。
随着电信市场的深度竞争，移动通信运营商越来越关心网络覆盖深度和质量，高校校园是一个人员数量众多话务量较大的区域，话务量又具有规律性流动的特点。
随着IT技术的发展普及和电信资费标准的不断降低，校园区话务量提升明显，因此校园区成为3G数据业务的热点覆盖需求区域。
目前，具有中国自主知识产权的TD-SCDMA产业链已较为成熟，基本具备了规模组网的条件。
本课程设计首先介绍了TD-SCDMA通信技术的特点和发展历程，并对TD-SCDMA无线网络的规划思想作了说明；其次阐述了TD-SCDMA的关键技术和这些关键技术在网络中的应用；接着提出了兰州理工大学西校区的TD-SCDMA无线网络的的规划方法，从覆盖和容量、参数取定等方面进行了研究和设计。
第1章设计任务及要求
1.1目的及意义
随着3G移动通信技术日渐成熟，有关3G网络的部署、设计也逐步提上日程。
对于运营企业来说，一方面要部署多种无线设备，考虑覆盖等问题；另一方面，后期应用也对无线网络的优化提出了挑战。
在无线网络搭建之前的规划、与之后的优化和管理，是无线网络真正可用的润滑剂。
TD-SCDMA作为3G三大主流标准之一，它和传统的2G、2.5G网络有着显著不同，这种不同，除了表现在无线接入网络的设计上外，还表现在核心网络的设计、支撑系统的规划、业务平台的开发等诸多方面。
TD-SCDMA移动系统网络设计对移动通信的研究具有重要意义,其中考虑与话务量相关的网络覆盖是其中的重点和难点。
针对TD-SCDMA网络的设计要求,运用移动通信基本理论知识,分析网络需求。
该题目要求学生用相关的理论知识对兰州理工大学环境和用户情况加以分析，设计出基站的分布和资源的配置。
1.2设计任务及主要技术指标和要求
1、根据兰州理工大学西校区的无线传输环境设计单射频条件下的基站设置；
2、根据兰州理工大学西校区的忙时话务量情况，设计的无线接口的资源配置；
3、对设计的网络进行必要的优化；
4、建立设计基本样图；
5、完成设计说明书。
6、设计方式不限定，根据情况自己选择。
1.3内容和要求
1、查阅文献资料，一般在5篇以上；
2、分析题目要求，确定设计要素，建立设计模型；
3、认真、详细填写设计任务书中的各项内容。
4、完成课程设计说明书，不少于6000字。
第2章TD-SCDMA移动通信系统
2.1移动通信系统的发展历程
移动通信从产生到现在的历史并不长，然而其发展速度却超出了人们的预料。
尤其是最近十几年来，随着微电子技术、计算机和软件工程的发展，移动通信设备在质量、使用方便和可靠性等方面的发展日新月异。
纵观移动通信的发展历程，当代移动通信可分为四个阶段：
1、第一代移动通信以模拟调频、频分多址为主体技术，包括以蜂窝网系统为代表的公用移动通信系统、以集群系统为代表的专用移动通信系统以及无绳电话，主要向用户提供模拟话音业务。
2、第二代移动通信系统以数字传输、时分多址或码分多址为主体技术，简称数字移动通信，包括数字蜂窝系统、数字无绳电话系统和数字集群系统等，主要向用户提供数字话音业务和低速数据业务。
3、第三代（3G）移动通信以CDMA为主要技术，向用户提供2Mb/s到10Mb/s的多媒体业务。
4、超（后）三代（B3G）或第四代（4G）移动通信的研究和开发，采用OFDM和多天线等新技术，将向用户提供100Mb/s甚至1Gb/s的数据速率。
2.2TD-SCDMA系统结构
（一）TD-SCDMA系统的功能结构
图2-1TD-SCDMA系统的功能模块结构
TD-SCDMA系统的设计集FDMA、TDMA、CDMA和SDMA技术为一体，并考虑到当前中国和世界上大多数国家广泛采用GSM第二代移动通信的客观实际，它能够由GSM平滑过渡到3G系统。
TD-SCDMA系统的功能模块（见图2-1）主要包括：
用户终端设备（UE）、基站（BTS）、基站控制器（BSC）和核心网。
在建网初期，该系统的IP业务通过GPRS网关支持节点（GGSN）接入到X.25分组交换机，话音和ISDN业务仍使用原来GSM的移动交换机。
