1、无线网络的规划与设计WCDMA无线网络规划与设计 -流程及关键技术概述第三代移动通信技术简介2000年5月，国际电联(ITU)在土耳其召开全会，经对IMT-2000无线接口技术标准的10个候选方案的频谱效率、网络接口、QoS、技术复杂性、覆盖率、灵活性和设备体积等诸多方面的全面评估，正式确认了五种标准，分别是MS-CDMA、DS-CDMA、TD-CDMA和SC-TDMA、MC-TDMA，这是一个以CDMA技术为主体，兼顾TDMA技术，包含FDD和TDD两种双工方式的多元化体系标准。从移动通信技术发展趋势和可实现业务功能分析，基于CDMA制式的3种标准被普遍看好，分别对应cdma2000、WCD
2、MA和TD-SCDMA三种技术，它们被认为是3G的三大主流应用技术标准。下面为这三种技术标准概要。（1）WCDMAWCDMA的主要技术指标是：支持高速数据传输(慢速移动时384kb/s，室内走动时2Mb/s)，异步BS，支持可变速传输，帧长10ms，码片速率3.84Mb/s。其主要特点如下：基站同步方式：支持异步和同步的基站运行方式，组网方便、灵活;调制方式：上行为BPSK，下行为QPSK;解调方式：导频辅助的相干解调;接入方式：DS-CDMA方式;三种编码方式：在话音信道采用卷积码(R=1/3，K=9)进行内部编码和Veterbi解码，在数据信道采用ReedSolomon编码，在控制信道采用
3、卷积码(R=1/2，K=9)进行内部编码和Veterbi解码;适应多种速率的传输，可灵活地提供多种业务，并根据不同的业务质量和业务速率分配不同的资源，同时对多速率、多媒体的业务可通过改变扩频比(对于低速率的32kb/s、64kb/s、128kb/s的业务)和多码并行传送(对于高于128kb/s的业务)的方式来实现;上、下行快速、高效的功率控制大大减少了系统的多址干扰，提高了系统容量，同时也降低了传输的功率;核心网络基于GSM/GPRS网络的演进，并保持与GSM/GPRS网络的兼容性;BTS之间无需同步因BS可收发异步的PN码，即BS可跟踪对方发出的PN码，同时MS也可用额外的PN码进行捕获与跟
4、踪，因此可获得同步，来支持越区切换及宏分集，而在BTS之间无需进行同步;支持软切换和更软切换，切换方式包括三种，即：扇区间软切换、小区间软切换和载频间硬切换。（2）TD-SCDMATD-SCDMA其主要技术特点如下：信号带宽为1.23MHz;码片速率为1.28Mchip/s;采用智能天线技术，提高了频谱效率;采用同步CDMA技术，降低上行用户间的干扰和保持时隙宽度;接收机和发射机采用软件无线电技术;采用联合检测技术，降低多址干扰;多时隙，具有上下行不对称信道分配能力，适应数据业务;采用接力切换，降低掉话率，提高切换的效率;语音编码：AMR与GSM兼容;核心网络基于GSM/GPRS网络的演进，并
5、保持与它们的兼容性;基站间采用GPS或者网络同步方式，降低基站间干扰。（3）cdma2000cdma2000其技术特点如下：前反向同时采用导频辅助相干解调;在扩频码选择采用相同M序列，通过不同的相位偏置区分不同的小区和用户;射频带宽从1.25MHz到20MHz可调;快速前向和反向功率控制;下行信道中采用公共连续导频方式进行相干检测，提高系统容量;在下行信道传输中，定义直扩和多载波传输两种方式，码片速率分别为3.6864Mcps和1.22Mcps，多载波方式能很好地兼容IS-95网络;支持F-QPCH，可延长手机待机时间;核心网络给予ANSI-41网络的演进，并保持与ANSI-41网络的兼容性;
