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单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,第6章 CDMA2000无线网络规划,204,第6章,CDMA2000,无线网络规划,6.1,无线网络规划概述,6.2,无线网络详细规划,6.3,无线网络规划实施流程,小结,在线教务辅导网： :/shangfuwang,教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网,QQ:,349134187,或者直接输入下面地址：,:/shop106150152.taobao,学习提示,CDMA2000网络规划包含无线、传输和核心网三大部分，其中以无线网络规划最为困难和重要，无线网络规划的结果将直接影响传输和核心网的规划。无线网络规划的目的是按照需求为移动通信系统中的各小区单元分配合理的资源(频率资源、收发信机资源等)，以适当的覆盖、容量提供满足各业务质量要求的无线网络服务，并可以满足未来一段时间内的发展需求，而设计确定建设方案，用以指导工程建设施工。,前期的无线网络规划在很大程度上决定了网络的基本结构，对后期网络建设和服务质量起着决定性的作用，也是将来网络发展的基础。CDMA2000发展的如何，网络的质量是关键。没有一个质量良好的网络做支撑，再好的业务也无法实现或无法更好地实现。CDMA2000无线网络规划可以说是实现高质量移动网络的重要手段之一。,学习目的和要求,了解无线网络规划目标和指导原则。了解规划模型。掌握基站站址的选择原则以及站点勘察与选择。掌握容量规划和覆盖规划。了解频率使用规划方案。掌握PN码偏置规划、无线资源管理算法规划。熟悉无线网路规划实施流程。,网络规划，就是根据建网目标和网络演进需要，结合成本要求，选择合适的网元设备进行规划，最终输出网元数目、网元配置，确定网元间的连接方式，为下一步的工程实施提供依据。网络规划在移动网络建设过程中的位置如图6-1所示。,6.1 无线网络规划概述,该过程是一个螺旋循环过程。网络规划包含无线接入、传输和核心网三大部分，其中以无线网络规划(侧重BSS/RAN网元数目和配置规划)最为困难和重要，无线网络规划的结果将直接影响传输网和核心网的规划。无线网络规划是指按照实际需求为移动通信系统中的各小区单元分配合理的资源(频率资源、收发信机资源等)，以适当的覆盖、容量提供满足各业务质量要求的无线网络服务，并可以满足未来一段时间内的发展需求，而设计确定建设方案，用以指导工程建设施工。简单的说，就是根据网络建设的整体要求，设计无线覆盖目标，以及为实现该目标所进行的基站位置和配置的设计，以指导工程建设。,图6-1 移动网络建设过程示意图,与2G移动通信相比，CDMA2000具有以下特点：(1),CDMA2000系统的频率复用系数为1，通过扰码以及正交码字来区分小区和用户。 (2),CDMA2000系统是干扰受限系统，其覆盖不仅取决于最大发射功率，而且与系统负荷有关。 (3),CDMA2000系统中，发射机发射功率和小区容量之间的对应关系是渐近式的。 (4),CDMA2000系统的覆盖和容量之间存在动态平衡关系，其明显的特征就是存在“呼吸效应”。因此，必须要综合考虑，在两者之间取得平衡。,(5),CDMA2000系统中，功率资源是非常有限的。在CDMA2000系统中，导频污染也是影响网络性能的一项重要因素。 (6),CDMA2000系统的上下行链路需要独立分析，因为它们具有不同的链路特性。(7),CDMA2000系统需要支持多种平台的用户终端，在不同的服务等级质量要求下，可以支持可变速率的数据业务。,显然，现在2G移动通信的无线网络规划方法不能很好地处理CDMA2000系统的无线网络规划。由于CDMA2000的固定网(即核心网)部分与GSM固定网的规划策略相似，可以借鉴已有的GSM核心网规划策略，所以在此主要阐述无线接入网方面的规划工作。,6.1.1 无线网络规划目标,在移动通信网络建设中，成本主要来自于设备投资。网络的三大组成部分(无线接入、传输和核心网)中，无线接入网络的投资占据整个移动通信网络投资的70%以上。该部分投资的规模主要取决于网络中的站点数目和站型配置，这是由无线网络规划所确定的。在CDMA系统中，覆盖、容量、质量不是孤立的，而是彼此关联的，特别是对于3G系统更加明显：(1) 设计负载增加，容量增大，干扰增加，覆盖减小(应用实例：小区呼吸)。,(2) 通过降低部分连接的质量要求，可以提高系统容量(应用实例：目标BER/FER(Bit Error Rate/Frame Error Rate)值的改变，可以改变系统容量)。(3) 通过降低部分连接的质量要求，可以增加覆盖能力(应用实例：通过AMRC降低数据速率，可以提高AMR(Adaptive Multi-Rate)语音用户的覆盖范围)。(4) 通过降低系统的干扰，系统的容量、质量和覆盖都可以得到提升。因此，在无线网络规划中我们需要关注的如图6-2所示。,图6-2 无线网络规划的关注点,我们把这四个关注点：覆盖(Coverage)、容量(Capacity)、成本(Cost)和质量(Quality)简称为3C1Q。其中，首先要关注的是覆盖，其次才是容量、成本和质量。所以，无线网络规划的目标就是在满足运营商基本要求的前提下，达到容量、覆盖、质量以及成本的平衡，实现最优化设计。无线规划目标包含覆盖目标、容量目标、成本目标和质量目标四个方面内容。,1. 覆盖目标,覆盖目标就是在服务区内，最大程度地达到在时间和地点上的无线覆盖。同时，3G无线网络是多业务的网络。网络资源需要在业务之间进行分配。