移动通信4-2.ppt
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1、GSM网络规划本课程目的x描述了网络规划的流程和内容x从网络规划的观点解释了无线链路的主要特征x解释了传输网的主要概貌,优势及折中 内容z1网络规划概述网络规划概述z2无线链路无线链路y2.1调制调制y2.2无线信道y2.3无线传播y2.4天线y2.5分集技术y2.6干扰y2.7抗干扰措施y2.8链路预算内容y3网络容量y3.1话务量与话务模型y3.2尺度y3.3信令容量y4网络规划y4.1信号测试y4.2覆盖规划y4.3传输规划y4.4站址选取y4.5频率规划内容z5 高级网络规划z5.1.网络扩展z5.2.室内覆盖z5.3.隧道覆盖z5.4.IUOz5.5 双频网络z5.5.参数规划z5.
2、6.网络优化内容z6 规划工具1网络规划概述网络规划概述z1.1网络规划意义z1.2网络规划目标z1.3进行网络规划之前需要考虑的诸多因素z1.4主要内容z1.5主要技术指标z1.6运行商的规划过程z1.7网络规划组的工作过程1.1网络规划意义z网络性能的最佳体现是建立在完善的网络规划基础上的,可以说,一个GSM网络的成功四分之三依赖于前期规划,只有四分之一依赖于后期网络优化,当然网络中期建设也是至关重要的一个环节。因此网络规划是第一位的。1.2网络规划目标z设计一个能够提供足够的覆盖和容量,达到完善的服务质量并将网络长期发展因素考虑在内的蜂窝系统。x获得需要的无线覆盖x利用有效的频谱资源,尽
3、可能增加网络容量(Erl/km2)x提高服务质量(QOS).x减少网络设备的数量和总的花费z所有目标的实现依赖于有限的网络资源和有限的频率资源。1.3进行网络规划之前需要考虑的诸多因素l服务范围(地理上和业务上)l用户使用习惯l话务可能的分布情况l用户的增长速度l漫游用户数量1.4主要内容z覆盖预测z干扰分析z频率规划z容量预算z无线网络参数定义z天线技术1.5网络规划中要考虑因素l考虑因素l覆盖 Coveragel容量 Capacityl质量 Qualityl费用 Cost1.6主要技术指标z通话质量:各小区通话质量的好坏,直接影响用户对网络的看法,是用户对网络的最直接的感受。z接通率、拥塞
4、率与掉话率。z网络覆盖情况:网络覆盖良好,并不只是保证无线信号覆盖全网,而且要使各个地区的信道覆盖数与当地的用户数相符合,全网各基站、小区之间互相补充合作,提高全网的设备利用率。z全网话务量与每线话务量。z单位频点与设备所服务的用户数。1.7运行商的规划过程1.8网络规划组的工作过程2无线链路we are HERE2.1调制调制2.2无线信道2.3无线传播2.4天线2.5分集技术2.6干扰2.7抗干扰措施2.8链路预算基本单位基本单位-dBdB的含义使用dB的原因应用举例换算关系dB的含义-按功率比以10为底的对数来表示x相对值.使用dB的原因-大范围到小范围:使用线性,范围从 6*10-14
5、 W 到 20W(=6*10-11 mW 到 20.000 mW),dB仅从 102 dBm 到 43 dBmx容易计算:乘-加,除-减,乘方-乘应用举例-发射功率 (dBW),dBm-电缆/路径损耗 dB-MS/BTS 灵敏度级别 dBm-天线增益 dBi,dBd(=2,15+dBi)x场强 dBV/m换算关系线性到dB100W-dBW:100W-dBm:调制类型z低频信号加载到射频上,实现距离传输幅度调制频率调制相位调制 Complex Signalsz“Two-dimensional signals”phase angle is decisiveamplitude is unimport
6、ant“pie pieces”-principlezMulti-level signals:QAM used e.g.on microwave linkshere:64-QAM,64=26 signal points=6 bit Information per symbolIQIQFourier Transformationz Duality of time and frequencyrapid phase shifts cause high instantaneous frequencyhigh data rates need high bandwidthbandwidth is limit
7、ed=inter-symbol interference-3-2-10123k/aw(x)-3-2-10123k/aw(x)234-2-3-4kx/aW(kx)234-2-3-4kx/aW(kx)B*T=constantRF engineers dilemma:Bandwidth x timeperiod=constant=EITHER fast modulation OR narrow bandwidth=what to do?ffGMSK SpectrumModulation in GSMzCompromise:GMSK-Modulation with B*T=0,3rapid modul
8、ation at acceptable bandwidthConstant envelope class-C amplifiers possiblelow power consumption,saves battery life-timeContinuous phase limited bandwidth2无线链路y2.1调制调制y2.2无线信道y2.3无线传播y2.4天线y2.5分集技术y2.6干扰y2.7抗干扰措施y2.8链路预算we are HERE无线信道电波传播特性信道分类多径传播电波传播的衰落特性总的传播损耗we are HERE电波传播特性z自由空间传播损耗z阴影效应z多径效应z