待基于全IP的3G核心网建成以后，将过渡到完全的TD-SCDMA第三代移动通信系统。
（二）TD-SCDMA系统的网络结构模型
TD-SCDMA系统结构完全遵循3GPP指定的UMTS（UniversalMobileTelecommunicationSystem）网络结构，可以分为UMTS地面无线接入网（UTRAN，UNTSTerrestrialRadioAccessNetwork）和核心网（CN，CoreNetwork）。
按照现有的3GPP的TD-SCDMALCR标准，其核心网，甚至业务平台与WCDMA都是相同的。
TD-SCDMA系统的网络结构与标准化组织3GPP指定的UMTS网络结构是一样的，按照功能可分为两个基本域，用户设备域（UserEquipmentDomain）和基本结构域（InfrastructureDomain）。
1、用户设备域
用户设备域由具有不同功能的各类设备组成，如双模GSM/UMTS用户终端、智能卡等。
其中，前者能够兼容一种或多种现有的接入（固定或无线）设备。
用户设备域可进一步分为移动设备域和用户业务识别单元域。
1）移动设备域
移动设备域主要完成无线传输和应用，其接口和功能与UMTS的接入层和核心网结构有关，而与用户无关。
2）用户业务识别单元域
用户业务识别单元用来安全地签订用户的身份。
这些功能一般存入智能卡。
它只与特定的用户有关，而与用户所使用的移动设备无关。
2、基本结构域
基本结构域可进一步分为接入网域和核心网域。
接入网域由与接入技术相关的功能模块组成，直接与用户相连接，而核心网域的功能与接入技术无关，两者通过开放接口连接。
从功能方面出发，核心网域又可以分为分组交换业务域和电路交换业务域，网络和终端可以只具有分组交换功能或电路交换功能，也可以同时具有两种功能。
1）接入网域
接入网域由一系列的物理实体来管理接入网资源，并向用户提供接入到核心网域的机制。
UMTS地面无线接入网（UTRAN）由无线网络子系统（RNS）组成，这些RNS通过Iu接口和核心网相连。
UMTS将支持各种接入方法，以便于用户利用各种固定和移动终端接入UMTS核心网和虚拟家庭环境（VHE，VirtualHomeEnvironment）业务。
此时，不同模式的移动终端对应不同的无线接入环境，用户则依靠用户业务识别单元接入相应的UMTS网络。
2）核心网域
核心网域包括支持网络特征和通信业务的物理实体，提供用户位置信息的管理，网络特性和业务的控制，信令和用户信息的传输机制等功能。
核心网域又可分为服务网域、原籍网域和传输网域。
服务网域与接入网域相连接，其功能是呼叫寻路和将用户数据与信息从源传输到目的。
它既和原籍网络联系以获得和用户有关的数据和业务，也和传输网域联系以获得与用户无关的数据和业务。
原籍网络管理用户永久的位置信息。
用户业务识别单元和原籍网络有关。
传输网络是服务网络和远端用户间的通信路径。
2.3TD-SCDMA的主要技术特点及优势
1、TD-SCDMA系统的主要技术性能
由于TD-SCDMA系统采用许多先进技术，保证了系统具有优良的性能和较强的竞争优势。
系统的主要技术性能指标如下：
1）工作频率：
2010~2025MHz（符合ITU和世界各国对3G/TDD的频率安排）；
2）载波带宽：
1.6MHz；
3）占用带宽：
5MHz（容纳三个载波，即1.6MHz×3）；
4）每载波码片速率：
1.28Mc/s；
5）扩频方式：
DS，SF=1/2/4/8/16；
6）调制方式：
QPSK；
7）帧结构：
超帧720ms，无线帧10ms；
8）子帧：
5ms；
9）时隙数：
7；
10）支持的业务种类：
高质量的话音通信、电路交换数据（与当前GSM网络9.6kb/s
兼容）、分组交换数据（9.6~384kb/s，以后达2Mb/s）、多媒体业务、短消息；
11）每载波支持对称业务容量：
★每时隙话音信道数：
