lte無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃原理

1、LTE無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃原理,大唐無線移動創(chuàng)新中心Datang Wireless Mobile Innovation Center,目 錄,概述預(yù)規(guī)劃參數(shù)規(guī)劃覆蓋規(guī)劃容量規(guī)劃總結(jié)和展望致謝,1 概述——背景,隨著移動通信的快速發(fā)展，移動通信網(wǎng)絡(luò)將逐漸淪為“管道化”,傳統(tǒng)運營商的利潤率在逐漸降低，而互聯(lián)網(wǎng)運營商的異軍突起，以及“鐵塔公司”的成立使得運營商之間的競爭更加激烈，“OTT”的興起即是一個很好的例子。運營商的競爭壓力也在

2、向整個產(chǎn)業(yè)鏈蔓延，設(shè)備和終端制造商的競爭將更加白熱化。 運營商正在轉(zhuǎn)變成為基礎(chǔ)服務(wù)提供商，無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、優(yōu)化、維護(hù)等服務(wù)逐漸改為由第三方提供，傳統(tǒng)的設(shè)備商、規(guī)劃和優(yōu)化軟件提供商在提供設(shè)備和軟件的同時，還需要提供相應(yīng)的服務(wù)。,1 概述——無線網(wǎng)絡(luò)部署問題,移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)面臨的主要問題： 人力成本增加 電力成本加大 站址選擇困難 傳輸網(wǎng)容量有限 缺乏統(tǒng)一規(guī)劃 無特殊場景規(guī)劃經(jīng)驗 規(guī)劃與優(yōu)化割裂 干擾嚴(yán)重,1

3、 概述——無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的目的,無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的目的是為移動通信運營商網(wǎng)絡(luò)部署初期網(wǎng)絡(luò)規(guī)模估算、站址選擇、參數(shù)配置、網(wǎng)絡(luò)覆蓋、網(wǎng)絡(luò)容量等方面的問題提供解決方案。精準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃可以提升用戶體驗，降低建網(wǎng)中期、后期的優(yōu)化成本。 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與“天氣預(yù)報”類似，都是根據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)和數(shù)學(xué)模型來預(yù)測未來的狀態(tài)，因此，結(jié)果具有不確定性。而網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的意義正是盡量降低不確定性，提高預(yù)測的精確度，以降低建網(wǎng)成本，達(dá)到最大收益。,1 概述——無線網(wǎng)絡(luò)建

4、設(shè)指標(biāo),1 概述——無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃功能,無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃主要功能包括：預(yù)規(guī)劃、參數(shù)規(guī)劃、覆蓋規(guī)劃、容量規(guī)劃。,2 預(yù)規(guī)劃——鏈路預(yù)算,鏈路預(yù)算無線場景：密集城區(qū)、一般城區(qū)、郊區(qū)、農(nóng)村、開闊地、準(zhǔn)開闊地、特殊場景（江面、海面、空域、山嶺等）傳播模型： Cost231-Hata、自由空間基站參數(shù)配置：發(fā)射功率、天線增益、噪聲系數(shù)終端參數(shù)配置：發(fā)射功率、天線增益、噪聲系數(shù)、人體損耗邊緣用戶目標(biāo)SINR 其他參數(shù)：陰影衰落、快衰落、穿透損

5、耗,,2 預(yù)規(guī)劃——網(wǎng)絡(luò)規(guī)模估算,網(wǎng)絡(luò)規(guī)模估算主要給出規(guī)劃建設(shè)區(qū)域所需基站數(shù)，進(jìn)一步可估算基站建設(shè)成本，為設(shè)備制造商提供參考報價，為運營商提供預(yù)算支持。 基站數(shù)目估算方法:正六邊形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙~草網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?2 預(yù)規(guī)劃——傳播模型校正(1),傳播模型校正主要目的是基于測試數(shù)據(jù)對已有傳播模型的系數(shù)進(jìn)行修正，使修正后的傳播模型更適于測試數(shù)據(jù)所在地的真實傳播環(huán)境，然后基于修正后的傳播模型進(jìn)行容量、覆蓋等分析，以使計算結(jié)果更加精確

