第5章WCDMA无线网络规划与设计

WCDMA无线网络规划概述5.1业务预测5.2无线网络规划方案5.3WCDMA无线网络规划软件5.4小结5.5本章内容WCDMA无线网络规划的特点WCDMA无线网络规划过程WCDMA业务预测WCDMA覆盖规划WCDMA容量规划WCDMA扰码规划WCDMA无线网络规划软件本章重点WCDMA无线网络规划过程WCDMA覆盖规划WCDMA容量规划WCDMA扰码规划学习本章目的和要求了解WCDMA无线网络规划的特点掌握WCDMA无线网络规划过程了解WCDMA业务预测的目的、原则和方法掌握WCDMA覆盖规划掌握WCDMA容量规划掌握WCDMA扰码规划了解WCDMA网络规划仿真技术5.1WCDMA无线网络规划概述从网络规划的观点来看，与第二代移动通信相比，第三代移动通信系统的主要特征是能够提供不同速率和不同QoS要求的业务。服务的用户数量大（特别是在城区和人口密集的区域）；网络结构的灵活性允许在特定的环境下配置不同的结构（公共场所、高速公路、住宅区、商业区）；基于分布式数据库结构的先进的移动性管理策略使用户数据所需的存储、更新和恢复等总的信令开销最小。显然，现在的规划方法不能处理这些特殊的特性。第三代系统的规划和优化策略需要考虑将来UMTS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。5.1.1WCDMA无线网络规划的特点WCDMA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。WCDMA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。WCDMA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。由于WCDMA系统的覆盖和容量之间存在动态平衡关系，因此，在无线网络规划阶段，两者的规划方式已经有很大的不同。在WCDMA系统中，功率资源是非常有限的。在WCDMA系统中，导频污染也是影响网络性能的一项重要因素。WCDMA网络规划与当前的移动通信网络规划相比，其复杂度要高得多，网络规划的过程也将有很大的不同。下面将详细介绍WCDMA无线网络的规划过程、覆盖分析、容量分析等内容。5.1.2WCDMA无线网络规划过程对于WCDMA网络，详细的规划本身就是一个优化的过程。它的规划不仅仅是覆盖区域估计，还包括干扰分析及容量分析。在无线网络规划过程中，需要优化基站参数，进行天线选择、调整天线方向，甚至站点位置都需要调整，以使用最少的费用满足服务质量、容量和业务需求。图5-1WCDMA网络规划过程5.2业务预测5.2.1业务预测概述在无线通信网络的规划与设计过程中，业务分析与预测是非常重要的方面之一。业务预测内容通常包括如下几个方面：（1）用户数据预测用于指导网络容量规划，并作为经济收益预测的基础；（2）业务的地理和时间上的分布预测可以用于指导网络规划过程中具体的网元配置；（3）业务类型以及相应的比例预测可以用于指导业务引入和业务发展策略。准确地预测各类业务在规划区域内的分布与密度情况，对于建设一个良好的无线网络非常重要，尤其对可以提供多种业务的WCDMA无线网络而言，容量、覆盖、质量三者之间紧密联系，准确的业务预测将有助于网络规划设计人员在WCDMA无线网络的规划优化过程中既可获得最优的网络性能，又可以避免设备及资源的浪费。5.2.2业务预测的原则无线网络规划与设计中的业务预测是确定无线网络建设规模的重要依据，必须既要反映客观实际的需要，又需要考虑现实条件的可能性，同时还要考虑未来的业务发展。根据上述的因素，无线网络规划与设计中进行业务预测的原则以及依据主要包括如下几个方面：（1）明确预测对象，确定需要预测的业务类型以及区域范围；（2）相关统计数据的收集及准备，特别是与用户发展情况相关的数据需要全面准确地收集与整理；（3）用户发展情况的分析，根据收集得到的数据分析现有用户的发展情况；（4）运用科学的预测方法以及预测工具等。