WCDMA无线网络覆盖规划

绝密资料，请勿外传京移通信设计院无线通信研究所有限公司WCDMA无线网络规划原则与方法－覆盖规划京移通信设计院有限公司无线通信研究所周胜博士2004年10月绝密资料，请勿外传京移通信设计院无线通信研究所有限公司目录•覆盖规划的指导原则与流程•覆盖范围计算方法•链路均衡分析•覆盖仿真分析•覆盖规划的关键性能指标•影响覆盖的因素以及覆盖增强方法绝密资料，请勿外传京移通信设计院无线通信研究所有限公司覆盖规划的指导原则•WCDMA无线网络覆盖规划需要按照“一步规划、分步实施”的原则进行，即考虑较长时间（一般考虑不超过三年）内WCDMA业务特别是数据业务可能的发展，以此为依据定义系统目标负载并进行一步式规划设计，分步实施步骤需要根据具体情况进行具体分析；•对于数据业务密集的热点地区，要结合现有GPRS和WLAN系统提供CS64k数据业务的连续覆盖，而其他地区需要根据需求分析决定覆盖规划的基本业务和覆盖状况；•WCDMA无线网络覆盖规划需要首先进行需求分析即业务量分析；•由于WCDMA链路预算中1dB的变化就会导致系统覆盖10％的变化，因此WCDMA无线网络的覆盖范围必须根据合理的链路预算和传播模型进行计算；绝密资料，请勿外传京移通信设计院无线通信研究所有限公司覆盖规划的指导原则•覆盖规划实际上实现了WCDMA系统的无线网络的布局，因此站址和天线选择必须根据业务量分析确定，并且要保证骨干站点位置；•初期覆盖规划要兼顾后期建设和扩容，即要考虑一定阶段的用户预测，使得一定阶段内WCDMA网络所使用站址的相对稳定，因此初期规划设计和后期建设中都应当尽可能保证WCDMA无线网络结构符合标准的蜂窝布局结构，以减少后期维护和优化费用；•WCDMA既支持上下行链路对称的电路业务，也支持不对称的分组业务，需要对上行和下行链路进行链路均衡以平滑切换、降低干扰；•另外，由于WCDMA系统覆盖和容量是相互关联相互影响的，因此后期扩容应以尽量不影响覆盖为原则。绝密资料，请勿外传京移通信设计院无线通信研究所有限公司覆盖规划的流程绝密资料，请勿外传京移通信设计院无线通信研究所有限公司覆盖范围计算方法•链路预算：链路预算是一种为不同3G业务提供小区范围评估的有效方法。通过对系统中上下行链路信号传播途径中各种影响因素进行考察，对系统的覆盖能力进行估计，链路预算的结果被称为最大各向同性路径损耗。使用适当的传播模型就可以将其转化为小区范围。•传播模型：研究无线传播环境对信号的传输质量的影响，也就是研究无线电信号在空中所经历的电波传播损耗，这就需要建立传播模型来模拟电信号在无线环境中的衰减情况，估算出尽可能接近实际的接收点的信号场强中值•传播模型校正：传播模型大都是基于大量测量数据的统计模型，但统计模型先天的最大弱点是因为每一个模型的提出都与提出者所在的地区有关系，实际应用时必须校正•覆盖范围计算以及链路预算对覆盖范围的影响绝密资料，请勿外传京移通信设计院无线通信研究所有限公司链路预算MSMSpiSHOsfMSaBSslantBSaBSfeederBSTXDLSLLMGMMGLGLPPLBSMSpiSHOsfMSaBSaBSfeederMSTXULSLLMGMMGGLPPL绝密资料，请勿外传京移通信设计院无线通信研究所有限公司链路预算参数•PLUL、PLDL分别代表上、下行链路最大传播损耗；•是基站最大发射功率；本参数为系统设备参数，不同厂家设备取值不同；设定值定义在机顶天线口，无须考虑合路器损耗，可以通过测量获得；典型值：20W（43dBm）。•：基站导频功率占总功率的比例；可根据覆盖范围和覆盖概率要求确定，具体值设定可以根据实际系统进行调整，一般调整范围在6dB以内，但是设定后轻易不做修改，以免造成系统不稳定；受限于NODEB可以使用的总功率和业务信道可以使用的功率，其它公共信道功率一般参照导频功率进行确定，影响这个参数取值的因素很多，参见《信令信道规划》功率配置中的详细分析；典型值：2W（33dBm）即总功率的10%。