网络通信华为培训第章WCDMA系统无线网络规划.docx

1、网络通信华为培训第章WCDMA系统无线网络规划第7章 WCDMA系统无线网络规划7.1 概述随着第三代移动通信技术的兴起，UMTS网络的建立将带来一场深刻的革命，这对网络规划也提出了更高的要求。目前，引起了公众对这一新技术的极大兴趣。第三代移动通信网络的建设正方兴未艾。这一全新的移动通信技术与传统的GSM网络规划有着本质的不同。在全球范围内，人们正紧锣密鼓地开发和研制新的规划工具和计算方法，设计新的工作流程。UMTS同GSM网络规划的比拟：1. GSM网络规划GSM网络规划基于基站的传播分析。根据基站的发射功率和天线配置，计算其覆盖区域。通常只对下行链路进行计算，因为GSM技术不考虑上行链路的

2、情况。下一步是由网络规划工程师分析所需的小区容量。根据计算得到的小区面积，就可借助电子地图估算各个小区的业务量，再通过话务量模型如Erlang-B或Erlang-C)算出所需的信道数目。接下来就是给基站分配频率，要做到相同的频率只能在具有足够间距的小区内重复使用，以免产生干扰。如果将来网络必须扩容，网络规划工程师只需给相应的小区分配新的信道。只要在总体频率规划中还有适宜的频率，并且扩容量不超出基站的最大容量，就没有必要对网络作其它改动。否那么，就必须增加新的基站或扇区，还要重新进行频率计算和信道分配。2. UMTS网络规划UMTS网规相对GSM网规来说，具有以下一些主要不同点：小区呼吸：CDM

3、A网络与GSM网络完全不同。由于不再把信道和用户分开考虑，也就没有了传统的覆盖和容量之间的区别。一个小区的业务量越大，小区面积就越小。因为在CDMA 网络中，业务量增多就意味着干扰的增大。这种小区面积动态变化的效应称为“小区呼吸。可以通过下面这个形象的例子加以说明。在一次朋友的生日派对上，来了许多客人。同时讲话的人愈多，就愈难清对话方的声音。如果开始是您还能同位于房间另一头的熟人进行交谈，那么当房间内的嘈杂声到达一定程度后，您就根本无法听明白对方的话。这说明谈话区的“小区半径缩小了。UMTS网络规划工程师面对的是一个动态变化的网络。在规划UMTS网络时，首先必须考虑网络的扩容性。网络规划工程师

4、不可能象规划GSM网络那样，简单地给相关的小区增配频率。网络规划初期就必须考虑一个确定的信号余量，在计算小区面积时作为因业务量增多而产生干扰的“补偿。这说明，从一开始，就需要用较小的小区或者更多的基站建网，这也意外着投资本钱的提高。如果业务量信号余量定得太小，那就只有一条出路，即建造更多的基站。网络规划工程师必须注意到上述问题，因为单一地提高发射功率并不能消除因业务量增多而引起的接受信号的恶化。发射功率的提高只能改善某一小区的接受信号，其付出的代价是增加了对所有相邻小区的干扰，从而影响了整个网络的通信质量。提高发射功率不能无限期地扩大CDMA小区的有效范围或容量对CDMA网络来说两者是同义词。

5、当UMTS网的发射功率提高一倍时，小区的容量只增加百分之十。发射功率的提高虽然增大了小区的有效范围，但是为满足远程 用户的需要，必须超比例地增加发射功率，这必然影响到其他 用户的通话质量。我们回到上述派对的例子，您可以通过提高嗓音同位于房间另一头的熟人继续交谈下去，而其他客人为了听清对方的声音也必须同时大声说话。这样一来，整个房间只能淹没在一片嘈杂声中。发射功率和小区容量之间的对应关系是渐近式的。UMTS网络规划工程师必须减少网络的满载率，因为UMTS小区的负载很容易到达饱和。具体参数取决于各种不同的业务，当然也与网络运营商愿意承当的风险有关。一般来说，设计网络时满载因子预设为百分之六十。在此

