移動通信課程設(shè)計(jì)-GSM無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)

1、摘要本次設(shè)計(jì)重點(diǎn)闡述基于蘭州理工大學(xué)西校區(qū)的GSM無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)。無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，處于無線移動網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的前期階段，也是最重要的階段，需要在綜合分析已有網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況（非新建網(wǎng)絡(luò)）的基礎(chǔ)上，合理規(guī)劃無線網(wǎng)絡(luò)的工程參數(shù)（如站址布局、基站數(shù)量、基站站型等），在建設(shè)成本允許的前提下，滿足運(yùn)營商對網(wǎng)絡(luò)覆蓋、容量和質(zhì)量的要求體現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平。無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃決定了今后網(wǎng)絡(luò)的格局，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和發(fā)展空間。 關(guān)鍵詞：GSM，數(shù)字移動通信，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc12776 前言 PAGEREF _Toc12776 1 HYPERLI

2、NK l _Toc18590 第1章GSM基礎(chǔ)知識簡介 PAGEREF _Toc18590 2 HYPERLINK l _Toc10464 1.1 GSM系統(tǒng)組成 PAGEREF _Toc10464 2 HYPERLINK l _Toc19034 1.2 GSM系統(tǒng)接口說明 PAGEREF _Toc19034 3 HYPERLINK l _Toc20699 1.3 GSM系統(tǒng)的特點(diǎn) PAGEREF _Toc20699 4 HYPERLINK l _Toc10109 第2章 GSM無線網(wǎng)規(guī)劃流程及步驟 PAGEREF _Toc10109 6 HYPERLINK l _Toc9301 2.1 GS

3、M無線網(wǎng)規(guī)劃技術(shù) PAGEREF _Toc9301 6 HYPERLINK l _Toc11780 2.1.1無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃思想 PAGEREF _Toc11780 6 HYPERLINK l _Toc18692 2.1.2指導(dǎo)思想 PAGEREF _Toc18692 6 HYPERLINK l _Toc26061 2.1.3 規(guī)劃要點(diǎn) PAGEREF _Toc26061 7 HYPERLINK l _Toc17478 2.2 GSM無線網(wǎng)規(guī)劃步驟 PAGEREF _Toc17478 7 HYPERLINK l _Toc20435 2.2.1 GSM網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程圖 PAGEREF _Toc204

4、35 7 HYPERLINK l _Toc10228 2.2.2網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的基本內(nèi)容 PAGEREF _Toc10228 8 HYPERLINK l _Toc8233 第3章 GSM網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc8233 10 HYPERLINK l _Toc8940 3.1話務(wù)量及其計(jì)算 PAGEREF _Toc8940 10 HYPERLINK l _Toc20713 3.1.1 話務(wù)量的概念 PAGEREF _Toc20713 10 HYPERLINK l _Toc31442 3.1.2話務(wù)的統(tǒng)計(jì)及對用戶的調(diào)查 PAGEREF _Toc31442 10 HYPERLINK l _

5、Toc7533 3.1.3話務(wù)量的計(jì)算 PAGEREF _Toc7533 11 HYPERLINK l _Toc24779 3.2 呼損率 PAGEREF _Toc24779 12 HYPERLINK l _Toc12433 3.3信道分配 PAGEREF _Toc12433 12 HYPERLINK l _Toc24911 3.4基站站址選擇 PAGEREF _Toc24911 14 HYPERLINK l _Toc26067 3.5基站天線設(shè)置 PAGEREF _Toc26067 15 HYPERLINK l _Toc28479 3.6 基站發(fā)射功率 PAGEREF _Toc28479 1

6、6 HYPERLINK l _Toc15489 3.6.1 傳播損耗 PAGEREF _Toc15489 16 HYPERLINK l _Toc19675 3.6.2 基站最小發(fā)射功率 PAGEREF _Toc19675 17 HYPERLINK l _Toc21852 設(shè)計(jì)總結(jié) PAGEREF _Toc21852 18 HYPERLINK l _Toc26968 致謝 PAGEREF _Toc26968 19 HYPERLINK l _Toc22108 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc22108 20前言 移動通信就是指通信雙方，至少有一方是在移動中進(jìn)行信息交換的通信方式。從移動通信的具體