需要确定谁是盈利业务及其覆盖质量的要求，进行小区半径和覆盖方案的规划。例如，在网络初期，以高速数据业务作为目标进行规划，会导致大量资源，比如过多的站点，由于没有足够的业务而浪费。用于描述覆盖目标的指标主要有业务质量、通信成功概率和软切换率。,2容量目标,容量目标描述的是在系统建成后所能满足的语音用户数和数据用户数。该指标主要结合网络规模预测所提出的网络建设要求而得出的。无线网络的容量主要受干扰和频率资源的限制。通过合理的参数规划(切换、功控、资源管理算法等)、频率规划，尽量减少小区内和小区间的干扰，提升小区容量，最大程度地利用有限的资源。,3质量目标,质量目标可以通过优化设置无线参数，最大发挥系统服务质量。同时，保证核心业务的服务质量是一项重要指标，核心业务是指对网络发展有长远影响的业务。可能短期内不能够盈利，但是对用户和业务发展有牵引作用，例如高速数据业务。因此，在提供核心业务覆盖的地区，要保证其质量达到最优，从而展示无线网络在业务和性能上的优越，提升运营商的品牌。,4成本目标,节约开支是网络建设的重要目标之一。网络规划中，在保证满足覆盖、容量和质量目标的基础上，尽量减少系统设备单元，降低建设投资成本。设定合理的成本目标，并在设计实施过程中实现它，这需要网络规划人员和工程实施人员为之不懈努力。另外，对网络建设所在区域的话务分布做出科学的预测，确定最佳网络结构，对上述网络规划目标的实现也起着举足轻重的作用。,6.1.2 无线网络规划的指导原则,从网络规划的观点来看，3G移动通信系统与2G移动通信相比，主要特征是能够提供不同速率和不同QoS要求的业务。第三代系统的规划和优化策略需要考虑将来通信运营商由于引入新而灵活的无线接口、更复杂的小区结构(分层小区结构)、动态资源分配策略(对多种业务要求进行灵活的资源分配)和提高容量方法的选择(如自适应天线)等所能获得的额外的自由程度。,网络规划还具有如下特征：技术密集、计算度密集和经验密集。CDMA2000网络将要面对各种不同需求的用户群体，对网络服务质量衡量的标准将包括：对语音业务方面的覆盖(室内、车内、室外等)、呼叫成功率(掉话率、拥塞率、成功率等)、通话质量(FER，MOS(Mean Opinion Score)等)；对数据业务方面提供可靠的网络覆盖、BER(Bit Error Rate)、吞吐量和时延等。这些都对CDMA2000无线网络规划提出了更高、更严格的要求。所以，进行CDMA2000无线网络规划的指导原则可以简单归纳以下几个方面：,(1) 保证可盈利的核心业务覆盖情况最好。从市场的角度出发，合理地安排网络布局，在日益激烈的移动通信市场竞争中获得最佳的效益。优秀的网络规划，是建设优秀网络的基础，可以提高市场竞争能力，提高运营商的信誉。(2) 尽量确保资源分布合理，使网络的有效容量最大化。CDMA2000网络的预期话务容量将比GSM更大，提供的业务更加多样化，技术也更复杂，基于一般技术的信号强度分析已经不能满足需求。不经过细致的规划，无法发挥CDMA2000网络的优势。,(3) 做到网络提供的业务质量最优。使网络可提供的各项业务质量达到最好，使用户的主观感觉最好，保持在移动通信市场对用户长久的吸引力。(4) 控制综合建网成本最低。以最小的成本获得最佳的性能，最大限度地发挥网络的效用。通常CDMA2000系统的无线网络部分的投资占总投资的70%以上，因此对CDMA2000的无线网络部分进行合理的规划和优化可以大大减少投资。,无线网络详细规划将确定用于所实施建设网络的基站数量选择、站址布置和无线网络参数设置以及算法的配置等。无线网络详细规划将通过计算机仿真，依据建网目标，分析评估规划方案对系统性能的影响，从而确定一种既能满足覆盖范围的需求，又能实现最大化的系统容量，以达到覆盖与容量的平衡，并且能够尽可能地兼顾建设成本最低的最佳方案。,6.2 无线网络详细规划,覆盖和容量规划对于整个CDMA2000无线网络规划来说是至关重要的，覆盖规划确定了服务业务的范围，而容量规划确定了需要使用的基站数量以及每个基站支持的通信用户数，它们将影响无线网络运行的性能，以会对用户提供的服务质量产生影响。无线网络详细规划是网络规划的主要阶段，处在核心地位，它和预规划阶段、调整优化阶段存在关联关系，尤其和调整阶段存在迭代关系，具体如图6-3所示。,图6-3 无线网络规划3个阶段示意图,6.2.1 规划模型,在无线网络详细规划阶段，基站的站址规划是至关重要的，它直接影响到无线网络的覆盖和容量，最终关系到整个无线网络的运营及所提供业务的服务质量，同时它也是非常复杂的，必须考虑众多因素的影响，这些都使得网络规划变得非常困难。有关站址规划，可以采用如下规划模型： (6-1),其中，,n,表示整个规划网络内进行测试的通信链路数；,i,表示第,i,条测试通信链路；,m,表示规划网络覆盖区域内的基站数；,j,表示基站,j,；,u,i,表示第,i,条测试通信链路使用的码资源数；,g,ij,是与基站,j,通信的第,i,条通信链路的传播损耗；,P,tar,是基站要求的每个码道最小接收功率大小；当第,i,条通信链路的服务基站为,j,时，则,x,ij,为1，否则为0；参数,表征造价和系统性能的权重；,c,j,表征安装基站,j,的成本。上式的规划目标函数第一项表征为了减小能量损耗和电磁辐射，要尽量保证整个网络的总传输功率最小，而第二项表征尽量使整个网络的造价尽量小。,CDMA2000系统是干扰受限系统，其覆盖不仅取决于最大发射功率，而且与系统负荷有关。覆盖和容量之间存在动态平衡关系，比如，设计负载增加，容量增大，干扰增加，覆盖减小(应用实例：小区呼吸)。所以基站的覆盖与容量是两个相互矛盾的指标。