第十六章 網(wǎng)絡規(guī)劃、設計與優(yōu)化

1、主講人: 羅 kype:luocong178第十六章第十六章 網(wǎng)絡網(wǎng)絡規(guī)劃、設計與優(yōu)化規(guī)劃、設計與優(yōu)化2本章內(nèi)容本章內(nèi)容 16.1 網(wǎng)絡規(guī)劃、設計與優(yōu)化的必要性及其主要內(nèi)容 16.2 網(wǎng)絡規(guī)劃、設計與優(yōu)化的基本原理 16.3 從覆蓋角度進行小區(qū)規(guī)劃與設計 16.4 從容量角度的規(guī)劃與設計 16.5 網(wǎng)絡設計的系統(tǒng)仿真 16.6 室內(nèi)規(guī)劃與設計簡介 16.7 GSM系統(tǒng)的網(wǎng)絡優(yōu)化 16.8 3G移動通信的網(wǎng)絡規(guī)劃與設計 16.9 本章小結316.1 網(wǎng)絡規(guī)劃、設計與優(yōu)化的必要性網(wǎng)絡規(guī)劃、設計與優(yōu)化的必要性及其主要內(nèi)容及其主要內(nèi)容 移動通信系統(tǒng)面向整個服務區(qū)，為所有用戶

2、提供機動、靈活的移動通信業(yè)務。 要實現(xiàn)它僅依靠前面介紹的物理層的關鍵技術和網(wǎng)絡層的協(xié)議是不夠的。 還必須有一個從宏觀與整體上充分利用物理層與網(wǎng)絡層軟硬件設備為用戶服務的移動網(wǎng)絡平臺，以構成一個完整的移動網(wǎng)絡系統(tǒng)。 4 16.1.1 必要性與基本內(nèi)容必要性與基本內(nèi)容 構成一個完整的移動網(wǎng)絡系統(tǒng)首先要根據(jù)對服務區(qū)的覆蓋、容量和質(zhì)量的要求，服務區(qū)域類型與地形、地貌以及無線傳播特性等初步確定小區(qū)與基站的數(shù)量、基站設備配置和大致工程預算。 其次要對移動通信正式運營的網(wǎng)絡進行工程設計與拓撲結構的確定。5 第三步是對工程設計的反復調(diào)整與優(yōu)化。通過仿真，將其結果與初步工程設計結果比較，并進一步修改設計參數(shù)；根

3、據(jù)無線資源管理RRM參數(shù)以及實測的網(wǎng)絡性能，再進一步仿真并反復修改工程設計，達到初步設計要求，交付正式運營使用。 經(jīng)過一段正式穩(wěn)定經(jīng)營以及根據(jù)對運營網(wǎng)絡的實際路測、網(wǎng)測和運行報表的進一步分析找出問題所在，進一步優(yōu)化網(wǎng)絡結構，改善覆蓋，擴大容量，改善質(zhì)量，提高效益。 6 16.1.2 移動通信中的頻率規(guī)劃移動通信中的頻率規(guī)劃 無線電波是隨著傳播距離的增大而逐步衰減的，正是利用這一空間衰耗特性進行空間隔離，對移動通信中的載波頻率或者導頻相位進行重復性使用，并稱它為頻率規(guī)劃和導頻相位規(guī)劃。 在移動通信中相鄰小區(qū)是不能用相同載頻的，為了確保同一載頻信道小區(qū)間有足夠的距離，小區(qū)(蜂窩)附近的若干個小區(qū)都

4、不能采用相同載頻的信道，由這些不同載頻信道的小區(qū)組成一個區(qū)群，只有在不同區(qū)群間的小區(qū)才能進行載波頻率的復用。 7 由蜂窩結構構成的區(qū)群中小區(qū)數(shù)目應滿足下列公式 22Naabb下列表格給出，不同a，b值時區(qū)群數(shù)N值0123411371321247121928391319273741621283748ab8 蜂窩網(wǎng)絡規(guī)劃經(jīng)常使用的區(qū)群結構：9蜂窩區(qū)群：3個基站，每個基站3個扇區(qū)；12蜂窩區(qū)群：4個基站，每個基站3個扇區(qū)；21蜂窩區(qū)群：7個基站，每個基站3個扇區(qū)。 例2：我國800MHz移動數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)采用等間隔頻率分配方案的13小區(qū)全向型，每個小區(qū)兩個載頻且同一小區(qū)內(nèi)相鄰兩個頻率間隔為390KHz

5、，其結構如下： 910,2312,356,194,1714,277,205,188,219,2216,2911,2413,2615,28圖16.3 13小區(qū)頻率復用模式 10 16.1.3 CDMA中導頻偏移量中導頻偏移量(又稱導頻相又稱導頻相位位)規(guī)劃規(guī)劃 CDMAFDMA(TDMA)小區(qū)規(guī)劃導頻偏移量規(guī)劃頻率規(guī)劃干擾類型與度量標準 同相偏移干擾相位復用距離 鄰相偏移干擾相位隔離(防護)度 同頻干擾頻率復用距離 鄰區(qū)頻率干擾頻率隔離(防護)度理論分析方法與度量準則概率統(tǒng)計分析方法， 與概率統(tǒng)計分析方法載干比 (FDMA) 與 (TDMA)工程分析方法在理論分析基礎上的導頻偏移量規(guī)劃與設計在理

6、論分析基礎上的頻率規(guī)劃與設計IE/IE/ePIE/eP11IS-95的基本參數(shù) 為了有效區(qū)分基站，IS-95采用短PN碼： 。進一步為了便于整除加上一個15位全“0”碼，共計有215=32768 chips（位） 。 IS-95中取相位隔離(防護)度為64chips，其原因有： 留足夠多徑時延保護區(qū)：它主要對本小區(qū)(扇區(qū))而言； 相鄰小區(qū)(扇區(qū))間的導頻偏移量應當有足夠的間隔； 當使用導頻偏移量規(guī)劃時，要防止遠端使用同一導頻偏移量的小區(qū)(扇區(qū))引入的混淆，它主要靠距離引入等效偏移量足夠大。(在一定接收門限下)1215m12CDMA中的碼片(chip)周期與碼片(chip)在空中等效距離 IS-

