第三代3G移动通信中的网络规划

第三代（3G）移动通信中的网络规划内容提要3G的基本要求与主要实现体制简介3G网络规划的基本要求与实现方法以兼容为主的WCDMA网络规划以革新为主的多层次/重迭式立体网络规划一、３Ｇ的基本要求与主要实现体制简介1.1３Ｇ的基本要求１９８５年欧洲首先提出ＦＰＬＭＴＳ（FuturepubliclandMobileTelecommunications）1996正式更名为ＩＭＴ－２０００．ＩＭＴ－２０００的目标包括：全球同一频段，统一标准，无缝隙覆盖，全球漫游；提供多媒体业务；－车载环境：１４４kb/s－步行环境：３８４kb/s－室内环境：２Mb/s高服务质量，达到接近于固有网有线通信服务质量；高频谱利用率，达到二代（２Ｇ）容量的三倍以上；易于从二代（２Ｇ）过渡与演变高保密性能与安全性能（最突出的，比２Ｇ严格多）３Ｇ使用频段（上行：１９２０－１９８０）（下行：２１１０－２１７０）８００９００１０００１７００１８００１９００２０００２１００２２００２５００２６００２７００ＩＭＴＩＭＴＩＭＴＩＭＴＩＭＴ1.23G的主要实现体制ＩＴＵ－Ｒ／ＴＧ８－１组于１９９９年１１月通过的ＩＭＴ－２０００五类无线接口规范如下：ＩＭＴ－２０００ＣＤＭＡＤＳ：含ＷＣＤＭＡ与ＣＤＭＡ２０００１ＸＥＶ；ＩＭＴ－２０００ＣＤＭＡＭＣ：ＣＤＭＡ２０００ＭＣ，即ＣＤＭＡ２０００３Ｘ；ＩＭＴ－２０００ＣＤＭＡＴＤＤ：含ＴＤ－ＳＣＤＭＡ与ＵＴＲＡＷＣＤＭＡＴＤＤ；ＩＭＴ－２０００ＴＤＭＡＳＣ：含ＵＭＣ－１３６ＩＭＴ－２０００ＭＣ：含ＤＥＣＴ．ＩＴＵ提出的ＩＭＴ－２０００无线接口参数要求如下：环境室内办公室室外到室内步行车辆内容比特率ＢＥＲ比特率ＢＥＲ比特率ＢＥＲ（模）型的话音低时延８－１６－３２kbps小于等于１０的－３次方话音激活５０％８－１６－３２kbps小于等于１０的－３次方话音激活５０％８－１６－３２kbps小于等于１０的－３次方话音激活５０％电路交换二、３Ｇ网络规划的基本要求与实现方法２.1３Ｇ对网络规划的基本要求（１）与网络规划有关的主要因素：一个移动通信体制的性能主要取决于三个层次特性：１）物理层：主要与传输技术中的物理实现有关。比如，信源与信道编码，调制技术与扩频技术等；２）网络层：主要取决于网络平台的性质。比如是电路交换（ＣＳ），分组交换（ＰＳ），以及ＣＳ／ＰＳ混合平台；３）网络规划层：主要取决于网络的拓扑结构。网络规划与上述三层特性中主要取决于网络平台的性质，特别是与网络拓扑结构密切相关：１）从网络平台看：（２Ｇ的ＣＳ平台）（２.5Ｇ的ＣＳ和ＰＳ两个平台）（３ＧＰＳ全ＩＰ平台)２）从网络拓扑结构看：单一业务（单一层次）蜂窝网多种业务（单一层次）蜂窝网多种业务（多层次，重迭式）立体蜂窝网决定网络规划另一个主要因素是３Ｇ中的多种业务的动态需求。（２）从３Ｇ中的多种业务的动态需求看网络规划３Ｇ中的不同业务有不同的Ｑ０Ｓ要求：１）话音：要求实时性，且误码率为：Ｐe≤１×１０－３次方；２）数据：大部份不要求实时性，且误码率为：Ｐe≤１×１０－６网络规划中决定小区边界（大小）主要因素：２Ｇ中，主要是以单一速率单一话音业务为依据进行网络规划，即小区边界是按１×１０－３考虑的；３Ｇ中，则取决于多种业务，不同的Ｑ０Ｓ要求为依据，比如话音是按１×１０－３考虑，数据则按１×１０－６考虑。2.2３Ｇ中网络规划的基本思路（１）第一类方案－改良性方案以兼容为主，主要考虑后向兼容２Ｇ与２.5Ｇ的网络平台与网络规划的拓扑结构；在基本不改变原有小区规划拓扑结构的基础上，采取一些补救措施，以保证对不同业务的Ｑ０Ｓ要求。