1、毕 业 设 计 中 文 摘 要摘 要随着3G标准的不断发展、完善及3G设备不断成熟，如何经济合理地建设3G网络已成为急需解决的问题。由于3G系统存在自干扰特性和软容量等技术特点，网络规划需要做好覆盖和容量、话音与数据、用户与业务等方面的综合平衡，做到最有效的利用有限资源，保证最优的网络质量，为用户提供最好的业务体验和通信服务。本文内容正是在此背景下的一次积极探索和研究。本论文首先以WCDMA的无线技术特点为线索，概述了WCDMA的特点、无线网络技术特点和相应的网络规划的特点，并结合实际情况，重点讨论无线网络建设情况，如信道分配、小区数据规划等不同区域的覆盖策略，并具体分析了几种典型情况及规划方
2、法。最后本文对河东酒店进行了室内覆盖设计，可以为其提供一个良好的WCDMA网络服务，如可视电话业务，中、高速数据业务等。同时，整个网络容量配置可以满足长远的WCDMA用户预期业务需求。关键词：WCDMA，3G，无线网络，网络规划，室内覆盖25毕 业 设 计 外 文 摘 要THE PLANNING AND DESIGN OF WCDMA RADIO NETWORKABSTRACTWith the continuous development and improvement of 3G standards, and the maturity of 3G equipment, how economi
3、cally and reasonably to build 3G network has become an urgent problem to solve. Because of the self-interference characteristics and soft capacity of 3G systems and other technical features, The network planning needs to think about the comprehensive balance of covered and capacity, voice and data,
4、users and business etc, and the most effective use of limited resources to ensure optimal network quality, to provide users with the best service experience and communication services. The article contents just a positive exploration and research in such background. This thesis with WCDMA radio tech
5、nology first for clues, summarizes the characteristics of the radio network WCDMA characteristics, technical characteristics and corresponding characteristics of the network planning, and connecting with the actual situation, mainly discuss the radio network construction condition, such as channel a
6、llocation, community data planning etc in different areas of the cover strategies, and then concrete analysis of several kinds of typical situation and planning method. Finally this paper has an indoor coverage design for Eastward hotel. This program can provide a good WCDMA network services for Eas
