基于校園網(wǎng)的GSM網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)

1、*實(shí)踐教學(xué)*蘭州理工大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院2012年秋季學(xué)期移動(dòng)通信 課程設(shè)計(jì)題 目：基于校園環(huán)境的GSM網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)專業(yè)班級： 姓 名： 摘要 本文針對GSM系統(tǒng)，根據(jù)我校西校區(qū)用戶具體需求和建筑分布特點(diǎn)，提出了一種適合我校西校區(qū)校園環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案。本文重點(diǎn)討論基站容量規(guī)劃、小區(qū)覆蓋設(shè)計(jì)和頻率規(guī)劃,它們是GSM無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的三個(gè)重要方面。關(guān)鍵詞：GSM；話務(wù)量；全向天線；覆蓋;網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃前言手機(jī)自問世至今，經(jīng)歷了第一代模擬制式手機(jī)(1G)和第二代GSM等數(shù)字手機(jī)(2G)，而當(dāng)前全球通信運(yùn)營商和手機(jī)產(chǎn)品制造商倡導(dǎo)的3G是指將無線通信與互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)。3G技術(shù)能夠處理

2、圖像、語音、視頻等多媒體形式，帶來更高的移動(dòng)傳輸速率，提供包括可視電話、高速上網(wǎng)、手機(jī)電視等多種信息服務(wù)，給大眾帶來了豐富的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)體驗(yàn)。GSM技術(shù)是我國自主創(chuàng)新研發(fā)的第二代移動(dòng)通信技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)是中國提出的，以我國知識產(chǎn)權(quán)為主，被國際廣泛接受和認(rèn)可的無線通信國際標(biāo)準(zhǔn)。這是我國通信史上的重要里程碑，也是中國移動(dòng)通信的一次創(chuàng)舉，也是中國對第三代移動(dòng)通信發(fā)展的貢獻(xiàn)。目 錄摘要2前言3第一章 概述51.1 研究背景51.2 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃基本知識介紹51.3 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃主要包括以下基本過程和內(nèi)容：6第二章 GSM概述92.1 GSM系統(tǒng)頻譜劃分92.2 GSM系統(tǒng)多址技術(shù)102.3 GSM空間接口102.3

3、.1 物理信道102.3.2 邏輯信道10第三章 西校區(qū)業(yè)務(wù)需求分析123.1 話務(wù)量需求特點(diǎn)123.2 建筑分布特點(diǎn)133.3 設(shè)計(jì)指標(biāo)14第四章 設(shè)計(jì)方案154.1采用全向天線對校園進(jìn)行覆蓋154.1.1 全向天線的概述154.1.2 基站方案16基站天線輸入功率EIRP的計(jì)算174.2 容量方案17總結(jié)19參考文獻(xiàn)20第一章 概述1.1 研究背景GSM網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃一般側(cè)重兩個(gè)問題：第一個(gè)問題是針對一般性的電信系統(tǒng)，涉及到交換設(shè)備和傳輸鏈路的規(guī)劃；第二個(gè)問題是無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，這是蜂窩無線通信系統(tǒng)的特殊問題，涉及到無線覆蓋和頻率規(guī)劃等十分重要的問題。本文將著重介紹GSM系統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)。1.

4、2 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃基本知識介紹GSM無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)是移動(dòng)通信網(wǎng)的建設(shè)中極其重要的環(huán)節(jié)，它對于網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本與網(wǎng)絡(luò)建立后的運(yùn)行質(zhì)量有重要的影響。GSM無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)目標(biāo)是指導(dǎo)工程以最低的成本建造成符合近期和遠(yuǎn)期話務(wù)需求，具有一定服務(wù)等級的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。具體地講就是要達(dá)到服務(wù)區(qū)內(nèi)最大程度的時(shí)間、地點(diǎn)的無線覆蓋，滿足所要求的通信概率；在有限的帶寬內(nèi)通過頻率復(fù)用，提供盡可能大的系統(tǒng)容量；盡可能減少干擾，達(dá)到所要求的服務(wù)質(zhì)量；在滿足容量要求的前提下，盡量減少系統(tǒng)設(shè)備單元，降低成本等幾個(gè)方面目標(biāo)。當(dāng)然上面的目標(biāo)有些是互相沖突的，所以實(shí)際的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)常常是上述目標(biāo)折中的解決產(chǎn)物。GSM無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化是一個(gè)階