9、多普勒效应无线信道电波传播特性信道分类多径传播电波传播的衰落特性总的传播损耗we are HERE信道分类z恒参信道和变参信道z平衰落信道、频率选择性衰落信道、时间选择性衰落信道以及频率和时间选择性衰落信道多径传播z多径传播的概念z多径传播对数字信号传输的影响多径传播的概念z在移动通信中,移动台主要工作在城市建筑群或其它地形地物较为复杂的环境中。移动台不仅天线低,而且其运动速度和方向是任意的。信号是通过重重障碍、多次反射或散射的传播线路进行连接的,在任一点上的接收场强是多径信号的矢量合成结果。接收场强会出现随机起伏变化。多径传播对数字信号传输的影响z多径的路径损耗一般遵循距离的4次方规律。z多
10、径时延扩展符号间干扰均衡z幅度深衰落的影响:持续时间长的深度衰落质量分集技术,扩频技术,均衡技术,差错控制等。z选择性信道:y频率选择性:波形失真,甚至信号重叠符号间干扰。y其它:幅度按瑞利分布变化;相位按均匀分布变化。电波传播的衰落特性z快衰落瑞利分布y多径传播z慢衰落对数正态分布y阴影衰落:与工作频率无关,取决于地形、地物的分布,高度和移动台的运动速度。y大气折射:气候条件折射率变化时间的函数。总的传播损耗z传播损耗y自由空间y反射y折射y绕射y吸收z耦合损耗:天线后最近的几米内损失了大部分能量。2无线链路y2.1调制调制y2.2无线信道y2.3无线传播y2.4天线y2.5分集技术y2.6
11、干扰y2.7抗干扰措施y2.8链路预算we are HERE传播模型z理论模型z实测统计模型实测模型传播模型模型使用条件修正模型无线传播预测模型无线传播预测模型2无线链路y2.1调制调制y2.2无线信道y2.3无线传播y2.4天线y2.5分集技术y2.6干扰y2.7抗干扰措施y2.8链路预算we are HERE天线z天线类型天线类型z天线方向图天线方向图z天线增益天线增益z天线半功率点天线半功率点z天线下倾角天线下倾角天线类型天线类型z全向天线和定向天线z全向天线:农村,用户少,覆盖大z定向天线:减少干扰大容量zdipoles、arrays、yagi antenna、parabolic an
12、tenna天线方向图天线方向图水平、垂直方向图水平方向图水平方向图(Top View)垂直方向图垂直方向图(Side View)天线增益天线增益z定义:有向天线与全向天线的比值。天线方向性与天线效率的乘积。依赖于天线的机械尺寸、有效孔面积、频带和天线形状。在同样的机械尺寸下,GSM1800增益比GSM900高56dBz衡量天线的效率概念概念z天线半功率点天线半功率点z天线下倾角天线下倾角2无线链路y2.1调制调制y2.2无线信道y2.3无线传播y2.4天线y2.5分集技术y2.6干扰y2.7抗干扰措施y2.8链路预算we are HERE分集技术z思想:将接收到的多径信号分离成不相关的多路信号
13、,然后按一定规则合并,使误码率最小。z空间分集z时间分集z频率分集z极化分集z合并技术2无线链路y2.1调制调制y2.2无线信道y2.3无线传播y2.4天线y2.5分集技术y2.6干扰y2.7抗干扰措施y2.8链路预算we are HERE干扰z信号质量=GSM 要求:对于额定性能,C/I =9 dBwanted signalatmosphericnoiseother signals载波干扰干扰影响z降低信号质量z引入误码“可修复”错误:信道编码,误码校正不可修复错误:相位扭曲,随机 FMz干扰情况非互易uplink If.=/=downlink If.非对称不同情况 at MS and BS
14、zC/I在 GSM中的信号质量z主观:质量等级 0.5z客观:质量等级 0.7在解码和校正之前的误码率质量等级平均 BER BER范围 (%)00,14 12,8%usable signalunusablesignalgoodacceptable干扰源z回声干扰 z同频干扰z邻频干扰z 外部干扰 网络性能为干扰受限,而非覆盖受限 尽可能降低干扰回声干扰z 由多径下大的时延引起均衡窗 16 s幅值时延(sec)long echos,out of equaliser window:=interference contributionsdirect pathnearby scatterers 1 s
15、ec 时延=300m 16 sec 时延=4800m max.超额距离同频干扰z在网络中使用同一频率引起z为主要的干扰源z举例:73复用载波:R -干扰:(D-)*6 RDf2f3f4f5f6f7f3f4f5f6f2f3f4f5f6f2f3f4f5f6f7f2f3f4f5f7f2f3f4f5f2f3f4f5f6f7邻频干扰z定义:相邻或邻近波道之间的干扰。z调制边带扩展z边带噪声辐射折中z在 C/I与频率利用率和系统容量之间折中低 C/I:更紧密的复用=高效,大容量高 C/I:信号质量好,低效69121518C/I(dB)质量analog systemsdigital systems噪声z噪声
16、源物理:热噪声N=k*T*B技术放大器振荡器滤波器z接收端噪声大小作为衡量质量的一个准则f02无线链路y2.1调制调制y2.2无线信道y2.3无线传播y2.4天线y2.5分集技术y2.6干扰y2.7抗干扰措施y2.8链路预算we are HERE抗干扰措施z频率分配z基站位置的选择z天线调整good locationbad location抗干扰措施z跳频z功率控制信号电平和质量zDTXz自适应天线跟随用户发射能量集中在某一方向上z自适应频率分配给呼叫设置最好的频点干扰规划z计算总的小区 outage area:outage area=1-serviced_areaservice_area=(
17、1-interfered_area)*(1-uncovered_area)8%3%4%Service_area=93%*92%Outage area=1-0,8556=14,4%跳频z 隐分集技术快衰落对静态和移动缓慢的用户非常有用z慢跳频:217/sec (TDMA 帧)z循环基带跳频BS 在其配置的频点间循环跳频(min.=2 TRX)zRF 跳频循环或随机跳频能够跳频到任一频点(除 1st TRX)功率控制z 电池寿命z 降低干扰z GSM:15 power 步长每次 2 dBzuplink&downlink均使用功率控制电平或质量驱动timesignalleveltarget leve