6、支持软切换和更软切换;设计了两类码复用业务信道，基本信道用于传送语音、信令和低速数据，是一个可变速率信道，补充信道用以传送高速率数据，在分组数据传送上应用了ALOHA技术，改善传输性能;在同步方式上cdma2000与IS-95相同，基站间同步采用GPS方式。这三种技术的比较见表：表 IMT2000的三种主流技术的比较RTT技术WCDMATD-SCDMAcdma2000-1x信道间隔5MHz1.6 MHz1.25MHz多址方式单载波直接序列扩频CDMA多址接入单载波直接序列扩频时分多址同步CDMA多址接入单载波直接序列扩频CDMA多址接入双工方式FDDTDDFDD码片速率3.84Mcps1.28
7、Mcps1.2288Mcps基站同步方式异步（不需GPS）可选同步（需GPS）同步（主从同步，需GPS）同步（需GPS）越区切换软切换，频间硬切换与GSM间的切换接力切换，频间硬切换，与GSM，WDMA间的切换软切换，频间硬切换与IS-95B间的切换语音编码AMRAMRQCELP数据速率最高为2.048Mbps最高为2.048Mbp1X最高307kbps，1XEV支持2.4Mbps3G无线网络规划与设计的特点概括而言，3G无线网规划设计具有如下特点： （1）目前几种主要3G技术均基于CDMA接入方式，CDMA是一个自干扰系统，每个用户都对其它用户构成干扰，每个小区都对其它小区构成干扰。链路性能
8、和系统容量取决于干扰功率的控制结果，因此进行干扰分析、功率配置和软切换规划等工作显得尤为重要。正是由于这个因素，在城市具体规划设计时，要注意控制站距、挂高，同时要结合优化、天线的使用来控制干扰；（2）3G的工作频段在2G附近，该频段对其覆盖能力有一定降低，如对于WCDMA的12.2k话音业务，跟据某厂家设备性能所做的链路预算，其覆盖特性比 900M GSM差47dB。这就决定了在建网初期，采取各种措施增强覆盖能力是降低成本的一个极其重要的方面。（3）3G的扩容主要是通过增加载波实现的，且其单个载波的容量都是很大的，这样，在具体规划设计时，在市区基站的布局主要是考虑解决覆盖的需要，在乡镇、农村，
9、可以考虑使用一些宏蜂窝+直放站（或射频单元）的组网方式，以达到对容量的充分利用，同时降低成本。（4）在业务提供种类上，3G系统将不仅限于提供话音业务和低速电路型数据业务，而是支持包括高速分组数据业务在内的多种业务接入能力。这导致3G规划设计又有以下几个特点：1）每种业务可以有不同的质量要求(Q o S ) ，例如话音业务的FER典型值为2%，不同速率等级的分组数据业务的FER可以从1%到10%取值等。QoS的不同将直接影响Eb/No的设定和最终网络设计结果；2）在3G网络规划中，除了话音业务仍采用 Erlang 或BHCA度量外，其它主要的数据业务，如WWW、FTP、 EMAIL、MMS等，需
10、建立相应的呼叫模型。设计者要结合各地区预计的市场需求，进行业务定义、模型选取，将业务量汇总后映射成对不同种类物理信道的实际需求； 3）由于提供的话音、数据速率不同，小区的覆盖半径也不同，在对3G网络进行规划及设计时，要区分考虑不同地区不同业务的需求，并尽量降低建网成本。总之，与第二代CDMA无线网络相比，3G网络的规划设计更为复杂。本文介绍的主要内容本文重点介绍了以下内容：（1）WCDMA无线网络规划设计的流程和内容；（2）WCDMA无线网络规划设计的关键要素及实际应用；（3）对中国网通在3G网络一期规划和设计的建议。需要说明的几个问题（1）（2）（3）3G无线网络规划设计流程和内容要完成一个