7、表現(xiàn)形式來分，陸地移動通信（PLMN）占有絕對的地位，是整個(gè)移動通信領(lǐng)域中的主要內(nèi)容。從陸地移動通信的具體實(shí)現(xiàn)形式來分主要有模擬移動通信和數(shù)字移動通信這二種。目前我國各地的移動通信系統(tǒng)中大多采用GSM數(shù)字蜂窩系統(tǒng)。GSM 是一個(gè)蜂窩網(wǎng)絡(luò)，也就是說移動電話要連接到它能搜索到的最近的蜂窩單元區(qū)域。它技術(shù)更先進(jìn)，功能更完備且通信更可靠，并能適應(yīng)方便地與其他數(shù)字通信網(wǎng)的互連。自從1992年在我國嘉興建立和開通第一個(gè)GSM引示系統(tǒng)，并于1993年9月正式開放業(yè)務(wù)以來，經(jīng)過幾年的蓬勃發(fā)展，目前GSM 系統(tǒng)已成為我國最成熟和市場占有量最大的一種數(shù)字蜂窩系統(tǒng)。 第1章GSM基礎(chǔ)知識簡介1.1 GSM系統(tǒng)組成

8、蜂窩移動通信系統(tǒng)主要由網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）、基站子系統(tǒng)（BSS）、移動臺（MS）組成?；咀酉到y(tǒng)（BSS）由基站收發(fā)臺(BTS)和基站控制器(BSC)組成；網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)由由移動交換中心（MSC）、操作維護(hù)中心(OMC)、原籍位置寄存器(HLR)、訪問位置寄存器(VLR)、鑒權(quán)中心(AUC)和移動設(shè)備識別寄存器(EIR)組成；移動臺是GSM移動通信網(wǎng)用戶使用的設(shè)備，包括移動終端(MS)和客戶識別卡(SIM)組成?；咀酉到y(tǒng) 基站子系統(tǒng)BSS在GSM網(wǎng)絡(luò)的固定部分和無線部分之間提供中繼，一方面BSS通過無線接口直接與移動臺實(shí)現(xiàn)通信連接，另一方面BSS又連接到網(wǎng)絡(luò)端的移動交換機(jī)。BSS可分為通過無線接

9、口與移動臺相連的基站收發(fā)信臺（BTS）和另一側(cè)與交換機(jī)相連的基站控制器（BSC）兩部分，BTS負(fù)責(zé)無線傳輸、BSC負(fù)責(zé)控制與管理。BSS是由一個(gè)BSC與一個(gè)或多個(gè)BTS組成的，一個(gè)基站控制器根據(jù)話務(wù)量需要可以控制數(shù)十個(gè)BTS。BTS可以直接與BSC相連，也可通過基站接口設(shè)備BIE與遠(yuǎn)端的BSC相連?；咀酉到y(tǒng)還應(yīng)包括碼型變換器（TC）和子復(fù)用設(shè)備（SM）。網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng) 主要包含有GSM系統(tǒng)的交換功能和用于用戶數(shù)據(jù)與移動性管理、安全性管理所需要的數(shù)據(jù)庫功能，它對GSM移動用戶之間的通信和GSM移動用戶與其它通信網(wǎng)用戶之間通信起著管理作用。MSC：移動交換中心，是GSM系統(tǒng)的核心，對位于它所覆蓋區(qū)域

10、中的移動臺進(jìn)行控制和完成話路交換的功能實(shí)體，也是移動通信系統(tǒng)與其它公用通信網(wǎng)之間的接口。VLR：拜訪位置寄存器，是一個(gè)數(shù)據(jù)庫，存儲MSC處理所管轄區(qū)域中MS的來話、去話呼叫所需檢索的信息。例如客戶的號碼，所處位置區(qū)域的識別，向客戶提供的服務(wù)等參數(shù)。HLR：歸屬位置寄存器，也是一個(gè)數(shù)據(jù)庫，是存儲管理部門用于移動客戶管理的數(shù)據(jù)。每個(gè)移動客戶都應(yīng)在其歸屬位置寄存器（HLR）注冊登記，它主要存儲兩類信息：一是有關(guān)客戶的參數(shù)：二是有關(guān)客戶目前所處位置的信息，以便建立至移動臺的呼叫路由，例如：MSC、VLR地址等等。AUC：鑒權(quán)中心，用于產(chǎn)生為確定移動客戶的身份和對呼叫保密所需鑒權(quán)、加密的三參數(shù)（RAND

11、、SRES、KC）的功能實(shí)體。圖 1.1 GSM系統(tǒng)組成圖EIR：設(shè)備識別寄存器，也是一個(gè)數(shù)據(jù)庫，存儲有關(guān)移動臺設(shè)備參數(shù)。主要完成對移動設(shè)備的識別、監(jiān)視、閉鎖等功能，以防止非法移動臺的使用。BSC：基站控制器，具有對一個(gè)或多個(gè)BTS進(jìn)行控制的功能，它主要負(fù)責(zé)無線網(wǎng)路資源管理、小區(qū)配置數(shù)據(jù)管理、功率控制、定位和切換等。BTS：基站收發(fā)信臺，無線接口設(shè)備，它完全由BSC控制，主要負(fù)責(zé)無線傳輸，完成無線與有線的轉(zhuǎn)換、無線分集、無線信道加密、跳頻等功能。移動臺：就是移動客戶設(shè)備部分，分為移動終端（MS）和客戶識別卡（SIM）。1.2 GSM系統(tǒng)接口說明Um接口：是移動臺（MS）與BTS之間的接口，用于

