移动通信网络规划及优化

第6章移动通信网络规化优化知识点•网络规划流程及无线网络设计•基站勘测和频率计划•系统参数配置•定位测试方法难点•无线网络问题与解决方法要求•掌握网络规划、优化流程•理解网络设计方法和频率计划•了解问题定位及解决6.1网络规划优化流程6.2无线网络设计6.3基站勘察6.4频率计划与干扰分析6.5小区参数配置原则6.6无线网络问题的定位和解决6.1网络规划优化流程6.1.1网络规划流程网络规划是一项系统工程，从无线传播理论的研究到天馈设备指标分析，从网络能力预测到工程详细设计，从网络性能测试到系统参数调整优化，贯穿了整个网络建设的全部过程，大到总体设计思想，小到每一个小区参数；网络规划又是一门综合技术，需要用到从有线到无线多方面的知识，需要积累大量的实际经验。对于电信运营商来说，系统所能提供的服务质量是最关心的问题，其中覆盖范围是服务质量重要方面。同时，在无线频率资源一定的情况下，如何增加网络容量、如何满足网络未来发展的需求设计时必需考虑。以上问题都需要通过网络规划来解决，网络规划的过程涉及了覆盖预测、干扰分析、话务分析、频率计划、小区参数规划以及后期的网络优化，通过网络规划可以使GSM网络在以下四个方面实现良好的平衡。（1）覆盖；（2）质量；（3）容量；（4）成本；无线网络规划是复杂完整的过程，图4.1表示网络规划流程图。话务分析用户咨询现场勘察站址选择模型校准覆盖预测频率规划干扰分析电子地图工程文件图4.1网络规划流程图第一阶段进行站型设计，首要任务是走访用户（运营商），向用户咨询工程要求，确定将要建设的网络覆盖区域及边界要求。了解现有网络容量情况，决定将要建设网络的容量需要，明确基站站址的选择原则。另一个工作是勘查基站，了解选用的站址是否有空间，电源是直流还是交流，传输是否到位，基站周围环境是否有不利于电波传播的因素。对现有网络话务统计分析，定量了解话务分布，为确定站型寻找科学依据。第二阶段的工作是覆盖预测，根据已经选择的站址，以及设计的站型，预测将要建设的网络覆盖，判断是否能满足用户的要求。覆盖预测需借助规划工具，选择合适电子地图。电子地图的精度直接影响地图的成本，精度越高，地物越清晰准确，价格越高。通常情况下，数字地图的精度有5米、20米、50米和100米精度。对于宏蜂窝网络，一般选用20米精度，能满足要求；对于微蜂窝小区，需选择5米精度的数字地图。小城市及郊区可以用50米或100米精度数字地图。每一项目根据具体要求，选择不同精度的数字地图。覆盖预测的准确与否取决于传播模型选择与校准，不同传播模型适用于不同的频段及覆盖范围。通常习惯用的模型有奥村模型及COST-231模型，不同规划工具软件对模型进行修正，典型做法是采用集中系数方法，用选择传播模型的系数，确定覆盖区域的传播模型。确定模型系数是复杂的工作，有多种方法可以使用，工程上为了减少计算量，用测试数据进行拟合逼近，对基本传播模型进行修正，得出经验性参数的方法，称之为连续波（CW）校正。作出将建设网络覆盖预测后，判断是否满足需求，且需征求用户意见，若满足要求且用户没意见，选择的站址及基站参数固定下来。若不满足要求，则需调整参数，重新作出预测，直至满足要求为止。第三阶段的工作是频率计划，按照站型的设计，此站型满足容量需求。对于每一个基站，在规定频率范围内，分配频点，即频率计划。频率计划的难易程度，取决于频率资源和最大站型，在频率资源一定的情况下，根据站型选择频率复用方式。站型小，可以选用宽松复用方式，如4×3复用方式；站型大，可以选用紧密复用模式，如分层紧密复用、1×3复用技术。选用频率复用模式以后，网络干扰（同频和邻频干扰）取决于站间距和话务分布密度。网络干扰分析的结论，可以判断频率复用方式和频率计划是否正确。干扰分析方法是运用规划工具和工程经验，对于不满足要求的频率计划，需作调整，直至满足要求。