LT800组网频率规划.docx
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LT800组网频率规划
1.1无线网络规划
无线绿洲无线宽带广域网采用基于IP的新一代无线宽带智能基站,可以直接接入IP网络,为客户提供通信服务。
系统组网规划必须考虑覆盖和容量需求,同时保证通信质量,实现网络的连续无缝覆盖。
网络的规划和建设须依托现有网络并兼顾未来发展,实现可持续性。
无线网络规划的最终目标是在一定的投资下,根据业务运营需求以及网络特性,选取或设定工程参数和无线资源参数,实现信号覆盖要求和系统容量要求,并满足业务质量要求。
无线网络规划包括链路预算、容量和所需基站数目的计算,以及覆盖和参数规划等。
1.1.1系统简介
无线绿洲LT800无线宽带通信系统由终端设备(MS/SS)、基站设备(BS)以及接入网关和核心业务网络组成,其组网架构如下图所示:
LT800组网拓扑示意图
LT800无线宽带通信系统网络拓扑各部分简单介绍如下:
-终端:
移动或固定用户设备,包括CPE、手持式终端、用户板卡等。
-基站:
包括固定和车载两种,前者主要针对一般布网应用,后者主要针对一些特殊如应急通信场景使用。
-接入网关:
一般的,就是一个路由设备,建立无线接入和核心网之间的数据和消息传递通道。
-核心业务网络:
包括IP网络和PSTN网络,其设备包括路由器、AAA服务器、Radius服务器、EMS、DHCP服务器、计费系统、用户数据库、互联网网关设备等
1.1.2网络维护系统
无线绿洲的LT800无线宽带通信系统提供CLI命令行界面、本地管理终端(LMT)、基于SNMP的EMS三种操作维护平台,同时支持远程和近端维护访问。
LT800基站一般无人值守,用户可通过远程方式进行操作和维护,既支持命令行方式,也支持通过EMS进行远程操作维护。
远端维护支持带内维护和带外维护两种策略,后者由于不占用业务通道操作维护,具有更好的性能和可靠性。
某些情况下,须在本地进行维护,操作维护的工具除上述的CLI和EMS外,还可采用LMT本地管理终端,维护接口包括网口和串口。
LT800无线宽带通信系统提供安全管理功能,以充分保证用户和网络的安全性。
包括操作权限管理、用户分组管理、用户鉴权等。
LT800无线宽带通信系统可实时检测和上报各种设备故障或异常,通过LMT或EMS的告警管理系统显示告警信息并给出处理建议。
系统的告警管理支持用户订阅指定的告警,在告警发生时可Email通知维护人员,以便维护人员能迅速处理设备故障或异常。
LT800无线宽带通信系统支持配置文件上传对基站进行配置,也支持基站的在线数据配置与查询。
系统日志文件记录各项操作和配置,备用户查看;支持配置文件的备份和恢复。
LT800无线宽带通信系统周期性上报系统的功能性能参数,提供对各项参数及状态(包括温度等环境状态参数)的查询,记录各种事件和告警。
1.1.3网络规划流程
在进行网络规划前,先要确定设计目标。
主要包括服务对象、网络覆盖范围、覆盖区域的系统容量、业务类型和质量、覆盖区域地形等等。
此外,还须通过前期调研收集各种业务量的密度分布、地形地貌数据资料、网络业务增长预测、客户初选站址信息以及现有资源统计等信息。
在此基础上,综合考虑市场需求和成本因素,分析评估网络覆盖和容量的配置,得出一个初步的网络规模估计,建立传播模型、制定链路预算,计算机辅助结合实测结果,并考虑干扰分析,结合覆盖区域的具体情况,分别从容量和覆盖的角度估算基站数量,将两者平衡,并结合客户提供的初选站址信息,得出基站的初始布局。
综上所述,无线网络规划及建设流程可分为6个步骤:
⑴.定义规划目标:
包括不同区域(密集市区、一般市区、郊区或农村等)覆盖、容量和服务要求(数据业务速率和QoS等);
⑵.选择传播模型:
为了使规划软件中的覆盖预测与实际网络更接近,必须对规划软件的传播模型进行调校,建立相应的数据库;
⑶.小区规划:
基于规划软件,进行小区规划,以满足输入的设计要求。
规划的结果是基站数量、站址规划、基站技术条件要求和设备配置等;
⑷.基站选择及站址勘察:
根据规划结果,进行基站选择和站址勘察。
大致确定基站参数,包括经纬度,天线高度,天线方向,天线下倾角,站址的无线环境(如其它系统的干扰)等;
⑸.小区上下行链路预算和覆盖分析;根据实际站址和环境,对原规划进行调整;在进行无线网络的覆盖预算时,主要是根据系统的参数以及无线电波传播的基本模型对链路衰减和覆盖进行预算。
