探討3G無線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計

1、探討3G無線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計摘要：本文在明確3G無線網(wǎng)絡(luò)重要性的基礎(chǔ)上，闡述了3G的基本理論以及3G無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程，分析了3G無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的需求，并進一步研究了3G無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的設(shè)計方案與仿真。關(guān)鍵詞：3G無線網(wǎng)絡(luò)；規(guī)劃設(shè)計；無線基站1 引言移動通信科技發(fā)展飛速，加速了移動通信市場的發(fā)展，用戶對移動通信系統(tǒng)的性能及功能需求變得越來越高。目前使用的第二代(2G)移動通信系統(tǒng)的無線頻率資源己經(jīng)趨于飽和，而且2G系統(tǒng)在高速率數(shù)據(jù)新業(yè)務(wù)上受到技術(shù)所限制，已經(jīng)無法再進一步滿足移動通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需求，國際電信聯(lián)盟ITU(International Telecommunication Union)于1985

2、年提出了第三代(3G)移動通信系統(tǒng)(下文中簡稱3G系統(tǒng))的概念【1】。本文主要針對3G無線通訊網(wǎng)絡(luò)，探討其具體的規(guī)劃與設(shè)計。2 3G的理論概述2.1基本理論3G是英文3rd Generation的縮寫，是指第三代移動通信技術(shù)，是指將無線通信與國際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的新一代移動通信系統(tǒng)。它能夠處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，提供包括網(wǎng)頁瀏覽、電話會議、電子商務(wù)等多種信息服務(wù)。為了提供這種服務(wù)，無線網(wǎng)絡(luò)必須能夠支持不同的數(shù)據(jù)傳輸速度，也就是說在室內(nèi)、室外和行車的環(huán)境中能夠分別支持至少2 Mbps(兆字節(jié)/每秒)、384 kbps(千字節(jié)/每秒)以及144 kbps的傳輸速度。為了真正實現(xiàn)

3、移動通信用戶能全世界漫游，并享受高質(zhì)量、高速率的無線寬帶網(wǎng)絡(luò)，3G系統(tǒng)提出的目標具備了頻段全球性和數(shù)據(jù)高速性：3G系統(tǒng)在全球使用統(tǒng)一的頻段、統(tǒng)一的標準，以便于真正實現(xiàn)全球移動通信網(wǎng)絡(luò)的無縫覆蓋；3G系統(tǒng)具有比2G系統(tǒng)更高的頻譜效率，因此建設(shè)成本顯得更低；能夠提供更高的無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量QoS(Quality of Service)和安全保密性能；能夠提供更大的移動通信系統(tǒng)容量，且便于從2G系統(tǒng)過渡及演進。2.2 3G無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程目前，3G無線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃一般來說包括6個步驟：規(guī)劃目標的定義、傳播模型校正、預(yù)規(guī)劃、站址定位與系統(tǒng)仿真、無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計及初始網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。(l)規(guī)劃目標的定義：確定規(guī)劃目標

4、及收集信息，主要包括確定規(guī)劃所要覆蓋的區(qū)域、每個區(qū)域所支持的業(yè)務(wù)類型、每個區(qū)域內(nèi)每種業(yè)務(wù)所要達到的覆蓋率等。此外，收集信息還包括各種業(yè)務(wù)量的密度分布圖、地形地貌數(shù)據(jù)資料、運營商初選的站址信息和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展長期規(guī)劃等信息。規(guī)劃目標應(yīng)綜合考慮市場需求和成本因素。(2)傳播模型校正：為了使規(guī)劃軟件中的覆蓋預(yù)測與實際網(wǎng)絡(luò)更接近，必須對規(guī)劃軟件的傳播模型進行調(diào)校。(3)預(yù)規(guī)劃：預(yù)規(guī)劃進程根據(jù)所收集的信息要綜合考慮覆蓋、容量、質(zhì)量等要求，得到理論覆蓋和容量規(guī)劃的初步設(shè)計方案，包括基站數(shù)量、規(guī)劃站址、基站技術(shù)條件要求等，以滿足輸入的設(shè)計要求。(4)站址定位與系統(tǒng)仿真：根據(jù)預(yù)規(guī)劃結(jié)果，進行現(xiàn)場調(diào)研、基站選擇及站址

