冷兵器大片:网络规化设计论文有没有?

CDMA数字蜂窝移动通信网的网络规划
　　[摘要]：本文先介绍了CDMA网络参考模型。然后介绍了交换网络的规划方法，包括交换网络组织、信令网组织、信令方式、编号计划和同步要求等。最后介绍了无线网络的规划方法，包括频率配置、网络规划步骤等。

　　1 概 述
　　目前，基于CDMA(码分多址)技术的数字蜂窝系统由于具有容量大、音质好、升级潜力大等优点，经过两年多的商业化，已在全球(尤其是美国、香港和南朝鲜)取得了令人瞩目的成就。在国内，原邮电部和总参通信部于1995年决定合作发展800MHz的CDMA数字蜂窝移动通信，称为中国电信长城网，从1996年起在北京、上海、广州和西安开始建设试验网。目前，这四个试验网已开通并完成联网漫游测试。北京的试验网已开始免入网费放号。中国联通有限公司也于1996年起在广州、天津和上海建设试验网，预计很快就可开始联网测试。中国电信和中国联通都已发布相关的技术体制和技术规范。相信CDMA作为PLMN的一种制式，在不久的将来即可在我国的移动通信领域崛起。

　　2 网络参考模型
　　CDMA网络参考模型定义了网中的功能实体和相互间的接口，CDMA网络参考模型与GSM网相似。

　　MSC 移动交换中心 HLR 归属位置寄存器
　　VLR 拜访位置寄存器 AC 鉴权中心
　　MC 短消息中心 SME 短消息实体
　　PSTN 公用交换电话网 MS 移动台
　　EIR 设备识别寄存器 BS 基站系统
　　OMC 操作维护中心 IWF 互连功能

　　3 交换网络规划
　　3.1 交换网络组织
　　CDMA网采用3级结构，具体为：在大区中心(如北京、上海、广州、沈阳、武汉等)设立一级移动业务汇接中心并网状相连；在各省会或大城市设立二级移动业务汇接中心，并与相应的一级汇接中心相连；在移动业务本地网中设一个或若干个移动端局MSC，也可视业务量由一个MSC覆盖多个移动业务本地网。移动业务本地网原则上以固定电话网的长途编号区编号为2位和3位的区域来划分。

　　3.2 信令网组织
　　目前，中国电信和中国联通的移动通信网信令网都是专门组建的，因为不但要传送电话用户部分TUP消息，还要传移动应用部分MAP消息。
　　CDMA网的信令网与其交换网络结构相对应，也分为三级结构：高级信令转接点HSTP、低级信令转接点LSTP和信令点SP。
　　HSTP负责转接本大区内及本大区与其他大区间的信令业务。HSTP可兼有LSTP的功能。LSTP负责转接本服务区内及至其上级HSTP的信令业务。SP是信令消息的源点和目的点。
　　信令转接点STP可采用独立式设备，也可采用与移动汇接中心合设的方式。
　　信令网中网络节点间采用中国7号信令。
　　3.3 信令方式
　　Um接口(也称空中接口)的无线信令规程由《800MHz CDMA数字蜂窝移动通信网空中接口技术规范》规定。中国电信和中国联通均已颁布了此规范。此规范基于TIA／EIA／IS-95A—宽带双模扩频蜂窝系统移动台－基站兼容性标准。
　　A接口的信令规程由《800MHz CDMA数字蜂窝移动通信网移动业务交换中心与基站子系统间接口信令技术规范》规定。中国电信和中国联通均已颁布了此规范。中国联通颁布的A接口信令规程与EIA／TIA／IS－634的信令规程基本兼容，是其一个子集。
　　B、C、D、E、N和P接口的信令规程由《800MHz CDMA数字蜂窝移动通信网移动应用部分技术规范》规定。中国电信和中国联通均已颁而了此规范。此规范基于TIA／EIA／IS－41C—蜂窝无线通信系统间操作标准。中国联通颁布的MAP为IS－41C的子集，第一阶段使用IS－41C中51个操作(OPERATION)中的19个，主要为鉴权、切换、登记、路由请求、短消息传送等。
　　Ai接口的信令规程由《800MHz CDMA数字蜂窝移动通信网与PSTN网接口技术规范》规定。中国电信和中国联通均已颁布了此规范。此信令规程也称MTUP。中国联通颁布的MTUP为与《中国国内电话网No.7信号方式技术规范》所规定的信令规程相兼容的子集，即MTUP不使用NNC、SSB、ANU、CHG、FOT和RAN消息；另外，只接收不发送4个消息：后续地址消息SAM，带一信号后续地址消息的SAO，主叫用户挂机信号CCL和用户本地忙信号SLB。
　　3.4 编号计划
　　(1)移动用户号码薄号码DN
　　为移动用户作被叫时，主叫用户所需拨的号码。DN由国家码、移动接入码、HLR识别码和移动用户号四部分共12位号码组成。中国的国家码为86，国内拨号时可省略。移动接入码采用网号方案，长城网为133，中国联通拟为132。CDMA网与GSM网DN的区别在于移动接入码的不同。
　　(2)国际移动用户识别码IMSI与移动台识别码MIN
　　IMSI是在CDMA网中唯一地识别一个移动用户的号码，由移动国家码、移动网络码和移动用户识别码三部分共15位号码。中国的移动国家码为460，长城网各中国联通的移动网络码为03。
　　MIN码是为了保证CDMA／AMPS双模工作而沿用AMPS标准定义的。长城网和中国联通对MIN的定义有所不同，长城网的定义为3H1H2H3××××××，中国联通的定义为132H1H2H3××××，其中H1H2H3为HLR识别码。
　　(3)电子序列号ESN
　　ESN是唯一地识别一个移动台设备的32比特的号码，每个双模移动台分配一个唯一的电子序号，由厂家编号和设备序号构成。空中接口、A接口和MAP的信令消息都使用到ESN。
　　(4)系统识别码SID和网络识别码NID
　　SID是CDMA网中唯一识别一个移动业务本地网的号码。SID按省份分配。NID是一个移动业务本地网中唯一识别一个网络的号码，可用于区别不同的MSC。移动台可根据SID和NID判断其漫游状态。
　　3.5 同步要求
　　(1)无线同步要求
　　CDMA系统对无线定时要求十分严格。在IS－95中规定，同一前向CDMA信道的导频PN序列与所有Walsh序列间的时间误差须小于50ns；同一基站的不同CDMA信道的发射时间须在±1μs内；所有基站的导频PN序列的发射时间须在±10μs内，因此，每个基站都需使用GPS作为时间基准参考源。
　　(2)网络同步要求
　　网络同步的目的是使网络节点间数字信息流的帧同步，保障话音、信令、网管数据的正常传送。
　　长城网和中国联通CDMA网的技术体制均规定CDMA网内以GPS系统作为时钟基准，同时以公用数字同步网的同步基准作为备用时钟基准。
　　一级移动业务汇接中心和二级移动业务汇接中心的同步基准来自二级A类BITS。MSC、VLR、HLR、AC的同步基准来自二级B类BITS。BSC从MSC来的数据流中提取时钟。BTS从BSC来的数据流中提取时钟。

