密集市区LTE无线网络规划及仿真研究

湖南邮电职业技术学院学报　第１３卷第３期　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｕｎａｎ　Ｐｏｓｔ　ａｎｄ　Ｖｏ１．１３　Ｎｏ．３　２０１４年９月　Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　Ｓｅｐｔ．２０１４　密集市区ＬＴＥ无线网络规划及仿真研究　吴彦’，胡双红’，罗宏　（１．长沙理工大学，湖南长沙４１０１１４；２．广东省电信规划设计院有限公司，广东广州　５２４０２２）　【摘要】ＬＴＥ作为准４Ｇ技术，为用户带来移动互联网业务的全新体验。该论文首先根据建设要求和系统特征，　对数据流量较高的某密集市区进行ＬＴＥ无线网络的初步规划，然后利用Ａｔｏｌｌ软件运行仿真，由信号覆盖强度预测图，　信干噪比值覆盖分布图和下行吞吐量覆盖分布图可知，该规划方案可以达到无线网络规划目标。　【关键词】ＬＴＥ；无线网络规划；Ａｔｏｌｌ仿真　【ｄｏｉ：ｌＯ．３９６９￣．ｉｓｓｎ．２０９５—７６６１．２０１４．０３．００４】　【中图分类号】ＴＮ９２９．５　【文献标识码】Ａ　【文章编号】２０９５—７６６１（２０１　４）０３—００１３—０５　Ｋｅｓｅａｒｃｈ　０ｎ　Ｄｌａｎｎｌｎｇ　ａｎｄ　Ｓｌｍ１　１１　●　●　＇　●　Ｕｌａｔ１ｏｎ　０ｔ　Ｌ　＇　Ｊ●　，’Ｔ，＿１　１广１Ｅ　Ｗｌｒｅｌ１广＇　■　＇　ｅＳＳ　●　●　●　■　ｎｅｔｗ０ｒＫ　Ｉｎ‘＝Ｉｅｎｓｅ　ｕｒｂａｎ　ＷＵ　Ｙａｎ　，ＨＵ　Ｓｈｕａｎｇ－ｈｏｎｇ‘，ＬＵＯ　Ｈｏｎｇ　（１．Ｃｈａｎｇｓｈａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ，Ｈｕｎａｎ，Ｃｈｉｎａ　４１０１　１４；　２．Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｐｌａｎｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＴｅｌｅｃｏｒｎｍｕｎｉｃａｆｉｏｎｓ　Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ，　Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ　５２４０２２）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＬＴＥ，ａｓ　ａ　ｑｕａｓｉ一４Ｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｂｒｉｎ￣ａ　ｃｈａｎｇｅ　ｉｎ　ｕｓｅｒ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ　ｏｆ　ｍｏｂｉｌｅ　ｉｎｔｅｍｅｔ　ｓｅｒｖｉｃｅｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔＯ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｍａｋｅｓ　ａ　ＬＴＥ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｐａｎｎｉｎｇ　ｆｏｒ　ｈｉｇｈ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｄａｔａ　ｔｒａｆｉｆｃ　ｉｎ　ｓｏｍｅ　ｄｅｎｓｅ　ｕｒｂａｎ．