2.1.2 传统4G无线网规划的主要内容

2.1.2.1 基础数据收集

需要收集的基础数据有地区综合概况、相关业务市场情况、现网资料等。

（1）地区综合概况

地区综合概况具体包括地理位置、行政区划分、地形地貌特点、面积、人口、交通干线、重点覆盖目标（如大型厂矿、风景区、学校、交通枢纽、政府机构等）、经济发展水平、社会发展情况。

（2）相关业务市场情况

相关业务市场情况包括各运营商的业务发展情况、用户规模和类型、市场占有率、资费业务策略和大致的发展目标等。

（3）现网资料

现网资料包括运营商现有网络建设情况以及其他运营商的基站站点分布情况、频率占用情况、话务分布、数据流量分布等。

收集完基础数据后，需要对相关的数据进行分析和处理，如删除奇异数据等。通过对原始数据的分析和处理，分析网络发展的阶段（初期发展阶段、发展阶段还是饱和阶段）。对不同的发展阶段，应采用不同的预测和分析方法。

2.1.2.2 传播模型选择

在移动通信系统中，由于移动台是不断运动的，传播信道不仅受到多普勒效应的影响，同时还受到地形和地物等因素的影响，基于移动通信的这些特性，严格的理论分析很难实现，往往需要对传播环境进行近似和简化，这样就不可避免地造成理论模型和实际情况相比差别比较大。

我国幅员辽阔，从南到北、从东到西的海拔、地形地貌、建筑物、植被等各种因素千差万别，从而造成各个地区，甚至同一个地区不同区域的无线传播环境各不相同，有的时候差异还会非常大。在进行无线网络规划时，必须考虑不同区域和地区内的地形地貌、建筑物分布情况以及植被等对无线信号传播的影响，否则会出现一系列的问题。例如，基站过密或者覆盖不足造成投资浪费或者网络质量下降。在4G无线网络规划中，确定正确的传播模型是一项基础性工作。常用的传播模型一般为室外传播模型和室内传播模型，具体有以下几种类型，见表2-2。

无线网络规划软件普遍采用通用传播模型，该模型适用于所有频段，因此传播模型只有进行校正后方可使用。本书将对无线传播模型的校正提出新思路以提高传播模型的准确性，并尽量提高规划结果的精确性，从而更加精准地指导网络建设。

2.1.2.3 CW测试

要想获得准确的无线传播模型，首先需要做连续波测试（CW测试）。CW测试主要是通过高频信号源将特定频点上的模拟信号按照一定功率通过天馈部分发射出去，通过满足一定要求的路测方式，在接收端通过接收平台采集路测数据的过程。CW测试直接表征了地形、障碍物及植被水文环境对无线信号传播过程中的路径损耗的影响程度。

根据无线传播理论，信号在几十个波长的距离上经历慢的随机变化，统计规律符合对数正态分布。对40个波长的空间距离取平均，就可以得到其均值包络，这个量通常称为本地均值，其和特定地点上的平均值相对应，CW测试就是要取得特定长度上的本地均值，从而利用这些本地均值来对该区域的传播模型进行校正。

CW测试的主要设备包括数字地图、信号发生器、功率放大器、全向天线、连接馈线及跳线、笔记本电脑、信号接收机、GPS、测试和校正软件等。同时还需要准备天线支架、百米电源插线板、卷尺、车辆、相机等辅助设备。CW测试过程中还要注意以下几点。

1.数字地图精度选择

数字地图的精度要求为：市区精度不低于20m，郊区精度不低于100m；微蜂窝预测不低于5m。

2.CW测试站点选择

CW测试站点选择需要注意以下几点：

①由于模型校正的精度和选取的测试点的位置和数量密切相关，需要认真选取测试位置和测试点数量（测试点数量的确定本文后续将做详细探讨）；

②测试天线安装位置的第一菲涅尔区必须无障碍物，天线高于最近的障碍物5m以上；

③站址必须有方便的供电条件。

3.其他要求

根据随机理论，利用随机过程理论分析移动通信的传播，可表示为：r（x）=m（x）r₀（x）。其中，x为距离，r（x）为接收信号，r₀（x）为瑞利衰落，m（x）为本地均值，也就是长期衰落和空间传播损耗的合成，可以表示为：。其中，2L为平均采样区间长度，也叫本征长度。CW测试要求尽可能获取在某一地区各点地理位置的本地均值，即r（x）和m（x）之差要尽可能小，因此要获取本地均值必须去除瑞利衰落的影响，对于一组测量信号数据r（x）取平均时，若本征长度2L太短，则仍然有瑞利衰落的影响存在；若2L太长，则会把正态衰落也平均掉。因此根据李氏理论，测试采样要求在40个波长的距离内有30～50个采样点。其中波长的计算公式为：。其中，c为光速，f为频率。