不同的电波传播模型可能适用于不同的传播环境,并且由于各个规划区的实际地理环境不同,需要根据各地的实际测试结果对传播模型进行修正。
无线绿洲的无线宽带广域网由于使用了多天线技术,在覆盖面积和覆盖率上有很大的提高。
⑹.小区的干扰和容量分析:
分析各个基站之间可能的干扰是否满足要求,容量是否满足用户需求;最终确定小区规划是能够满足业务的容量和质量要求。
完整的无线网络规划流程如下图所示:
网络规划流程图
1.1.4频率规划
无线绿洲LT800无线宽带通信系统采用HDMA多维多址技术,可在根据已有频率资源,充分考虑天线配置的灵活性和热点分布的特点,满足覆盖和容量的前提下高效使用频率资源。
频率规划须解决已有频率资源的条件下,如何合理分配、复用有限的频段,降低小区间、信道间干扰。
通过频率复用,LT800基站的频点可被分成几个频点组分配给小区使用,确保同一基站或相邻基站的相邻扇区不使用同一频点组。
取得较好的干扰隔离。
同时采用不同的天线极化方向进一步优化频率复用,进一步改善相邻小区的干扰。
1.1.4.1频率规划方案一:
单频点组网
单频点可以分为3个segment(a,b,c)进行工作,所以如下图所示,组网方式有全向站组网和定向站组网两种形式。
由于定向站的定向天线的方向性,所以定向站受到的相同segment(a,b,c)的干扰比全向站的要少。
故通常情况,推荐使用定向站组网的方式。
全向站定向站
这种方式下组网其优点是很明显的,即规划和实现简单,无需复杂的子载波置换方式调度算法,初始建网成本低,风险低,易于控制干扰,缺点则是频谱利用率低,带来的直接影响便是网络容量较小。
1.1.4.2频率规划方案二:
三频点组网
定义3个频点分别为:
1,2,3。
每个频点又可以分为3个segment来进行配置,分别用a,b,c来表示。
这样,3个频点的组网形式有如下三种方法。
第一种方法是用频点1进行单频点覆盖规划,用剩余的2个频点根据干扰,容量,覆盖漏洞进行补充。
这种方法的组网可以参考方案一单频点组网的形式。
第二种方法是采用全向站的组网形式,如下图所示,以蓝色边框区域为例,它包含3个小区,构成一个覆盖单元,分别配置频点1,2,3。
以它为基本单位,沿对角线滑动,覆盖整个区域。
在一个覆盖单元内,频点的segment都配置一样(均为a)。
相邻的覆盖单元,segment都错开。
这种配置,能够让任何一个频点的小区和它周围同频小区的segment都不一样,起到降低干扰的效果。
第三种方法是定向站的组网形式,如下图所示:
每个小区分裂为3个sector,每个sector分配配置频点1,2,3。
以红线所示的3个小区为一个覆盖单元,覆盖单元内的3个小区,segment分别配置a,b,c。
这样,每个sector的segment和它同频相邻sector的segment都是不同的。
而且,由于定向天线的方向性,每个sector只受到3个同频sector的干扰,比全向配置方式受到6个小区的干扰要低。
此种方法的优点是可以充分利用分散的频率资源,实现简单,无需复杂的子载波置换方式调度算法,系统容量大,干扰小,相邻扇区间无同频干扰,初始建网成本低,风险小,网络规划与优化简单。
其缺点在于频率资源需求大,频谱效率低,无法实现软切换。
1.1.4.3频率规划方案三:
FFR方式组网
FFR是进一步提高频谱利用率的方法,是指将可用频带F分成3个不重叠的部分F1,F2,F3。
将小区中的用户分为两组,一组为小区边缘用户,一组为小区中心用户。
小区中心用户可使用整个可用频带F,而小区边缘用户则根据所在小区的位置选择F1,F2,F3中的一个频带作为可用频带。
部分频率复用的系统等效复用因子在1到3之间平滑过渡。
下图为全向站和定向站的FFR组网形式。
全向站的FFR形式定向站的FFR形式
此规划方法优点是单频点组网,可实现软切换;频谱效率较高,系统容量较大;通过子信道调度机制可以最大限度利用时频资源。
其缺点是算法复杂,实现有一定难度;系统干扰水平与子信道调度机制的优劣有关,同基站的相邻扇区间存在同频干扰。
1.1.5链路预算
由于受周围环境和快衰落影响,特定位置的路径损耗为随机对数正态分布,表现为接收电平在一个预测的平均值周围呈正态分布。
由于这种随机阴影效应,理论上可以覆盖地区内一些位置的接收电平将低于设定的阀值,因此在进行链路预算时需要留有一定的快衰落余量。
此外,如果要进行室内覆盖,还需要考虑为房屋穿透留的余量。
