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哈尔滨联通GSM1800六期工程无线网络预规划方案
哈尔滨联通GSM1800六期工程
无线网络预规划方案
华为技术有限公司
2001年03月
目录
1 概述 3
1.1 规划依据 3
1.2 系统结构 3
2 覆盖规划 4
2.1 基站站址规划 4
2.2 功率预算和上下行平衡 7
2.2.1 功率预算 7
2.2.2 上下行平衡预算 8
2.3 蜂窝小区设计 9
2.4 电子地图 11
2.5 传播模型参数 11
2.6 覆盖预测 11
3 容量规划 12
3.1 全网话务容量预测 13
3.2 小区话务量预测 13
3.3 SDCCH容量设计 14
3.4 位置区容量设计 15
4 频率计划及干扰分析 16
4.1 频率计划 16
4.2 干扰分析 17
5 双频组网 20
6 小结 21
附录哈尔滨联通GSM1800基站工程参数总表 22
1概述
1.1规划依据
经过前五期工程的建设,哈尔滨市联通GSM网络规模有了很大的发展。
五期工程结束后,基站数目达到385个,载频数1526个,容量为30.5万用户。
五期工程建设完成后,绝大部分地区能够满足连续覆盖的要求。
但随着经济建设的飞速发展,移动用户的不断增加,造成在某些地区,特别是中心城区出现拥塞,容量已经明显受到了用户数发展的限制。
因此有必要引入新的1800频段资源,加强网络的服务质量,从而增强联通GSM网络的市场竞争力。
本次工程哈尔滨市拟新建GSM1800网络,设计思路是实现二环路内的连续覆盖。
设计规模为136个基站,741个载频,可支持的话务量为2998.06Erl,信道容量约为15万户。
在无线网络建设中,良好的网络规划是进行工程设计与实施的基础,是无线网络运行质量的保证,同时也是今后网络优化和扩容的依据。
网络规划初始阶段需要采集一些基础数据,以便进行详细设计。
华为无线网络规划部对本次哈尔滨联通GSM1800新建工程给出规划方案。
规划设计假设:
服务对象:
以双频用户为主,包含1800单频用户。
覆盖要求:
覆盖区内的90%位置,99%的时间移动台可接入网络。
服务等级:
空中接口拥塞率低于2%。
1.2系统结构
哈尔滨联通GSM1800组网采用新建独立MSC和BSC的方式,即哈尔滨双频网采用独立组网的方式,独立组网的优点如下:
(1)独立的GSM1800系统中,MSC的系统容量大,能够满足哈尔滨联通GSM移动用户迅速增长的需求。
哈尔滨联通GSM用户发展速度很快,预计从2000年到2002年,每年的用户增长率保持70%~150%之间,将在2002年达到100多万。
从频率资源看,GSM1800将成为GSM的主干网。
采用独立组网方式,可以满足今后大规模建设GSM1800网络的要求。
(2)便于全网的管理及业务拓展。
整体上,GSM1800和GSM900独立组成双频网,网络结构比较清晰,便于控制和管理。
采用独立的组网方式,方便网络系统运营部门选择GSM1800系统或GSM900系统分期、逐步的提供新功能和新业务,具有很大的灵活性。
华为公司考虑到运营商的长期利益,开发的GSM设备增加部分设备就可以提供新业务,并平稳升级到3G。
(3)独立组网,可以选择不同厂家的设备,引入竞争,有利于运营商降低成本,提供更好的服务。
(4)独立组网的网络结构和频率计划与原有网络相对独立,对哈尔滨原有GSM900网络不会造成冲击。
在哈尔滨用户量大,新用户迅速增长,竞争日趋激烈的情况下,保证了原来系统的稳定运行和服务质量。
(5)无线网络规划清晰,数据制作也很清楚,减轻了工程和维护管理的难度。
在独立组网的方式下,GSM1800是作为一个完整的网络进行规划的,规划思路比较清晰,也便于今后网络扩容。
同时华为支持GSM900和GSM1800分层组网的规划设计,把独立的GSM900网络和GSM1800网络有机地结合起来,互相补充,使其发挥最大的作用。
2覆盖规划
网络的覆盖是衡量移动通信网网络质量的基本指标。
对于双频网络,GSM1800网络和GSM900网络的覆盖区域的划定是规划的关键。
GSM1800网络覆盖目标是:
在二环线内室外形成连续覆盖,大部分区域的覆盖电平在-80dBm以上;在高话务热点地区利用室内微蜂窝系统,使GSM1800网络在该区域的室内外形成连续覆盖。
表1是移动通信网的服务质量指标要求。
表1移动通信网的服务质量指标
应用环境