一方面，希望每个基站能覆盖尽可能大的区域，使小区的半径尽量地大；另一方面，又同时希望每个小区能为更多的用户提供服务，使容量尽可能地大。但往往事与愿违，当小区的半径增大时，其容量往往会降低。因此，在无线网络规划中，必须要综合考虑，在两者之间取得平衡。具体需要考虑的因素如图6-4所示。,图6-4 小区覆盖与容量平衡的关系,6.2.2 站址选择,站址选择是无线通信网络规划的重要内容。不合理的基站位置，不仅使网络建设的成本大大增加，还会使用户的通信产生许多问题。例如：没有充分考虑地形的影响，会导致某些区域出现覆盖盲区；若局部地区基站过密，则会出现导频污染问题，使通话过程容易出现掉话。因此，如何做出正确的站址选择成为网络建设和运营成败的关键所在。,1站址选择原则,站址选择对网络的性能和运维有很大的影响，正确的站点选址是无线网络规划的关键。不当的站点选址，不仅可能会造成某些地方出现覆盖盲区或局部容量不足的现象，还会增加网络建设的投资成本，甚至给网络运维带来很大的困难。,一般来说，站址选择应遵循以下原则：(1) 网络拓扑结构应尽量符合规则的理想蜂窝网络结构，站点应尽量选择在规则蜂窝网孔中规定的理想位置。规则的蜂窝结构能保证系统在规划区内均匀覆盖，减少导频污染，避免频繁的软切换和弱信号区，另外，也使今后的小区分裂更加容易。但由于种种原因，在实际的网络建设中，往往很难在蜂窝中心建站，需要在理想站点周围寻找其它的站址。因此，需要给每一个理想站点提供一个搜索圈(Search Ring)，可以在搜索圈内寻找实际的站址(规划的新站点一般选取23个备选站点，以减少出现反复的可能)。,搜索圈的半径一般不应超过小区半径的四分之一，以便以后的小区分裂。在高业务密度区，为了保证业务容量和话音质量，搜索圈的半径应该更小。除此之外，还应对规划站点提出高度方面的要求，从这个意义上，搜索圈是一个三维的概念。(2) 站点分布应对应于话务密度分布。为了获得所需要的信号干扰比(SIR)，位于小区边缘的手机比位于小区中心的手机要发射更大的发射功率，对相邻小区的干扰也更大。所以，当很多用户集中在小区边缘时，他们就会对相邻的小区产生很大的干扰，从而降低系统的容量。因此，站点的分布应与话务密度分布相对应，使用户尽量集中在小区中心。,另外，站点分布还应尽量避免使过多的用户位于软切换区。处于软切换的用户需要同时占用两个或多个基站的资源，过多的软切换将占用过多的资源，使系统容量下降。(3) 在市区楼群选址时，要避免天线附近有高大建筑物遮挡的情况。一般来说，在站点勘察时，需要对预选站点的周围环境进行实地勘察，尽量保证天线周围的开阔性，使小区的大部分地区能被基站天线通过直线传播覆盖。遮挡影响遮挡物后面区域的覆盖，易造成覆盖盲区，扇区正前方向的遮挡对信号形成反射，会影响后面区域的覆盖。当天线受附近楼层阻挡时，信号在天线附近衰减过大，使小区得不到很好的覆盖。因此，应避免扇区正前方存在严重的遮挡。,(4) 避免基站附近有强干扰源(大功率的无线电发射台、雷达站等)。强干扰将使得基站的容量和话音质量大大下降。因此，在站点勘查时，应使用频谱仪在站点附近对上行频率进行扫描，确保基站附近没有强干扰源。,(5) 在当前2G和3G移动通信系统共存的情况下，要避免它们之间的相互干扰。对于1.9 G CDMA系统，1.8 G GSM系统对它的干扰比较大，尤其是扇区正对的情况下，需要满足一定距离的隔离。选用站点时，应保证和1.8 G GSM站点之间的距离。也可以和GSM站点共站，用垂直隔离方式来满足隔离要求，CDMA天线可以装在1.8 G GSM天线的上面或方向相同的同一平面。800M CDMA系统对900M GSM系统干扰较大，同样需要隔离，保证隔离距离，或采用垂直隔离，尽量使CDMA天线在GSM天线的下面或朝向相同的同一平面。,如果运营商可提供的候选站点中有GSM网的站点，条件和其余候选站点接近，可以考虑共站，除非站点周围地貌已经发生很大变化，如有遮挡，高度要求不满足，没有机房，或天线无法安装等。共站有很多好处，如方便隔离、容易租定、机房传输电源条件比较容易满足等。除了和GSM系统的隔离，还需要考虑与其它频率相近的设备隔离，应该尽量避免将基站设置在大功率电台、频率相近的寻呼和微波等设备附近。,(6) 站点应选在交通方便、市电可靠、环境安全的地方。基站是一个需要长期稳定运行的设备，并且需要定期的维护。任何一次故障都有可能降低用户对网络运营商的信任，这对新的网络尤其如此。人们对新事物总是抱怀疑的态度，哪怕是一次微小的错误都有可能使人们对新网络的支持率大大降低，从而使用户和收益减少，甚至导致运营的失败。因此，交通和市电供应必须保证基站长时间大功率运行并使维护人员能够及时维护。,(7) 投资限制。在选址时，尽量选取成本低的站址。对于高成本的站址，应考虑是否有低成本的站址代替。另外，在不影响总体布局的情况下，应尽量利用现有的机房、电源等设备。与现网中的GSM天线共站时，除了方便隔离外，也可以降低投资成本。另外，网络建设初期，在资金比较少的情况下，应尽量保证重要用户和高密度用户区的覆盖。,2站点勘察与选择,在网络规划过程中，涉及到运营商可提供站点的勘察和规划站点的勘察。其中可提供站点信息在需求分析阶段通过与运营商沟通交流得到，规划站点信息则在网络拓扑结构设计(站点分布规划)阶段获得。运营商可提供站点的勘察不一定都在可提供站点勘察阶段完成，可根据项目经理对规划区域地形地貌环境的把握程度，确定是否对部分或全部可提供站点进行勘察。有可能只对关键位置的可提供站点进行勘察，作为网络拓扑结构的基础，其余可提供站点，在规划站点勘察阶段确定是否勘察。,对于满足网络拓扑结构要求的运营商可提供站点，在规划站点勘察阶段将其作为首选候选站点。 