18、le.g.-85 dm BCCH不作功控功率控制zBS命令 MS降低和提高发射功率依据于从MS的测试报告目标:以尽可能低的发射功率维持好的链路质量z对链路负荷无影响使双向平衡不需要挖掘最大的路径损耗DTXz DTX:不连续发送在不讲话的时候,双方均发送“舒适噪声”zVAD:语音激活状态监测代码转换器节电降低干扰动态频率分配z定义:根据当前的业务负荷和干扰情况,动态地将信道分配给所需的用户,以达到最大容量和最佳的系统质量。z分类:z业务自适应z干扰自适应经常与功率控制相结合常用算法:信道借用法双向平衡法信道分离法问题:复杂和实时性 自适应天线z思想实时跟踪用户的波束干扰方向形成零点阵列天线类似想
19、法:智能小区z问题强计算能力实时性降低干扰措施%of area with acceptable interference level#of radiochannels usedlowhigh8010090design goaltight re-usepower controlfrequency hoppingDTXuse largerbandwidthgood frequency planning上述措施获得的增益z不是指RF信号增益,而是指在相同误码率下的“等效增益zPower control2,5 dBC/IzDTX+3 dBC/IzFrq.hopping+5 dBsensitivity
20、gain for MS(frequency diversity)+2 dBC/I (interference averaging)+2 dBchannel coding(time distribution of interference)2无线链路y2.1调制调制y2.2无线信道y2.3无线传播y2.4天线y2.5分集技术y2.6干扰y2.7抗干扰措施y2.8链路预算we are HERE链路预算移动台为瓶颈z场强互易:downlink=uplink链路预算要均衡Link Budget CalculationRADIO LINK POWER BUDGETMS CLASS:1GENERAL IN
21、FOFrequency(MHz):1800System:GSM1800 set starting parameters hereRECEIVING END:BSMSRX RF-input sensitivitydBm-106,00-100,00AFast fading margindB3,003,00BCable loss+connectordB4,000,00CRx antenna gaindBi15,000,00DDiversity gaindB4,000,00EIsotropic powerdBm-118,00-97,00F=A+B+C-D-EField strengthdBV/m24,
22、0045,00G=F+Z*Z=77.2+20*log(freqMHz)TRANSMITTING END:MSBSTX RF output peak powerW1,0025,00(mean power over RF cycle)dBm30,0044,00KIsolator+combiner+filterdB0,004,00LRF-peak power,combiner outputdBm30,0040,00M=K-LCable loss+connectordB0,004,00NTX-antenna gaindBi0,0015,00OPeak EIRPW1,00125,90(EIRP=ERP+
23、2dB)dBm30,0051,00P=M-N+OIsotropic path lossdB148,00148,00Q=P-Fpath loss shall be balancedcan BS provideoutput power needed?Coverage MarginszAdd(empirical)margins to link budgets to estimate coverage probabilities in buildings,vehicles etc.00,10,20,30,40,50,60,70,80,91-3-2-10123 typemeansigmaurban bu
24、ilding25 dB7 dBsuburban17 dB7 dBpass.car8 dB5 dBAdd mean values,superimpose standard deviationsFading MarginszWhich fading margin shall I apply to ensure“good enough”coverage probability?zApply Gaussian probability integral:meanm+m+2m-m-2zz(z)m-0,3130%m50%m+0,6775%m+1,2890%m+1,6495%m+1,9697,5%m+2,33
25、99,0%m+3,0899,9%m+3,7299,99%normalised,centralised distribution:(total area below curve=100%)Rayleigh FadingzWhat is the probability for a fading dip to be less than x dB below the mean value?probfading dip50%1,6 dB75%5,4 dB90%9,8 dB95%12,9 dB97%16 dB99%20 dB99,5%23 dB99,9%30 dB99,99%39 dBtimePower2
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