3G移动

摘 要 ..........................................................III 1 绪 论 .......................................................... 1 2 基站与负荷之间的关系 ........................................... 2 2.1 用户预测 ................................................... 2 2.1.1 预测的方法 ........................................... 2 2.1.2 预测的意义 ........................................... 2

2.2 用户比例 ................................................... 3 2.3 业务模型 ................................................... 5 2.4 话务模型 ................................................... 6 2.4.1 CS 业务 .............................................. 6 2.4.2 PS 业务 .............................................. 7

2.5 业务渗透率和用户密度 ....................................... 9 3 特定区域负荷统计与规划 ........................................ 10 3.1 传播模型 .................................................. 10 3.1.1 传播模型研究的意义 ................................... 10 3.1.2 Okumura-Hata 模型 .................................... 11 3.1.3 COST 231-Hata 模型 ................................... 15

3.2 覆盖的估算 ................................................ 16 3.2.1 站型与覆盖面积的关系 ................................. 26 3.2.2 基站数目的确定 ....................................... 27 3.3 容量的估算 ................................................28 3.3.1 Equivalent Erlang 方法 ................................. 28 3.3.2 Post Erlang-B 方法 .................................... 29 3.3.3 基于 Campbell 理论的估算方法 ......................... 30 3.3.4 KR 迭代容量估算方法 ................................. 32 I 金陵科技学院学士学位论文 目录

3.3.5 混合业务容量估算参数 ................................. 33 3.3.6 基站规模的确定 ....................................... 34

4 基站规划的应用 ................................................ 35 5 结束语 ........................................................ 40 参考文献 ........................................................ 41 致 谢 ........................................................... 42

II

摘要 基于视频用户的移动基站负荷设计 摘 要随着中国 3G 牌照的颁发，中国的电信运营商都已经开始对 3G 市场的占领，而网络规 划是无线网络建设和运营之前的关键步骤，主

要根据实际的无线传播环境、业务、社会等 多方面因素，现有 3G 通信中，TD-SCDMA 为我国自主研发的 3G 标准，由于 TD-SCDMA 系统采用了时分码分的多址方式、智能天线、联合检测、接力切换、动态信道分配等一系 列新型关键技术，极大地提高了 TD-SCDMA 系统的性能，最终为网络规划带来了很多新特点。

关键字：基站负荷；TD-SCDMA;网络规划；网络优化 金陵科技学院学士学位论文 第一章 绪论 1

绪 论 尽量提高频谱效率，充分利用现有的无线网络设施，向更多的用户提供最多的业务内 容及价值，同时达到投资成本的最优，是运营商在进行网络建设中最需要考虑的问题。无 线网络规划直接影响到网络的建设成本和运营性能，因此是网络建设过程中非常重要的一 环。 而传播模型校正是 3G 无线网络规划的重要步骤，只有通过准确的模型我们才能预测 无线小区覆盖的半径、无线网络的容量和无线网络覆盖的盲区等。 移动通信的无线传播环境非常复杂，各个地区的地形地貌千差万别，这就决定了我们 不能用单一的传播模型去反映不同的无线环境。传播模型准确与否直接决定了无线网络规 划的可信度。一个相对精确的传播模型有助于合理估算基站的覆盖范围和预测网络的覆盖 状况， 从而准确估算满足网络覆盖目标所需的基站数量， 对于网络规划具有战略性的意义。 对于具有多业务特性的 WCDMA 网络而言，传播模型的准确与否更直接关系到系统性能 仿真的准确性，对系统性能的分析具有很大的影响。 本论文的主要内容是第二章基站与 负荷之间的关系，即业务预测、用户预测、业务模型等进行分析；第三章介绍了特定区域 的负荷统计与规划， 论述传播模型校正与网络规划的关系， TD-SCDMA 系统的两种规划方式， 以及网络规划的流程和主要内容，并说明传播模型校正对于网络规划的重要性；四章简述 了理路估算出来的基站分布与现实中比较；第五章结论对目前正在进行的 3G 络规划起到 积极的促进作用，具有很积极的意义。 1 金陵科技学院学士学位论文 第二章 基站与负荷之间的关系 2 基站与负荷之间的关系 2.1 用户预测 2.1.1 预测的方法对于用户的预测，可以采用以下方法： (1) 趋势外推法 趋势外推法是研究事物发展渐进过程的一种统计预测方法。当预测对象依时间变化呈 现某种上升或下降的趋势，并且无明显的季节波动，又能找到一条合适的函数曲线反映这 种变化趋势时，就可以时间为自变量，已时序数值（如用户数）为因变量，建立趋势模型， 它的主要优点是可以揭示事物发展的未来，并定量估计其功能特性。 (2) 回归预测法 回归预测法是根据两个或多个变量数据（如人均国内生产总值和移动电话用户数）所 呈现的趋势分布关系，采用适当的计算方法，找到他们之间特定的经验公式，然后根据其 中一个变量的变化，来预测另一个变量的发展

化。移动用户的多少与经济状况和个人收 入有很大关系，如用人均国内生产总值 GDP 来来衡量经济状况，将其作为回归自变量， 采用二次曲线来回归预测移动电话用户数。 二次曲线回归方程为： Y = 0.0004 X 2 ? 3.3587 X + 6825.2 其中，X 为某年人均 GDP，Y 为相应用户数。 (3) 普及率法 移动电话人口普及率预测法结合类比分析，找出类似城市发展的趋势来推及自身发展 的趋势。 (1) 2.1.2 预测的意义业务预测是网络规划设计的基础，主要是对用户的总量、类型和分布等进行预测。 TD-SCDMA 主要可以提供的 12.2kbit/s 语音及 64Kbit/s、 144Kbit/s 及 384Kbit/s 速率的 数据业务，将来还可以提供 2Mbit/s 甚至更高速率的数据业务。为了得到系统的容量目标， 需要对某个业务的各种业务的用户总量及在各种区域的分布情况、比例以及所能提供的各 种应用的比例情况进行预测。 由于本人仅仅是一个大学毕业生，受各种因素限制，论文中的数据仅做理论说明，与 实际生活的真实情况会有所不同，请勿追究，实际规划中这些数据应通过业务、市场分析 2 金陵科技学院学士学位论文 第二章 基站与负荷之间的关系 预测得到。 2.2 用户比例无线网络规划中的区域分类按照一定的规则对有效覆盖去进行划分和归类，不同区域 类型的覆盖区采用不同的设计

原则和服务等级， 以达到通信质量和建设成本的平衡，获 得最优的资源配置。 按照无线传播环境因素 一般可以划分为密集城区、一般城区、郊区和农村 4 种不同类型，具体分类情况可参 阅表 1。其中包括规划区域地形起伏、地貌信息、稀疏程度、密集分布等信息；对于郊区 或农村，还要给出山地河流分布、公路铁路分布、厂矿分布、村镇分布等信息。表 1 无线传播环境分类表 区域分类 密集城区 一般城区 郊区乡镇 农村 特征描述 周围建筑物平均高度大于 30m（10 层以上），周围建筑物平均楼距约 10~20m；一般在基站附近的建筑物较为密集，周围既有较多的 10 层以 上建筑物，也有部分 20 层左右的建筑物，周围边道不算太宽。 周围建筑物平均高度大于 15~30m（5~9 层），周围建筑物平均楼距约 10~20m；一般在基站附近的建筑物较为密集，周围主要以 9 层以下建 筑物为主，也可能有零星 9 层以上的建筑物，周围边道不算太宽。 城市边缘地区或乡镇中心区， 周围建筑物平均楼距约 10~15m （3~5 层） ； 一般在基站附近的建筑物比较均匀，周围既有较多的 3~4 层建筑物为 主，也可能零星有 4 层以上建筑物，建筑物之间有较宽的空间。 一般农村地区，周围建筑物平均高度 10m 以下，（1~2 层房子为主）， 周围建筑物散落分布，建筑物之间或周围有较大的面积开阔地。 区域划分的目的只是为规划设定一个范围，因此在设置时应尽量减小复杂性，即在划 分时尽可能的将环境相似的区域连成片，避免大量零散独立的分布。如果某一区域面积过 小，应考虑将其归为其他环境中，之后在假期特殊考虑。 根据不同的用户消费能力，可将用户划分为高端、中端、低端 3 类。这 3 类用户群表 现出的消费行为是各不相同的。其中，高端用户，定位为一些高收入者和企业及经理，可 以开展高速率接入业务，主要为信息查询以及移动金融业务；中端用户，定位为一般企业 用户和一些高收入者，主要开展信息查询以及移动娱乐和移动金融业务；低端用户定位为 中等收入人群以及在校学生，数据业务为主要以信息业务为主，同时开展一些移动游戏业 务。 3 金陵科技学院学士学位论文 第二章 基站与负荷之间的关系 基于业务类型的分布、业务发展策略以及区域内用户的动态分布、消费行为特征，一 般按业务分布的分类如表 2 所示。表 2 业务分类表 区域分类 A B 特征描述 此类区域位于高级写字楼密集的地区，是所在经济 区域内商务活动集中区，用户对移动动通信需求 大，对数据业务要求较高 工商业和贸易发达，交通和基础设施完善，城市化 比较高，人口密集，经济发展快，人均收入处于高 的地区。 业务分布特点 话务密集、业务速率 要求高、数据业务发 展的重点区域 话务量较高、业务速 率中等、有数据业务 需求 C D 工商业发展和城镇建设具有相当规模，各类数量较 话务量较低、提供低 多，交通便利，经济发展和人居收入处于中等水平 速或不提供数据业务 话务稀疏、建站目的 是解决覆盖、一般不 主要是山区和农村，经济发展相对落后 保证数据业务的质量 综合以上无线传播环境和业务分布进行分类，给出区域范围和大致面积描绘，参见表 3。表 3 对规划区域进行分类 区域分类 密集市区 A 密集市区 B 密集市区 C 普通市区 B 普通市区 C 郊区 C 农村 C 农村 D 高速公路、国道 省道、 重要客运铁路和主 要行道 一般公路、铁路和航道 按无线传播环 境 密集市区 密集市区 密集市区 普通市区 普通市区 郊区（乡镇） 农村 （开阔地） 农村 （开阔地） 农村 （开阔地） 农村 （开阔地） 农村 （开阔地） 按业务 分布 A B C B C C C D C D D 典型区域 特大成城市商业区等 商业中心、密集商住区 话务较低的城中村等 普通住宅，经济发达的 县城等 一般县城等 城乡结合部等 风景区等 农村等 4 金陵科技学院学士学位论文 第二章 基站与负荷之间的关系 2.3 业务模型 3GPP 协议，将系统中营运的业务根据不同的 QoS（Quality of Service，服务质量）指 标分为 4 个大类，即会话类（Conversational） 、流类（Streaming） 、交互（Interactive）和背 。 景类 （Background） 在 3GPP 协议 22.105 中举例说明了各类业务的典型应用和它们的 QoS 品质要求，表 4、表 5、表 6 是 3 个直接引资协议中的表格。表 4 终端用户对服务质量预期值——会话/实时业务 媒介 音频 视频 数据 数据 数据 应用示例 会话语音 可视电话 遥测-双向 控制 交互游戏 Telnet 对称性 双向 双向 双向 双向 双向 （非 对称） 关键性能参数和目标值 时延