　　4 无线网络规划
　　4.1 频率配置
　　中国联通CDMA网的工作频段为835MHz～839MHz(基站收)、880MHz～884MHz(基站发)，即4MHz可用频率，上下行频率间隔为45MHz。CDMA基本频道为AMPS的384号频道(836.52MHz)，第二CDMA频道为425号(837.75MHz)。
　　长城网的工作频段为825MHz～835MHz(基站收)、870MHz～880MHz(基站发)，即10MHz可用频率，上下行频率间隔为45MHz。CDMA基本频道为AMPS的283号频道(833.49MHz)，第二CDMA频道为242号(832.26MHz)。扩展CDMA频道依次为201号(831.03MHz)、160号(829.80MHz)、119号(828.57MHz)、78号(827.34MHz)和37号(826.11MHz)。长城网共有7个可用CDMA频道。
　　4.2 无线网络规划步骤
　　无线网络规划的目标是在满足覆盖要求、容量要求和服务质量要求的前提下经济地设计网络。实际的规划一个复杂的过程。以下介绍一个较为简化的规划过程。
　　(1)明确覆盖要求、容量要求和服务质量要求
　　覆盖要求包括所需覆盖的区域。根据地形地貌覆盖区域可划分为高密度城区、一般城区、郊区、乡村和高速公路等。同时需提出需要重点覆盖的旅游景点、机场、繁华商业区等。
　　服务质量要求包括误帧率FER、无线信道呼损、切换率、小区边缘可靠性、小区区域可靠性等。容量要求可根据已有话务分布数据(如GSM)和增长预测数据提出。
　　(2)从满足容量要求估算基站数量
　　一个扇区的极限容量可根据以下经简化的式(1)计算得出。

　　其中：NMAX为极限容量；W／R为处理增益；Eb／Io为比特能量与干扰功率密度之比；VAF为话音激活因子；f为其它扇区对当前扇区的干扰因子。
　　典型地，当VAF取0.4，Eb／Io取7dB(对应FER为1%)，f取0.85(对三扇区)时，NMAX约为36。
　　式(1)中的极限容量为移动台与基站塔距离为0时容量。实际容量应考虑扇区负载。扇区负载的典型值为40%～75%。
　　根据极限容量和扇区负载，既可推算出一个三扇区或全向基站满容量配置时的最大业务信道数。之后，根据无线信道呼损、每用户忙时话务量，可估算出满足给定容量下所需基站数。
　　(3)从满足覆盖要求估算基站数量
　　使用链路预算和适当的传播模型估算基站的覆盖半径，即可估算出给定覆盖区域所需的基站数量。表1给出了一个典型的链路预算。

