无线通信基础03

本部分知识及结构参考自人民邮电出版社出版的王振世先生的《实战无线通信应知应会》

无线网络规划

网络规划就是网络架构的设计过程, 类似于组织架构的搭建过程, 也要围绕"三高一低"的规划目标: 要求在尽量低的建网运营成本下, 尽量扩大网络的覆盖范围, 增加网络的容量, 提高网络的质量.

移动通信的网络规划包括三大组成部分: 无线网络规划, 传输网络规划和核心网规划. 我们的重点是无线网络规划 (radio network planning, RNP).

无线网络规划是根据无线网络建设的覆盖目标, 容量目标, 质量目标以及成本目标, 确定无线网络建设的规模及相应的配置及参数的过程. 通过无线网络规划, 最终可以确定基站的数目及位置, 站型配置, 天线方向角, 下倾角,高度等工程参数, 邻区, 频率, 扰码, 小区发射功率等小区参数, 还可以得出基站到 RNV/BSC (3G/2G) 的传输带宽需求.

目前无线网络规划在业界有两种理念: “一次规划, 分步实施"和"多次规划, 分层建设”. 无论是哪种理念, 在实施过程中都包括五个关键过程: 信息收集阶段 , 网络规模确定阶段 (传播模型校正, 覆盖估算和容量估算), 站址位置确定阶段 (消频测试和站址勘测), 工程参数确定阶段 (仿真及工程参数调整) 和无线参数确定阶段 (信道功率参数, 邻区规划, 频率规划, 扰码规划和 RNV/LAC 规划).

覆盖估算

覆盖估算 (coverage dimensioning) 的最根本的思路是给定要覆盖的面积和每个基站的覆盖范围, 求解在这个面积上需要放多少个基站.

• 覆盖面积的问题. 不同的覆盖场景有不同的覆盖面积.
• 基站的覆盖范围. 由于无线环境十分复杂, 每个基站覆盖的范围和覆盖的形状差别很大, 但工程上是按照标准的蜂窝组网结构 (正六边形) 计算.
• 一般有两种站型: 全向站和定向站 (一般三个扇区). 全向站按照一个标准的正六边形计算; 定向站按照三叶草站型计算 ( 3 3 3 个正六边形, 也叫顶点激励型).

站型	站间距	面积
全向站	D = 3 R ≈ 1.7 R D = \sqrt{3}R \approx 1.7 R D=3 ​R≈1.7R	S = 3 2 3 R 2 ≈ 2.6 R 2 S = \frac{3}{2}\sqrt{3}R^{2} \approx 2.6 R^{2} S=23​3 ​R2≈2.6R2
三叶草站型	D = 1.5 R D = 1.5 R D=1.5R	S = 9 8 3 R 2 ≈ 1.95 R 2 S = \frac{9}{8}\sqrt{3}R^{2} \approx 1.95 R^{2} S=89​3 ​R2≈1.95R2

覆盖半径

我们可以根据最大允许路损 (maximal allowed path loss, MAPL) 得到基站的覆盖半径.

• 链路预算 (link budget) 是求取最大允许路径损耗的过程. 最大路损为

  P L = P o u t − L B S + G B S − L p − L b − M I − M f − M p c + G S H O + G U E − S R X . PL = P_{\rm{out}} - L_{\rm{BS}} + G_{\rm{BS}} - L_{\rm{p}} - L_{\rm{b}} - M_{\rm{I}} - M_{\rm{f}} - M_{\rm{pc}} + G_{\rm{SHO}} + G_{\rm{UE}} - S_{\rm{RX}}. PL=Pout​−LBS​+GBS​−Lp​−Lb​−MI​−Mf​−Mpc​+GSHO​+GUE​−SRX​.

损耗 (loss)	余量 (margin)	增益 (gain)
发射端	馈线损耗 L B S L_{\rm{BS}} LBS​	——	发射天线增益 G B S G_{\rm{BS}} GBS​
空中无线环境	路径损耗 P L PL PL, 穿透损耗 L p L_{\rm{p}} Lp​	干扰余量 M I M_{\rm{I}} MI​, 克服慢衰落余量 M f M_{\rm{f}} Mf​, 克服快衰落功控余量 M p c M_{\rm{pc}} Mpc​	软切换增益 G S H O G_{\rm{SHO}} GSHO​
接收端	人体损耗 L b L_{\rm{b}} Lb​	——	接收天线增益 G U E G_{\rm{UE}} GUE​

容量估算 (capacity dimensioning)

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站址勘测 (site survey)

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仿真

无线通信领域的仿真 (simulation) 就是在无线网络建设之前, 对规划好的方案在无线的模拟环境中进行验证的过程, 主要看网络的覆盖, 容量, 质量等性能指标是否能够达到设计要求. 它一般包括:

• 无线环境的仿真, 包括坐标选择, 数字地图选择和传播模型的选择;
• 网络环境的仿真, 包括基站参数, 天线和扇区参数, 小区参数;
• 通话过程的仿真, 包括话务模型, 容量估算, 接入或通话过程模拟.

通过仿真得到覆盖效果图, 业务质量分布图, 导频污染分布图, 干扰分布图, 负荷分布图, 切换分布图等.

