通信網(wǎng)分析與設計

通信網(wǎng)分析與設計3G網(wǎng)絡規(guī)劃與優(yōu)化設計目的通過課程設計，鞏固和運用在《通信網(wǎng)分析與設計》課程中所學的理論知識和技能，差不多把握通信網(wǎng)絡分析和設計的一樣方法，進一步提高分析和設計能力，為今后開發(fā)和應用通信網(wǎng)絡打下基礎。設計任務要求當前3G移動通信設備越來越普及，人們對3G通信質(zhì)量的要求也越來越高。而實現(xiàn)3G移動通信功能的網(wǎng)絡系統(tǒng)包括無線通信網(wǎng)絡、通信傳輸網(wǎng)絡及核心網(wǎng)絡。通信用戶期望網(wǎng)絡容量大、覆蓋區(qū)域廣、覆蓋概率大、信道堵塞率及掉話率低，通信服務提供商則期望以最低的成本建筑符合用戶需求的移動通信網(wǎng)絡。這是一對矛盾。因此本次課程設計的任務確實是通過規(guī)劃設計3G通信網(wǎng)絡，以便學生在尋求通信質(zhì)量和投入成本之間的合理折中時，差不多把握了規(guī)劃移動通信網(wǎng)絡的差不多知識，培養(yǎng)了差不多規(guī)劃和優(yōu)化移動通信網(wǎng)絡的能力。設計內(nèi)容設計報告內(nèi)容包括3G無線網(wǎng)絡、3G傳輸網(wǎng)和3G核心網(wǎng)的1網(wǎng)絡規(guī)劃基礎2網(wǎng)絡規(guī)劃流程3網(wǎng)絡詳細規(guī)劃4網(wǎng)絡優(yōu)化《通信網(wǎng)分析與設計》課程設計指導書課程設計題目—一3G網(wǎng)絡規(guī)劃與優(yōu)化一、課程設計報告差不多內(nèi)容及格式第1章移動通信網(wǎng)概述簡介移動通信網(wǎng)的進展第三代移動網(wǎng)無線接入網(wǎng)(RAN)核心網(wǎng)(2第2章3G無線網(wǎng)絡規(guī)劃與優(yōu)化2.1無線網(wǎng)絡規(guī)劃的基礎無線網(wǎng)絡規(guī)劃的范疇系統(tǒng)需求WCDMA無線基礎WCDMA無線網(wǎng)絡中的元素無線接口協(xié)議結(jié)構(gòu)通用地面無線接入網(wǎng)(UTRAN)的協(xié)議結(jié)構(gòu)WCDMA無線網(wǎng)絡中的信道配置擴頻現(xiàn)象符號速率匹配多徑衰落無線網(wǎng)絡規(guī)劃流程預規(guī)劃時期物理層結(jié)構(gòu)與性能上行鏈路與下行鏈路調(diào)制上行鏈路與下行鏈路擴頻碼字規(guī)劃功率操縱切換覆蓋規(guī)劃容量規(guī)劃自適應多速率詳細規(guī)劃覆蓋與容量無線資源治理WCDMA無線網(wǎng)絡優(yōu)化關(guān)鍵性能指標網(wǎng)絡性能監(jiān)視覆蓋、容量和質(zhì)量增強參數(shù)調(diào)整第3章3G傳輸網(wǎng)的規(guī)劃和優(yōu)化3.1傳輸網(wǎng)規(guī)劃基礎傳輸網(wǎng)絡規(guī)劃的范疇3G傳輸網(wǎng)的組成元素傳輸網(wǎng)規(guī)劃過程異步傳輸模式(ATM)信元的結(jié)構(gòu)ATM協(xié)議層ATM中的復用和交換規(guī)模預算協(xié)議棧開銷傳輸網(wǎng)預估舉例微波鏈路規(guī)劃錯誤率和ATM性能拓撲結(jié)構(gòu)詳細規(guī)劃參數(shù)規(guī)劃ATM上的業(yè)務流量治理網(wǎng)元和接口配置參數(shù)ATM規(guī)劃特點的總結(jié)同步方案網(wǎng)絡治理設計方案傳輸網(wǎng)優(yōu)化傳輸網(