网络规划基础经典

⽹络规划基础经典
蜂窝⽹络规划与优化基础
1、移动通信⽹概述
1.1信息理论
1.1.1OSI参考模型
1）第⼀层：物理层（运输）
物理层可以是铜线、光缆、⽆线发射机甚⾄⼀个卫星连接。

这⼀层负责数据的实际传输。

2）第⼆层：数据链路层（装车）
这⼀层的功能是把数据打包。

这⼀层把数据合并到分组或帧中，并且发送到物理层进⾏传输。

3）第三层：⽹络层（打标签）
这⼀层负责给出⼀个数据分组被传送到⽬的地的过程中所有的相关路径的信息，这⼀层给出了数据分组的路由信息。

4) 第四层：传输层
这⼀层是⽹络中物理元素和逻辑元素的分解，并且为⾼层提供⼀个通信服务。

第四层通过执⾏端到端的数据控制，检查信息的⼀致性。

这⼀层能够检错（但不能纠错），并且能够降低速率进⾏数据重传。

因此，第四层提供流量控制和检错，并把⼏条传输连接复⽤在⼀条⽹络连接上。

5）第五层：会话层
这⼀层的功能是使两个应⽤之间同步。

6）第六层：表⽰层
数据传送只是⼿段⽽不是⽬的,最终是要实现对数据的使⽤.。

对于⽤户数据来说,可以从两个侧⾯来分析,⼀个是数据含义被称为语义，另⼀个是数据的表⽰形式,称做语法。

像⽂字、图形、声⾳、⽂种、压缩、加密等都属于语法范畴。

表⽰层设计了3类15种功能单位,其中上下⽂管理功能单位就是沟通⽤户间的数据编码规则，以便双⽅有⼀致的数据形式,能够互相认识。

7）第七层：应⽤层
1.2第⼆代移动⽹（GSM）
1.2.1基站⼦系统（BSS）
1.基站收发系统（BTS）
基站的主要功能包括所需格式的信号的传送、信号的编码和解码、利⽤均衡算法抵消多径传输效应、数据流的加密和质量、接收信号功率的测量。

以及基本设备本⾝的操作维护
2.基站控制器（BSC）
BSC是⽤于控制⽆线⼦系统，尤其是基站。

基站控制器的主要功能包括⽆线资源管理和切换。

1.2.2⽹络⼦系统（NSS）
⽹络⼦系统充当GSM和公众⽹络（PSTN/ISDN）的⼀个接⼝，NSS的主要组成部分为MSC、HLR、VLR和EIR。

1.移动交换中⼼（MSC）交换机
它负责移动⽤户和其他移动⽤户或固⽹⽤户之间互联的交换功能。

2.EIR（设备识别寄存器）
1.2.3⽹络管理系统
NMS需要执⾏四个任务：⽹络监控、⽹络改善、⽹络测量以及故障管理。

1.2.4GSM的接⼝和信令
1.接⼝
（1）空中接⼝
（2）A bis接⼝
是BTS和BSC间的接⼝。

它是⼀个PCM接⼝，也就是说通过2Mbit/s的PCM（脉冲编码调制）链路来定义。

它的传输速率是2.048Mbit/s，共32个信道，每个信道64Kbit/s。

⽽空中接⼝的传输信道是13Kbit/s，⽽A bis接⼝是64Kbit/s，因此需要复⽤和代码转换完成从A bis接⼝上的64Kbis/s到空中接⼝的13Kbis/s的转换。

2.信令
（1）LAPD m
（2）SS7
7号公共信道信令
（3）X.25
1.3第三代移动⽹
第三代移动⽹络主要是针对多媒体通信⽽设计的，因⽽提⾼了图像和视频的质量。