2.1.2.4 传播模型校正

经过CW测试后，还需要对各种子区域内的无线传播特性的传播模型进行校正，校正后的传播模型才能用于覆盖仿真规划。标准传播模型（SPM）的计算式如下：

参数说明见表2-3。

对于密集市区和普通市区，模型校正的均方误差小于8dB，对于乡镇和农村，模型校正的均方误差小于10dB。

从工厂角度看，传播模型校准应该满足标准方差小于8dB，中值误差小于0。即使传播模型校正达到这个标准，根据传播模型校正模型的预测值与实际测试值也会存在差异，这个差异和当地传播环境密切相关。

需要指出的是，传播模型校正只能无限逼近实际情况。在何种条件下都可以达到精确预测覆盖的需求，需要做大量的研究，这也是本书重点研究的内容之一。

2.1.2.5 链路预算

链路预算是评估和测算无线通信系统覆盖能力的主要方法，通过前向和反向链路预算，可以估算各种业务条件下的最大允许路径损耗，并在最大允许路径损耗中取最小值作为无线通信系统的最大路径损耗，从而测算单个宏基站的覆盖半径，进而根据目标覆盖面积估算目标区域内需要的覆盖站点数量，最终初步估算无线网络宏基站的规模。

在进行前向和反向链路预算之前，需要确定一系列参数：系统参数、发信机和接收机参数、损耗和干扰余量参数。

2.1.2.6 确定规划目标

规划中需要确定规划目标，在规划目标的基础上，才能确定基站的规划规模，具体指标介绍如下。

1.覆盖指标

（1）宏蜂窝基站

不同运营商在不同的业务发展阶段，覆盖指标的要求也有所不同。一般而言，在网络建设初期，要求RSRP>-100dBm的概率大于95%；在网络发展中后期，要求RSRP>-100dBm的概率大于98%；同时，SINR一般要求大于-3dB。

（2）室内分布系统

室内分布系统的覆盖指标确定比较复杂，不同场景对于覆盖指标的要求也不尽相同，建议的指标见表2-4。

此外，还需要充分考虑各运营商的市场发展策略和投资策略，并在此基础上，制订合适的覆盖规划目标。

2.容量指标

（1）小区吞吐量

宏蜂窝基站：要求在15MHz（对于LTE FDD）频谱带宽条件下，单小区平均吞吐量达到下行30Mbit/s和上行5Mbit/s；在20MHz（对于LTE FDD）频谱带宽条件下，单小区平均吞吐量达到下行40Mbit/s和上行8Mbit/s；对于TD-LTE而言，相应的带宽应该在30MHz和40MHz，同时需要考虑上下行时隙配比等因素。

室内覆盖系统：室分系统需要考虑是否引入MIMO方式，在采用MIMO方式时，在同等频谱带宽条件下，单小区的平均吞吐量要比宏蜂窝基站高40%左右，主要原因是室内覆盖环境相对单一，无线信号的衰减要低于室外无线信号的衰减。

（2）边缘速率

4G网络主要用来承载数据业务，边缘速率是衡量4G网络质量的重要指标，前面提到的覆盖指标（包括RSRP和SINR指标）最终要保证良好的边缘速率才有现实的意义。

不同运营商的要求有所差异，在邻区空载条件下，一般要求小区边缘速率达到4Mbit/s/256kbit/s（下行/上行）。需要说明的是，边缘速率的指标目前只能在仿真软件中获得。另外，仿真软件中的参数设置对于边缘速率有比较大的影响，需要在实际工程中加以注意。