wǎng)優(yōu)化基礎過程定義網(wǎng)絡分析ATM層的分析參數(shù)設定第4章36核心網(wǎng)規(guī)劃與優(yōu)化核心網(wǎng)規(guī)劃基礎核心網(wǎng)絡規(guī)劃的范疇核心網(wǎng)中的元素核心網(wǎng)規(guī)劃流程電路交換分組交換詳細規(guī)劃核心網(wǎng)優(yōu)化參考文獻二、提交設計報告的要求（一）所有設計資料封裝在檔案袋中，封皮注明設計題目（《通信網(wǎng)分析與設計》課程設計）、班級、姓名、學號、指導教師、設計時刻。檔案袋內(nèi)資料包括：設計任務書設計指導書設計報告附件（程序、圖紙等，無可不加）并在檔案袋封皮填寫以上資料的件數(shù)及頁數(shù)（二）報告使用A4紙手寫或打印，絕對不能雷同。（三）列出參考文獻，格式為：作者、文獻名、出版單位、出版時刻。（三）收成、體會和建議。注：學生完成課程設后提交課程設計報告，要求將前述全部內(nèi)容依先后順序?qū)懗稍O計報告一份，要求文字通暢、字跡工整，文字許多于5000。三、時刻安排序號設計內(nèi)容天數(shù)1分析問題，查閱資料、確定3G網(wǎng)絡規(guī)劃與優(yōu)化方案22完成3G無線網(wǎng)絡規(guī)劃與優(yōu)化問題13完成3G傳輸網(wǎng)的規(guī)劃和優(yōu)化問題14完成核心網(wǎng)規(guī)劃與優(yōu)化問題1總計5參考文獻l、AjayR.Mishra著，蜂窩網(wǎng)絡規(guī)劃與優(yōu)化基礎，機械工業(yè)出版社，2004。2．張業(yè)榮等編著，蜂窩移動通信網(wǎng)絡規(guī)劃與優(yōu)化，電子工業(yè)出版社，2003。3.華為技術(shù)編著，GSM無線網(wǎng)絡規(guī)劃與優(yōu)化，人民郵電出版社，2004。4.WilliamH.Tranter等著，通信系統(tǒng)仿真原理與無線應用，機械工業(yè)出版社，2005。《通信網(wǎng)分析與設計》課程設計——3G網(wǎng)絡規(guī)劃與優(yōu)化移動通信網(wǎng)概述第一代移動通信系統(tǒng)是模擬移動通信系統(tǒng)，在20世紀初開始了商業(yè)運營試驗。它對移動通信的最大奉獻是使用蜂窩結(jié)構(gòu)，頻帶可重復利用，實現(xiàn)大區(qū)域覆蓋；支持移動終端的漫游和越區(qū)切換，實現(xiàn)移動環(huán)境下不間斷通信。第一代移動通信系統(tǒng)的顯現(xiàn)和進展，最重要的特點是表達在移動性上，這是其他任何通信方式和系統(tǒng)不可替代的，從而終止了過去無線通信進展過程中經(jīng)常被其他通信手段替代而處于輔助地位的歷史。第二代移動通信系統(tǒng)是目前廣泛使用的數(shù)字移動通信系統(tǒng)GSM及窄帶CDMA(也叫cdmaoneIS95CDMA),數(shù)字信號處理技術(shù)是其最差不多的技術(shù)特點，提供了更高的頻譜效率更先進的漫游。它對移動通信進展的重大奉獻是使用SIM卡，輕小手機和大量用戶的網(wǎng)絡支撐能力。使用SIM卡作為移動通信用戶個人身份和通信記錄的載體，為移動通信治理、運營和服務帶來極大便利。第三代移動通信系統(tǒng)是正在全力投入開發(fā)的系統(tǒng)，其最差不多的特點應當是智能信號處理技術(shù)，實現(xiàn)基于話音業(yè)務為主的多媒體數(shù)據(jù)通信，更高的頻譜效率、更高的服務質(zhì)量及低成本。實現(xiàn)全球無線覆蓋，真正實現(xiàn)“任何人，在任何地點、任何時刻與任何人”都能便利的通信。