BSTXP绝密资料，请勿外传京移通信设计院无线通信研究所有限公司链路预算参数•是移动台业务信道最大发射功率；3GPPTS25.101规定了4个功率等级的移动台，不同设备不同业务取值不同，如下表所示；设备参数，可以通过测量获得；典型值：一般假设语音业务最大发射功率21dBm；数据业务最大发射功率24dBm，但是目前无论何种业务，终端的发射功率都是21dBm，因此取所有移动台业务信道最大发射功率均为21dBm。MSTXP绝密资料，请勿外传京移通信设计院无线通信研究所有限公司链路预算参数•是馈线损耗；WCDMA系统工作在2GHz频段，机顶到天线间电缆、连接器和跳线损耗等都不可忽略，而合路器损耗不需考虑，在使用双工器的情况下，上下行信号经过同一馈缆，所以上行接收和下行发射的馈缆损耗设置为相同的值；馈线损耗会降低接收机接收电平（通过影响噪声系数）和发射机EIRP，从而对覆盖能力产生影响。使用塔放时，接收机放大环节移到电缆之前，从而消除了馈线损耗的影响。；其中、、和分别是电缆损耗、连接器损耗和跳线损耗，是诸如避雷针之类的其它损耗（一般由于小于0.5dB而经常忽略），电缆损耗等于电缆损耗率和电缆长度的乘积，常用的7/8馈缆在2GHz频段电缆损耗率=6dB/100m；设备参数，可以通过测量获得；典型值：馈线损耗=3dB。BSfeederLBSetcBSjumperBSconnectorBScableBScableBSetcBSjumperBSconnectorBScableBSfeederLLLdLLLLLBScableLBSconnectorLBSjumperL绝密资料，请勿外传京移通信设计院无线通信研究所有限公司链路预算参数•是基站天线增益；在水平平面中天线的最大增益；定向天线增益较大，用于城区覆盖；全向天线增益较小，可以用于乡村；设备参数，可以测量获得；典型值：全向天线增益11dBi；三扇区65°定向天线增益18dBi；六扇区天线增益21dBi。•是天线极化损耗；在实际传播中，由于横向极化传播导致的损耗，实际天线增益无法达到最大增益方向；设备参数，可以测量获得；本参数只用于基站天线采用双极化天线情况下，而且只应用于下行链路，因为基站天线在接收时不存在极化损耗；典型值：1.5dB。BSaGBSslantL绝密资料，请勿外传京移通信设计院无线通信研究所有限公司链路预算参数•是移动台天线增益；全向天线，不同终端和业务有所差别；设备参数，可以测量获得；典型值：通常假设话音业务为0dBi，数据业务为2dBi，但实际系统中这个增益并不存在，即所有终端均取0dBi。•Mf是快衰落余量（与传播环境相关）；在移动传播环境中，接收信号功率经过闭环快速功控将能够有效补偿快衰落造成的信号衰落，特别是对于慢速移动的用户；链路预算中使用理想功控条件下解调门限进行计算。实际工作中，由于最大发射功率限制，解调性能会恶化，快速功控能够对抗低速移动（50km/h）条件下快衰落的影响，从而降低衰落信道条件下解调所需Eb/No要求，在用户高速(120km/h)移动时，快速功控起不到对抗快衰落的作用；快衰落余量的计算公式为影响快衰落余量的主要因素是信道模型、用户移动速度和BLER目标值；一般而言，慢速移动的用户取2~5dB，快速移动用户取0dB。MSaG绝密资料，请勿外传京移通信设计院无线通信研究所有限公司链路预算参数•GSHO是软切换增益（与传播环境相关）；由于移动台位于小区边界时存在多条独立传播路径，使得满足一定覆盖概率要求的阴影衰落余量减小即系统中断概率的降低，如下图所示，同时独立传播路径的存在也使系统解调所需要的Eb/N0值变小（宏分集合并增益），因此在链路预算中定义阴影衰落余量的减小为软切换增益；绝密资料，请勿外传京移通信设计院无线通信研究所有限公司链路预算参数软切换增益大小与阴影衰落的标准差、边缘覆盖概率以及两个基站信号的相关性有关，其实质为宏分集增益；上行链路软切换增益典型值一般取0.8～4dB，下行链路取1～3dB。