12、移動臺與GSM系統(tǒng)的固定部分之間的互通。Abit接口：是BTS與BSC之間的接口，此接口支持所有向用戶提供的業(yè)務(wù)，并支持對BTS無線設(shè)備的控制和無線頻率的分配。A接口：是NSS和BSS之間的接口。該接口傳送有關(guān)移動呼叫處理、基站管理、移動臺管理、信道管理等信息，并與Um接口互通，在MSC和移動臺之間互傳信息。B接口：是VLR與MSC之間的接口。MSC通過該接口向VLR傳送漫游用戶位置信息，并在呼叫建立時(shí)向VLR查詢漫游用戶的有關(guān)數(shù)據(jù)。C接口：是HLR與MSC之間的接口。MSC通過該接口向HLR查詢被叫移動臺的選路信息，以獲取被叫移動用戶的漫游號碼，確定呼叫路由。如以HLR作為計(jì)費(fèi)中心，則在呼叫

13、結(jié)束時(shí)向HLR發(fā)送計(jì)費(fèi)信息。D接口：是HLR與VLR之間的接口。該接口主要用于在HLR與VLR之間傳送移動臺的用戶數(shù)據(jù)、位置信息和選路信息。E接口：是相鄰域的不同MSC之間的接口。該接口主要用于越局切換。F接口：是MSC與EIR之間的接口。該接口主要用于交換相關(guān)的國際移動通信設(shè)備識別碼管理信息。G接口：是VLR之間的接口。當(dāng)出現(xiàn)VLR切換時(shí)，新VLR通過該接口向原VLR索取IMSI和鑒權(quán)參數(shù)信息，以對該用戶進(jìn)行位置更新。1.3 GSM系統(tǒng)的特點(diǎn)1 頻譜效率高：由于采用了高效調(diào)制器，信道編碼，交織，均衡和話音編碼技術(shù)，使系統(tǒng)有高頻譜效率。 2 容量大：由于每個(gè)信道傳輸帶寬增加（GSM信道帶寬為2

14、00KHz，模擬制約為25KHz），使得同頻復(fù)用載干比降低至9dB，故GSM系統(tǒng)同頻復(fù)用模式可以縮小至4/12或3/9，甚至更?。M為7/21）。加上半速率話音編碼技術(shù)的引入和話務(wù)分配使GSM系統(tǒng)的容量效率（每兆赫每小區(qū)的信道數(shù)）比TACS高35倍。 3 話音質(zhì)量高：GSM系統(tǒng)中只要在門限值以上，話音質(zhì)量總是達(dá)到相同的水平而與傳輸質(zhì)量無關(guān)。 4 開放的接口：A接口和Abis接口。 5 安全性：通過鑒權(quán)，加密和TMSI號碼的使用達(dá)到安全的目的。 6 與ISDN，PSTN等的互連。 7 在SIM卡基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)漫游。 1.4 GSM工作頻段的分配 我國陸地公用蜂窩數(shù)字移動通信網(wǎng)GSM通信系統(tǒng)采用90

15、0 MHz和1800MHz頻段。（1）GSM900工作的無線頻率分配為：GSM900：上行頻率 890915MHz 下行頻率935960MHz 雙工間隔為45MHz，工作帶寬為25MHz，載頻間隔200KHz。 頻道序號和頻點(diǎn)標(biāo)稱中心頻率的關(guān)系為：上行頻率 下行頻率 n=1124頻道GSM900頻段共有124個(gè)載波頻道。 在我國GSM900使用的頻段為：上行頻率 905915MHz 下行頻率 950960MHz 頻道號為76124, 共10M帶寬。GSM1800工作的無線頻率分配為：GSM1800：上行頻率 1710-1785MHz 下行頻率 1805-1880MHz 雙工間隔為95MHz，工

16、作帶寬為75MHz，載頻間隔為200KHz。頻道序號和頻點(diǎn)標(biāo)稱中心頻率的關(guān)系為：上行頻率 下行頻率 n=512885頻道（3）保護(hù)帶寬 當(dāng)一個(gè)地區(qū)數(shù)字移動通信系統(tǒng)與模擬移動通信系統(tǒng)共存時(shí)，兩系統(tǒng)之間（頻道中心頻率之間）應(yīng)有約400KHz的保護(hù)帶寬，通常是由模擬B網(wǎng)預(yù)留。GSM無線網(wǎng)規(guī)劃流程及步驟2.1 GSM無線網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)2.1.1無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃思想 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，處于無線移動網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的前期階段，也是最重要的階段，需要在綜合分析已有網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況（非新建網(wǎng)絡(luò)）的基礎(chǔ)上，合理規(guī)劃無線網(wǎng)絡(luò)的工程參數(shù)（如站址布局、基站數(shù)量、基站站型等），在建設(shè)成本允許的前提下，滿足運(yùn)營商對網(wǎng)絡(luò)

