3G无线接入网络规划中的共容策略
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摘要： 3G无线接入网络规划中的共容策略随着时间的推移,3G移动通信技术日渐成熟,有关3G网络的部署,设计也逐步提上日程.从设计的理念来说,3G与2G及2.5G的网络有着显著不同,这种不同,除了表现在无线接入网络的设计上外,还表现在核心网络的设
Abstract：
Key words :
3G无线接入网络规划中的共容策略
随着时间的推移,3G移动通信技术日渐成熟,有关3G网络的部署,设计也逐步提上日程.从设计的理念来说,3G与2G及2.5G的网络有着显著不同,这种不同,除了表现在无线接入网络的设计上外,还表现在核心网络的设计,支撑系统的规划,业务平台的开发等诸多方面.3G网络的设计是比较复杂的,本文仅就一些大的原则提出3G无线网络设计的基本思想,并提出与现有系统共容的策略.
一,网络组织架构和规划总则
无线通信系统网络规划工作是随着小区制蜂窝移动通信系统的出现而提出的.在蜂窝移动通信阶段,网络的覆盖和容量不但与设备性能有关,还与每个小区基站的站点选择,参数选择,小区间干扰,网络结构等因素有关,在综合这些因素的过程中,逐步形成了系统的网络规划技术.一个无线网络系统主要包括无线接入部分,传输部分和交换部分,因此相应的无线通信系统的网络规划也分为无线网络规划,传输中继规划和交换网络规划三个部分,具体的3G网络拓扑图如图1所示.该图展示了3G网络和现有网之间的关系,网络组织及采用的主要技术路线.
图13G网络拓扑图
无线网络规划是根据无线网络的特性以及网络规划的要求,设定相应的工程参数和无线资源参数,并在满足一定信号覆盖,系统容量和业务质量要求的前提下,使网络的工程成本最低.要规划好无线网络,需做好四个方面的工作.
1.要了解无线网络的特点,不同的无线网络特点决定了网络规划中的重点和难点.例如,GSM网络的频率复用带来频率规划的问题,CDMA网络使用扰码相位区分则带来了扰码相位规划的问题等.
2.要了解网络规划的需求,其中包括运营商的网络运行环境要求,无线业务需求等.运营商的要求对网络规划有指导意义,网络运行环境不同时,网络建设的策略也要做相应的改变;网络覆盖区域的无线业务需求决定了网络需要达到的性能指标.
3.进行具体的网络规划工作.规划的最终目标是满足一定的信号覆盖,系统容量和业务质量指标.达到目标的手段是合理设置系统的工程参数和无线资源参数.
4.考虑经济效益,在满足规划目标的情况下,尽可能保证工程造价最低.
二,无线网络规划总体原则和主要性能指标
1.无线网络设计总体原则
第三代移动通信网络设计应遵循以下四个主要原则.
(1)无线网络覆盖与业务规划相结合.
(2)室外与室内覆盖并重.
(3)网络的设计要具有良好的向前扩展性,即系统容量能满足用户增长需要.
(4)要规划好无线支撑系统的建设,能提供不同用户的QoS等级服务.
(5)考虑网络规划规模,技术手段的未来发展和演进方向.
2.网络规划的主要技术指标
无线网络初始布局是基于运营商对多方面的考虑,包括对可能的配置和网络设备数量的估计,主要包括以下三个方面.
(1)覆盖:覆盖区,区域类型信息,传播条件.
(2)容量:可用频谱,用户增长预测,业务密度信息.
(3)服务质量:区域定位概率(覆盖率),阻塞率,终端用户吞吐量.
初始布局包括无线链路预测,覆盖分析,容量估计和最后对站点,基站硬件,RNC,不同接口设备和核心网络元素(电路域和分组交换域的核心网)等数量的估计.上述指标中,最关键的是对无线链路的预测,覆盖效率的规划及负载因子和频谱效率的计算.
三,无线网络设计方法
1.单一3G网络的情况
用户的分布,用户的移动速度以及用户业务模型都直接影响到无线网络的覆盖,容量和网络性能.而传统的链路运算,容量推算等方法都无法准确地反映未来网络实际情况,只有采用上面流程中专用的网络规划和仿真工具,并建立准确的地理环境模型,用户业务和行为模型,才能仿真出实际网络的运行效果.我们可以从无线网络覆盖和业务两个方面对基站的规划设计进行预测.
(1)以无线网络覆盖为依据的基站预测设计方法.在这种设计方法中,首先要列出基站覆盖的参考业务,主要关键点是业务类型,传播模型,对传播模型的校正,模型有效标准,基本覆盖等.在确定以上因素的情况下进行基站预算:基站预算=总覆盖面积/参考业务覆盖范围.