在农村/公路的网络规划过程中，运营商可提供的站点一般比较分散，在可提供站点勘察阶段对所有可提供站点进行勘察较难实现，项目经理可以根据具体情况，以运营商可提供站点的分布情况为基础搭建网络拓扑结构，在规划站点勘察阶段，可优先完成可提供站点勘察，只有在运营商可提供站点不适合的条件下，才选择其它站点。,1),运营商可提供站点的勘察与选择,运营商可提供站点应满足以下一些条件，才能选作正式的站点：(1) 扇区正前方向不能有明显遮挡。(2) 城区站点应能使天线挂高超出周围1015m，郊区站点超出周围15m以上。(3) 避免和其它系统之间的相互干扰，选择能够解决相互干扰的站点。(4),GPS立体角不能小于90 GPS架设位置可看到天线的表面积不能小于,R,2,，球体的表面积为4,R,2,，可看到的面积不能小于表面积的1/4。,(5) 楼顶/塔上有足够的位置架设天馈。(6) 能够提供机房、传输和电源。当然，这些条件也可以通过一定整改处理后满足。例如，若天线挂高要求不满足，则可以通过适当的增高方式来满足等。,下面对其中部分项目具体说明：(1) 站点周围不能有明显的遮挡。遮挡影响遮挡物后面区域的覆盖，易造成覆盖盲区，扇区正前方向的遮挡对信号形成反射，影响后面区域的覆盖，应避免扇区正前方存在严重遮挡。遮挡物和站点距离要求基于下面的原则计算。垂直方向遮挡对应垂直波瓣角的影响对覆盖影响最大，基于垂直方向遮挡物，计算遮挡物和站点间距的要求(假设绕射能力足够强)： 对于高度超出比较多的遮挡物，假设垂直波瓣角为,，遮挡物超出本楼的高度为,H,，遮挡物到基站的距离为,L,，则,L,应满足：。,例如，垂直波瓣角为7，高度差为20m，则距离要求为,L,330m。 对于比较小的遮挡物，要求的遮挡距离为：，其中,为波长。例如：对于,f,= 800 MHz：,= 7,L,50 m；,=,16,L,10 m；对于,f,= 1900 MHz：,= 7,L,22 m；,=,16,L,5 m。,(2) 站点高度要求。规划时，要求城区天线挂高比周围平均高度高1015m，对于城郊和农村地区，天线挂高应超出周围平均高度15m以上。站点高度如果过高，如密集区超出周围20m以上，则会出现信号辐射范围过大，对周围站点形成很大干扰的问题；如果天线挂高达到60m以上，易出现“灯下黑”现象，即在基站底下附近室内出现覆盖盲区的现象；,站点高度如果过低，如郊区超出周围平均高度不到10m，则会造成覆盖范围过小，不能满足覆盖要求等问题；对于运营商要求采用的某些高度过低的站点(比如运营商的机楼或母局，能够提供传输和电源)，只要没有明显的遮挡，就可以通过加长抱杆或铁塔的方法解决。,2),规划站点的勘察与选择,规划候选站点需要满足以下要求：(1) 规划得到的扇区朝向方向不能有明显遮挡，保证规划朝向可行。(2) 城区站点应该能够使天线挂高超出周围1015m，郊区或农村站点应高出15m以上；建筑物高度不能超出规划所得站点高度的1.3倍。(3) 避免和其它系统之间的相互干扰，选择能够解决相互干扰的站点。,(4) 所选站址距离规划站点位置(理想位置)不应超出1/4覆盖半径(搜索圈)。(5),GPS立体角不能小于90。(6) 楼顶/塔上有足够的位置架设天馈。(7) 能够提供机房。,下面对其中部分项目具体说明：(1) 站点周围不能有明显的遮挡。遮挡造成覆盖盲区，扇区正前方向的遮挡对信号形成反射，影响后面区域的覆盖，产生导频污染等问题。遮挡物和站点距离要求与可提供站点部分所述的处理一致。规划站点应保证能够提供满足规划朝向的天线安装位置、保证朝向主瓣方向没有遮挡。站点扇区朝向设置对周围区域的覆盖，对周围站点的设置影响都很大，一个站点的变动可能引起很多站点的调整，勘察时应尽量保证规划的朝向在实际环境中能够实现。,(2) 站点高度要求。城区天线挂高应比周围平均高度高1015m，郊区及农村应超出15m以上。要求站点天线挂高和规划所得高度比较接近，对于可以采用增高方式的站点，楼高度可以低于规划所得高度，但不能高于规划高度的30%，如果楼顶有塔，规划所得高度最好位于楼面到塔的顶层平台之间。(3) 站址和规划站点位置距离要求。为了保证网络性能，必须保证根据规划位置勘察得到的站点距离规划位置不超过规划覆盖半径的1/4，否则将影响网络拓扑结构。,3),超远覆盖站点的勘察与选择,超远覆盖的网络规划过程和普通网络有所区别，主要的是需要考虑远区导频污染问题如何解决，以及如何减少对现有网络的影响，这就决定了网络规划过程中的站点选择也会有所区别。超远覆盖大致过程如下：(1) 了解需求，包括要求覆盖范围等信息；(2) 根据超远覆盖模型估算出满足覆盖需求大致的天线高度；(3) 对要求覆盖区域现有网络的覆盖情况进行测试和仿真；,(4) 根据现有网络覆盖情况、需要的天线挂高等信息，基于电子地图进行网络拓扑结构设计，包括站点位置、朝向、天线参数等内容的设置，考虑远区导频污染问题；(5) 实地勘察，选择合适站点，要求能够满足高度和扇区朝向等要求，同时考虑尽量减少对内陆的影响，为了尽可能减少对现有网络的影响，如果在高点进行站点勘察，可以考虑选在最高点以下的位置，这样山体或其它地物可以对背面有一定的遮挡作用，减少对现有网络的影响；(6) 仿真验证勘察结果，对于存在问题的站点进行复勘。,3站址选择示例,每个基站覆盖范围内的语音和各种数据呼叫业务的流量分布应该尽可能准确地决定。各个移动用户的位置(或更确切地说各移动用户的链路预算)也应当尽可能准确地估计到。决定CDMA2000无线覆盖和容量的另一关键因素是地域流量分布，或无线网络覆盖范围内的热点地区。基站位置应选在使它们能总是位于流量热点的地方，这样能够为对它们服务的移动用户提供最好的链路预算。当用户远离基站时，无线网络的吞吐量减小。