6、，“小区呼吸效应得到了应用。相邻小区之间可以相互补偿负载容量，人们称之为软负荷。由于本钱原因，不能大规模地增加网络的容量。对数据传输量很高的UMTS业务所作的数学论证说明，效劳小区从相邻小区借用负载容量的概率随数据传输量的增大而增加。这是一个令人满意的结果。远近效应问题：CDMA网络的另一典型问题是所谓的远近效应问题。因为同一小区的所有用户分享相同的频率，所以对整个系统来说，每个用户都以最小的功率发射信号显得极其重要。我们还是举上述派对的例子，房间里只要有一个人高声叫嚷，就会阻碍所有其他在座客人的交流。在CDMA网络中，可以通过调整功率来解决这一问题。例如UMTS网络使用的是一个闭环控制电路，

7、其频率为1500HZ。而GSM网络用于调整功率的控制电路频率为2HZ，并且只针对上行链路。这种所谓的快速功率控制机制已经在UMTS硬件得到了实现。尽管如此，网络规划工程师还会遇到这一问题的另一种情况。当某一用户远离基站时，必须得到很大一局部发射功率，以至供应其他用户的功率发生紧缺。这意味着小区容量与用户的实际分布情况有关。当用户密度很大时，可以用统计平均值解决这个问题；而当用户数量很小时，那么必须通过模拟方法对网络进行动态分析。上行链路和下行链路：UMTS网络的业务量是非对称的，也就是说网络上行链路和下行链路的数据传输量有所不同。网络规划工程师首先必须分别计算两个方向的值，然后把两者适当地结合

8、起来。这样，网络规划工作就会非常复杂。上行链路是UMTS小区有效范围一个典型的限制因素，或者说上行链路是受覆盖范围限制的coverage limited ；而下行链路是受容量限制的capacity limited)。在上行链路发射功率由用户 提供；而在下行链路发射功率由基站供应。在已经建立的CDMA网络中也会出现前面所述的一些问题。对UMTS网络来说，其复杂程度更高。UMTS网络能同时满足对通信质量和业务量具有不同要求的各种业务，包括简单的话音业务和传输率达2Mbps的分组数据业务。综合业务：实际上，UMTS网络必须同时满足各种不同业务的需求。所以，网络规划工程师要综合考虑各种业务。对通信质量

9、要求不高的业务，UMTS小区有着较大的覆盖范围；反之，对一些通信质量要求很高的业务，其小区覆盖范围就很小。这样，网络规划工程师在实际工作中不可能只考虑单一的UMTS小区半径，因为不同的业务对应于不同的小区半径。如果把最小小区半径，也就是说把通信质量要求最高的业务作为网络规划的标准，那么建网本钱是极其昂贵的，也是不现实的。未来的UMTS网络规划工程师中级业务的小区半径着手，这样，小区实际有效范围只能局部满足高级业务的需求。目前，各大网络规划软件公司已经着手开发和研制针对这种新的UMTS网络综合业务的有效算法。其它不同之处：UMTS网络与GSM网络相比，还有其它一系列不同之处。GSM网络用分区的方

10、法解决容量问题。当一个小区的业务量过大时，该小区将分成多个扇区，并增加相应的天线。这种方法虽然也可用于UMTS网络，但效果不大。一方面，小区覆盖范围的改变会导致前面所述的远近效应问题；另一方面，相互重叠的扇区因为使用同一频率而彼此产生干扰。UMTS网络中天线的下倾角机械或电子的起到了很重要的作用。它能减少相邻小区的干扰，并能隐含扩大小区的容量。在实际应用中，可选择下倾角大而带来的缺乏。在WCDMA系统中，多径传播已不再成为消极因素，而是理想的结果。因为接收机能将时延至少为1Chip (UMTS网络数据传输率为3.84Mbps,即1Chip=0.26微秒，相当于78米的信号组合成有效信号。此外，

