探讨3G无线网络的规划设计

摘　要：本文在明确3G无线网络重要性的基础上，阐述了3G的基本理论以及3G无线网络规划流程，分析了3G无线网络规划的需求，并进一步研究了3G无线网络规划的设计方案与仿真。

关键词：3G无线网络；规划设计；无线基站
1 引言

　　移动通信科技发展飞速，加速了移动通信市场的发展，用户对移动通信系统的性能及功能需求变得越来越高。目前使用的第二代(2G)移动通信系统的无线频率资源己经趋于饱和，而且2G系统在高速率数据新业务上受到技术所限制，已经无法再进一步满足移动通信网络的发展需求，国际电信联盟ITU(International Telecommunication Union)于1985年提出了第三代(3G)移动通信系统(下文中简称3G系统)的概念[1]。本文主要针对3G无线通讯网络，探讨其具体的规划与设计。

2 3G的理论概述

2.1基本理论

　　3G是英文3rd Generation的缩写，是指第三代移动通信技术，是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。为了提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2 Mbps(兆字节/每秒)、384 kbps(千字节/每秒)以及144 kbps的传输速度。

　　为了真正实现移动通信用户能全世界漫游，并享受高质量、高速率的无线宽带网络，3G系统提出的目标具备了频段全球性和数据高速性：3G系统在全球使用统一的频段、统一的标准，以便于真正实现全球移动通信网络的无缝覆盖；3G系统具有比2G系统更高的频谱效率，因此建设成本显得更低；能够提供更高的无线网络服务质量QoS(Quality of Service)和安全保密性能；能够提供更大的移动通信系统容量，且便于从2G系统过渡及演进。

2.2 3G无线网络规划流程

　　目前，3G无线网络的规划一般来说包括6个步骤：规划目标的定义、传播模型校正、预规划、站址定位与系统仿真、无线网络设计及初始网络优化。

　　(l)规划目标的定义：确定规划目标及收集信息，主要包括确定规划所要覆盖的区域、每个区域所支持的业务类型、每个区域内每种业务所要达到的覆盖率等。此外，收集信息还包括各种业务量的密度分布图、地形地貌数据资料、运营商初选的站址信息和网络发展长期规划等信息。规划目标应综合考虑市场需求和成本因素。

　　(2)传播模型校正：为了使规划软件中的覆盖预测与实际网络更接近，必须对规划软件的传播模型进行调校。

　　(3)预规划：预规划进程根据所收集的信息要综合考虑覆盖、容量、质量等要求，得到理论覆盖和容量规划的初步设计方案，包括基站数量、规划站址、基站技术条件要求等，以满足输入的设计要求。

　　(4)站址定位与系统仿真：根据预规划结果，进行现场调研、基站选择及站址规划，利用规划软件进行仿真，输出规划结果。

　　(5)无线网络设计：系统开通前，必须对无线网络进行具体设计。如下行信道功率分配、多载波频率规划、PN码规划和切换运算法参数设置等。

　　(6)网络调整及优化：系统开通后，必须对无线网络进行调整及优化，使实际网络满足设计要求，达到较佳效果[2]。

3 3G无线网络规划的需求分析

　　针对目前无线网络所处的发展阶段，中国移动运营商正在大力发展移动数据和多媒体业务，积极推动网络向第三代演进，通过“移动梦网”向客户提供集语音、数据通信为一体的多媒体信息服务。移动无线网的发展是在总体发展策略下相互竞争的大环境下进行的，在已有网络发展到一定规模的基础上，在适当的时机进行新技术的选择，对于有限建设资金的合理使用意义重大，也有利于网络的长远发展。

　　而且无线应用的用户较多，所以3G无线网络规划所涉及到的需求和业务也较多。首先统计3G规划区内各覆盖区类型宏蜂窝服务用户2G实际的话务分布，以及2G室内分布系统话务量和宏蜂窝网话务量之比。而后按照2G话务量分布，预测3G话务密度。考虑到3G系统业务的具体情况，室内数据用户比例会比2G有所提高，因此3G室内微蜂窝和室内分布吸收的话务量会比2G高，需按照一定放大比例，增大3G微蜂窝/室内分布系统话务量占总话务的比例。

4 3G无线网络规划的设计方案

4.1网络结构设计

　　3G无线网络的组网方式要非常灵活。在业务发展的不同时期，要支持集中无级组网和二级分布组网的平滑过渡；要支持各类业务的不同特点，从无线网络上形成本地特色业务；要支持联通用户的各种接入方式及全国漫游；要支持全网的对帐结算。