在实际的业务预测过程中，需要结合预测范围以及预测对象等因素选择合适的预测方法与工具，进行更为准确地业务预测。5.2.3业务预测的方法用于业务预测的方法有多种，常用的进行业务量预测的方法包括：普及率法、趋势外推法、瑞利分布多因素法、回归预测法等。1．普及率法使用无线通信业务的用户普及率预测法结合类比分析，可以找出类似城市发展的趋势来推及自身发展的趋势。普及率法是从社会需求的宏观角度来考虑用户的增长等情况，其基本思路为：需要规划的无线网络预测用户数=规划区域内人口总数使用通信业务的用户普及率该无线网络在所在规划区域的市场占有率。2．趋势外推法趋势外推法是研究事务发展渐进过程的一种统计预测方法，当预测对象依据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，就可以依据时间为自变量，时序数值。该方法的特点是，假定用户容量的增长符合某种数学统计曲线，根据以前若干年网络用户数目的历史数据，采用数学曲线拟合的方式，预测今后一段时间内用户数目增长的情况。使用趋势外推法进行用户数目预测的步骤可以包括：（1）首先采集用户数目增长的历史数据，根据数据整理出用户数目的历史增长曲线；（2）然后选择合适的数学曲线进行拟合；（3）最后根据拟合得到的数学曲线的发展趋势预测今后某个时刻点的用户数目。3．瑞利分布多因素法瑞利分布多因素法。瑞利分布多因素法是一种研究移动电话在潜在用户中渗透率的变化趋势的预测方法。瑞利分布多因素法可以通过研究产品在潜在用户中普及率的变化趋势，从而得到对用户数的预测结果。（1）潜在用户群采用瑞利分布的原理（2）潜在用户群中渗透率变化趋势的量化采用趋势影响分析法4．回归预测法回归预测法是根据两个或多个变量数据，如人均国内生产总值和使用无线业务的用户数等，所呈现的趋势分布关系，采用适当的计算方法，找到它们之间特定关系的经验公式。依据此经验公式，根据其中一个变量的变化，来预测推知另外一个变量的发展变化。5.3无线网络规划方案5.3.1覆盖规划WCDMA无线网络覆盖规划的关键指标包括：阻塞概率与覆盖率、接收信号码功率、导频信号质量等。1．覆盖类型对覆盖类型进行细分的目的，是作为话务分析及基站布局的基础，为后续的覆盖规划，容量规划提供可行的依据。（1）密集城区①CBD②密集市区（DenseUrban）③密集建筑区（DenseBlockBuilding）（2）普通城区（3）郊区（4）农村（5）公路/干道（6）山区覆盖范围覆盖面积（km2）密集区CBD区密集市区密集建筑区一般市区市、县城郊区县农村县交通干道交通干道名细分山区县表5-1覆盖类型2．无线链路预算在进行网络规划和设计时都需要进行链路预算（LinkBudget）。链路预算为有效分配无线资源、合理进行网络规划提供了重要依据，并在网络优化中有着重要的意义，是有效分配系统资源的一种解析方法。（1）无线链路的组成图5-2WCDMA无线链路的基本组成①馈线损耗②发射机参数Pout_BS：基站业务信道的发射功率。Pout_UE：移动台的最大发射功率限制。3GPP25.101规定了4个等级。功率等级最大标称功率容差1+33dBm+1/3dB2+27dBm+1/3dB3+24dBm+1/3dB4+21dBm2dB表5-2移动台的发射功率等级③接收机参数热噪声及噪声系数接收机灵敏度-85dbm~-100dbm之间（WCDMA）天线增益④路径损耗⑤阴影衰落⑥快衰落⑦建筑物穿透损耗，车辆穿透损耗和人体损耗（2）链路预算图5-3链路预算①系统参数系统带宽B5MHz数据速率R处理增益G业务所需的Eb/N0终端类型信道类型BLEREb/No(dB)ULEb/No(dB)DLAMR12.2STATIC0.012.857.16TU30.015.87.6TU500.016.28.1CS64STATIC0.011.24.36表5-3Eb/No解调门限②干扰裕量=10-10log10(1-η)？