5、梯式循環(huán)往復(fù)的過程。對于一個(gè)GSM網(wǎng)絡(luò)來說，移動(dòng)用戶在不斷地增長，無線環(huán)境在不斷的變化，話務(wù)分布情況也在變化之中，因此，GSM網(wǎng)絡(luò)是在循環(huán)反復(fù)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化的過程中不斷發(fā)展壯大起來的。無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化工作的總體流程可用下面的流程圖表示出來。系統(tǒng)需求調(diào)查分析系統(tǒng)容量極限網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)整用戶增長、話務(wù)分布改變、無線環(huán)境變化網(wǎng)絡(luò)校驗(yàn)與工程型優(yōu)化調(diào)整工程實(shí)施頻率規(guī)劃及干擾預(yù)測覆蓋預(yù)測與規(guī)劃勘察與站點(diǎn)初始布局容量規(guī)劃規(guī)劃1.3 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃主要包括以下基本過程和內(nèi)容：1、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃資料收集與調(diào)查分析為了使所設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)盡可能達(dá)到運(yùn)營商要求，適應(yīng)當(dāng)?shù)赝ㄐ怒h(huán)境及用戶發(fā)展需求，必須進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)前的調(diào)查分析工作。調(diào)查分

6、析工作要求做到盡可能的詳細(xì)，充分了解運(yùn)營商需求，了解當(dāng)?shù)赝ㄐ艠I(yè)務(wù)發(fā)展情況以及地形、地物、地貌和經(jīng)濟(jì)發(fā)展等信息。調(diào)研工作包括以下幾個(gè)部分：了解運(yùn)營商對將要建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)的無線覆蓋、服務(wù)質(zhì)量和系統(tǒng)容量等要求 ；了解服務(wù)區(qū)內(nèi)地形、地物和地貌特征，調(diào)查經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、人均收入和消費(fèi)習(xí)慣；調(diào)查服務(wù)區(qū)內(nèi)話務(wù)需求分布情況 ；了解服務(wù)區(qū)內(nèi)運(yùn)營商現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備性能及運(yùn)營情況；了解運(yùn)營商通信業(yè)務(wù)發(fā)展計(jì)劃，可用頻率資源，并對規(guī)劃期內(nèi)的用戶發(fā)展做出合理預(yù)測；收集服務(wù)區(qū)的街道圖、地形高度圖，如有必要，需購買電子地圖。2、勘察、選址和傳播模型校正基站的勘察、選址工作由運(yùn)營商與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工程師共同完成，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工程師提出選址建議，由

7、運(yùn)營商與業(yè)主協(xié)商房屋或地皮租用事宜，委托設(shè)計(jì)院進(jìn)行工程可行性勘察，并完成機(jī)房、鐵塔設(shè)計(jì)。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工程師通過勘察、選址工作，了解每個(gè)站點(diǎn)周圍電波傳播環(huán)境和用戶密度分布情況，并得到站點(diǎn)的具體經(jīng)緯度。為了更準(zhǔn)確地了解無線規(guī)劃區(qū)內(nèi)電波傳播特性，規(guī)劃工程師可將幾類具有代表性的地形、地物、地貌特征區(qū)域內(nèi)指定頻段的測試數(shù)據(jù)或現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)測試數(shù)據(jù)（已建網(wǎng)絡(luò)）整理以后，輸入網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件進(jìn)行傳播模型的校正，供下一步規(guī)劃計(jì)算中使用。 3、網(wǎng)絡(luò)容量規(guī)劃根據(jù)對規(guī)劃區(qū)內(nèi)的調(diào)研工作，綜合所收集到的信息，結(jié)合運(yùn)營商的具體要求，在對規(guī)劃區(qū)內(nèi)用戶發(fā)展的正確預(yù)測基礎(chǔ)上，根據(jù)營運(yùn)商確定的服務(wù)等級，從而確定整個(gè)區(qū)域內(nèi)重要部分的話務(wù)分布和布

