移動通信技術(shù) 課件 第7章 LTE無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃概述

7.1LTE無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的定義

7.2LTE無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的目標和原則

7.3LTE無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的流程

7.4LTE無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋目標及影響覆蓋的因素7.1LTE無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的定義通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃指在通信工程設(shè)備安裝前對設(shè)備的安裝條件、安裝要求、安裝流程、安裝需要進行掌握并分配合適的資源。在前期進行合理的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，后期的工程設(shè)備安裝才會井井有條。而無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃就是根據(jù)移動通信無線網(wǎng)絡(luò)的建網(wǎng)目標和網(wǎng)絡(luò)演進需要，并結(jié)合成本要求，選擇合適的網(wǎng)元設(shè)備進行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)項目規(guī)劃，最終輸出網(wǎng)元數(shù)目、網(wǎng)元配置，明確網(wǎng)元間的連接方式，為下一步的工程實施提供依據(jù)。無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃主要指通過鏈路預(yù)算、容量估算，給出基站規(guī)模和基站配置，以滿足覆蓋、容量的網(wǎng)絡(luò)性能指標以及成本指標。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃必須要達到服務(wù)區(qū)內(nèi)最大程度無縫覆蓋；科學(xué)預(yù)測話務(wù)分布，合理布局網(wǎng)絡(luò)，均衡話務(wù)量，在有限帶寬內(nèi)提高系統(tǒng)容量；最大程度減小干擾，達到所要求的QoS；在保證話音業(yè)務(wù)的同時，滿足高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求；優(yōu)化天線參數(shù)，達到系統(tǒng)最佳的QoS。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是覆蓋(Coverage)、服務(wù)(Service)、和成本(Cost)三要素(簡稱CSC)的一個整合過程，如何做到這三要素的和諧統(tǒng)一，是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃必須面對的問題。一個出色的組網(wǎng)方案應(yīng)該是在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的各個時期以最低代價來滿足運營要求：網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃必須符合國家和當?shù)氐膶嶋H情況；必須適合網(wǎng)絡(luò)規(guī)模滾動發(fā)展；系統(tǒng)容量以滿足用戶增長為衡量；要充分利用已有資源，應(yīng)平滑過渡；注重網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的控制，保證網(wǎng)絡(luò)安全、可靠；綜合考慮網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、技術(shù)手段的未來發(fā)展和演進方向。移動通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃涉及的范圍包含無線、傳輸和核心網(wǎng)三大部分，其中以無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃最為困難和重要。無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的結(jié)果將直接影響傳輸網(wǎng)和核心網(wǎng)的規(guī)劃。在移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，成本主要來自于設(shè)備投資。在無線接入網(wǎng)絡(luò)、傳輸網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)絡(luò)中，無線接入網(wǎng)絡(luò)的投資占據(jù)整個移動通信網(wǎng)絡(luò)投資的70%以上。無線接入網(wǎng)絡(luò)投資的規(guī)模主要取決于網(wǎng)絡(luò)中的站點數(shù)目和站型配置，這是由無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃所確定的。如何規(guī)劃一個高質(zhì)量、低成本、有競爭力的無線網(wǎng)絡(luò)？