7、95/CDMA2000-1X碼片周期與空中等效距離： CDMA2000-3X的T2與D2： WCDMA的T3與D3：chipkmkmchipsCTDchipsMcpsT/244. 0299311/8138. 0/8138. 02288. 11111光速chipkmDchipsMcpsT/081. 0299311271. 0/271. 06842. 3122chipkmDchipsMcpsT/0778. 029931126. 0/26. 084. 313313導頻偏移量規(guī)劃中的主要技術參數(shù) 基站PN碼設計中可用的相位偏移指數(shù)NPN在IS-95中： 在每一個IS-95中的頻點(占1.25MHz帶寬

8、)，最大可提供的基站(全向天線)或扇區(qū)(三扇區(qū))的地址碼數(shù)目為512個。512643276864215NPN14 在IS-95中可采用的頻點數(shù)為： 理論上： 實際上要進一步考慮保護頻帶 在我國，IS-95只分配10MHz頻段，則有個2025. 1251MHzMHzN個7 .1627. 023. 1252MHzN122220816.76.755WW個個不采用導頻偏移量規(guī)劃時，最大可提供的基站地址碼數(shù)目K：理論上：實際上：個10240205121NNKNP個8192165122NNKPN15 為了進行導頻偏移規(guī)劃，再引入兩個主要參數(shù)： 第一個參數(shù)是實際上可用于導頻偏移規(guī)劃中的導頻偏移組數(shù) ，它相當

9、于FDMA/TDMA頻率規(guī)劃中的蜂窩群中的小區(qū)(或扇區(qū))數(shù)目N的最大值； 第二個參數(shù)是偏移量增量PILOT-INC：它是一個相對量，與 有下列對應關系：PNNPNN16 PILOT-INC與 的對應關系：PNN512，256，170，128，102，85， 51 PILOT-INC 1， 2， 3， 4， 5， 6， 10 PNN 可見，PILOT-INC越大，實際上規(guī)劃中蜂窩群中小區(qū)(扇區(qū))數(shù)目就越少； 在工程上一般取PILOT-INC為410左右，對應 為12851。PNN17理論上指出：兩基站導頻間產(chǎn)生干擾的概率與蜂窩群中實際使用的基站數(shù)N有如下關系：P (上界)當N=4時， 當N=10

10、時，可見在實際蜂窩網(wǎng)中4個一群干擾概率較大，10個以上一群足以滿足要求。21N%606. 04P100.1%P 18取相位隔離(防護)度為64chips時，基站間的等效空間距離為(設計值)：對于IS-95：對于CDMA20003x： 對于CDMA20001x：與IS-95相同對于WCDMA：kmchipkmDd6 .15/244. 0646411kmchipkmDd18. 5/081. 0646422kmchipkmDd5/0778. 064643319 例1：取PILOT-INC=10 實際可用的導頻組數(shù)目為： 每個導頻組偏移量為：64PILOT-INC=6410=640chips 它的等效

11、空間距離為：可見，它遠遠大于設計的基站間等效空間距離15.6km；實際工程中，應預留一些備用的導頻偏移量，以供一些特殊基站，比如超高站使用。這樣可用導頻組數(shù) 與實際在同一蜂窩群中使用的導頻組數(shù)N是不一樣的。個5110512)10(PNN)15.6km(d156kmip0.244km/ch64011dPNN20將這51個導頻組劃分為三組，每組17個： 第一組 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1314 15 16 17第二組18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 3031 32 33 34第三組35 36 37 38 39 40 41 42 4

12、3 44 45 46 4748 49 50 51上述三個導頻組中每組17個，其中取前13個為正式使用，另外后4個供備用；這時， 若采用全向天線，則僅用第一組，N=13，后四個備用； 若采用三扇區(qū)天線，則三組都使用，仍為N=13，且每組后四個備用； 這時每個小區(qū)內(nèi)扇區(qū)間的導頻組劃分為：各組對應的列為同一小區(qū)，即1，18，35為同一小區(qū)，2，19，36為同一小區(qū)，以下依次類推。 ；，131322NbababaN21這時，N=13的對應小區(qū)覆蓋規(guī)劃結構(以全向天線為例)如下：基中： r為小區(qū)半徑，若取r =1km，則 ，它等效于結論：當小于激活導頻搜索窗srch-win的一半13chips時，系統(tǒng)中

13、不會出現(xiàn)因?qū)ьl偏移量規(guī)劃而引入導頻間的干擾。 rrrrNd639133313kmrd6613chips26244. 06小區(qū)群結構圖扇區(qū)結構圖22 例2：取PILOT-INC=4 實際可用的導頻組數(shù)目為： 每個導頻組偏移量為：64PILOT-INC=644=256chips 它的等效空間距離為：可見，它仍遠遠大于設計的基站間等效空間距離15.6km；根據(jù)：則： ，即選用37個小區(qū)(扇區(qū))為一個蜂窩群。 個1284512)4(PNN15.6kmkm46.62ip0.244km/ch2561d3422bababaN，選37334422N23將這128個可用導頻組劃分為三組，每組42個： 若采用全向

14、天線，則僅用第一組，N=37，后面的3842備用； 若采用三扇區(qū)天線，則三組都使用，仍為N=37，即每組前37個使用，后面的備用； 這時每個小區(qū)內(nèi)扇區(qū)間的導頻組劃分為：各組對應的列為同一小區(qū)，即1，43，85；2，44，46；依次類推。 第一組 1 2 3 4 36 3738 39 41 42第二組43 44 45 46 73 7475 76 83 84第三組85 86 87 88 110 111 112 113 127 12824這時，N=37的蜂窩群結構(以全向天線為例)如下：小區(qū)群結構圖扇區(qū)結構圖25基中： r為小區(qū)半徑，若取r =1km，則 ，它等效于結論：當小于激活導頻搜索窗srch