8、站策略、站點(diǎn)數(shù)目和投資規(guī)模等，充分考慮當(dāng)?shù)馗邔咏ㄖ欠亢透咚姆植?，基本確定站點(diǎn)分布及數(shù)目。對于站點(diǎn)的位置及覆蓋半徑，必須考慮到話務(wù)需求量、傳播環(huán)境、上下行信號平衡等對基站覆蓋半徑的限制，建站的綜合成本等諸方面的因素。 對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行初步容量規(guī)劃。容量規(guī)劃得出：滿足規(guī)劃區(qū)內(nèi)話務(wù)需求所需的基站數(shù)； 每個(gè)基站的站型及配置；每個(gè)扇區(qū)提供的業(yè)務(wù)信道數(shù)、話務(wù)量及用戶數(shù)； 每個(gè)基站提供的業(yè)務(wù)信道數(shù)、話務(wù)量及用戶數(shù)； 整個(gè)網(wǎng)絡(luò)提供的業(yè)務(wù)信道數(shù)，話務(wù)量及用戶數(shù)； 此步驟的規(guī)劃是初步規(guī)劃，通過無線覆蓋規(guī)劃和分析，可能要增加或減少一些基站，經(jīng)過反復(fù)的過程，最終確定下基站數(shù)目和站點(diǎn)位置。4、無線覆蓋設(shè)計(jì)及覆蓋預(yù)測 無

9、線覆蓋規(guī)劃最終目標(biāo)是在滿足網(wǎng)絡(luò)容量及服務(wù)質(zhì)量的的前提下,以最少的造價(jià)對指定的服務(wù)區(qū)提供所要求的無線覆蓋。無線覆蓋規(guī)劃工作有以下幾個(gè)部分：初步確定工程參數(shù)如基站發(fā)射功率、天線選型（增益、方向圖等）、天線掛高、饋線損耗等。進(jìn)行上下行信號功率平衡分析、計(jì)算。通過功率平衡計(jì)算得出最大允許路徑損耗，初步估算出規(guī)劃區(qū)內(nèi)在典型傳播環(huán)境中，不同高度基站的覆蓋半徑。 將數(shù)字化地圖、基站名稱、站點(diǎn)位置以及工程參數(shù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件進(jìn)行覆蓋預(yù)測分析，并反復(fù)調(diào)整有關(guān)工程參數(shù)、站點(diǎn)位置，必要時(shí)要增加或減少一些基站，直至達(dá)到運(yùn)營商提出的無線覆蓋要求為止。5、頻率規(guī)劃及干擾分析 頻率規(guī)劃決定了系統(tǒng)最大用戶容量，也是減少系統(tǒng)干擾的

10、主要手段。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工程師運(yùn)用規(guī)劃軟件進(jìn)行頻率規(guī)劃，并通過同頻、鄰頻干擾預(yù)測分析，反復(fù)調(diào)整相關(guān)工程參數(shù)和頻點(diǎn)，直至達(dá)到所要求的同、鄰頻干擾指標(biāo)。6、無線資源參數(shù)設(shè)計(jì)合理地設(shè)置基站子系統(tǒng)的無線資源參數(shù)，保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行質(zhì)量。從無線資源參數(shù)所實(shí)現(xiàn)的功能上來分，需要設(shè)置的參數(shù)有如下幾類：網(wǎng)絡(luò)識別參數(shù) 系統(tǒng)控制參數(shù) 小區(qū)選擇參數(shù) 網(wǎng)絡(luò)功能參數(shù) 無線資源參數(shù)通過操作維護(hù)臺子系統(tǒng)配置。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工程師根據(jù)運(yùn)營商的具體情況和要求，并結(jié)合一般開局的經(jīng)驗(yàn)來設(shè)置，其中有些參數(shù)要在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化階段根據(jù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況作適當(dāng)調(diào)整。 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工作由于技術(shù)性強(qiáng)，涉及的因素復(fù)雜且眾多，所以它需要專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件來完成。規(guī)劃工程