最小接收功率
备注
大楼室内
-70dBm
手机灵敏度-102dBm,快衰落保护3dB,慢衰落保护(室内)7dB(慢衰落标准偏差室内7dB,室外8dB,覆盖区内可通率90%),穿入损耗16dB,干扰噪声2dB,环境噪声保护2dB。
小卧车内或市区一般建筑物一层室内
-80dBm
手机灵敏度-102dBm,快衰落保护3dB,慢衰落保护5dB,穿入损耗8dB,干扰噪声2dB,环境噪声保护2dB。
室外
-90dBm
手机灵敏度-102dBm,快衰落保护3dB,慢衰落保护5dB,干扰噪声2dB,环境噪声保护2dB。
2.1基站站址规划
本次哈尔滨GSM1800网络的建设,在规划目标上,要实现哈尔滨市区内网络(二环以内,涉及南岗区,动力区,香坊区,道里区,道外区,太平区六个区),以及横穿市区的重要公路和铁路的连续覆盖,尤其要保证南岗和道里、道外的中心城区,以及政府机关大楼等重要地区的室内覆盖。
现有900M网络主要是一~四期建设的基站,五期正在建设中,同时六期工程也进入规划阶段。
考虑到现有GSM900网络的基础及GSM1800网络管理和未来发展的特征,为节省投资和方便建设维护,建议充分利用900M网络的站点位置,同时考虑到1800MHz信号和900MHz信号的传播差异和900M网络话务量的充分吸收,在适当的地方增加新的1800M网络的基站。
在共站址考虑方面,首先考虑到有不少900M站点属于早期(如一期,二期中的23军,天航,公安,铁路局等)的站点,为了提供较大的覆盖范围,因此天线位置过高,在站址选择上存在一定的不合理性。
从网络规划角度来看,过高的站点将会带来越区覆盖的问题,同时,在频率规划不合理的情况下也会对周围其它基站造成干扰,从而影响接通率,掉话率和切换成功率等话统指标,降低了网络质量。
因此在选择1800M站点时,对于这些高站,首先考虑在与1800M共站时降低天线高度。
对于部分由于建筑物本身过高而无法降低天线高度的900M站点,我们将考虑在附近寻找合适的替代站点。
当然,对于部分位于中心城区的一些重要站点必须予以保留,主要是考虑到这些站点附近高楼林立,过低的天线挂高将会严重影响覆盖。
以下是我们对哈尔滨市区目前现存的900M高站的一个处理:
(下面的内容一条条比较多,也可以采用列表方式。
)
1、将道里区的哈房站点作为900M专用,1800建站时不予考虑。
2、公安地处中心城区,周围都是高楼,过低无法实现良好覆盖。
1800共站时建议将天线降低至55米,同时调整倾角。
3、燃气由于考虑为900与1800共站。
燃气站点需要覆盖西北方向的高速公路。
另外,东北方向的车辆厂正在拆迁,该区域内目前无法添加站点,所以为了保证燃气站点周围的良好覆盖,天线高度不能大幅度降低。
目前采取的措施是900天线高度不变,1800降低天线高度至55米,调低20米。
4、希尔西酒店本身楼层很高,有20层楼,楼顶天线无法再降低。
另外附近的地形类似公安,也是附近高楼林立,过低的天线挂高将会影响覆盖。
银河宾馆本身位置过高,无法调低楼顶天线以避免越区覆盖问题。
希望在附近寻找合适替代站点。
但由于租赁方面的问题,寻找不到合适的替代站点。
因此该站点1800与900共站。
5、医科大学附近也存在同样的问题。
本身位置过高,1800不作考虑。
6、电力由于本身楼高,无法降低天线高度,且周围选不到合适站点。
因此该站点1800与900共站。
7、北华饭店目前900M的天线已经降低至楼顶,目前天线挂高为40米。
另外,周围属于中心城区,周围多高楼,所以1800与900共站并采用与900M相同的天线挂高。
8、将原先的鸿祥公司站点移至投资公司。
鸿祥作为1800的站点使用。
9、铁路局900站点使用高塔,目前天线挂高为60米,偏高。
1800共站时,降低天线高度至40米。
其次,与900共站时,在保证覆盖的基础上,对于一些站距过小,位置不合理的900M站点将予以剔除,从而1800的站点更加合理。
如:
将原先的鸿祥公司站点移至投资公司。
而鸿祥则作为1800的站点使用。
最后,利用规划软件进行分析,对于部分覆盖较差的区域将根据实际情况添加新站,以实现城区的连续覆盖。
在实际选取站点,由于存在许多客观因素,往往无法将站点选取在最佳的地点。
从目前了解到的情况来看:
道外二十道街附近需要动迁,河柏小区需要动迁,燃气附近的车辆厂正在动迁,隆马特东侧为待开发区等等,这些地区目前都无法选择合适站点进行覆盖。