信息丢 端到端的单程时延* 抖动 失率 推荐<150 ms 4~25 kbit/s <1ms <3%FER 限制<400 ms 推荐<150 ms 30~384 限制<400ms <1%FER kbit/s 口形话音同步<100ms 数据速率 <28.8kbit/s <1kByte/s <1kByte/s <250ms <250ms <250ms N.A N.A N.A 0 0 0 表 5 终端用户对服务质量预期值——交互类业务 媒介 应用示例 对称性 主要是 单向 主要是 单向 双向 主要是 数据 速率 4~13 kbit/s 关键性能参数和目标值 端到端的单 程时延* 回放时<1s 录音时<2ms <4s/page <1ms <3%FER 时延抖动 信息丢失率 音频 数据 数据 数据 话音消息 网页浏览 -HTML 交易业务-高优 先级， 比如 ATM E-mail N.A 0 <4s N.A 0 单向 <4s N.A 0 5 金陵科技学院学士学位论文 第二章 基站与负荷之间的关系 表 6 终端用户对服务质量预期值——流类业务 媒介 应用示例 话音， 话音多媒体混 合业务、 高质量音频 业务 电影剪辑、 实时视频 流 底层数据收发、 同步 信息 静态图像 对称性 数据速率 关键性能参数和目标值 端到端 信息丢 时延 的单程 失率 抖动 时延* <10s <10s <10s <10s <2s <2s N.A N.A <1%FER <2%FER 0 0 音频 数据 数据 数据 主要是 单向 主要是 单向 主要是 单向 主要是 单向 5~128 kbit/s 20~384kbit/s <384kbit/s 除了上面 3 个表格描述的 3 类业务外，还有一类是背景类业务。它主要是指在后台传 送数据的业务。这类业务没有延时指标要求，也没有延时抖动性的指标要求。它们通常要 求传送不出错。这一类的典型业务有传真、SMS、MMS、FTP、E-mail 等。它们对数据传 送的时延要求很低，通常在分钟这一级别上。 2.4 话务模型在移动通信网络规划时，通常给定或预计要达到的话务量、吞吐量和阻塞率，来计算 话务模型。 目前 TD-SCDMA 网络中存在的业务大致可分为两大类：话音业务和数据业务，它们 的业务呼叫模型有显著不同。 2.4.1 CS 业务话音呼叫的特点： 每一次呼叫就是一次话音接入与释放的过程； 每次通话过程中占用的资源内容不变。 话音业务模型和 IS95 系统的话音业务话务模型相同，主要有以下指标： （1） （2） （3） （4） （5） 平均业务会话时长，单位 s。 忙时平均会话时长。 用户平均话务量=平均业务时长×忙时会话次数/3600 ，单位为 Erl 业务速率，单位 bit/s。 激活因子：激活因子=实际业务平均速率/传输信道速率。 6 金陵科技学院学士学位论文 第二章 基站与负荷之间的关系 平衡因子：平衡因子=上行业务平均速率/下行业务平均速率，对于话音业务来说平衡因子 为 1。 CS 话务模型建立如图 1 所示，典型网络的话务模型因子如表 7 所示： 在移动通信中，话务量定义为一组信道内移动电话呼叫的集合，而此呼叫涉及呼叫时 呼叫时长 呼叫建立图 1 话音业务呼叫模型 表 7 典型网络的话务模型因子 呼叫释放 关键因子 话音业务 可视电话 ① ② 平均业务会话时长（s） 60 60 ③ 忙时平均会话次数 1.5 0.36④ 单用户平均话务量 （Erl） 0.025 0.006 12.2k 64k 业务速率（bit/s） 1 激活因子 0.5⑤ 平衡因子 1 1 ①、③：典型 2G 网络参数，单用户话务量在 0.02~0.03Erl 之间，这里取均值， 按照 0.025Erl 计算。 ②、④：可视电话话务模型来自于某运营商的 3G 网络规划。 ⑤：话音业务的激活因子业界一般按照 50%计算，这里也按照 50%计算 长和呼叫次数，通常定义为在一段时间内的呼叫时长乘以呼叫次数。在话务理论中，通常 考虑忙时的概念，所谓忙时，就是以小时作为时间单位。Erl 是衡量话务量的单位，简单的 说，0.5Erl 就是指在 1h 内，0.5 信道被占用在通话。 典型的蜂窝系统中，通常以 0.02 作为服务等级。记在系统负荷的高峰忙时，用户平均在 98%的时间内发现可用信道。 2.4.2 PS 业务数据业务主要有以下特点： ●休眠（Dormant）状态下与激活（Active）状态的转变； ●用户每一次业务使用可以有多次呼叫（Packet）建立； ●数据以突发（Date Burst）方式传输； ●Packet Call 的数据传输过程所占有的资源随着数据的突发随时变化； 数据业务主要参数指标 ●Packet size：该 PS 业务的每个数据传送包的大小，单位为 Byte。 ●下行单次业务平均流量，单位 kByte。 7 金陵科技学院学士学位论文 第二章 基站与负荷之间的关系 ●BHSA：忙时业务发生次数。 ●忙时单用户下行数据吞速率：忙时单用户下行数据吞吐速率=下行单次业务平均流 量*BHSA*1000*8/3600，单位 bit/s。 ●业务速率，单位 bit/s。 ●传输效率因子：数据业务的传输效率因子