17、覆蓋、容量和質(zhì)量的要求體現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平。無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃決定了今后網(wǎng)絡(luò)的格局，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和發(fā)展空間。 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的容量需求來設(shè)置基站解決容量問題; 為解決覆蓋需求設(shè)置基站改善覆蓋; 為解決網(wǎng)絡(luò)存在的問題設(shè)置基站改善網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量; 為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)目標(biāo)設(shè)置實(shí)現(xiàn)目標(biāo)需要的基站。綜合考慮地形/地貌、人口、經(jīng)濟(jì)和人文活動情況對覆蓋區(qū)域進(jìn)行分類，不同類型的地區(qū)有不同的需求，在規(guī)劃分析的過程中應(yīng)采用橫向類比和縱向?qū)Ρ鹊姆治鍪侄翁岢霾煌慕ㄔO(shè)策略。由于移動用戶具有移動性，用戶分布是隨著時(shí)間變化的，不同時(shí)間段會呈現(xiàn)出不同的話務(wù)分布，所以在規(guī)劃過程中應(yīng)充分考慮忙時(shí)與忙區(qū)的變化。工 程 與 設(shè) 計(jì)2.1.2指導(dǎo)

18、思想 前瞻性：能攻滿足未來一段時(shí)期內(nèi)的業(yè)務(wù)需求 有效性：規(guī)劃的結(jié)果能保證滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，提供預(yù)期的設(shè)計(jì)質(zhì)量 經(jīng)濟(jì)性：能夠盡可能地降低費(fèi)用，盡量提高設(shè)備的利用率 反復(fù)性：網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃不是一勞永逸的，需要反復(fù)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化 整體性：無線網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)相互影響的系統(tǒng)規(guī)劃不當(dāng)后果：如果網(wǎng)絡(luò)容量滯后于客戶發(fā)展速度，會造成網(wǎng)絡(luò)資源緊張，影響通話質(zhì)量；如果網(wǎng)絡(luò)容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超前于市場需求，勢必造成網(wǎng)絡(luò)資源的浪費(fèi)。2.1.3 規(guī)劃要點(diǎn) GSM網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃要點(diǎn)包括：覆蓋規(guī)劃、容量規(guī)劃、無線參數(shù)規(guī)劃（包括：頻點(diǎn)規(guī)劃、碼資源規(guī)劃、鄰小區(qū)規(guī)劃等等）。1. 覆蓋規(guī)劃 考慮不同無線環(huán)境的傳播模型，考慮不同的覆蓋率要求等來綜合訓(xùn)練基站類型，使

19、得達(dá)到無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃初期對網(wǎng)絡(luò)各種業(yè)務(wù)的覆蓋要求。由于TD-SCDMA 系統(tǒng)各種業(yè)務(wù)覆蓋半徑近似相同，因此，各種業(yè)務(wù)的連續(xù)覆蓋可以得到很好的平衡。進(jìn)行覆蓋規(guī)劃時(shí)，要充分考慮無線傳播環(huán)境。由于無線電波在空間衰減存在較多的不可控因素，相對比較復(fù)雜。應(yīng)對不同的無線環(huán)境進(jìn)行合理區(qū)分，通過模型測試和校正，濾除無線傳播環(huán)境對無線信號快衰落的影響，得到合理的站間距。2. 容量規(guī)劃 考慮不同用戶業(yè)務(wù)類型來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)容量規(guī)劃。一般在城區(qū)的業(yè)務(wù)量比在郊區(qū)業(yè)務(wù)量大，同時(shí)各種地區(qū)的業(yè)務(wù)滲透率也有很大不同，應(yīng)對規(guī)劃區(qū)域進(jìn)行合理區(qū)分，并進(jìn)行業(yè)務(wù)量預(yù)測，來進(jìn)行容量規(guī)劃。3. 無線參數(shù)規(guī)劃 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃階段，主要包括鄰接關(guān)系規(guī)劃