5、規(guī)劃，利用規(guī)劃軟件進行仿真，輸出規(guī)劃結(jié)果。(5)無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計：系統(tǒng)開通前，必須對無線網(wǎng)絡(luò)進行具體設(shè)計。如下行信道功率分配、多載波頻率規(guī)劃、PN碼規(guī)劃和切換運算法參數(shù)設(shè)置等。(6)網(wǎng)絡(luò)調(diào)整及優(yōu)化：系統(tǒng)開通后，必須對無線網(wǎng)絡(luò)進行調(diào)整及優(yōu)化，使實際網(wǎng)絡(luò)滿足設(shè)計要求，達到較佳效果【2】。3 3G無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的需求分析針對目前無線網(wǎng)絡(luò)所處的發(fā)展階段，中國移動運營商正在大力發(fā)展移動數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)，積極推動網(wǎng)絡(luò)向第三代演進，通過“移動夢網(wǎng)”向客戶提供集語音、數(shù)據(jù)通信為一體的多媒體信息服務(wù)。移動無線網(wǎng)的發(fā)展是在總體發(fā)展策略下相互競爭的大環(huán)境下進行的，在已有網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到一定規(guī)模的基礎(chǔ)上，在適當?shù)臅r機進行新技術(shù)的

6、選擇，對于有限建設(shè)資金的合理使用意義重大，也有利于網(wǎng)絡(luò)的長遠發(fā)展。而且無線應(yīng)用的用戶較多，所以3G無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃所涉及到的需求和業(yè)務(wù)也較多。首先統(tǒng)計3G規(guī)劃區(qū)內(nèi)各覆蓋區(qū)類型宏蜂窩服務(wù)用戶2G實際的話務(wù)分布，以及2G室內(nèi)分布系統(tǒng)話務(wù)量和宏蜂窩網(wǎng)話務(wù)量之比。而后按照2G話務(wù)量分布，預(yù)測3G話務(wù)密度?？紤]到3G系統(tǒng)業(yè)務(wù)的具體情況，室內(nèi)數(shù)據(jù)用戶比例會比2G有所提高，因此3G室內(nèi)微蜂窩和室內(nèi)分布吸收的話務(wù)量會比2G高，需按照一定放大比例，增大3G微蜂窩/室內(nèi)分布系統(tǒng)話務(wù)量占總話務(wù)的比例。4 3G無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的設(shè)計方案4.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計3G無線網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方式要非常靈活。在業(yè)務(wù)發(fā)展的不同時期，要支持集中無級組

7、網(wǎng)和二級分布組網(wǎng)的平滑過渡；要支持各類業(yè)務(wù)的不同特點，從無線網(wǎng)絡(luò)上形成本地特色業(yè)務(wù)；要支持聯(lián)通用戶的各種接入方式及全國漫游；要支持全網(wǎng)的對帳結(jié)算。首先，在3G無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃區(qū)內(nèi)建設(shè)一個SCP/MPP，開展該規(guī)劃區(qū)的3G無線移動業(yè)務(wù)，通過與SMSC相連為客戶提供無線接入服務(wù)。所有客戶的請求都要經(jīng)過SCP/MPP傳給3G運營商，確?？煽匦院桶踩?。其次，通過獨立IP，采用特殊字觸發(fā)的方式，由客戶所在地的SSP（漫游時，由用戶漫游地的SSP）將請求觸發(fā)到SCP/MPP上，由SCP/MPP上的3G無線網(wǎng)絡(luò)接入業(yè)務(wù)邏輯對整個請求進行控制。另外，通過與WAP-GW相連，為客戶提供WAP無線接入服務(wù)，向3G商

8、務(wù)SP提供統(tǒng)一的接口，為3G運營商接入SCP/MPP開展自己的業(yè)務(wù)提供通信和交易的支持。4.2無線基站數(shù)量的確定本文研究的3G無線網(wǎng)絡(luò)為自干擾系統(tǒng)，基站的容量與覆蓋不是固定值，存在著動態(tài)關(guān)系。單基站可支持的用戶數(shù)受諸多因素影響，如：覆蓋范圍、承載業(yè)務(wù)、用戶分布、鄰小區(qū)干擾、軟切換的比例、功放類型等，不能一概而論。因此規(guī)劃的3G無線網(wǎng)絡(luò)的容量需借助于仿真和實際測試，規(guī)劃時只能進行大體估算。根據(jù)3G無線網(wǎng)絡(luò)運營商規(guī)劃的下行容量，計算所得單載頻全向站是在75%負載情況下，信道數(shù)為70*（1-30%）=50個，在3G無線網(wǎng)絡(luò)移動呼損率為2%時，得到40 Er1。對于單載頻三扇區(qū)的配置，其容量為單扇區(qū)容

