1、<p>　　3G無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋和容量的規(guī)劃設(shè)計(jì)</p><p>　　【摘要】在3G 無線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，估算無線信號的覆蓋水平是首先需要考慮的問題，準(zhǔn)確的覆蓋預(yù)測可以為3G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供有力的依據(jù)，而網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的好壞又影響著網(wǎng)絡(luò)的性能及建設(shè)成本，后續(xù)需要完成的宏蜂窩組網(wǎng)、基站站址選擇等設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)都要以覆蓋預(yù)測為基礎(chǔ)，可見無線覆蓋半徑估算的重要。本文將圍繞3G無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋和容量的規(guī)劃設(shè)計(jì)進(jìn)行討論。 </

2、p><p>　　【關(guān)鍵字】3G無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋容量規(guī)劃設(shè)計(jì) </p><p>　　中圖分類號： TN711文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號： </p><p>　　一、覆蓋和容量的關(guān)系 </p><p>　　3G 系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中有很多十分關(guān)鍵的核心，包括小區(qū)呼吸效應(yīng)（小區(qū)大小隨著其用戶數(shù)n、用戶數(shù)據(jù)速率Rb、激活因子v 的變化而不斷發(fā)生變化）和小區(qū)覆蓋與

3、容量是相互依賴的關(guān)系。3G 系統(tǒng)是一個(gè)干擾受限的系統(tǒng)，小區(qū)呼吸效應(yīng)使得其在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的時(shí)候，容量和覆蓋的規(guī)劃需要聯(lián)合起來分析，這其中的關(guān)鍵在于小區(qū)的負(fù)荷會(huì)對小區(qū)允許的最大傳播損耗產(chǎn)生影響，與此同時(shí)小區(qū)負(fù)荷又是小區(qū)容量決定因素。當(dāng)小區(qū)負(fù)荷增加時(shí)，假如干擾增加，那么不論是上行還是下行鏈路，小區(qū)所允許的最大路徑損耗都會(huì)減少，那也就是說小區(qū)的覆蓋縮小。當(dāng)小區(qū)負(fù)荷比較低時(shí)，小區(qū)的上行覆蓋半徑小于下行覆蓋半徑，此時(shí)系統(tǒng)的覆蓋和容量均受限于上行鏈路

4、。隨著負(fù)荷的增加，干擾增加，在上行方向覆蓋降低；在下行方向，由于功率共享的原因其覆蓋降低更快，從而導(dǎo)致負(fù)荷達(dá)到一定程度后，小區(qū)的上行覆蓋半徑大于下行覆蓋半徑，到那時(shí)系統(tǒng)的覆蓋和容量均受限于下行鏈路。所以，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)，覆蓋和容量的規(guī)劃對于上、下行鏈路是不同的。當(dāng)負(fù)荷較低時(shí)，覆蓋明顯受限于上行鏈路，而容量受限于下行鏈路。故在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)，對覆蓋進(jìn)行規(guī)劃時(shí)集中于上行鏈路，而對容量進(jìn)行規(guī)劃時(shí)則重點(diǎn)針對下行鏈路</p><

5、p><b>　　二、覆蓋規(guī)劃 </b></p><p><b>　　1、鏈路預(yù)算 </b></p><p>　　鏈路預(yù)算是3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋分析最重要的手段之一，具體而言，鏈路預(yù)算所要做的工作就是分析收發(fā)信機(jī)之間信號傳遞過程中的各要素?fù)p益，并且取得在一定場景下滿足覆蓋要求允許的最大傳播損耗。由于3G 系統(tǒng)是上行覆蓋受限的系統(tǒng)，根據(jù)上行鏈路預(yù)算就可

