CN102231884A - 一种td-scdma集群容量和覆盖的联合设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种TD-SCDMA集群系统容量和覆盖的联合设计方法,涉及集群通信,本发明技术方案为:根据链路的最大链路损耗,建立相应的传播模型,分别根据不同服务小区类型的用户密度和每用户平均业务量,以及当前基站所覆盖的面积计算各小区的业务量,根据业务量、通信满意程度阈值估算服务小区半径,计算各服务小区的干扰受限容量;根据小区类型表,按不同服务小区类型逐个检查小区中基站的干扰受限容量是否满足其覆盖区域的容量要求,如不满足要求,采用扩容技术直至使其满足覆盖区域的容量要求,确定信道数。本发明可以应用于TD-SCDMA集群网络的规划和优化。
Description
技术领域
本发明涉及TD-SCDMA集群技术领域,特别是TD-SCDMA集群容量和覆盖的联合设计方法。
背景技术
TD-SCDMA集群系统是一个采用码分多址技术的集群系统,因此是个受干扰影响很大的系统,比如我们常说的呼吸效应。集群系统上行只有一个用户,各用户通过抢占信道的方式获得说话权,抢占时用户之间分优先级,优先级高的用户首先占用信道获得说话权,优先级高的用户往往是重要的人员,比如在调度中起组织和领导作用的人员。集群系统下行信道采用的方式与TD-SCDMA系统中的共享信道是类似的,是被一个或多个用户共享的。
TD-SCDMA集群系统的容量和覆盖与TD-SCDMA系统是有许多相似的地方,但工作方式是有很大不同的,应用领域也是有很大不同的,这些决定了TD-SCDMA集群系统的基站的数量、基站的选址、基站的容量、基站的覆盖范围有很大不同。
我们都知道集群系统主要用于各行业的调度系统,这种通信是为了保障工作任务的顺利完成,而公众蜂窝系统虽然也可以进行集群业务,但是为公众的通话服务的。各行业可以根据自己的需要组建自己的集群网络。
根据业务开展的目的、业务的大小和分布、业务覆盖的范围等,通过详细综合的计算和科学合理的规划,在设计中综合考虑容量和覆盖的相互影响和制约,设计一个高质量的集群网络是十分重要的。
TD-SCDMA集群系统的初期组网采用宏蜂窝进行全面覆盖,各小区覆盖面积相等,初期承载的是最轻的负载即满足农村的业务要求即可。可以采用全向天线的中心激励方式将基站放在蜂窝结构的中心,也可以采用三扇区的顶点激励方式将基站放在蜂窝结构的顶点。然后在郊区、市区、密集市区进行小区分裂,分裂的情况依据业务量的大小进行,同时保证完全的覆盖未分裂前的小区的覆盖范围。
在中国专利ZL 200310112535.X中公开了一种容量规划评估的方法,涉及对网络规划中的容量规划质量和网络负载状况定量评估。采用该发明可以有效指导无线网络的容量规划,提高了无线网络规划的准确性和效率。在公开号为CN 101969648 A的中国专利申请中公开了一种实现无线网络通信覆盖规划系统,包括:室内覆盖的站点获得模块、站点初步调查与预设模块、站点详细设计模块、站点优化验收模块和网络话筒跟踪模块。能提高小区主控区域的信号场强。在中国专利ZL 200610024962.6中公开了一种无线网络及其网络规划与优化的方法,使网络规划和优化的效果得到提高。
上述现有技术没有考虑同时对容量和覆盖进行联合设计,而是将容量和覆盖分别进行规划,但是实际TD-SCDMA集群系统中容量与覆盖、干扰是密不可分、相互影响的。本发明通过对容量和覆盖的联合设计,更加符合实际网络的情况,从而可以更加有效地对网络进行规划和优化。
发明内容