16（8kb/s话音，双向信道，同时工作；也可用两个信道支持13kb/s话音）；
★每载波话音信道数：
16×3=48（对称业务）；
★频谱利用率：
25Erl/MHz（每载波支持非对称业务容量）；
12）每载波支持非对称业务容量：
★每时隙总传输速率：
281.6kb/s（数据业务）；
★每载波总传输速率：
1.97Mb/s；
★频谱利用率：
1.232Mb/s/Mhz；
13）基站覆盖范围：
★在人口密集市区：
3~5km（根据电波传输环境条件决定）；
★在城市郊区：
适当调整时隙结构可达到10~20km（与FDD制式相同）；
14）通信终端移动速度：
基于智能天线和联合检测的高性能数字信号处理技术，通过仿真，通信终端的移动速度可达到250km/h；
15）具有良好系统兼容性：
支持与GSM/MAP、CDMA/IS-41核心网连接；支持与GSM系统间的切换及漫游；具有与WCDMA（FDD或TDD）相同的高层信令及网络结构；支持核心网向全IP方向发展。
2、TD-SCDMA系统的主要技术特点
对系统性能起关键作用的主要技术有：
1）TDD双工方式；
2）智能天线技术；
3）联合检测技术；
4）接力切换技术；
5）同步CDMA技术；
同时，还采用低码片速率、时隙动态分配、可变扩频系数和自动功率控制等先进技术，保证TD-SCDMA系统具有突出的特点和良好的性能。
3、TD-SCDMA系统的突出的技术优势
TD-SCDMA在系统性能方面，具有许多突出的优点，主要有：
1）提供3G系统所要求8kb/s~2Mb/s的各种业务；
2）系统频谱利用率高、容量大，是GSM的10倍；与其他3G/FDD系统相比较，是WCDMA话音业务的8倍或数据业务的3倍，是cdma2000话音业务的4倍或数据业务的1.25倍；
3）同时支持多种业务，如话音、数据、图像、多媒体等对称和不对称业务。
尤其适用于上/下行不对称的数据传输，如当前迅速发展的IP业务等；
4）较好的解决码间干扰、用户间干扰、小区干扰和多径干扰问题，系统抗干扰能力强，特别适用于人口密集的大、中城市地区，覆盖半径约3~5km。
郊区使用覆盖半径约与FDD相同；
5）通信终端的移动速度可达250km/h；
6）采用TDD双工方式，上/下行链路工作于同一频带，对称的电波传输特性使智能天线的优良性能得以充分发挥；
7）低功耗，在同等传输距离条件下，发射功率最小，符合国家环保要求；
8）组网灵活，按用户实际需要和容量大小，提供各种类型基站；
★单扇区，单载波基站：
即最简单的基站，支持1.6MHz的单载波，提供一个全向或扇区覆盖；
★单扇区，3载波基站：
支持3个1.6MHz载波，用5MHz的带宽提供全向或单扇区覆盖；
★3扇区，3载波基站：
这是最大容量的基站，使用3个120°扇区天线，在每扇区提供3个1.6MHz载波，占用5MHz带宽，可供上万个手持机使用；
9）具有良好的系统兼容性，符合我国及大多数国家的实际国情。
支持与GSM/MAP、CDMA/IS-41核心网的连接；具有与WCDMA（FDD或TDD）相同的高层信令及网络结构；支持核心网向全IP方向发展。
能从现有的GSM网络平滑过渡到3G系统，可充分利用现有的GDM网络，保护运营商和广大用户现有的投资和利益。
第3章高校校区典型场景建设策略分析
3.1场景的分类及业务需求特点
1、场景的分类
大学校园作为培养高素质人才的摇篮，在信息化的社会环境下，大学生们对于通信中语音业务的需求不断增长，而作为新兴人群的大学生们对于新事物的探知欲是很强的，因此对于数据业务的需求正在与日俱增。
从2G开始，中国移动就已将校园作为一个“数据黄金增长点”，而TD网络的一个重要覆盖目的便是满足不断增长的无线数据业务，校园也自然成为了特别关注的地点。
大学校园一般存在多种功能性建筑物，比如教学科研楼、行政楼、图书馆、宿舍楼、餐厅以及操场等。
一般校园内的用户数目总量较为固定，但用户行为在不同的建筑内具有各不相同的特点。