20、、頻點(diǎn)規(guī)劃和碼資源規(guī)劃。首先根據(jù)覆蓋仿真和小區(qū)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行鄰小區(qū)規(guī)劃，同時(shí)鄰接關(guān)系規(guī)劃結(jié)果也作為擾碼規(guī)劃的輸入。其次考慮用戶數(shù)和用戶構(gòu)成，考慮可用頻點(diǎn)資源多少，考慮業(yè)務(wù)類型和業(yè)務(wù)量，考慮選擇的站型，綜合訓(xùn)練頻點(diǎn)的分配。2.2 GSM無線網(wǎng)規(guī)劃步驟2.2.1 GSM網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程圖 GSM無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)目標(biāo)是指導(dǎo)工程以最低的成本建造成符合近期和遠(yuǎn)期話務(wù)需求，具有一定服務(wù)等級的移動通信網(wǎng)絡(luò)。具體地講就是要達(dá)到服務(wù)區(qū)內(nèi)最大程度的時(shí)間、地點(diǎn)的無線覆蓋，滿足所要求的通信概率；在有限的帶寬內(nèi)通過頻率復(fù)用，提供盡可能大的系統(tǒng)容量；盡可能減少干擾，達(dá)到所要求的服務(wù)質(zhì)量；在滿足容量要求的前提下，盡量減少系統(tǒng)設(shè)備

21、單元，降低成本等幾個(gè)方面目標(biāo)。 GSM無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化是一個(gè)階梯式循環(huán)往復(fù)的過程。對與一個(gè)GSM網(wǎng)絡(luò)來說，移動用戶在不斷地增長，無線環(huán)境在不斷的變化，話務(wù)分布情況也在變化之中，因此，GSM網(wǎng)絡(luò)是在循環(huán)反復(fù)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化的過程中不斷發(fā)展壯大起來的。無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工作的總體流程可用下面的流程圖表示出來。開始資料收集與調(diào)查分析容量/規(guī)模估算勘察與站點(diǎn)初始布局頻率規(guī)劃與損耗否是否滿足設(shè)計(jì)目 標(biāo)是規(guī)劃結(jié)束 圖2.1 規(guī)劃流程圖2.2.2網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的基本內(nèi)容 為了使所設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)盡可能達(dá)到運(yùn)營商要求，適應(yīng)當(dāng)?shù)赝ㄐ怒h(huán)境及用戶發(fā)展需求，必須進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)前的調(diào)查分析工作。調(diào)查分析工作要求做到盡可能的詳細(xì)，充分了解

22、運(yùn)營商需求，了解當(dāng)?shù)赝ㄐ艠I(yè)務(wù)發(fā)展情況以及地形、地物、地貌和經(jīng)濟(jì)發(fā)展等信息。 根據(jù)對規(guī)劃區(qū)內(nèi)的調(diào)研工作，綜合所收集到的信息，結(jié)合運(yùn)營商的具體要求，在對規(guī)劃區(qū)內(nèi)用戶發(fā)展的正確預(yù)測基礎(chǔ)上，根據(jù)營運(yùn)商確定的服務(wù)等級，從而確定整個(gè)區(qū)域內(nèi)重要部分的話務(wù)分布和布站策略、站點(diǎn)數(shù)目和投資規(guī)模等，充分考慮當(dāng)?shù)馗邔咏ㄖ八姆植?，基本確定站點(diǎn)分布及數(shù)目。對于站點(diǎn)的位置及覆蓋半徑，必須考慮到話務(wù)需求量、傳播環(huán)境、上下行信號平衡等對基站覆蓋半徑的限制，建站的綜合成本等諸方面的因素。 對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行初步容量規(guī)劃。 無線覆蓋規(guī)劃最終目標(biāo)是在滿足網(wǎng)絡(luò)容量及服務(wù)質(zhì)量的的前提下,以最少的造價(jià)對指定的服務(wù)區(qū)提供所要求的無線覆蓋。無線覆

23、蓋規(guī)劃工作有以下幾個(gè)部分：初步確定工程參數(shù)如基站發(fā)射功率、天線選型（增益、方向圖等）、天線掛高、饋線損耗等。進(jìn)行上下行信號功率平衡分析、計(jì)算。通過功率平衡計(jì)算得出最大允許路徑損耗，初步估算出規(guī)劃區(qū)內(nèi)在典型傳播環(huán)境中，不同高度基站的覆蓋半徑。 將數(shù)字化地圖、基站名稱、站點(diǎn)位置以及工程參數(shù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件進(jìn)行覆蓋預(yù)測分析，并反復(fù)調(diào)整有關(guān)工程參數(shù)、站點(diǎn)位置，必要時(shí)要增加或減少一些基站，直至達(dá)到運(yùn)營商提出的無線覆蓋要求為止。 頻率規(guī)劃決定了系統(tǒng)最大用戶容量，也是減少系統(tǒng)干擾的主要手段。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工程師運(yùn)用規(guī)劃軟件進(jìn)行頻率規(guī)劃，并通過同頻、鄰頻干擾預(yù)測分析，反復(fù)調(diào)整相關(guān)工程參數(shù)和頻點(diǎn)，直至達(dá)到所要求的同、鄰頻