网络规划第四阶段工作是形成工程文件，站型设计、覆盖预测以及频率计划完成以后，得到的基站工程参数（如天线挂高、方向角、下倾角等）需形成施工文件，对于各站各小区频点、切换及功率调整参数、系统消息中有关网络规划消息，形成局数据文件，用于开局数据设置。4.1.2网络优化流程网络优化工作是在基站开通以后，基站各部分工作完好情况时进行，网络优化的目的在于检查网络是否符合设计要求，最大限度提高网络性能。网络优化流程如图4.2所示。参数调整网络信息收集话统分析路测数据收集数据分析OMC/路测评价优化完成不满足要求未解决图4.2网络优化流程图网络优化第一阶段工作是数据收集与分析，通过数据分析可以发现系统存在的问题和潜在的问题。数据的收集是一项重要的工作，要求数据完整和准确。获取数据的方式有两种，一种途径是利用路测工具（如ANT、TS9951等），进行测试，获得数据反映网络的覆盖、通话质量、切换、小区相邻关系等等。另一种途径是通过GSM系统中的OMC中的话务统计工具，它反映网络质量指标，如掉话率、切换成功率等等，通过话统数据分析，可以发现网络问题。结合路测数据分析，可以准确定位网络故障。发现网络问题以后就进入网络优化第二阶段，调整系统参数和基站工程参数。可以调整天线方向角和倾角，调整功率控制参数和切换参数，达到改善网络性能的目的。基站参数调整以后，为了确认调整后的效果，再进行路测及话务统计分析，若发现调整后，网络性能改善，则固定下来；如果性能没有改善，则需重新调整，直至满足要求。网络优化目标是网络性能指标不低于全国平均水平。6.2无线网络设计GSM无线系统的基本设计目标是：在无线覆盖区内的90%位置，99%的时间移动台可接入网络。为达到上述目标，需从三个方面考虑：覆盖（对应覆盖区内90％的位置）、容量（对应99％的时间）和质量。6.2.1覆盖设计在无线网络设计中，随着网络需求的变化，话务密度逐渐增加，希望小区的覆盖半径也随之不同，从十几公里到几百米。在稀松的地区，希望小区半径尽可能的大，但受到电波传播损耗、移动终端功率限制以及数字系统时延的限制；在稠密的城区，话务高，希望小区半径尽可能小，但受干扰、切换和投资的限制。GSM系统缓解上述制约因素的主要技术手段有：（1）选择合适的天线，适当设置工程参数，控制小区覆盖半径。（2）发射功率控制。在移动台和基站双向按照无线路径的远近控制其平均功率，只需保持其传输质量在给定门限以上即可。这样便可减少对其他信道的干扰。（3）分集和跳频。可对移动台特别是慢速的移动台通过相干分集减少干扰，提高频谱效率。（4）不连续发射（DTX）。尽量减少发信功率和发信的时间，可以降低整个系统的干扰电平。在TDMA选址的方式中，对于语音信号，采用VAD（话音激活）技术将允许减少发信的有效时间，降低干扰。总之，影响GSM网络覆盖设计的因素是市场的需求、供应商设备的能力、设计者的经验等。辅助工具是高精度的数字地图、优秀的规划软件（如ASSET）、各种测试仪器。随着网络的发展，网络覆盖设计思路的推进过程是：较少的站数、合适的站址→增加基站→盲点增加微蜂窝→多层网立体覆盖。6.2.2容量设计随着同一地区用户数的增长，话务密度逐渐增加，希望每个小区支持的容量越来越大。在我国某些大城市，每平方公里话务量甚至达到了1000Erl以上。但小区的容量不可能无限制的增长，在蜂窝制的系统中，主要是因为有限的频率资源进行复用引起了干扰。GSM系统缓解上述制约因素的主要技术手段有：（1）频率复用。采用传统的4×3复用方式，即频率隔12个小区复用一次，基本可满足系统对干扰的要求。（2）更紧密的频率复用技术。如采用3×3、2×3、1×3及分层紧密复用方式。由于频率复用度的提高，相应的系统干扰增加，要使用DTX、跳频等技术降低系统干扰。（3）跳频。在紧密频率复用的系统里，为了降低干扰，可以采用基带跳频或射频跳频。跳频是通过频率分集和干扰分集来获得跳频增益，相对提高了系统的信噪比。（4）建双频网。安照GSM规范，有900M和1800M两个频段。因此采用两种频段兼容的基站系统和移动台来扩大可用频段。