移动通信技术课程设计报告

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LTE移动通信网络规划

系 别 专业班级 学生姓名 指导教师 提交日期 2017年12月18日 山西大学电子信息工程系课程设计报告

目录

摘要 ..........................................................................................................................................................................3 第一章 绪论 ..........................................................................................................................................................4 第二章 天馈系统调整 .......................................................................................................................................6

2.1 天馈系统概述 ......................................................................................................................................6 2.2 分类 ........................................................................................................................................................6 2.3 影响天馈系统性能的原因分析 ......................................................................................................8 第三章 基站调测.................................................................................................................................................9

3.1 基站的构成及功能 .............................................................................................................................9 3.2 基站选择 ............................................................................................................................................ 12 3.3 天线选择 ............................................................................................................................................ 13 课程设计总结 .................................................................................................................................................... 14 参考资料 .............................................................................................................................................................. 15

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摘要

随着4G移动通信技术日渐商业化，有关4G网络的研究、设计、部署也逐步提上日程。对于运营企业来说，一方面要部署多种无线设备，考虑覆盖等问题；另一方面，后期应用也对无线网络的优化提出了挑战，因为3g网络（特别是TS- SCDMA）尚没有完全成熟情况下，部署4g宽带无线通信系统。在无线网络搭建之前的规划、与之后的优化和管理，是无线网络真正可用的润滑剂。

LTE移动通信网络设计对宽带移动通信的研究具有重要意义,其中考虑与多媒体业务相关的网络设计是其中的重点和难点。针对LTE网络的设计要求,运用移动通信基本理论知识,分析网络需求。

我将用相关的理论知识对我校校园环境和用户情况加以分析，设计出基站的分布和资源的配置。

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第一章 绪论

移动通信是通信双方有一方或两方处于运动中的通信。包括陆、海、空移动通信。采用的频段遍及低频、中频、高频、甚高频和特高频。移动通信系统由移动台、基台、移动交换局组成。若要同某移动台通信，移动交换局通过各基台向全网发出呼叫，被叫台收到后发出应答信号，移动交换局收到应答后分配一个信道给该移动台并从此话路信道中传送一信令使其振铃。

移动通信(Mobile communication) 是移动体之间的通信，或移动体与固定体之间的通信。移动体可以是人，也可以是汽车、火车、轮船、收音机等在移动状态中的物体。移动通信由两部分组成：空间系统；地面系统：卫星移动无线电台和天线；关口站、基站。

移动通信系统从20世纪80年代诞生以来，到2020年将大体经过5代的发展历程，而且到2010年，将从第3代过渡到第4代(4G)。到4G ，除蜂窝电话系统外，宽带无线接入系统、毫米波LAN 、智能传输系统(ITS)和同温层平台(HAPS)系统将投入使用。未来几代移动通信系统最明显的趋势是要求高数据速率、高机动性和无缝隙漫游。实现这些要求在技术上将面临更大的挑战。此外，系统性能(如蜂窝规模和传输速率) 在很大程度上将取决于频率的高低。考虑到这些技术问题，有的系统将侧重提供高数据速率，有的系统将侧重增强机动性或扩大覆盖范围。

从用户角度看，可以使用的接入技术包括：蜂窝移动无线系统，如3G ；无绳系统，如DECT ；近距离通信系统，如蓝牙和DECT 数据系统；无线局域网 (WLAN)系统；固定无线接入或无线本地环系统；卫星系统；广播系统，如DAB 和DVB-T ；

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ADSL 和Cable Modem。

移动通信的特点有:

移动性：就是要保持物体在移动状态中的通信，因而它必须是无线通信，或无线通信与有线通信的结合。

电波传播条件复杂：因移动体可能在各种环境中运动，电磁波在传播时会产生反射、折射、绕射、多卜勒效应等现象，产生多径干扰、信号传播延迟和展宽等效应。

噪声和干扰严重：在城市环境中的汽车火花噪声、各种工业噪声，移动用户之间的互调干扰、邻道干扰、同频干扰等。

系统和网络结构复杂：它是一个多用户通信系统和网络，必须使用户之间互不干扰，能协调一致地工作。此外，移动通信系统还应与市话网、卫星通信网、数据网等互连，整个网络结构是很复杂的。