第一类方案具体实现示意图（单小区为例）１×１０－６数据１×１０－３话音abcd图３Ｇ中网络规划的改良性方案示意图依据传统话音业务，小区应以Ｒ＝od为半径小区业务覆盖圆；依据数据业务，在相等功率条件下，小区应以Ｒ=oa为半径小区业务覆盖圆；为了弥补两者在覆盖区上的差异，措施如下：在物理层：采用性能更优的调制与信道编码，可将覆盖区扩大至以的Ｒ＝Ｏb为半径的覆盖圆；在网络层上，首先采用ＡＲＱ（非实时性）适当将覆盖区扩大至以Ｒ=oc为半径的覆盖圆，（为了满足一定数据传输效率不宜重发次数太多），然后采用功控技术（数据需加大功率）将数据服务区最终扩大至R=od话音覆盖区(2)第二类方案－以革新为主体上述改良性方案是一种折衷性的过度方案；革新方案实质是仍在原有话音网络规划的基础上，对整个网络拓扑结构做较大的变动；为了适应多种业务，多种环境下Q0S的需求，将单层次网络拓扑结构改造或进行多层次，重迭式立体网络规划下面分别介绍３Ｇ中的两类网络规划方案以ＷＣＤＭＡ例重点介绍第一类改良，兼容性方案；简要介绍第二类，以革新为主的多层次，重迭式立体网络规划的基本思路。三、以兼容性为主的ＷＣＤＭＡ网络规划引言根据覆盖进行的小区规划根据话务量进行的小区规划两类规划的综合平衡3.1引言３Ｇ与２Ｇ的主要差异，在于３Ｇ业务是多媒体业务小区规划的原则：在特定的环境条件下（指下列不同环境的某种组合）城市、郊区；室内、步行与车载。特定的业务类型下：电路交换（ＣＳ）型：话音６４kb/s144kb/s384kb/s分组交换（ＰＳ）型６４kb/s144kb/s384kb/s在上述两种条件下，分别从覆盖与话务量进行规划：－从覆盖角度出发计算最小基站数；－从话务量角度出发计算最小基站数；最后综合两类计算结果，并取两者之中最大者作为最终结果。３.2根据覆盖进行小区规划由路径损耗确定小区覆盖范围，再由要求的总覆盖区域求得总基站数。这是根据覆盖进行小区规划的基本思路。基本参数与公式:－最大路径损耗Lp:Lp=Pe-Lpro-Rsen-Lr(1)其中：Pe为有效辐射功率，Lpro为传播损耗，Rsen为接收机灵敏度，即最小接收信号电平。Lr=L1-Gr.L1为馈线损耗，Gr接收为天线增益。－有效辐射功率Pe上行链路，移动终端发射功率：如表３－１所示表３－１上行链路移动终端发射功率由表可知，发送数据的功率约比话音大一倍发射机输出话音数据发射功率１２５mw250mw21dBm24dBm下行链路，由于业务不同，发射功率也大不相同，小区负荷越大，在保证相同覆盖的条件下，发射功率也就越大。假设小区负荷为理论上最大值即容量值，则每个业务信道的平均发射功率为总发射功率除以容量值的商。若基站发射总功率为２０Ｗ－控制信道占２０％，为２０＊０.2＝４Ｗ；－话音业务信道占８０％，为２０Ｗ＊0.8＝１６w－其中每个话音业务信道的平均发射功率为１６w/容量值，如表３－２所示。表３－２基站每信道的平均发射功率发射功率电路交换（ＣＳ）分组交换（ＰＳ）话音64kb/s384kb/s64kb/s384kb/s步行13km/h容量（理论值）49.627.73.3384.38.03每信道平均发射功率（mw）322.6577.54808.4189.71992.6每信道平均发射功率（dBm)25.127.636.822.833.0车载１２０km/h容量（理论值）28.911.61.0224.73.53每信道平均发射功率（mw）553.01376.315657.5648.24535.4每信道平均发射功率（dBm)27.431.441.928.136.6基站发射信号经天线馈线后将产生一定的损耗，如表３－３所示。每业务信道的有效辐射功率为：Ｐe=Pv+L1+Gr（２）其中：Pv为平均发射功率；L1为馈线损耗；Gr为发射天线增益。上行下行馈线损耗０.0２.0发射天线增益０.0１７.0－传播损耗Lpro在计算无线路径损耗时，必须要考虑一些修正与余量，具体见表３－４。－对数正态衰落余量:它提供单一小区边界覆盖的具体计算；－干扰余量：接收机灵敏度是指在无干扰信号下，能正确接收的最低信号强度。然而在同一小区内的用户接收系统会产生互相干扰，它相当于增加了系统的背景噪声。