如图6-5(a)所示，由于热点地区正好位于小区边缘，,其系统容量和服务质量显著降低，如图6-5(b)所示将基站置于流量热点地区将显著减少无线网络中的功率水平，这将减少干扰，增加容量。,图6-5 基站位置放置,在预规划阶段，假定目标范围内的所有基站都有一个确定的负荷。这个值可以是小区可以接受的最大负荷或者预计的忙时负荷。在详细规划阶段，将使用流量分布来安排规划小区中的预计流量。这将导致小区之间负荷差别很大的情况发生。在这个规划阶段还将对覆盖目标进行检查。在预规划阶段，假定流量在一个特定范围内均匀分布，各小区的传播也被假定为相似的。在详细规划阶段，小区间的覆盖预测可能由于传播环境和流量分布的不同而差别很大。,在详细规划阶段，需要评估不同基站布置下整个网络的容量，此时可以通过已提出的各种理论模型进行分析。对于CDMA2000和WCDMA系统来说，理论容量评估模型非常成熟，但是对于TD-SCDMA系统来说，由于采用了智能天线技术和多用户检测技术，理论容量的确定与很多因素有关，需要联合进行评估。,6.2.3 容量规划,在无线网络预规划阶段，我们的主要目的是要了解网络大体规模，如网络目标定义，到底需要多少设备？如何配置？通过覆盖估算，我们可以利用路径损耗大体判断在特定负荷下的小区覆盖半径，结合用户密度分布，即可得到小区的覆盖用户数。那么在网络详细规划中，是不是仅仅考虑覆盖就能得到小区半径呢？还需要从哪些方面进行考虑呢？,CDMA2000系统容量具有以下特点：系统是一个干扰受限系统，其容量取决于干扰程度而不是码信道数；系统的容量与覆盖息息相关；网络的容量具有软容量特性；网络的容量规划是在一定话务模型下的规划。所以，在网络详细规划中，容量规划是必须考虑的一个重要因素。信道容量的基本原理是：CDMA2000采用的是11频率复用，每个信号对于其它信号来说都是噪声(干扰)，因此由于发射功率的制约或用户增加滋生的干扰， CDMA的容量最终是干扰受限的，在反向上，当一个移动台的功率不足以克服来自其它移动台的干扰时，系统达到容量极限；在前向上，当总功率没有多余部分分配给新增用户时，空中接口达到极限。,1业务模型,业务模型研究主要是从数据传输的角度展开的，每种业务具有怎样的容量特性，用户使用某业务时，期望怎样的服务质量。在数据应用中，用户行为研究主要是研究预测3G可以提供哪些种类的业务、每种业务有多少人使用、某业务的使用者使用该业务的频繁程度、用户在不同区域的分布等。话务模型的内容包含业务模型和用户行为，业务模型是指业务本身的特性，用户行为是指人使用该业务的行为。实际运用中，业务模型与话务模型紧密结合，有时并不作严格区分。,CDMA2000系统可为用户提供灵活、广泛的多种类型的业务，这是CDMA2000的一个重要的特点。在不同的传播环境下，CDMA2000系统要求达到不同的传输速率目标值，如在高速移动中，最高可达144 kb/s；在步行情况下，达到384 kb/s；在室内环境下达2 Mb/s。CDMA2000系统支持可变速率业务、混合业务、高速数据分组业务(多媒体等)；还支持上、下行速率不对称的业务(上网等)；并且考虑到以后业务发展的要求，提供足够大容量和灵活速率匹配方法的数据承载能力。CDMA2000业务的业务质量(QoS)用数据率、误码率、传输时延、时延抖动等参数来描述。CDMA2000系统支持的多种业务可归纳为：,可变速率业务、混合业务、高速数据分组业务、不对称业务、大容量和灵活的业务承载等。在CDMA2000系统下，对满足不同业务服务质量也是不同的，在规划中也是要考虑到的。表6-1给出了CDMA2000业务QoS类型。,表6-1 CDMA2000业务类型,话务模型建立的目的，为了确定系统配置，首先要确定空中接口的呼叫容量，在数据应用中，不同的传输模型将产生不同的系统容量。我们需要建立一个满足客户的期望数据传输模型，才能对网络做出正确的规划。话务模型应该由运营商提供，如果运营商无法提供相应的话务模型，可以在运营商许可的情况下采用相类似话务场景的模型作为规划基础。不同的业务和业务构成的比例对CDMA2000性能有很大影响，因此CDMA2000的无线网络规划应该是以一定的业务模型估计为前提的。,2容量预测,1),容量预测方法,当前应用预测方法大致分三类：(1) 趋势外推法。趋势外推法是研究事物发展渐进过程的一种统计预测方法。当预测对象依时间变化呈现某种上升或下降的趋势，并且无明显的季节波动，又能找到一条合适的函数曲线反映这种变化趋势时，就可以时间为自变量，时序数值(如本预测中的用户数)为因变量，建立趋势模型。它的主要优点是可以揭示事物发展的未来，并定量估计其功能特性(该方法可用于网络扩容预测)。,(2) 普及率法。移动 人口普及率预测法结合类比分析，找出类似城市发展的趋势来推及自身发展的趋势。移动网络用户数=区域人口总数移动 普及率移动网络占有率 (6-2)(3) 市场调查法。调查该区域对于通信的需求，竞争对手情况，自身网络资源情况灵活选择。,2),话务预测,话务密度预测可以利用小区规划软件，借助于数字地图，将预测的总话务量输入计算机，小区规划软件就根据现有话务分布情况，生成话务分布图。现有话务密度图的生成方法有：地区分类法、瑞利分布综合预测法、综合计算法。近中期话务密度图的生成方法有：市话密度图类比法、近中期瑞利分布综合预测法、线性预测法和线性校正法。,话务分布图有如下特点： 某区域话务量越大，则基站越多，基站密度也越大，通话可靠性也就越高。 话务量在一定时间内，相对来说是比较稳定的，这跟城市人口分布、结构和用户习惯有关。当然在一个相对长的时间内，移动用户在不断地增长，无线环境在不断地变化，话务分布情况也会变化。 借助话务分布图，就能够进行容量规划，科学地分配容量。,3容量计算,1),语音业务计算,为了工程上的应用，人们将爱尔兰B(Erl-B)公式进行计算以后制成表格，叫做“爱尔兰呼损公式计算表”或“爱尔兰B表”。