11、師利用網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)的分析、預(yù)測及優(yōu)化，從而初步得出最優(yōu)的站點(diǎn)分布、基站高度、站型配置、頻率規(guī)劃和其它網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。第二章 GSM概述2.1 GSM系統(tǒng)頻譜劃分 GSM作為當(dāng)前世界上分布最廣的蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)，也是目前國內(nèi)移動(dòng)系統(tǒng)的主干網(wǎng)絡(luò)，承載了國內(nèi)的大部分手機(jī)用戶。我國陸地公用蜂窩數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)GSM通信系統(tǒng)目前采用了900 MHz和1800MHz兩個(gè)不同的頻段。（1）GSM900工作的無線頻率分配為：GSM900：890915MHz 上行頻率935960MHz 下行頻率雙工間隔為45MHz，工作帶寬為25MHz，載頻間隔200KHz。頻道序號和頻點(diǎn)標(biāo)稱中心頻率的關(guān)系為：fu(n)=8

12、90.200MHz+(n-1)×0.200MHz上行頻率fd(n)= fu(n)+45MHz下行頻率n=1124頻道GSM900頻段共有124個(gè)載波頻道。（2）由于900MHz頻帶有限，可容納的用戶數(shù)也受限，所以GSM系統(tǒng)又發(fā)展到1800MHz。GSM1800工作的無線頻率分配為：GSM1800：1710-1785MHz 上行頻率1805-1880MHz 下行頻率雙工間隔為95MHz，工作帶寬為75MHz，載頻間隔為200KHz。頻道序號和頻點(diǎn)標(biāo)稱中心頻率的關(guān)系為：fu(n)=1710.2MHz + (n-512)×0.200MHz 上行頻率 fd(n)= fu(n)+95

13、MHz 下行頻率 n=512885頻道目前只有中國移動(dòng)公司的部分分公司開通了GSM1800網(wǎng)絡(luò)，擁有1800網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)分公司大多申請了頻道號為512562的10M帶寬。（3）保護(hù)帶寬 當(dāng)一個(gè)地區(qū)GSM900系統(tǒng)與模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)共存時(shí)，兩系統(tǒng)之間（頻道中心頻率之間）應(yīng)有約400KHz的保護(hù)帶寬，通常是由模擬網(wǎng)預(yù)留。中國移動(dòng)公司與中國聯(lián)通公司的GSM系統(tǒng)也應(yīng)有400KHz的保護(hù)帶寬，即它們之間必須有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)少用一個(gè)頻道，或由中國移動(dòng)預(yù)留，或由中國聯(lián)通預(yù)留。2.2 GSM系統(tǒng)多址技術(shù)GSM系統(tǒng)采用時(shí)分和頻分相結(jié)合的多址技術(shù)。上面已經(jīng)提到，在GSM900頻段上一共可有124個(gè)載頻，GSM1800頻段

14、上一共可有374個(gè)載頻，在整個(gè)頻段上是頻分的，而每個(gè)載頻又是時(shí)分復(fù)用的，即每個(gè)信道占用載頻的八分之一的時(shí)間。一個(gè)載頻共有8個(gè)物理信道，每個(gè)信道都能支持話音或信令信息。這樣每個(gè)載頻（收發(fā)信機(jī)單元）可同時(shí)支持8個(gè)用戶同時(shí)通話，從而節(jié)省了基站硬件設(shè)備。2.3 GSM空間接口2.3.1 物理信道物理信道是支持信息傳輸?shù)拿襟w，在GSM系統(tǒng)中它是由相應(yīng)的載頻及時(shí)隙所決定。前面已經(jīng)提到GSM中單個(gè)載頻可以支持8個(gè)移動(dòng)用戶同時(shí)通話。它是這樣分配的：載頻使用的時(shí)間被分成了多個(gè)時(shí)間段，每個(gè)時(shí)間段稱為一個(gè)“時(shí)隙”，時(shí)隙按順序排列，并編號為0到7。每這樣的8個(gè)時(shí)隙序列稱為一個(gè)“GSM幀”。 每個(gè)載頻在時(shí)間上周期出現(xiàn)的