第四代移動通信系統(tǒng)是多功能集成的寬帶移動通信系統(tǒng)，是寬(廣)帶接入訐系統(tǒng)，現(xiàn)在處在概念時期，可提供的最大帶寬為100Mbps。第四代移動通信將以寬帶、接入因特網(wǎng)、具有多種綜合功能的系統(tǒng)形狀顯現(xiàn)，專門可能到2018年就會顯現(xiàn)相關(guān)的實驗系統(tǒng)和手機模型。移動通信的進展趨勢：(1)網(wǎng)絡覆蓋的無縫化，即用戶在任何時刻、任何地點都能實現(xiàn)網(wǎng)絡的接入。(2)寬帶化是以后通信進展的一個必定趨勢，窄帶的、低速的網(wǎng)絡會逐步被寬帶網(wǎng)絡所取代。(3)融合趨勢明顯加快，包括:技術(shù)融合、網(wǎng)絡融合、業(yè)務融合。(4)數(shù)據(jù)速率越來越高，頻譜帶寬越來越寬，頻段越來越高，覆蓋距離越來越短。(5)終端智能化越來越高，為各種新業(yè)務的提供制造了條件和實現(xiàn)手段。(6)從兩個方向相向進展——①移動網(wǎng)增加數(shù)據(jù)業(yè)務：1xEV-DO、HSDPA等技術(shù)的顯現(xiàn)使移動網(wǎng)的數(shù)據(jù)速率逐步增加，在原先的移動網(wǎng)上疊加，覆蓋能夠連續(xù);另外，WiMAX的顯現(xiàn)加速了新的3G增強型技術(shù)的進展;②固定數(shù)據(jù)業(yè)務增加移動性:WLAN等技術(shù)的顯現(xiàn)使數(shù)據(jù)速率提高，固網(wǎng)的覆蓋范疇逐步擴大，移動性逐步增加;移動通信、寬帶業(yè)務和WiFi的成功，促成802.16/WiMAX等多種寬帶無線接入技術(shù)的產(chǎn)生。3G是英文3rdGeneration的縮寫，指第三代移動通信技術(shù)。相對第一代模擬制式手機(1G)和第二代65忖、TDMA等數(shù)字手機(26),第三代手機一樣地講，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)頁掃瞄、會議、電子商務等多種信息服務。為了提供這種服務，無線網(wǎng)絡必須能夠支持不同的數(shù)據(jù)傳輸速度，也確實是說在室內(nèi)、室外和行車的環(huán)境中能夠分別支持至少2Mbps(兆字節(jié)/每秒)、384kbps(千字節(jié)/每秒)以及144kbps的傳輸速度。國際電聯(lián)ITU(InternationalTelecommunicationsUnion)提出的第三代移動通信系統(tǒng)IMT—2000(InternationalMobileTelecommunications-2000)標準由兩個要緊部分構(gòu)成：核心網(wǎng)CN(CoreNetwork)和無線接入網(wǎng)RAN(RadioAccessNetwork),無線接入主流技術(shù)采納寬帶CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)技術(shù)，支持包括語音、數(shù)據(jù)、圖像及多媒體等數(shù)據(jù)速率高達2Mbit/s的綜合業(yè)務，可實現(xiàn)多種增值服務，使移動運營商與服務提供商、制造商及傳統(tǒng)行業(yè)形成良性互動。寬帶CDMA有如下要緊特點：1)向下保持平滑兼容。