9、量的2.5倍（三扇區(qū)的扇區(qū)化因子G等于2.5），即一個基站的提供的容量為40*2.5 = 100 Er1，相當于112個話音信道，類推得本文所規(guī)劃的3G無線網(wǎng)絡(luò)地區(qū)的基站無線參考值如表1所示：表1 3G無線網(wǎng)絡(luò)的基站參考表基站配置話音業(yè)務(wù)12.2k分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(用戶數(shù))容量(Er1)64K144K384K單載頻全向站401393單載頻三扇區(qū)10034236由于當負荷比較大時，3G無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是下行鏈路容量受限，因此，在計算用戶容量時，應(yīng)按下行鏈路話務(wù)量計算。按以上話務(wù)模型，為計算單用戶的忙時話務(wù)量，只需將數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量轉(zhuǎn)換為語音業(yè)務(wù)量，再求出上述三種業(yè)務(wù)量之和?？梢姡?G無線網(wǎng)絡(luò)在建設(shè)初期考慮的用

10、戶容量不大，也就是說，該網(wǎng)絡(luò)是以覆蓋為目的的。為了使網(wǎng)絡(luò)留有一定的軟切換區(qū)域(通常軟切換比例為30%)，相鄰基站間應(yīng)保持適當?shù)闹丿B區(qū)。4.3網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的預(yù)測仿真本文在仿真預(yù)測中，用戶容量的分配需要采用離散移動臺分析方法，仿真移動話務(wù)量分布，對上行鏈路及下行鏈路進行分析，整個預(yù)測過程要迭代進行，直到發(fā)射功率達到穩(wěn)定值，在多次系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)上進行統(tǒng)計平均。通過分析導頻覆蓋、Ec/Io值、反網(wǎng)功率和切換狀況等輸出結(jié)果，評估設(shè)計方案。如果覆蓋質(zhì)量等未能滿足要求，需進行站點優(yōu)化。常用的優(yōu)化措施包括調(diào)整基站位置、數(shù)量、發(fā)射功率、天線方向的高度等。然后重新進行仿真運算，這是一個循環(huán)往復的過程，直至滿足各項需求

11、。本文的預(yù)測仿真運行參數(shù)如下描述：(l)地圖信息：數(shù)字化地圖采用市區(qū)20米精度地圖；(2)仿真軟件：ARICOM；(3)下行平均正交系數(shù)：市區(qū)0.6；(4)激活集門限:3 db(5)話音激活因子:0.67導頻覆蓋強度分析。導頻覆蓋效果的好壞一方面取決于導頻的信號強度(Pilot非曲直Strneght)，另一方面取決于導頻的信號質(zhì)量(Pioft Ec/Io)。導頻的信號強度應(yīng)優(yōu)于-90 dBm，才能認為達到室內(nèi)覆蓋要求。3G無線網(wǎng)絡(luò)的導頻覆蓋強度如圖1所示：圖13G無線網(wǎng)絡(luò)的導頻覆蓋強度示意圖從密集城區(qū)、普通城區(qū)、郊區(qū)的導頻覆蓋強度圖可以看出，在密集區(qū)、普通城區(qū)、郊區(qū)的絕大部分區(qū)域，導頻信號的強度都大于-90dBm，規(guī)劃的站點覆蓋效果較好，可以滿足室內(nèi)連續(xù)覆蓋的要求。5小結(jié)總之，隨著我國3G通信的日漸臨近，有關(guān)3G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法的研究受到了通信行業(yè)的普遍關(guān)注。預(yù)先做到完善的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，是運營商在新一輪競爭格局中占據(jù)優(yōu)勢，取得有利地位，保持長遠發(fā)展的必要準備。因此本文研究的議題對當今通信業(yè)的發(fā)展具