3G ⽹络主要由两部分组成：⽆线接⼊⽹（RAN）和核⼼⽹（CN）。

1.3.1⽆线接⼊⽹（RAN）
1.基站（BS）
3G的基站也被称为B节点（Node B），BS的主要功能包括信道编码、交织、速率匹配、扩频等等。

2.⽆线⽹络控制器（RNC）
RNC担当基站和核⼼⽹之间的接⼝，负责⽆线资源的控制。

另外，与GSM系统不同的是，RNC和基站⼀起能够处理所有的⽆线资源功能⽽⽆需核⼼⽹的介⼊。

1.3.2核⼼⽹（CN）
3G的核⼼⽹包括两个域：电路交换（CS）域和分组交换（PS）域。

CS部分处理实时的业务，PS部分处理其他的业务。

1.WCDMA移动交换中⼼（WMSC）和VLR（拜访位置寄存器）
2.⽹关移动交换中⼼（GMSC）
3.归属位置寄存器（HLR）
4.服务GPRS⽀持节点（SGSN）
5.⽹关GPRS⽀持节点（GGSN）
1.3.3 3G⽹络中的⽹络管理系统
与2G系统相⽐，除了能够管理语⾳和电路交换数据外，3G中的⽹管系统也将能够管理分组交换数据.
1.3.4 3G⽹络中的接⼝和信令
1.接⼝
2.信令
在第三代WCDMA⽹络中，信令存在于三个平⾯：传输平⾯、控制平⾯和控制平⾯。

2.⽆线⽹络规划与优化
2.1⽆线⽹络规划与优化的基础
2.1.1 ⽆线⽹络规划的范围
⽆线⽹络是移动通信⽹络的⼀部分，它包括了基站（BTS）、移动台（MS）及⼆者
之间的接⼝。

2.1.2 ⼩区形状
⼩区的正六边型形状是⼈为设定形状；圆形在覆盖区中存在重叠区域，这种形状本⾝并不适合；在现实中，⼀个实际的⽆线⽹络将会存在⼀些⾮⼏何形状的⼩区，由于种种原因，这些⼩区的信号强度不能满⾜要求。

2.1.3 ⽆线⽹络的组成成分
1.移动台（MS ）
移动台由两部分组成：⼿机和⽤户识别模块（SIM ）。

SIM 卡主要是与⼀个存储卡共同⼯作的⼀块微处理器。

SIM 卡的最重要功能包括：鉴权、⽆线传输安全和存储⽤户信息数据。

2.基站（BTS ）
基站是⽆线⽹络中最重要的成分。

因为⼀⽅⾯基站通过空中接⼝提供了与移动台的物理连接；另⼀⽅⾯，它通过Abis 接⼝与BSC 连接。

2.1.4 GSM 的信道配置
空中接⼝处有两种信道：物理信道和逻辑信道。

物理信道就是指BTS 中所有的时隙（TS ）。

在物理信道中，⼜存在两类信道：半速率信道和全速率信道。

逻辑信道指物理信道承载的具体信息类型。

逻辑信道也可以分为两类：业务信道和控制信道。

业务信道⽤于承载⽤户数据，⽽控制信道承载信令和控制信息。

2.2 ⽆线⽹络规划进程
⽆线⽹络规划的主要⽬的是在覆盖、容量和质量⽅⾯为⽆线⽹络提供⼀个有成本效益的解决⽅案。

⽹络需要容量、质量等——预规划覆盖和容量规划——站址调查站址选择——C/I 分析频率规划——参数规划——⽆线⽹络规划
2.2.1 ⽆线⼩区和电波传播
⼩区的覆盖范围取决于⽆线信号所覆盖的区域，⽽信号传播距离取决于该地区的⽆线传播特征。

由于地区与地区之间的⽆线电波传播各不相同，因此在进⾏覆盖与容量预测之前，应对电波传播进⾏仔细研究。

2.2.2 电波传播效果与参数
1.⾃由空间损耗
由天线发射的任何信号在⾃由空间传播过程中都会衰减。

空间中任意⼀点的接收功率与信号传播距离成反⽐例。

当信号功率被平均发射时，我们可以设想形成了⼀个功率球⾯：
该功率球⾯的⾯积为：
24R A π=
离天线的距离为R 的任意⼀点的功率密度S 可以表达为：
A PG S /= 式中，P 是天线的发射功率，G 是天线增益。

因此，离天线的距离为R 的接受功率r P 为： )4/(2R G PG P r t r πλ=对数转化将功率转换为分贝（d
B ），
r P （dB ）=P+r t G G ++)4/log(10πλ-10logd
最后两个因⼦即所谓的⾃由空间损耗。

