无线网络规划原理及仿真
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无线网络规划原理及仿真
什么是无线网络规划？
• 无线网络规划是指根据网络建设的整体要 求 设计无线网络目标 求，设计无线网络目标； • 为了实现无线网络目标确定基站的位置、 配置及建设先后顺序； 配置及建设先后顺序
无线网络规划目标
• 达到服务区内最大程度的时间、地点的无 线覆盖 • 减少干扰，达到系统最大可能容量 • 在满足容量和服务质量前提下，尽量减少 系统设备单元 降低成本 系统设备单元，降低成本 • 科学预测话务分布，确定最佳网络结构 • 无线网络规划最终目的体现在：覆盖、容 量 质量 成本四个方面 量、质量、成本四个方面
• 无线电波在自由空间传播速度、频率、波 长关系 • 900M和1800M的波长多少？
无线传播理论
无线电波的基本传播机制
• 直射 • 反射 • 绕射（衍射） • 散射
无线传播理论
城区的电波传播
• 城区楼房建筑高度各异，在这种情况下，终端收到 的信号主要是反射波、绕射波和散射波的叠加。
无线传播理论
安装接收天 线和Gห้องสมุดไป่ตู้S天线
收回设备
安装发射机和 发射天线
开启测试软 件
输出模测 数据
接好电源线
开始记录 测试数据
调好频点和 发射功率， 开启发射机
输出模测报 告
开始路测 结束
传播模型校正简介
模测设备介绍
设备类型 校模软硬件 信号发生机 天馈 接收机 地图及坐标系 传播模型 设备型号 Ai Aircom Enterprise i version i V6.2.0; 6 2 0 Oracle O l version i 10.2.0.3.0;服务器1台 Norn GSM signal l generator(XXX ( M)、UPS ) XXX全向天线，天线增益XXdBi；机械下倾角0度；6米抱杆及支 撑件 馈线 撑件，馈线 Rohde&Schwarz TSMU；笔记本一台；GPS；车载逆变器 XXX电子地图（XX米精度），主坐标系：WGS 84 / UTM zone 49N，辅坐标系：WGS 84 。Degree 格式：xx.xxxxx度 Aircom Standard Macrocell 3
传播模型校正简介
模测路线规划 • 线路选择
¾ 测试路线应于测试前规划好 ¾ 模测路径应尽量包括所有能跑到的道路，以一般道路为主 ¾ 中等匀速行驶， 中等匀速行驶 一般保持在 般保持在30～60km/h，并尽量避免在同样的路 并尽量避免在同样的路 线上反复测试 ¾ 路线的规划尽量形成以站点为 中心的网状结构 ¾ 路线规划遵循右拐原则
• 其中： 其中
¾ Lp ：从基站到移动台的路径损耗，单位为dB； ¾ d ：基站到移动台 基站到移动台 之间的距离，单位为km； 之间的 离 单位为 ¾ m ：移动台相对地面的高度，单位为m； ¾ b ：基站天线的有效高度，单位为m； ¾ DiffractionLoss:衍射损耗； ¾ ClutterLoss：地物衰减修正系数
传播模型校正简介
模测测试站点的选取 • 模测测试站点的选择：
¾ 选择能够反映规划区地貌特点的站点 ¾ 站点周围应有相当数量的道路 ¾ 天线挂高应适当高于规划区域的平均高度：
在密集城区高10米 在一般城区高15米 在郊区高15 20米 在郊区高15～20米
¾ 选择的站点楼面不能太大，要仔细选择天线的架设位置，避免近 处被阻挡
站址获取
• 对规划站点区域进行现场 勘察 每个规划站点 般 勘察，每个规划站点一般 选取2～3个备选站点，以 减少出现反复的可能 • 在满足网络拓扑结构和建 网需求的情况下，尽量利 用已经有条件的站点 最 用已经有条件的站点，最 大程度减少投资
仿真验证
• 将获取的站址信息和无线参数输入仿真软 件，进行仿真验证调整，直至满足规划目 标；
无线传播理论
半经验模型
• 半经验模型是在经验模型的基础上，基于 大量测试数据的统计模型 • 常用半经验模型：
¾Standard Macrocell Model ¾SPM ¾爱立信9999
无线传播理论
半经验模型简介 • 目前在无线网络规划中应用比较广泛的是Aircom软件支持 的标准宏小区（Standard Macrocell Model）传播模型 • Aircom Enterprise提供以下几种标准宏小区传播模型：