=ηTCP/UDP*ηIP*ηRLC*ηPHY 其中η表示额外的协议开销。 ●●激活因子：数据业务的扩展激活因子接近 1。 由数据业务话务模型我们可以得到，数据业务的模型比较复杂，其业务特征主要取决 于以下因素： 服务内容；话务模型参数取值；运营策略（包括数据用户的比例，提空给用户的平均 传输速率等） ；用户行为（如业务申请比例） ；设备技术特点。 数据业务根据应用可以分成表 8 所示的多种业务类型。表8 数据业务类型带格式的: 项目符号和编号 格式的 业务类型 图铃下载 WAP 浏览 WWW 浏览 音频流 视频流 E-mail MMS 信息服务 业务特征 交互式业务 交互式业务 交互式业务 流业务 流业务 背景类业务 背景类业务 背景类业务 承载方式 64kbit/s/128kbit/s 64kbit/s/128kbit/s 64kbit/s/128kbit/s 64kbit/s/384kbit/s 64kbit/s/384kbit/s 64kbit/s/64kbit/s 64kbit/s/64kbit/s 64kbit/s/64kbit/s 在话务模型计算中，选择最典型的 6 类业务进行分析，在各种话务模型中，由于业界 对各业务的了解深度不同，有些业务可以给出所有的参数，有些则只能给出单次的平均流 量。对于给出单次的平均流量的业务，传输效率按照典型业务的传熟悉哦啊率计算，统计 得到过各种业务的关键因子如表 9 所示。 注：数据来源于某运营商的 3G 网络话务规划报告，关于 packet size，目前只有沃达风现网 的统计资料，下行平均包的大小是 1280Byte。 8 金陵科技学院学士学位论文 第二章 基站与负荷之间的关系 表 9 各种业务的关键因子 关键因子 Packet Size （Byte） 下行单次业务 平均流量（kB） BHSA 忙时单用户下 行数据吞吐速 率（bit/s） 传输效率因子 激活因子 平衡因子 图铃下 载 480 90 0.12 24 WAP 浏览 480 400 0.12 106.67 WWW 浏览 1500 1200 0.12 320 音频流 1500 640 0.08 113.78 视频流 1500 1152 0.08 204.8 E-mail 480 192 0.08 34.13 MMS 480 64 0.12 17.07 0.92 1 0.11 0.92 1 0.25 0.92 1 0.1 0.97 1 0.02 0.97 1 0.01 0.92 1 1 0.92 1 1 2.5 业务渗透率和用户密度所谓业务渗透率， 只开通该业务的用户在全部用户中所占的比例； 所谓网络用户密度， 在特点区域的单位面积（一般为每平方公里） ，特定运营商的用户数目。 3G 网络中的用户密度=该区域人口密度 × 移动业务渗透率 × 运营商市场占有率，不同区域、 不同时期的网络用户密度，业务渗透率也不同。因此，从区域角度来考虑我们可以将不同 地区分为密集城区、一般城区、郊区/乡镇、农村；从实践角度分析，可以把网络分成不同 的建设时期来分别进行业务分析与预测。 9 金陵科技学院学士学位论文 第三章 特定区域负荷统计与规划 3 特定区域负荷统计与规划 TD-SCDMA 系统是一个承载话音和数据多业务并存的系统。由于 CS 业务和 PS 业务 对资源的占有特性、业务量、占用资源以及 QoS 要求均不同，因此容量规划较为复杂。 蜂窝系统中，在基站扇区的覆盖范围内，接收端（基站或终端）应有足够的信号电平 来满足业务需求。一定传播环境下，小区的覆盖范围直接取决于收发端所允许的最大路径 损耗，而链路运算可确定无线链路的最大允许路径损耗。链路运算中的允许路径损耗可大 致用下列公式定性表示： 最大允许路径损耗=有效发射功率+接收增益—接收机灵敏度—余量 链路预算时，根据计算得到的最大路径损耗（MAPL） ，利用合适的传播模型，可得到 对应环境下基站覆盖半径。 根据规划域的无线传播环境，网络规划人员可以直接运用一些已有模型，或根据测试 数据校验正得到的模型，来预测传播损耗和基站的覆盖半径。覆盖估算要做到如下几步： (1) 确定链路预算中使用的传播模型； (2) 使用链路预算工具，在以获取的传播模型基础上，分别计算满足上下行覆盖要求 条件下各个区域的小企业半径； (3) 根据占星计算小区面积； (4) 用区域面积除以小区面积就得到所需要的基站个数。 3.1 传播模型 3.1.1 传播模型研究的意义无线传播模型的准确性对无线网络规划来说非常重要，这直接关系到规划结果和运营 商的投资是否比较经济合理。 由于与传播模型直接相关的是电波传播特性，所以必须留意无线电波的传播方式和无 线电波的衰落。 ●无线电波的传播方式主要是折射、直射、反射、透射和散射等； ●无线电波的衰落主要是瑞利衰落和阴影衰落。 对于传播模型的研究，传统上集中于给定范围内平均接收场强的预测和特定位置附近 场强变化。对于预测平均场强并用于估计无线覆盖范围的传播模型，由于他

们描述的是发 射机和接收机之间长距离的场强变化，所以被称为大尺度传播模型，下面就宏蜂窝的大尺 度传播模型进行分析介绍。 10 金陵科技学院学士学位论文 第三章 特定区域负荷统计与规划 3.1.2 Okumura-Hata 模型由于使用 Okumura 模型需要查找其给出的各种曲线， 不利于计算机的预测， Hata 模型 在 Okumura 大量测试数据的基础上用公式拟合得到了新的模型——Okumura-Hata 模型。 为求简化，HATA 在提出这个模型时做了下列 3 点假设： ●作为两个全向天线之间的传播损耗处理； ●作为准平滑地形而不是不规则地形处理； ●以城市市区的传播损耗公式作为标准，其他地区采用校正公式进行修正。 Okumura-Hata 模型适用的条件：

●f 为 150~1500MHz；不支持 TD-SCDMA 目前使用的 2G 频段。 ●基站天线有效高度 hb 为 30~200m。 ●移动台天线高度 hm 为 1~10m。 ●通信距离为 1~35km。

第三章 特定区域负荷统计与规划

K sp 为一般倾斜地形校正因子，如图 3 所示。 （a）正斜坡 +θ m （b）负斜坡 ?θ m 斜坡地形有可能产生第二次地面反射。在水平距离 d 2 > d1 时，图 1-15 中正负斜坡有可 能产生第二次地面反射。近似归纳斜坡地修正因子为： K sp = 0.008dθ ? 0.002dθ m 2 + 0.44θ m （11） θ m 以毫弧度为单位，是以动态与基站连线的剖面上，移动台前后一公里内地形 其中，图 3 斜坡地形校正因子示意图 高度的平均倾角（用最小二乘法） d 的单位为 km。 ； K im 为孤立山峰校正因子，这里使用刀刃绕射损耗来计算，虽然计算量稍大，但要准 确一些。绕射损耗计算如图 4 所示。 13 金陵科技学院学士学位论文 第三章 特定区域负荷统计与规划 图 4 绕射损耗计算图 先求出单个刀刃的 4 个参数， r1、 2、 1、 即 r h 工作波长λ； 用此 4 个参数计算新参数ν ： ν = hp 计算绕射损耗： 2?1 1 ? ? + ? λ ? r r2 ? (12) ?6.9 + 20 lg ν ? 0.1 2 + 1 +ν ? 0.1 ν > ?0.7 ( ) ? K im = ? (13) ?0 ν ≤ ?0.7 ? K s 为海（湖）混合校正因子，传播路径遇上水域十分两种情况考虑，如图 5 所示。 ( ) （a）陆地靠近基站 （b）水域靠近基站图 5 水域地形校正因子示意图 定义修正因子为： ?? ( ?7.0 / q + 0.68q ? 0.81q 2 d ) ? Ks = ? 2 ?? ( ?0.48qd + 9.6q ) ? q = d s / d ( % ) ；d s 其中 为剖面上全程水体的长度。 S (a) 为建筑密度校正因子，计算公式为： 陆地靠近基站 ( a ) 水域靠近基站 ( b ) (14) 14 金陵科技学院学士学位论文 第三章 特定区域负荷统计与规划 ?? ( 30 ? 25 lg a ) ? 2 ? S ( a ) = ?? ?15.6 ( lg ) + 0.19 lg a + 20 ? ??20 ? ( ) 5 < a ≤ 100 1< a ≤ 5 a ≤1 (15) a 为建筑物密度，以%表示。 各种修正因子的组合使用情况总体路损： L = Lb + K street ?0 ?Ks ?R ?K ? u ? ? + S ( a ) + ? h + K sp + ? K mr ? K im ?Q ?0 ? o ? ? Qr ? (16) 3.1.3 COST 231-Hata 模型 COST 231-Hata 模型的适用条件： ●使用频段 f ：1500~2000MHz； ●基站天线有效高度 hb 为 30~200m； ●移动台天线高度 hm 为 1~10m； ●通信距离为 1~20km。 基本传播损耗中值公式： (17) d 的单位为 km， f 的单位为 MHz； Lb城 为城市市区的基本传播损耗中值； hb 、 hm 其中，为基站、移动台天线有效高度，单位为 m；基站天线的有效高度计算：设基站天线离地面 h 的高度为 hs ，基站地面的海拔高度为 g ，移动台天线离地面的高度为 hm ，移动台所在位 h h = hs + hg ? hmg 置的地面海拔高度为 mg ，则基站台南县的有效高度 b ，移动台的有效高度为 Lb城 = 46.3+ 33.9lg f ?13.82lg hb + (44.9 ? 6.55lg hb )(lg d) ? a(hm) + Cm hm 。 a(hm ) 为移动台天线的有效高度修正因子， Cm 为城市修正因子， Cm = ? ?0dB ?3dB 树木密度适中的中等城市和郊区的中心 大城市中心 (18) 其他各种修正因子同 Okumura-Hata 模型。 综合考虑，本文选择 COST 231-Hata 模型作为链路预算的模型。 15 金陵科技学院学士学位论文 第三章 特定区域负荷统计与规划 3.2 覆盖的估算 3.2.1

TD-SCDMA 链路预算简单地说，链路预算是对一条通信链路上的各种损耗和增益的核算。 1 预算的定义 所谓链路预算，是通过对系统中上、下行信号传播途经各种影响因素的考察和分析， 对系统的覆盖能力进行估计，获得保持一定呼叫质量下链路所允许的最大传播损耗。 链路预算是覆盖规划的前提，通过计算业务的最大允许损耗，可以求一定传播模型下 小区的覆盖半径，从而确定满足连续覆盖条件下基站的规模。 TD-SCDMA 链路预算的特点如下： ●智能天线的使用在链路预算中带来了系统增益；