查爱尔兰B表计算一个扇区的容量。下面通过一些典型参数计算平均每个话音用户的话务量(Erl)，话音用户的忙时试呼次数的典型值，如表6-2所示。,表6-2 话音用户的忙时试呼次数,上表中，平均每个话音用户的话务量根据下式计算： (6-3)由表6-2可知，各类话音用户的话务量的典型值可以取0.02Erl。(注：不同的网络环境该值会有所变化。)计算话务量时以单扇区计算。即对于三扇区基站，先计算出1个扇区总共的信道数，再查Erl-B表得出能支持的用户数，再乘3个扇区，如图6-6所示。,图6-6 查爱尔兰B表示意图,单载扇区的用户容量典型配置为36个信道/1533用户，如表6-3所示。01孤岛全向站最大可配55个信道；S111孤岛站，最大配46业务信道/扇区，考虑切换，每扇区最大可配42业务信道/扇区。,表6-3 1x反向链路的典型话音容量,2),数据业务计算,与话音业务相比，数据业务存在着很大的不同，需要更多的参数来描述。对于话音业务，只需要平均每单位时间呼叫次数和平均呼叫时长两个参数就足以描述；而对于数据业务，则需要更多的参数，如忙时呼叫数、忙时会话数、占空比、忙时每用户平均吞吐量等。不同的数据应用(WWW，E-mail，FTP等)有不同的建模方法。数据业务呼叫的时间段模型如图6-7所示。一次会话(Session)即指一次PPP(Point to Point Protocol)连接，从应用层来说，通常对应为用户访问一个网站、发送一封邮件，或者是下载一个文件等过程。,一次会话又分为多个分组呼叫(Packet Calls)，例如用户阅读网站上的多个网页，每个网页的阅读时间就是分组呼叫时的休眠时间。在分组呼叫过程中，网络为数据用户分配信道资源，而在休眠时，则释放信道资源。每个分组呼叫由多个分组组成。,图6-7 数据业务呼叫模型,为了表示数据业务对信道的占用情况，工程上常将数据用户的业务量用话务量的单位,爱尔兰(Erl)来表示。数据用户的爱尔兰业务量可以从下式得到： (6-4)其中，BHCA,d,表示每个用户平均忙时分组试呼次数，CHT,d,表示平均呼叫保持时间，分别由下面两式计算：,BHCA,d,=BHSA,d,平均每个会话包含的分组呼叫数,(6-5),CHT,d,=,T,active_on,+,T,active_off,+,T,act,(6-6)BHSA,d,表示每个用户平均忙时会话次数，,T,active_on,表示平均分组呼叫的激活时间，,T,active_off,表示平均分组呼叫的去激活时间，,T,act,表示激活状态定时时间。下面通过一个例子，来说明如何根据已知的话音和数据用户的话务量来计算所需要的信道数量。,例：已知系统中需要支持的话音用户总数,N,call,=110,5,，每个话音用户的平均话务量为,E,C_sub,=0.02Erl，每个高端数据用户的平均话务量为,E,D_sub,=0.0118 Erl，需要支持的高端数据用户总数,N,data,=210,4,，如果数据用户的忙时附着概率为已知且定为,P,attach,=45%，系统的GoS=0.1%，那么，分别求出相应的话音和数据用户的信道数量。解 每个话音用户的平均话务量为,E,C_sub,=0.02Erl,所以系统总的话音用户话务量为,E,C,=,E,C_sub,N,call,=0.02210,5,=4000 Erl根据Erl-B公式可以得到话音用户所需的信道数量：,V,channel,=Erl-B(,E,C,，GoS)=Erl-B(4000，0.1%)=2095另外，每个高端数据用户的平均话务量为,E,D_sub,=0.0118Erl,所以系统总的数据用户的话务量为,E,D,=,E,D_sub,N,data,P,attach,=0.0118210,4,45%=106.2 Erl,根据Erl-B公式可以得到数据用户所需的信道数量：,D,channel,= Erl-B(,E,D,，GoS)= Erl-B(94.4，0.1%)= 135需要注意的是，实际网络中存在多种话音和数据的混合业务，此时估算系统的总业务量，一般要对多媒体业务进行估算，最简单的方法一般采用等效数据业务或者数据业务的方法。但这些方法并不能反映不同业务的QoS要求，现在常用的方法则是把所有这些业务等效为一种虚拟的业务，再估算这种虚拟业务量，这就是著名的坎贝尔方法。,3),影响容量的几个因素,(1) 话音激活因子：业务满速率发送的时间在单次Session持续时间内所占的比重。 (6-7)比如，在一次通话中，链路的平均利用率是40%50%，如果发射机随着话音活动而改变发射功率，那么由大量移动台产生的干扰就会降低一半，从而增加容量。,(2) 干扰因子。由于CDMA系统中各个扇区频率相同，所以其它小区的干扰会随着周围小区的增加而增加。从而影响系统容量，干扰因子越大，容量越小。CDMA2000的反向链路的干扰来自大量分散的小干扰(移动台)，下行链路的接入是一对多，干扰来自几个大的干扰源(基站)。(3) 扇区化因子。在话务量很高的密集城区，增加基站的扇区数是提高容量的一种方法，但是要考虑本基站不同扇区之间的干扰对容量的影响，因而引入扇区化因子这个参数。,(4) 解调所需门限。该参数是影响容量的重要因素之一，只有接收机的电平大于该门限，才能解调。它和传送速率及信道编码方式密切相关。容量规划是一个复杂的过程，尤其是3G移动通信网络更是如此，除上述几个因素外还有很多需要考虑的因素，比如在小区半径很小或很大时，小区的反、前向链路容量都会降低。因此，在无线网络规划中，需要综合考虑各种因素，尽量保证网络容量达到最优的状态。