24、干擾指標(biāo)。第3章 GSM網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)3.1話務(wù)量及其計(jì)算 在語音通信中，業(yè)務(wù)的大小用話務(wù)量來度量。3.1.1 話務(wù)量的概念 話務(wù)量又稱為話務(wù)負(fù)荷和電話負(fù)荷，是反映系統(tǒng)話務(wù)負(fù)荷大小的量，它指從主叫用戶出發(fā)，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)到達(dá)被叫用戶的話務(wù)流量。顯然，呼叫次數(shù)越多，每次呼叫占用的時(shí)間越長，交換機(jī)的負(fù)荷就越重。所以影響話務(wù)量的基本因素是：呼叫次數(shù)和占用時(shí)長。話務(wù)量的計(jì)算公式為： （2.1）式中 A話務(wù)量； 單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生的平均呼叫次數(shù)； t每次呼叫平均占用信道時(shí)長。話務(wù)量的單位叫“愛爾蘭”,或叫“小時(shí)呼”，簡寫為Erl。3.1.2話務(wù)的統(tǒng)計(jì)及對用戶的調(diào)查本次課程設(shè)計(jì)為蘭州理工大學(xué)西校區(qū)校園GSM無線移動網(wǎng)

25、規(guī)劃，在我們做出調(diào)查的基礎(chǔ)上，進(jìn)行分析和計(jì)算，然后整體規(guī)劃布局。調(diào)查結(jié)果如下：北村：宿舍有A.B.C.D.E.F.G.H.共8棟，每棟有七層，每棟樓有182個(gè)宿舍，每個(gè)宿舍6個(gè)人，大約有8740部移動電話。南村，宿舍有A.B.C.D.E.F.G.H和南苑9號樓，前8棟的分配和北村相同。南苑9號共有245個(gè)宿舍，每個(gè)宿舍大約6部電話，總共有1470部電話。因此南村總共有10211部移動電話。 經(jīng)過調(diào)查，西校區(qū)現(xiàn)有移動電話數(shù)約為19152部，西校區(qū)還有教職工、后勤人員和其他流動人員1000人，可考慮到未來的擴(kuò)建增加學(xué)生和辦公人員人數(shù)，初步設(shè)計(jì)用戶電話容量為25000部，能夠滿足較長一段時(shí)間的需求。

26、 在學(xué)生的調(diào)查中，一般打電話最忙的時(shí)間為中午11:00到13:00，下午17:00到19:00，晚上21：00到23：00之間，時(shí)長大概在5min左右。對辦公人員的調(diào)查，一般打電話最忙時(shí)間為上午工作時(shí)間9：00到12:00，下午14:30到17:30左右，辦公通話次數(shù)較為頻繁，一般為5次，每次通話時(shí)長大概為2min，即在1h內(nèi)共通話10min。由于學(xué)校存在寒暑假，這個(gè)時(shí)候信道幾乎是閑置的。通過以上調(diào)查，我們可以算出忙時(shí)話務(wù)量。在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中通常采用忙時(shí)話務(wù)量為設(shè)計(jì)指標(biāo)，并認(rèn)為GSM網(wǎng)絡(luò)能夠支持忙時(shí)話務(wù)量也必然能夠應(yīng)付平時(shí)的話務(wù)量。3.1.3話務(wù)量的計(jì)算 忙時(shí)話務(wù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的最忙時(shí)為晚上21：

27、00到23：00，而其他辦公人員為早上9：00到11:30，因?yàn)槊r(shí)話務(wù)量的抽樣調(diào)查時(shí)按人為單位的，所以忙時(shí)話務(wù)量BHCA分學(xué)生和辦公人員分別計(jì)算，忙時(shí)話務(wù)量調(diào)查及計(jì)算： 表1忙時(shí)話務(wù)量調(diào)查忙時(shí) 平均時(shí)長/次 次數(shù) 學(xué)生11: 3013: 0017: 3019：0021：0023：00 4min 3次辦公人員9：0012：00 14：3017：30 2min 5次 每個(gè)用戶在24小時(shí)內(nèi)的話務(wù)量分部是不均勻的，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)應(yīng)按最忙時(shí)話務(wù)量來進(jìn)行計(jì)算。最忙一小時(shí)內(nèi)的話務(wù)量與全天話務(wù)量之比稱為集中系數(shù)，用k表示，一般k=10%至15%之間。現(xiàn)在，我們?nèi)=0.1，則每用戶的忙時(shí)話務(wù)量： 學(xué)生 Erl （