由于人体、车体也会带来额外的损耗,在链路预算时需要加入这些损耗。
下行链路手机的接收功率Phandset_r为:
Phandset_r=Pbs_t+bs_ant_gain–L+handset_ant_gain
其中:
Pbs_t为天线口的功率;
bs_ant_gain为基站单天线的增益;
handset_ant_gain为手机的天线增益;
L为路径损耗。
上行链路基站天线口的接收功率Pbs_r为:
Pbs_r=Phandset_t+handset_ant_gain–L+bs_ant_gain
其中:
Phandset_t为手机发射功率,
handset_ant_gain为手机的天线增益。
换一个角度来计算,如果知道上下行允许的最大路径损耗,则通过修正后的电波传播模型可以估算上下行链路的覆盖距离。
上下行链路允许的最大路径损耗如下:
上行链路的最大损耗为(其中Pbs_r为基站的接收灵敏度)
Lmax=Phandset_t+handset_ant_gain+bs_ant_gain-Pbs_r–total_margins
下行链路的最大损耗为(其中Phandset_r为手机的接收灵敏度)
Lmax=Pbs_t+handset_ant_gain+bs_ant_gain-Phandset_r–total_margins
一般考虑建筑物穿透损耗为15~20dB,车体损耗为6dB,人体损耗为3dB。
并且考虑为链路的快衰落留有一定的余量,室内留有6dB,室外留有10dB。
以下给出1800M系统的链路预算实例供参考:
项目
下行
上行
发
射
参
数
发射功率(dBm)
基
站
33
终
端
23
馈线损耗(dB)
-2
0
发射天线增益(dB)
9
0
发射天线数目
2
2
CDD(dB)
3
0
功率汇聚(dB)
0
6
等效发射功率(dBm)
43
29
接
收
参
数
接收灵敏度(dBm)
终
端
-94
基
站
-98
接收天线增益(dB)
0
9
接收天线数目
2
2
MRC(dB)
3
3
等效接收灵敏度(dBm)
-97
-110
衰
落
余
量
人体损耗
3
3
快衰落余量
10
10
阴影衰落余量
6
6
总衰落余量
19
19
允许路损
121
120
根据链路预算和路径模型,以RSSI>-75dBm、CINR>15作为小区室外覆盖边缘指标要求,可以估算1800M系统的小区覆盖范围:
工作频率(MHz)
1800
基站天线的有效高度(m)
50
移动台天线的有效高度(m)
2
允许的最大损耗(dB)
120
模型
COST231-HATA
覆盖环境
中小城市
大城市
农村
移动台高度修正因子
1.54848
1.225447
0
校正因子
-12.28
0
-22.52
覆盖半径(km)
1.045636
0.44279
1.891216
1.1.6容量分析
面向IP的数据业务的应用,和面向语音业务的应用,在系统容量计算上有很大的区别。
对于面向IP的数据业务,在资源调度上,采用共享的方式,用户的数据即时短时得不到调度,也能够进行一定时间的缓冲后,再得到调度。
所以,基站数据业务的支持的用户数目就可以粗略估计为:
用户数目=min{系统下行容量/用户忙时下行总流量,系统上行容量/用户忙时上行总流量}
对于面向语音的集群业务,在资源调度上,每个群组只有一个用户在发送数据,而群组的其余成员都只接收数据。
故在容量上,可以把一个群组,等效于一条面向连接的语言业务。
由于集群的语音业务也是实时的,故基站群组业务支持的群组的数目可以用传统的语言业务容量计算为:
集群用户群组数目=系统等效爱尔兰容量/单用户的等效爱尔兰
对于面向数据业务的应用,系统容量和组网方式相关。
采用异频组网时,可以采用Reuse=1的模式。
这种情况下,不同上下行时隙比,不同调制模式下的基站上行下行容量为(bit/s):
DL/ULRatio
35:
12
29:
18
26:
21
DLThroughput(64QAM5/6)
10080000
7920000
6480000
DLThroughput
(64QAM3/4)
9072000
7128000
5832000
DLThroughput
(64QAM2/3)
7728000
6072000
4968000
DLThroughput
(64QAM1/2)
6048000
4752000
3888000
DLThroughput
(16QAM3/4)
6048000