2.⽆线电波传播的⼀些概念
（1）反射与多径
接收天线接收到的信号都是发射天线发射的信号经过反射的多个分量的叠加。

（2）绕射和阴影效应
（3）建筑物和车辆的穿透
当电波撞击到建筑物的表⾯时，它可能被绕射和吸收。

（4）⽆线电波的⽔⾯传播
⽔⾯是⽆线电波良好的反射⾯，因此会存在对其他⼩区天线覆盖形状造成⼲扰的可能。

（5）信号传播的植被效应
（6）信号衰落
多径衰落和频率选择性衰落。

（7）⼲扰
2.2.3 初始布局
初始布局即规模预算，其⽬的除了可以知道满⾜今后⼏年的容量需求外，还要鉴别需要的设备和⽹络类型（所⽤技术）的要求，以满⾜覆盖和质量的要求。

初始布局越精确，⽹络试运营的效率越⾼。

（1）覆盖的地理⾯积；
（2）每⼀地区的话务量估算；
（3）每⼀地区的功率和阻塞率准则的最⼩需求；
（4）路径损耗；
（5）频率使⽤和复⽤的频段。

2.3 ⽆线⽹络预规划
通过最⼩的花费获得最⼤的覆盖。

例1：某⼀区域满⾜要求的基站数⽬的计算。

设计某⼀⽹络，使其覆盖1000km2的⾯积。

采⽤3扇区基站，每⼀扇区（⼩
kR，此处k=1.95，则每基站的覆盖区）覆盖半径为3.0Km。

因此每基站的覆盖⾯积=2
Km，则需要基站数=1000/17.55=57（个）。

⾯积=1.95×3×3=17.552
2.4 ⽆线⽹络详细规划
2.4.1 链路（功率）预算
详细的⽆线⽹络规划可以分成以下三个部分部分：1）链路预算的计算；2）覆盖、容量设计和频率利⽤率；3）参数规划。

1.链路预算的重要成分
（1）MS接受灵敏度
（2）BTS接受灵敏度
（3）衰落余量
（4）连接件和馈线损耗
（5）MS和BTS天线增益
链路预算是移动通信⽆线⽹络覆盖分析最重要的⼿段之⼀，不仅应⽤于⽹络规划设计阶段，也应⽤于⽹络的优化和运营维护阶段。

链路预算能够知道规划区内⼩区半径的设置、所需基站的数量和站址的分布。

具体⽽⾔，链路预算要做的⼯作就是在保证通话质量的前提下，确定基站和终端之间的⽆线链路所能允许的最⼤路径损耗。

由于链路距离和最⼤允许路径损耗直接相关，因此，只要确定传播模型，从最⼤允许路径损耗就可以计算出⼩区的有效覆盖半径。

（1）发射端有效全向辐射功率：最⼤发射功率、发射天线增益、馈线损耗
（2）接收端最⼩接受电频：热噪声密度、噪声系数、码⽚速率、Eb/No、接受天线增益
（3）⽆线传播环境类型：密集市区、⼀般市区、郊区或农村、⽆线环境决定阴影衰落、路径损耗和智能天线赋形增益
（4）⽤户⾏为：⽤户发起的是话⾳业务还是数据业务；处在运动还是静⽌状态；是在室内、车内还是室外，需要考虑⼈体损耗。