(2)以业务为依据的基站预测设计方法.在这种预算中,首先要确定业务的类型,包括分组业务和语音业务;第二,要确定总业务量的预测分布;第三,以坎贝尔模型算出基站预算;最后核算CS域剩余信道容量是否满足PS承载,如不满足,则根据数据承载需要增加基站预算.
2.3G与2G并存的情况
在单一3G网络存在的情况下,我们构架了3G无线网络的基本结构.但是,对于传统的2G,2.5G(后面我们统称为2G)网络运营商来说,覆盖广泛的网络,庞大的用户群对于3G网络来说既是优势也是限制因素.2G运营商既要保持其网络覆盖及用户优势,又要引入3G技术,这必然会产生两种系统的相互影响.如何通过网络规划将两者之间的影响降到最低,使两者能够实现共容是亟待解决的问题.3G/2G网络的相互影响主要表现在以下几个方面.
(1)无线接入网络:主要是要考虑到2G/3G网络间的漫游,切换,基础设施公用(共站址,共享室内分布系统,共机房等)等方面.
(2)核心网:主要考虑到2G网络中的信令网,承载网,BOSS系统,以及如何进行2G/3G之间"号码携带NMP"等.
(3)业务网络:智能网,业务平台,业务管理平台等.
为了使3G/2G做到很好地共容,在无线接入网部分需要注意以下几个问题.
1.漫游
3GPP对于2G/3G之间的漫游,小区重选,系统设备,终端都指定了详细的规范.并要求原有的BSS进行协议升级,以支持3G邻近小区的广播,系统间切换等特性.另外,为了支持系统间切换,MSC设备也需要进行相应的软件升级.
2G/3G双重覆盖时,我们倾向于3G用户优先接入3G网络,并保持在3G网络中.这一方面可以给用户提供更优质的服务,另一方面还可以分担2G网络的负荷.当3G用户离开3G覆盖区时,才进行3G到2G的重选过程.一旦用户重新进入3G覆盖区,马上再进行2G到3G的重选.此时,2G的BSC必须软件升级,否则无法自动漫游回3G;而对于漫游而言,2GMSC可以不升级,3GMSC也不用进行任何适配处理.
2.切换
现阶段,在2G/2.5G和3G之间的切换还存在很多问题.3GPP只制定了R99版本的3G/2G之间的切换,因此,只有对原有的2G网络升级到R99,才能够支持系统间的切换.而升级原有的网络,对于移动运营商是个巨大的风险.为解决以上问题,可以采取3GMSC兼容2GMSC的做法.根据目前中兴通讯3G网络的经验,除按协议3GMSC应作的适配外,由于在具体组网中存在3GMSC下挂RNC,R99/R98BSC和2G MSC(V3和V2版本)下挂R99/R98 BSC等不同情况,需要对3G MSC提出更多具体的特殊要求.
3.基础设施共用
(1)共站址及机房
在3G无线网络的建设中,和2G共站址不仅是可行的而且是必须的.调研结果显示,80%的2G站址是可以用作3G站址的.在3G站址的选择过程中,特别要考虑到诸如电源,传输(高速数据业务尤为突出),机房空间以及原有2G站址的合理性等因素.
共用机房非常重要.其中机房屋顶情况比较复杂,民用建筑设计承重不能满足3G机房条件,必须灵活进行基站建设.当空间,承重等条件满足的前提下,可充分利用2G机房.
(2)共享室内分布系统
在3G建网初期,就需要考虑对一些室内的热点地区引入专门的3G室内分布系统,如果已有2G室内分布系统,应优先考虑2G/3G之间共用室内分布系统.对3G室内分布系统来讲,与GSM共用是简单,有效而且经济,快速的建设方案,这里最主要的工作是需要保证在基站设备接入端采用能够满足系统间隔离度要求的双工器.
(3)共天馈系统
3G与2G系统间共享天馈资源也非常重要.其中可以通过采用共用抱杆,铁塔等基础设施来实现.也可以通过使用特定的多频合路器,在2G,3G覆盖区域一致的情况下,2G与3G共用天馈系统.
除此之外,我们在规划3G无线网络的时候,还需要考虑到2G和3G之间的干扰情况.在2G/3G共址的情况下,两个系统之间存在如杂散干扰,阻塞干扰,互调干扰等,这些干扰在两个系统频带相邻的情况下尤其严重,如TD-SCDMA与GSM1800系统,CDMA1900与WCDMA等.除此之外,在2G/3G共址的情况下,频带相邻的两个系统还存在邻频干扰的情况.这些干扰因素也都会影响系统的技术指标,必须予以重视.