6、以估算出小區(qū)的覆蓋半徑與覆蓋面積，從而滿足初步規(guī)劃的需要。所謂上行鏈路預(yù)算指在滿足不同業(yè)務(wù)質(zhì)量需求的基礎(chǔ)上計(jì)算出的最大允許路徑損耗，其計(jì)算方法如下： </p><p>　　最大路徑損耗( 上行) ＝終端發(fā)射機(jī)EIRP 接收機(jī)靈敏度+ 各種增益－各種損耗－余量。 </p><p>　　其中：終端發(fā)射機(jī)EIRP = 終端最大發(fā)射功率+終端天線增益－終端饋纜損耗。接收機(jī)靈敏度= 接收機(jī)背景噪聲+

7、 基站接收所需的E b/N 0 ＋接收機(jī)噪聲系數(shù)－處理增益。各種增益= 基站天線增益+ 賦形增益+ 切換增益。各種損耗= 人體損耗+ 基站饋纜損耗+ 穿透損耗。余量= 干擾余量+ 功控余量+ 陰影衰落余量。接收機(jī)背景噪聲＝KTB 。以上通過參數(shù)，就可計(jì)算上行鏈路的最大允許損耗。 </p><p><b>　　2、傳播模型 </b></p><p>　　根據(jù)最大允許損耗

8、和傳播模型就可推導(dǎo)出基站覆蓋半徑，在實(shí)際的移動(dòng)通信環(huán)境中，路經(jīng)損耗既跟工作頻率、傳播距離有關(guān)，還和收發(fā)天線的高度、具體的地形有關(guān)。，在所以在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，須選用合適的傳播模型進(jìn)行路徑損耗的預(yù)測。當(dāng)前廣泛使用的傳播模型有Okumura-Hata 模型、COST-Hata 模型及Walfisch-Ikegami 模型等。這里介紹一種頻率可擴(kuò)展到2000MHz 的Okumura-Hata 模型。Okumura-Hata 模型的經(jīng)驗(yàn)公式為：

9、 </p><p>　　L =A +B l gf - 1 3 . 8 2 l gH b -α (H m ) + ( 4 4 . 9 -6.55lgH b)lgd ＋L other </p><p>　　式中，f ：工作頻率（MHz），d ：收發(fā)天線之間的距離（km），H b ：基站天線高度（m），H m ：移動(dòng)臺(tái)天線高度（m），α (H m) ：天線高度增益校正因子，其值依賴天線環(huán)境，如下

10、： </p><p>　　α (H m)=(1.1lgf － 0.7) H m － (1.56lgf － 0.8)適用于中小城市。 </p><p>　　α (H m)=8.29（lg1.54H m)2 － 1.1 (f ≤ 200MHz) 適用于大城市。 </p><p>　　α (H m)=3.2(lg11.75H m)2 － 4.97 (f ≥ 400MHz)

11、適用于大城市。 </p><p>　　L other ：與區(qū)域類型相關(guān)的附加修正因子，有了 </p><p>　　L other，Okumura-Hata 模型可以在各種地形情況下應(yīng)用。 </p><p>　　常數(shù)A 和B 隨頻率不同而變化，如下： </p><p>　　A ＝ 69.55 B ＝ 26.16 適用于150 ～ 1500MHz

12、。 </p><p>　　A ＝ 46.3B ＝ 33.9 適用于1500 ～ 2000MHz。 </p><p>　　在實(shí)際工作過程中，則根據(jù)不同地區(qū)的電測結(jié)果對傳播模型進(jìn)行修正，比較準(zhǔn)確的反映無線環(huán)境對信號的影響，在特定站點(diǎn)設(shè)置模擬信號源，通過對模擬信號的發(fā)射接收，得到比較準(zhǔn)確的覆蓋半徑。 </p><p><b>　　三、容量規(guī)劃 </b>