本发明针对现有技术的上述缺陷,提出一种TD-SCDMA集群系统容量和覆盖的联合设计方法,可用于网络建设初期的规划和后期的优化。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为,提出一种TD-SCDMA集群通信容量和覆盖的联合设计方法,包括步骤:计算上下行链路的最大链路损耗,根据用户与基站之间、基站与基站之间、用户与用户之间距离建立相应的传播模型,调用相应方程计算路径损耗;分别根据不同服务小区类型的用户密度 和每用户平均业务量,以及当前基站所覆盖的面积根据公式计算各小区的业务量,根据业务量估算服务小区半径,计算各服务小区的干扰受限容量;根据小区类型表,按不同服务小区类型逐个检查小区中基站的干扰受限容量是否满足其覆盖区域的容量要求,如不满足要求,采用扩容技术直至使其满足覆盖区域的容量要求,确定信道数。
对于设计容量不满足实际容量的小区,进行小区分裂等进行扩容,扩容技术可采用小区分裂或采用增加载波,具体为:计算每种业务的阻塞概率,直到满足所有类型的业务阻塞概率要求,确定满足要求的信道数。
用户和基站之间,路径损耗与用户和基站之间距离满足关系。对基站和基站之间,当基站之间距离小于第一菲涅尔半径时,采用自由空间模型,路径损耗与基站之间距离关系为:;当基站之间距离大于第一菲涅尔半径时,路径损耗与基站之间距离关系为:。当用户和用户之间距离小于50m时,路径损耗与之间关系为:;用户和用户之间距离大于50m时,路径损耗与之间关系为:。
本发明综合考虑容量和覆盖的规划,更好地实现网络容量和覆盖的平衡,同时本设计方法分不同地形分别进行规划,更加贴近实际,从而得到更加精确的小区间和小区内干扰情况,精确地评估系统容量受信道数量和干扰情况的综合影响。
附图说明
图1本发明的覆盖区域划分图,
图2本发明的容量和覆盖联合设计流程图,
图3本发明采用随机背包模型计算多业务等效容量的流程图,
图4本发明采用的小区分裂示意图。
具体实施方式
本发明综合考虑容量和覆盖的规划,更好地实现网络容量和覆盖的平衡,同时本设计分不同地形分别进行规划,更加贴近实际,从而得到更加精确的小区间和小区内干扰情况,精确地评估系统容量受信道数量和干扰情况的综合影响。为了更加精确地确定小区间和小区内干扰,根据各种类型的小区的业务量和小区覆盖范围的差别,本发明的覆盖区域以城市为中心向外辐射,分为密集市区、市区、郊区、农村,对于其他区域形状可以采用类似的方法进行划分。
以下针对附图和具体实例,对本发明的实施进行描述。
图1所示为覆盖区域划分:以城市为中心向外辐射,分为密集市区、市区、郊区、农村,对于其他区域形状可以采用类似的方法进行划分,以此为依据建立小区类型表。
图2所示为本发明的设计方法流程。具体包括如下步骤,对上下行链路进行预算,获得上下行最大链路损耗。可根据以下公式计算上下行最大链路损耗:上行链路最大路径损耗=移动台最大发射功率-基站天馈损耗+基站智能天线增益+终端天线增益-快衰落余量-慢衰落余量+切换增益-干扰余量-建筑物或车体的穿透损耗-人体损耗-基站接收机灵敏度,计算上行链路最大路径损耗;下行链路最大路径损耗=基站最大发射功率-基站天馈损耗+基站智能天线增益+终端天线增益-快衰落余量-慢衰落余量+切换增益-干扰余量-建筑物或车体的穿透损耗-人体损耗-终端接收机灵敏度,计算下行链路最大路径损耗。
根据用户与基站之间、基站与基站之间、用户与用户之间距离建立不同路径损耗与距离关系的方程(传播模型)。具体可为建立基站与基站之间、用户与基站之间、用户与用户之间不同的传播模型描述不同场景,根据上下行最大链路损耗,确定最大的小区半径及覆盖范围。可采用如下公式根据路径损耗计算基站与基站之间、用户与基站之间、用户与用户之间距离,由此确定最大的小区半径及覆盖范围。