28、3.1）辦公人員 Erl （3.2）因?qū)W生和辦公人員的忙時(shí)不同，而且學(xué)生數(shù)遠(yuǎn)大于辦公人員數(shù)，所以最忙時(shí)應(yīng)為晚上21：00到23：00，所以可以選取這個(gè)時(shí)間的話務(wù)量為忙時(shí)話務(wù)量。由于每個(gè)小區(qū)的話務(wù)量可以表示為： （3.3）式中，a是每用戶平均話務(wù)量(Erlang/用戶)，d為用戶分布密度(用戶數(shù)/)，S為小區(qū)面積()。由上式可知，話務(wù)量的計(jì)算應(yīng)該是每用戶平均忙時(shí)話務(wù)量與一小時(shí)內(nèi)同時(shí)通話人數(shù)的乘積，已知a=0.025(愛爾蘭/每用戶)，平均一小時(shí)同時(shí)通話人數(shù)為650人，則 Erl (3.4)3.2 呼損率由于交換系統(tǒng)的話源數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于話路數(shù)M，發(fā)生“k個(gè)用戶同時(shí)呼叫”這一事件又是純隨機(jī)事件，因此可能

29、出現(xiàn)用戶呼叫時(shí)，交換系統(tǒng)的M條話路已全部被占用（kM）,在網(wǎng)絡(luò)中找不到一條空閑出線，致使接續(xù)不能建立，從而使這次呼叫損失掉的情況出現(xiàn)，這是不能避免的事件。這時(shí)，系統(tǒng)的流入話務(wù)量要大于系統(tǒng)的完成話務(wù)量。我們將流入話務(wù)量與完成話務(wù)量之差稱為損失話務(wù)量。損失話務(wù)量與流入話務(wù)量之比，就是呼叫損失率，簡稱呼損。呼損應(yīng)稱為呼損概率，它是一種偶然事件。呼損數(shù)值的大小與出線占用的概率分布有關(guān)。在相同的出線數(shù)和相同的話務(wù)量時(shí)，占用的概率不同，呼損值也就不同。在一定概率分布下，呼損值與出線數(shù)和話務(wù)量有關(guān)，出線數(shù)相同時(shí)話務(wù)量越大，呼損越大；話務(wù)量相同時(shí)出線數(shù)越多，呼損越小。一般市區(qū)的呼損率為2%左右，郊區(qū)為5%左右

30、，由于蘭州理工大學(xué)西校區(qū)處在市區(qū)，我們?nèi)『魮p率為2%。3.3信道分配ErlangB模型公式是移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)話務(wù)設(shè)計(jì)時(shí)最常用的公式。ErlangB是假定所有未能找到空閑頻道的用戶即放棄呼叫要求，也就是說用戶發(fā)出呼叫后沒有空閑頻道就不再試呼而算阻塞。在公用移動電話網(wǎng)中，雖然系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)定一個(gè)蜂窩（或扇區(qū)）的用戶第一次呼叫得不到空閑頻道時(shí)將繼續(xù)試呼，但由于有“扇區(qū)共享”或“定向重試”功能將該用戶受阻塞的呼叫引導(dǎo)到另一個(gè)扇區(qū)去尋找空閑頻道而離開它最初要求接入的扇區(qū)，所以對每個(gè)扇區(qū)的用戶來說，用戶的呼叫都是“沒有空閑頻道就放棄呼叫”，結(jié)果使總的阻塞特性比較接近于ErlangB呼叫規(guī)律的要求。ErlangB

31、模型公式描述了業(yè)務(wù)信道（中繼信道）數(shù)量、服務(wù)等級（呼損率）和能提供話務(wù)量三者之間的關(guān)系。利用愛爾蘭呼損公式和呼損計(jì)算表，呼叫必須具備如下性質(zhì)：每次呼叫互相獨(dú)立，互不相關(guān)（呼叫具有隨機(jī)性）；每次呼叫在時(shí)間上都有相同的概率；當(dāng)呼叫得不到空閑頻道即作為呼損，而不是等待某個(gè)時(shí)間以便得到空閑信道。ErlangB公式為： （3.5）其中B為呼損率（服務(wù)等級GOS），A為可提供的話務(wù)量，N為信道數(shù)。一般做規(guī)劃時(shí)，GOS是確定下來的，我們可直接通過查找用此公式得到的Erlang-B表來得到要達(dá)到提供話務(wù)量所需的信道數(shù)或已知信道數(shù)能提供的話務(wù)量。下表是常用到的Erlang-B表Erlang-B表：表3.1GOS