Ｔｈｅｎ　ｗｅ　ｒｕｎ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｕｓｉｎｇ　Ａｔｏｌｌ　ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｂｙ　ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｆｉｇｕｒｅ　ｏｆ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｗｅ　ｃａｎ　ｄｒａｗ　ａ　ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｐｌａｎｎｉｎｇ　ａｃｈｉｅｖｅｓ　ｔｈｅ　ｏｖｅｒａｌｌ　ｇｏａ１．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＬＴＥ：ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｐｌａｎｎｉｎｇ；Ａｔｏｌｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　小区容量和降低系统延迟，实现了更好的覆盖、　分称为Ｓ－ＧＷ（Ｓｅｒｖｉｎｇ　Ｇａｔｅｗａｙ，服务网关）和Ｐ—ＧＷ　更大的系统容量、更高的用户体验速率、更少的等　（ＰＤＮ—ＧＷ，ＰＤＮ网关），ＨＳＳ（Ｈｏｍｅ　Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ　待时间以及更低的运营成本，和３Ｇ相比能更好满　Ｓｅｒｖｅｒ，归属签约用户服务器）保存统一的用户签约　足用户和运营商的需求，被全球众多运营商选择作　的数据和鉴权的信息；无线网相比３Ｇ网络更加扁　为移动网络的升级和演进方向。　平化，只有ｅＮｏｄｅＢ一层，不再有基站控制器，移　１　ＬＴＥ网络规划基础　动性管理功能部分在ｅＮｏｄｅＢ中实现，部分在核心　１．１　ＬＴＥ网络基本结构　网的ＭＭＥ中实现［１］。ｅＮｏｄｅＢ之间增加了Ｘ２接口。　ＬＴＥ网络分为无线网和核心网两个部分。其中，　１．２　ＬＴＥ网络的主要技术特点　核心网，即ＥＰＣ（Ｅｖｏｌｖｅｄ　Ｐａｃｋｅｔ　Ｃｏｒｅ，分组核心演　ＬＴＥ采用了ＯＦＤＭ和ＭＩＭＯ等无线关键技术，　进）与３Ｇ网络相比的显著特点是将数据面和信令　在２０ＭＨｚ频谱带宽和４Ｘ４　ＭＩＭＯ下，可以提供下　面分离，ＥＰＣ信令处理部分被称为ＭＭＥ（Ｍｏｂｉｌｉｔｙ　行的峰值速率为３２６　Ｍｂｉｔ／ｓ、上行的峰值速率为８６　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｅｎｔｉｔｙ，移动性管理实体），数据处理部　Ｍｂｉｔ／ｓ，可明显提高小区容量。ＬＴＥ系统无线网物理　【收稿日期】２０１４—０７—０２　［作者简介】吴彦（１９９１一），女，湖南株洲人，长沙理工大学本科生，研究方向：ＬＴＥ网络规划。　１３　湖南邮电职业技术学院学报　第１３卷　层的上行传输方案采用了ＳＣ—ＦＤＭＡ峰均比较低的　１）ＬＴＥ链路预算　ＬＴＥ系统由于使用了ＯＦＤＭ调制，用户的数据　速率由为其分配的ＰＲＢ个数及选择的ＭＣＳ等级联　合作用得到，因此在链路预算中对于边缘速率的调　整主要是对ＰＲＢ个数及ＭＣＳ选择的平衡以期得到　单载波方案，下行传输的方案采用了ＯＦＤＭ技术。　目前ＭＩＭＯ典型配置是下行２×２，上行１×２等。　１．３　ＬＴＥ主要采用频段　３ＧＰＰ规定的ＬＴＥ可用频段涵盖现有２Ｇ、３Ｇ　工作频段及ＩＴＵ新规划的ＩＭＴ频段，具体包括　７００ＭＨｚ、８００ＭＨｚ、１．５ＧＨｚ、１．７ＧＨｚ、１．