要求频带利用率高、设备性能好。

移动通信的种类繁多。按使用要求和工作场合不同可以分为以下几种。 集群移动通信：也称大区制移动通信。它的特点是只有一个基站，天线高度为几十米至百余米，覆盖半径为30公里，发射机功率可高达200瓦。用户数约为几十至几百，可以是车载台，也可是以手持台。它们可以与基站通信，也可通过基站与其它移动台及市话用户通信，基站与市站有线网连接。

使用模拟识别信号的移动通信，称为模拟移动通信。为了解决容量增加，提高通信质量和增加服务功能，目前大都使用数字识别信号，即数字移动通信。在制式上则有时分多址(TDMA)和码分多址 (CDMA)两种。前者在全世界有欧洲的

GSM 系统(全球移动通信系统) 、北美的双模制式标准IS 一54和日本的JDC

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标准。对于码分多址，则有美国Qualcomnn 公司研制的IS-95标准的系统。总的趋势是数字移动通信将取代模拟移动通信。而移动通信将向个人通信发展。进入21世纪则成为全球信息高速公路的重要组成部分。移动通信将有更为辉煌的未来。

第二章 天馈系统调整

2.1 天馈系统概述

天馈系统是指天线向周围空间辐射电磁波。电磁波由电场和磁场构成。人们规定：电场的方向就是天线极化方向。一般使用的天线为单极化的。下图示出了两种基本的单极化的情况：垂直极化和水平极化。

2.2 分类

天线对空间不同方向具有不同的辐射或接受能力，这就是天线的方向性。衡量天线方向性通常使用方向图，在水平面上，辐射与接受无最大方向的天线成为全向天线，有一个或多个最大方向的天线称为定向天线。全向天线由于其无方向性，所以多用在点对多点通信的中心台。定向天线由于具有最大辐射或接收方向，因此能量集中，增益相对全向天线要高，适合于远距离点对点通信，同时由于具

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有方向性，抗干扰能力比较强。

天馈系统主要包括天线和馈线系统两大类。 天线主要包括:

吸盘天线：价格适中、安装方便、增益适中，适合于安装在移动车辆上，或吸附在金属物体上。一般增益在2.6dB、5dB等几种。

防盗天线：价格适中、安装方便、增益同吸盘天线，安装在金属箱体外时从箱体外无法拆除，故名为防盗天线。

低增益全向天线：增益为3.5dB ，安装需有固定支架，适合远距离多点传输。 高增益全向天线：增益为8.5dB ，安装需有固定支架，适合远距离多点传输。 定向天线：增益很高，为12dB ，安装需有固定支架，适合远距离固定方向传输。

2、馈线主要包括

50―3（阻抗50Ω, 截面3）的馈线损耗为0.2dB/m。 50―7（阻抗50Ω, 截面7）的馈线损耗为0.1dB/m。 50―9（阻抗50Ω, 截面9）的馈线损耗为0.07dB/m。

馈线是连接电台与天线的重要设备。不同粗细、不同质量的馈线对通信距离会产生很大的影响。

信号在馈线里传输，除有导体的电阻性损耗外，还有绝缘材料的介质损耗。

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这两种损耗随馈线长度的增加和工作频率的提高而增加。

因此，应合理布局尽量缩短馈线长度。

2.3 影响天馈系统性能的原因分析

天馈系统的性能指标很多，但在日常维护中两个指标容易劣化，一是天馈系统的驻波比增高，二是天下增益下降。根据时间经验，造成这两个重要指标下降的原因主要有以下几个方面。

1、天线安装不规范

天线的俯仰角和方位角与设计不符。天线俯仰角过大时，天线的主瓣将随着天线俯仰角的加大而发生不同程度的变形，影响基站的无线覆盖效果和质量；天线的俯仰角过小时，会出现越区覆盖，易造成小区相互干扰，影响网络质量。天线的方位角主要影响网络区域覆盖。天线的主瓣覆盖受到阻挡会造成天线覆盖区受影响而容易产生掉话等影响网络覆盖的现象，同时还容易造成小区间的信号干扰，影响通话质量。