start end
传播模型校正简介
模测数据记录原则
• 模测数据记录遵循如下原则：
¾ 测试过程中停车时（如红灯）不记录数据（使用测试 软件中的暂停）； 软件中的暂停） ¾ 同一条道路上反复跑时，只记录第一次的数据；
传播模型校正简介
模测流程
启动模测 模测规范 路测完成 停止记录数 据
A
获取站址环 境信息
仿真分析
•根据仿真结果以及设计目标调整规划方案
¾覆盖需求 ¾容量需求
•可以调整的内容：天线方向角、下倾角、 可以调整的内容 天线方向角 下倾角 天线挂高 天线类型 天线挂高 站点位 天线挂高、天线类型、天线挂高、站点位 置
网络仿真概述
仿真输出
• 仿真图层
¾Best server ¾Service area
• 覆盖率统计分析 • 干扰情况分析
网络仿真概述
Best server
Service area
传播模型校正简介
模测概述 • 用CW（连续波）发射机模拟基站进行发射，记录整个区 域的接收信号强度 进而获取路损值 域的接收信号强度，进而获取路损值 • 用路径损耗值校正传播模型公式中的系数和因子，使模型 公式尽量能体现该区域的电波信号传播特性。
h
h
无线传播理论
半经验模型简介
• Standard Macrocell Model使用范围：
¾ 适用频段150~2000Mhz ¾ 基站天线有效高度15~200米 ¾ 移动台天线高度1~10米 ¾ 电子地图精度20~200米
网络仿真概述
网络仿真流程
需求分析
数据准备
模测和模型校正
网络仿真分析 仿真分析
仿真输出
网络仿真概述 需求分析
网络规划设计目标： •规划网络提供的业务：语音业务、数据业务 规划网络提供的业务 语音业务 数据业务 •网络覆盖目标：重点覆盖区、重要道路的覆盖、 •要求室内覆盖还是室外覆盖、要求的覆盖率 •不同区域、不同类型用户对服务等级和覆盖的要求 •整个网络需提供的容量大小，话务热点的容量要求 整个网络需提供的容量大小 话务热点的容量要求 •运营商对设计的其它特殊要求和限制
无线传播理论
天线电性能参数
• 工作频段 • 工作增益 • 前后比F/B • 天线方向图
• VSWR • 方向性 • 极化方式
无线传播理论
天线电性能参数
无线传播理论
天线机械参数 • 天线尺寸 • 天线接口类型 • 天线抱杆 • 防雷 • 天线重量 • 抗风 • 天线工作与存储温度
无线传播理论
天线机械参数
无线传播理论
传播模型的定义
• 描述平均信号强度在无线传播过程中的传播特性。 • 信号在无线传播中的损耗与哪些因素相关？
¾ 无线电波传播的损耗受无线电波的频率、基站天线高度、地形（ 山地、丘陵、平原、水域）、建筑物高度和密度、街道的宽度和 密度 房屋的穿透损耗 植被的种类和稀疏情况等地理形态的影 密度、房屋的穿透损耗、植被的种类和稀疏情况等地理形态的影 响 ¾ 无线电波传播的复杂性，决定了精确的无线传播模型是任何一个 无线电波传播的复杂性 决定了精确的无线传播模型是任何 个 无线网络优质设计的基础
网络仿真概述
数据准备
• 电子地图 • 传播模型 • 话务预测 • 站点信息 • 设计需要达到的目标
网络仿真概述
模测和模型校正
•校正后的传播模型可以体现无线环境的传播特性 ，提高仿真预测精度 提高仿真预测精度
•如果已有校正后的模型，建议略去本步骤 如果已有校正后的模型 建议略去本步骤
网络仿真概述
¾ ¾ ¾ Standard Macrocell Standard Macrocell 2 Standard Macrocell 3
无线传播理论
半经验模型简介 • Standard Macrocell Model
Lp = k1 + k 2 lg(d ) + k 3hm + k 4 lg(hm ) + k 5 lg(hb ) + k 6 lg(hb ) lg(d ) + k 7( DiffractionLoss ) + ClutterLoss
¾从备选方案中选择最佳方案 ¾确保规划结果满足建网需求
报告输出
• 网络规划中最后的输出物； • 无线网络规划设计结果，为无线网络的下 一步站点设计提供输入信息
网络仿真的作用 为什么要进行网络仿真?