15、-win的一半22.5chips時，系統(tǒng)中不會出現(xiàn)因?qū)ьl偏移量規(guī)劃而引入導頻間的干擾。 rrrrNd11121373337kmrd111137chips43244. 01126上述兩個例子中，留用的后備導頻組主要用于： 個別小區(qū)業(yè)務量過大，需增加個別臨時或長久基站以分擔其業(yè)務，這類基站偏移指數(shù)可從備份中選取； 實際選址中，受條件限制，基站架設較高，為避免其對周圍基站的干擾，高天線基站偏移指數(shù)可以從備份中選取。2716.2 網(wǎng)絡規(guī)劃、設計與優(yōu)化的基本原網(wǎng)絡規(guī)劃、設計與優(yōu)化的基本原理理 16.2.1 三者之間的分工三者之間的分工 1. 網(wǎng)絡規(guī)劃網(wǎng)絡規(guī)劃 網(wǎng)絡規(guī)劃一般是指在初始階段對移動通信中網(wǎng)絡工

16、程的粗略估計與布局的考慮。 2. 網(wǎng)絡設計網(wǎng)絡設計 網(wǎng)絡設計主要負責在初步規(guī)劃的基礎上對正式運營的不同制式移動通信蜂窩網(wǎng)進行工程設計，應考慮到網(wǎng)絡工程設計應與移動通信制式即是TDMA、FDMA還是CDMA以及一些具體設備生產(chǎn)廠家的技術性能密切相關。 3. 網(wǎng)絡優(yōu)化網(wǎng)絡優(yōu)化 規(guī)劃、設計一般是在正式建網(wǎng)以前進行并完成的，而網(wǎng)絡優(yōu)化，又稱大優(yōu)化，則是在正式建網(wǎng)后，并經(jīng)過一段正式運營后才進行的。28網(wǎng)絡規(guī)劃、設計總體功能框圖 覆蓋要求容量要求質(zhì)量要求地形、地貌/無線傳播初始規(guī)劃與布局基站站址數(shù)目初估基站配置初估設備投資概算小區(qū)類型業(yè)務分布干擾分布通信制式基站站址確定與配置基站參數(shù)選取覆蓋分析容量分析質(zhì)

17、量分析覆蓋設計容量設計站址選擇參數(shù)規(guī)劃網(wǎng)絡仿真網(wǎng)絡測試網(wǎng)絡設計優(yōu)化無線資源管理RRM參數(shù)調(diào)整是否滿足設計要求設計方案否是輸入網(wǎng)絡規(guī)劃與設計輸出2916.2.2 網(wǎng)絡規(guī)劃與設計的基本原理網(wǎng)絡規(guī)劃與設計的基本原理 進行網(wǎng)絡規(guī)劃和設計，首先需要調(diào)研和分析服務區(qū)內(nèi)的基礎數(shù)據(jù)，如：人口與面積，業(yè)務需求、業(yè)務分布以及現(xiàn)有各種通信手段使用狀況，地形、地貌、道路與交通概況，干擾源分布以及經(jīng)濟發(fā)展與文化、娛樂、旅游設施，以及對通信業(yè)務發(fā)展的預測等。 從原理上可以分別從覆蓋、容量和質(zhì)量三個不同角度獨立進行規(guī)劃與設計，然后再根據(jù)具體的環(huán)境與條件選取其中之一為主體。 實際上的網(wǎng)絡規(guī)劃與設計歸結為覆蓋和容量兩類方法，而

18、將質(zhì)量因素歸并入上述兩類方法之中。無線網(wǎng)絡規(guī)劃與設計的核心問題是基站數(shù)目選取及其網(wǎng)絡拓撲結構與基站參數(shù)的選取。 30基站數(shù)目選取的三類方法規(guī)劃區(qū)總人口移動電話使用率每用戶業(yè)務量移動用戶數(shù)規(guī)劃區(qū)總業(yè)務量每小區(qū)業(yè)務量修正系數(shù)無線傳播模型鏈路預算（路徑損耗）小區(qū)覆蓋面積規(guī)劃區(qū)總覆蓋面積（從123N N N規(guī)劃與設計區(qū)內(nèi)基站數(shù)目的選取選一個）中小區(qū)上行切換方程小區(qū)覆蓋面積小區(qū)下行切換方程上、下行平衡方程制式與質(zhì)量參數(shù)規(guī)劃區(qū)總覆蓋面積2N（容量）1N（覆蓋）3N（質(zhì)量）31 基站數(shù)目選取的方法，包括三類。 (1)從覆蓋角度預測基站數(shù)目 從覆蓋角度進行預測的基本思路是首先根據(jù)無線電波傳播模型估算出傳播損耗

19、，然后將其值代入無線鏈路方程中，求得小區(qū)覆蓋面積再除以服務區(qū)的總覆蓋面積即可求得基站數(shù)目。 (2) 從容量角度預測基站數(shù)目 從容量預測的基本思路是分別求出規(guī)劃區(qū)內(nèi)移動通信的總業(yè)務量或等效總業(yè)務量(它適用于多業(yè)務類型)以及每小區(qū)的業(yè)務量，兩者相除即可求得待求基站。 (3) 從質(zhì)量角度預測的基站數(shù)目 從質(zhì)量角度預測的基本思路是以不同制式下與不同業(yè)務類型下的質(zhì)量參數(shù)為主體，求出上、下行鏈路的切換方程，并加以平衡，求出小區(qū)在質(zhì)量準則下的覆蓋面積。將這個小區(qū)在質(zhì)量準則下的覆蓋面積除以規(guī)劃區(qū)的總覆蓋面積(這是設計要求值)即可求得值。1N2N3N32 綜合考慮從覆蓋、容量和質(zhì)量三個角度分別求得 、 和 ，然

20、后再按下列情況做出最后選擇。在滿負載情況下，取 、 和 中的最大者，在低負載情況下，取 、 和 中的最小者，在一般情況下，取 、 和 中的中間值。 1N2N3N1N2N3N1N2N3N1N2N3N由于從覆蓋和容量都必須要進一步考慮到某些質(zhì)量方面的需求，所以實際上往往沒有必要從上述覆蓋、容量和質(zhì)量三個角度來求解，而是將質(zhì)量要求融入覆蓋和容量中，僅需從覆蓋和容量兩方面來求解。 3316.3 從覆蓋角度進行小區(qū)規(guī)劃與設計從覆蓋角度進行小區(qū)規(guī)劃與設計 前面已指出，從覆蓋角度進行小區(qū)規(guī)劃中的核心問題是求解兩個方程，一個是無線電波傳播方程，利用它求解出電波傳播的空間損耗，另一個是上/下行鏈路傳輸方程及其平