因此就必须对规划方案根据实际情况进行调整,从而使规划方案能够符合实际情况,具有很强的可操作性。
哈尔滨联通GSM1800基站站址分布如图1所示:
图1哈尔滨联通GSM1800基站站址分布图
2.2功率预算和上下行平衡
2.2.1功率预算
在双频网络建设中,必须尽可能使GSM1800网络的覆盖接近于GSM900网络的覆盖。
由于1800M频率在自由空间的损耗就要高于900M频率6dB(实际工程应用中取为10dB),因此选择大功率1800基站将能够改善1800网络的室内外覆盖效果,减少与900网络的覆盖差距。
本规划方案采用华为公司BTS312基站,其发射功率为40W,在理想传播模型下覆盖预测如下。
条件:
GSM1800基站天线平均高度30m;
GSM1800移动台的灵敏度为-102dBm;
GSM1800移动台的发射功率为30dBm;
移动台天线高度1.5m,增益为0dB;
BTS312基站灵敏度为-109dBm;
2载频配置小区的CDU总损耗4.5dB;
天线为Katherin公司65度18dBi的1800高增益定向天线;
馈线长度取为50m,5.87dB/100m(1800MHz)
计算结果如下:
1、M1800在市区室外覆盖半径:
手机最小接收电平Pmrmin=-90dBm。
由于M1800TRX的最大发射功率为40W(46dBm),覆盖半径应以TRX的最大发射功率来计算。
dBm
dB
对于1800MHz,Okumura传播模型为:
将f=1800MHz代入上式,可得
dB
把各已知项代入传播模型,解得d=1.99km。
2、M1800在市区大楼室内
手机最小接收电平Pmrmin=-70dBm。
Ld=EIRPPmrmin=56.73-(-70)=126.73dB
可以计算出来d=0.51km
上述计算结果归纳如表2所示:
表2理想模型下覆盖半径估算
应用环境
TRX发射功率
手机最小接收功率电平
覆盖半径
M1800
市区室外
40W
-90dBm
1.99km
大楼室内
40W
-70dBm
0.51km
上文只是在理想传播模型下对哈尔滨联通GSM1800网络室内外覆盖的估计,考虑到哈尔滨市区高楼林立、地形复杂、房子穿透损耗大等特点,实际覆盖范围将低于上表中的估计值。
哈尔滨市全网的覆盖效果见覆盖预测一节。
2.2.2上下行平衡预算
GSM系统在功率预算中必须考虑到上下行功率平衡。
由上下行平衡公式:
Poutb=Poutm+Gdb+(Pinm-Pinb)+Lcb
其中,Poutb为基站发射功率,Poutm为移动台发射功率,Gdb为基站分集接收增益,Pinm为移动台接收电平,Pinb为基站接收电平,Lcb为合路器损耗。
可以看到,平衡方程与基站天线增益、馈线损耗等是没有关系的,主要决定于基站的发射功率、合路器损耗、基站的灵敏度、移动台的发射功率、移动台的灵敏度、基站分集增益等指标。
哈尔滨联通GSM1800网络上下行链路衰耗估算如表3。
表3哈尔滨联通GSM1800网络上下行链路平衡表
定向小区
上行
下行
发射部分
输出功率dBm
30(1W)
46(40W)
馈线损耗dB
0
2
合路器损耗dB
0
4.5dB
天线增益dBi
0
18
EiRP
30
57.5
收信部分
天线增益dBi
18
馈线损耗dB
3
0
分集增益dB
3
接收灵敏度dBm
-109
-102
噪声值dB
8
11
最大路径衰耗dB
149
148.5
从上表分析可以发现,哈尔滨联通GSM1800系统基本达到上下行平衡。
同时,该表也表明选用华为公司40W大功率的基站是合适的。
2.3蜂窝小区设计
GSM1800系统的电波传播损耗要大于GSM900系统。
根据理论计算在1km以内的自由空间传播差约为6dB,在实际市区环境内根据实际情况相差约6~10dB。
考虑地形、地物地貌以及城市的影响,加上哈尔滨气候寒冷建筑墙壁比较厚,局部地区传播差将会大于这个数值。
因此,GSM1800系统要实现室内连续覆盖,达到最佳话务分担效果,除了要保证合适的站间距以外,选择高增益天线也是非常重要。
本次规划设计使用的天线为Kathrein公司65度18dBi的1800高增益定向天线。
天线主要性能如下所示:
表4天线主要性能指标
型号
描述
水平面波瓣宽度
增益(dBi)
驻波
频率范围
前后比(dB)
极化
739494
1800MHz-7/16-DIN-Female-双极化-定向-65°-16dBd-200W自带调节装置
65
18
1.4
1710~1880
>30