11、UMTS网络还使用所谓的软切换。在这种情况下，一个 用户可以同时分派给多个基站。这种方式解决了网络信号的波动，但加大了网络的业务量，因为每个软传统的Erlang模型已不再适用。与第二代传统的CDMA网络相比，UMTS网络有许多不同之处。尤其值得一提的是，UMTS网络能异步运行，这就导致了传输信道的“非正交性。让我们再回到前面派对的例子，即使理论上能作完满的安排，一确定谁在什么时间才能发言，但实际上这中理想的目标是不能到达的，因为所有客人的手表是不可能精确到同步的。通过上面的分析，可以清楚地看到，UMTS网络规划与当前的移动通信网络规划相比，其代价要大得多。UMTS网络规划是极其复杂的，因为许许

12、多多的系统参数紧密相关，必须同时计算。而当前的移动通信网络规划那么把这些参数分开计算。7.2 3G网络规划流程与第二代移动通信相比，第三代系统网络，引入大量各种比特大量业务，预测不同业务的模型是困难的。对于无线网络规划，包括在各种情况下，计算链路预算、容量和小区基站数目，同时要对基站覆盖进行预测，参数进行规划。除此之外，还需要整个网络进行筹划，计算基站中信道单元的数目、传输线路容量、基站控制器、交换机等其他单元的数目。在规划中，需引入性能测量，如掉话率和闭塞等指标，衡量网络性能。在小区中均匀覆盖区域提供高比特业务，在小区边缘提供低比特业务。覆盖区域设计成连续覆盖，也可以是热点地区覆盖。不同业务

13、，不同实施策略，需要进行仔细估计。无线网络规划可以分成几个阶段，准备阶段：(1) 确定覆盖目标(2) 确定容量目标(3) 确定覆盖策略估算预测阶段(4) 小区业务量估计(5) 小区容量估计(6) 覆盖范围预测(7) 容量与链路计算规划调整阶段(8) 无线覆盖优化调整(9) 控制信道功率规划(10) 导频规划(11) 软切换参数规划(12) PN偏移切换经过一系列工作，得到无线网络环境特性、确定控制信道分配、规划切换参数后，可以进行详细覆盖分析。小区内干扰与总干扰之比，对于某小区而言是唯一的。在规划的过程中，不断对网络进行分析，并对干扰比例因子进行评估，在用这些因子来预测不同小区的覆盖。重复进行

14、这迭代过程，直至到达收敛。用规划工具来使过程自动化，同时可以检测覆盖中的缝隙。通常情况下，3G网络业务是不均匀的，带来的问题是使性能下降。一方面，业务密集区域干扰增加，使质量变差。另一方面，质量可能过剩，造成浪费。系统效率可以通过自适应控制小区半径、天线方向和上行链路接收功率门限得到改善。小区半径通过调节导频功率来控制。考察到SIR高于所需的值，小区半径可以扩大，反之，小区半径就减少。分别改变增加或减少上行链路所需接收功率门限可以平衡上下行链路的小区半径。 7.3 3G无线网络天线7.3.1 引言3G系统包括WCDMA和cdma2000作为新一代移动通信系统，多址方式发生变化，变TDMA/FD

15、MA为CDMA/FDMA方式，但就无线信号而言，仍然面临有效利用频率资源，减少网络干扰，最大效率完成电波信号的转化。基站天线是用户终端与基站控制设备间通信系统的桥梁，广泛应用于蜂窝移动通信系统中。通信技术的开展必将带动天线概念的开展。在七十年代的移动通信系统中，由于用户少，较少的载频和少量的基站即可覆盖一个城市的移动通信需求，采用了全向天线或角形反射器天线。随着经济开展，移动终端需求量的急剧增加，旧的基站已不能满足需求，尤其数字蜂窝技术的开展，基站配置需要新型天线，以改善市区的多路径衰落、区域分配和多信道网络组织。平板式天线由于其剖面低、结构轻巧、便于安装、电性能优越等优点被广泛应用于2G 数

16、字蜂窝系统。在80年代中期至90年代中后期，大多采用单极化(VP)天线，而一个扇区需用3副天线，一个小区通常划分为三个扇区，因此一个小区要用9副天线，天线数目太多给基站建设、安装带来困难，安装费用居高不下，有的站点根本无法安装分集接收天线，即使安装了也无法得到最正确分集接收增益。因此，双极化天线技术应运而生。3G阶段，随着无线技术的改变，信号检测方式的改变，蜂窝网络必须调整和优化，需要更新型的基站天线满足这一要求，如自适应控制天线、智能化天线。7.3.2 3G网络结构3G系统是一种宽带CDMA系统，其网络组织，继承窄带CDMA的特点，由于采用码分多址方式，频率复用不是一个重要的方面，网络干扰来