21、衡方程。 16.3.1 無線傳播方程無線傳播方程 1. 自由空間傳播模型自由空間傳播模型 101032 442020().log()log()pLdBf MHzd Km2. 室外傳播模型室外傳播模型 Omura-Hata,WIM與COST231模型3. 室內(nèi)傳播模型室內(nèi)傳播模型 (1)Ericsson多重斷點模型(2)衰減因子模型 3416.3.2 上上/下行鏈路傳輸方程及其平衡下行鏈路傳輸方程及其平衡 發(fā)射功率接收功率饋線損耗天線增益附加損耗路徑損耗天線增益饋線損耗發(fā)射功率饋線損耗天線增益路徑損耗附加損耗天線增益饋線損耗接收功率（發(fā)） （發(fā)）（收） （收）（收） （收）（發(fā)） （發(fā)）TMSP

22、TMSLTMSGpL上L上RBSGRBSLRBSPTBSPTBSLTBSGpL下L下RMSGRMSLRMSP上行下行BSMS移動通信上/下行鏈路預算模型 35 1. 上行鏈路預算方程上行鏈路預算方程 TTTRRRpMSMSMSBSBSBSLPLGGLLP上上其中 為上行鏈路的無線傳播損耗(dB)， 為移動臺發(fā)射功率(dBm)， 為移動臺發(fā)射端饋線損耗(dB)，它一般可忽略， 為移動臺發(fā)射天線增益(dBm)， 為基站接收天線增益(dBm)， 為基站接收端饋線損耗(dB)， 為上行附加損耗(含附加增益)(dB)， 為基站接收功率(dBm)。且有 其中 為基站接收的門限(dBm)， 為快衰落余量(一

23、般遵從瑞利分布，dB)， 為慢衰落余量(一般遵從對數(shù)正態(tài)分布，dB)。 pL上MSPTTMSLTMSGRBSGRBSLL上BSPRRthBSBSFSPRMMthBSRFMSM36 2. 下行鏈路預算方程下行鏈路預算方程 TTTRRRpBSBSBSMSMSMSLPLGGLLP下下其中 為下行鏈路的無線傳播損耗(dB)， 為基站發(fā)射功率(dBm)， 為基站發(fā)射端饋線損耗(dB)， 為基站發(fā)射天線增益(dBm)， 為移動臺接收天線增益(dBm)， 為移動臺接收端饋線損耗(dB)，一般可忽略， 為下行附加損耗(含附加增益)(dB)， 為移動臺接收功率(dBm)。且有 其中 為移動臺接收的門限(dBm)

24、， 為快衰落余量(dB)， 為慢衰落余量(dB)。 pL下BSPTTBSLTBSGRMSGRMSLL上MSPRRthMSMSFSPRMMthMSRFMSM3716.4 從容量角度的規(guī)劃與設計從容量角度的規(guī)劃與設計16.4.1 通信容量的概念通信容量的概念通信中的容量可以分別從側重于理論和側重于實際兩個方面來研究。側重于理論的容量概念，一般是以單位帶寬(時間或面積)的信息量為基礎。對于話音業(yè)務：話務量(Erl)/單位帶寬/單位面積，對于數(shù)據(jù)業(yè)務：比特(bit)/單位帶寬(時間或面積)。上述定義的容量概念適用于理論上的比較，但是實用上不大方便，因為信息量很難測量特別是模擬話音。側重于實際的容量概念

25、，一般是以單位帶寬(時間或面積)的信道(或用戶)數(shù)為基礎。對于話音業(yè)務：話路/單位帶寬或者話路/單位帶寬/單位面積，對于數(shù)據(jù)業(yè)務：信道/單位帶寬。 3816.4.2 不同多址方式的蜂窩網(wǎng)通信容量不同多址方式的蜂窩網(wǎng)通信容量 1. 1G FDMA蜂窩網(wǎng)的通信容量蜂窩網(wǎng)的通信容量 2233ththWWMnNBccBII這個公式說明，F(xiàn)DMA的蜂窩系統(tǒng)中分配給每個小區(qū)的信道數(shù)n，正比于可用的總帶寬W，反比于載干比的門限值 。thcI2. 2G TDMA蜂窩網(wǎng)的通信容量蜂窩網(wǎng)的通信容量 0002233ththWWmWmWMnNBNBmNBccBII/39 3. CDMA蜂窩網(wǎng)的通信容量蜂窩網(wǎng)的通信容量

26、 (1) 反向鏈路小區(qū)容量分析1230UAbFRKKGGKKEI反向/(2) 前(正)向鏈路小區(qū)容量分析 423UPKGKP業(yè)務前向?qū)ьl4. WCDMA的容量規(guī)劃與設計的容量規(guī)劃與設計 在第三代(3G)移動通信中，業(yè)務已從單一的話音業(yè)務拓廣至多種媒體(話音、數(shù)據(jù)、圖像等)乃至多媒體業(yè)務。它既包含電路交換(CS)型也包含分組交換(PS)型，而且它們的QoS要求是不一樣的。 40 為了引用統(tǒng)一尺度來考慮多種業(yè)務，可以將各種業(yè)務數(shù)據(jù)速率的總和作為衡量業(yè)務量的一個標準。11001003600BRRRNNTR信令開銷總業(yè)務其中 為總數(shù)據(jù)率，N為用戶數(shù)，其余參量均為單用戶。它們包括 為忙時呼叫次數(shù)BHCA