為了愛護移動運營商的投資，寬帶CDMA能夠?qū)崿F(xiàn)從現(xiàn)存的移動通信系統(tǒng)到下一代移動通信系統(tǒng)的平滑過渡，同時兼容現(xiàn)存的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，信令協(xié)議能夠后向兼容，不需引入新的呼叫模式。2)多速率和多業(yè)務。寬帶CDMA的業(yè)務能力明顯增強，能支持從話音到分組數(shù)據(jù)到多媒體的不同業(yè)務，同時能依照業(yè)務需要提供不同的帶寬。多速率和多業(yè)務時移動多媒體中有緊密關(guān)聯(lián)的兩個方面。為有效使用系統(tǒng)的頻譜資源，無線接口隨時監(jiān)測無線信道的瞬態(tài)性能、帶寬和試驗等情形，按業(yè)務需要動態(tài)的選擇處理、混合匹配關(guān)鍵參數(shù)。在快速移動環(huán)境中，最高速率達144kbit/s；室外到室內(nèi)或低速移動環(huán)境，最高速率達到384kbit/s；室內(nèi)環(huán)境，最高速率達到2Mbit/s。3)抗干擾抗衰落能力強，保密性好。寬帶CDMA技術(shù)在寬廣的無線頻譜上支持多路同步通話或數(shù)據(jù)傳輸，對每路話音、、數(shù)據(jù)或視像傳輸都分配一個網(wǎng)絡的發(fā)送端和接收端都能識別的特定碼字，以便傳輸?shù)男畔⒖稍诮邮斩酥匦陆M合，增強了保密性；寬帶CDMA的寬廣頻譜使它關(guān)于市區(qū)環(huán)境中干擾和多徑傳播環(huán)境具有更高的抗干擾和抗衰落能力。4)高頻譜利用率和低成本優(yōu)勢。5)全球兼容和漫游。3G無線網(wǎng)絡規(guī)劃與優(yōu)化WCDMA無線網(wǎng)絡規(guī)劃的內(nèi)容WCDMA無線網(wǎng)絡規(guī)劃可分為覆蓋規(guī)劃、容量規(guī)劃、碼片和頻率規(guī)劃、無線資源規(guī)劃、切換規(guī)劃、功控規(guī)劃等眾多方面，其中覆蓋規(guī)劃和容量規(guī)劃是其核心內(nèi)容。在WCDMA系統(tǒng)中所有用戶在空中接口享有相同的干擾資源，每個用戶阻礙其他用戶并引發(fā)其發(fā)射功率的變化，因此在進行規(guī)劃時，覆蓋和容量是相關(guān)的，必須進行迭代運算。WCDMA覆蓋規(guī)劃覆蓋依靠于所要覆蓋的區(qū)域、區(qū)域類型和傳播條件。WCDMA覆蓋范疇的運算來源于鏈路預算和通過實測獲得的無線傳播模型校正。WCDMA鏈路預算中包含了一些GSM鏈路預算中不采納的新參數(shù)，如干擾余量、快衰落余量、軟切換增益等參數(shù)。鏈路預算的要緊目的是在對當前系統(tǒng)模型參數(shù)合理取值基礎上，分析小區(qū)的最大承諾路徑損耗，從而得出各種情形下的覆蓋半徑。WCDMA系統(tǒng)的鏈路預算不是一個單純的線性過程，它和小區(qū)的負荷估確實是結(jié)合進行的。第一，必須依照在不同移動臺速度下每種業(yè)務的質(zhì)量要求，獲得相應的上、下行的Eb/N0指標值(一樣由設備廠家給出)，由此運算出各種業(yè)務的參考接收靈敏度。參考接收靈敏度與系統(tǒng)熱噪聲、業(yè)務速率和Eb/N0有關(guān)。然后，在設定或者已知小區(qū)負荷的情形下，上行最大承諾路徑損耗的運算就變成一個簡單的與GSM系統(tǒng)上行鏈路預算相似的運算過程。而下行鏈路的預算問題要復雜些，面對的是如何把有限的總發(fā)射功率分配給各個活動終端的問題。鑒于終端位置分布、終端軟切換狀態(tài)等不確定性，必須建立一個模型，做一些簡化性的假設，然后才能運算出一個統(tǒng)計性的結(jié)果。