±45°交叉极化
其天线的方向图如下所示:
图2天线方向图
哈尔滨联通GSM1800基站全部选用定向基站。
哈尔滨市区话务密度高、地形复杂、建筑物穿透损耗大,定向基站能够提高室内覆盖效果,容易控制频率干扰。
天线挂高将决定基站的覆盖范围。
哈尔滨联通1800基站分布比较密集,从覆盖预测效果分析基站的天线挂高在30米左右比较理想。
由于实际的站址不能够完全满足设计要求,部分基站挂高为35米至45米,将通过设置合适的天线俯仰角来达到覆盖要求。
哈尔滨联通GSM1800网络天线方向角和下倾角的设计以基站实地勘测为基础,参照原有GSM900基站的天线工程参数,经过多次覆盖预测选取合适的参数值。
哈尔滨联通GSM1800小区工程参数设计请见附录:
哈尔滨联通GSM1800基站工程参数总表。
2.4电子地图
本次覆盖预测采用的哈尔滨市高精度电子地图,精度为20m,包括地理高度信息、矢量信息及地物信息(heights、vector、clutter),电子地图由国家地理信息机构提供。
2.5传播模型参数
哈尔滨联通GSM1800覆盖预测传播模型采用经过模型校正的无线传播模型,具体传播模型的公式和参数如下。
传播模型:
Lpath=K1+K2*log(D)+K3*Hms+K4*log(Hms)+K5*log(Heff)+K6*log(Heff)*log(D)+K7(Diffraction)+K(clutter)
传播模型参数见表5,地物损耗修正参数见表6。
表5K参数列表
K1
K2
K3
K4
K5
K6
K7
156
44.8
-2.88
0
-13.82
-6.55
-0.7
表6地物损耗修正值列表
Category
Offset(dB)
Category
Offset(dB)
OpenlandinSuburban
-16
Parallellow
Building
4
Sea
-16
HighBuilding
8
InlandWater
-16
Wetland
-16
OpenlandinSuburban
-16
Town
-13
OpenlandinUrban
-16
Forest
4
Rangeland
-16
DenseOldBuilding
5
Village
-14
LargeBuilding
9
DenseNewBuilding
5
2.6覆盖预测
根据上面的分析,对联通哈尔滨GSM1800进行了覆盖预测。
下图是哈尔滨市GSM1800覆盖预测图:
图3哈尔滨市GSM1800覆盖预测图
由上面的覆盖预测图可以看出,哈尔滨联通GSM1800网络136个基站建成以后哈尔滨市二环路内基本上实现了连续覆盖,具体覆盖比例见表7。
表7哈尔滨联通GSM1800网络覆盖统计表
统计区域85.74平方公里
-75dBm以上区域
-81dBm以上区域
-85dBm以上区域
-93dBm以上区域
所占的面积(平方公里)
78.15
80.95
82.62
84.74
所占的百分率(%)
91.14
94.41
96.36
98.83
从图3中可以发现在以下几个区域仍然存在着一些覆盖问题,这些区域由于客观原因不能建站,需要在下期工程中解决。
具体地点是:
河柏小区附近(属于动迁区域)、东光机械厂附近(无法租赁到站址)、隆马特附近(属于正开发区域)。
3容量规划
3.1全网话务容量预测
哈尔滨联通现有网上用户24万,预计今年新增用户20万左右。
目前整个哈尔滨地区的话务量在2400Erl左右,经过统计,有GSM1800覆盖区域的话务量为1200Erl。
由上面数据可以预测GSM1800覆盖区域在2001年年底达到的话务总量为:
1200×(24+20)/24=2200Erl;
2001年年底预测哈尔滨市区双频手机占总手机数目的80%,则该区域的双频话务量为:
2200×80%=1760Erl;
在GSM1800室外覆盖良好的前提下,根据经验值,GSM1800网络能够承担覆盖区域双频总话务量的30%,则1800网络所需承担的话务量为:
1760×30%=528Erl。
3.2小区话务量预测
采集原有网络话统数据,在哈尔滨市区数字地图上建立话务模型。
经过软件的多次模拟,确定哈尔滨市区地物类型及权重如表8:
表8哈尔滨市区地物类型及权重参数表
地物类型
commonbuilding
densenewbuilding
highbuildings
parallellowbuilding
largebuilding
openlandinurban