27、， 為持續(xù)時間， 為業(yè)務數(shù)據(jù)速率， 為承載信令數(shù)據(jù)速率， 為重發(fā)所需系統(tǒng)開銷。 R總BNTR業(yè)務R信令R開銷41 小區(qū)處理多種業(yè)務的能力可以通過頻譜效率，即單個小區(qū)在1MHz頻譜內(nèi)所能提供的數(shù)據(jù)速率來體現(xiàn)。在3G中各種業(yè)務的頻譜效率是不一樣的。根據(jù)各種業(yè)務的數(shù)據(jù)量在總數(shù)據(jù)量中所占有的比重以及各種業(yè)務的頻譜效率可以進一步求出平均頻譜效率 ： 12NNRRRRRR 12業(yè)務業(yè)務業(yè)務總總總其中 為平均頻譜效率， ， ,2,N，為不同業(yè)務的頻譜效率， ， ,2,N，為不同業(yè)務的數(shù)據(jù)速率， 為總數(shù)據(jù)速率。 i1i iR業(yè)務1i R總4216.5 網(wǎng)絡設計的系統(tǒng)仿真網(wǎng)絡設計的系統(tǒng)仿真 一旦制定了初步的網(wǎng)絡

28、設計方案以后，通常采用計算機仿真方法進行驗證與分析，并對一些關鍵參數(shù)進行修改與優(yōu)化。 系統(tǒng)級仿真一般是采用兩類主要方法：靜態(tài)仿真，又稱為“快照法(抓拍法)”，它像用一部照相機對一個系統(tǒng)的運行情況進行靜態(tài)的多次快照式抓拍再進行統(tǒng)計分析。動態(tài)仿真，又稱為“時間驅(qū)動法”它是指對所分析的系統(tǒng)在一定的時間內(nèi)的連續(xù)變化進行模擬的一種方法。 43 系統(tǒng)流程中的基本過程Snapshot，相當于采用快照技術采集實際蜂窩系統(tǒng)的用戶數(shù)據(jù)，因此稱為抓拍仿真機制。單個Snapshot仿真的步驟如下：(1). 首先，系統(tǒng)生成多個地理位置服從均勻分布的移動臺；(2). 計算移動臺和基站之間的路徑損耗，附加對數(shù)正態(tài)衰落后，生

29、成鏈路增益矩陣；44(3). 根據(jù)鏈路增益矩陣，移動臺采用適當?shù)能浨袚Q算法選擇通信基站(激活集)；(4). 然后啟動一個靜態(tài)功率控制過程，調(diào)整工作鏈路的功率，使其滿足目標載干比，在功率控制過程中，路徑增益保持不變；(5). 當所有鏈路都經(jīng)過更新后，調(diào)整移動臺的屬性，如果鏈路載干比低于接收機靈敏度，則該用戶為不可用(Non Available)狀態(tài)；如果鏈路載干比低于門限值，則該用戶為故障(Outage)狀態(tài)；如果鏈路載干比高于門限值，則該用戶為正常(Normal)狀態(tài)。45 動態(tài)仿真僅對所考慮的系統(tǒng)在一定時間內(nèi)的連續(xù)變化進行仿真模擬。比如對于CDMA2000系統(tǒng)，其動態(tài)仿真時間步長為一個功控周

30、期1.25ms，一般情況下，在一個功控周期中已能夠足夠精確模擬系統(tǒng)中大部分的操作。 46 在整個動態(tài)模擬過程中，要不斷及時統(tǒng)計各種業(yè)務的服務質(zhì)量指標。動態(tài)仿真與靜態(tài)仿真相比具有如下優(yōu)點：(1)可以更為精確的體現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)特征；(2)可以較準確的模擬快速功率控制和切換過程；(3)可以更真實的模擬分組業(yè)務的到達模型以及交互特性；(4)可以反映突發(fā)式分組業(yè)務與話音業(yè)務之間的相互影響；(5)可以更好的分析、檢驗和改進各種復雜的無線資源管理算法。動態(tài)仿真的主要缺點是運算量大、耗時長。 47產(chǎn)生移動臺分布計算傳播損耗初始化基本信道數(shù)據(jù)業(yè)務發(fā)生話音業(yè)務發(fā)生初始化激活集合軟切換控制更新快衰落計算業(yè)務信道質(zhì)量功

31、率控制資源分配與調(diào)度控制系統(tǒng)時間增加記錄系統(tǒng)性能及指標統(tǒng)計系統(tǒng)性能及指標輸出結果時間驅(qū)動仿真動態(tài)仿真流程圖 4816.6 室內(nèi)規(guī)劃與設計簡介室內(nèi)規(guī)劃與設計簡介 16.6.1 室內(nèi)規(guī)劃的必要性室內(nèi)規(guī)劃的必要性與復雜性與復雜性 室內(nèi)是移動用戶的高度集中區(qū)，也是通話業(yè)務的高發(fā)區(qū)。根據(jù)話務量統(tǒng)計分析，目前約有80%業(yè)務集中于室內(nèi)，即室內(nèi)通話的手機數(shù)量占據(jù)了一大半業(yè)務量，顯然，移動通信手段是必不可少的。 室內(nèi)環(huán)境要遠比室外環(huán)境更為復雜，不同建筑物規(guī)模、材料、結構對移動通信電波傳播有很強的屏蔽、吸收作用，且屏蔽吸收的程度，又與建筑物規(guī)模、結構和材料類型密切相關，通信質(zhì)量與建筑物高度、用戶所處位置密切相關。

32、49 在高層建筑物上，由于受到基站天線高度的限制，往往由于覆蓋不上，形成盲區(qū)或弱信號區(qū)域； 在中等建筑物和中等樓層，由于用戶可接收來自不同基站的信號而產(chǎn)生信號重疊，并易于產(chǎn)生頻繁切換的乒乓效應； 在地下室、地下停車場接收信號弱，有時還存在盲區(qū)和陰影區(qū)，嚴重影響信號通信質(zhì)量。50 由于環(huán)境的復雜性，通信條件的惡劣，需要利用網(wǎng)絡規(guī)劃來改進通信的覆蓋、容量和質(zhì)量。 在覆蓋方面，利用增設室內(nèi)天線，加大功率，改進天線方向性等手段，消除覆蓋范圍內(nèi)的盲區(qū)、陰影區(qū)、過覆蓋區(qū)和弱信號區(qū)； 在容量方面，通過增設微微小區(qū)與室內(nèi)小區(qū)以滿足高業(yè)務量的一些室內(nèi)小區(qū)的需求； 在質(zhì)量方面，通過優(yōu)化小區(qū)結構與設計，增設室內(nèi)小區(qū)