3.质量指标

主要的质量指标包括：无线接通率、掉线率、系统内切换成功率、可接入率要求和块差错率目标值（BLER Target）。相应的指标要求一般如下。

①无线接通率：不低于95%；

②掉线率：不大于2%；

③系统内切换成功率：不低于97%；

④可接入率：在4G无线网覆盖区90%的位置内，99%的时间里移动终端可以接入4G网络；

⑤块差错率（BLER）目标值：数据业务的BLER（Block Error Ratio）不大于10%。

4.成本指标

在满足覆盖、容量、质量等指标的前提下，建设方（一般指运营商和铁塔公司）一般会采用最经济和最合理的规划方案，因此在网络规划中，不仅要考虑各种网络技术指标，还要努力将建设成本控制在较优的水平上，为建设节约型社会贡献力量。比较常见的控制成本方法如下。

（1）加强共建共享

在铁塔公司成立的大背景下，考虑网络的完整性和合理性，充分利用其他运营商的站址资源，不仅可以加快建设速度，也可以减少基础配套（包括电源、机房和杆塔等）投资和运营商租金等成本。

（2）采用分布式基站

目前主设备厂家的主要基站产品基本都是分布式基站，分布式基站可以大大减少对机房的需求，从而可以节约建设成本。

（3）在必须新址新建时，可以充分利用建筑物、地形地貌等有利条件，合理选择站址以避免建高塔。

在基站配套部分全部交给铁塔公司承建后，每个基站一般都要承载2个以上运营商和4个以上无线网络的配套需求，对机房和杆塔承重、蓄电池和电源容量、机房环境等提出了更高的要求，需要在成本和需求、网络安全之间作出折中。

2.1.2.7 覆盖规划

在做好了基础数据收集、传播模型选择、CW测试和模型校正、链路预算和确定规划目标后，就需要做覆盖规划。

在覆盖规划中，需要重点考虑以下几个因素。

（1）环境因素

我国幅员辽阔，地形复杂，即使是在同一地区，由于建筑物密度不同、地形地貌各异等，无线传播环境也会有很大不同，因此，对于不同的区域，需要制订不同的规划策略和规划指标，在传统规划中有以下几种区域类型，见表2-5。

在规划中需要按照相应的划分标准，确定区域的属性，后续的规划才能顺利开展。

（2）人口和经济因素

我国各个区域的人口分布不均，经济发展水平也有较大差异，即便在同一个省，不同地市的经济发展程度和人口密度也有很大不同。需要在业务规划过程中区别对待，覆盖区域可以按照业务分布进行划分，根据业务密度和综合业务密度情况分为高、中、一般和低4类业务区，见表2-6。

（3）业务类型

在4G网络中，已经没有电路（CS）域业务，全网是全IP的网络架构，只有分组（PS）域业务，不同的PS域业务速率所要求的解调门限是不同的，在4G无线网规划时，覆盖边缘区域需要达到的数据速率目标是非常重要的基础性指标，如有的业务要求达到512kbit/s，有的业务要求达到2048kbit/s，不同的数据速率所对应的覆盖半径也会跟着变化。传统4G无线网络规划中只对不同区域的边缘速率指标提出了要求，没有对具体的业务进行细分，传统的不同区域的边缘速率见表2-7。

2.1.2.8 容量规划

4G无线网络的容量规划主要包括用户数预测和业务量预测，下面对业务预测的原则和方法、容量规划流程做具体说明。

1.业务预测原则

4G无线网络的业务预测是无线网络规划和设计的前提，是容量规划的重要依据，准确的业务预测必须遵循以下基本原则。

①以国家宏观经济发展总体战略为依据，充分考虑本地区的经济基础和发展水平对通信业务的需求。

②充分考虑通信发展技术及经济政策，用户的各类通信业务消费意识、消费能力和水平，对于4G网络而言，制订培育用户的数据业务使用习惯的策略尤为重要。

③充分考虑自身的基础设施和条件（例如融资能力等），在铁塔公司将所有运营商的资源统一管理后，则要充分考虑其他运营商站址资源的可利用率。

2.业务预测方法

业务预测一般采用定性预测和定量预测两类办法，根据“项目决策分析与评价”中的内容，常见的预测方法见表2-8。

（1）用户数预测

用户数预测常用的方法有普及率法、趋势外推法和渗透率法。

①普及率法用户预测的基础是人口数量，一个地区的人口一般分为常驻人口和外来人口，在进行各年度人口预测时要综合考虑，同时要考虑所处地理位置、经济发展状况等因素，确定预测期的人口年增长率。普及率法是通过预测期内人口数量和用户普及率目标来预测用户数的一种方法，一般可以采用下式进行预测：