８ＧＨｚ、２．１ＧＨｚ、　更好的覆盖性能。　小区边缘用户所分配的ＲＢ数量：每一个小区　的ＲＢ数量有限，当带宽为２０ＭＨｚ时，小区的ＲＢ　２．３ＧＨｚ、２．６ＧＨｚ、３．５ＧＨｚ等囝。从全球范围来看，　ＬＴＥ网络部署初期的主要频段为１．８ＧＨｚ、２．６ＧＨｚ　总数为１００，因为小区边缘用户的ＳＩＮＲ值很低，其　和７００ＭＨｚ，绝大多数采用ＦＤＤ制式。全球ＴＤ—　编码效率也相对比较低，所以小区边缘用户的每个　ＬＴＥ商用网络，主要使用了２．６Ｇ（Ｂａｎｄ３８：２５７０—　ＲＢ的传送效率都很低，但若给小区边缘用户分配　２６２０ＭＨｚ）和２．３Ｇ（Ｂａｎｄ４０：２３００—２４００ＭＨｚ）。　的ＲＢ数量过多，这会使整个小区能够提供的吞吐　２　ＬＴＥ无线网络规划总体研究　量受到影响［３】。不同设备厂商对ＲＢ的分配方法有　无线网络规划的主要目标是良好的服务质量、　所不同，实际布网时可以通过调整ＲＢ来平衡小区　适合业务发展的需求、符合投资的合理性。一个完　边缘用户和小区吞吐率的性能。　整的无线网络规划流程，包括明确规划目标、网络　链路预算最重要的步骤是计算ＵＥ和ｅＮｏｄｅＢ天　规模估算、预规划站址、规划仿真４个阶段。　线之间的最大允许路径损耗，其计算方法如下：　本文对ＬＴＥ　ＦＤＤ的无线网络规划进行具体介绍　ＭＡＰＬ＝发射端ＥＩＲＰ＋增益一损耗一工程余　与研究。　量一接收端接收灵敏度　２．１覆盖规划　若链路预算时，已知基站天线增益：１７ｄＢｉ；终　ＬＴＥ无线网络中的覆盖规划主要有三个部分：　端天线增益０ｄＢｉ，网络负荷．５０％，干扰余量下行　需求分析、链路预算、单站覆盖面积。其中最关键　５ｄＢ；上行：２ｄＢ，根据以上介绍，整理出链路预算　的部分是链路预算的分析。　表如表１所示。　表１链路预算表　参数　单位　变量　密集市区　普通市区　郊区　上行　下行　上行　下行　上行　下行　系统带宽　ＭＨｚ　２０　２０　２０　总ｌｉＢ数　＃　ｌ０ｏ　１００　ｌ００　ＭＩＭ０配置　１Ｘ２　２Ｘ２　１Ｘ２　２Ｘ２　１Ｘ２　２Ｘ２　边缘速率　ｋｂｐｓ　２５６　４ｏ９６　２５６　４Ｏ９６　２５６　４Ｏ９６　单天线端口最大发射功率　ｄＢｍ　２３　４３　２３　４３　２３　４３　发射机　发射天线增益　ｄＢｉ　Ｏ　１７　０　１７　０　１７　ＥＩＲＰ　ｄＢｍ　ａ　２３　６０　２３　６０　２３　６０　单用户分配ＲＢ数　ｄ　ｌ０ｏ　４　１０ｏ　４　ｌｏｏ　接收机噪声系数　ｄＢ　３　７　３　７　３　７　热噪声　ｄＢｍ　一１１５．４　—１０１．４　—１１５．４　－１０１．４　—１１５．４　—１Ｏ１．４　接收机　接收机底噪声　ｄＢｍ　一１１２．４　—９４．４　—１１２．４　—９４－４　—１１２．４　－９４．４　ＳＩＮＲ　ｄＢ　－１　－２．６　－１　－２．６　－１　－２．６　接收机灵敏度　ｄＢｍ　ｂ　—ｌ１３．４　－９７．０　—１１３－４　－９７．０　—１１３－４　－９７．０　接收天线增益　ｄＢｉ　Ｃ　１７　Ｏ　１７　０　１７　Ｏ　干扰余量　ｄＢ　ｄ　２　５　２　５　２　５　馈线损耗　ｄＢ　ｅ　ｌ　ｌ　１　１　１　１　增益余　塔放增益　ｄＢ　ｆ　０　０　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　量损耗　阴影衰落　ｄＢ　ｇ　１１．６　ｌ１．６　８．７　８．７　５．５　５．５　穿透损耗　ｄＢ　ｈ　２０　２０　２０　２０　２０　２０　人体损耗　ｄＢ　Ｏ　Ｏ　０　Ｏ　０　Ｏ　分集增益　ｄＢ　Ｊ●　　３　６　３　６　３　６　切换增益　ｄＢ　ｋ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　０　０　＝ａ－ｂ＋ｅ—ｄ—　最大路　单向最大路径损耗　ｄＢ　ｅ＋ｆ－ｇ—ｈ—　１２１．