绝密资料，请勿外传京移通信设计院无线通信研究所有限公司链路预算参数•Mi是干扰余量（与系统设计容量、外界电磁环境相关）；WCDMA系统为自干扰系统，其覆盖与容量密切相关，同时外界电磁干扰的存在也会导致系统覆盖的变化，在链路预算中就表现为干扰余量的引入，干扰余量表征了WCDMA系统自身干扰和外界干扰使接收机噪声提高的程度，因此在上行链路也叫噪声恶化量或者噪声提升(NoiseRise)，在下行链路中也称为功率提升（powerrise）；干扰余量等于外界干扰余量和WCDMA系统自身干扰余量的和；WCDMA系统上行链路自身干扰余量的计算公式为：其中PN表示热噪声功率，Itotal_i表示总干扰功率，ηUL是上行链路系统负载因子；上下行链路外界干扰余量分别为5.46和6.97dB。WCDMA系统自身干扰余量的取值由系统的设计容量要求决定，一般取1～3dB，因此系统干扰余量的取值一般在1～10dB范围内，具体取值需要根据实际系统设计容量和外界电磁环境决定。)1/(1/)(___ULNitotalNULowniPIPM绝密资料，请勿外传京移通信设计院无线通信研究所有限公司链路预算参数•Ms是阴影衰落余量（与传播环境和系统性能要求相关）；在移动传播环境中，接收信号的场强中值在长时间内的缓慢变化称为慢衰落。产生慢衰落的原因是地形地物等环境因素导致的阴影效应（位置函数）和大气折射（时间函数）。由于大气折射影响远小于阴影效应，因此典型的慢衰落就是阴影衰落，即接收信号功率电平经受阴影效应，这使得收到的信号电平为一个随机变量，实际的路径损耗在路径损耗中值上下波动。为了保证一定的边缘覆盖概率（一般大于50%），就需要留出一定的余量，即阴影衰落余量；通常假设阴影衰落服从对数正态分布，根据阴影衰落方差和边缘覆盖概率要求（运营商确定）可以得到（如下图所示）：Ms（dB值）=NORMSINV（边缘覆盖概率）×σ阴影衰落方差（dB值），其中NORMSINV()函数为标准正态分布累积函数的逆函数，绝密资料，请勿外传京移通信设计院无线通信研究所有限公司链路预算参数决定阴影衰落余量的主要因素包括阴影衰落的标准方差、区域通信概率、路径损耗指数等，而阴影衰落标准方差和路径损耗指数与地形地物关系很大，一般常见的取值是路径损耗指数为4，阴影衰落方差为8dB。绝密资料，请勿外传京移通信设计院无线通信研究所有限公司链路预算参数•Lp是建筑物穿透损耗（要求室内覆盖时使用，与传播环境相关）；如果使用室外基站进行室内覆盖，需要考虑建筑物穿透损耗，设计时要注意室内和室外环境干扰的控制，需要注意WCDMA和GSM不同，穿透损耗并不是取得越大越好；可通过测量获得；建筑物穿透损耗与建筑物类型有关，例如，密集城区建筑物穿透损耗典型值20～25dB，市区15dB，郊区10dB，而在寒冷地区穿透损耗可能更高。•LMS是人体损耗；对于手持移动台，需要考虑人体穿透损耗的影响，具体取值与使用者的使用习惯有关；典型值：话音终端一般取3dB，数据终端由于使用方式不同，可以取1dB或者不考虑人体损耗影响即0dB。绝密资料，请勿外传京移通信设计院无线通信研究所有限公司链路预算参数•SBS是基站的接收机灵敏度（与业务、多径条件等因素相关）。基站接收机灵敏度确定为保证一定的呼叫质量，业务信道所需的最低接收电平；基站的接收机灵敏度计算公式为：--W：信号带宽或者码片速率，对于WCDMA系统为3.84Mcps--Rb：数据速率（信道编码前），WCDMA系统中业务包括12.2kbps、64kbps、144kbps和384kbps等；--K：波尔兹曼常数，等于1.38×10-23J/K；--T：取常温17℃即约290K（开尔文温标0K=-273.15℃）；--常温下热噪声密度==-173.9