11、高质量的网络规划设计，必须要有设计目标，并按照严格的设计流程进行设计。下面是我公司实施的无线网络规划设计流程和内容介绍。我公司认为：无线网络规划设计应该跳出传统的设计模式思维束缚，更应该关注网络战略、竞争对手状况、竞争优势、市场定位（SWOT）、已投入资源的优化。从顶层设计（Top Design）开始。设计过程中要将规划、设计、优化、运维进行有效整合，并将这个思想贯穿到整个设计过程中。无线网络设计是移动网设计工作中的重点和难点，无线设计通常需要解决两个问题：为什么在这里设站？怎样在这里设站？ 流程总流程规划设计流程包含市场调研、网络调查、确定设计目标、地理形态观测&初步勘测&模型校正、预设计、
12、可研文件编制、候选站点勘测&评估、初步设计和施工图设计、设计回访等阶段。其中确定设计目标、可研文件编制、初步设计、施工图设计是我们控制的关键点。各阶段的关系见图2.1.1 无线规划设计总流程图。图2.1.1 无线规划设计总流程图市场调研目的和方法关注市场，设计为市场服务，指导建设为市场服务。方法是：（1）访谈客户公司领导(含省分公司、地市分公司) ，调查客户公司总体发展思路（2）访谈客户公司移动部门负责人和业务骨干，调查业务主管部门关于网络建设的、网络维护的想法和思路（3）访谈客户市场营销部门和分销商的负责人，调查业务发展、拓展的想法（4）访谈客户服务中心的负责人，调查用户（5）调查城市的发展
13、规划，了解城市的总体发展思路 （6）调查宏观信息，宏观信息包括人文地理，地形地貌，经济发展等信息。作用市场调研的结果是市场战略和市场目标形成的重要基础出数据，直接决定了投资是否有效、高效。市场战略和市场目标形成的流程图见图2.1.2 市场战略及市场目标形成流程图。图2.1.2 市场战略及市场目标形成流程图输出（1）公司领导访谈表（2）工程建设维护部门访谈表（3）市场营销部门访谈表、分销商访谈表（4）客服部门访谈表（5）城市规划调查表（6）乡镇情况调查表（7）城区情况调查表（8）交通干线调查表及车流量统计图（9）旅游景点调查表及景点分布图（10）厂矿企业调查表（11）人口密度栅格图访谈表的格式见
14、附件1，城市规划调查表的格式见附件2，乡镇情况调查表的格式见附件3，城区情况调查表的格式见附件4，交通干线调查表的格式见附件5，旅游景点调查表的格式见附件6，厂矿企业调查表的格式见附件7，重要场所调查表的格式见附件8，车流量统计图例子见附件19，景点分布图例子见附件18，人口密度栅格图见附件20。调查网络的现状和竞争对手的网络现状目的和任务调查了解客户及其竞争对手的网络的现状，服务质量，并能提出系统的不足和竞争对手的差异。任务是：1）了解现有的和规划的网络资源2）了解现有网络资源的实际运行状况3）了解竞争对手网络目前的实际运行状况4）了解无线本地网设施的实际准备情况5）了解客户网络计划提供的服
15、务6）对基本服务和VAS使用进行用户测试方法收集前期工程优化完成的路测报告、室内测试数据、网络运行数据和客户提供的其他相关数据，对没有的数据的组织力量进行测试和调查。将路测数据、室内测试数据、网络数据以及用户模拟测试数据进行比较和综合，了解双方网络的现状，比较各家运营商的服务计划，对主要竞争对手到某年底的网络状况和服务状况进行推理和模拟，对客户到某年底的网络状况和服务状况进行推理和模拟，并和客户省分和地市分公司讨论并达成一致。同时应该加强对客服投诉资料的收集和整理，找出目前网络投诉的热点，这也应该是建设和优化的重点。系统数据的收集和分析OMC-R的报告准确地反映了网络的实际情况，其输出的数据能