根据以上公式计算获得用户和基站之间、用户和用户之间、基站和基站之间的距离,由此确定小区覆盖范围,根据不同服务小区类型的用户密度和每用户平均业务量等计算各小区覆盖范围内区域的业务量,按所需服务的行业的人员数量及分布的位置计算用户密度,每用户的平均业务量则根据目前已有网络的统计报告获得。在该基站覆盖范围内看能否满足区域的业务量要求(需要考虑人口流动的影响预留足够的容量),需要分别判断上行和下行容量是否满足。如果满足业务量要求的区域占整个区域比例超过通信满意程度阈值,这个阈值可以设为95%以达到用户的通信满意程度,则确定小区半径,对于设计的容量不满足实际容量的小区,可以进行小区分裂或者采用其他扩容技术,比如在原小区中增设几个发射功率更小的新基站,或者增加载频或扇区数;如果满足要求的区域比例小于阈值,则需要减小覆盖范围,减少的幅度可按5%进行。反复减少覆盖范围,直到达到通信满意程度阈值为止。
最大的小区半径和覆盖范围确定后,计算覆盖所有区域需要的基站数量。将基站布局到整个区域,以满足小区容量和覆盖要求。
分别根据郊区、市区、密集市区的用户密度和每用户平均业务量,以及当前基站所覆盖的面积S根据公式计算各小区的业务量。检查每个基站的容量能否满足其覆盖区域的业务量,不能满足且相差很大时,对该区域进行小区分裂,不能满足且相差很小时,使用加载波等其他扩容技术。可按郊区、市区、密集市区的顺序依次检查。业务量超过容量的5%可确定为相差很大。检查所有基站,直到所有基站的容量都满足其覆盖区域的业务量要求。
由于CDMA系统都是受干扰影响很大的系统,TD-SCDMA集群系统同样需要考虑同频同时隙干扰对于系统容量的影响,目前平局干扰的方法都是基于各个小区完全等同的业务量。实际上,不同的小区业务量是不同的,因此相互之间的干扰也就会一样,这会对容量的计算产生很大的误差。为更精确地评估不同场景之间的干扰情况,本发明分以下几种情况分别计算不同类型小区相互之间的干扰:
根据图1的划分建立小区类型表,将其分为10种情况:
表1:小区类型表
服务小区类型 | 一二层干扰小区类型 |
密集市区 | 密集市区 |
密集市区 | 密集市区和市区 |
市区 | 密集市区和市区 |
市区 | 市区 |
市区 | 市区和郊区 |
郊区 | 市区和郊区 |
郊区 | 郊区 |
郊区 | 郊区和农村 |
农村 | 农村 |
农村 | 农村和郊区 |
根据小区类型表中以上10种情况,计算TD-SCDMA集群系统在各种服务小区(参照小区类型表)的干扰受限容量。
上述10种情况计算干扰受限容量的方法类似,只是在计算过程中本小区以及第一层和第二层干扰小区的用户数量根据密集市区、市区、郊区和农村的不同而不同,具体的用户数目根据实际网络得到。
知道上述10种情况下本小区以及第一层和第二层干扰小区的用户数量以后,就可以根据以下步骤计算本小区的干扰受限容量。
通过计算比特能噪比,再与目标比特能噪比(由实际网络和系统性能决定)进行比较就可以判断用户是否能正常通信。
相关的参数的最优取值可为:语音业务比特速率为12.2kb/s,误码率为时所需的目标比特能噪比为4dB;系统码片速率取值为1.28Mcps,有效数据比特所占时隙比率取值为704/6400;话音激活因子取0.5;联合检测的干扰抑制因子取0.8,第一层小区与第二层小区的干扰比值为2/9, 为智能天线增益取8dB,为基站接收到一个用户的功率,表示噪声干扰,为小区内干扰,为小区间干扰。
2)根据上述公式计算每个小区所受到的小区间干扰和小区内干扰,在容量和覆盖的联合设计中我们假设用户随机分布在小区中,根据每个基站接收到每个用户的功率应该相等,再已知每个用户到每个基站的距离的情况下,计算用户的发射功率,再求出各个基站接收到此用户的功率,各个基站接收到的所有功率减去有用信号的功率获得接收到的干扰。其中来自其他小区上行用户的干扰则为小区间干扰,来自本小区的干扰则为小区内干扰。