由于受到体积、重量和电池容量的制约，终端的发射功率不可能做到很⼤，通常基站覆盖半径是由上⾏链路决定的。

下⾏链路是指基站发、终端收⽅向的通信链路。

下⾏链路预算不同于上⾏链路预算，⼩区内所有的⽤户同时分享基站功率，基站的功率分配是让⼩区所有在线⽤户服务都能满⾜相关业务的QOS指标。

在CDMA系统中，⼀般覆盖受限于上⾏，容量受限于下⾏。

上⾏链路预算
上⾏链路预算是指在满⾜业务质量需求的前提下所计算出的最⼤允许路径损耗，其计算⽅法为：
终端发射机EIRP（Effective Isotropic Radiated Power）=终端最⼤发射功率+终端天线增益-终端馈线损耗
接收机灵敏度=接收机背景噪声+基站接受所需的Eb/No+接收机噪声系数-处理增益
最⼤路径损耗（上⾏）=终端发射机EIRP-接收机灵敏度+各种增益-各种损耗-余量
各种增益=基站天线增益-赋形增益+切换增益
各种损耗=⼈体损耗+基站馈线损耗+穿透损耗
余量=⼲扰余量+功控余量+阴影衰落余量
下⾏链路预算
基站发射机EIRP（Effective Isotropic Radiated Power）=基站单码道发射功率+基站发射天线增益-基站馈线损耗+阵列增益+赋形增益
接收机灵敏度=接收机背景噪声+终端接受所需的Eb/No+接收机噪声系数-处理增益
最⼤路径损耗（下⾏）=基站发射机EIRP-接收机灵敏度+各种增益-各种损耗-余量
各种增益=终端天线增益+切换增益
各种损耗=⼈体损耗+终端馈线损耗+穿透损耗
余量=⼲扰余量+功控余量+阴影衰落余量
2.链路预算的输出与影响
（1）路径损耗和接受功率
路径损耗表明了TX天线到RX天线传播过程中的信号强度的损失，⽽接受功率则表征了路径损耗现象的效果。

（2）⼩区覆盖范围
如果路径损耗较低，BTS天线的发射信号能覆盖更远的距离，既提⾼了单BTS 的覆盖距离。

（3）覆盖门限
2.4.2 跳频
2.4.3 设备增强
1.接收分集
衰落效应是影响⽆线通信质量的主要因素之⼀。

其中的快衰落深度可达30~40dB，如果想利⽤加⼤发射功率、增加天线尺⼨和⾼度等⽅法来克服这种深衰落是不现实的，⽽且会造成对其它电台的⼲扰。

⽽采⽤分集⽅法即在若⼲个⽀路上接收相互间相关性很⼩的载有同⼀消息的信号，然后通过合并技术再将各个⽀路信号合并输出，那么便可在接收终端上⼤⼤降低深衰落的概率。

相应的还需要采⽤分集接收技术减轻衰落的影响，以获得分集增益，提⾼接收灵敏度为了提⾼移动通信系统的性能，可以采⽤分集，均衡和信道编码这3种技术来改进接收信号质量，它们既可以单独使⽤，也可以组合使⽤
分集的基本原理是通过多个信道（时间、频率或者空间）接收到承载相同信息的多个副本，由于多个信道的传输特性不同，信号多个副本的衰落就不会相同。

接收机使⽤多个副本包含的信息能⽐较正确的恢复出原发送信号。

如果不采⽤分集技术，在噪声受限的条件下，发射机必须要发送较⾼的功率，才能保证信道情况较差时链路正常连接。

在移动⽆线环境中，由于⼿持终端的电池容量⾮常有限，所以反向链路中所能获得的功率也⾮常有限，⽽采⽤分集⽅法可以降低发射功率，这在移动通信中⾮常重要。

分集技术包括2个⽅⾯：⼀是分散传输,使接收机能够获得多个统计独⽴的、携带同⼀信息的衰落信号;⼆是集中处理,即把接收机收到的多个统计独⽴的衰落信号进⾏合并以降低衰落的影响。