這就是無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的目標，是整個無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)項目的基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃在整個通信項目建設(shè)中的地位如圖7.1所示。7.2LTE無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的目標和原則1.綜合建網(wǎng)成本(Cost)最小無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是伴隨網(wǎng)絡(luò)整個生命周期的。前期規(guī)劃必須考慮后期發(fā)展的需求，降低綜合建網(wǎng)成本。為保證建網(wǎng)成本，在初期規(guī)劃時要同時考慮后期擴容的方案，在得到綜合的網(wǎng)絡(luò)性能的前提下，投入的成本越小越好。成本可以分為建網(wǎng)成本和運營成本，并伴隨整個網(wǎng)絡(luò)的生命周期。如果在網(wǎng)絡(luò)初期，以高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)作為目標進行規(guī)劃，會導(dǎo)致大量資源由于沒有足夠的業(yè)務(wù)而出現(xiàn)浪費。2.盈利業(yè)務(wù)覆蓋(Coverage)最佳網(wǎng)絡(luò)資源在業(yè)務(wù)之間進行分配時，需要確定誰是盈利業(yè)務(wù)及其覆蓋質(zhì)量的要求，再進行小區(qū)半徑和覆蓋方案的規(guī)劃。由于話音業(yè)務(wù)日趨飽和，并且受到低成本的VoIP業(yè)務(wù)的擠壓，話費的盈利將會越來越少。同時，由于無線寬帶的目標競爭對手是有線寬帶，而絕大多數(shù)的有線寬帶用戶都是不希望按照網(wǎng)絡(luò)流量收費的，運營商一般只能收取固定的上網(wǎng)費，其結(jié)果是有限的網(wǎng)絡(luò)使用費收入和巨大的數(shù)據(jù)流量負荷。因此，移動運營商將不能依靠傳統(tǒng)的收取電話費和上網(wǎng)費的網(wǎng)絡(luò)運營模式盈利。為了提升盈利水平，移動運營商需要很好地融合電信業(yè)務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，將創(chuàng)新型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)作為主要的發(fā)展方向，移動運營商將主要通過和服務(wù)提供商(SP)、內(nèi)容提供商(CP)的分成獲取利潤。移動寬帶網(wǎng)絡(luò)的盈利模式將從網(wǎng)絡(luò)運營模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詳?shù)據(jù)業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)為主的產(chǎn)品運營模式。產(chǎn)品運營模式的基本盈利方式是：運營商購買電信牌照并投資基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，運營商向設(shè)備供應(yīng)商購買網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和服務(wù)，運營商與CP和SP簽約合作提供相關(guān)產(chǎn)品和服務(wù)，運營商從與CP和SP的分成中獲取利潤，部分利潤用于再投資，開始新的循環(huán)。7.3LTE無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的流程LTE無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程主要分為網(wǎng)絡(luò)需求分析、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模估算、站址規(guī)劃、無線網(wǎng)絡(luò)仿真、無線參數(shù)設(shè)計5個階段，具體流程如圖7.2所示。7.4LTE無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋目標及影響覆蓋的因素7.4.1LTE覆蓋目標1.區(qū)域邊緣用戶速率在對LTE覆蓋規(guī)劃時，可以為邊緣用戶指定速率目標，即在覆蓋區(qū)域邊緣，要求用戶的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)滿足某一特定速率的要求。只要不超過LTE系統(tǒng)的實際峰值速率，LTE系統(tǒng)通過系統(tǒng)資源的分配與配置就能滿足用戶不同的業(yè)務(wù)速率目標要求。由此可見，相對于TD-SCDMA系統(tǒng)速率業(yè)務(wù)不同的是，LTE系統(tǒng)業(yè)務(wù)速率目標的指定可以更加靈活。2.區(qū)域邊緣用戶頻譜效率除了邊緣用戶速率這一覆蓋目標，LTE系統(tǒng)規(guī)劃也可以采用用戶的頻譜效率這一指標。頻譜效率定義為，通過一定傳輸距離的信息量與所用的頻譜空間和有效傳輸時間之比。相對于用戶的覆蓋速率目標，頻譜效率單位化了用戶的傳輸時間資源和頻率資源。因為LTE的速率可以通過系統(tǒng)資源配置來滿足，而LTE系統(tǒng)資源是可以靈活配置的，例如時間資源可以通過設(shè)置時隙切換點來調(diào)整上下行時隙比例，頻率資源可以通過資源分配算法來為用戶配置帶寬。因此，以頻譜效率為覆蓋目標，可根據(jù)系統(tǒng)配置算法機制，將頻譜效率指標轉(zhuǎn)換為用戶的速率指標，然后再通過用戶的速率目標來規(guī)劃覆蓋。