2、馈线、跳线安装不规范

馈线、跳线安装中常见的问题有：一是馈线、跳线的各类街头密封不严，匹配不好，造成驻波比升高；二是馈线的安装工艺达不到要求，如馈线有外力受损、过弯半径太小、固定不牢等。这些问题都会使馈线的驻波比升高。

3、天馈系统受潮进水

由于天线及馈线长期暴露在外，雨雪等天气可能会造成其接口处受潮，甚至在跳线和天线、馈线和跳线的借口处聚集冷凝水，使整个天馈系统驻波比升高，引起功率损失，使基站覆盖范围缩小。

4、天线的外罩积结灰垢较多

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由于天线外罩长期处于暴露的天气中，外罩结的灰垢较多。天线表面的灰垢在大雾及雨雪天气及结冰时容易受分布电容的影响，天馈系统驻波比变化较大。

第三章 基站调测

3.1 基站的构成及功能

基站即公用移动通信基站是无线电台站的一种形式，是指在一定的无线电覆盖区中，通过移动通信交换中心，与移动电话终端之间进行信息传递的无线电收发信电台。移动通信基站的建设是我国移动通信运营商投资的重要部分，移动通信基站的建设一般都是围绕覆盖面、通话质量、投资效益、建设难易、维护方便等要素进行。随着移动通信网络业务向数据化、分组化方向发展，移动通信基站的发展趋势也必然是宽带化、大覆盖面建设及IP 化。 一个基站的选择，需从性能、配套、兼容性及使用要求等各方面综合考虑，其中特别注意的是基站设备必须与移动交换中心相兼容或配套，这样才能取得较好的通信效果。基站子系统主要包括两类设备：基站收发台(BTS)和基站控制器(BSC )。

基站收发台：一个完整的基站收发台包括无线发射/接收设备、天线和所有无线接口特有的信号处理部分。基站收发台可看作一个无线调制解调器，负责移动信号的接收、发送处理。一般情况下在某个区域内，多个子基站和收发台相互组成一个蜂窝状的网络，通过控制收发台与收发台之间的信号相互传送和接收来达到移动通信信号的传送，这个范围内的地区也就是我们常说的网络覆盖面。如果没有了收发台，那就不可能完成手机信号的发送和接收。基站收发台不能覆盖的地区也就是手机信号的盲区。所以基站收发台发射和接收信号的范围直接关系到网络信号的好坏以及手机是否能在这个区域内正常使用。

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基站收发台在基站控制器的控制下，完成基站的控制与无线信道之间的转换，实现手机通信信号的收发与移动平台之间通过空中无线传输及相关的控制功能。收发台可对每个用户的无线信号进行解码和发送。

基站使用的天线分为发射天线和接收天线，且有全向和定向之分，一般可有下列三种配置方式：发全向、收全向方式；发全向、收定向方式；发定向、收定向方式。从字面上我们就可以理解每种方式的不同，发全向主要负责全方位的信号发送；收全向自然就是个方位的接收信号了；定向的意思就是只朝一个固定的角度进行发送和接收。一般情况下，频道数较少的基站(如位于郊区) 常采用发全向、收全向方式，而频道数较多的基站采用发全向、收定向的方式，且基站的建立也比郊区更为密集。

由于信号传输到基站时可能比较弱，并且有一定的信号干扰，所以要经预选器模块滤波和放大，进行双重变频、放大和鉴频处理。输入的高频信号经放大后送入第一变频器，由变频器提供的第一本机振荡信号频率766.9125-791.8875MHz ，下变频后，产生123.1MHz 的第一中频信号。第一中频信号经放大、滤波、混频后，产生第二中频信号(21.3875MHz)，它经过放大、滤波后送到中频集成块。由中频集成块(包含第二中频信号放大器、限幅器和鉴相器) 产生的音频输出信号和接收信号强度指示信号(RSSI)送到音频/控制板，在音频信号控制板内，由分集开关不断地比较奇数和偶数信号，并选择其中的较强信号，通过音频电路传送到移动控制中心去。