¾ 高精度的网络仿真可以准确的预测网络覆盖性能（如接收 信号强度 小区覆盖范围） 为站点建设提供技术支撑 信号强度、小区覆盖范围），为站点建设提供技术支撑； ¾ 对于网络规划：可以根据预测结果调整规划方案（站点位 置、天线挂高、方向角、下倾角），最大程度满足规划设 计目标； 计目标 ¾ 对于网络优化：可以验证优化方案的可行性，更加高效、 快速的解决网络问题
无线传播理论
电波传播基础
• 无线电波是无线通信中信息传播的载体 • 无线电波无处不在
¾无线广播 ¾无线电视 ¾无线通信 ¾雷达
无线传播理论
电波传播基础
• 什么是自由空间？
• 所谓自由空间是指充满均匀、线性、各向同性理想介质的无限 大空间。在自由空间中，电磁波能量没有介质损耗，还不需要 考虑边界条件无限大真空空间是自由空间的 个典例 考虑边界条件无限大真空空间是自由空间的一个典例
无线网络规划流程
需求收集 分析
网络预规划 预规划
站址获取 获取
报告输出
仿真验证
需求收集分析
• 资料准备 • 规划目标确认：覆盖、容量、质量、成本 • 用户及业务预测 • 制定网络发展策略 • 网络评估
网络预规划
• 计算满足规划目标所需站点数量及基站覆 盖半径 • 网络拓扑结构设计
¾以传播模型为基础，充分考虑需求分析得到的 以传播模型为基础 充分考虑需求分析得到的 话务分布情况，得到理想的网络拓扑结构。在 这个过程中 需要最大程度的利用现有资源 这个过程中，需要最大程度的利用现有资源
开阔地的电波传播
• 开阔地地形较空旷，传播比较方式比较简单，主 要为直射波和反射波的叠加。 要为直射波和反射波的叠加
无线传播理论
天线简介
• 什么是天线？
天线是将传输线(馈线)中的电磁能转化成自由空间的电磁 线 将传输线 馈线 中 能转化成自 空间 波，或将空间电磁波转化成传输线中的电磁能的专用设备 。
无线传播理论
经验模型简介 • Okumura－Hata模型一般市区的近似解析式如下：
LP = 69.55 + 26.16 lg f − 13.82 lg hb + (44.9 − 6.55lg hb ) lg d − AOKUMURAHM
• COST231－Hata模型一般市区的近似解析式如下：
LP = 46.3 + 33.9 lg f − 13.82 lg hb + (44.9 − 6.55lg hb ) lg d − ACOST 231HM + Cm
其中：
Lp ：从基站到移动台的路径损耗，单位为dB； f ：载波频率，单位为MHz；
hb ：基站天线高度，单位为m；
：移动台天线高度（1-10m） 10m），一般取值为1 般取值为1.5m； 5m； hm ：移动台天线高度（1
d
：基站到移动台之间的距离，单位为km；
无线传播理论
经验模型简介 Okumura－Hata模型 • 适用频段150~1500Mhz • 基站天线有效高度30~200 30 200 米 • 移动台天线高度1~10米 • 通信距离1~35KM COST231-Hata模型 • 适用频段1500~2000Mhz • 基站天线有效高度30~200 30 200 米 • 移动台天线高度1~10米 • 通信距离1~35KM
传播模型校正简介
模测设备介绍
• 信号发生机
• 接收机
校模及仿真实践
仿真软件介绍
• 现在比较常用的仿真软件：
仿真软件
Atoll
无线传播理论
传播模型介绍
• 传播模型按照来源性质可以分为：
¾经验模型 ¾半经验模型 ¾确定性模型
无线传播理论
经验模型
• 经验模型是根据大量的测试结果统计分析 后导出的公式 • 常用经验模型有：
¾ Okumura－Hata模型 ¾ COST231-Hata模型 COST231 H t 模型 ¾ 室内传播模型
什么是无线网络规划？
• 无线网络规划是指根据网络建设的整体要 求 设计无线网络目标 求，设计无线网络目标； • 为了实现无线网络目标确定基站的位置、 配置及建设先后顺序； 配置及建设先后顺序
无线网络规划目标