预测用户数=预测期人口数量×普及率目标。

②趋势外推法是业务发展预测中比较简单、也是比较有效的一种用户预测方法，它的预测前提是移动通信网络已经发展数年（通常5年以上，按照4G的发展速度，可以适当缩减至4年），有用户数的历史数据越多越好，通常假设用户未来的发展趋势和历史发展趋势保持一致。一般来说，历史数据越多，预测结果越准确。

③渗透率法适用于有多个移动网络的运营商，在规模部署和建设4G网络之前，对4G用户的预测可采用渗透率法，其计算式如下：

4G用户数=现有移动通信网络的用户数×规划期的渗透率目标。

（2）业务量预测

4G网络的业务量预测主要指数据流量预测。

数据流量预测通常采用趋势外推法与渗透率法相结合进行预测。数据流量趋势外推法采用的数学模型也是曲线拟合，同样采用最常见的曲线拟合方法（包括一次曲线、二次曲线和指数曲线）。数据流量渗透率法一般根据系统用户的数据附着情况和单数据用户的忙时流量来进行预测。

需要注意的是，在4G网络规模部署前以及部署后尚未规模发展用户之前，都无法采用数据流量趋势外推法来进行预测。

3.容量规划流程

容量规划流程主要包括话务模型及需求分析、每用户吞吐量、单站平均吞吐量。

（1）话务模型及需求分析

针对客户的需求及话务模型进行分析，如目标用户数、忙时会话次数（BHSA）、忙时激活率、PPP会话市场、业务速率、overbooking等。

（2）每用户吞吐量和单站平均吞吐量

可以根据预测用户数预测总的数据业务需求量，并结合单站平均吞吐量来预测容量站点需求数量。计算式如下：

容量规划站点数量=每用户吞吐量×预测用户数/单站平均吞吐量（考虑网络运行的稳定性，空口利用率取70%）。

需要指出的是，用户的业务模型是动态的，需要在实际运营中结合现网运营数据不断更新。

2.1.2.9 频率规划

由于4G网络空中接口采用正交频分复用（OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术，若采用同频组网方案，则系统中的干扰主要来自小区间干扰（理论上小区内没有干扰）；若采用异频组网方案，则已有的无线频谱资源将难以满足大带宽的连续组网方案。

根据3GPP协议，4G频率划分为FDD频段和TDD频段，其中FDD频段包括band1～band21，TDD频段包括band33～band41。考虑到各个运营商的实际情况，规划中主要考虑2600MHz（TDD频谱）、2100MHz（中国电信和中国联通的FDD频谱）、1800MHz（中国电信、中国联通、中国移动均有）、900MHz（中国联通、中国移动均有）、800MHz（中国电信）、700MHz（广电频谱，需要国家政策支持，短期内难以应用）。

有以下两种典型的频率规划方案。

（1）同频组网：所有小区采用同一频率，建网初期负荷不高时，使用一个15MHz或20MHz频点，网络负荷提高后，可以启动第二频点（在4G网络中将广泛采用载波聚合（CA）的方式实现）。

（2）1×2异频组网：使用2个15MHz或20MHz频点，每个小区配置一个15MHz或20MHz频点。

建议优先采用同频组网方案。为了抑制同频组网的小区间干扰，在频率规划过程中，需要广泛应用功率控制技术、小区间干扰协调（ICIC，Inter Cell Interference Coordination）技术、调度技术（包括动态调度、时频二维资源调度、半持续调度）。

2.1.2.10 邻区规划

邻区规划时，4G无线网络规划的基本内容和邻区规划的质量直接影响切换性能和掉线率。在4G系统中，邻区规划原理和3G网络基本一致，需要考虑各个小区的覆盖范围及站间距、方位角等因素，对于4G系统而言，还需要同步考虑和2G/3G系统之间的邻区规划。