因此，要获得分集效果最重要的条件是各个信号之间应该
是“不相关”的.
2．低噪声放⼤器
在接收功率受限于长馈线的地⽅，可以采⽤低噪声放⼤器来增强链路预算结果。

3.功率增强器
2.4.4 ⼩区和⽹络覆盖
2.4.5 容量规划
因为容量规划确定需要基站的数量和每基站各⾃的容量，因此对于⽹络运⾏，容量规划是⼗分重要的过程。

在预规划阶段是为了进⾏初始⽹络预测；在后期则将详细规划。

所需基站数是由覆盖规划得出，⽽所需的收发信机数量（TRX）由容量规划⽽来，因为容量规划与频率复⽤系数直接相关。

频率复⽤系数即达到频率复⽤能⼒的基站数。

GSM900系统中上/下⾏的最⼤频点数各位125.每个频点可称为信道。

这表明在上下⾏都可以使⽤125个信道。

最⼩频率复⽤因⼦的计算基于C/I。

容量规划要求三个关键参数：预估话务量、平均天线⾼度和频率利⽤率。

1.话务量估计
⽹络中话务量估计的单位是Erl（爱尔兰）。

⼀个Erl定义为⼀个⽤户占⽤⼀个信道1h的话务量（这1h通常指⽹络忙时）。

另外⼀个⽹络规划中常⽤的
术语是阻塞。

阻塞状态指当⼀个⽤户试图发起呼叫，但由于资源受限该呼叫⽆
法到达被叫⽅。

⼀般认为在忙时，⼀个⽤户产⽣的话务量为25mErl，平均通话时间将为120s。

2.平均天线⾼度
3.频率使⽤和复⽤
如果确定了收发信机的平均数量和频率的总数量，频率复⽤系数=频率的
总数量/收发信机的平均数量。

2.4.6 频率效率和频率规划
2.4.7 功率控制
2.4.8 切换
当移动台处于两个⼩区边界时，BSS同时测量两个⼩区基站接收的功率，当其中⼀个满⾜了⾜够功率和最⼩⼲扰的标准时，则选择该⼩区。

2.4.10 跳频
在GSM900系统中，使⽤频带为：上⾏890～915MHz；下⾏935～960MHz。

这表明单向可以提供25MHz带宽，这些带宽的全部或部分可以⽤于⽹络运营商。

中⼼频率以200KHz为单位从频带的边缘平均向频带内延伸，在整个频带中有125个频点。

2.5 ⽆线⽹络优化
2.5.1 ⽆线⽹络优化基础
⽆线⽹络优化的主要焦点是功率控制、质量、切换、⽤户话务量以及资源可⽤性测量。

2.5.2 关键性能指标
从运营商⾓度看，语⾳质量中最重要的指标是BER（误码率）、FER（误诊率）和DCR（掉话率）。

在帧结构层⾯，通过SACCH帧来检测DCR，如果SACCH帧未被收到，则表明掉话。

2.5.3 ⽹络性能监测
整个⽹络性能监测过程包含两个步骤：监测关键参数的性能，评估这些与覆盖和容量有关的参数的性能。

1.路测
2.⽹管系统统计
2.5.4 ⽹络性能评估
1.覆盖；
2.容量；
3.质量；
4.参数调整。

⽆线⽹络优化必须是⼀个持续过程，它始于⽹络预开通，并会⼀直持续在⽹络存在的整个过程中。

3.传输⽹络规划与优化
3.1 传输⽹络规划要素
3.1.1 传输⽹络规划的范围
在GSM系统中，传输⽹络⼀般被认为是基站和码速率变换与⼦复⽤器（TCSM）之间的⽹络。

传输⽹络把⽆线⽹络与移动交换中⼼（MSC）连接起来。

3.1.2 传输⽹络要素
1.基站收发器（BTS）
基站由传输单元（TRU）组成，该单元与Abis和Ater接⼝相互作⽤和影响，并且将业务信令信道再分配⾄收发器（TRX）。

2.基站控制器（BSC）
3. 码速率变换与⼦复⽤器（TCSM）
TCSM具有两项功能：语⾳信号的编码和PCM信号的复⽤。

编码器在下⾏⽅向对语⾔信号进⾏编码，在下⾏⽅向对来⾃MS的语⾳信号进⾏解码。

码速率变换与⼦复⽤器出于同样的位置，负责对BSC和MSC间的PCM链路进⾏多路复⽤。

3.2 传输⽹络规划过程
3.3 传输⽹络预规划
在了解现有⽹络的基本框架和可⽤容量的基础上，传输规划⼯程师的⽬标就是将这些基站连接起来。

这同样需要知道基站收发信机（BTS）、基站控制器（BSC）、移动交换中⼼（MSC）的具体位置。

以及每个基站的当前和未来的容量需求。

3.3.1 单个PCM连接
⼀个PCM链路包括32个时隙，时隙0被⽤于链路管理，从时隙1到时隙31都被⽤于业务和信令传输。

3.3.2 Abis和Ater接⼝的PCM需求。