7、tward hotel, such as video phone business, medium, high speed data business, etc. At the same time, the entire network capacity configuration can satisfy the expected business requirements of long-term WCDMA users. KEYWORDS：WCDMA, 3G, Radio Networks, Network Planning, Indoor Coverage目 录1 概述.5 1.1WCD
8、MA网络规划与设计的目的和意义.5 1.2本次设计涉及的学科在国内外的发展情况简介.5 1.3本次设计的总体要求和规划.62 WCDMA标准主要特点.63 关键技术73.1多用户监测7 3.2 RAKE接收机 .7 3.3 多载波设计.63.4 智能天线.74 WCDMA无线网络规划7 4.1 WCDMA无线网络规划内容7 4.1.1 确定无线网络规划大小的准备工作8 4.1.2 小区规划和频率规划8 4.1.3 WCDMA传播模型8 4.1.4 移动无线网络传播环境9 4.2 WCDMA的规划9 4.2.1 WCDMA覆盖规划 10 4.2.3 WCDMA容量规划10 4.2.3 WCDMA
9、系统容量估计114.3 基站规划124.3.1 选站原则134.3.2 站址勘察144.3.3 天线选择及其安装155 河东酒店室内覆盖设计165.1 室内覆盖理论175.1.1 什么是室内覆盖175.1.2 为什么要建设室内覆盖185.1.3 什么地区需要室内覆盖185.1.4 怎么实现室内覆盖185.1.5 信号分布基本方式195.2 室内覆盖设计195.2.1 覆盖区域195.2.2 覆盖方案215.2.3 设计标准215.3 设计总结225.3.1 功率分配合理性与设备利用率分析225.3.2 信号外泄和切换分析235.3.3 电磁辐射影响分析236结束语237 致谢248参考文献25
10、1概述1.1 WCDMA网络规划和设计的目的和意义与第一代和第二代移动通信系统相比，第三代移动通信系统采用了CDMA技术，基于全IP网络，具有支持更多的用户数量、系统容量，支持多媒体等高速数据业务等特点。基于WCDMA技术标准的第三代移动通信系统已在许多国家使用，并取得了良好的效果。在不久的将来，WCDMA将在中国移动市场上将会占有重要的地位。规划WCDMA网络是一个非常重要和困难的过程，又能为规划的结果直接会影响到网络运营商的经营成功与否网络规划的不成功会使系统产生很差的服务质量、相当大的呼叫中断概率和高的阻塞率。规划WCDMA网络的目标是满足必须的系统覆盖和提供足够的高的系统容量。这些关键
11、技术，无论在理论研究方面，还是经济效益方面，都将是一个重大突破。有必要进行分析研究。1.2本次设计涉及的学科在国内外的发展情况简介 WCDMA已成为当前世界上采用的国家及地区最广泛的，终端种类最丰富的一种3G标准。距今已有538个WCDMA运营商在246个国家和地区开通了WCDMA网络，3G商用市场份额超过80%，而WCDMA向下兼容的GSM网络已覆盖184个国家，遍布全球，WCDMA用户数已超过6亿。现在经中国联通的努力研究与投入现已可升级至HSPA+，4G制式，已在上海开通试验田，网速可达21.9MBPS的传输速率。 移动通信网络演进到3G是蜂窝网诞生以来最具有革命性发展的一步。网络部署完
12、后将面临很多新的挑战，特别是对速率的要求更高和对容量需求更大，将使系统的小区覆盖面减小，朝着全IP网络方向发展，频谱和其他资源的使用更灵活而要采用自动和动态的网络规划方法等，因此WCDMA网络规划及其以后的优化都必须完全支持未来可能的应用和业务的要求。国外，无论是在应用还是在理论研究方面都需要我们去努力的学习和研究。 1.3本次设计的总体要求和规划本次设计的总体要求如下：1.了解WCDMA的规划技术2.熟悉WCDMA小区规划3.能够进行对系统性能理论分析4.掌握容量和覆盖规划及优化，干扰分析和系统优化的技术2 WCDMA标准主要特点WCDMA作为3G的一个主要标准，具有以下特点：（1） 基站无