WCDMA容量規(guī)劃與GSM無線網(wǎng)絡相比，WCDMA系統(tǒng)容量規(guī)劃更依靠于覆蓋，容量直截了當和功率預算有關(guān)。功率預算針對的是一種典型的業(yè)務，而WCDMA在實際中可能同時存在著多種業(yè)務類型，包括話音業(yè)務和高達384kbit/s的數(shù)據(jù)業(yè)務。這就意味著關(guān)于不同的用戶，系統(tǒng)的容量在上行鏈路和下行鏈路是不同的。理論分析與仿真結(jié)果說明，上行鏈路的容量是下行鏈路容量的2?2.5倍。由于WCDMA系統(tǒng)是干擾受限系統(tǒng)，容量的規(guī)劃實質(zhì)上是對干擾量的估量。關(guān)于下行負荷的估量，要緊是關(guān)于基站發(fā)射功率的估量。關(guān)于每個用戶所要求的最小功率，由基站到移動臺平均衰耗及移動臺靈敏度決定，條件是不存在多接入引起干擾（包括小區(qū)內(nèi)和小區(qū)外）。干擾引起的噪聲提升使得移動臺所需最小功率比原先有了提高，最后使得系統(tǒng)能接入的用戶數(shù)減少。3．碼片和頻率的規(guī)劃從網(wǎng)絡規(guī)劃的角度看，WCDMA系統(tǒng)中的碼片和頻率規(guī)劃相對比較簡單，要緊任務是為下行鏈路分配擾碼。擾碼組的碼序列限制在512個，擾碼在網(wǎng)絡規(guī)劃中被分配給扇區(qū)，因為擾碼的數(shù)目太多，擾碼分配這一繁瑣的工作通常由網(wǎng)絡規(guī)劃工具自動完成。由于WCDMA系統(tǒng)的頻率復用因子為1,為典型的空中接口干擾受限系統(tǒng)。假如運營商有兩個或三個載頻，那么WCDMA系統(tǒng)頻率規(guī)劃時要考慮到哪些載頻分別用于宏蜂窩、微蜂窩和室內(nèi)覆蓋，同時還要考慮到本運營商內(nèi)部寬帶系統(tǒng)和窄帶系統(tǒng)間的干擾和運營商之間的干擾。WCDMA無線網(wǎng)絡規(guī)劃的差不多方法WCDMA無線網(wǎng)絡的覆蓋、容量和網(wǎng)絡性能之間的關(guān)系是相互阻礙、相互制約的。用戶的分布、用戶的移動速度以及用戶的業(yè)務模型都直截了當阻礙到無線網(wǎng)絡的覆蓋、容量和網(wǎng)絡性能。因此要準確地反映以后網(wǎng)絡的實際情形，不僅需要通過鏈路預算、容量推算等方法估算網(wǎng)絡的大致建設規(guī)模以及差不多建設方案，而且還需要采納專用的網(wǎng)絡規(guī)劃和仿真工具，建立準確的地理環(huán)境模型、用戶業(yè)務和行為模型，才能仿真出實際網(wǎng)絡的運行成效。下面簡單介紹兩種差不多的基站推測方法。1．以無線網(wǎng)絡覆蓋為依據(jù)的基站推測方法在這種無線網(wǎng)絡規(guī)劃方法中，要緊需要把握如下幾個關(guān)鍵點：確定業(yè)務類型并列出業(yè)務的鏈路預算屬性，如AMR業(yè)務、384kbit/s室外業(yè)務，最大路徑耗損為146dB等；確定傳播模型，3G經(jīng)典模型有COST23Hata模型、奧村模型等；傳播模型的校正：一樣是對不同的地理分區(qū)，選擇3?4個具有代表性的區(qū)域進行模型校正，一條測試路徑應該是8字型或螺旋性，幸免系統(tǒng)誤差；傳播模型有效性的確認：校正后的模型，實測數(shù)據(jù)與模型的方差應不大于8dB,否則要重新考慮測試路徑、地理分區(qū)、測試數(shù)據(jù)的有效性；參考業(yè)務一樣應該在城區(qū)差不多覆蓋：如3km2范疇。不同地理分區(qū)覆蓋面積不同，覆蓋面積與傳播模型有關(guān)。