四,结论
3G无线网络的规划是一个复杂浩大的工程,由于3G业务的多样性和3G本身的许多特点,使得它的设计复杂度远远大于第二代移动通信系统的规划.在我们构架出基本3G框架的基础上还需要考虑3G/2G的共容,使系统间能够方便的进行通信,并充分地利用已有的系统克服因站址选择的局限性而导致不同系统共站址,共机房等造成的系统间的干扰问题.
随着时间的推移,3G移动通信技术日渐成熟,有关3G网络的部署,设计也逐步提上日程.从设计的理念来说,3G与2G及2.5G的网络有着显著不同,这种不同,除了表现在无线接入网络的设计上外,还表现在核心网络的设计,支撑系统的规划,业务平台的开发等诸多方面.3G网络的设计是比较复杂的,本文仅就一些大的原则提出3G无线网络设计的基本思想,并提出与现有系统共容的策略.
一,网络组织架构和规划总则
无线通信系统网络规划工作是随着小区制蜂窝移动通信系统的出现而提出的.在蜂窝移动通信阶段,网络的覆盖和容量不但与设备性能有关,还与每个小区基站的站点选择,参数选择,小区间干扰,网络结构等因素有关,在综合这些因素的过程中,逐步形成了系统的网络规划技术.一个无线网络系统主要包括无线接入部分,传输部分和交换部分,因此相应的无线通信系统的网络规划也分为无线网络规划,传输中继规划和交换网络规划三个部分,具体的3G网络拓扑图如图1所示.该图展示了3G网络和现有网之间的关系,网络组织及采用的主要技术路线.
图13G网络拓扑图
无线网络规划是根据无线网络的特性以及网络规划的要求,设定相应的工程参数和无线资源参数,并在满足一定信号覆盖,系统容量和业务质量要求的前提下,使网络的工程成本最低.要规划好无线网络,需做好四个方面的工作.
1.要了解无线网络的特点,不同的无线网络特点决定了网络规划中的重点和难点.例如,GSM网络的频率复用带来频率规划的问题,CDMA网络使用扰码相位区分则带来了扰码相位规划的问题等.
2.要了解网络规划的需求,其中包括运营商的网络运行环境要求,无线业务需求等.运营商的要求对网络规划有指导意义,网络运行环境不同时,网络建设的策略也要做相应的改变;网络覆盖区域的无线业务需求决定了网络需要达到的性能指标.
3.进行具体的网络规划工作.规划的最终目标是满足一定的信号覆盖,系统容量和业务质量指标.达到目标的手段是合理设置系统的工程参数和无线资源参数.
4.考虑经济效益,在满足规划目标的情况下,尽可能保证工程造价最低.
二,无线网络规划总体原则和主要性能指标
1.无线网络设计总体原则
第三代移动通信网络设计应遵循以下四个主要原则.
(1)无线网络覆盖与业务规划相结合.
(2)室外与室内覆盖并重.
(3)网络的设计要具有良好的向前扩展性,即系统容量能满足用户增长需要.
(4)要规划好无线支撑系统的建设,能提供不同用户的QoS等级服务.
(5)考虑网络规划规模,技术手段的未来发展和演进方向.
2.网络规划的主要技术指标
无线网络初始布局是基于运营商对多方面的考虑,包括对可能的配置和网络设备数量的估计,主要包括以下三个方面.
(1)覆盖:覆盖区,区域类型信息,传播条件.
(2)容量:可用频谱,用户增长预测,业务密度信息.
(3)服务质量:区域定位概率(覆盖率),阻塞率,终端用户吞吐量.
初始布局包括无线链路预测,覆盖分析,容量估计和最后对站点,基站硬件,RNC,不同接口设备和核心网络元素(电路域和分组交换域的核心网)等数量的估计.上述指标中,最关键的是对无线链路的预测,覆盖效率的规划及负载因子和频谱效率的计算.
三,无线网络设计方法
1.单一3G网络的情况
用户的分布,用户的移动速度以及用户业务模型都直接影响到无线网络的覆盖,容量和网络性能.而传统的链路运算,容量推算等方法都无法准确地反映未来网络实际情况,只有采用上面流程中专用的网络规划和仿真工具,并建立准确的地理环境模型,用户业务和行为模型,才能仿真出实际网络的运行效果.我们可以从无线网络覆盖和业务两个方面对基站的规划设计进行预测.
(1)以无线网络覆盖为依据的基站预测设计方法.在这种设计方法中,首先要列出基站覆盖的参考业务,主要关键点是业务类型,传播模型,对传播模型的校正,模型有效标准,基本覆盖等.在确定以上因素的情况下进行基站预算:基站预算=总覆盖面积/参考业务覆盖范围.
(2)以业务为依据的基站预测设计方法.在这种预算中,首先要确定业务的类型,包括分组业务和语音业务;第二,要确定总业务量的预测分布;第三,以坎贝尔模型算出基站预算;最后核算CS域剩余信道容量是否满足PS承载,如不满足,则根据数据承载需要增加基站预算.