13、须同步，摆脱了美国GPS系统的控制。（2） 信道丰富，可以满足各种业务的需求。WCDMA可以通过公共信道、接入信道和专用信道等通类型的信道实现不同业务。WCDMA所承载的业务可以大致分为四类一会话类、数据流类、互动类、后台类。它们的主要区别在于对时延的敏感程度，会话类业务对时延最敏感，后台类业务对时延最不敏感。（3） 容量更大、业务速率更高。WCDMA的码片速率达3.84Mchip/s，载波带宽约5MHz系统，WCDMA的带宽能够支持更高的速率，对于话音业务具有更高的扩频增益，接收灵敏更高。（4） 功率控制更加完善。WCDMA采用开环和闭环两种功率控制方式，当链路没有建立时，开环率控制用来调节
14、接入信道的发射功率，链路建立之后使用闭环功率控制。闭环功率控制又包括内环功率控制和外环功率控制，外环功率控制以误码率或误帧率作为控制的目标。WCDMA供的上行快速功率控制是它的一个显著的特点，频率为1500Hz，而IS-95上行功率控制只有800Hz，下行链路为慢速功率控制。WCDMA的快速功率控制速度比路径损耗的变化至比低速和中速移动的LIE产生的瑞利快衰落的速度还快，可以有效抵抗链路的功率不平衡现象和Rayleigh衰落，能够更好地控制系统内的干扰，提升网络覆盖、容量方面的性能。（5） 切换机制更加健全。WCDMA系统采用软切换方式，降低掉话，但会增加开销。（6） 对于分组数据业务，具有灵
15、活的资源调度机制。WCDMA借助于不同的承载业务信道和灵活资源分配机制，能够根据业务类型提供不同的Qos，适应市场和网络两方面的要求。3 关键技术 无线网络的规划必须遵循技术的基本原理，才能有效的发挥网络的性能。要规划设计一个性能优良的WCDMA网络，首先要正确理解WCDMA的关键技术。 3.1 多用户检测 在蜂窝移动码分多址通信中，干扰大致分为三种类型：加性白噪声、多径干扰、多址干扰。当小区同时使用的用户数较多时，多址干扰时最主要的干扰。在CDMA系统中，引入了多用户检测技术，它是引用信息论并通过严格的理论分析后提出的一种新型抗多址技术，而且通过多用户检测既可以抗多址干扰，又可以抵抗远近效应
16、和多径干扰。 3.2 RAKE接收机在CDMA扩频系统中，信道带宽远远大于信道平坦衰落带宽。不同于传统的调制技术需要用均衡算法来消除相邻符号间的码间干扰，CDMA扩频码在选择时就要求它有很好的自相关特性。这样，在无线信道中出现的时延扩展就可以被看作只是被传信号的再次传送。如果这些多径信号相互间的时延超过了一个码片的长度，那么它们将被CDMA接收机看作是非相关的噪声，而不再需要均衡了。由于在多径信号中含有可以利用的信息，所以CDMA接收机可以通过合并多径信来改善接收信号的信噪比。其实RAKE接收机通过多个相关检测器接收多径信号的各信号，并把它们合并在一起。RAKE接收机的理论基础就是：当传播时延
17、超过一个码周期时，多径信号实际上可被看作是互不相关的。 3.3 多载波设计在频率资源允许的情况下，可以通过增加载频提高系统容量。WCDMA支持多载波术，支持有效的频率间切换，并且两个载波之间可以平衡负载，增大每个站点的容量，这是提高网络容量最有效的方法，并且对网络的影响很小。从现有技术上看，几个载波之间共享一个功率放大器也是可能的。两个载波共享一个功率放大器是功率放大器最有效的使用方法，因为负载可以在两个载波之间进行划分。 3.4 智能天线在数字移动通信系统中三种基本的多址接入方式：频分多址(FDMA)、时分多(TDMA)和码分多址(CDMA)，它们分别在频域、时域和码域上实现用户的多而空域的
18、资源尚未得到充分利用。智能天线正是开发空域资源，解决目前频谱资源匮乏、无线系统容量不足的有效途径。智能天线采用空分复用(SDMA)方式，利用信号在传播路径方向上的差别，将扩散、瑞利衰落、多径、信道干扰的影响降低，将同频率、同时隙信号区别开来，和其他复用技术结合，最大限度地有效利用频谱资源。基站智能天线是一种有多个天线单元组成的阵列天线，通过调节各单元信号的加权幅度和相位，改变阵列的方向图，从而抑制干扰，提高信噪比，它可以自动测出用户方向，将波束指向用户，实现波束跟用户走。智能天线对抑制干扰有明显的作用，3G标准指出智能天线应用要求，改善网络容量和性能，技术上考虑“聚集波束”、“自适应波束形成”