从区域上看，大学校园主要分为几大覆盖场景：
宿舍，教学楼（包括实验室等），以及校园区域。
校园按照建筑功能可以细分为：
教学楼、实验楼、食堂、图书馆、大礼堂、体育馆、宿舍楼。
此区域一般是校园话务量最为集中的区域，同时由于校园内部的作息时间，话务忙时具有规律性变化特点。
2、业务需求特点
大学校园内人数较多且集中，综合性大学校园内教师和学生总数较大，但总量变化不大。
校园内人员流动的规律性带来话务的规律性变化，总体来说人员变化普遍趋势如下：
1）每年有新生入校和毕业生离校，人数基本持平；
2）每天离开学校和进入学校的人员基本持平；
3）周一至周五校内人员较多而周末较少；
4）寒暑假校内人员较少；
5）9月因新生入校人数增多，漫游数目较大；
6）5-7月因毕业生陆续离校，人员总数减少。
根据校园内内不同楼宇具有的不同功能，人流量、话务量、业务需求各不同（如表1所示）。
学校的主要用户包括学生、教师和其他人口，其中占最大数量比例的是学生这一群体，因此，主要以学生群体的业务行为来分析其话务特点。
学生的主要活动区域可按白天和晚上划分为教学区、宿舍区和其他区域（包括校园内、餐厅、操场等）。
以上述分析为基础，得出高校区的业务需求。
大学内基本所有学生都住宿，宿舍区夜间的话务量相当高。
周一至周五白天，人员集中在教学楼和实验楼。
早中晚饭时间，人员主要集中在食堂。
由于图书馆内场馆限制，一般话务量较小。
宿舍话务量基本可以作为整个校园话务容量的衡量标准。
表3-1楼宇类型与业务特点
序号
楼宇类型
人流量
话务量
1
教学楼
较大
一般
2
宿舍楼
较大
较大
3
实验楼
较少
较少
4
食堂
较大
一般
5
图书馆
一般
一般
6
体育馆
一般
较少
3.2覆盖规划特点和容量规划特点
1、覆盖规划特点
通过实地勘察并结合地图，一般来说，大学的楼群分界线明显，建筑物的高度大约在20-30m，根据建筑物平均密度特征，可以认为其符合一般城区的特征。
区域内存在大量教学楼、宿舍楼等建筑群；区域内话务量密集、用户移动速度不高、话务量要求较高。
采用3扇区，3载波的大容量的基站，使用3个120°扇区天线，在每扇区提供3个1.6MHz载波，占用5MHz带宽，可供上万个手持机使用
2、容量规划特点
业务模型建立后，对话务需求进行具体考虑：
考虑到学生在白天、晚上的行动规律，取定各时间段人口分布比例如下；基于总TD用户数和用户分布比例，得到各区域用户；同时依据容量计算公式，得到校区各区域所需要的小区容量；根据业务预测结果和覆盖场景的特点，采取相应的TD网络建设策略。
高校区域内存在大量公寓楼、教学楼等建筑群；区域内话务量密集、用户移动速度不高、话务量要求较高。
高校区域内有明显的话务特征，一是话务量迁移的问题，如白天话务量主要发生在教学楼，晚上话务量主要在宿舍；二是话务量集中，学生的话务基本集中在18点以后，特别是21点到24点是其通话的高峰阶段；三是学生通话时间较长。
根据校园内不同楼宇不同时段突发话务量的特点，在楼宇间话务量较小时段，为了充分吸收校园内其它区域话务量，可以采用共小区RRU技术，将多个楼宇和室外广场或不同功能的楼宇组成一个扇区。
例如将宿舍楼同食堂、教学楼和实验楼等其它楼宇或校园内室外覆盖区域组共扇区，可以更有效的利用无线设备资源。
容量估算方法：
设通信网中每一用户每天平均呼叫次数为C（次/天），每次呼叫的平均占用信道时间为T（秒/次），集中系数为k，则每用户的忙时话务量为
（3-1）
例如，C=3（次/天），T=120（秒/次），k=10%，则用上式可算得a=0.01（爱尔兰/用户）。
国外资料表明，公用移动通信网可按a=0.01设计，专业移动通信网可按a=0.05设计。
由于电话使用的习惯不同，国内的用户忙时话务量一般会超过上述数据不少，建议公用移动通信网按a=0.02~0.03设计，专业移动通信网按a=0.08设计。
在用户的忙时话务量a确定之后，每个信道所能容纳的用户数m就不难计算：