4752000
3888000
DLThroughput
(16QAM1/2)
4032000
3168000
2592000
DLThroughput
(QPSK3/4)
3024000
2376000
1944000
DLThroughput
(QPSK1/2)
2016000
1584000
1296000
ULThroughput16QAM3/4)
1468800
2448000
2937600
ULThroughput(16QAM1/2)
979200
1632000
1958400
ULThroughput(QPSK3/4)
734400
1224000
1468800
ULThroughput(QPSK1/2)
489600
816000
979200
采用同频组网的Reuse3的方式组网时,每小区的容量只有Reuse1情况的1/3。
如果终端支持,同频组网还可以采用FFR的形式。
根据实测经验,带宽10M的系统,在29:
18的情况下,单频点,FFR组网的下行吞吐率在4.8M左右,上行吞吐率在2.8M左右。
资源调度的粒度:
目前系统的调度最小粒度是1个subchannel。
在5M系统中,每帧上行是17个subchannel,下行是15个subchannel。
所以,最小的调度粒度是(bit/s):
DL/ULRatio
35:
12
29:
18
26:
21
DLThroughput(64QAM5/6)
672000
528000
432000
DLThroughput
(64QAM3/4)
604800
475200
388800
DLThroughput
(64QAM2/3)
515200
404800
331200
DLThroughput
(64QAM1/2)
403200
316800
259200
DLThroughput
(16QAM3/4)
403200
316800
259200
DLThroughput
(16QAM1/2)
268800
211200
172800
DLThroughput
(QPSK3/4)
201600
158400
129600
DLThroughput
(QPSK1/2)
134400
105600
86400
ULThroughput16QAM3/4)
86400
144000
172800
ULThroughput(16QAM1/2)
57600
96000
115200
ULThroughput(QPSK3/4)
43200
72000
86400
ULThroughput(QPSK1/2)
28800
48000
57600
对面向集群业务的应用,
当采用异频组网,用Reuse=1的时候,单基站支持的同时在线集群群组数目为93个。
以2%的拥塞率计算,支持的等效话务总量为78.3爱尔兰。
当采用同频组网,用Reuse=3的时候,单基站支持的同时在线集群群组数目为31个。
以2%的拥塞率计算,支持的等效话务总量为22.8爱尔兰。
至于集群业务的用户总数,目前每基站支持的最大用户数为352。
1.1.7干扰分析
1.1.7.1系统内干扰
(1)同频、邻频干扰:
LT800支持多天线技术,可以给有用信号带来最大增益,在有效减少多径效应影响的同时,对干扰信号进行删除和抑制,从而获得SNR增益和减少同频、邻频干扰;
(2)TDD系统的特有时隙间干扰、帧同步偏移干扰等。
因此为降低干扰,TDD系统要求严格的同步。
1.1.7.2系统间干扰
有源无线设备在发射有用信号的同时,由于器件本身的原因和滤波器带外抑制的限制,在它的工作频带外还会产生杂散、谐波、互调等无用信号,这些信号落到其它无线系统的工作频带内,就会对其形成干扰。
在常用的无线宽带通信系统频段内,Wi-Fi以及支持多频段的SCGMA等其它无线接入系统容易对LT800无线宽带通信系统造成干扰。
其实际的干扰情况有待于试验验证。
实际工程中可以通过保持一定的水平隔离度和垂直隔离度来减小系统间干扰。
1.1.7.3LT800系统与DCS1800系统共存干扰分析
邻频干扰共存示意图
LT800系统与DCS1800系统下行频率相临,干扰共有8种方式,如下图。
其中干扰比较严重的情况分别为DCS1800基站和LT800基站间干扰,以及和LT800终端和DCS1800终端间的干扰(如下图红线所示)。
对于干扰的计算,采用噪声功率上升3dB的准则,即所允许的干扰与噪声功率相等。