33、，提高通話質(zhì)量，改善服務質(zhì)量。51 16.6.2 室內(nèi)覆蓋設計室內(nèi)覆蓋設計 室內(nèi)覆蓋需要根據(jù)覆蓋、容量和質(zhì)量三個方面的要求進行網(wǎng)絡的規(guī)劃和設計。 室內(nèi)覆蓋有兩種實現(xiàn)的基本方法： 加大室外信號功率； 增設室內(nèi)信號分布系統(tǒng)。52 (1)加大室外信號功率法加大室外信號功率法 這種方法需要在室內(nèi)覆蓋盲區(qū)設直放站，提高盲區(qū)以及弱信號區(qū)的室外基站功率，增強電磁波穿透能力，改善針對室內(nèi)弱信號區(qū)與盲區(qū)的室外天線方向性，從而解決室內(nèi)覆蓋問題。 該方法主要靠提高功率改善室內(nèi)覆蓋，所造成的方向性干擾難以控制。 53 (2)增設室內(nèi)信號分布系統(tǒng)法增設室內(nèi)信號分布系統(tǒng)法 這種方法利用增設的室內(nèi)天線分布系統(tǒng)將信號送至室內(nèi)

34、需要通信的每個角落，實現(xiàn)無縫隙覆蓋。 它比前一方案更加有效，因此使用也更為廣泛。54 室內(nèi)分布系統(tǒng)從功能上看可分為兩個大部分： 信號接入系統(tǒng)，其作用是將信號引入室內(nèi)； 信號分配系統(tǒng)，其作用是將接入的信號分配并分布至室內(nèi)每個需要通信的角落。 55室內(nèi)分布系統(tǒng)從信號接入的方式看可分為：無線接入，它采用室外天線將附近宏蜂窩基站的信號接收后經(jīng)放大處理再由室內(nèi)天線分布至所需覆蓋的位置； 有線接入，它采用有線連接方式與室外宏蜂窩基站或BSC相連，可以分為兩種方式：宏蜂窩接入方式；微蜂窩接入方式。56 宏蜂窩接入方式，是在附近基站信道較空閑時采用，即由宏蜂窩引一路信號到室內(nèi)設備，再進行放大和分布，它與室外用

35、戶共用容量，一般用于低話務量區(qū)； 微蜂窩接入方式，即將微蜂窩基站直接設在室內(nèi)，它可增加網(wǎng)絡信道資源，提高網(wǎng)絡容量和質(zhì)量，比較適合于大范圍室內(nèi)覆蓋，由于是單純的專用微蜂窩基站與外部基站基本上無關，它可直接接至BSC，因此適合于大容量、高質(zhì)量室內(nèi)小區(qū)。 57有線接入的微蜂窩室內(nèi)分布系統(tǒng)結構 天線天線天線天線功分器天線放大器功率分配器微蜂窩基站天線天線功分器5816.6.3 室內(nèi)覆蓋需解決的主要問題室內(nèi)覆蓋需解決的主要問題 室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)需要解決的主要問題包括： 信號盲區(qū)； “乒乓”效應； “孤島”效應。 59 (1)信號盲區(qū)的形成信號盲區(qū)的形成 室內(nèi)主要盲區(qū)首先是各建筑物與大樓中的電梯間，其次是地下

36、室和地下停車場以及超過基站高度的一些高層建筑物。 (2)“乒乓乒乓”效應效應 一般高層建筑物中的大部分地區(qū)，特別是靠近窗戶和靠近室外的地區(qū)，可以接收到室外多個基站信號，且其信號強度相差不大時，這時手機就可能在幾個不同的小區(qū)(基站)之間來回切換，且話音質(zhì)量很差。這就是所謂的切換“乒乓”效應。60 (3)“孤島孤島”效應效應 形成“孤島”效應的主要原因是個別基站覆蓋太遠，同時由于附近基站并無相鄰小區(qū)的參數(shù)設置，使得該小區(qū)用戶無法正常切換而形成“孤島”。 這種情況容易出現(xiàn)在辦公樓高層區(qū)域，外界有很強的信號覆蓋，但是由于各種干擾因素造成無法登陸任何小區(qū)。6116.6.4 室內(nèi)規(guī)劃的設計步驟室內(nèi)規(guī)劃的設

37、計步驟 一旦網(wǎng)絡運營者決定要采用室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)后，則需按照下列幾個主要步驟實施。 (1)現(xiàn)有宏蜂窩覆蓋評估； (2)室內(nèi)覆蓋測量與數(shù)據(jù)收集、分析； (3)室內(nèi)覆蓋最優(yōu)化方案的選擇。62(1)現(xiàn)有宏蜂窩覆蓋評估現(xiàn)有宏蜂窩覆蓋評估 首先探討從室外覆蓋來改善室內(nèi)覆蓋的可能性。 但是由于它一般不能增加系統(tǒng)容量，而且網(wǎng)絡規(guī)劃、設計者也不愿意改變原有室外網(wǎng)絡來提供室內(nèi)覆蓋。 因此很少使用，而更側重于專門的室內(nèi)設計方案。 63(2)室內(nèi)覆蓋測量與數(shù)據(jù)收集、分析室內(nèi)覆蓋測量與數(shù)據(jù)收集、分析 決定采用專門室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)時，應按下列主要步驟進行： (i)收集必要的建筑物信息，室內(nèi)區(qū)域樓層規(guī)劃樣圖，含墻、建筑模式與結構