16、为扩容的数据设计提供依据和参考，在无线设计中发挥相当重要的作用。另外，详细的路测数据也能提供反映网络覆盖和质量的参考数据。（1）路测数据的收集和分析路测数据主要反映系统的覆盖情况，覆盖情况用不同的颜色在地图上表示出来，记录覆盖达不到要求的地方，作为本次扩容的参考。（2）系统数据（OMC-R数据）的收集和分析系统数据（OMC-R数据）是进行系统扩容的重要参考依据。需要收集的数据包括：1）网上登记用户2）漫游用户与本地用户的比例3）系统的MSC数，BSC数，BTS数和配置4）每个MSC，BSC的忙时话务5）每个小区的各类信道的数目6）每个小区的忙时拥塞率7）忙时每线话务8）忙时平均每用户的话务9）
17、每个LAC的基站数和忙时话务10）MSC的寻呼成功率和位置更新成功率以上数据将用于系统的配置和参数的设置，如，平均每用户的话务量是在系统配置中一个必不可少的数据；小区的忙时话务量和拥塞率是基站扩容的重要依据。另外，分析小区的拥塞情况也可基本判断该地区的用户分布情况，而热点地区也能明显体现出来。（3）网络质量的周报、月报的资料以及网络质量事故报告和事故分析这些资料的收集便于分析网络质量。网络问题的归类和分析对于现有网络存在的问题进行归类和分析，以便通过扩容中把问题加以解决，完善网络的质量。（1）覆盖问题在网络优化的路测结果中，反映了网络的覆盖情况，要特别把有覆盖问题的地点表明，并加上用户反映的覆
18、盖问题，得出目前系统覆盖问题总结表，其输出结果应该有：1）该地区详细的路测场强图，覆盖达不到要求的地方特别标明，编号2）客户反映的地点，在地图上标明，编号3）覆盖问题说明：用表格形式说明每个问题点的情况4）将以上资料合成一份“系统覆盖问题报告”。（2）容量问题容量问题是指反映目前系统拥塞情况，为扩容设计作参考，包括：1）列举拥塞小区2）列举话务量达到设计设定值以上的小区（具体设定值要根据话务预测与分公司协商确定）3）其他问题对于网络的其它问题，也应列出，通常网络优化报告都会提到网络的一些存在问题和对于下次扩容的建议。（3）问题的排序对于收集的问题，要进行排序，因为需要考虑扩容时应将有限的资源放
19、在解决覆盖问题还是容量问题上，各自比重应如何合理分配。输出记录以表格（EXCEL）、描述文本（WORD）和地图（MAPINFO）形式显示：（1）XX分公司网络覆盖现状（2）XX分公司网络质量现状（3）主要竞争对手网络覆盖现状（4）主要竞争对手网络质量现状（5）网络情况调查信息表（附件9附件12）（6）投诉分析表确定网络设计目标分析数据和明确市场目标市场目标是指网络发展的战略目标，是无线设计战略的指导方向。市场目标确定系统的容量和规模，主要是用户的数量，用户发展趋势，未来新业务的发展计划等。分析收集来的数据，编订客户资料：包括用户细分、每种用户的服务需求、每种用户的数量、服务使用的时间和地点资料
20、，在GIS工具做出话务需求地图，以地图形式将XX分公司计划中的服务与用户资料相比较，以地图形式将预估的竞争对手网络和服务与用户资料和服务需求相比较。协助运营商的市场运营部明确市场目标。根据市场目标和网络现状，确定网络设计目标。输出（1）地区地形图（2）地区人口分布图，人口密度用不同的等级在地图上标出（3）对于城市，要列出：密集商业地区，商（公）务地区，大型广场，体育场等高人口密度地区及覆盖情况（4）网络设计参数取定表主要含话务模型、数据业务模型、网络质量的设计目标，详见附件14。（5）不同地区的现有用户分布，未来用户的分布预测，用每平方公里的平均话务量（用户数）作为划分不同用户密度的等级。（6