• 系统级仿真 (system level simulation) 是模拟网络整体运行规律和运行效果的仿真.
• 链路级仿真 (link level simulation) 是模拟单个连接的性能指标.
• 静态仿真 (static simulation) 和 动态仿真 (dynamic simulation).

Monte-Carlo 仿真是一种静态仿真.

小区参数规划 (cell parameter planning)与室内分布系统 (distributed antenna system, DAS)

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无线网络优化

无线网络优化 (radio network optimization, RNO) 是指一切提高无线网络性能的工作, 即在完善覆盖水平, 满足容量要求的情况下, 控制干扰, 提高业务质量和资源利用效率的一切活动.

• 按照优化的范围不同分为: 单站点验证 (single site verify), 簇优化 (cluster optimization), 区域优化 (RNC zone optimization), 边界优化, 整网优化.
• 按照优化时网络情况的负荷不同分为: 空载优化, 模拟加载优化, 真实加载优化.
• 按照解决网络问题的手段出发分为: RF 优化 (工程参数优化)和无线参数优化.

• RF 优化 (radio frequency optimization) 即射频优化, 主要目的是对覆盖问题进行优化. 另外, 还可以控制干扰且解决切换类问题. 总而言之, RF 优化是网络优化的基础性工作, 也是决定网络性能高低的关键工作.
• 无线参数设置 (radio parameter optimization) 是和系统无线资源配置, 管理和应用相关的参数. 主要包括覆盖相关参数, 信道配置相关参数, 功率控制相关参数, 移动性相关参数, 分组调度相关参数, 负荷和准入控制相关参数, 算法开关相关参数, 以及各种定时器和计时器等.

• 按照网络指标的角度不同分为: 覆盖指标的优化, 接入性能的优化, 保持性能 (掉话率) 的优化, 移动性能 (切换)的优化, 时延, 吞吐率等性能的优化.
• 按照需要优化的业务不同可分为: 语音业务的优化, VP 业务的优化, PS 业务的优化, HSDPA 的优化等.
• 按照优化问题的产生原因不同可分为设备问题的优化和网络性能问题的优化.
• 按照优化测试手段的不同可分为 CQT 测试优化, DT 测试优化, 话统优化.
• 按照网络发展的阶段不同可分为: 初始调优, 预商用调优和商用网优化.

无线网络评估体系

评测网络性能的指标有三个组成要素: 数据源, 分析维度, 字段和算法.

• 常用的数据源有路测数据, 话统数据, 信令数据, 第三方调查数据, 投诉数据, BOSS 经分数据, 软采数据等.
• 分析维度可以有时间维度, 空间维度, 用户维度, 终端维度, 业务维度, 网元维度等.
• 字段和算法一般是厂家或运营商在设计指标时定义的.

关键性能指标 (key performance indicator, KPI) 是衡量网络性能水平的重要参数. 无线网络的关键性能指标对不同部门的作用和要求不一样. 可以分为覆盖类指标, 保持类指标, 移动性相关的指标, 时延类指标, 吞吐率相关的指标, 系统可用性的指标等.

• 覆盖水平可以从上下行两个方向, 信号大小和质量两个维度来度量.

信号强度	信号质量	备注
下行	RSCP	E c / I o ( C / I ) E_{\rm{c}}/I_{\rm{o}}(C/I) Ec​/Io​(C/I)	RSCP 和 E c / I o ( C / I ) E_{\rm{c}}/I_{\rm{o}}(C/I) Ec​/Io​(C/I) 要大于一个水平, 在合理范围内大一点好
上行	UE Tx Power	RTWP	UE Tx Power 和 RTWP 要小于一个水平, 数值越小越好; 大了说明上行覆盖较差或上行干扰较大

• 无线网络的可接入性 (accessibility) 和网络用户感受直接相关. 可接入性一般可分为主叫呼叫建立成功率 (主叫接通率) 和被叫呼叫建立成功率 (被叫接通率).
• 保持性 (retainability) 的衡量有里程掉话比 (mileage call drop ratio), CS 掉话率 (CS call drop) 和 PS 掉话率 (PS call drop).
• 移动性 (mobility) 是与切换相关的问题. 主要有软切换比例 (soft handover ratio), 软切换成功率 (soft handover success ratio, SHO success ratio) 和硬切换成功率 (hard handover success ratio, HHO success ratio) 的概念.
• 时延 (delay) 类 KPI 直接与用户感知相关, 不仅取决于整个网络的组网特性, 还取决于设备本身的处理速度. 有三个常用的时延指标, 即呼叫建立时延 (call setup delay), PDP 激活时延 (packet data protocol active delay) 和 Ping 时延 (ping delay).
• 系统可用性 (system availability) 指标是用来描述系统资源被使用的情况和系统资源可使用的情况. 它包括小区利用率 (cell utilization, CU), 小区拥塞率 (cell congestion ratio), 超忙小区比例 (busy cell ratio) 和超闲小区比例 (idle cell ratio).
• 用户感知类指标包括 BLER 偏高率 (BLER higher ratio) 和吞吐率.