　　表1 链路预算表 项目 单位 高密度城区 一般城区 郊区 乡村
　　(a)移动台最大发射功率
　　(b)移动台天线增益

　　(c)人体损耗

　　(d)移动台有效辐射功率EIRP

　　(e)基站接收天线增益

　　(f)基站接收馈线损耗

　　(g)基站接收器噪声系数

　　(h)基站接收器噪声密度

　　(i)信息速率(10log9.6k)

　　(j)Eb／Io

　　(k)基站接收灵敏度

　　(l)干扰余量(对应60%小区负载)

　　(m)软切换增益

　　(n)基站分集增益

　　(o)衰落余量

　　(p)建筑物穿透损耗

　　最大路径损耗(d-k+e-f-l+m+n-o-p)
　　dBm
　　dB

　　dB

　　dBm

　　dBi

　　dB

　　dB

　　dBm／Hz

　　dBHz

　　dB

　　dBm

　　dB

　　dB

　　dB

　　dB

　　dB

　　dB
　　23
　　0

　　3

　　20

　　15.5

　　3

　　5

　　－174

　　39.82

　　7

　　－122.2

　　3.98

　　3.5

　　0

　　5.5

　　28

　　120.7
　　23
　　0

　　3

　　20

　　15.5

　　3

　　5

　　－174

　　39.82

　　7

　　－122.2

　　3.98

　　3.5

　　0

　　5.5

　　20

　　128.7
　　23
　　0

　　3

　　20

　　15.5

　　3

　　5

　　－174

　　39.82

　　7

　　－122.2

　　3.98

　　3.5

　　0

　　5.5

　　15

　　133.7
　　23
　　0

　　3

　　20

　　15.5

　　3

　　5

　　－174

　　39.82

　　7

　　－122.2

　　3.98

　　3.5

　　0

　　5.5

　　10

　　138.7

　　传播模型选用HATA模型时，城区传播损耗见式(2)。

　　PL城区=69.55＋26.16×log(f)－13.82×log(hb)－a(hm)＋(44.9－6.55×log(hb))×logR (2)

　　其中，PL为路径损耗(dB)
　　f为频率(MHz)
　　hb为基站天线高度(m)
　　hm为移动台天线高度(m)
　　R为基站到移动台的距离(km)
　　a(hm)为移动台天线高度校正因子
　　对小到中等城市，a(hm)=(1.1×log(f)－0.7)×hm－(1.56×log(f)－0.8)
　　对大城市，a(hm)=3.2×(log(11.775×hm))2－4.97
　　对郊区，传播损耗校正公式为PL郊区=PL城区－2×(log(f／28))2－5.4
　　对乡村，传播损耗校正公式为PL乡村=PL城区－4.78×(logf)2－18.33×logf－40.94
　　(4)步骤(2)和(3)可在设计的初步阶段快速地估算基站数量。选取两者中的最大值，并初步确定基站站址。
　　(5)使用仿真工具针对每个基站进行仿真设计
　　站址确定后，使用仿真工具(如摩托罗拉的NetPlan，朗讯的CE4，北电的PlaNet)开始模拟。
　　仿真工具的输入为：
　　．系统参数。如码片速率、寻呼速率等；
　　．移动台参数。如噪音系数、所要求的Eb／Io等；
　　．小区／扇区参数。如导频、同步、寻呼信道的功率，导频PN偏置指数，导频检测门限T－ADD／T－DROP，导频搜索窗口SEARCH－WINDOW，等等。
　　仿真工具利用数字化地图，经仿真后常用的输出为：
　　．导频信号强度图。此图为传播损耗的导频信号强度分析图；
　　．最强导频EC／IO图。此图可分析前向链路覆盖效果；
　　．移动台发射功率图。移动台为满足目标Eb／Io所需的最小发射功率图，可分析反向链路覆盖效果；
　　．软切换区图。移动台可进行软切换的区域图，同时可分析导频污染的程度。
　　根据输出结果，判断设计是否满足覆盖、容量、性能要求，从而可从以下几个方面进行调整：
　　．增加或减少基站；
　　．改变基站站址；
　　．调整基站天线的方位角和倾角；
　　．调整基站的发射功率；
　　．调整小区／扇区参数。

　　5 结束语
　　数字蜂窝移动通信网的网络规划涉及无线通信、交换、信令、同步、计费、网管等多种通信技术，是一个系统工程。科学的网络规划将为随后的运营、维护和管理打下坚实的基础。
　　本文对CDMA网工程设计中几个较为重要的方面作了简单的介绍，为今后的工程设计作技术积累。