●干扰余量相对比较小，尤其是上行，这是因为采用了良好的干扰抑制技术；

●馈线损耗比较小，是因为 TD-SCDMA 中的馈缆指的是从塔放的输出到天线的输入 这一段跳线。

影响链路预算的因素很多，除了手机的发射功率，基站的接收灵敏度外，还有阴影余 ( E / N 0 ) 等，所以，链路预算也应该 量，建筑物的穿透损耗，业务的速率和业务解调门限 b 区分地理环境和业务种类进行。 2、链路的基本参数 （1）终端最大发射功率 目前，各终端厂商的设备，其话音业务和数据业务的终端最大发射功率为+24dBm。 （2）人体损耗 对手持机， 党委与使用者的腰部或肩部时， 接收的信号比天线离开人体几个波长要低， 一般语音业务取 3dB，数据业务取 0。 （3）UE 天线增益 一般取 0dBi。 （4）业务处理增益 CDMA 系扩频系统，计算处理增益就是计算扩频增益。 处理增益与扩频因子、编码方式、调节方式有关，各业务处理增益见表 9、表 10。 TD-SCDMA 系统的处理增益有 3 种计算方法：根据规范 3GPP TR25.928 附录 B 计算 处理增益、 根据基带处理计算处理增益、 根据时隙突发的结构， 考虑时隙内包含的 Midamble 码和时隙之间的 GP 计算处理增益，这不作具体介绍。 （5）目标载干比 目标在干比是智能天线收到的码片级载干比门限值。该值可以在实验室中测试得到。 16 金陵科技学院学士学位论文 第三章 特定区域负荷统计与规划 与信噪比有关的参数分别为：载干比（C/I） 、SIR（符号信噪比） b/N0（比特信噪比） 、E 。 根据 TD-SCDMA 系统调制、扩频与解扩、解调的关系（如图 8-3TD-SCDMA 基带过程所 示） ，得到如下公式： SIR = C / I + Q Q 是业务扩频增益，数值上等于 10lg（SF） ，即扩频因子 SF 的 dB 值。 ( Eb / N0 ) = C / I + G G 是业务处理增益。 图 6 TD-SCDMA 基带过程 因此，在链路预算中，如果已知 Eb/N0 和处理增益 G，就可以推算出来 C/I 来。 17 金陵科技学院学士学位论文 第三章 特定区域负荷统计与规划 表 9 上行链路业务解调门限表 业务 CS12.2 Eb / N0 C/I SIR 处理增益 Eb / N0 CS64k C/I SIR 处理增益 Eb / N0 PS64 C/I SIR 处理增益 Eb / N0 PS128 C/I SIR 处理增益 Eb / N0 PS384 C/I SIR 处理增益 Eb / N0 上行 城区 TU3km/h 郊区 TU3km/h 农村 TU3km/h -2 0 1.7 7 9 10.7 10.6 10.6 10.6 8.6 10.6 12.3 3.5 4.8 5.6 6.5 7.8 8.6 3.42 3.42 3.42 6.92 8.22 9.02 2.5 3.6 6.5 7.8 8.6 3.42 3.42 3.42 6.92 8.22 9.02 2.5 3.6 4.8 5.5 6.6 7.8 3.42 3.42 3.42 5.92 7.02 8.22 3.3 5 7.5 5.3 7 9.5 1.66 1.6 1.66 4.96 6.66 9.16 18 金陵科技学院学士学位论文 第三章 特定区域负荷统计与规划 表 10 下行链路业务解调门限表 业务 CS12.2 C/I SIR 处理增益 Eb / N 0 CS64k C/I SIR 处理增益 Eb / N 0 PS64 C/I SIR 处理增益 Eb / N 0 PS128 C/I SIR 处理增益 Eb / N 0 PS384 C/I SIR 处理增益 Eb / N 0 P-CCPCH C/I SIR 处理增益 Eb / N 0 S-CCPCH C/I SIR 处理增益 Eb / N 0 DwPTS C/I 下行 城区 TU3km/h 郊区 TU3km/h 农村 TU3km/h -4.5 -3 -1.8 7.5 9 10.2 13.6 13.6 13.6 9.1 10.6 11.8 -5 -3.2 -2.7 7 8.8 9.3 12.45 12.45 12.45 7.45 9.25 9.75 -6.2 -4.4 -4.7 5.8 7.6 7.3 12.45 12.45 12.45 6.25 8.05 7.75 -6.2 -4.4 -4.7 5.8 7.6 7.3 12.45 12.45 12.45 6.25 8.05 7.75 -5.2 -3.4 -1.5 6.8 8.6 10.5 11.66 11.66 11.66 6.46 8.26 10.16 -6.3 -3.2 0.3 5.7 8.8 12.3 13.8 13.8 13.8 7.5 10.6 14.1 0 3 5.5 12 15 17.5 11.6 11.6 11.6 11.6 14.6 17.1 -5.5 -2.5 -3 在表 9 和表 10 中， 是指多天线总的 C/I， C/I 而不是指每根天线的 C/I； CS12.2k、 CS64k 业务对应的 BLER=1%需要的参考解调门限 SIR;PS64k、PS128k、PS384k 业务对应的 BLER=5%需要的参考解调门限

SIR。 （6）天线增益 天线增益与天线的具体型号有关。 智能天线的阵元通常是按直线等距、 圆周等距排列， 每个阵元为全向天线。基站天线增益分两部分：但天线增益和多天线增益。对于 8 阵元智 19 金陵科技学院学士学位论文 第三章 特定区域负荷统计与规划 能天线，理论上，上行有 9dB 的分集增益，下行有 9dB 赋形增益。而实际增益则根据无线 环境和 UE 相对于天线平板位置而定。通常，线阵智能天线的赋形增益取 7~9dB，圆形智 能天线的赋形增益比线阵智能天线小。 （7）馈线损耗 馈线损耗指的是塔放与天线接口之间的损耗，它会降低接收机电平，从而对覆盖能力 产生影响。在 TD-SCDMA 系统中，TMB 放置在室外，馈线损耗指塔放输出至天线入口这 段损耗，一般取 0.5~1dB。 （8）基站噪声系数 接收机输出的信噪比不但与噪声功率有关，还与输入信号的信噪比有关。一般，系统 中都用噪声系数（Noise Figure）来表示系统的噪声性能。噪声系数计算示意如图 8-4 所示。 噪声系数通常被定义为网络输入端信号信噪比和网络输出端的信号信噪比之间的关系，值 越小说明该系统硬件的噪声控制越好，若以 dB 表示为： 10 lg = ( S / N )in ( S / N )out (19) ( S / N )in 是输入信噪比，( S / N )out 是输出信噪比，NA 是接收机所产生的噪声功率，KP 是设备的增益，显然有 N o = KP × Ni + NA ， So = KP × Si ， So / N o = Si / ( N i + NA / KP ) ,不难看出，信号经过该设备后信噪比发生了变化，这个变化量即为接收机的噪声系数。 一般基站噪声系数取 3.5dB，终端噪声系数取 7dB。 图 7 噪声系数计算示意图 （9）干扰余量 多用户发起业务后造成底噪抬升被称为干扰余量。传统的 CDMA 系统，小区负荷越 高，容量越大，干扰就越大，导致覆盖就越小。虽然 TD-SCDMA 系统由于采用了联合监 测和智能天线等技术，干扰余量较传统的 CDMA 系统而言比较小，但依然存在一定的小 区呼吸现象。为了在链路预算中体现这种效应，引入干扰余量的概念。 在 TD-SCDMA 中干扰余量的取值方法需要由仿真来确定， 根据单时隙不同用户数干扰 余量的仿真结果而得出不同的覆盖半径值。这里由于条件受限，只从相关资料上引入下表表 11 干扰余量表 下行 上行 下行 上行 下行 单时隙码 上行 道负荷 TU3km TU50km RA3km 25% 0.5 1 1 1.5 1.5 2 20 50% 0.8 1.3 1.5 1.7 1.7 2.3 75% 1 1.5 1.6 1.8 1.8 2.4 100% 1.2 1.8 1.8 2 2 2.5 金陵科技学院学士学位论文 第三章 特定区域负荷统计与规划 数值作为设计所用。（ 10）基站接收灵敏度 无线传输的接收灵敏度类似与人们沟通交谈时的听力，是指接收机输入端为保持所需 要的误帧而必须达到的功率；随着传输距离的增加，接收信号变弱，提高接收机的结婚搜 灵敏度可使设备更强的捕获弱信号的能力，基站的接收灵敏度与系统噪声、干扰、业务速 率和 E b / N 0 有关。不同的业务，其 BLER 目标值不同，所需要的 E b / N 0 也不同，再加上业 务速率以及干扰和噪声的影响，其所需要的基站端接收灵敏度也不同，最终导致不同的业 务有不同的覆盖范围。 基站接收灵敏度=总的有效噪声+干扰余量+上行目标载干比 （11）建筑物穿透损耗 建筑物的穿透损耗（BPL，Building Penetration Loss）与具体的建筑物类型、电波入射 角度有关。 在链路预算中假设穿透损耗服从对数正态分布， 用穿透损耗均质机标准差描述。 通过测量，2GHz 频段穿透损耗在不同介质时的参考值如表 12 所示。表 12 2GHz 频段穿透损耗参考值 材料类型 普通砖混隔墙（<30cm） 混凝土墙体 混凝土楼板 天花板管道 电梯箱体轿顶 木制家具 玻璃 损耗 10～15dB 20～30dB 25～30dB 1～8dB 30dB 3～6dB 5～8dB 在链路预算中，增加穿透损耗意味着缩小站间距，增加基站规模。虽然不同材质的建 筑物穿透损耗可以通过测试得到，但是在城区复杂的环境中，各种材质的墙面对无线信号 的吸收、反射、折射等综合作用，导致穿透的结果也有很大差异，这样会导致规模估算的 结果也存在很大的差异。因此，合理的做法就是在网络规划时对无线传播环境做准确的分 类，在对每种典型环境进行贵乎是选取一个固定的建筑物穿透损耗值，作为链路预算的参 数输入，使得覆盖区域内大部分建筑物内满足基本的室内覆盖指标。 网络规划中不通无线环境采用的穿透损耗值如表 13 所示：表 13 链路预算中建筑物穿透损耗 区域 密集市区 一般市区 郊区 农村 穿透损耗（dB） 18～20 13～15 10～12 6～8 21 金陵科技学院学士学位论文 第三章 特