基站发射机工作原理是：把由频率合成器提供的频率为766.9125-791.8875MHz 的载频信号与168.1MHz 的已调信号，分别经滤波进入双平衡变频器，并获得频率为935.0125-959.9875MHz 的射频信号，此射频信号再经滤波和

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放大后进入驱动级，驱动级的输出功率约2.4W ，然后加到功率放大器模块。功率控制电路采用负反馈技术自动调整前置驱动级或推动级的输出功率以使驱动级的输出功率保持在额定值上。也就是把接收到的信号加以稳定再发送出去，这样可有效地减少或避免通信信号在无线传输中的损失，保证用户的通信质量。功率放大器模块的作用是把信号放大到10W ，不过这也依据实际情况而定，如果小区发射信号半径较大，也可采用25W 或40W 的功放模块，以增强信号的发送半径。

基站控制器:基站控制器包括无线收发信机、天线和有关的信号处理电路等，是基站子系统的控制部分。主要包括四个部件：小区控制罪(CSC)、话音信道控制器(VCC)、信令信道控制器(SCC)和用于扩充的多路端接口(EMPI)。一个基站控制器通常控制几个基站收发台，通过收发台和移动台的远端命令，基站控制器负责所有的移动通信接口管理，主要是无线信道的分配、释放和管理。当你使用移动电话时，它负责为你打开一个信号通道，通话结束时它又把这个信道关闭，留给其他人使用。除此之外，还对本控制区内移动台的越区切换进行控制。如你在使用手机时跨入另一个基站的信号收发范围时，控制器又负责在另一个基站之间相互切换，并保持始终与移动交换中心的连接。

GSM 系统越区时采用切换方式，即当用户到达小区边界时，手机会先与原来的基站切断联系，然后再与新的服务小区的基站建立联系，当新的服务小区繁忙时，不能提供通话信道，这时就会发生掉线现象。因此，用户在使用手机通话时，应尽量避免在四角盲区使用，以减少通话掉线的机率。

控制器的核心是交换网络和公共处理器(CPR)。公共处理器对控制器内部各模块进行控制管理，并通过X.25通信协议与操作维护中心(OMC)相连接。交换网

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络将完成接口和接口之间的64kbit/s数据/话音业务信道的内部交换。控制器通过接口设备数字中继器(DTC)与移动交换中心相连，通过接口设备终端控制器(TCU)与收发台相连，构成一个简单的通信网络。

在整个蜂窝移动通信系统中，基站子系统是移动台与移动中心连接的桥梁，其地位极其重要。整个覆盖区中基站的数量、基站在蜂窝小区中的位置，基站子系统中相关组件的工作性能等因素决定了整个蜂窝系统的通信质量。基站的选型与建设，已成为组建现代移动通信网络的重要一环。

基站控制器：基站控制器包括无线收发信机、天线和有关的信号处理电路等，是基站子系统的控制部分。主要包括四个部件：小区控制罪(CSC)、话音信道控制器(VCC)、信令信道控制器(SCC)和用于扩充的多路端接口(EMPI)。一个基站控制器通常控制几个基站收发台，通过收发台和移动台的远端命令，基站控制器负责所有的移动通信接口管理，主要是无线信道的分配、释放和管理。当你使用移动电话时，它负责为你打开一个信号通道，通话结束时它又把这个信道关闭，留给其他人使用。除此之外，还对本控制区内移动台的越区切换进行控制。如你在使用手机时跨入另一个基站的信号收发范围时，控制器又负责在另一个基站之间相互切换，并保持始终与移动交换中心的连接。

3.2 基站选择

按照网络预规划对基站数量的估算结果， 结合现有物业及传输情况对各覆盖区域作实地勘察， 选择合适的站址， 获取基站站址的相关信息并初步确定基站相关参数。将选取的基站站址等信息进行计算，判断规划是否符合网络指标要求，如果不符合则要重新调整基站数量及布局， 如此反复直到满足要求， 最终确定基站站址和参数设置，并在此基础上完成 RNC 控制范围的划分。在无线网