８　１２５．４　１２４．７　１２８．３　１２７．９　１３１．５　径损耗　ｉ＋ｊ＋ｋ　ＭＡＰＬ　ｄＢ　１２１．８　ｌ２４．７　１２７．９　１４　第３期　密集市区ＬＴＥ无线网络规划及仿真研究　２）站间距　根据上述链路预算，该地区ＬＴＥ在采用主流　１．８Ｇ频段的前提下，基站站间距预测情况如表２和　３所示。　表２该地区ＬＴＥ基站典型站间距　１．８Ｇ单站覆盖面积（三扇区）（ｋｍ２）　要前提是满足覆盖规划要求，在ＬＴＥ建网初期，主　要根据覆盖目标进行布站，后期再根据实际的用户　需求逐渐提升系统的容量。　ＬＴＥ的容量资源颗粒度包括载波数量、带宽、物　理资源块（ＰＲＢ）数量、ＭＩＭＯ模式、激活用户数、　ＲＲＣ连接用户数等　。在一个确定的系统中，其中的　部分资源配置是确定的，本工程中，一个小区的相关　资源配置为：载波数量：１个；带宽：２×２０ＭＨｚ；物　理资源块：１００个ＰＲＢ；ＭＩＭＯ模式：２×２。　密集市区　０．２ｌ　　ｌ　ｌ一般市区　０－３４　表３　１．８Ｇ频段基站典型覆盖面积表　区域类型　典型场景　站间距（米）　１８０ｏＭＨｚ　ＲＲＣ连接用户数的配置需综合考虑用户速率体　验及常在线小流量业务的信令需求。网络发展初期　密集市区　特大城市ＣＢＤ、高层住宅区等　市区　商务区、政务区、普通住宅区等　４９０　６２９　负荷较低，有能力侧重考虑用户的速率体验　】，因　此，ＲＲＣ连接数的配置可采用基于用户速率体验的　注：以上站间距预测假设密集市区、普通市区　的站高为３０米，实际建设时，根据站高的不同，　站间距也会有调整。　方法，具体算法说明如下：　平均每载扇ＲＲＣ连接数＝每载扇容量／平均每　激活用户体验速率／忙时激活同时在线用户比例。　其中：每扇区容量取３０Ｍｂｐｓ；忙时激活同时在　线用户比例：２５％。平均每激活用户体验速率参见　表４。　２．２容量规划　容量规划需要与覆盖规划相结合，其最终结果　同时满足覆盖的需求与容量的需求。容量规划的必　表４　ＲＲＣ连接用户数测算表　序号　１　项目　单扇区ＲＲＣ连接用户数　１ｏ０　不同的ＲＲＣ连接用户下的资源利用率　６０　４０　３０　２０　２　同时传输比　２５．０ｏ％　２５．０ｏ％　２５．ＯＯ％　２５．００％　２５．００％　｝　３　等效的同时数传用户数　２５　１５　１０　７．５　５　ｌ　４　单用户的体验速率（Ｍｂｐｓ）（下行）　１．２Ｏ　２．ｏｏ　３．０ｏ　４．０Ｏ　６．ｏ０　２．３站址规划　站址规划的目的是对现场的站址进行规划，满　进行仿真分析。该密集市区总体范围大约８平方公　里，在该区域内，拥有高度聚集的交通资源，周边　建筑物的平均高度大于３０米（１０层以上），周边　建筑物的平均楼距约１０至２０米；观察可知，该区　域基站的周围建筑物大部分是１０层以上，周边道　足之前对覆盖和容量规划的需求，以及网络结构的　要求，并且通过现场的勘查情况进行选址，进一步　确定具体站点建设的可行性和各种参数。在实际工　程建设中，ＬＴＥ现场选址需注意以下问题：　１）在不影响网络拓扑的结构的情况下，可以　充分利用现有的基站站址。　２）在新址选择时要注意考虑建筑物的高度及　附近区域地势地形的区别。　３）应尽量避免在海拔比较高的地形上建立站点。　４）尽量避免在用户密集的区域设置小区边缘。　路整体而言不算太宽，６车道左右。下面用线条圈　出的部位为此次规划的区域，如图１所示。　５）在选址时，需要考虑该工程建设的安全性，　如：不应靠近高压输电线、加油站等。　３仿真过程与结果分析　３．１仿真环境与参数设置　１）项目概况　本文主要对某密集区规划建设的ＬＴＥ无线网络　图１规划区域地图　１５