17、自自身系统，与同一时间通话用户数量有关。在城市市区，一般配置三扇区站型，在郊区、县城和公路，根据需要配置三扇区站型或全向站，交通干线覆盖一般配置为两扇区站型，如图7-1所示。图7-1 3G网络结构图对于3GWCDMA，单载频提供信道由OVSF码与扰码共同决定，容量比拟大。工程设计时应根据实际话务分布需求，合理设置载频数量及合理配置各基站的话务信道数。实施多载频时无线网的设计应注意以下问题：(1) 要优化硬切换，以减少发生掉话的危险。(2) 防止多载波基站孤立，应在一群小区中实施多载波以减少硬切换。(3) 防止使高话务小区成为硬切换发生的边界小区。7.3.3 3G无线网络典型天线3G典型天线的选

18、择需考虑几个方面，基站天线的选择应依据以下原那么：(1) 根据基站扇区数量、话务密度、覆盖要求合理选择定向天线的半功率角及增益。(2) 为节省天线位置，宜采用双工器。(3) 在城市密集区，宜采用双极化天线。天线指向调整和2G工程应用相同，在实际工程中,可以根据话务分布情况和通信质量要求对定向天线的主瓣方向、下倾角进行适当的调整。天线隔离度在工程中需注意，天线的安装要满足水平与垂直隔离度的要求，以防止干扰。天线挂高取决于覆盖要求，施工时应根据覆盖、干扰、隔离度及远期开展发求合理设置天线挂高。3G网络用的天线与2G 类似，天线根本要求如下：定向天线增益：13-16dBd全向天线增益：9-10dBd

19、定向天线半功率角：60-65度，或者90度全向天线不圆度：+/-1dB驻波比：500W天线分集方式，或者采用空间分集，或者极化分集接收为标准配置。7.3.4 3G智能天线1. 智能天线原理智能天线采用空分复用SDMA方式，利用信号在传播路径方向上的差异，将时延扩散、瑞利衰落、多径、信道干扰的影响降低，将同频率、同时隙信号区别开来，和其他复用技术相结合，最大限度地有效利用频谱资源。基站智能天线是一种有多个天线单元组成的阵列天线，通过调节各单元信号的加权幅度和相位，改变阵列的方向图，从而抑制干扰，提高信噪比，它可以自动测出用户方向，将波束指向用户，实现波束跟用户走。图7-1 智能天线方框图智能天线

20、是天线阵列，图7-2表示方框图，图中可以看出，由N个天线单元组成，每个天线单元有对应加权器，共有M组加权器，可以形成M个方向的波束，M表示用户数，其可以大于天线单元数，天线阵的尺寸和天线元的数目决定最大增益和最小波束宽度，意味在天线阵的尺寸和天线增益，及天线侧瓣性能两者之间要取得平衡。智能天线通过调节从每一个天线收到的信号的相位与幅度，结合使得形成所需要的波束，此过程称为波束形成。可以形成各种波束-扫描波束、多波束、成型波束、及有受控零位的波束。根据方向图分成两种类：自适应方向图智能天线和固定形状方向图智能天线。智能天线关键技术是识别信号到达方向以及数字成型的实现，识别信号到达方向AOAANG

21、LE OF ARRIVAL的算法有：MUSIC算法、ESPRIT算法、最大似然算法等。数字成型实现就是选取最正确加权系数，获得最正确波束。自适应算法首先确定准那么，常用有最大似然、最大信噪比SINR、最小均方误差MMSE、最小方差，具体产品选择其中一种，图7-3表示形成波束智能天线框图。 图7-2 波束成型智能天线原理示意图2. 智能天线在3G中应用智能天线在2G网络中的成功应用，说明智能天线对于抑制干扰有明显改善作用，3G标准指出智能天线应用要求，改善网络容量与性能，技术上考虑“聚集波束、“自适应波束形成以及“波束切换。“聚集波束用在特定地理区域，增加覆盖面或容量。这种波束不与某个用户关联，