基站預算=總覆蓋區(qū)域/（參考業(yè)務覆蓋范疇，如3km2）。2．以業(yè)務為依據(jù)的基站推測設計方法在這種無線網(wǎng)絡規(guī)劃方法中，要緊需要把握如下幾個關(guān)鍵點。確定業(yè)務模型：包括分組業(yè)務模型和語音業(yè)務模型。CS業(yè)務要緊有如下模型：坎貝爾模型、等效愛爾蘭法、PostErlang-B方法。以坎貝爾模型為代表，因為它是解決混合實時類業(yè)務模型的理論運算方法之一，其特點是該模型預算值適度。確定總業(yè)務量的推測分布。以坎貝爾模型算出基站預算=坎貝爾業(yè)務/基站坎貝站坎貝爾。核算CS域剩余信道容量是否滿足PS域數(shù)據(jù)承載。如不能滿足，則依照數(shù)據(jù)承載需要增加基站預算。取業(yè)務與覆蓋算法的最大值為基站規(guī)劃數(shù)。WCDMA無線網(wǎng)絡規(guī)劃流程圖WCDMA網(wǎng)絡中覆蓋、容量和通信質(zhì)量三種性能緊密相關(guān)，容量增加將阻礙覆蓋質(zhì)量，網(wǎng)絡性能難于推測。由于WCDMA網(wǎng)絡所支持的各種業(yè)務具有不同的特性，因此系統(tǒng)負荷和小區(qū)特性難于評估。這就對系統(tǒng)設計和優(yōu)化提出了更高的要求，隨著網(wǎng)絡的增長，覆蓋和容量的優(yōu)化將更加關(guān)鍵。、優(yōu)化流WCDMA網(wǎng)絡無線優(yōu)化過程分三個時期，即初期規(guī)劃和基站勘察時期、RF優(yōu)化時期、全網(wǎng)性能測試時期，如圖1所示。這三個時期互相獨立又互相結(jié)合，是一個完整的、不可分割的過程。.初始規(guī)劃和基站勘查時期的第一步是進行RF的規(guī)劃和模擬分析，得到RF網(wǎng)絡性能表征圖，如覆蓋圖、鄰區(qū)表及系統(tǒng)無線質(zhì)量等信息，在此基礎上確認系統(tǒng)路測線路；第二步是通過天線初始方向角和傾角保證差不多的網(wǎng)絡覆蓋，通過單小區(qū)功能測試發(fā)覺網(wǎng)絡問題，確保RF優(yōu)化時期工作的順利進行。.在RF優(yōu)化時期，通過掃頻和路測等手段來進一步發(fā)覺問題，如無線覆蓋空泛、導頻污染、鄰區(qū)丟失等問題。在此基礎上通過對天線高度、方向角和傾角調(diào)整和數(shù)據(jù)庫修改等工作進行優(yōu)化。.系統(tǒng)性能時期要緊通過路測進行呼叫性能的檢測和評估。采納不同業(yè)務下大量呼叫的路測結(jié)果分析結(jié)合系統(tǒng)統(tǒng)計的KPI指標，進一步對參數(shù)作修改和RF調(diào)整。系統(tǒng)各個時期都有助于形成標準的最優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫，也有利于對系統(tǒng)無線規(guī)劃模型的修正。二、優(yōu)化手段.覆蓋覆蓋問題需要通過分別分析上下行方向的Ec和UE發(fā)射功率予以判定。下行方向Ec值就足以表示覆蓋的好壞，而不需要考慮Ec/No,然而假如結(jié)合容量和質(zhì)量進行分析，則需要綜合考慮各種性能指標。（1）下行覆蓋定義各種環(huán)境類型下的Ec值和Ec/Io值，假如不能達到則采納優(yōu)化手段予以保證。在實際的優(yōu)化過程中，不同業(yè)務對Ec/Io的要求是不同的，必要的時候能夠犧牲RSCP以確保Ec/Io滿足業(yè)務的需求。（2）上行覆蓋上行采納手機發(fā)射功率與最大值的比較來判定是否達到覆蓋極限。關(guān)于CS