21、）特殊地方的用户分布情况：如旅游区，机场等。如：（7）覆盖的要求，分别标出不同等级的覆盖区域：例如，乡村、大城市的一般市区，大城市的密集市区的覆盖要求：达到室外覆盖，达到车内覆盖，达到室内覆盖，达到深度室内覆盖。（8）特殊地方的覆盖要求：如高速公路，干线，铁路，机场等。如：对机场候机楼的覆盖要求：95%的地方达到室内覆盖（9）网络发展目标表，详见附件13。区域观察并初步校正无线传播模型区域勘查区域观察的目的是确定每个区域将属于哪一种地理形态类型，同时对候选基站作初步的定位。需要勘查纪录地势地形、树木（种类、高度密度）、区域中建筑物的平均高度（层数）、区域中建筑物的平均高度（层数）、建筑物之间间
22、隔建筑物位置、无法安装基站的地方、已有的基站位置（包括其他营运商基站的位置）大功率电台、有较大的江河和湖面、覆盖目标描述。对可能的站点（候选站）进行照像或录像，测量其经、纬度、高度。初步定位候选站记录表格式见附件15。本阶段的输出有：（1）基站初选记录表（2）初步定位候选站所属地理形态分类表初步校正无线传播模型根据5.1输出的地理形态分类表，从每种地理形态中选取3个站点，制定路测线路，进行路测，校正无线传播模型。还应对广场、水网地域、高密植被等特殊复杂形态选区2个点左路测，根据路测结果校正无线传播模型。根据校正后的模型，考虑现网使用设备的性能参数对每种地理形态给出链路预算，下图为模型校正流程图
23、。链路预算模型校正路测线路计划选取站点参数取定图2.1.3 模型校正流程图本阶段的输出：（1）路测报告（2）校正模型报告（3）链路预算表预设计设计的条件（1）基于无线规划和设计工具（2）具有相应的模拟测试设备；设计过程网络优化的建议通过对网络的分析，根据本期的设计目标，目前网络资源利用不充分的应当进行优化，包括超闲小区的优化、位置不合理的基站搬迁、基站的升高、小区分裂等优化措施。（1）站址整治：原站址不能满足无线传播覆盖要求的或站址布局不合理的基站要进行改造、撤消或搬迁。（2）站型整治：原站型不能达到原覆盖、容量设计需要的站型进行调整，具体包括调整基站信道配置、调整扇区数，如增加扇区或者减少扇
24、区，全向站改定向站等形式。（3）天馈线系统整治：原天馈线系统中天线高度（铁塔高度）、天线增益和性能不满足设计要求的进行更换。全向站改为定向天线，由于天线高度太高，全向天线难以控制覆盖范围，改为定向天线有利于网络优化、调整；全向站改为定向站，可以提高系统增益，扩大覆盖范围，有利于网络优化、调整，提高容量。 系统容量的设计系统容量设计是无线设计的重要内容。容量设计完全是基于市场的发展和用户的分布来进行的，因而，市场发展和用户分布预测的准确性直接影响以后系统的容量性能。还有可用频率资源，微蜂窝使用战略，频率规划方式，等等。规划系统容量=业务预测系统容量/k1 ，（k1的取值决定于设计目标，如果目标偏
25、重于覆盖，取值就应该偏小，如果目标偏重于容量，取值就应该偏大，经验取值范围在0.8 1）。对于扩容系统：新增系统容量 = 规划系统容量 现有系统容量在无线设计中，每用户话务量的取值对系统的配置影响很大，根据实际统计数据，在中国，每用户的话务量通常在15mErl左右，通常的设计会留有设计的余量，例如，取20mErl/每用户。一般来说，系统的信道数计算程序如下图所示：图2.1.4 系统总信道数计算程序图以下以城市市区的规划为例作进一步说明，（假设城市市区主要矛盾是容量问题）（1）首先对旧基站进行扩容：对于已经存在拥塞或话务较高的小区要首先增加信道以及载频的配置，对于话务较低的小区，根据未来话务的增
26、长（市场的增长目标），增加配置。结果如下表所示：小区号码目 前SCH数（个）目 前TCH数（个）拥塞率目前最大容量（Erl）增 加信道数（个）扩容后容量（Erl）扩容后容纳用户数（户）C80011C80012C80013.总计（2）增加新基站根据话务密度的高低，增加新的基站，这时必须不断计算新旧基站的容量，判断容量是否已达到要求（区域性地进行）。这个过程，是不断调整基站数目和配置的过程。最终新的增基站合理地加入市区的网络中，这时得出新增基站的容量：如下表新增小区号码SCH数（个）TCH数（个）容量（Erl）可容纳话音用户数（户）可容纳数据用户数（户）C70011C70012.总计完成容量规划后