22、不会追踪覆盖面内移动用户，增加链路范围聚集波束，使移动用户减少发射功率，从而增加容量。如移动用户进入传播摔耗较大区域，聚集波束指向移动用户，并保持。当用户进入覆盖好区域，不再需要聚集波束，用户回到公用导频信道控制之下。“自适应波束形成用在下行方向，可以改良单个用户和一组用户琏路预算，增强系统性能。在恶劣传播条件下，相小区覆盖边沿、地下室，延伸对用户覆盖，改善链路范围。“波束切换系统 在几个窄波束之间交换用户，其效果是形成窄扇区，而无切换损耗。由于3G系统容量随扇区数目的增加而增加，四个30度波束覆盖代替一个120度波束覆盖，带来24倍容量增加。用户在波束之间被转换，不需专门辅助信道。3G中对智

23、能天线的应用是灵活的，可以有多种选择，波束切换型智能天线是初始阶段的选择。对于网络规划而言，选用智能天线，相对不用智能天线，减少网络外部引入干扰同频干扰、邻频干扰、其他系统干扰，也减少网络自身干扰，改善的数量级取决于波束的数量，提高网络的容量。7.4 3G 切换规划7.4.1 概述当移动台慢慢走出原先的效劳小区，将要进入另一个效劳小区时，原基站与移动台之间的链路将由新基站与移动台之间的链路来取代，这就是切换的含义。切换是移动性管理的内容，在3G中主要由RRC层协议负责完成此项功能。1. 协议状态UE的状态可以分成两个大类：IDLE状态和CONNECTED状态。IDLE状态可以分成：UTRAN

24、IDLE，GPRS IDLE，GSM IDLE；同样有三个系统的CONNECTED状态。在UTRAN CONNECTED状态里，又细分成：URA-PCH，CELL-PCH，CELL-FACH，CELL-DCH四种状态。切换从广义上讲是UE处于CONNECTED状态下从一个通信连接转移到另一个通信连接的过程。在本文，如果不加说明，指的是UE处于CELL-DCH状态的切换。2. 切换分类切换的种类按照MS与网络之间连接建立释放的情况可以分为：更软切换，软切换，硬切换。软切换指当移动台开始与一个新的基站联系时，并不立即中断与原来基站之间的通信。软切换仅仅能运用于具有相同频率的 CDMA信道之间。软切

25、换和更软切换的区别在于：更软切换发生在同一NODEB里，分集信号在NODEB做最大增益比合并。而软切换发生在两个NODEB之间，分集信号在RNC做选择合并。硬切换包括同频，异频和异系统间切换三种情况。 要注意的是：软切换是同频之间的切换，但同频之间的切换不都是软切换。 如果目标小区与原小区同频，但是属于不同RNC，而且RNC之间不存在Iur接口，就会发生同频硬切换，另外同一小区内部码字切换也是硬切换。异系统硬切换包括FDD mode和TDD mode之间的切换，在R99里 ，还包括WCDMA系统和GSM系统间的切换，在R2000里，还包括WCDMA和cdma2000之间的切换。异频硬切换和异系

26、统硬切换需要启动压缩模式进行异频测量和异系统测量。切换的种类按照切换的目的可以分为边缘切换，质量差紧急迫换，快速电平下降紧急迫换，干扰切换，速度敏感性切换，负荷切换，分层分级切换等。切换典型过程：测量控制测量报告切换判决切换执行新的测量控制。 在测量控制阶段，网络通过发送测量控制消息告诉UE进行测量的参数。在测量报告阶段，UE给网络发送测量报告消息。在切换判决阶段，网络根据测量报告做出切换的判断。在切换执行阶段，UE和网络走信令流程，并根据信令做出响应动作。7.4.2 测量过程在WCDMA系统中，测量可分为同频测量、异频测量、系统间测量、业务量测量和UE内部测量。UTRAN的不同功能或过程，如