32、N1%2%5%10.010.020.05320.1530.2230.38130.4550.6020.8992213.6514.917.132314.4715.7618.082415.316.6319.032516.1217.519.992616.9618.3820.942717.0819.2621.9由表3.1可以查出，信道數(shù)N為24，每個(gè)信道為8個(gè)載頻，所以全網(wǎng)共有個(gè)載頻。由于擴(kuò)容后的總?cè)藬?shù)為25000，根據(jù)公式3.6，可以算出每個(gè)信道能容納的用戶數(shù)m為 (個(gè)) （3.6）3.4基站站址選擇圖3.1 基站站址示意圖本次規(guī)劃把蘭州理工發(fā)大學(xué)西校區(qū)看作一個(gè)小區(qū)，設(shè)置一個(gè)基站進(jìn)行校園GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋

33、。根據(jù)比例尺可以得到蘭州理工大學(xué)西校區(qū)的周長c約為3300m，根據(jù)公式 （3.7）根據(jù)公式3.6可以算出校園半徑大約為525.47m，根據(jù)蘭州理工大學(xué)西校區(qū)的人員分布和校園幾何分布，基站的天線架設(shè)到西校區(qū)南村東側(cè)食堂樓頂,如圖3.1所示。3.5基站天線設(shè)置天線是移動通信系統(tǒng)的重要組成部分，直接關(guān)系到移動通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和服務(wù)質(zhì)量。例如呼損率、掉話率、切換成功率等。網(wǎng)絡(luò)營運(yùn)的指標(biāo)均與無線覆蓋密切相關(guān)，而天線的選擇和設(shè)置作為控制無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的基本手段，對于改善網(wǎng)絡(luò)性能至關(guān)重要。天線的性能指標(biāo)分電氣性能指標(biāo)和機(jī)械性能指標(biāo)，其中電氣性能指標(biāo)包括增益、波瓣寬度、極化方向、電壓駐波比、端口隔離度、上旁瓣

34、抑制、前后比、功率容量、三階交調(diào)、頻率范圍等；機(jī)械指標(biāo)包括天線的尺寸、重量、調(diào)整范圍、溫度、最大風(fēng)速、接頭型式、天線抱桿、安裝和下傾輔件、防雷等，決定了天線的工作環(huán)境和安裝要求。天線對空間不同方向具有不同的輻射或接收能力，這就是天線的方向性。根據(jù)方向性的不同，天線有全向和定向兩種。1定向天線：在水平方向圖上表現(xiàn)為一定角度范圍輻射，是指在某一個(gè)或 某幾個(gè)特定方向上發(fā)射及接收電磁波特別強(qiáng)，而在其它的方向上發(fā)射及接收電磁波則為零或極小的一種天線。采用定向發(fā)射天線的目的是增加輻射功率的有效利用率，增加保密性；采用定向接收天線的主要目的是增加抗干擾能力。2全向天線：即在水平方向圖上表現(xiàn)為360都均勻輻射

35、，也就是平常所說的無方向性。一般情況下波瓣寬度越小，增益越大。全向天線在通信系統(tǒng)中一般應(yīng)用距離近，覆蓋范圍大，價(jià)格便宜。增益一般在9dB以下 。綜合考慮蘭州理工大學(xué)的校園人員密集度和人員流動性等綜合情況，在本次課設(shè)中我們采用全向天線。當(dāng)天線以垂直方向安裝以后，它的發(fā)射方向是水平的，由于要考慮到同頻干擾，時(shí)間色散等問題，小區(qū)制的蜂窩網(wǎng)絡(luò)的天線一般有一個(gè)下傾角度。天線高度指面天線離地面的距離即為天線高度，本次設(shè)計(jì)基站天線高度為H=12m(樓高)+2m（天線高）=14m。已知條件天線高度H，所希望得到的覆蓋半徑R，天線垂直平面的半功率角A。需確定天線傾角B。小區(qū)半徑與天線高度之間的關(guān)系如下圖3.2所

36、示：圖3.2 小區(qū)半徑與天線高度關(guān)系圖天線與小區(qū)半徑的夾角為，則下傾角為 （3.8）3.6 基站發(fā)射功率3.6.1 傳播損耗Cost-231模型的適用范圍：頻率f：8002000MHz；距離d：0.025km；基站天線高度：450m；移動臺天線高度：13m。因?yàn)樾^(qū)半徑R為525.47m,符合微蜂窩的覆蓋半徑范圍，所以采用微蜂窩的COST-231傳播模型。則可視傳播損耗的計(jì)算公式為 （3.9）式中損耗以dB計(jì)算，距離d以km計(jì)算，頻率f以MHz計(jì)算。非可視傳播路徑損耗公式為 （3.10） 式中是自由空間傳播損耗，是屋頂至街道的繞射及散射損耗，是多重屏障的繞射損耗。自由空間傳播損耗的計(jì)算公式為 (3.11)屋頂至街道的繞射及散射損耗的計(jì)算公式為 （3.12）其中為街道寬度為5m,距離d為0.6km,頻率為900MHz,