在进行邻区关系配置时，应尽量遵循以下原则。

①一方面要考虑空间位置上的相邻关系，另一方面也要考虑位置上不相邻但在无线意义上的相邻关系，地理上直接相邻的小区一般都要作为邻区。

②邻区一般要求互为邻区，即A扇区把B扇区作为邻区，B扇区也要把A扇区作为邻区，以便于用户从不同方向行进时都可以正常切换。但在一些特殊场合，有可能要求配置单向邻区。

③对于密集城区和普通城区，由于站间距较近，应该多做邻区，对于同频、异频和异系统邻区的配置数量有限，所以在配置邻区时，需注意邻区的个数，把确实存在邻区关系的配进来，不相干的一定要去掉。

邻区配置在优化阶段更为重要，需要做长期、细致的优化。

2.1.2.11 跟踪区和码资源规划

1.TA规划

在4G系统中，跟踪区（TA）是UE漫游的最小颗粒度。一个TA可以包含若干个小区，属于一个eNode B的几个小区可以分属不同的TA，但一个小区只能属于一个TA。

根据网络覆盖的实际情况，TA和TA List划分是否合理对于系统信令负荷具有很大的影响。但是，由于允许同一个eNode B的不同小区分属不同的TA，而同一个TA可以分属若干个TA List，多个TA List之间可以相互重叠。在进行TA和TA List划分时，需遵循以下原则。

①同一个TA中的小区应连续，同一个TA List中的TA要连续。

②TA和TA List的规模要适宜，不宜过大也不宜过小，过大的TA List会造成寻呼过载，导致寻呼成功率下降，但是过小的TA List又会造成TA更新频率过高，加重MME的负荷。在4G网络部署初期，因业务量较小，可以把TA List设置得大一些，随着网络发展，需要对TA规划进行动态调整。

③在进行TA List划分时，应尽量降低TA更新的频率，并充分利用地理边界，TA和TA List的边界不应选择数据流量高和人流量大的区域。

④如果在划分TA List的边界时不能避开数据流量高和人流量大的区域，那么相邻的TA List宜在高数据流量和高人流量的TA进行重叠。

2.码资源规划

4G系统中共有504个PCI，这些物理层小区ID被分为168个小区ID组，每组包含3个不同的ID，每个PCI属于并且只属于其中的一个小区ID组。在进行PCI码分配时要遵循以下原则：

①频率规划和码资源规划需要相互结合；

②PCI复用距离内的小区不要同频同PCI，相邻PCI模6不相等；

③在不同省（市）的边界，需要对PCI规划进行协调，以避免PCI冲突。

需要指出的是，规划软件一般具有PCI和邻区分配的功能，可借助规划软件，结合网络情况，设置PCI和配置邻区列表。

2.1.2.12 规划仿真

仿真是使用项目模型将特定于某一具体层次的不确定性转化为它们对目标的影响评估，该影响是在项目整体层次上表示的，仿真时利用计算机模型和某一具体层次的风险估计，一般采用蒙特卡洛（Monte-Carlo）法进行仿真。仿真流程如图2-5所示。

2.1.2.13 MIMO应用

对于4G系统，主要的MIMO方式有2T2R、2T4R、8T8R等。一副2T2R天线需要2根馈线，一副2T4R天线需要4根馈线，若采用主设备安装在机房或者塔下的方式，过多的馈线会对塔身的承重及风阻提出更高的要求。若采用射频拉远单元（RRU）上塔的方式，馈线的长度大大减少，但会增加工程实施上的难度。

从快速建网及工程实施的角度出发，相比于2T4R设备，2T2R安装更加方便，工程实施更加便捷。LTE网络在建设初期覆盖瓶颈比较突出，2T4R设备相比2T2R设备可以增加约30%的覆盖半径，同时2T4R还可以提高覆盖范围内的传输速率。综合考虑以上多种因素，在4G网络建设初期选择2T4R天线。

海外4G运营商绝大部分以2T2R为主（见表2-9），网络基于高+低频段联合组网。主要原因是2天线方案技术和产业链更为成熟，运维成本低。但我国FDD的运营商主要采用4天线为主，这也和主要主设备厂家能够提出2T4R的射频单元相关。