2.3G与2G并存的情况
在单一3G网络存在的情况下,我们构架了3G无线网络的基本结构.但是,对于传统的2G,2.5G(后面我们统称为2G)网络运营商来说,覆盖广泛的网络,庞大的用户群对于3G网络来说既是优势也是限制因素.2G运营商既要保持其网络覆盖及用户优势,又要引入3G技术,这必然会产生两种系统的相互影响.如何通过网络规划将两者之间的影响降到最低,使两者能够实现共容是亟待解决的问题.3G/2G网络的相互影响主要表现在以下几个方面.
(1)无线接入网络:主要是要考虑到2G/3G网络间的漫游,切换,基础设施公用(共站址,共享室内分布系统,共机房等)等方面.
(2)核心网:主要考虑到2G网络中的信令网,承载网,BOSS系统,以及如何进行2G/3G之间"号码携带NMP"等.
(3)业务网络:智能网,业务平台,业务管理平台等.
为了使3G/2G做到很好地共容,在无线接入网部分需要注意以下几个问题.
1.漫游
3GPP对于2G/3G之间的漫游,小区重选,系统设备,终端都指定了详细的规范.并要求原有的BSS进行协议升级,以支持3G邻近小区的广播,系统间切换等特性.另外,为了支持系统间切换,MSC设备也需要进行相应的软件升级.
2G/3G双重覆盖时,我们倾向于3G用户优先接入3G网络,并保持在3G网络中.这一方面可以给用户提供更优质的服务,另一方面还可以分担2G网络的负荷.当3G用户离开3G覆盖区时,才进行3G到2G的重选过程.一旦用户重新进入3G覆盖区,马上再进行2G到3G的重选.此时,2G的BSC必须软件升级,否则无法自动漫游回3G;而对于漫游而言,2GMSC可以不升级,3GMSC也不用进行任何适配处理.
2.切换
现阶段,在2G/2.5G和3G之间的切换还存在很多问题.3GPP只制定了R99版本的3G/2G之间的切换,因此,只有对原有的2G网络升级到R99,才能够支持系统间的切换.而升级原有的网络,对于移动运营商是个巨大的风险.为解决以上问题,可以采取3GMSC兼容2GMSC的做法.根据目前中兴通讯3G网络的经验,除按协议3GMSC应作的适配外,由于在具体组网中存在3GMSC下挂RNC,R99/R98BSC和2G MSC(V3和V2版本)下挂R99/R98 BSC等不同情况,需要对3G MSC提出更多具体的特殊要求.
3.基础设施共用
(1)共站址及机房
在3G无线网络的建设中,和2G共站址不仅是可行的而且是必须的.调研结果显示,80%的2G站址是可以用作3G站址的.在3G站址的选择过程中,特别要考虑到诸如电源,传输(高速数据业务尤为突出),机房空间以及原有2G站址的合理性等因素.
共用机房非常重要.其中机房屋顶情况比较复杂,民用建筑设计承重不能满足3G机房条件,必须灵活进行基站建设.当空间,承重等条件满足的前提下,可充分利用2G机房.
(2)共享室内分布系统
在3G建网初期,就需要考虑对一些室内的热点地区引入专门的3G室内分布系统,如果已有2G室内分布系统,应优先考虑2G/3G之间共用室内分布系统.对3G室内分布系统来讲,与GSM共用是简单,有效而且经济,快速的建设方案,这里最主要的工作是需要保证在基站设备接入端采用能够满足系统间隔离度要求的双工器.
(3)共天馈系统
3G与2G系统间共享天馈资源也非常重要.其中可以通过采用共用抱杆,铁塔等基础设施来实现.也可以通过使用特定的多频合路器,在2G,3G覆盖区域一致的情况下,2G与3G共用天馈系统.
除此之外,我们在规划3G无线网络的时候,还需要考虑到2G和3G之间的干扰情况.在2G/3G共址的情况下,两个系统之间存在如杂散干扰,阻塞干扰,互调干扰等,这些干扰在两个系统频带相邻的情况下尤其严重,如TD-SCDMA与GSM1800系统,CDMA1900与WCDMA等.除此之外,在2G/3G共址的情况下,频带相邻的两个系统还存在邻频干扰的情况.这些干扰因素也都会影响系统的技术指标,必须予以重视.
四,结论
3G无线网络的规划是一个复杂浩大的工程,由于3G业务的多样性和3G本身的许多特点,使得它的设计复杂度远远大于第二代移动通信系统的规划.在我们构架出基本3G框架的基础上还需要考虑3G/2G的共容,使系统间能够方便的进行通信,并充分地利用已有的系统克服因站址选择的局限性而导致不同系统共站址,共机房等造成的系统间的干扰问题.
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