19、以及“波束切换”。4 WCDMA无线网络规划 4.1 无线网络规划内容 无线网络的规划内容主要包括覆盖规划、容量规划、无线信道规划、频率规划，在规划的过程中必须考虑小区的大小。4.1.1 确定无线网络规划大小的准备工作：（1） 网络拓扑（2） 链路容量（3） 估算BSC大小（4） 估算MSC大小4.1.2 小区规划和频率规划：（1） 市场预测和用户分析（2） 话务密度预测（3） 话务增长预测与新业务预测（4） 原始设计选择（5） 原始小区规划（6） 网络扩容规划（7） 小区复用模式选择（8） 计算机模拟（9） 局部性能测量（10） 最后确定的网络设计4.1.3 WCDMA传播模型传播模型就是反
20、应无线传播损耗与频率、距离、环境、天线高度等变量的数学关系式。传播模型是移动通信网小区规划的基础，传播模型的准确与否密切关系到小区规划是否合理，运营商能否以比较经济合理的投资满足用户的需求。无线小区规划的首要问题是建立传播模型，来模拟电信号在无线环境中的衰减情况，估算出尽可能接近实际的接收点的信号场强中值，从而进行合理的小区规划，既满足用户需求的同时又可以节约投资。4.1.4 移动无线网络传播环境移动无线传播环境决定着电波传播的特性，从而影响着无线电信号的传输质量。因此，研究无线通信的重要问题就是研究无线传播环境对信号的传输质量的影响，也就是研究无线电信号在空中所经历的路径损耗。自由空间的定义
21、：指充满均匀理想介质的空间，而且不存在地面和障碍物的影响。在自由空间里传播的电波不产生反射、折射、散射、绕射和吸收等现象，只存在因扩散而造成的衰减。自由空间的基本传输损耗是指位于自由空间的发射系统的等效全向辐射功率(EIRP)与接收系统各向同性接收天线所接收到的可用功率之比，通常用表示。当收发天线之间的距离d(工作波长)时，可由下式计算： 图4.1 WCDMA无线网络规划流程4.2 WCDMA的规划常见的网络规划技术有移动无线网络规划技术、无绳系统网络规划及蜂窝移动网络规划，其中蜂窝移动通信网络规划为最困难的。蜂窝移动通信网络规划需要同时考虑系统性能、系统容量、小区覆盖、用户话务量地形环境等多
22、种因素。通常规划时要考虑多种约束，而在蜂窝网络结构确定后还必须进行小区信道分配。4.2.1 WCDMA覆盖规划 WCDMA覆盖规划起始于链路预算和实测获得无线传播模型的校正。WCDMA链路预算要考虑基站的设备配置和天线配置。链路预算中还包含了一些GSM链路预算中不包含的新参数。 链路预算的主要目的是在对当前系统模型参数合理取值基础上，分析小区的最大允许路径损耗，从而得出各种情况下的覆盖半径。WCDMA系统的链路预算不是一个单纯的线性过程，它和小区的负荷估算是结合进行的。首先，必须根据在不同移动台速度下每种业务的质量要求，获得相应的上、下行的Eb/N0指标值(一般由设备厂家给出)，由此计算出各种
23、业务的参考接收灵敏度。参考接收灵敏度与系统热噪声、业务速率和Eb/N0有关。然后，在设定或者已知小区负荷的情况下，上行最大允许路径损耗的计算就变成一个简单的与GSM系统上行链路预算相似的计算过程。而下行链路的预算问题要复杂些，面对的是如何把有限的总发射功率分配给各个活动终端的问题。鉴于终端位置分布、终端软切换状态等不确定性，必须建立一个模型，作一些简化性的假设，然后才能计算出一个统计性的结果。4.2.2 WCDMA容量规划 数据通信占用的是辅助信道，计算数据通信要占用多少无线空中资源，目前较常用的方法是在一定的业务模型下，将数据速率要求转换成爱尔兰需求，然后沿用传统话音的计算方法求出信道需求。