根据小区类型表,从密集市区至农村区域逐个检查其中基站的干扰受限容量是否满足其覆盖区域的容量要求,如不满足要求,采用扩容技术直至使其满足覆盖区域的容量要求。
检查密集市区中每个基站的干扰受限容量是否满足其覆盖区域的容量要求,如果满足,则继续检查市区的所有小区;如果不满足则采取干扰抑制措施(减少自身干扰的同时不增加对其他小区的干扰),如果仍不满足,则再进行小区分裂或采用增加载波等其他扩容技术,直至使其满足覆盖区域的容量要求。
为了对各种业务所需要的信道资源进行估算,从而得到小区分裂或者增加载波的数量,可采用随机背包模型,计算每种业务的阻塞概率,直到满足所有类型的业务阻塞概率要求,此时的信道数就是我们进行容量覆盖联合设计时所需要的信道数量。图3所示为本发明采用随机背包模型计算多业务等效容量的流程,通过反复的运算和比较得到等效容量。根据随机背包模型按照以下公式计算每种业务的阻塞概率:,
K表示实际网络中的业务种类数,并且按照业务种类的不同将用户分为K类。其中,第k(k是1至K中的某个数)类用户的离开率用表示,第k类用户的到达间隔时间是服从参数为的指数分布,其中表示目前正在接受服务的第k类用户的数量。
根据此公式计算每种业务的阻塞概率,查看是否所有业务的阻塞概率都满足其服务质量的要求(一般规定为小于5%的阻塞概率为满足服务质量要求),如果不满足,则增加信道总数,循环进行直到满足为止,此时的业务量即为多业务的等效业务量。
可采用如下方法判断基站能否同时满足其覆盖区域的上下行容量是否满足要求,一次调度通信(也就是一个群组)有一个上行用户,有一个或多个下行用户并且下行用户分布在一个或多个小区中,假设平均每次调度通信的下行用户分布在Nt个小区中,则上下行时隙比例为1:Nt,假设平均每次调度通信的人员数为Ng,每个小区内的业务量为C,则上行业务量为C/Ng,剩余的为下行业务量。在时隙比例1:Nt的条件下判断该基站能否同时满足其覆盖区域的上下行容量要求(即按照本发明设计得到的能同时通信的上下行用户数目大于或等于实际网络中的正在通信的上下行用户数目)。
比如Nt=2,则在上行方向有2个时隙,判断这2个时隙内的容量能否满足C/Ng的要求,再判断4个下行时隙内的容量能否满足C-C/Ng的要求。如果同时满足则是满足该小区覆盖区域的容量要求,否则,不满足该小区覆盖区域的容量要求。
小区分裂可以是:在原小区中增设几个发射功率更小的新基站。所述其他扩容技术可以是:增加载频或扇区数。
干扰抑制技术可采用智能天线、联合检测、功率控制、同步技术、Rake接收、预Rake技术、联合传输、不连续发射、分集接收、跳频技术、天线下倾、均衡技术等。
图4所示为本发明采用的小区分裂示意图,在图中黑色部分就是将一个大正六边形小区经过分裂后成为三个更小的正六边形小区,空白的大正六边形小区就是未分裂的小区。
最后所应说明的是,以上实施例仅用于说明本发明的技术方案,而非限制,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术的精神和范围的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
8.根据权利要求1-6其中之一所述的联合设计方法,其特征在于,对于设计容量不满足实际容量的小区,进行扩容,如果满足要求的区域比例小于阈值,按5%的幅度反复减小覆盖范围,直到达到阈值为止。
9.根据权利要求1-6其中之一所述的联合设计方法,其特征在于,所述扩容技术采用小区分裂或采用增加载波,具体为:计算每种业务的阻塞概率,直到满足所有类型的业务阻塞概率要求,确定满足要求的信道数。
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