（3-2）
全网的用户数为m·n。
第4章兰州理工大学西校区建设方案
4.1建筑物情况
兰州理工大学西校区位于兰州市七里河区，整个校区占地面积1286亩。
主要楼层情况：
建筑层高5至7层。
3G建设情况：
目前还没有3G站点。
根据对学校的勘察情况，目前已建校区主要分为3个区域，即西门的教学区和南、北村两个宿舍区。
教学区域中已经建设完成的共有4栋教学楼，2栋实验楼。
南村宿舍区位于校园的西南方向，共9栋宿舍楼，还有大西洋餐厅。
北村宿舍位于校园的东北方向，共8栋宿舍楼、图书馆、大学生活动中心、体育馆、小餐馆。
图4-1兰州理工大学西校区建筑分布图
4.2主要设计策略
业务质量指标设计要求：
覆盖区内无线可通率：
移动台在无线覆盖区内90%的位置，99%的时间可接入网络。
无线信道呼损：
根据集团要求无线信道呼损市区不高于2%。
4.3具体设计方案
1、覆盖方案
根据校园内三大区域（西部教学区、南村宿舍区、北村宿舍区）主要建筑类型，主要设计建设方案为：
整个校区占地面积为1286亩，约为857338平方米，由于校区比较集中，将整个校区近似为一个圆，算得半径约为520m，近似认为校园东西、南北长都为520m。
将基站建在南村大西洋楼上（B点），采用3副120°定向天线进行覆盖（见图4-2）。
图4-2设计覆盖示意图
楼高近似为22米，天线架高5米，天线高2米。
arctan520/29≈86.2°，即天线倾角为3.8°。
2、容量方案
为了对现有校园分布系统小区进行容量规划，校园用户数目需要尽量准确。
。
教学区域中已经建设完成的共有4栋教学楼，2栋实验楼，假设同时上课的人共有5000人，由于上课时段话务量较小，设忙时话务量a=0.006。
南村宿舍区位于校园的西南方向，共9栋宿舍楼，还有大西洋餐厅,总人数约10000人；北村宿舍位于校园的东北方向，共8栋宿舍楼、图书馆、大学生活动中心、体育馆、小餐馆，总人数约9000人；由于宿舍人流量大，话务量较大，设忙时话务量a=0.012。
每载波对称业务话音信道数为48，在呼损率为2%三个区域的人数、话务量、信道数计算如表4-1：
表4-1容量分配方案
区域
人数
话务量
信道数
载波
教学区
5000
0.006
30
1
南村宿舍区
10000
0.012
120
3
北村宿舍区
9000
0.012
108
3
根据上述业务预测和理论计算结果，我们实际采取相应的TD网络容量规划设计策略详细如下：
教学区域中已经建设完成的共有4栋教学楼，2栋实验楼。
根据之前的话务需求分析，忙时需要30个信道，每载波对称业务信道数为48个，共需配置1个载波。
南村宿舍区位于校园的西南方向，共9栋宿舍楼，还有大西洋餐厅。
根据之前的话务需求分析，忙时需要120个信道，每载波对称业务信道数为48个，共需配置3个载波。
北村宿舍位于校园的东北方向，共8栋宿舍楼、图书馆、大学生活动中心、体育馆、小餐馆，根据之前的话务需求分析，忙时需要108个信道，没载波对称业务信道数为48个，共需配置3个载波。
以上设计满足容量需求。
参考文献
【1】覃团发；姚海涛；覃远年；陈海强著《移动通信》.重庆大学出版社；
【2】Gordon.Stuber著《移动通信原理》.电子工业出版社；
【3】沈振元；聂志泉；赵雪符著《通信系统原理》.西安电子科技出版社；
【4】邱玲；朱近康；孙葆根；张磊著《第三代移动通信系统》.人民邮电出版社；
【5】郭梯云；邬国扬；李建东著《移动通信系统（第三版）》.西安电子科技大学出版社；
【6】陈萍等著《现代通信实验系统的计算机仿真》.国防工业出版社。
【7】李世鹤著《TD-SCDMA第三代移动通信系统标准》.人民邮电出版社
【8】彭木根著《TD-SCDMA第三代移动通信系统》.机械工业出版社
【9】朱东熙；罗建迪著《TD-
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