15、同一時(shí)隙就構(gòu)成了一個(gè)物理信道，提供給每個(gè)移動(dòng)臺傳輸話音、信令或數(shù)據(jù)信息，直到傳輸結(jié)束或切換發(fā)生。與移動(dòng)臺之間收發(fā)信號的定時(shí)對于系統(tǒng)正常工作非常關(guān)鍵。移動(dòng)臺和基站都必須在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間發(fā)射和接收信號，否則就會錯(cuò)過它應(yīng)該所在的時(shí)隙，一個(gè)時(shí)隙里所傳的信息也稱為一個(gè)突發(fā)脈沖序列（Burst）。每個(gè)數(shù)據(jù)突發(fā)脈沖序列在GSM幀中對應(yīng)一個(gè)分配給它的時(shí)隙。2.3.2 邏輯信道 邏輯信道由物理信道上傳遞的信息組成，用以完成特定的功能。GSM的邏輯信道分為兩大類：業(yè)務(wù)信道（TCH）和控制信道（CCH）。1）業(yè)務(wù)信道業(yè)務(wù)信道用于傳送話音和數(shù)據(jù)信息。共有以下兩種業(yè)務(wù)信道：l 全速率信道（Full rate TCH）TCH

16、/FS:話音 ( 業(yè)務(wù)信息13kbit/s , 全部信息 22.8kbit/s gross )TCH/EFR:話音 ( 業(yè)務(wù)信息12.2kbit/s , 全部信息 22.8kbit/s gross )TCH/F9.6:9.6kbit/s 數(shù)據(jù)TCH/F4.8:4.8kbit/s 數(shù)據(jù)TCH/F2.4:2.4kbit/s 數(shù)據(jù)l 半速率信道（Half rate TCH）TCH/HS:話音（業(yè)務(wù)信息6.5kbit/s，全部信息 11.4kbit/s）TCH/H4.84.8kbit/s 數(shù)據(jù)TCH/H2.4 2.4kbit/s 數(shù)據(jù) 第三章 西校區(qū)業(yè)務(wù)需求分析學(xué)校園一般存在多種功能性建筑物，比如教學(xué)

17、科研樓、行政樓、圖書館、宿舍樓、餐廳以及操場等。一般校園內(nèi)的用戶數(shù)目總量較為固定，但用戶行為在不同的建筑內(nèi)具有各不相同的特點(diǎn)。從區(qū)域上看，大學(xué)校園主要分為幾大覆蓋場景：宿舍，教學(xué)樓（包括圖書館等），以及校園區(qū)域。（1）校園室內(nèi)區(qū)域校園室內(nèi)區(qū)域按照建筑功能可以細(xì)分為：教學(xué)樓、行政樓、實(shí)驗(yàn)樓、食堂、圖書館、大學(xué)生活動(dòng)中心、體育館、宿舍樓。此區(qū)域一般是校園話務(wù)量最為集中的區(qū)域，同時(shí)由于校園內(nèi)部的作息時(shí)間，話務(wù)忙時(shí)具有規(guī)律性變化特點(diǎn)。（2）校園室外區(qū)域校園室外區(qū)域面積較大，主要是道路、廣場、室外運(yùn)動(dòng)區(qū)域和草地組成。覆蓋區(qū)域較大，但是話務(wù)量相對較小。3.1 話務(wù)量需求特點(diǎn)西校區(qū)校園內(nèi)人數(shù)較多且集中，學(xué)生

18、總數(shù)較大，但總量變化不大。校園內(nèi)人員流動(dòng)的規(guī)律性帶來話務(wù)的規(guī)律性變化，總體來說人員變化普遍趨勢如下：1）每年有新生入校和畢業(yè)生離校，人數(shù)基本持平；2）每天離開學(xué)校和進(jìn)入學(xué)校的人員基本持平；3）周一至周五校內(nèi)人員較多而周末較少；4）寒暑假校內(nèi)人員較少；5）9月因新生入校人數(shù)增多，漫游數(shù)目較大；6）5-7月因畢業(yè)生陸續(xù)離校，人員總數(shù)減少。根據(jù)校園內(nèi)內(nèi)不同樓宇具有的不同功能，人流量、話務(wù)量、業(yè)務(wù)需求各不同。根據(jù)調(diào)查，樓宇類型和話務(wù)量分布特點(diǎn)如表2所示。表2 樓宇類型與業(yè)務(wù)特點(diǎn)序號樓宇類型人流量話務(wù)量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)1教學(xué)區(qū)較大一般一般2行政樓一般一般較少3A館、B館較少較少較少4食堂較大較大一般5圖書館一般