6、。 自由空間傳播模型： 與傳統(tǒng)的傳播模型校正相比，其特點如下： (1) 基于粒子群算法實現(xiàn)傳播模型校正 假設(shè)在一個D維的搜索空間中，群體中每個粒子i（i∈[1, S], S表示群體規(guī)模）第k步（k >1）迭代時所處的位置記為Xi（k）=（xi1, xi2, …, xiD）T，速度記為Vi（k）=（vi1, vi2, …, viD）T，粒子自身的歷史最佳位置記為Pl，粒子所

7、在鄰域的歷史最佳位置記為Pg（若將整個群體看作鄰域，則鄰域內(nèi)所有粒子的歷史最佳位置也是整個群體的歷史最佳位置，此時稱為全局模型；否則稱為局部模型），則粒子的位置和速度的計算公式如下： Xi（k）= Xi（k - 1）+ Vi（k） （1）Vi（k）= Vi（k - 1）+ c1*r1*（Pl - Xi（k - 1））+ c2*

8、r2*（Pg - Xi（k - 1）） （2）,P=k1*lg(f)+k2*lg(d)+c,2 預(yù)規(guī)劃——傳播模型校正(2),其中，c1和c2為學(xué)習(xí)因子，也稱為加速常數(shù)，r1和r2為[0，1]范圍內(nèi)的均勻隨機數(shù)。式（2）由三部分組成：第一部分為“慣性”或“動量”部分，反映粒子的運動“習(xí)慣”，代表粒子有維持自己先前運動趨勢；第二部分為“認(rèn)知”部分，反映粒子對自身歷史經(jīng)驗的記憶或回憶，代表粒子有向自身歷史經(jīng)驗最佳位置逼近的趨勢；

9、第三部分為“社會”部分，反映粒子間協(xié)同合作和知識共享的群體歷史經(jīng)驗，代表粒子有向鄰域歷史最佳位置逼近的趨勢。 (2) 小區(qū)級傳播模型校正 在實際移動通信系統(tǒng)中，小區(qū)會收到用戶上報的路損信息，基于用戶上報信息對小區(qū)模型進(jìn)行校正，同時簡化小區(qū)傳播模型，將傳播模型為僅和距離相關(guān)的線性方程，然后利用最小二乘法和線性回歸法擬合得到小區(qū)的傳播模型。 基于粒子群算法實現(xiàn)的傳播模型的缺點主要是算法復(fù)雜度較高、

10、運算量大，可能找不到最優(yōu)解。小區(qū)級傳播模型校正的缺點是需要基于小區(qū)內(nèi)大量的用戶上報信息進(jìn)行分析才能得到精確的模型，若用戶較少，可能導(dǎo)致傳播模型計算不準(zhǔn)確。,3 參數(shù)規(guī)劃——鄰區(qū)規(guī)劃,當(dāng)移動臺從一個小區(qū)進(jìn)入另一個小區(qū)時，移動網(wǎng)絡(luò)必須提供良好的切換性能，使得終端可以及時切換到性能最佳的鄰區(qū)，保證通信質(zhì)量。而移動網(wǎng)絡(luò)主要依據(jù)服務(wù)小區(qū)的鄰區(qū)列表尋找最優(yōu)的鄰區(qū)。因此，合理規(guī)劃服務(wù)小區(qū)的鄰區(qū)列表是保證網(wǎng)絡(luò)正常運行的重要內(nèi)容之一。 鄰

11、區(qū)規(guī)劃原則共站小區(qū)一般加入鄰區(qū)列表；地理位置相近的小區(qū)一般加入鄰區(qū)列表；鄰區(qū)一般要求互配；鄰區(qū)個數(shù)一般不超過32個。 鄰區(qū)規(guī)劃算法基于方位角和地理位置確定臨近小區(qū)；基于小區(qū)覆蓋率（規(guī)劃區(qū)劃分柵格，統(tǒng)計各柵格的接收信號電平）確定臨近小區(qū)；基于干擾確定臨近小區(qū)。,3 參數(shù)規(guī)劃——頻率規(guī)劃,中國移動GSM900：890-909MHz，935-954MHzDCS1800：1710-1730MHz，1805-18