另外影响网络容量设计的因素还有系统所需的服务级别（GOS）、话务模型、供应商设备的能力等。辅助工具是规划软件（如ASSET）、爱尔兰B表等。容量设计思路的推进过程是：小站型基站→基站扩容、小区分裂→热点增加微蜂窝→建设双频网分担话务。总之，网络不同阶段设计的侧重点不同：在网络发展的初期，容量需求少，主要考虑基本覆盖。通过小站型、合理的基站数量和基站选址来达到。网络结构单一；在网络发展的中期，容量需求大，覆盖要求高。通过基站扩容、小区分裂解决。网络结构比较复杂；在网络发展的高级阶段，容量需求很大，要求覆盖无盲点，通过增加微蜂窝、建设双频网解决，网络结构复杂。6.2.4话务理论6.2.4.1概述蜂窝网络规划首先要确定系统容量需求，即系统中将有多少用户，这些用户将产生多少话务量。这是整个蜂窝网络工程设计的基础。本节着重于无线网络的话务分析,与PLMN结构相关的话务分析不作过多讨论。系统容量分析的目的就是为了尽可能反映实际的和将来的容量需求，以便估算系统所需的信道数。网络规划是以通过各种统计、计算得到的初期及将来的话务需求分布为基础而实施的。206.2.4.2业务预测业务预测分为近期3～5年和远期10年。常采用普及率法、类比法、数学模型法、专家预测法等多种预测方法，最后进行综合加权得出移动用户数。常用的是数学模型法，用话务模型计算系统话务量，根据PLMN的不同结构获得各接口的话务量。常用的话务模型如表4.1所示：GSM建网初期，我国邮电部门把移动用户平均忙时话务量取值为0.03Erl，随着移动电话普及率的不断提高，用户平均忙时话务量已下降为0.025Erl。假定平均客户忙时试呼数BHCA=1.8，移动交换机的处理能力BHCA值可根据下式估算：BHCA=1.3×(预测用户数+净增漫游用户数)×1.8数1.3是考虑交换机应有的冗余量由于移动电话的话务分布是极不均匀的，一般来说，主要集中在城市的市中心区，而郊区、县城、农村的话务量较低，市区还可以进一步细分为高话务密度区、中话务密度区等。同时，移动电话话务分布还随时间变化，因此我们还需要对话务分布密度进行预测，用以确定需采用的频率复用方式。最初，可以根据各种统计的数据来计算话务量需求的地理分布，如：人口分布、收入水平、车辆使用分布、电话使用统计等等。在网络建成运行后，通过OMC的话务统计报告可以得到移动业务区较全面的话务量分布，作为优化和扩容的参考。蜂窝系统容量分析取决于下面三个方面的因素:（1）用户产生的话务量；（2）系统提供的服务等级GOS（拥塞率或呼损率）。（3）可用的话音/信令信道数，即可用频带和频率复用模式；6.2.4.3话务量话务量是电话系统业务多少的度量，它与单位时间（一般取忙时1小时）内的呼叫次数n及呼叫占用信道的时间（T）成正比。系统忙时话务量（A）表示系统的繁忙程度，又称话务负荷，单位为爱尔兰Erlang，用符号Erl表示。T以秒为单位。平均用户忙时话务量指一天中话务量最忙时间平均每个用户的来话和去话话务量之和。在计算信道数时采用忙时话务量可以保证除忙时以外的其它时间的无线信道呼损率明显低于忙时的指标，这是为了保持一定的服务质量等级所必须的。根据我国公用移动电话网近几年的运营经验，平均用户忙时话务量可取0.025～0.03Erl。6.3.4.4服务质量在多信道共用的移动通信系统中，用户何时摘机通话完全是随机的。某一时刻正在通话的用户多，就可能出现信道全部被占满的情况。服务质量是衡量移动通信系统的重要方面。服务质量包括传输质量，接续质量和稳定质量。对于传输质量，国内、国际端到端连接的全程响度评定值（OLR）的指标要求：OLR最大＝29dBOLR最佳＝10dB无线信道呼损应不大于5％（在话务密度高的地区采用2%）。话音质量：分为0～7级，移动通信一般3、4级即满足要求。在网络规划时，重点考虑载波干扰比（C/I），保证C/I的指标。话音质量的评定，有时采用主观评定的办法，CCITT把话音质量划分为五级进行评分。用户摘机后，由于没有空闲信道就无法进行通