19、較少一般6體育館較大較少較少7宿舍區(qū)很大較大較大學(xué)校的主要用戶包括學(xué)生、教師和其他人口，其中占最大數(shù)量比例的是學(xué)生這一群體，因此，主要以學(xué)生群體的業(yè)務(wù)行為來分析其話務(wù)特點(diǎn)。學(xué)生的主要活動(dòng)區(qū)域可按白天和晚上劃分為教學(xué)區(qū)、宿舍區(qū)和其他區(qū)域（包括校園內(nèi)、餐廳、操場等）。以上述分析為基礎(chǔ)，得出高校區(qū)的業(yè)務(wù)需求。大學(xué)內(nèi)基本所有學(xué)生都住宿，宿舍區(qū)夜間的話務(wù)量相當(dāng)高。周一至周五白天，人員集中在教學(xué)樓和實(shí)驗(yàn)樓。早中晚飯時(shí)間，人員主要集中在食堂。由于圖書館內(nèi)場館限制，一般話務(wù)量較小。宿舍話務(wù)量基本可以作為整個(gè)校園話務(wù)容量的衡量標(biāo)準(zhǔn)?；谝陨先藛T活動(dòng)特點(diǎn)的分析，室外宏站的話務(wù)壓力不大，可以適當(dāng)減少載頻規(guī)劃數(shù)量，提

20、高載頻利用率并且可以減少頻率干擾；對于校園的室內(nèi)分布小區(qū)，需要吸收更多的話務(wù)量，話務(wù)壓力較大。3.2 建筑分布特點(diǎn)根據(jù)我校建筑物分布情況，主要分為三大區(qū)，分別為南村宿舍區(qū)、北村宿舍區(qū)、教學(xué)區(qū)及實(shí)驗(yàn)室。其中主要的區(qū)域有：南村宿舍樓有9棟，北村宿舍樓有8棟，教學(xué)樓有四棟，實(shí)驗(yàn)樓有2棟。除了上述以外，還有校醫(yī)院和工程訓(xùn)練中心，及門口行政處。這幾個(gè)個(gè)地點(diǎn)平時(shí)人數(shù)較少，對網(wǎng)絡(luò)需求量較小，故在建筑物布局圖未詳細(xì)列出，現(xiàn)主要區(qū)域建筑分布如圖2所示。圖2 西校區(qū)各建筑分布圖3.3 設(shè)計(jì)指標(biāo)根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，本次的設(shè)計(jì)目標(biāo)為：覆蓋區(qū)內(nèi)無線可通率：移動(dòng)臺在無線覆蓋區(qū)內(nèi)90%的位置，99%的時(shí)間可接入網(wǎng)絡(luò)無線信道呼損：

21、根據(jù)要求無線信道呼損市區(qū)不高于2%塊差錯(cuò)率目標(biāo)值（BLER Target）：話音 1%，CS64K 0.1%1%，PS數(shù)據(jù) 510%第四章 設(shè)計(jì)方案4.1采用全向天線對校園進(jìn)行覆蓋4.1.1 全向天線的概述1.全向天線概念全向天線：即在水平方向圖上表現(xiàn)為360°都均勻輻射，也就是平常所說的無方向性。一般情況下波瓣寬度越小，增益越大。全向天線在通信系統(tǒng)中一般應(yīng)用距離近，覆蓋范圍大，價(jià)格便宜。增益一般在9dB以下 。2. 天線性能參數(shù)的選定天線增益：一般天線的發(fā)射方向(垂直方向的或者是水平方向的)越集中，那么獲得的天線增益也就越高。對于一個(gè)全向性天線，在所有方向上的增益都是相同的。定向性