12、25MHzTD-SCDMA：1880-1900MHz，2010-2025MHz，2320-2350MHzTD-LTE：1880-1900MHz，2320-2370MHz，2575-2635MHz中國聯(lián)通GSM900：909-915MHz，954-960MHzDCS1800：1745-1755MHz，1840-1850MHzWCDMA：1940-1955MHz，2130-2145MHzTD-LTE：2300-2320MHz，

13、2555-2575MHz中國電信CDMA 1X：825-835MHz，870-880MHzCDMA EV-DO：1920-1935MHz，2110-2125MHzTD-LTE：2370-2390MHz，2635-2655MHzWLANWLAN屬于開放頻段，目前成熟的標(biāo)準(zhǔn)有802.11b、802.11g，工作在2400-2483.5MHz。對于異頻組網(wǎng)，可根據(jù)鄰區(qū)規(guī)劃結(jié)果，按照鄰區(qū)優(yōu)先級進(jìn)行頻率分配。對于同頻組網(wǎng)，可根據(jù)

14、鄰區(qū)規(guī)劃結(jié)果，按照鄰區(qū)優(yōu)先級為邊緣用戶分配不同的頻帶。,3 參數(shù)規(guī)劃—— PCI規(guī)劃,LTE系統(tǒng)中PCI總數(shù)有504個，分為168組，每組有3個，其中組號對應(yīng)為輔同步序列SSS，組內(nèi)本地號對應(yīng)為主同步序列PSS。由于PCI決定參考信號、同步信號、控制信道的頻域位置，因此，PCI規(guī)劃在LTE系統(tǒng)中顯得尤為重要。 PCI規(guī)劃原則無沖突、無混淆；避免模3相同的PCI分配給鄰區(qū)，以規(guī)避相鄰小區(qū)的PSS序列相同，或規(guī)避雙端口

15、小區(qū)RS0和相鄰另一雙端口小區(qū)RS1信號之間的頻域位置相同；避免模6相同的PCI分配給鄰區(qū)，以規(guī)避相鄰小區(qū)RS0信號的頻域位置相同；避免模30相同的PCI分配給鄰區(qū)，以規(guī)相鄰小區(qū)的SRS和DM RS頻域位置相同；規(guī)避模50相同的PCI分配給鄰區(qū)，以規(guī)避避相鄰小區(qū)的PCFICH頻域位置相同；共站小區(qū)連續(xù)分配；為了給優(yōu)化預(yù)留一定的空間，建議預(yù)留10%~20%。 PCI規(guī)劃算法同鄰區(qū)規(guī)劃算法，或可借鑒鄰區(qū)規(guī)劃結(jié)

16、果進(jìn)行PCI規(guī)劃。,3 參數(shù)規(guī)劃—— PRACH規(guī)劃,隨機接入是UE與網(wǎng)絡(luò)之間建立無線鏈路的必經(jīng)過程。只有在隨機接入過程完成后，eNodeB和UE才可能進(jìn)行常規(guī)的數(shù)據(jù)傳輸和接收。UE可以通過隨機接入過程實現(xiàn)兩個基本功能：取得與eNodeB之間的上行同步；申請上行資源。 PRACH規(guī)劃流程根據(jù)小區(qū)覆蓋半徑選擇Preamble format，選擇原則為TGT>TRTT，TCP>TRTT + TDS，其中，TGT表示保護(hù)

17、間隔長度，TRTT表示往返時延長度，TCP表示循環(huán)前綴長度，TDS表示時延拓展長度；根據(jù)小區(qū)用戶數(shù)選擇PRACH Configuration Index，不同的PRACH Configuration Index決定PRACH的時、頻位置，以及每個無線幀發(fā)送密度；根據(jù)無線信道時延拓展和移動性選擇Ncs，選擇原則為Ncs最大支持覆蓋距離大于小區(qū)覆蓋半徑；根據(jù)Ncs計算每個Physical Root Sequence Number最大支