27、小区重选，切换，功控等可能会使用相同类型的测量。UE必须可以支持多个测量同时进行，但每个测量是单独控制和报告的。在UE中，将测量小区分为三类：激活集中的小区：这些小区与UE同时进行通信，在UE处被同时解调和相关合并，就是软切换和更软切换中与UE同时通信的小区。监视集中的小区：除了激活集外，UE需要监测的邻区。检测集中的小区：UE检测到的所有小区。在IDLE模式UE根据BCCH上的系统消息块类型11里包含的测量控制信息来执行测量。在CELL-FACH，CELL-PCH，URA-PCH状态下，UE根据BCCH上的系统消息块类型12里包含的测量控制信息来执行测量，在CELL-DCH状态下，UE根据

28、UTRAN下发测量控制消息来执行测量。测量结果会经过两次平滑性处理，第一次处理在物理层，目的是滤除快衰落的影响，然后物理层向高层上报测量结果，第二次是在事件评估前由高层对物理层报上来的测量结果进行处理，根据时间远近确定滤波器的系数，对测量结果进行加权平均处理。1. UE的测量P-CCPCH RSCP 接收信号码功率， 就是测量到的来自TDD小区的P-CCPCH上一个码道上的接收功率。 RSCP的参考点是UE处的天线连接器。SIR信噪比，定义为：(RSCP/ISCP)(SF/2)。SIR的测量应当在无线链路合并之后的DPCCH上进行。SIR的参考点是UE处的天线连接器。其中：RSCP = 接收信

29、号每码道上的功率Received Signal Code Power，一个码道上导频比特的接收功率。ISCP = 干扰信号每码道上的功率Interference Signal Code Power， 在导频比特上测量的接收信号上的干扰。测量中只包括干扰的非正交局部。SF=扩频因子Spreading Factor。P-CPICH RSCP接收信号码功率，P-CPICH上测得的一个码道上的功率。RSCP的参考点是UE处的天线连接器。如果P-CPICH 采用发射分集，那么来自每根天线的接收码功率应分别测量，再进行相加，成为P-CPICH上的整个接收码功率。UTRA 载波 RSSI接收信号强度指示Re

30、ceived Signal Strength Indicator, RSSI，相对信道宽度内的宽带接收功率。测量在UTRAN的下行载波上进行。RSSI的参考点是UE处的天线连接器。GSM 载波 RSSI接收信号强度指示Received Signal Strength Indicator，RSSI, 相对信道宽度内的宽带接收功率。测量在GSM的BCCH载波上进行。RSSI的参考点是UE处的天线连接器。CPICH Ec/No接收到的每个码片的能量与频带内噪声功率密度之比。Ec/No 同RSCP/RSSI是一样的。测量在根本CPICH上进行。 Ec/No 的参考点是UE处的天线连接器。如果根本CPI

31、CH采用发射分集，那么来自每根天线的每码片接收功率(Ec)要分别测量，并且在计算Ec/No 之前，将根本CPICH上的每码片能量加起来才能得到Ec。传输信道的BLER传输信道块过失率(Block Error Rate，BLER)的估计。BLER的 估计基于无线链路合并后计算每个传输块的CRC。只有包括CRC的传输信道要求BLER的估计。在连接模式下，在任何传输信道中都可以测量 BLER。在空闲模式下，如果要求测量BLER，应当测量传输信道PCH上的BLER。UE 发射功率一个载波上整个UE的发射功率。UE发射功率的参考点应为UE的天线连接器处。在UE中，除上述测量项以外，还要进行时间与时序方面

32、的测量，限于篇幅，就不在此描述了。2. RNC的测量RSSI接收信号强度指示Received Signal Strength Indicator， 指在UTRAN的接入点处，在UTRAN上行载波信道带宽的范围内的宽带接收功率。RSSI测量的参考点是在天线连接器SIR信噪比，定义为：(RSCP/ISCP)SF. 测量应当在NodeB上经过无线链路合并之后的DPCCH上进行。在压缩模式下，发送间隙时不应测量SIR。SIR测量的参考点在天线连接器。其中：RSCP =接收信号每码道上的功率 Received Signal Code Power，一个码上的接收功率。ISCP = 干扰信号每码道上的功率In