22、天線則是主發(fā)射方向的增益最大。前后比：對于定向天線，有明顯的最大增益方向，其最大主向增益與反方向增益之比，可以表示出天線的定向性情況。極化：天線對發(fā)射波束的極化方式。波束寬度：一般指天線發(fā)射的主方向與發(fā)射功率下降3dB點(diǎn)的一個(gè)夾角，并把這個(gè)區(qū)域稱為天線的波瓣，如下圖所示： 波束寬度示意圖波束寬度又可以用水平3dB寬度和垂直3dB寬度來表示。在天線說明書方向圖上可以明確地查到。根據(jù)組網(wǎng)的要求建立不同類型的基站，而不同類型的基站需要選擇不同類型的天線。選擇的依據(jù)就是上述技術(shù)參數(shù)。比如全向站就是采用了各個(gè)水平方向增益基本相同的全向型天線，而定向站就是采用了水平方向增益有明顯變化的定向型天線。一般在市

23、區(qū)選擇水平波束寬度B為60°的天線，在郊區(qū)可選擇水平波束寬度B為60°或90°的天線，而在鄉(xiāng)村選擇能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍覆蓋的全向天線則是最為經(jīng)濟(jì)的。3.天線高度與傾角天線有效高度：為了獲得一個(gè)地區(qū)預(yù)計(jì)的場強(qiáng)，需要定義基站的天線的有效高度。根據(jù)Okumura的定義，天線高度hts為天線距海平面的高度，地形的平均高度hga一般為315000m之間，通常我們可用天線的海拔高度減去地形的平均海拔高度得到實(shí)際天線有效高度：hte= hts-hga。天線傾角：當(dāng)天線以垂直方向安裝以后，它的發(fā)射方向是水平的，由于要考慮到同頻干擾，時(shí)間色散等問題，小區(qū)制的蜂窩網(wǎng)絡(luò)的天線一般有一個(gè)下傾角

24、度。天線的下傾的方式可以分為機(jī)械下傾和電子下傾兩種。天線的機(jī)械下傾角度超過8度時(shí)會導(dǎo)致天線方向圖就會變形，其主瓣向內(nèi)縮、旁瓣向外擴(kuò)張，且角度越大，變形越嚴(yán)重，給網(wǎng)絡(luò)的覆蓋和干擾帶來許多不確定因數(shù)，因此不主張?zhí)炀€機(jī)械下傾超過12度。4.1.2 基站方案 此次基于校園環(huán)境的GSM網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，將基站設(shè)置于南村食堂頂部，基站天線覆蓋示意圖如圖4-1。 圖 4-1基站天線覆蓋示意圖如圖中所示，扇區(qū)1覆蓋教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓、一部分樹園以及大范圍的室外環(huán)境。扇區(qū)2覆蓋北村宿舍樓運(yùn)動(dòng)場、體育館以及道路等室外環(huán)境。扇區(qū)3覆蓋南村宿舍樓運(yùn)動(dòng)場、田徑場以及樹園道路等室外環(huán)境。4.1.3基站天線輸入功率EIRP的計(jì)算基站天

25、線輸入功率是指進(jìn)入基站發(fā)射天線的功率。其考慮了發(fā)射機(jī)輸出功率，合路器的損耗、饋纜損耗、接頭損耗及其它器件的損耗。計(jì)算公式為（dB值表示）：基站天線輸入功率=發(fā)射機(jī)輸出功率（合路器的損耗+饋纜損耗+接頭損耗+其它器件的損耗）如果再考慮基站發(fā)射天線的增益，就為EIRP（等效全向輻射功率），即有：基站天線輸入功率+基站天線的增益=EIRP4.2 容量方案為了對現(xiàn)有校園分布系統(tǒng)小區(qū)進(jìn)行容量規(guī)劃，校園用戶數(shù)目需要盡量準(zhǔn)確。北村生活區(qū)共8棟宿舍樓和圖書館以及大學(xué)生活動(dòng)中心，住宿的總?cè)藬?shù)為8640人。南村生活區(qū)共9棟宿舍樓，住宿的總?cè)藬?shù)為9720人。宿舍區(qū)總?cè)藬?shù)約為19000人，加上教職員工以及校內(nèi)工作人員

