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分层优化网络资源规划方法

时间:2009-11-17来源:互联网 点击:
我们提出了蜂窝移动通信网络设计的 三层 HOP 方法。网络规划的三层结构如图 2 所示。

在第一层,决定了小区数量的上界和相应的小区覆盖范围。 HOP 的输入参数如下:忙时的话务负荷,覆盖要求和整个服务区域的地形特征。并选择典型情况下的传播参数。任务为用最小的小区数量覆盖整个区域并满足平均话务需求。

在第二层,小区的数量和最佳的小区位置由大型的组合优化模型决定。模型的规划目标是使总的系统成本最小化,同时确保覆盖的质量,并努力符合非一致话务负载的要求。我们考虑到了不同用户的话务密度和不同类型服务区域的地形特征。如图 1 所示,整个区域被划分为市区,郊区和农村。这些区域进一步被划分为更小的网格。环境结构方面的信息,用户密度和每个网格的平均俯角等都可以从地理信息系统 (GIS) 的数据库里得到。

详细规划在第三层进行,每个小区的具体参数,如天线模型及其增益,发射功率,天线高度和信道利用率等都在这一层设置。最后,把成本估计出来。

规划过程的总体系统性能很大程度上取决于不同层次上的不同活动和决策相结合的程度。如图 2 所示,决策必须在双向上相互调整和加强。

为了获得这个 HOP 方法和最优成本模型,需要考虑几个复杂的关系:覆盖率的要求,小区的覆盖范围和小区边界信号强度之间的关系 [2] ;传播损失和具体的人造建筑物及地形外表之间的关系 [17] ;设备和成本之间的关系。

传播损失可以用 Hata 传播模型预测 [18] 。 Hata 模型刻划了对于市区,郊区和农村等地形是准光滑或不规则的不同环境下无线传播的特性。在蜂窝系统的设计中这个模型广泛应用于预测不同环境下的路径损失 [17][19] 。

关于市区内基本传输损耗的 Hata 公式由下式给出:

Lu (db) = 69.55 + 26.26 · log(f) - 13.82 · log( ) - a( )

+ [44.9 - 6.55 · log( )] · log(d) (1)

其中移动台天线高度的校正因子 a( ) 为:对于中小城市, a( )=[1.1 · log(f)-0.7] · -[1.56 · log(f)-0.8] ;对于大城市, a( )=3.2 · [log(11.75 · )] -4.97 ,且频率 f ≥ 400MHz 。

郊区和农村的传播损失 Lsu 和 Lrqo 由 下式给出:

Lsu = Lu - 2 · [log(f/28)] - 5.4 (2)

Lrqo = Lu – 4.78 · [log(f)] + 18.33 · log(f) – 35.94 (3)

Hata 公式适用的范围为频率 f 在 150 MHz 到 1000 MHz 之间,基站天线高度 介于 30m 和 100m 之间,移动台天线高度 介于 1m 和 10m 之间,距离 d 的变化范围为从 1km 到 20km 。

在以下各节中,将给出 HOP 方法每一层的细节。

 第一层: 小区 数量和 小区 大小的最初决定

首先,根据整个地区的覆盖性能和平均话务需求决定需要的最小基站数。为了确定系统设计中需要的小区数的上界,这个最小的基站数是在最差的情况下计算的的。在此我们取小区复用因子 k=7 ,并给定地区覆盖概率 和用户阻塞率 。

把覆盖区域对移动话务量的要求考虑为在忙时由在此区域内的移动单元发起的所有呼叫尝试。它是根据覆盖区域内车辆的交通流量来预测的。给定预估的呼叫尝试率,该区域的话务负载就转化为忙时在此区域内的移动用户数。

我们定义以下符号:

根据每个小区的信道数和给定的阻塞率 得到的每个小区可以提供的话务量 ( 用户数 / 小时 ) 。

整个服务区的总话务量 ( 用户数 / 小时 ) 。

覆盖边界处的接收信号强度的门限电平。

射频输出的峰值功率 (dbW) 。

发射天线的输入功率 (dbW) 。

接收天线的接收功率 (dbW) 。

, 分别为基站和移动单元的天线增益 (db) 。

, 分别 为基站和移动单元的天线高度。

d 小区的平均辐射半径 (km) 。

S 服务区的总面积 (km ) 。

首先考虑覆盖性能。从发射机到接收机射频功率的链接预算资源由下列方程给出 [1] , [9] :

= + – L(d) + (4)

= – l (5)

其中 L(d) 是传输损耗 (db) ,而 l 是绝缘体,组合器和射频电缆的复合损耗。

整个地区小区数量的上界由关于市区的 Hata 传播模型决定。关于郊区和农村的模型将在规划的下一层考虑。假设有下列条件 [1] , [9] : = 10W , =30m , =3m , =12dBi , = 2dBi , l = 4dB , f = 900MHz 。则关于传播损失 L 的公式 (1) 变为:

L(d) = 123.73 + 35.22 · log(d) (6)

为保证满足覆盖要求,我们有

= – 73.73 – 35.22 · log(d) ≥ (7)

即 log(d) ≤ log(d ) = ( - – 73.73)/35.22 (8)

其中 d 是在大城市市区环境下最大的小区 辐射半径。

那么,小区的最小数量为:

(9)

如果由业务量的分布情况来确定覆盖区图形,小区数量就由话务量决定 [1] 。在这种情况下,小区的最小数量为:

(10)

由此可以给出小区的最小数量为:

n = max{ , } (11)

在最初的系统设计中,我们设 n 为小区数量的上界以得到成本有效的设计。在给定小区数量后,平均小区辐射半径由 d = 决定。

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TAG: 网络 资源 分层 规划
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