38、，需覆蓋的樓層之間距離，墻體內(nèi)、外材料類型， (ii)室內(nèi)人口分布、設備數(shù)量及類型， (iii)覆蓋環(huán)境外的建筑物和障礙物的有關信息， (iv)計算與預測話務量和數(shù)據(jù)吞吐量，根據(jù)室內(nèi)建筑的用途和類型(比如寫字樓、辦公樓、商場、機場、車站、會議中心、賓館等)預測、計算話務量與數(shù)據(jù)吞吐量。 64(v)估計建筑物內(nèi)天線安放位置，它主要決定于室內(nèi)覆蓋區(qū)的移動用戶數(shù)量與業(yè)務量，重點考慮室外基站覆蓋的盲區(qū)與欠覆蓋區(qū)，重點保證熱點地區(qū)，移動通信話務量數(shù)據(jù)吞吐量大的地區(qū)。(vi)天線主要劃分為全向天線型和定向天線型，它要根據(jù)不同的目標與要求進行選擇。 (vii)選擇基站或直放站位置主要根據(jù)樓層規(guī)劃與結構，盡可

39、能放置在建筑物中間位置，可減少饋線長度，減少饋線損耗。(viii)可供選擇的電纜有同軸電纜、泄漏電纜和光纜，而走線結構則與室內(nèi)房屋結構有關。 65(ix)功率鏈路預算主要用于計算移動臺接收到下行鏈路信號強度的最小值，若該值大于或等于設計目標值，則覆蓋達到要求。(x)為了規(guī)劃更準確，可有選擇地對一些區(qū)域進行場強覆蓋測試，可測得建筑物室內(nèi)天線信號傳播的一些特征，它對于設計天線位置很重要。 66 (3)室內(nèi)覆蓋最優(yōu)化方案的選擇。室內(nèi)覆蓋最優(yōu)化方案的選擇。 室內(nèi)覆蓋中最關鍵、最核心的問題是室內(nèi)天線位置的定位與優(yōu)化問題，目前最常用的有兩種實現(xiàn)方案。 人工調(diào)整與優(yōu)化； 軟件輔助優(yōu)化。67 第一種方案是通過

40、人工調(diào)整不同天線位置測試結果選擇最合適的天線位置。 設計人員通過實地勘測，根據(jù)個人的經(jīng)驗和直覺選擇天線安裝位置和配置。 用測試儀表在室內(nèi)進行實際場強測試并將測試數(shù)據(jù)輸入電腦進行分析，通過不斷調(diào)整天線位置和相應的場強測試分析結構，進行比較，選定最合適方案。 68 第二種方案是利用專用室內(nèi)覆蓋預測軟件進行半自動化選擇最優(yōu)位置。 首先將建筑物的結構、墻體材料等參數(shù)輸入電腦的專用軟件里，將發(fā)射機及天線的位置和輸出功率利用經(jīng)驗分配好。 通過專用軟件工具仿真來評估是否達到所要求的性能指標，若未達到，則修改發(fā)射機及天線的位置和輸出功率，如此反復。 與上述第一種方案相比較，它大大減輕了測試的工作量。 69 將

41、來在第二種方案的基礎上進一步改進，達到智能化和自動化的要求，比如設計一種專用軟件可以根據(jù)不同的室內(nèi)環(huán)境來實現(xiàn)自動化的分配天線位置和配置，并取得最優(yōu)化的性能。 7016.7 GSM系統(tǒng)的網(wǎng)絡優(yōu)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡優(yōu)化 16.7.1 GSM網(wǎng)絡優(yōu)化概述網(wǎng)絡優(yōu)化概述 GSM蜂窩網(wǎng)的優(yōu)化大致可以分為下列三個部分：單小區(qū)(無線系統(tǒng))優(yōu)化，它是主要部分約占總體優(yōu)化60%左右，多小區(qū)(基站間)優(yōu)化，約占總體優(yōu)化的20%左右，網(wǎng)絡(主要指交換分系統(tǒng))優(yōu)化，約占總體優(yōu)化剩余的20%。 711. 單小區(qū)單小區(qū)(無線系統(tǒng)無線系統(tǒng))的優(yōu)化的優(yōu)化 單小區(qū)(無線系統(tǒng))的優(yōu)化包括：Um接口(無線接口)無線測試數(shù)據(jù)分析與處理，天線參

42、量優(yōu)化，天線方向性、天線水平角的調(diào)整，天線俯仰角的調(diào)整，天線高度的調(diào)整，分集天線間的間隔調(diào)整(或極化分集性能調(diào)整)，單小區(qū)基站參數(shù)的調(diào)整與優(yōu)化，小區(qū)地理參數(shù)調(diào)整與優(yōu)化，小區(qū)覆蓋調(diào)整與優(yōu)化，小區(qū)頻點調(diào)整與優(yōu)化，多(三)扇區(qū)間參數(shù)調(diào)整與優(yōu)化。 722. 多小區(qū)多小區(qū)(基站間基站間)參數(shù)調(diào)整與優(yōu)化參數(shù)調(diào)整與優(yōu)化 多小區(qū)(基站間)優(yōu)化是指優(yōu)化同屬于一個BSC不同BTS之間的系統(tǒng)，它包括：基站位置、配置、天線的調(diào)整與優(yōu)化，BTS與BSC間的Abis接口信令分析與處理，BSC與BTS單基站無線分系統(tǒng)的優(yōu)化配合，BSC頻點選擇與頻率優(yōu)化配置，基站告警收集與處理。 733. 網(wǎng)絡網(wǎng)絡(交換交換)分系統(tǒng)的優(yōu)化分

43、系統(tǒng)的優(yōu)化 網(wǎng)絡(交換)分系統(tǒng)的優(yōu)化包括：BSC與MSC間A接口信令測試、分析、處理與優(yōu)化，MSC與MSC交換局間的數(shù)據(jù)測試、分析、處理與優(yōu)化，MSC與PSTN之間，即無線交換機與電信骨干網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)測試、分析、處理與優(yōu)化。 7416.8 3G移動通信的網(wǎng)絡規(guī)劃與設計移動通信的網(wǎng)絡規(guī)劃與設計 16.8.1 基本要求與實現(xiàn)方法基本要求與實現(xiàn)方法 一個移動通信體制的性能取決于物理層技術、網(wǎng)絡層平臺性質(zhì)與協(xié)議以及網(wǎng)絡規(guī)劃層的拓撲結構，而且主要取決于后兩者。2G系統(tǒng)到3G系統(tǒng)的演進從網(wǎng)絡平臺看： 兩個增強性平臺兩個平行平臺平臺的PSCSG 3PSCS2.5GCS2G正在逐步向全IP的PS平臺過渡。從網(wǎng)