26、總共有20000人。由于學(xué)生上課流動(dòng)性大，在食堂、圖書館、校園內(nèi)不同時(shí)間段學(xué)生量完全不同，學(xué)生同時(shí)出現(xiàn)在這些地點(diǎn)時(shí)最多有5000人。1.語音業(yè)務(wù)忙時(shí)話務(wù)量根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，用戶語音忙時(shí)話務(wù)量的公式，其中C為每一用戶每天平均呼叫次數(shù)，T為每次呼叫平均占用信道時(shí)間，k為集中系數(shù)，可計(jì)算出校園不同地點(diǎn)的忙時(shí)話務(wù)量。經(jīng)過實(shí)際調(diào)研，宿舍區(qū)話務(wù)量高峰期是中午12:0014:30和晚上21:3024:00這兩個(gè)時(shí)間段，每一個(gè)用戶每天平均呼叫次數(shù)為6（次/天），每次呼叫的平均占用信道時(shí)間為120（秒/次），集中系數(shù)為15%，所以宿舍區(qū)每用戶的忙時(shí)話務(wù)量為 4-1校園其他區(qū)域話務(wù)量較少， 每一用戶每天平均呼叫次數(shù)

27、為2（次/天），每次呼叫平均占用信道時(shí)間為90（秒/次），集中系數(shù)為10%，同理可得每用戶的忙時(shí)話務(wù)量為0.005erl/用戶。根據(jù)不同點(diǎn)的用戶數(shù)，計(jì)算出無呼損時(shí)的忙時(shí)話務(wù)量：在北村宿舍區(qū)大約有9000用戶，所以北村總的忙時(shí)話務(wù)量為 4-2 在南村宿舍區(qū)用戶約有10000人，同理，南村總的忙時(shí)話務(wù)量為 4-3在校園其他區(qū)域忙總的話務(wù)量為 4-42.移動(dòng)數(shù)據(jù)忙時(shí)話務(wù)量目前GSM手機(jī)使用的業(yè)務(wù)主要有語音（AMR12.2K）、視頻（CS64K）、PS64/64K、PS64/128K等四種?，F(xiàn)在設(shè)定蘭州理工大學(xué)西校區(qū)GSM網(wǎng)絡(luò)用戶使用的語音業(yè)務(wù)是AMR12.2K，移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是64K, 預(yù)測語音業(yè)務(wù)全

28、天的話務(wù)量為0.03erl/用戶，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的話務(wù)量為0.01erl/用戶。語音業(yè)務(wù)與移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載比為1:4。因此根據(jù)每種業(yè)務(wù)占用信道資源的比例，可以將1Erl移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等效為4Erl的語音業(yè)務(wù)。根據(jù)實(shí)際調(diào)查，在校園內(nèi)任何時(shí)間任何地方都使用手機(jī)QQ，所以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在全天24小時(shí)內(nèi)使用是均勻的。則在北村宿舍區(qū)忙時(shí)話務(wù)量為 4-5同理，在南村宿舍區(qū)忙時(shí)話務(wù)量為0.01*1000=100erl；在校園其他區(qū)域忙時(shí)話務(wù)量為0.01*5000=50erl。用等效愛爾蘭算法將數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等效為語音業(yè)務(wù)，可得到西校區(qū)校園不同地點(diǎn)的忙時(shí)話務(wù)量，在北村宿舍區(qū)忙時(shí)話務(wù)量為；在南村宿舍區(qū)忙時(shí)話務(wù)量為愛爾蘭；在校園其他區(qū)域忙時(shí)話務(wù)量為。由于無線電波在傳播過程中，不可能100%的傳播，都存在一定的呼損，假設(shè)呼損率為5%,則北村宿舍區(qū)忙時(shí)話務(wù)量為；同理在南村宿舍區(qū)忙時(shí)話務(wù)量為；在校園其他區(qū)域忙時(shí)話務(wù)量為。由于1個(gè)愛爾蘭對應(yīng)1個(gè)信道，則北村宿舍區(qū)需要599個(gè)信道；南村宿舍區(qū)需要665個(gè)信道；校園其他區(qū)域需要214個(gè)信道。本次設(shè)計(jì)TD-SCDMA系統(tǒng)采用18801920 MHz的頻段，一共有40MHz的頻帶，載頻間隔為1.6 MHz,有40MHz/1.6 MHz=25個(gè)載頻。由于TD-SCDMA系統(tǒng)根據(jù)服務(wù)質(zhì)量的不同，每個(gè)載頻有40到8