half_openlandinurban
denseoldbuilding
权重
300
30
15
12
12
10
10
3
由GSM1800网络所需承担的总话务量和话务模型,根据GSM1800网络的覆盖情况,通过网络规划软件可计算各小区在建网初期获取的话务量如表9:
(下表需列举本次工程所有基站的话务量分配情况,范文只列举2个基站)
表9哈尔滨联通各小区话务量分配表
基站名
扇区
载频配置
最大话务设计(GOS=2%)
建网初期设计话务量(Erl)
公安
1
3
14.04
0.92
2
2
8.2
0.4
3
2
8.2
1.48
燃气
1
1
2.28
0.87
2
1
2.28
4.63
3
1
2.28
0.45
总计
749
2980
528
从上表比较各小区最大话务量与网络初期设计话务量,发现大部分小区的最大话务量能够满足网络初期设计话务量,部分小区如燃气-2、河柏小区-1、面粉厂-3、道外联通-3、哈电表公司-2、哈电表公司-3等小区不能满足初期设计话务负荷。
华为公司无线网络规划部将对这些小区的覆盖区进行实际的勘测,对于高话务热点室外地区可以扩容各小区的载频数目,对于高话务热点室内地区可以考虑建设室内微蜂窝基站,即吸收话务又保证GSM1800网络的连续覆盖。
3.3SDCCH容量设计
哈尔滨联通双频网络采用独立组网形式,GSM1800网络在建网初期不能在室内形成良好覆盖,造成双频网络的重选现象比较严重。
一方面从网络的覆盖和参数的设置来减少双频网络的重选,另一面需要设计足够的SDCCH容量保证信令链路不会造成拥塞。
基于以下的话务模型,进行哈尔滨联通GSM1800网络的SDCCH信道的设计。
在SDCCH上的呼叫平均处理时间为6秒,局间位置更新的平均处理时间为6秒,忙时局间位置更新4次,局内位置更新次数不计(通过设置较长的位置更新周期)。
每个移动用户的忙时平均话务量为0.02Erl,每用户SDCCH话务量为0.01Erl,平均通话时长为60秒,那么:
每移动用户忙时的平均呼叫次数为:
0.020*3600/60=1.2BHCA;
忙时每移动用户占用SDCCH的话务量为:
(6*2+6*4)/3600=0.01Erl;
对于3个TRX的小区,如果配置21个有效TCH信道,以2%的呼损则能够提供14.036Erl话务量,能够服务的用户数目为:
14.036/0.02=700;SDCCH话务负荷为:
7Erl,如果以0.5%的呼损,所需话务SDCCH的数量为:
17个。
对于2TRX的小区,配置14个有效业务信道,以2%的呼损则能够提供6.615Erl话务量,能够服务的用户数目为:
6.615/0.02=330;SDCCH话务负荷为:
3.3Erl,如果以0.5%的呼损,所需话务SDCCH的数量为:
12个。
对于1TRX的小区,配置6个有效业务信道,以2%的呼损则能够提供2.276Erl话务量,能够服务的用户数目为:
2.276/0.02=114;SDCCH话务负荷为:
1.14Erl,如果以0.5%的呼损,所需话务SDCCH的数量为:
6个。
在具体规划中将对所有的小区配置独立SDCCH信道(8个SDCCH子信道),并开启小区SDCCH动态分配功能,保证SDCCH信道不发生拥塞。
3.4位置区容量设计
哈尔滨联通GSM1800网络采用独立组网方式,在建网初期由于GSM1800网络不能形成室内外连续覆盖,将存在较大的位置更新负荷,必须设置合理的接入允许信道数目和寻呼信道数目,同时由寻呼信道的容量来确定位置区的大小。
1、前提
(1)所有小区均配置一个非组合BCCH
(2)接入允许保留块数为A
说明:
寻呼块数为9-A
1帧=4.615ms,1复帧=51帧=0.2354s,即1秒有1/0.2354=4.25复帧,每秒的寻呼块数为:
4.25×(9-A)
(3)平均每个寻呼块的寻呼消息数为B
说明:
每寻呼块可发送寻呼次数
寻呼中TMSI和IMSI比例
X×(Y/(Y+1))×1寻呼子块+X×(1/(Y+1))×2寻呼子块=4
每寻呼消息子块数X=4×(Y+1)/(Y+2)
(4)寻呼重发比为C
(5)平均每次呼叫的时长为D(单位:
秒)
(6)主叫:
被叫:
接收点对点短消息=E:
E:
F
说明:
每个寻呼块23字节,可以发送:
2个IMSI寻呼;
2个TMSI和1个I
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