18、持的用戶數(shù)；根據(jù)小區(qū)最大支持的用戶數(shù)計算需要的Physical Root Sequence Number數(shù)量，并計算最大可用的Logical Root Sequence Number組數(shù)；根據(jù)鄰區(qū)關(guān)系為每個小區(qū)分配適當(dāng)?shù)腜hysical Root Sequence Number。,,4 覆蓋規(guī)劃—— 覆蓋分析,覆蓋規(guī)劃主要用于評估廣播信道和業(yè)務(wù)信道的接收電平和干擾水平，進(jìn)一步分析其覆蓋特性。 覆蓋規(guī)劃的準(zhǔn)確程度有賴于傳播模型和天線增

19、益計算的準(zhǔn)確性，因此，在進(jìn)行覆蓋規(guī)劃之前需要進(jìn)行傳播模型校正，并對天線進(jìn)行合理建模。 以參考信號的覆蓋為例，覆蓋相關(guān)指標(biāo)的計算方式如下： RSRP（dBm） = RSRE發(fā)射功率（dBm） + 發(fā)射天線增益（dBi） – 饋線損耗（dB） – 傳播損耗（dB） + 接收天線增益（dBi） – 衰落余量（dB） RS-SINR（dB）= RSRP（dB

20、m）- 干擾功率（dBm）- 噪聲功率（dBm） 對于業(yè)務(wù)信道，由于各用戶采用的調(diào)制編碼方式，以及MIMO模式不同，因此，占用的資源不同，天線增益的計算方式也不相同，可采用預(yù)置的下行負(fù)載比例或上行IoT進(jìn)行分析。,4 覆蓋規(guī)劃—— 數(shù)字電子地圖,數(shù)字電子地圖組成元素DTM（Altitude）DLU（Clutter）DHM（Clutter Height）Vector（Polygons）數(shù)字電子地圖格式Plane

21、tMapInfo數(shù)字電子地圖精度20m5m,4 覆蓋規(guī)劃—— 射線跟蹤模型,射線跟蹤模型主要特點為考慮了電磁信號在傳播過程中的直射、反射和衍射，支持對高精度地圖進(jìn)行仿真，計算結(jié)果更為精確。,覆蓋結(jié)果Google Earth顯示,覆蓋結(jié)果Globle Mapper顯示,射線跟蹤模型考慮直射、反射、衍射,4 覆蓋規(guī)劃——天線建模,對于波束賦形，由于靜態(tài)仿真不能模擬無線信道的時變特性，因此，目前還沒有更好的方式來實現(xiàn)靜態(tài)仿真中的波束賦

22、形建模，而對于動態(tài)仿真則比較容易實現(xiàn)。對于非波束賦形，可采用二維插值得到天線增益，公式如下： 其中， 若 ，則 。,,,,,,,方位角下傾角,5 容量規(guī)劃——算法簡介(1),容量規(guī)劃主要用于估算小區(qū)接入成功率、小區(qū)吞吐量、邊緣用戶速率、平均用戶速率、上行干擾功率等指標(biāo)。容量規(guī)劃中關(guān)鍵算法包括調(diào)度算法、資源分配算法、功

23、控算法、干擾協(xié)調(diào)算法、MIMO建模、業(yè)務(wù)建模等，以下主要就以上算法進(jìn)行介紹。 蒙特卡羅算法的基本思想是借用統(tǒng)計學(xué)的原理，利用多次抓拍的統(tǒng)計結(jié)果形成概率意義上的統(tǒng)計結(jié)果。由上可知，蒙特卡羅仿真算法要求抓拍次數(shù)要足夠多。但是，考慮到仿真時間受限的因素，仿真時抓拍次數(shù)又不能太多。因此，蒙特卡羅仿真算法抓拍次數(shù)應(yīng)當(dāng)折中考慮。 調(diào)度算法包含輪詢算法、正比公平算法、最大C/I算法，規(guī)劃中調(diào)度算法只決定用戶的接入先后順