3.區(qū)域邊緣用戶調(diào)制編碼方式LTE系統(tǒng)支持多種調(diào)制方式，包括QPSK，16QAM和64QAM，還支持不同的編碼速率。調(diào)制編碼方式及編碼速率也可以作為覆蓋目標。因此調(diào)制編碼方式與編碼速率可以獲得不同的用戶頻譜效率等級，也就體現(xiàn)了覆蓋區(qū)域的用戶速率等級。調(diào)制編碼方式不同，解調(diào)門限也不同，進而直接影響接收機靈敏度要求，導(dǎo)致覆蓋范圍發(fā)生改變。4.系統(tǒng)帶寬和調(diào)制方式的多樣性LTE系統(tǒng)進行覆蓋規(guī)劃時，對于邊緣用戶有確定的覆蓋速率目標，這時需要選擇合適的用戶帶寬和調(diào)制編碼方式組合。TD-LTE系統(tǒng)規(guī)范定義了6種帶寬，如表7.1所示。表7.1中，RB表示系統(tǒng)可調(diào)度的頻率資源單位組，LTE中的一個RB在時域上是一個時隙，占0.5ms，在頻域上占12個子載波，每個子載波15Hz，共180Hz。系統(tǒng)帶寬配置直接決定小區(qū)的理論峰值速率。在小區(qū)服務(wù)中，系統(tǒng)需要對用戶分配帶寬資源，用戶帶寬資源直接影響用戶的數(shù)據(jù)速率。在實際系統(tǒng)中，根據(jù)不同的系統(tǒng)帶寬，進行RB配置。用戶分配帶寬由如下兩個因素決定：(1)激活用戶數(shù)目；(2)資源分配算法(如正比算法，輪詢等)。LTE系統(tǒng)支持多種調(diào)制方式，包括QPSK、16QAM和64QAM，支持不同的編碼速率。TD-LTE系統(tǒng)采用自適應(yīng)調(diào)制編碼方式，根據(jù)信道質(zhì)量指示CQI來選擇合適的調(diào)制方式，調(diào)制編碼方式直接影響用戶的數(shù)據(jù)速率。選擇的調(diào)制等級越低，系統(tǒng)要求的SINR解調(diào)門限越低，對系統(tǒng)接收機靈敏度要求越寬容，這樣可支持越大的小區(qū)覆蓋半徑。反之，選擇較高的調(diào)制等級會縮小覆蓋半徑。但是并非調(diào)制等級越低對系統(tǒng)覆蓋性能影響越好，實際上，在進行覆蓋規(guī)劃時，邊緣用戶都有確定的覆蓋速率目標，如果考慮較低等級的覆蓋方式，就需要增加較多的用戶帶寬。因為調(diào)制等級越低，單位符號可承載的比特數(shù)越少，只有增加可用帶寬，才能滿足確定的速率目標。而帶寬增加的一個直接的影響就是導(dǎo)致接收機底噪水平升高，靈敏度降低，這又使得小區(qū)覆蓋半徑有縮小的趨勢。所以，LTE在進行覆蓋規(guī)劃時，需要選擇合適的用戶速率和調(diào)制編碼方式組合。當載波帶寬一定時，64QAM-3/4調(diào)制方式下的基站接收機靈敏度比QPSK調(diào)制方式下的靈敏度低；當調(diào)制方式一定時，調(diào)制到較多帶寬下的基站接收機底噪較高，靈敏度比較少帶寬下的靈敏度低。LTE系統(tǒng)支持多種編碼調(diào)制方式與編碼速率的組合。在覆蓋區(qū)域內(nèi)的實際應(yīng)用中，LTE采用自適應(yīng)調(diào)制編碼AMC，以保證在覆蓋區(qū)域內(nèi)的用戶能夠根據(jù)無線環(huán)境的不同選擇合適的調(diào)制方式，從而成功實現(xiàn)業(yè)務(wù)接入。7.4.2影響覆蓋的因素1.?RB配置影響覆蓋LTE網(wǎng)絡(luò)中的RB資源，對上下行覆蓋都存在影響，在實際規(guī)劃中，要合理規(guī)劃以應(yīng)對不同的覆蓋環(huán)境和規(guī)劃要求。(1)RB配置對下行覆蓋的影響。有效發(fā)射功率與RB數(shù)量成正比，RB配置增多，有效發(fā)射功率增大，覆蓋半徑增大。下行信道底噪與RB數(shù)量成正比，RB配置增多，下行信道底噪抬升功率與底噪的等比變化，不會影響下行覆蓋半徑。(2)RB配置對上行覆蓋影響。RB配置增多會引起上行信道底噪的抬升，覆蓋半徑降低終端最大發(fā)射功率是有限的，如果已達到終端最大發(fā)射半徑，再增大RB數(shù)只會減少上行覆蓋半徑。2.天線類型影響覆蓋多天線技術(shù)是LTE最重要的關(guān)鍵技術(shù)之一，引入多天線技術(shù)后，LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能受到傳輸模式和天線選型的影響。3GPP規(guī)范中，R9版本規(guī)定了七種傳輸模式，對于下行業(yè)務(wù)信道，不同模式下覆蓋性能有差異，具體如表7.2所示。3.設(shè)備發(fā)射功率影響覆蓋下行按照20?MHz帶寬最大46?dBm發(fā)射功率，且按照每RB均分上行按照終端最大23?dBm發(fā)射功率來考察覆蓋性能LTE為上行功率受限系統(tǒng)。如果不考慮多小區(qū)間干擾的影響，那么發(fā)射功率越大，越能夠補償路徑損耗和信號衰落等影響，則其覆蓋越遠，覆蓋性能越好。實際組網(wǎng)必須考慮小區(qū)間干擾的影響，發(fā)射功率不建議隨意設(shè)置。4.頻率復(fù)用系數(shù)影響覆蓋頻率復(fù)用系數(shù)越大，小區(qū)間干擾越小，則CIR可達到的極限也越大，對應(yīng)覆蓋半徑應(yīng)該越大，有助于改善覆蓋性能。如頻率復(fù)用系數(shù)為3，異頻組網(wǎng)的情況，CIR極限較大，此時影響覆蓋性能的主要是系統(tǒng)噪聲，也即噪聲受限。頻率復(fù)用系數(shù)越小，小區(qū)間干擾越大，CIR可達到的極限也越小，對應(yīng)覆蓋半徑應(yīng)該越小。典型的情況就是頻率復(fù)用系數(shù)為1，也即同頻組網(wǎng)時的情況，CIR極限最小，此時影響覆蓋性能的主要是C/I，也即干擾受限。5.小區(qū)間