,6.2.4 频率使用规划方案,CDMA2000系统采用11的频率复用方式，这一点不同于GSM系统，CDMA2000通过PN偏码以及正交码字来区分小区和用户，而GSM是通过频率来识别小区。二者的规划都存在因资源有限而需要复用的问题，都要遵循避免发生干扰冲突的原则。这是GSM频率规划和CDMA2000的PN码规划之间的共同之处。CDMA2000的容量、覆盖直接受到网络干扰的影响，在规划设计时，工程人员需要充分考虑如何减少不必要的干扰；,而GSM采用时分多址技术，不同的用户用不同的频率和时隙来区分。因此，对于影响GSM容量的主要是频率资源和频率复用技术。CDMA2000系统使用统一的频率，所以不需要进行精心的频率规划，但是需要考虑3G可使用的频段内可能存在的无线通信系统之间干扰，选择干扰最小的3G频段进行网络运营。,1不同CDMA系统之间的干扰,由于当前我国CDMA2000、WCDMA和TD-SCDMA三个系统共存，它们工作于不同频率，三个系统之间存在干扰。同时，由于2G和3G也会在一定时期内共存，它们之间也必然存在干扰。这种干扰是由发射机和接收机的非完美性造成的。发射机在发射有用信号时会产生带外辐射，带外辐射包括由于调制引起的邻频辐射和带外杂散辐射。接收机在接收有用信号的同时，落入信道内的干扰信号可能会引起接收机灵敏度的损失，落入接收带宽内的干扰信号可能会引起带内阻塞；,同时接收机也存在非线性带来的非完美性，带外信号(发射机有用信号)会引起接收机的带外阻塞。发射机和接收机间的干扰还取决于两个系统工作频段的间隔和收发信机空间隔离等因素。为避免邻频道干扰，不同移动通信系统除了根据国家无线电委员会频谱规划的要求进行频率使用，以保证有必要的隔离度外，工程中应采取以下措施：(1) 合理利用自由空间距离、地形地物和天线方向去满足隔离度要求；,(2) 在CDMA系统发射端均加装带阻滤波器。对于设置与其它系统的天线垂直隔离度来说，与具体系统以及具体应用环境有关。例如，CDMA和GSM均为定向天线对面放置水平隔离大于等于20 m，并肩放置水平隔离大于等于1 m；CDMA和GSM均为全向天线水平隔离大于等于4 m；CDMA和GSM一方全向一方定向对面放置水平隔离大于等于15 m，并肩放置水平隔离大于等于4 m。另外，为避免CDMA对GSM的干扰，建议在工程实施中，在CDMA发端加装性能良好的带阻滤波器；同时，两系统天线之间应采用垂直或水平空间隔离方式，空间隔离的具体要求，取决于工程中采用的带阻滤波器性能的优劣。,由于不同厂家设备性能的不同，因此其对隔离度的要求也就不同。需要注意的是，在增加滤波器前提下，隔离度将大大降低。例如，对于CDMA和GSM来说，均为定向天线时水平隔离大于等于1 m；均为全向天线时水平隔离大于等于4 m；一方全向一方定向时水平隔离大于等于4 m。,2CDMA2000频率分配,1) 800 MHz,频率分配,CDMA2000系统800MHz频率分配如图6-8所示。 注：*为需要与非蜂窝系统的频率协商；*为需要与A段载波进行频率协商。,图6-8 CDMA2000 800 MHz频率分配示意图,现在中国电信CDMA网络语音和EVDO用的是同频段800M，其中，用的是A频段，B频段保留。共有7个频点(283、242、201、160、119、78、37)，语音用最高的频点，如283、201等，EVDO用最低的频点，如37、78等。中心频点频率的计算公式为：上行链路：825.00 MHz+0.03 MHz,N,；下行链路：870.00 MHz+0.03 MHz,N,；上行链路：825.00 MHz+0.03 MHz (,N,-1023)；下行链路：870.00 MHz+0.03 MHz (,N,-1023)；下面两个公式只适用开A频段，其它频段使用上面的公式。,2) 450 MHz,和,1900 MHz,频率分配,CDMA2000系统中，450 MHz频率分配技术除具有频率低、覆盖广、室内穿透覆盖好、容量大、支持无线高速分组数据业务等特点外，另一个重要的优势是在覆盖范围广、用户密度很低的情况下投资成本仍可以保持较低。因此，运营商引入了450 MHz CDMA2000 1x无线接入系统建设农村无线接入网络。,图6-9 CDMA2000 450 MHz频率分配示意图,中心频点频率的计算公式为：基站收(上行)：450.00 MHz+0.025(,N,-1)；基站发(下行)：460.00 MHz+0.025(,N,-1)。在3G频率规划的基础上，1900 MHz频率被中国分配给电信CDMA2000的频率是19201935 MHz(上行)/21102125 MHz(下行)，其中，工作频段尚有19001920 MHz共20 MHz频率并没有分配(尚被小灵通占用)。其分配如图6-10所示。,图6-10 CDMA2000 450 MHz频率分配示意图,6.2.5 覆盖规划,CDMA2000系统是干扰受限系统，其覆盖不仅取决于最大发射功率，而且与系统负荷有关。系统的负荷越高，则底噪相应抬高，系统覆盖也相应减小。反之亦然。因此，在进行CDMA2000无线设计时，一定要充分考虑覆盖和容量之间的相互关系，以保证设计所需系统性能指标。覆盖估算过程是根据规划场景、网络设计容量以及设备性能等元素进行链路预算，得出允许的最大路径损耗，根据规划区域的无线传播模型，得到最大小区半径，从而计算得到站点的覆盖面积，,进而可计算出规划区域所需的站点个数。当然此站点个数仅仅为理想蜂窝状态下的站点个数，在具体的地形环境布站时，站点数目会有一定的增加。CDMA2000规划过程中，是通过链路预算进行覆盖规划。CDMA网络每个基站的覆盖，主要受天线挂高、天线类型增益、水平波瓣角、垂直波瓣角、方位角、下倾角和发射功率等因素影响。要使覆盖预测比较准确，用于预测的传播模型必须充分考虑这些参数的影响。