27、，得出扩容基站和新建基站列表，之后要进行容量的复查。主要是面向以下几点：（1）累加新旧基站的容量，与设计容量比较；（2）计算每个小区（基站）的覆盖面积以及所能承担的话务；（3）计算该区域的话务密度，是否满足市场目标的要求；（4）对于高话务地点，增加基站个数（密度），或增加微蜂窝，使之符合市场要求（对高话务密度地区）；（5）对现有拥塞小区的解决；（6）调整某些低话务地区基站的配置；（7）对现有网络问题的解决。系统覆盖的设计对于城市网络的规划，我们主要关心容量问题和覆盖深度问题。当我们得到满足系统容量要求的基站数目和基站配置之后，也要检查系统的覆盖情况。这时候，使用网络规划工具很容易就能模拟信号覆
28、盖情况，将其结果与市场要求比较，如果不能达到要求，就要适当增加基站，以达到覆盖要求。对于城市以外的地区，覆盖是主要考虑的问题，进行覆盖设计之前，需要参考的要有以下几个方面的信息：（1）人口覆盖率的问题（人口覆盖率指标）（2）不同区域的覆盖深度指标（3）特殊地点的覆盖要求（4）现有网络的覆盖问题（5）传播模型的校正进行覆盖设计工作，必须要使用网络规划工具，其步骤如下：第一步，增加基站解决网络现有问题。第二步，增加基站解决特殊地点的覆盖问题，使信号强度达到市场要求。第三步，根据不同区域的覆盖要求，增加基站，使信号强度达到市场要求。第四步，计算人口覆盖率，如果达不到要求，增加基站。第五步，调整新基站
29、的位置，使之能用最少的基站数目达到要求。第六步，计算网络的容量，检查容量是否达到要求。其最后输出结果是：1）场强覆盖图。2）人口覆盖率计算结果。3）不同地区覆盖深度结果。4）基站数目，配置，理论位置。5）基站的数据表：当覆盖是主要问题的时候，通常基站的配置都比较低，有些地区纯粹是覆盖问题，这时候可使用功分器将全向站变成定向站的覆盖模式，以加强覆盖效果。经过以上两个方面的工作，我们得到初步无线设计结果：（1）系统容量结果，每个基站容量结果（2）基站的数目，类型和配置（3）基站小区地理形态分类表（4）基站的理论位置（5）场强覆盖图（6）人口覆盖率计算结果（7）不同地区覆盖深度结果以上结果将以图形和
30、文字形式说明。可行性研究报告编制目的根据预设计结果，综合考虑技术方案和工程投资，并对业务发展进行预测，通过经济分析，确定方案是否可行。可行性研究报告的内容可行性研究报告一般包含如下内容：（1）概述，包含设计依据、地市概况、网络现状、工程建设的必要性、设计范围及分工、文件组成、简要结论等内容（2）业务预测和拟建规模，具体包括业务预测的原则、年限、方法、移动用户预测、本期工程满足的目标和规模、各地市容量（3）本期工程建设方案，具体包括无线网络组成、无线网络现状、工程建设目标、无线网络设计参数、方案比较、站点设置、BSC设置方案、网管方案、模拟预测、方案效果分析等。（4）网同步（5）接口与信令（6）编号计划（7）供电及防雷接地方案（8）工程进度（9）维护管理、定员、人员培训等（10）投资估算及资金筹措（11）经济分析可研报告编制流程可研报告编制流程包括以下流程，具体见图2.1.5 可研报告编制流程图。（1）预设计方案专业室和总负责人审核（2）搜集设备价格和服务报价，没有的参照前期工程的价格（3）专业间协调会（4）根据总负责人的设计要求、准备设计输入文件，专