• 达到服务区内最大程度的时间、地点的无 线覆盖 • 减少干扰，达到系统最大可能容量 • 在满足容量和服务质量前提下，尽量减少 系统设备单元 降低成本 系统设备单元，降低成本 • 科学预测话务分布，确定最佳网络结构 • 无线网络规划最终目的体现在：覆盖、容 量 质量 成本四个方面 量、质量、成本四个方面
• 无线电波在自由空间传播速度、频率、波 长关系 • 900M和1800M的波长多少？
无线传播理论
无线电波的基本传播机制
• 直射 • 反射 • 绕射（衍射） • 散射
无线传播理论
城区的电波传播
• 城区楼房建筑高度各异，在这种情况下，终端收到 的信号主要是反射波、绕射波和散射波的叠加。
无线传播理论
安装接收天 线和Gห้องสมุดไป่ตู้S天线
收回设备
安装发射机和 发射天线
开启测试软 件
输出模测 数据
接好电源线
开始记录 测试数据
调好频点和 发射功率， 开启发射机
输出模测报 告
开始路测 结束
传播模型校正简介
模测设备介绍
设备类型 校模软硬件 信号发生机 天馈 接收机 地图及坐标系 传播模型 设备型号 Ai Aircom Enterprise i version i V6.2.0; 6 2 0 Oracle O l version i 10.2.0.3.0;服务器1台 Norn GSM signal l generator(XXX ( M)、UPS ) XXX全向天线，天线增益XXdBi；机械下倾角0度；6米抱杆及支 撑件 馈线 撑件，馈线 Rohde&Schwarz TSMU；笔记本一台；GPS；车载逆变器 XXX电子地图（XX米精度），主坐标系：WGS 84 / UTM zone 49N，辅坐标系：WGS 84 。Degree 格式：xx.xxxxx度 Aircom Standard Macrocell 3
传播模型校正简介
模测路线规划 • 线路选择
¾ 测试路线应于测试前规划好 ¾ 模测路径应尽量包括所有能跑到的道路，以一般道路为主 ¾ 中等匀速行驶， 中等匀速行驶 一般保持在 般保持在30～60km/h，并尽量避免在同样的路 并尽量避免在同样的路 线上反复测试 ¾ 路线的规划尽量形成以站点为 中心的网状结构 ¾ 路线规划遵循右拐原则
• 其中： 其中
¾ Lp ：从基站到移动台的路径损耗，单位为dB； ¾ d ：基站到移动台 基站到移动台 之间的距离，单位为km； 之间的 离 单位为 ¾ m ：移动台相对地面的高度，单位为m； ¾ b ：基站天线的有效高度，单位为m； ¾ DiffractionLoss:衍射损耗； ¾ ClutterLoss：地物衰减修正系数
传播模型校正简介
模测测试站点的选取 • 模测测试站点的选择：
¾ 选择能够反映规划区地貌特点的站点 ¾ 站点周围应有相当数量的道路 ¾ 天线挂高应适当高于规划区域的平均高度：
在密集城区高10米 在一般城区高15米 在郊区高15 20米 在郊区高15～20米
¾ 选择的站点楼面不能太大，要仔细选择天线的架设位置，避免近 处被阻挡
站址获取
• 对规划站点区域进行现场 勘察 每个规划站点 般 勘察，每个规划站点一般 选取2～3个备选站点，以 减少出现反复的可能 • 在满足网络拓扑结构和建 网需求的情况下，尽量利 用已经有条件的站点 最 用已经有条件的站点，最 大程度减少投资
仿真验证
• 将获取的站址信息和无线参数输入仿真软 件，进行仿真验证调整，直至满足规划目 标；
无线传播理论
半经验模型
• 半经验模型是在经验模型的基础上，基于 大量测试数据的统计模型 • 常用半经验模型：
¾Standard Macrocell Model ¾SPM ¾爱立信9999
无线传播理论
半经验模型简介 • 目前在无线网络规划中应用比较广泛的是Aircom软件支持 的标准宏小区（Standard Macrocell Model）传播模型 • Aircom Enterprise提供以下几种标准宏小区传播模型：
start end
传播模型校正简介
模测数据记录原则
• 模测数据记录遵循如下原则：