下面的表(来自GSM 05.05)提供了DCS1800基站的带内发射频谱特性。
表中第一列是DCS 1800基站发射功率(dBm),后面几列是与中心频点相隔不同频段(kHz)时所对应的信号衰减(dB/30kHz)。
最关注的是基站发散功率在43dBm,工作频率在频段最低端,1805M的情形。
由于LT800工作频段在1785~1800M,所以DCS落在LT800工作频段的泄漏遵循下表黄色高亮部分。
DCS 1 800normalBTS:
100
200
250
400
600
1200
1800
6000
<1200
<1800
<6000
43
+0,5
30
33
60*
70
73
75
80
41
+0,5
30
33
60*
68
71
73
80
39
+0,5
30
33
60*
66
69
71
80
37
+0,5
30
33
60*
64
67
69
80
35
+0,5
30
33
60*
62
65
67
80
33
+0,5
30
33
60*
60
63
65
80
NOTE:
*Forequipmentsupporting8-PSK,therequirementfor8-PSKmodulationis56dB.
下图提供了典型的DCS1800基站的双工器滤波特性。
双工器滤波特性图中,1805M插损0.75dB,1785M抑制度80.4dB,两者之间的抑制度变化随频率基本是线性的。
文中所计算的DCS1800基站的杂散是带内杂散指标和双工器滤波特性共同影响下的结果。
1,LT800下行对DCS1800上行干扰
参数
指标
产品型号
HT.DLX-1824-22003
频率范围
1710MHz~1734MHz
1805MHz~1829MHz
回波损耗
≥21dB
插入损耗
≤1.2dB
带内波动
≤0.6dB
通道隔离
≥90dB
功率容量
100W
带外抑制
≥10dB@fc±10MHz,≥50dB@fc±30MHz
工作温度
-25℃~+55℃
接头形式
SMA-Female
尺寸
156*106*28
外观
黑色烤漆
上表是某DCS1800基站双工器的指标,作为参考。
考虑LT800发射信号阻塞DCS1800的可能性。
LT800基站下行的发射功率33dBm/5MHz,频段为1785~1800MHz,距离DCS1800接收频段大于50MHz。
DCS1800基站在1785~1800MHz频段的抑制有50dB以上。
也就是对于DCS来说,不算空间损耗的话,经过双工器后,LT800的1785~1800MHz发散信号功率进入DCS接收系统在-30dBm以下,不会对DCS基站接收造成阻塞干扰。
考虑LT800的杂散对DCS接收的影响。
DCS基站接收带宽200kHz,噪声功率为-117dBm。
LT800系统在1710~1755MHz频段内的杂散输出小于-69dBm/200kHz,则DCS1800和LT800之间需要的隔离为-69-(-117)=48dB。
2,LT800下行对DCS1800下行干扰
DCS1800终端接收带宽200kHz,噪声功率为-114dBm。
取基站与终端之间最小传输损耗为70dB,则所允许的干扰信号为-114+70=-44dBm/200kHz,即-47dBm/100kHz。
LT800系统在加装滤波器之后,可以达到要求。
3,LT800上行对DCS1800下行干扰
DCS1800终端接收带宽200kHz,噪声功率为-114dBm。
LT800终端最大发射功率24dBm,在相隔5MHz后,带外辐射低于-36dBm/100kHz,要求终端间的隔离为-36+117=81dB。
终端最小发射功率-35dBm,在相隔5MHz后,带外辐射低于-95dBm/100kHz,要求终端间的隔离为-95+117=22dB。
大部分情况下LT800终端发射功率小于0dBm,这时在相隔5MHz后,带外辐射低于-60dBm/100kHz,要求终端间的隔离为-60+117=57dB。
4,LT800上行对DCS1800上行干扰
DCS基站接收带宽200kHz,噪声功率为-117dBm。
取基站与终端之间最小传输损耗为70dB,则所允许的干扰信号为-117+70=-47dBm/200kHz。
LT800终端最大发射功率24dBm时,在1710~1755MHz频段内的杂散输出也完全可以达到小于-50dBm/200kHz
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