定区域负荷统计与规划 （12）阴影衰落余量 所谓阴影衰落，是由于在电波传输路径上受到建筑物及山丘等的阻挡所产生的阴影效 应而形成的损耗。反映了中等范围内数百米波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗， 其变化率较慢又称为慢衰落。一般服从对数正态分布。 阴影衰落余量，为了克服衰落的变化，保证小区中通信的可靠性而预留出的余量，是 与一定的小区边缘通信概率要求和慢衰落标准相对应的，需要在链路预算中加以考虑。 通常认为，阴影衰落服从对数正态分布。根据阴影衰落方差和边缘覆盖率来要求，可 以得到所需的阴影衰落余量。 按照 75%边缘覆盖率进行链路预算， 取阴影衰落标准差 8dB， 这样就需要留出 5.4dB 的余量。 实际工程中，常常对面积覆盖效率也非常感兴趣。 第三章 特定区域负荷统计与规划 此外多小区连续覆盖，室外用户终端在多小区间切换，为阴影衰落余量带来一定的增 益。假设多小区阴影衰落相关性为 50，则 88%的边缘覆盖率、10dB 的阴影衰落标准差的 条件下，切换对抗性慢衰落的增益有 4.99dB；75%的边缘覆盖率、8dB 的阴影衰落标准差 的条件下，切换对抗慢衰落的增益有 3.62dB；69%的边缘覆盖率、7dB 的阴影衰落标准差 的条件下，切换对抗慢衰落的增益有 3.05dB。实际的室外用户阴影衰落余量值等于根据面 覆盖率、路损指数和阴影衰落标准差计算出来的阴影衰落余量减去切换对抗慢衰落的增益 值。 （13）功空余量（快衰落余量） 所谓快衰落余量，主要是指由于多径传播而产生的衰落。由于移动物体周围有许多散 射、反弹和折射体，引起信号的多径传输使到达的信号之间相互叠加，其合成信号幅度和 相位随移动台的运动表现为快速的起伏变化，他反应微观小范围内数十米波长量级接收电 平的均值变化而产生的损耗，其变化率比慢衰落快，故称他为快衰落，一般服从瑞利分布。 快衰落余量，也称功控余量。在 TD-SCDMA 中功率控制比较慢（TD-SCDMA 为 200 次/秒） ，所以认为 TD-SCDMA 即使在慢速的情况下，功率控制也跟不上快衰落变化，终 端的功率提升也比较低。一般认为的取值是：终端慢速移动条件下（通常在 50km/h 的移 动速度下）取 1dB，终端快速移动条件下（通常在 50km/h 及以上的移动速度下）取 0dB。 快慢摔落在链计算中体现为： 假设手机灵敏度是 AdBm,如果没有阻挡，没有多径衰落，即只有空间的衰落，自由空 间的损耗为 0dB,则基站需要发射的功率是 A+B(dBm)。 但实际上手机收到快慢衰落的影响，假设快衰落的损耗（即为功控余量）为 C dB，而 慢衰落的损耗（即为阴影衰落余量）为 D dB，那么基站就需要增加 C+D dB 的功率，即基 站的功率为 A+B+C+D (dBm)，才能满足手机灵敏度的需要。 3、上下行链路预算表 通常考虑充分利用 UE 的发射功率，不造成浪费，系统一般设计为上行首先的系统， 因此在进行链路预算的时候，秩序进行上行链路预算即可。 上行链路预算可考虑来年各个方面：增加允许路损和消耗允许路损公式如下。 允许的最大路径损耗（上行）=移动台最大发射功率+移动台天线增益+基站天线增益+ 赋形增益—人体损耗—移动台馈线损耗—基站馈线损耗—基站接收机噪声功率—基站接 收解调所需的 C/I—干扰余量—快衰落余量—阴影衰落—穿透损耗 下行链路预算，各业务码道的发射功率主要是根据上下行链路平衡及系统仿真确定 的。 允许的最大路径损耗（下行）=基站单码道发射功率+移动台天线增益+基站天线增益+ 赋形增益—人体损耗—移动台侧馈线损耗—基站侧馈线损耗—基站接收解调所需的 C/I— 干扰余量—快衰落余量—阴影衰落—穿透损耗。 按照论文前面的相关参数的取定方法与求解公式，可以归纳出不同缓和覆盖要求情况 23 金陵科技学院学士学位论文 第三章 特定区域负荷统计与规划 的上、下行链路预算的计算过程，如表 15、表 16 所示。表 15 上行链路预算表 项目 业务参数 业务速率 系统参数 工作频率 扩频带宽 Boltaman 常数 室温 T 移动台发射机 最大发射功率 天线增益 人体损耗 馈线损耗 等效发射功率 基站接收机 热噪声密度 接收机热噪声 系数 接收机噪声密 度 接收机噪声功 率 干扰余量 总的有效噪声+ 干扰 单位 符号 项目 处理增益 A 所需 E b / N 0 接收机灵敏 度 单位 dB dB dBm dBi dBi dBi dB dB dB 符号 P Q R=Q-P+O S1(全向） S2（定向） T U1(全向）=S1+T U2（定向）=S2+T V W PL1(全 向)=I+U1-V-W-R PL2(定

向)=I+U2-V-W-R X Y Z PLmax1=PL1-X-Z （室内全向） PLmax2=PL2-X-Z （室内定向） PLmax3=PL1-X-Z （室外全向） PLmax4=PL2-X-Z （室外定向） kbit/s MHz MHz W/(Hz ×K) K dBm dBi dB dB dBm dBm/Hz dB dBm/Hz dBm dB dBm B C D T0 E F G H 天线增益 赋形增益 天线增益+赋 行形 馈线损耗 其他参数 快衰落余量 路径损耗 I=E+F-G-H J K L=J+K M=L+60+ （C） N O=M+N 允许最大路 径损耗 阴影衰落 车内损耗 穿透损耗 dB dB dB dB dB 24 金陵科技学院学士学位论文 第三章 特定区域负荷统计与规划 表 16 下行链路预算表 项目 速率 系统参数 工作频率 扩频带宽 Boltaman 常数 室温 T 基站发射机 单码道发射 功率 天线增益 赋形增益 天线增益+ 赋行形 馈线损耗 等效发射功 率 单位 kbit/s MHz MHz W/(Hz ×K) K dBm dBi dBi dBi dB dBm dBm 符号 A B C D T0 E S1(全向） S2（定向） T U1(全向） =S1+T U2（定向） =S2+T V I1=E+U1-V I2=E+U2-V 项目 接收机噪声功率 干扰余量 总有效噪声+干 扰 处理增益 所需 Eb / N 0 接收机灵敏度 天线增益 人体损耗 馈线损耗 其他参数 快衰落余量 路径损耗 单位 dBm dB dBm dB dB dBm dBi dB dB dB dB dB 符号 M=L+60+? N O=M+N P Q R=Q-P+O F G H W PL1(全 向)=I+U1-V-W-R PL2(定 向)=I+U2-V-W-R X Y Z PLmax1=PL1-X-Z （室内全向） PLmax2=PL2-X-Z （室内定向） PLmax3=PL1-X-Z （室外全向） PLmax4=PL2-X-Z （室外定向） 阴影衰落 车内损耗 穿透损耗 dB dB dB 移动台接收机 热噪声密度 接收机热噪 声系数 接收机噪声 密度 dBm/Hz dBm dBm/Hz J K L=J+K 允许最大路径损 耗 dB 需要注意的是，链路预算要结合实际。 注： ◆干扰余量：根据信道环境和单时隙的容量，取值不同； ◆上行目标载干比：根据信道环境和不同业务，取值不同； ◆阴影衰落余量：根据路损指数和覆盖概率要求，取值不同； ◆功控余量：根据信道环境，取值不同。 25 金陵科技学院学士学位论文 第三章 特定区域负荷统计与规划 3.2.1 站型与覆盖面积的关系前面已经将相关参数做了具体分析，并得到相应的求解方法，在规划估算中，根据广 播信道水平波瓣宽度的不同， 常用的定向占有水平 3dB 波瓣宽度为 65°和 90°两种， 8 图 和表 17 标识的是不同站型扇区半径合计占面积的计算示意。 全向站型 全向站型 定向站型（65°，三扇区） 定向站型 （90°， 三扇区） 定向站型（65°，三扇区） 定向站型 （90°， 三扇区）图 8 常用站型图示 一般情况下， 在密集城区和一般城区大多采用广播信道水平 3dB 波瓣 65°的三扇区定 向基站来计算， 郊区、 农村大多采用广播信道水平 3dB 波瓣 90°的三扇区定向基站来计算。 因此在做基站面积计算的时候，可以按照这样的原则来进行估算。 本设计规划的是一般城区， 故采用广播信道水平 3dB 波瓣 60°的三扇区定向基站来计 算。 结合前文的规划参数、公式、数据等，对覆盖估算进行具体数据的计算，具体参数计 算接见表 17。 表 17 站型与面积的关系示意表 全向站 站间距 面积 定向站广播信道 定向站（广播信 65°，三扇区 道 90°， 三扇区 D=1.5 S=1.95R 2 D = 3R S=2.6R 2 D = 3R S=2.6R 2 26 金陵科技学院学士学位论文 第三章 特定区域负荷统计与规划 3.2.2 基站数目的确定 表 18 链路预算参数详表 项目 业务速率 工作频率 扩频带宽 波尔兹曼常数 室温 最大发射功率 终端天线增益 人体损耗 等效全向发射功率 EIRP 热噪声功率谱密度 热噪声功率 接收机噪声系数 接收机噪声功率 单时隙负载 单时隙负载干扰余量 比特速率 处理增益 C/I 接收机灵敏度 基站天线增益 智能天线分集增益 馈线和接头损耗 覆盖面积通信概率 覆盖区边缘通信概率 标准偏差 阴影衰落余量/慢衰落储备 功控余量/快衰落储备 切换对抗快衰落增益 切换对抗慢衰落增益 建筑物穿透损耗 储备总计（室外） 储备总计（室内） 最大允许路损（室外） 最大允许路损（室内） 27 单位 bit/s MHz MHz W/(Hz×K) K dBm dBi DB dBm DBm/Hz dBm DB dBm % DB kbit/s NA dB dB dBm dBi dBi dB % % dB dB dB dB dB dB dB dB dB dB 系统 参数 发射端 接 收 端 储 备 路损 TD-SCDMA 可视电话 话音业务 业务 12.2k CS64k 2000.00 2000 1.28 1.28 1.38E-23 1.38E-23 290.00 290.00 24.00 24.00 0.00 0.00 3.00 0.00 21.00 24.00 -173.98 -173.98 -112.90 -112.90 3.50 3.50 -109.40 -109.40 75% 75% 1.00 1.00 10.62 64.00 9.42 3.42 -1.20 9.72 -109.60