－干扰余量＝10lg(1-扇区负荷)＝10lg（1-0.5）=3.0dB(3)表３－４传播损耗系统设计时应考虑的传播损耗Lpro为Lpro=对数正态衰落余量＋干扰余量＋人体损耗＋穿透损耗－切换增益（４）标准城市郊区对数正态衰落余量（dB)室外１５.1６.9室内５.4２.3干扰余量（dB）３.0（相对于最低信号强度）人体损耗(dB)3.00.00.0切换增益（dB)5.0穿透损耗（dB)室外０.0０.0室内１５.0１０.0车载１０.0１０.0人体损耗：用户身体对无线电传播的影响，它与用户终端天线位置有关，若天线在用户肩部，则人体损耗约为２－３dB;切换增益：切换时维持边界特定可靠性带来的增益，一般当小区优化时约５dB;穿透损耗：在基础小区规划中，其值除采用表３－４中的数据外，还应根据建筑物具体大小和位置做调整。－接收机损耗Lr接收天线输出与接收机输入之间的综合损耗，如表３－５所示。接收机损耗可用下列公式表示：Ｌr=L1-Gr(5)其中，L1为馈线损耗，Gr为接收机天线增益。上行下行接收天线增益（dBi）17.0０.0馈线损耗０.0０.0－接收机灵敏度Ｒsen-Rsen=热噪声级别＋数据速率＋噪声系数＋要求的Eb/N0+I0(6)-Rsen表示输入正好满足所要求的Eb/N0+I0时信号电平；-Eb/N0+I0为每比特信号能量与总的噪声，干扰功率密度之比；-热噪声级别为在接收处每ＨＺ的噪声功率，它等于波尔兹曼常数Ｋ与温度Ｔ的乖积。数据速率是以dB/Hz为单位的信道比特率，它越高接收机灵敏度也越高；噪声系数是以接接收机输入为基准的噪声指标，比如上行链路若采用了塔顶功放，则噪声系数可降低至３dB；－如果运用话音激活，则计算Rsen时还应加入一个激活因素，这时假设为连续接收，灵敏度相关参数的取值可参见表３－６、表３－７，估算结果参见表３－８。表３－６接收机灵敏度Rsen的相关参数取值指标数值热噪声－１７４dBm(T=3000K)数据速率电路交换（ＣＳ）Kb/s１２.２４０.9dB6448.1dB38455.8dB分组交换６４４４.8３８４５３.9dB噪声系数上行３dB(具有塔顶放大器）下行７dB（移动终端）要求的Eb/(No+I0)参见表３－７表３－７要求的Eb/(N0+I0)业务娄型环境要求的Eb/(No+I0)（dB)上行下行话音一数据速率（kb/s)８.0步行（３Ｋm/h）３.3６.1车载（１２０km/h）６.1７.9６４步行（３Ｋm/h）２.2１.1车载（１２０km/h）３.8３.3电路交换数据速率（kb/s）３８４步行（３Ｋm/h）０.6０.1车载（１２０km/h）２.7２.4６４步行（３Ｋm/h）１.4１.1车载（１２０km/h）３.6３.0分组交换数据（kb/s）３８４步行（３Ｋm/h）０.2－０.1车载（１２０km/h）２.3１.9表３－８接收机灵敏度Rsen环境业务上行下行（室内）步行3km/h话音（１２kb/s)－126.8-120电路交换（64kb/s)-120.7-117.8电路交换（３８４kb/s)-114.6-111.1分组交换（６４kb/s)-124.8-121.1分组交换（３８４kb/s)-116.9-113.2车载１２０km/h电路交换（64kb/s)-119.6-115.1电路交换（３８４kb/s)-112.5-108.8分组交换（６４kb/s)-123.3-119.4分组交换（３８４kb/s)-114.8-111.2无线覆盖估算－路径损耗与小区覆盖半径的计算１）在宏小区中，经常引用“Okumura-Hata”模型，作为覆盖估算的依据：２）具体计算公式为：Lp=69.55+26.16lgf-13.82lgHb-a(Hm)+(44.9-6.55lgHb)lgR-B(F)(7)其中：-Lp为最大允许路径损耗（dB）-为基站有效天线高度（m）-为移动台天线高度(m)-为频率（MHz)-为距离(km)-为城市地形Ｈm的矫正因子-B(F)为地物干扰