¾ 测试过程中停车时（如红灯）不记录数据（使用测试 软件中的暂停）； 软件中的暂停） ¾ 同一条道路上反复跑时，只记录第一次的数据；
传播模型校正简介
模测流程
启动模测 模测规范 路测完成 停止记录数 据
A
获取站址环 境信息
仿真分析
•根据仿真结果以及设计目标调整规划方案
¾覆盖需求 ¾容量需求
•可以调整的内容：天线方向角、下倾角、 可以调整的内容 天线方向角 下倾角 天线挂高 天线类型 天线挂高 站点位 天线挂高、天线类型、天线挂高、站点位 置
网络仿真概述
仿真输出
• 仿真图层
¾Best server ¾Service area
• 覆盖率统计分析 • 干扰情况分析
网络仿真概述
Best server
Service area
传播模型校正简介
模测概述 • 用CW（连续波）发射机模拟基站进行发射，记录整个区 域的接收信号强度 进而获取路损值 域的接收信号强度，进而获取路损值 • 用路径损耗值校正传播模型公式中的系数和因子，使模型 公式尽量能体现该区域的电波信号传播特性。
h
h
无线传播理论
半经验模型简介
• Standard Macrocell Model使用范围：
¾ 适用频段150~2000Mhz ¾ 基站天线有效高度15~200米 ¾ 移动台天线高度1~10米 ¾ 电子地图精度20~200米
网络仿真概述
网络仿真流程
需求分析
数据准备
模测和模型校正
网络仿真分析 仿真分析
仿真输出
网络仿真概述 需求分析
网络规划设计目标： •规划网络提供的业务：语音业务、数据业务 规划网络提供的业务 语音业务 数据业务 •网络覆盖目标：重点覆盖区、重要道路的覆盖、 •要求室内覆盖还是室外覆盖、要求的覆盖率 •不同区域、不同类型用户对服务等级和覆盖的要求 •整个网络需提供的容量大小，话务热点的容量要求 整个网络需提供的容量大小 话务热点的容量要求 •运营商对设计的其它特殊要求和限制
无线传播理论
天线电性能参数
• 工作频段 • 工作增益 • 前后比F/B • 天线方向图
• VSWR • 方向性 • 极化方式
无线传播理论
天线电性能参数
无线传播理论
天线机械参数 • 天线尺寸 • 天线接口类型 • 天线抱杆 • 防雷 • 天线重量 • 抗风 • 天线工作与存储温度
无线传播理论
天线机械参数
无线传播理论
传播模型的定义
• 描述平均信号强度在无线传播过程中的传播特性。 • 信号在无线传播中的损耗与哪些因素相关？
¾ 无线电波传播的损耗受无线电波的频率、基站天线高度、地形（ 山地、丘陵、平原、水域）、建筑物高度和密度、街道的宽度和 密度 房屋的穿透损耗 植被的种类和稀疏情况等地理形态的影 密度、房屋的穿透损耗、植被的种类和稀疏情况等地理形态的影 响 ¾ 无线电波传播的复杂性，决定了精确的无线传播模型是任何一个 无线电波传播的复杂性 决定了精确的无线传播模型是任何 个 无线网络优质设计的基础
网络仿真概述
数据准备
• 电子地图 • 传播模型 • 话务预测 • 站点信息 • 设计需要达到的目标
网络仿真概述
模测和模型校正
•校正后的传播模型可以体现无线环境的传播特性 ，提高仿真预测精度 提高仿真预测精度
•如果已有校正后的模型，建议略去本步骤 如果已有校正后的模型 建议略去本步骤
网络仿真概述
¾ ¾ ¾ Standard Macrocell Standard Macrocell 2 Standard Macrocell 3
无线传播理论
半经验模型简介 • Standard Macrocell Model
Lp = k1 + k 2 lg(d ) + k 3hm + k 4 lg(hm ) + k 5 lg(hb ) + k 6 lg(hb ) lg(d ) + k 7( DiffractionLoss ) + ClutterLoss
¾从备选方案中选择最佳方案 ¾确保规划结果满足建网需求
报告输出
• 网络规划中最后的输出物； • 无线网络规划设计结果，为无线网络的下 一步站点设计提供输入信息
网络仿真的作用 为什么要进行网络仿真?