6.30 -1.20 -102.10 15.00 15.00 7.50 7.50 0.50 0.50 95% 95% 88% 88% 10.00 10.00 11.60 11.60 1.00 1.00 0.00 0.00 4.99 4.99 13.00 13.00 7.61 7.61 20.61 20.61 149.99 140.49 131.99 127.49 金陵科技学院学士学位论文 第三章 特定区域负荷统计与规划 通过覆盖预算的估算方法，结合链路预算详表，推导出指定区域的基站规模。具体计 算结果见表 19。表 19 覆盖估算表 所属类型 一般城区 单站覆盖半径 （km） 0.4708 单站覆盖面积 （km2） 0.4323 规划区域总面积 需要基站数 （km2） 52.697 122 3.3 容量的估算 TD-SCDMA 系统是一个承载话音和数据多业务并存的系统。由于 CS 业务和 PS 业务 对资源的占有特性、业务量、占用资源以及 QoS 要求均不同，因此容量规划较为复杂，对 小区容量的估算不能简单沿用纯话音网络中对小区容量的估算方法。原有用于单一业务规 划的方法不再适用。目前业界关于混合业务容量估算方法有几种方法，分别是等效 Erl 法、 Post Erlang-B 法、Campbell 方法、KR 迭代方法等。下面将对每个方法的优缺点进行分析。 3.3.1 Equivalent Erlang 方法 1．Equivalent Erlang 的方法基本原理是将一种业务等效成另一种业务，并计算等效后 的总话务量（Erl） ，然后计算满足此话务量所需的信道数。 2．Equivalent Erlang 方法的局限性 假设业务 A 和业务 B 是网络提供的两种业务，其中， 业务 A：每个连接占用 1 个信道资源，有 12Erl 的业务 A； 业务 B：每个连接占用 3 个信道资源，有 6Erl 的业务 B。 根据各种业务占用的信道资源比例，可以将 1Erl 业务 B 等效为 3Erl 业务 A，则网络 中总业务量为 12+6 × 3=3Erl（业务 A） 。查询 Erlang B 表，可知在 2%的阻塞率下，共需要 39 个信道资源。 根据每种业务占用资源的比例，也可以将 3Erl 业务 A 等效为 1Erl 业务 B，则网络中 总业务量为 12/3+6=10Erl（业务 B） 。查询 Erlang B 表，可知在 2%的阻塞率下，共需要 17 个业务 B 信道（相当于 17 × 3=51 各业务 A 信道） 。 从上面的假设可以看出，Equivalent Erlang 方法的计算结果与计算采用的等效方式有 关，前中等效方式计算出的结果偏小（39 个信道） ，过于乐观；后种等效方式计算出的结 果偏大（51 个信道） ，过于悲观，如图 9 所示。 28 金陵科技学院学士学位论文 第三章 特定区域负荷统计与规划 图 9 等效爱尔兰法 等效 Erlang 方法计算混合业务的缺点是：当等效为不同的业务时，计算结果所需的信 道资源数是不一样的。 3.3.2 Post Erlang-B 方法 1． Post Erlang-B 方法基本原理是先分别计算出每种业务满足容量所需的信道数， 再将 信道进行等效相加， ，得出满足混合业务容量的信道数。 在 TD-SCDMA 系统中，一个信道就是载波、时隙、扩频码的组合，也叫一个资源单 位。其中一个时隙内由一个 16 位扩频码划分的信道是最基本的资源单位，即 BRU。一个 信道占用的 BRU 个数是不一样的， 一个使用扩频因子 （SF） 8 的业务， 为 则占用两个 BRU， 而一个载波下，所能提供的最大个数是固定的，因此，在 TD-SCDMA 中确定了所需的信 道个数并不能确定具体的小区数量，要确定小区数量，必须确定 BRU 的需求量。 2．Post Erlang-B 局限性 假设业务 A 和业务 B 是网络提供的两种业务，其中， 业务 A：每个连接占用 1 个信道资源，有 12Erl 的业务 A； 业务 B：每个连接占用 3 个信道资源，有 6Erl 的业务 B。 查询 Erlang B 表，可知在 2%的阻塞率下，满足业务 A 的业务量（12Erl）共需要 19 个信道。 查询 Erlang B 表，可知在 2%的阻塞率下，满足业务 B 的业务量（6Erl）共需要 12 个 业务 B 信道（相当于 12 × 3=36 个业务 A 信道） 。 两种业务共需要 19+36=55 个信道资源。 但是，根据 Post Erlang-B 方法计算下面一种特殊情况下的网络容量。 假设业务 A 和业务 B 是同一种业务，其中，业务 A 每个连接占用 1 个信道资源，有 29 金陵科技学院学士学位论文 第三章 特定区域负荷统计与规划 12Erl；业务 B 每个连接占用 3 个信道资源，有 6Erl。查询 Erlang B 表可知在 2%的阻塞率 下，满足业务 A 的业务量（12Erl）共需要 19 个信道；查询 Erlang B 表，可知在 2%的阻 塞率下，满足业务 B 的业务量（6Erl）共需要 12 个信道。 业务 A 和业务 B 共需要 19+12=31 个信道资源。 因为业务 A 和业务 B 实际上是同一种业务，该业务的总业务量为 12+6=18Erl。按照 目前已知的但业务情况下的荣来那个计算方法，查询