24、计算流程如下：（1） 估算出小区的覆盖面积，将基站小区的覆盖面积乘以相应的话务密度，得到该小区目前需满足的话务量。（2） 根据话务量和指定呼损指标查爱尔兰B表，得出该基站小区所需的语音信道数。（3） 3G系统有个重要特点是软切换，所以我们在计算信道板时要考虑切换因子。基站语音信道数乘以切换因子就得到基站所需承载的信道数，再加上公用信道数，得到总信道数，最后除以每块信道板提供的信道数就可以得出信道板数了。（4） 如果估算出来的信道数超过一个基站的最大配置，则需要增加新的基站。对于小区需要信道数的计算，可以通过可用频谱、用户数预测，话务密度信息来衡量，计算条件是给定拥塞率，若硬件引起拥塞，由查B表
25、可以得出结果。若最大容量是由干扰限制造成，其容量定义为软容量。对于软容量受限系统，不能通过爱尔兰表计算，总信道容量大于平均每小区信道数。由于相邻小区共享一部分干扰，在相同拥塞率条件下，服务更多话务量。来自邻区干扰越少，在中间小区内可用信道就越多。当小区具有少的信道，高比特率实时用户出现时，平均负荷必须降低，以保证低的拥塞率。由于平均负荷降低，有附加的容量提供给邻区利用。这部分容量是从相邻小区借用，因此干扰的共享提供软容量。对于高比特率的实时数据用户，例如图像连接，这是重要的。如果相邻小区用户较少时，在WCDMA系统中被认为增加软容量。软容量定义为在软拥塞的条件下爱尔兰容量的增加。当平均每个小区
26、具有相同的最大信道数时，软阻塞与硬阻塞相比的爱尔兰容量增加量为： 由于在WCDMA系统中所有用户共享在空间信道上干扰源，分析就不能分开进行，各用户互相影响，引起发射功率改变，这些改变再引起改变，如此往复，相互影响，预测处理是一个反复的过程，直到稳定为止。软容量的大小也依赖于传播环境。如果相邻小区负载量较低，只有当无线资源管理算法在一个小区能实现较高容量时，才可获得软容量。如果这种算法是基于宽带干扰，而不是吞吐量或连接数，就能实现软容量。4.2.3 WCDMA系统容量估计3G系统是宽带CDMA系统，其网络组织继承窄带CDMA特点，由于采用码分多址方式频率复用不是一个重要的方面，网络干扰来自自身系
27、统，与一时间通话用户数量有关。WCDMA的频率复用系数是1，系统是干扰受限系统，容量的实质是对干扰量的估计。对于下行负荷的估计，一个重要方面是对于基站发信功率的估计。这里所说的功率为平均功率，而不是小区边沿峰值发射功率。对于每个用户所要求的最小功率，由基站到移动台平均衰耗及移动台灵敏度决定，条件是不存在多接入引起的干扰(包括小区内和小区外)。由干扰引起的噪声提升使得移动台所需最少功率比原来有了一个提高，最后使得系统能接入的用户数必然减少。对于上行负荷的估计，在全话音业务的情况下，负荷因子的关系可以简化为 上式中各参数意义如表所示: 参数表在UMTS中下行容量被看成比上行容量更重要，是因为话务的
28、不对称，与下载类型业务较多有关。在3G中容量考虑下行比较多，影响上下行不同的因素为正交码和基站发分集。WCDMA用扩展码在下行链路区别小区，在上行用来区别用户。下行用218的gold码，被截成周期为10的帧，可甩扰码512，分成32个码组，每组有12个码。下行正交码对容量的影响，考虑用不规则短码，在一个路径的条件下是正交的，在多经的条件下部分正交性将消失，且引起小区内各用户之间相互干扰。WCDMA的频谱效率与链路性能有关，理论分析与仿真表明上行链路的容量是下行链路容量的2-2.5倍。除了基站采用了天线分集外，主要是因为上行链路用了多用户信号检测技术，与一般接收机比较几乎提供了两倍的容量。但在下
29、行链路，两个基站向同一移动台发射信号，而它们并不正交，只能起到多径分集的作用。通过分析可以得出结论：下行覆盖比上行更依赖于负荷，原因是基站总发射功率被下行所有用户共享，650kbit/s以下覆盖由上行决定。WCDMA谱效率定义为一定比特率下同时呼叫数，或在3G中更直接用每小区5MHz上吞吐量表示，单位是kbit/s/cell/载波。它由很多因素决定，变化很大，系统模拟需要规定一些条件。一般情况下，窄带IS95单载频全向基站的话务信道数可达23个，2呼损条件下支持15.76Erl；单载频三扇区基站每扇区的话务信道数可达20个，2%呼损条件下每基站支持39.54Erl。对于WCDMA系统， 单载频提供信道由OVSF码与扰码共同决定。工程设计时应根据实际话务分布需求合理设置载频数量及合理配置各基站的话务信道数。WCDMA本身是一个宽带系统，不可能会有较大的保护频带。因此，如何避免邻