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络工程建设中， 由于各种条件的限制， 部分规划站址难以实施， 需要对原先规划的站址做局部调整，重新选址和规划。在网络建成开通后，不可避免会存在一些问题，需不断调整优化， 使网络资源达到最优配置。 对于一些难以通过天馈线和参数调的基站应考虑站址调整； 而由于用户增长等因素， 网络优化已无法解决， 需要进行扩容， 开展下一次无线规划。 在网络规划建设的不同阶段， 对无线网规划的深度有不同要求，并非每次规划都需要涵 盖所有的规划步骤。例如为了估算投资规模，只需进行预规划，因此，应根据任务需要对规 划流程进行合理裁剪和调整。

基站的确定： LTE 一个基站的覆盖半径一般可以达到 1 公里以上，城市密集区 300-500 米左右，主要与用户密度有关，用户密度越大，覆盖半径越小。

站站址及覆盖区域的确定：

1、 基站站址： 选择高于周围平均建筑物楼底作为站址， 保持六角形蜂窝布局。

2、各小区的人数比例， 覆盖面积及覆盖区域;

3.3 天线选择

由于学校人流量大， 越区切换相对频繁， 天线安装空间有限， 考虑减少相邻小区干扰， 故采用定向天线——三扇区天线。 有利于对下行链路的容量进行扩容。由于不要求大的覆盖范围， 同时为减少天线体积和重量， 有利于安装和降低成本，建议选用中等增益的天线 (15dB左右 )。

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课程设计总结

两周的课程设计很快就完了，在本次的课程设计中，我针对山西大学大东关校区收集、调查了有关资料，期间进行了几次方案的研究，修改，最后定案，进行正式规划阶段。 在方案设计中， 我根据无线传输环境设计出射频条件下的基站设置，根据忙时话务量情况， 设计无线接口的资源配置。 移动通信网络建设作为一项重要的系统工程， 它所用到的各种技术是多方面的， 既有移动通信技术， 其中还包括网络技术， 工程施工技术， 也有管理制度等各个方面的知识。 通信网络技术的发展是永无止境的， 在前进的过程中必将有更多的知识需要我去学习与研究， 并能将其应用到实际的通信网络工程建设之中。

网络规划部分是核心部分，也是出现问题最多的地方。首先是对地区的实地测量， 通过链路预算和密集市区建设规模计算来确定小区的半径， 进一步来确定基站的数目。 在容量规划中， 主要通过上下行链路的计算来实现。 再者， 在基站建立时，要想到各种环境对基站建立的影响，如 LTE 的呼吸效应，天线的下倾角， 数据传输的损耗等等。 然后就是在优化时， 我分别对覆盖规划和容量规划分别进行了优化，进一步完善了方案。

由于移动通信网络功能基本齐全，技术含量高，接触面广，在网络设计、规划和建设中都非常复杂， 在论述中不可能面面俱到， 同时也由于本人的知识水平有限， 文中的不足和错误在所难免， 敬请老师多多指点和更正。 本课程设计是在指导教师王晓雯老师的指导下完成的， 还得到了其他几位同学的指点与帮助， 我在此对帮助过我的老师和同学表示诚挚的谢意。

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参考资料

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[3]沈振元、聂志泉、赵雪符；通信系统原理；西安电子科技出版社 [4]覃团发、姚海涛、覃远年、陈海强；移动通信重庆大学出版社

[5]邱玲、朱近康、孙葆根、张磊；第三代移动通信系统；人民邮电出版 [6]陈萍等；现代通信实验系统的计算机仿真；国防工业出版社 [7]杨家纬；移动通信基础 [M] ；北京：电子工业出版社， 2005 [8]魏红；移动通信技术；人民邮电出版社， 2006， 93～101. [9]樊昌信；通信原理；国防工业出版社， 2005， 323～336

[10]韦岗、季飞、傅娟；通信系统建模与仿真；北京：电子工业出版社 2008 [11]但森；相干通信技术；北京：国防工业出版社

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