(η为负载率)③阴影衰落裕量边缘覆盖率区域覆盖率图5-4概率分布几个典型的衰减裕量边界覆盖率衰减裕量ρ90%1.29δdB75%0.68δdB50%0dB图5-5区域覆盖概率④快速功率控制裕量⑤软切换增益3．链路预算的例子上行链路预算：不考虑覆盖需求（环境时），最大路径损耗（dB）=移动台最大发射功率（dBm）-人体损耗（dB）-移动台连接器损耗（dB）-快衰落裕量（dB）-基站馈线损耗（dB）-基跳线接头及避雷器损耗（dB）+基站天线增益（dBi）-基站接收机灵敏度（dBm）考虑覆盖需求时：最大允许的路径(dB)=最大路径损耗-阴影衰落裕量+切换增益-穿透损耗接收机灵敏度计算方法Smin=[Eb/N0]req+Nth+F+R(dBm)[Eb/N0]req，所需要的信噪比，单位：dBNth:热噪声密度，单位：dBm/HzF:噪声系数,单位为dBR：信息速率，单位dBHz系统参数AMR12.2KCS64KPS64K发射机（移动台）信息速率（kbit/s）12.26464系统速率（kbit/s）3 8403 8403 840移动台最大发射功率（W）0.1250.1250.125移动台最大发射功率（dBm）21.021.021.0表5-4密集市区链路预算续表系统参数AMR12.2KCS64KPS64K发射机（移动台）移动台天线增益（dBi）000人体损耗（dB）300移动台连接器损耗（dB）000等效全向辐射功率EIRP（dBm）18.021.021.0系统参数AMR12.2KCS64KPS64K接收机（基站）热噪声密度（dBm/Hz）174174174基站接收机噪声系数（dB）444接收机噪声密度（dBm/Hz）170170170接收机噪声功率（dB）104.16104.16104.16小区负荷50%50%50%续表系统参数AMR12.2KCS64KPS64K干扰裕量（dB）3.03.03.0总有效噪声+干扰（dBm）101.15101.15101.15处理增益（dB）25.017.817.8所需Eb/No（dB）5.83.22.8接收机灵敏度（dBm）120.33115.73116.13基站天线增益（dBi）17.217.217.2续表系统参数AMR12.2KCS64KPS64K基站馈缆百米损耗（dB/100m）4.04.04.0基站馈缆长度（m）35.035.035.0基站馈缆损耗（dB）1.41.41.4跳线接头及避雷器损耗（dB）1.01.01.0快衰落裕量（dB）4.04.04.0最大路径损耗（dB）149.1147.5147.9续表系统参数AMR12.2KCS64KPS64K覆盖需求（环境）覆盖概率90.0%90.0%90.0%阴影衰落标准差（dB）10.010.010.0阴影衰落裕量（dB）6.76.76.7软切换增益（dB）333穿透损耗（dB）151515最大允许路径损耗（dB）130.4128.8129.2续表系统参数AMR12.2KCS64KPS64K发射机（移动台）信息速率（kbit/s）12.26464系统速率（kbit/s）384038403840移动台最大发射功率（W）0.1250.1250.125移动台最大发射功率（dBm）21.021.021.0表5-5一般市区链路预算系统参数AMR12.2KCS64KPS64K发射机（移动台）移动台天线增益（dBi）000人体损耗（dB）300移动台连接器损耗（dB）000等效全向辐射功率EIRP（dBm）18.021.021.0续表系统参数AMR12.2KCS64KPS64K接收机（基站）热噪声密度（dBm/Hz）174174174基站接收机噪声系数（dB）444接收机噪声密度（dBm/Hz）170170170接收机噪声功率（dB）104.16104.16104.16续表系统参数AMR12.2KCS