¾ 高精度的网络仿真可以准确的预测网络覆盖性能（如接收 信号强度 小区覆盖范围） 为站点建设提供技术支撑 信号强度、小区覆盖范围），为站点建设提供技术支撑； ¾ 对于网络规划：可以根据预测结果调整规划方案（站点位 置、天线挂高、方向角、下倾角），最大程度满足规划设 计目标； 计目标 ¾ 对于网络优化：可以验证优化方案的可行性，更加高效、 快速的解决网络问题
无线传播理论
电波传播基础
• 无线电波是无线通信中信息传播的载体 • 无线电波无处不在
¾无线广播 ¾无线电视 ¾无线通信 ¾雷达
无线传播理论
电波传播基础
• 什么是自由空间？
• 所谓自由空间是指充满均匀、线性、各向同性理想介质的无限 大空间。在自由空间中，电磁波能量没有介质损耗，还不需要 考虑边界条件无限大真空空间是自由空间的 个典例 考虑边界条件无限大真空空间是自由空间的一个典例
无线网络规划流程
需求收集 分析
网络预规划 预规划
站址获取 获取
报告输出
仿真验证
需求收集分析
• 资料准备 • 规划目标确认：覆盖、容量、质量、成本 • 用户及业务预测 • 制定网络发展策略 • 网络评估
网络预规划
• 计算满足规划目标所需站点数量及基站覆 盖半径 • 网络拓扑结构设计
¾以传播模型为基础，充分考虑需求分析得到的 以传播模型为基础 充分考虑需求分析得到的 话务分布情况，得到理想的网络拓扑结构。在 这个过程中 需要最大程度的利用现有资源 这个过程中，需要最大程度的利用现有资源
开阔地的电波传播
• 开阔地地形较空旷，传播比较方式比较简单，主 要为直射波和反射波的叠加。 要为直射波和反射波的叠加
无线传播理论
天线简介
• 什么是天线？
天线是将传输线(馈线)中的电磁能转化成自由空间的电磁 线 将传输线 馈线 中 能转化成自 空间 波，或将空间电磁波转化成传输线中的电磁能的专用设备 。
无线传播理论
经验模型简介 • Okumura－Hata模型一般市区的近似解析式如下：
LP = 69.55 + 26.16 lg f − 13.82 lg hb + (44.9 − 6.55lg hb ) lg d − AOKUMURAHM
• COST231－Hata模型一般市区的近似解析式如下：
LP = 46.3 + 33.9 lg f − 13.82 lg hb + (44.9 − 6.55lg hb ) lg d − ACOST 231HM + Cm
其中：
Lp ：从基站到移动台的路径损耗，单位为dB； f ：载波频率，单位为MHz；
hb ：基站天线高度，单位为m；
：移动台天线高度（1-10m） 10m），一般取值为1 般取值为1.5m； 5m； hm ：移动台天线高度（1
d
：基站到移动台之间的距离，单位为km；
无线传播理论
经验模型简介 Okumura－Hata模型 • 适用频段150~1500Mhz • 基站天线有效高度30~200 30 200 米 • 移动台天线高度1~10米 • 通信距离1~35KM COST231-Hata模型 • 适用频段1500~2000Mhz • 基站天线有效高度30~200 30 200 米 • 移动台天线高度1~10米 • 通信距离1~35KM
传播模型校正简介
模测设备介绍
• 信号发生机
• 接收机
校模及仿真实践
仿真软件介绍
• 现在比较常用的仿真软件：
仿真软件
Atoll
无线传播理论
传播模型介绍
• 传播模型按照来源性质可以分为：
¾经验模型 ¾半经验模型 ¾确定性模型
无线传播理论
经验模型
• 经验模型是根据大量的测试结果统计分析 后导出的公式 • 常用经验模型有：
¾ Okumura－Hata模型 ¾ COST231-Hata模型 COST231 H t 模型 ¾ 室内传播模型