24、序，與實際設(shè)備實現(xiàn)中的調(diào)度算法有區(qū)別。此外，考慮到LTE系統(tǒng)業(yè)務(wù)建模的特殊性，規(guī)劃中還采用了剩余資源分配算法，該算法包含平均分配、按需求分配、按C/I分配算法。 資源分配算法應(yīng)用于LTE下行鏈路。資源分配算法根據(jù)用戶的信道狀況（SINR值、移動速度等）來決定采用的MCS和MIMO方式，進(jìn)而可由業(yè)務(wù)速率確定占用資源。 功控算法應(yīng)用于LTE上行鏈路。功控算法根據(jù)MCS方式和業(yè)務(wù)速率計算占用業(yè)務(wù)帶寬、發(fā)射功率，

25、并判定業(yè)務(wù)帶寬和發(fā)射功率是否超出最大值，進(jìn)而調(diào)整MCS方式重新計算業(yè)務(wù)帶寬和發(fā)射功率，折中考慮MCS方式、占用資源和發(fā)射功率，最終達(dá)到傳輸效率的最大化。,5 容量規(guī)劃——算法簡介(2),干擾協(xié)調(diào)算法的基本思想為相鄰小區(qū)邊緣用戶分配相互正交的子載波，降低邊緣用戶干擾，提高邊緣用戶速率。但干擾協(xié)調(diào)帶來的代價是小區(qū)吞吐量的降低。干擾協(xié)調(diào)算法包含靜態(tài)和半靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)算法。靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)算法為相鄰小區(qū)分配固定頻帶作為邊緣用戶占用頻帶，半靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)

26、算法則是根據(jù)信道狀況為相鄰小區(qū)分配頻帶作為邊緣用戶占用頻帶。干擾協(xié)調(diào)算法為邊緣用戶分配的邊緣頻帶在資源調(diào)度時可分配給中心用戶和邊緣用戶，而中心頻帶僅可以分配給中心用戶。當(dāng)邊緣用戶采用干擾協(xié)調(diào)時，由于頻率的正交性，可降低邊緣用戶的干擾。 MIMO建模應(yīng)用于LTE下行鏈路。由于LTE下行鏈路支持多種傳輸模式，因此，恰當(dāng)?shù)腗IMO選擇和切換門限設(shè)置對用戶速率和小區(qū)吞吐量有很大影響。規(guī)劃中根據(jù)用戶的移動速度來確定是否采用波束賦形

27、，根據(jù)信道質(zhì)量確定采用單流或雙流傳輸。此外，討論以上MIMO模式的前提是基站天線支持多端口傳輸，因此，基站天線選擇亦決定MIMO模式的選擇。 業(yè)務(wù)建模主要指LTE系統(tǒng)業(yè)務(wù)類型的配置。LTE系統(tǒng)支持的業(yè)務(wù)類型包括VoIP、GBR、NGBR。VoIP業(yè)務(wù)速率恒定；GBR業(yè)務(wù)有最低和最高業(yè)務(wù)速率要求；NGBR業(yè)務(wù)有最高業(yè)務(wù)速率要求，無最低速率限制。業(yè)務(wù)類型決定調(diào)度和資源分配，最終影響仿真統(tǒng)計結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此，仿真之前需要對業(yè)

28、務(wù)進(jìn)行充分調(diào)研。,6 總結(jié)和展望——設(shè)備配置總結(jié),6 總結(jié)和展望——發(fā)展趨勢(1),目前，LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)已進(jìn)入大規(guī)模建設(shè)階段，無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃顯得尤其重要，隨著運營商逐漸將無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、規(guī)劃、優(yōu)化、維護(hù)移交給第三方公司，我們不僅需要提供性能優(yōu)異無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件，還需要提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)和解決方案，以滿足用戶的各類需求。 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的最新發(fā)展趨勢如下：網(wǎng)絡(luò)（如Baidu、Google Earth）地圖仿真CT掃描仿真多線

29、程并行仿真智能選址智能天線建模室內(nèi)仿真室內(nèi)外一體化仿真,6 總結(jié)和展望——發(fā)展趨勢(2),無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件的最新發(fā)展趨勢如下：點、線、面一體化仿真FDD/TDD混合組網(wǎng)仿真多系統(tǒng)組網(wǎng)仿真特殊場景仿真云計算大數(shù)據(jù)分析推薦《4G Wireless Communication Networks: Design Planning and Applications》《Planning and Optimisation