,1无线传播特性,移动通信系统最大的特征就是利用无线电波通信，无线传播将直接影响着移动通信网络的运行性能，因此，在做覆盖规划前有必要了解一下无线传播相关内容。1),三种基本传播方式,在移动通信中，影响传播的三种最基本的机制为反射、绕射和散射。接收功率，路径损耗是基于反射、散射和绕射的大尺度传播模型预测的最重要的参数。这三种传播机制也描述了小尺度衰弱和多径传播。,反射：当电磁波遇到比波长大得多的物体时发生反射，反射发生于地球表面、建筑物和墙壁表面。绕射：当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时发生绕射。由阻挡表面产生的二次波散布于空间，甚至于阻挡体的背面。当接收机和发射机之间不存在视距路径，围绕阻挡体也产生波弯曲。在高频波段，绕射与反射一样，依赖于物体的形状，以及绕射点入射波振幅、相位和极化的情况。,散射：当电磁波穿行的介质中存在小于或等于波长的物体(颗粒)并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时，会发生散射。散射波产生于粗糙表面、小物体或其它不规则物体。在实际通信系统中，树叶、街道标志和灯柱都会引发散射。,2),一些相关概念,慢衰落、快衰落：慢衰落表征接收机在一定时间内的均值随传播距离和环境的变化而呈现的缓慢变化；快衰落表征了接收信号短时间内的快速波动。“多径”衰落：移动无线电信号还受到各种各样的散射和多径现象的影响它们能引起严重的信号衰落，这些影响源于移动无线电通信媒介。移动无线电信号衰落包括长时限衰落和短时限衰落，这是统计上的分类。长时限衰落一般由沿传播路径上地形地物的较小规模变化引起。短时限衰落一般由各种信号散射体固定的和运动的反射引起。这类衰落称为“多径”衰落。,3),传播模型,传播模型是用来模拟电信号在无线环境中传播的衰减情况，估算出尽可能接近实际场景接收点的信号场强中值，利用传播模型进行合理的无线小区规划，既满足用户需求的同时又可以节约投资。无线网络规划好坏的程度与传播模型的准确程度密不可分。,根据传播模型的适用范围，可以将传播模型划分为大尺度传播模型和小尺度传播模型两种。通常情况下，可以按照距离尺度将陆地移动通信无线信号的传播机制划分为大尺度和小尺度两种。大尺度传播机制主要用于描述发射机与接收机(T-R)之间长距离(几百米到千米以上)的平均信号场强的变化，该模型称为大尺度传播模型；小尺度传播机制用于描述短距离(几个波长)内接收信号强度的变化，该模型称为小尺度传播模型。前者用以预测较远距离接收信号强度均值；后者用以描述短距离内接收信号强度的瞬时波动。,如果按照传播模型的适用环境划分，又可以分为室外传播模型和室内传播模型。如果根据传播模型的来源划分，可以分为经验模型、半经验(或半确定性)模型、确定性模型三种。经验模型，是根据大量的测量结果统计分析后归纳导出的公式；确定性模型，是对具体现场环境直接应用电磁理论计算的方法得到的公式；半经验模型，是基于把确定性方法应用于一般的市区或室内环境中导出的公式。,由于移动通信所在环境的多样性，每个传播模型都是对某特定类型环境设计的。因此，可以根据传播模型的应用环境对它们进行分类。通常考虑三类环境小区：宏小区(宏蜂窝)、微小区(微蜂窝)和微微小区(微微蜂窝)。三种类型模型和三种小区类型之间存在相互适应的关系。如经验模型和半经验模型对具有均匀特性的宏小区是适合的，半经验公式还适用于均匀的微小区，模型所考虑的参数能很好地表征整个环境。确定性模型适用于微小区和微微小区，不管它们的形状如何，但对宏小区是不能适用的，因为这种环境所需的CPU时间使这些技术效率变得低下。,目前各种规划软件种类繁多，每种规划软件都有不同的传播模型算法，有的对上述算法进行了某些修正，使之更加适合工程使用或者更加适合某些特定地形的传播特性。因此，具有经过验证说明符合一定准确度的传播模型都可以作为工程使用，并不拘泥于规范所推荐的几个模型类型。以往的研究人员和工程师通过对传播环境的大量分析、研究工作，已经提出了许多传播模型用于预测接收信号的中值场强。目前得到广泛使用的几种传播模型有Okumura-Rata模型(对于450M 和800M 的CDMA2000系统的覆盖预测，通常使用该模型)、,COST-231 Hata模型(对于1900M的CDMA2000系统，通常采用该模型)、CCIR模型、LEE模型以及COST-231-Walfisch-Ikegami模型。,2链路预算,链路预算是根据无线空间传播模型，计算从发射端到接收端之间，满足解调要求所需接收功率允许的最大路径损耗，从而确定小区覆盖半径的过程。简单地说，链路预算是对一条通信链路中的各种损耗和增益的核算。可用下面的公式定性表示：路径损耗=,发射功率-接收机灵敏度-裕量 (6-8),其中，路径损耗可基本归结为四部分：发射端、接收端、空中路径损耗和裕量等部分。在发射端，主要是发射机的发射功率、天线增益、以及相应的馈线损耗、人体损耗等。网络规划和设计都需要进行链路预算。但是需要说明的是，链路预算是大量的经验数据，对不同的地区来说，每个地区的无线环境情况都会存在差别，包括建筑物的密集程度、建筑物的材质，甚至是环境的背景噪声等都不相同，所以链路预算的结果只能提供粗略的路径损耗值，在实际的工程设计中，只能作为参考值，而不能用来指导工程建设。要得到比较准确的反映无线环境对电信号的影响结果，必须要在本地进行模型修正来得到。,一个CDMA2000小区的有效半径是指上行链路和下行链路能够稳定地工作的最大距离。由于链路距离正比于传播损耗，最大路
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