13、;</p><p><b>　　1、容量估算 </b></p><p>　　對系統(tǒng)容量的預(yù)測必須針對具體的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用業(yè)務(wù)進(jìn)行，原因在于不同業(yè)務(wù)具有的各自的特性給系統(tǒng)帶來不同的業(yè)務(wù)負(fù)荷，進(jìn)而影響整個(gè)系統(tǒng)性能的評估結(jié)果。所以，有必要對3G 系統(tǒng)中可能提供的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)建立相應(yīng)的模型，來滿足系統(tǒng)評估和規(guī)劃的需求。容量估算應(yīng)當(dāng)充分考慮非理想功率控制、話音激活和其他小區(qū)對本小區(qū)的干擾

14、等因素，計(jì)算出上行或下行鏈路每小區(qū)、每載頻業(yè)務(wù)的理論容量上限，并通過此值估計(jì)出小區(qū)可以支持的用戶數(shù)。業(yè)務(wù)模型是對用戶使用業(yè)務(wù)行為的統(tǒng)計(jì)性表征，業(yè)務(wù)模型分析目的是為了進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)容量的規(guī)劃，了解用戶的業(yè)務(wù)行為對系統(tǒng)資源占用的需求。業(yè)務(wù)模型主要包括業(yè)務(wù)類型、業(yè)務(wù)特性參數(shù)、業(yè)務(wù)承載和業(yè)務(wù)質(zhì)量目標(biāo)四個(gè)方面。業(yè)務(wù)模型分析方法有等效愛爾蘭法、后愛爾蘭法、坎貝爾法和隨機(jī)背包算法四種。業(yè)務(wù)模型的變化日新月異，而業(yè)務(wù)模型的準(zhǔn)確性將直接影響到網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和設(shè)備需求

15、的估算，因此需要對業(yè)務(wù)模型進(jìn)行專門的研究和分析。 </p><p>　　2、上行鏈路容量規(guī)劃 </p><p>　　通過密集市區(qū)業(yè)務(wù)需求和無線覆蓋規(guī)劃站點(diǎn)數(shù)，以145 000 用戶為例計(jì)算單載扇上行鏈路平均業(yè)務(wù)承載需求，如表1 所示。由愛爾蘭B 表，查得滿足CS12.2 kbit/s 和CS64kbit/s 業(yè)務(wù)承載需求的信道數(shù)MCS12.2k 和MCS64k 分別為24 和1。分組域PS

16、64 k 業(yè)務(wù)信道需求數(shù)MDATA 可由下式求?。篗DATA=TCELL/Tsession=3.39/64=0.053 </p><p>　　則數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)劃信道數(shù)： </p><p>　　MPS64k=MDATA/0.7=0.053/0.7=0.076由QC 和QBE 的表達(dá)式計(jì)算電路域業(yè)務(wù)負(fù)荷QC和分組域業(yè)務(wù)負(fù)荷QBE 分別為： </p><p>　　QC=MCS

17、12.2K/Mpole. CS12.2K+MCS64K/Mpole.CS64K=24/79+1/18=35.93% </p><p>　　QBE=MPS64K/Mpole.PS64K=0.076/19=0.40% </p><p>　　則系統(tǒng)負(fù)荷需求Qload 為：Qload=QC+QBE=35.93%+0.40%=36.33%低于上行鏈路系統(tǒng)最大允許負(fù)荷50％，所以無線覆蓋規(guī)劃站點(diǎn)數(shù)滿足

18、上行鏈路容量承載需求。單在不同區(qū)域，業(yè)務(wù)比例差異很大，因此要分區(qū)域計(jì)算基站容量。由于3G 業(yè)務(wù)種類繁多的緣故，所以不同的業(yè)務(wù)有多種承載方式。為了簡化容量計(jì)算，可不針對具體業(yè)務(wù)，而是針對業(yè)務(wù)承載速率來估算3G 基站容量，3G 系統(tǒng)中業(yè)務(wù)承載速率有CS12.2 kbit/s、CS64 kbit/s、PS64 kbit/s、PS128 kbit/s 和PS384 kbit/s五種。 </p><p><b>