　　首先，在3G无线网络规划区内建设一个SCP/MPP，开展该规划区的3G无线移动业务，通过与SMSC相连为客户提供无线接入服务。所有客户的请求都要经过SCP/MPP传给3G运营商，确保可控性和安全性。

　　其次，通过独立IP，采用特殊字触发的方式，由客户所在地的SSP（漫游时，由用户漫游地的SSP）将请求触发到SCP/MPP上，由SCP/MPP上的3G无线网络接入业务逻辑对整个请求进行控制。

　　另外，通过与WAP-GW相连，为客户提供WAP无线接入服务，向3G商务SP提供统一的接口，为3G运营商接入SCP/MPP开展自己的业务提供通信和交易的支持。

4.2无线基站数量的确定

　　本文研究的3G无线网络为自干扰系统，基站的容量与覆盖不是固定值，存在着动态关系。单基站可支持的用户数受诸多因素影响，如：覆盖范围、承载业务、用户分布、邻小区干扰、软切换的比例、功放类型等，不能一概而论。因此规划的3G无线网络的容量需借助于仿真和实际测试，规划时只能进行大体估算。

　　根据3G无线网络运营商规划的下行容量，计算所得单载频全向站是在75%负载情况下，信道数为70*（1-30%）=50个，在3G无线网络移动呼损率为2%时，得到40 Er1。对于单载频三扇区的配置，其容量为单扇区容量的2.5倍（三扇区的扇区化因子G等于2.5），即一个基站的提供的容量为40*2.5 = 100 Er1，相当于112个话音信道，类推得本文所规划的3G无线网络地区的基站无线参考值如表1所示：

表1 3G无线网络的基站参考表

　　由于当负荷比较大时，3G无线网络系统是下行链路容量受限，因此，在计算用户容量时，应按下行链路话务量计算。按以上话务模型，为计算单用户的忙时话务量，只需将数据业务量转换为语音业务量， 再求出上述三种业务量之和。

　　可见，3G无线网络在建设初期考虑的用户容量不大，也就是说，该网络是以覆盖为目的的。为了使网络留有一定的软切换区域(通常软切换比例为30%)，相邻基站间应保持适当的重叠区。

4.3网络设计的预测仿真

　　本文在仿真预测中，用户容量的分配需要采用离散移动台分析方法，仿真移动话务量分布，对上行链路及下行链路进行分析，整个预测过程要迭代进行，直到发射功率达到稳定值，在多次系统仿真的基础上进行统计平均。通过分析导频覆盖、Ec/Io值、反网功率和切换状况等输出结果，评估设计方案。如果覆盖质量等未能满足要求，需进行站点优化。常用的优化措施包括调整基站位置、数量、发射功率、天线方向的高度等。然后重新进行仿真运算，这是一个循环往复的过程，直至满足各项需求。

　　本文的预测仿真运行参数如下描述：

　　(l)地图信息：数字化地图采用市区20米精度地图；

　　(2)仿真软件：ARICOM；

　　(3)下行平均正交系数：市区0.6；

　　(4)激活集门限:3 db

　　(5)话音激活因子:0.67

　　导频覆盖强度分析。导频覆盖效果的好坏一方面取决于导频的信号强度(Pilot非曲直Strneght)，另一方面取决于导频的信号质量(Pioft Ec/Io)。导频的信号强度应优于-90 dBm，才能认为达到室内覆盖要求。3G无线网络的导频覆盖强度如图1所示：

图1  3G无线网络的导频覆盖强度示意图

　　从密集城区、普通城区、郊区的导频覆盖强度图可以看出，在密集区、普通城区、郊区的绝大部分区域，导频信号的强度都大于-90dBm，规划的站点覆盖效果较好，可以满足室内连续覆盖的要求。

5小结

　　总之，随着我国3G通信的日渐临近，有关3G网络规划方法的研究受到了通信行业的普遍关注。预先做到完善的网络规划，是运营商在新一轮竞争格局中占据优势，取得有利地位，保持长远发展的必要准备。因此本文研究的议题对当今通信业的发展具有积极意义，对3G网络的建设有实际意义。3G无线网络是一个先进的系统，但是对网络规划设计提出了新的挑战，网络规划直接影响到未来网络的性能，所以在网络规划中要精心考虑。

参考文献：

[1]詹同. 3G背景下移动通信网络优化系统关键技术研究[J]. 硅谷, 2008,(06).

[2]吴松,何照东,葛海平. 面向3G的无线网络优化体系[J]. 邮电设计技术, 2007,(11).