Erlang B，可知在 2%的阻塞率下，满 足业务量需求共需要 26 个信道。这个结果显然是正确的。 从上诉分析可以看出，Post Erlang-B 方法的计算结果过于悲观（31>26） 。其原因是信 道资源实际是在业务之间共享的， Post Erlang-B 方法人为地隔离了业务使用的信道资源， 但 其实是降低了基站信道资源的利用率，如图 10 所示。 图 10 后爱尔兰法 3.3.3 基于 Campbell 理论的估算方法 Campbell 容量估算方法是在 3G 混合业务容量规划中提出。该方法在本质上通过将不 同业务对系统负荷产生的影响等效为多个话音信道对系统负荷产生的影响，可以计算出混 合业务条件下小区的复合信道数和负荷爱尔兰数，并在此基础上进行容量法规模估算。该 种方法仍然是基于 Campbell 理论的，因此称为 Campbell 容量估算方法。 1. Campbell 方法基本原理 Campbell 方法的基本原理是将所有业务按照一定原则等效成一种虚拟业务，并计算此 虚拟业务的总话务量，然后计算满足此话务量所需的虚拟信道数，进而折算出满足网络容 30 金陵科技学院学士学位论文 第三章 特定区域负荷统计与规划 量的的实际信道数。通过将不同业务对系统负荷产生的影响等效为多个话音信道对系统负 荷产生的影响，可以计算书混合业务下单小区的复合信道数和复合爱尔兰数，并在此基础 上进行容量规模估算。 系统的业务特征是上下行的不对称性。 3G 下行业务的业务量高于上 行业务量。TD-SCDMA 系统是时分系统，上行和下行业务占用的时隙可以不同。Campbell 模型的等效原理如下： erl a v ∑ i i c= = i α ∑ erli ai i 2 (25) OfferedTraffic = Capacity = α c (26) (27) Ci ? ai c 式中，c 是容量因子；v 是混合业务方法差；α 是混合业务均值；ai 是业务 i 的等效强 度 （或称为业务 i 的幅度因子）在 WCDMA 中是考虑吞吐速率和 Eb/N0 的， ， TD-SCDMA 用 BRU 表征强度就可以； i 是业务 i 要的信道数； C OfferedTraffic 是虚拟业务的业务量； Capacity 是满足虚拟业务量需要的虚拟信道数。 因为各地区每种业务的总业务量已由话务模型导出，根据 （1） 首先得到规划区域各种业务总业务强度 Erl； （2） 根据各种业务占用的 BRU 资源，确定业务的幅度因子 amplitude； （3） 计算混合业务的业务量均值：mean=∑Erl×amplitude； （4） 计算混合业务的业务量方差：variance=∑Erl×amplitude2； （5） 计算容量因子：c=variance/mean； （6） 计算规划区域内总的复合业务量：composite Erl=mean/c； （7） 通过载波、时隙分配方式、单时隙用户数，确定单小区可提供的话音信道数， 运用公式 composite capacity=（requirement-amplitude）/c 得到但小区可提供的 复合信道数，再查 Erlang B 表得到单小区的复合业务量； （8） 用总的复合业务量除以单小区可提供的复合业务量得到小区数。 2 . Campbell 方法的局限性分析 Campbell 方法将所有业务统一作为电路域业务进行等效， 并运用 Erlang-B 模型进行分 析计算。 而实际上， 分组域数据业务的特性和电路域业务截然不同， 而且也不符合 Erlang-B 模型成立的条件，因此这种等效方法本身就存在缺陷，体现在： ●没有考虑各业务阻塞率的差别，而认为所有业务的阻塞率都相同； ●虚拟业务与各业务之间的等效关系不够精确。 事实上，Campbell 方法对 CS 域的数据业务和话音业务混合系统的估算是合适的，而 31 理论，可以求得在特定话 务模型下满足地区容量需求所需的基站数，起计算步骤为： 金陵科技学院学士学位论文 第三章 特定区域负荷统计与规划 对存在 PS 域的数据业务则不合适。对于 PS 域业务比例较大的网络，用 Campbell 定理估 算的结果将会和实际的网络需求有出入。定性的分析如下，因为 PS 域的数据业务通常为 对于时延的要求较宽，它在网络负荷大时可能会传得“较慢” ，即激活因子会变小，这样 算出的单用户的虚拟业务话务量和系统提供的虚拟信道数都会按同样的比例变大，这是估 算变得不准确。 综上所述，在 UMTS 无线网络规划时，对于 CS 域业务（包括话音和数据）占有较大 比例的混合业务系统，用 Campbell 订立估算网络容量是合适的；而对于 PS 域业务占有较 大比例时，该方法估算的结果会和实际中的网络要求有较大的出入。 3.3.4 KR 迭代容量估算方法与 WCDMA 系统相比，TD-SCDMA 系统有自身特点。TD-SCDMA 是一个时分系统， ；而且，TD-SCDMA 系统采用了 每个时隙上可承载的用户数较少（最多为 8 个话音用户） 智能

天线和联合检测等新技术。理论上和仿真均证明了 TD-SCDMA 系统上下行都不是干 扰受限的。因此，WCDMA 系统中容量为干扰受限的思想，在 TD-SCDMA 系统中不宰适 用，而更多的是从上行考虑码资源受限，下行考虑基站发射功率受限的方面去估算容量。 在网络估算时，须在覆盖（链路预算）与容量、上行与下行之间进行平衡。因而，从容量 估算的角度，下行为基站发射功率受限的情况可以归并到链路预算的覆盖受限进行估算。 KR 迭代容量估算方法是基于 Stochastic Knapsack 模型，采用 Kaufman-Roberts 迭代算 法来实现的。 1. KR 迭代荣来那个估算方法基本原理 （1） BRU 折算 在 TD-SCDMA 系统的容量估算中 ，上下行均可以只 考虑马资源受限的 情况。 TD-SCDMA 系统需要同时支持多种业务， 典型的业务速率以及各业务所需嘛资源如表 20 所示。表 20 典型业务速率、所需码资源 业务速率 AMR12.2bit/s CS64bit/s PS64bit/s PS128bit/s PS384bit/s 所需码资源 SF16×2 SF16×8 SF16×8 SF1×1 SF1×3 等效 AMR12.bit/s 用户个数资源 1 4 4 8 24 （2） 业务质量 在估算系统容量时，处所需要考虑各业务所需要的码资源外，还需考虑各业务的 32 金陵科技学院学士学位论文 第三章 特定区域负荷统计与规划 业务质量要求。 无线信道呼叫阻塞率是指由于 BRU 被占用而不能接续的呼叫次数占总呼叫次数 的百分比。 从网络规划的角度，CS 业务的业务质量要求比较明确，主要体现在 GoS 上，即 各 CS 业务的阻塞率概率，比如 AMR12.2kbit/s 的 GoS 要求为 2%；对于 PS 业务的业 务 GoS 要求，通常为 5%~10%。将 PS 业务的吞吐量转换为话务量的公式： Erlang j = 单用户忙时吞吐量 j 业务承载速率 j × 激活因子 j × 3600 (28) 其中，单用户忙时吞吐有话务模型得到。 （3） Stochastic Knapsack 模型 “Stochastic Knapsack”可以理解为多业务用户在系统中的状态是离散时间随机过程 的，而网络允许的资源可看作是个 Knapsack。Stochastic Knapsack 算法解决的问题是，在 这个容量有限的 Knapsack 中， 若有多种业务的用户接入， 则计算各种业务的阻塞概率便是 混合业务容量估算的数理模型。 Kaufman-Roberts 迭代公式： k c ? G (c ) = ∑a k =1 k ? bk ? g ( c ? bk ) (29) 初始值：c=0 时，G（c）=1；c<0 时，G（c）=0。 业务 k 阻塞概率为： Blocking Pr ob = c = C ? bk +1 C c=0 ∑ C G (c ) (30) ∑ G (c ) 上式中的 G（c）是系统容量为 c 时的概率，分母表示状态空间中所有点的概率和，分 子表示会产生阻塞的点的概率和，两者相除就得到归一化的阻塞概率。 3.3.5 混合业务容量估算参数根据链路预算，得到某规划区域的覆盖结果如表 21，该区域的上下行业务量见表 22 和表 23。 表 21 KR 估算——覆盖估算结果 所属类型 一般城区 单站覆盖半径 （km） 0.4708 单站覆盖面积 （km2） 0.4323 33 规划区域总面积 需要基站数 （km2） 52.697 122 金陵科技学院学士学位论文 第三章 特定区域负荷统计与规划 表 22 KR 估算——规划区域上行业务量 业务量 一般城区 CS12.2(Erl） 2200.00 CS64(Erl） 33.00 PS64/64(Erl） 19.84 PS64/128(Erl） 14.78 PS64/384(Erl） 0.53 表 23 KR 估算——规划区域下行业务量 业务量 一般城区 CS12.3(Erl） 2200.00 CS65(Erl） 33.00 PS64/64(Erl） 23.53 PS64/128(Erl） 47.22 PS64/384(Erl） 6.20 3.3.6 基站规模的确定通过容量估算中的 KR 估算得到的估算结果见表 24。表 24 混合业务的 KR 估算结果 链路方向 上行 下行 扇区数 366 366 基站数 122 122 所需载波数 1 2 码道负荷 58% 63% 综合覆盖估算与容量估算章节的分析，最终理论确定基站的数目为 122 个。 34 金陵科技学院学士学位论文 第四章 基站规划的应用 4 基站规划的应用根据现实建网经验，理论规划出的基站数会比现实中少一定的数量，在规划的基础上 进行优化，并对特定区域的基站数据进行 DT 测试，并将测得结果导入向相应的工具中得 到相应的基站分布图。 网络优化工作涉及到移动通信网络的各个方面，贯穿于网络规划、工程建设及日常维 护等各项工作中，因此网络优化工程师需要较全面的基础理论知识和专业技术知识，在优 化过程中需对网络运行质量分析、网络性能分析、统计数据采集分析、测试数据分析及各 类系统参数的检查，还要针对用户申告投诉的现象汇总分析以及各类故障处理、追踪测试 等等，然后结合现有的网络结构和移动通信网络诸多不确定的因素，制定出