44、絡拓撲結構看： 立體蜂窩網(wǎng)多層次、重迭式多種業(yè)務蜂窩網(wǎng)單一層次多種業(yè)務蜂窩網(wǎng)單一層次單一業(yè)務75n3G中的不同業(yè)務有不同的QoS要求：話音：要求實時性，且誤碼率為：Pe110-3 ；數(shù)據(jù)：大部分不要求實時性，且誤碼率為：Pe 110-6。n網(wǎng)絡規(guī)劃中決定小區(qū)邊界(大小)主要因素：2G中，主要是以單一速率單一話音業(yè)務為依據(jù)進行網(wǎng)絡規(guī)劃，即小區(qū)邊界是按110-3考慮；3G中，則取決于多種業(yè)務、不同的QoS要求為依據(jù)。比如話音按110-3考慮，數(shù)據(jù)則按110-6考慮。76(1)第一類方案改良性方案n以兼容性為主，主要考慮后向兼容2G與2.5G的網(wǎng)絡平臺與網(wǎng)絡規(guī)劃的拓撲結構；n在基本不改變原有小區(qū)規(guī)劃

45、拓撲結構的基礎上，采取一些補救措施，以保證對不同業(yè)務的QoS要求。3G中網(wǎng)絡規(guī)劃的基本思路中網(wǎng)絡規(guī)劃的基本思路77n第一類方案具體實現(xiàn)示意圖：(單小區(qū)為例)110-3（話音）o圖 3G中網(wǎng)絡規(guī)劃的改良性方案示意圖78n依據(jù)傳統(tǒng)話音業(yè)務，小區(qū)應以r=od為半徑小區(qū)業(yè)務覆蓋圓；n依據(jù)數(shù)據(jù)業(yè)務，在相等功率條件下，小區(qū)應以r=oa為半徑小區(qū)業(yè)務覆蓋圓；n為了彌補兩者在覆蓋區(qū)上的差異，措施如下：在物理層：采用性能更優(yōu)的調(diào)制與信道編碼，可將覆蓋區(qū)擴大至以r=ob為半徑的覆蓋圓；在網(wǎng)絡層，首先采用ARQ(非實時性)適當將覆蓋區(qū)擴大至以r=oc為半徑的覆蓋圓，(為了滿足一定數(shù)據(jù)傳輸效率不宜重發(fā)次數(shù)太多)，然后

46、采用功控技術(數(shù)據(jù)需加大功率)將數(shù)據(jù)服務區(qū)最終擴大至r=od話音覆蓋區(qū)。79n上述改良性方案是一種折衷性的過渡方案；n革新方案實質(zhì)是仍在原有話音網(wǎng)絡規(guī)劃的基礎上，對整個網(wǎng)絡拓撲結構做較大的變動；n為了適應多種業(yè)務、多種環(huán)境下QoS的需求，將單層次網(wǎng)絡拓撲結構改造或進行多層次、重迭式立體網(wǎng)絡規(guī)劃。n它是第三代(3G)移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡規(guī)劃與設計的主要方案，可以達到較理想的目標。下面將重點介紹這類規(guī)劃與設計方案。 (2)第二類方案第二類方案以革新為主體以革新為主體8016.8.2 多層次重迭式立體網(wǎng)絡規(guī)劃多層次重迭式立體網(wǎng)絡規(guī)劃 以改良型為主體的上述網(wǎng)絡規(guī)劃存在缺點如下： 這類方案不改變網(wǎng)絡拓撲結

47、構，僅從物理層和網(wǎng)絡層采用一些相應補救措施：比如ARQ技術與功率控制技術； 若主要依靠ARQ技術，為了保證原有網(wǎng)絡拓撲結構和不同業(yè)務的QoS，對數(shù)據(jù)業(yè)務就有可能增大重傳次數(shù)，這將大為降低數(shù)據(jù)業(yè)務的傳輸效率。81 若主要依靠功率控制技術，雖然可以提高數(shù)據(jù)業(yè)務的傳輸效率，但是由于要對不同速率數(shù)據(jù)業(yè)務(含話音)分配不同的功率，才能保持在原有網(wǎng)絡拓樸結構中不同速率不同性質(zhì)業(yè)務的QoS要求，但是它也會帶來下列新問題： 這類不同速率不同類型業(yè)務的不等功率功控方案，將大大增加了功控實現(xiàn)時的難度； 增大了數(shù)據(jù)業(yè)務對話音業(yè)務由于功率上差異所帶來的干擾。82 以上分析表明，改良型方案是一類過渡型非理想方案，只有進

48、一步改變網(wǎng)絡拓撲結構才能進一步適應需求。 3G中最大特色之一是增加了業(yè)務需求的動態(tài)隨機性，3G是針對多速率、多業(yè)務和多媒體業(yè)務，且對每個用戶何時使用何種類型業(yè)務是動態(tài)的、是隨機的； 在3G中要滿足在不同的通信環(huán)境下：高速車載、低速步行和準靜止的室內(nèi)，以及不同媒體的不同速率業(yè)務：話音、數(shù)據(jù)和圖像的不同QoS要求；在3G中，只有逐步從簡單2G單層次蜂窩小區(qū)逐步演進到多層次、重迭式立體網(wǎng)絡規(guī)劃才能適應需求。 83 多層次、重迭式立體網(wǎng)絡結構示意圖如下： 多層次、重選式立體網(wǎng)絡結構示意圖84 在這一多層次、重迭式立體網(wǎng)絡中包含有： 宏小區(qū)(一般指郊區(qū)與農(nóng)村地區(qū)) 適合于高速移動性的車載環(huán)境下通信； 適合于低速率話音與低速率數(shù)據(jù)業(yè)務； 其基站功率較大，以滿足較大范圍覆蓋。 一般小區(qū)(指一般近郊區(qū)與市區(qū)) 適合于低速移動車載和步行環(huán)境下通信； 適合于低速率話