交换、无线网 络优化调整的方案，进行频率规划和数据检查、修改等调整措施。若确保网络运行质量和 性能的稳定及平稳提高，应在实现网络优化工作日常化的前提下，时时地观测网络运行状 态和随业务发展的动态变化，根据不同情况进行处理，不断调整参数并兼顾其它指标，作 到调整--观测--调整，使网络始终保持一种动态平衡，运行在最佳状态，应提倡网络优化 规范化，数据分析系统化，调整测试条理化，实现网络优化与各项工作共同形成对于网络 质量的闭环管理。 结合规划区域的情况： （1）弱覆盖 由图 11 的路测结果可看到，某基站覆盖半径只有 250 米，与周围基站无法形成连续覆 盖，造成覆盖区域内有大片的空洞（图中红色区域） 。根据系统链路预算，室外覆盖半径 应该在 400-500 米左右，与实际情况有较大差异。 图 11 弱覆盖优化前 35 金陵科技学院学士学位论文 第四章 基站规划的应用 从路测数据分析，覆盖区域内信号强度衰落过快。在距离天线 200 米处 P-CCPCH 信号 电平为-75dBm，到 300 米处 P-CCPCH 信号电平快速衰落到-100dBm，可能与天线下倾角设 置有关。 天线下倾角规划为 5 度，经实地检查发现由于天线挂扣松脱的制作工艺问题，使天线 实际下倾角只有 8 度，造成覆盖半径过小。更换部件后，覆盖半径达到 600 米，与系统仿 真结果基本吻合 （2）邻区漏配 由图 13 的路测结果可以发现，其中区域，在区域内可以连续覆盖（参见图 12） 。 图 12 弱覆盖优化后 图 13 是邻区优化前的小区示意图。 图 13 邻区优化前 36 金陵科技学院学士学位论文 第四章 基站规划的应用 3）弱覆盖、强干扰。 从图 14 的拉线图（路测点与服务小区的连线图）可以看到，区域 3 由扰码为 45 的小 区越区覆盖。经过查找终端上报的邻区列表，始终没有扰码为 25 和 112 的小区，因此怀 疑是扰码为 45 的小区的邻区关系表中漏配了 25 和 112 这两个小区。 再去查看邻区关系表， 图 14 邻区优化前拉线图 果然漏配，将 25 和 112 加入 45 小区的临区列表，即可解决图 6 中区域 3 的强干扰问题。 ●扰码优化 如图 15 所示，基站 1 与基站 3 都有一个扰码为 2 的小区，站间距只有 1.2 公里，且基 站 1 与基站 3 之间只隔了一个基站 2。在扰码规划阶段，认为基站 1 与基站 3 不存在临小 区，所以使用了相同的码字。 但是，在实际的路测中却发现，由于基站 2 的 3 扇有高大建筑物遮挡，到达区域 1 的 图 15 优码优化 37 金陵科技学院学士学位论文 第四章 基站规划的应用 信号强度很弱，反而是基站 1 与基站 3 的信号比较强。这样就造成了在区域 1 存在同码字 的干扰，系统在此处解调失败。 优化方案： 重新进行扰码规划，站间距在 2 米以内的基站都避免使用相同的码字，而不管是否是 相邻的基站。优化后没有再次出现扰码干扰的情况。 ●天线朝向的优化 在正常的无线环境下，天线的主瓣方向要避免正对高大建筑物，尤其是玻璃幕墙外立 面。玻璃幕墙会对无线电波产生很强的反射效应，造成背向覆盖、越区覆盖等。天线的主 瓣要避免打向对面的建筑物，尽量避开。 ●天线背向覆盖优化一 扰码为 18 的 3 扇主瓣的覆盖距离只有 343 米，而背瓣却有 289 米。在距离天线 289 米的背瓣方向，信号场强依然大于-75dBm，这严重干扰了 1 扇的主瓣方向。 优化方案： 减小 3 扇天线的发射功率，并减小下倾角。优化后路测图如图 11，减小了背瓣的覆盖 距离为 133 米，同时加大了主瓣的覆盖距离为 387 米，结果比较理想。 优化过程中，不要拘泥于是否是背向覆盖，有时背向覆盖也是可以利用的。但是这种 方法只是临时的权宜之计，当条件具备之后还是要通过加站来解决。 ●切换区的优化 切换区位于基站覆盖的边缘，信号不会很强。如果同时切换区又位于街道的拐弯处或 十字路口，切换区就会成为掉话的高发区。 在路口的两边，信号通常会差 20dB 左右，如果同时又进行切换，会造成本小区与目 标小区都低于切换门限，造成切换失败。 因此在优化过程中，要尽量使切换区避开街道的拐弯处或十字路口。可通过减小发射 功率、更改天线方位角或下倾角来前后移动切换区，使切换区位于直路上，这样在切换前 后本小区与目标小区的信号强度变化不会太大。 在进过对强干扰、弱覆盖、越区覆盖、导频污染、频繁切换和异常切换、邻区漏配或 错配等进行网络优化后，对基站的数目位置等进行最终的确定！ 根据当地 DT 测试数据可知 52.697km2 内现有 163 个基站，而规划的基站数为 122 个 与规划相差不大，满足设

计要求。 38 金陵科技学院学士学位论文 第四章 基站规划的应用 通过 DT 数据得到的最终基站分布图如图 16 所示。 图 16 某地基站分布图 39 金陵科技学院学士学位论文 第五章 结束语 5 结束语 伴随着 3G 时代的到来，基于视频用户的移动通信基站负荷设计是一项复杂浩大的工 程，由于 3G 业务的多样性和 3G 系统本身的许多新特点，如小区呼吸等特点，它的设计复 杂度远远大于 GSM 二代移动系统的规划。在基于视频用户的移动通信基站负荷设计中，需 要每个区域的实际传播地图和营运商对业务的充分估计、规划工具和选择基站位置及网络 的参数，详细规划后还需要分析每个下区的容量和覆盖。在 3G 无线系统中，每个用户影 响其他用户并引起他们发射功率的变化，这些变化本身再次引起变化等。因此，整个预测 过程需要迭代进行，直到发射功率达到稳定值。移动速率、多径信道分布和所用业务的比 特率、类型也比二代 TDMA/FDMA 系统中所起作用重要。 此外，在 3G 无线系统中，上行链 路和下行链路的快速功控中包括软/更软切换和正交下行信道，他们也影响系统性能。另 外，在 3G 无线系统中，基站的灵敏度依赖于用户数和所有小区中采用的比特率。通过本 文的研究， 对 TD-SCDMA 移动通信网络这一个动态的多维系统，在对实际环境的不断变化 以及语音、数据业务和用户的快速增长，会造成网络局部区域覆盖变差、网络性能下降， 因此对网络规划完毕后，还要进行相关监测工作及网络优化工作都会随着网络的发展循序 渐进地进行，这些工作不可能一蹴而就，也不可能一次就完成所有的优化工作。 网络规划、优化工作就是理论的分析、设计，根据第二代移动通信的业务参数、用户 参数不断地完善设计，在此基础上进而不断监视网络的各项技术数据和不断的路测，根据 发现的问题，通过对设备、参数的调整，使网络的性能指标达到最佳状态，最大限度地发 挥网络能力，提高网络的平均服务质量。 40 金陵科技学院学士学位论文 参考文献 参考文献 [1] 李世鹤.TD-SCDMA 第三代移动通信系统标准[M].1 版.北京：人民邮电出版社， 2003. [2] 彭木根，王文博，等.TD-SCDMA 移动通信系统[M].1 版.北京：机械工业出版社， 2007. [3] 张长钢，等.WCDMA 无线网络规划原理与实践[M].1 版.北京：人民邮电出版社， 2005. [4] 杨大成，等.移动传播环境[M].1 版.北京：机械工业出版社，2003. [5] 中兴通讯股份有限公司.CDMA 网络规划与优化[M].1 版.北京：电子工业出版社， 2005. [6] 朱东照，罗建迪，汪丁鼎，等.TD-SCDMA 无线网络规划与设计[M]1.版.北京：人 民邮电出版社，2007. [7] 维特比 AJ.CDMA 扩频通信原理[M].李世鹤，鲍刚，彭容，等译. 北京：人民邮电 出版社，1997. [8] 潘峰.WCDMA 无线网混合业务通信原理规划方法[J].世界电信，2005(2):29~32. [9] 黄志勇.TD-SCDMA 系统容量规划研究[J].邮电设计技术，2006(2):12~15. [10] 梅琼，吴晓峰.TD-SCDMA/无线网规要点对比分析[J].电信工程技术与标准化， 2007(3):38~45. [11] 金 宏 彬 ， 周 胜 ， 李 秋 中 .2G/3G 互 操 作 参 数 优 化 初 步 探 讨 [J]. 移 动 通 信 ， 2007(5):15~18. [12] 冯燕.TD-SCDMA R4 版本核心网网络建设规划关键问题的研究[J].中国多媒体通 信，2006(7):20~22. [13] 杨林.吉林移动核心网组网方案[J].电信工程技术与标准化，2006(3):83~86. [14] 陶 志 强 .WCDMA R4 版 本 核 心 网 规 划 方 法 与 关 键 问 题 分 析 [J]. 移 动 通 信 ， 2006(3):63~66. [15] 王永斌.WCDMA R4 版本核心网网元的设置策略[J].移动通信，2006(3):71~75. [16] 3GPP.TS25.331,V5.15.0,Radio Resource Control(RRC)protocol specification[S].2005. [17] 3GPP.TS 25.102,V5.10.0,UTRA(UE)TDD;Radio transmission and reception[S].2007. 41 致 谢 通过这一阶段的努力，我的毕业论文《基于视频用户的移动通信基站负荷设计》终于 完成了，这意味着大学生活即将结束。在大学阶段，我在学习上和思想上都受益非浅，这 除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。 在本论文的写作过程中，我的导师田锦老师倾注了大量的心血，从选题到开题报告， 从写作提纲，到一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示 衷心感谢。同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同 学和朋友。 写作毕业论文是一次再

系统学习的过程，毕业论文的完成，同样也意味着新的习生活 的开始。 时间的仓促及自身专业水平的不足，整篇论文肯定存在尚未发现的缺点和错误。恳请 阅读此篇论文的老师、同学，多予指正，不胜感激！ 42