iDEN无线网络规划及优化探讨

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[摘要] 文章介绍了iDEN数字集群系统的网络组成及性能特点，通过一个iDEN数字集群网的规划和优化实例，探讨了iDEN网络规划和优化的方法。由于常用的规划工具不支持iDEN系统仿真和分析，但考虑到iDEN与GSM网络的相似性，可以采用GSM仿真规划工具，通过修改相关参数，实现对iDEN系统的仿真。

[关键词] 数字集群；网络规划；网络优化；移动通信

[英文摘要]The architecture and functionalities of iDEN digital trunking system are introduced. Based on an example, the network planning and optimization methods are discussed. The commonly used network planning tools do not support the emulation and analysis of iDEN system, but similarity exists between iDEN and GSM networks. Therefore, by adopting GSM emulation tools and modifying relevant parameters, the emulation of iDEN system is finally realized.

[英文关键字] digital trunking; network planning; network optimization; mobile communication

1 iDEN系统

1.1  iDEN系统的网络组成
    iDEN是由Motorola公司开发的集移动电话、无线调度及无线数据传输于一体、功能强大的无线数字移动通信系统。iDEN集群通信系统的网络组成和结构与公众蜂窝移动通信网很相似，分为基站子系统和核心网子系统两大部分，核心网系统包含分组域部分和电路域部分，其中分组域部分用于处理调度呼叫和分组数据业务，主要包括分组交换机、调度处理器等网络单元；而电路域部分主要处理电话呼叫，主要包括基站控制器、编码转换器、移动交换机等与GSM移动通信网类似的网络单元。iDEN系统的主要组成部分及网络结构如图1所示。

1.2  iDEN系统无线网络的性能特点
    iDEN系统无线网络的技术特点与GSM系统非常相似，采用TDMA多址方式，载频宽度为25 kHz，每载频分为个6时隙，可用于控制或业务信道。iDEN系统话音采用4.2 kb/s的矢量和激励线性预测编码(VSELP)，调制方式为M-16QAM。上下行链路采用频分双工，在800 MHz频段的收发间隔为45 MHz。

    本文以上海国脉iDEN数字集群网的规划和优化实例为例，探讨iDEN网络规划和优化的方法。

2 iDEN无线网络的规划和仿真
    无线网络规划有3个主要目标，即容量、覆盖和网络质量。对于类似数字集群这样的新建网络，一方面未来用户的分布情况难以精确预测，另一方面网络建设可以通过滚动发展来适应用户增长的需求，因此初期工程的规划重点应是网络覆盖和质量。本文着重对这两方面内容进行分析和探讨。

2.1  规划和仿真工具的选取
    由于无线环境复杂等原因，只有通过数字化地图和仿真软件的结合，才能较为准确地预测无线网络的性能，得到一个良好的规划设计方案。目前常用的规划工具并不支持iDEN系统仿真和分析，但考虑到iDEN与GSM网络的相似性，采用GSM仿真规划工具，通过修改相关参数，实现对iDEN系统的仿真。本文采用MSI公司的网络规划工具——Planet进行国脉iDEN系统的规划仿真，实践证明该方法行之有效。

2.2 无线网络预规划
    预规划是根据网络容量和网络覆盖的目标，制订初步的建设方案，为下阶段采用规划工具仿真分析打好基础。

    容量分析主要是结合用户分布的预测情况以及单基站的典型容量情况，确定各地理区域所需的基站数量，本文对容量分析不做具体探讨。

    覆盖分析则是从无线覆盖的角度出发，确定各地理区域所需的基站数量。链路预算是基站覆盖分析的关键，通过链路预算才能估算基站的有效覆盖半径，从而进一步确定基站的设置数量。
经过核算，iDEN系统的覆盖通常受限于上行链路，表1为国脉iDEN系统基站的上行链路预算和覆盖预测的结果。

    综合容量分析和覆盖分析的结果，在满足双重需求的情况下，得到国脉iDEN无线网络预规划的结果（如表2所示）。

2.3  无线网络规划仿真

2.3.1  无线覆盖预测
    与进行GSM网络仿真一样，采用Planet软件进行无线覆盖预测。首先导入上海市数字化地图，并建立基站站点基本信息，另外还需要设定相应的传播模型才能进行仿真分析。iDEN系统无线覆盖预测可以采用修正的奥村模型(O-H)传播模型，该模型的经验公式中K1~K6的取值需要采用路测数据进行校正，地貌修正因子(KCLUTTER)则根据路测的结果针对电子地图中不同地貌类型的定义对传播模型公式做进一步修正。目前国脉iDEN系统采用800 MHz频段，与现有GSM系统的900 MHz 频段非常接近，因此公式中的K 值可参照900 MHz频段传播模型校正结果取定。

    为了模拟整网的无线覆盖情况，应先使用Prediction工具计算每个基站的链路损耗情况，然后组合成整网覆盖效果图。由于iDEN系统要求的载波干扰比(C/I)较高，为了在下一步做频率规划和干扰分析时能够准确地反映基站之间信号相互影响的情况，在进行链路损耗计算时，选取的计算半径应足够大。按照7/21的频率复用方式，iDEN系统的同频基站间距为37/2R，约为扇区覆盖半径的4倍。同频干扰发生概率最大的地方通常在覆盖区边缘，而基站站点抵达相邻同频基站扇区覆盖边缘的距离约为4.8R，因此链路损耗计算半径最好能设定为基站覆盖半径的5倍左右。

    经过仿真软件模拟分析，结合实际站点勘查情况，通过不断调整、优化后得出国脉iDEN集群系统的最终建设方案：上海市共设置基站40个，其中外环线内的城区设置基站23个，全部为三扇区定向型基站；郊区设置基站17个，16个为全向基站，1个为三扇区定向型基站。无线网络能够覆盖绝大部分陆地面积，网络覆盖情况见表3。

2.3.2  频率规划和干扰分析
    为了保证正常的通信质量，iDEN系统要求无线同频C /I应大于18 dB，因此在进行频率规划时，必须采用7/21或全向12的频率复用方式。根据中国国家无线电管理委员会的规定，800 MHz集群通信系统的工作频段共15 MHz，划分为600个频点。上海国脉iDEN集群系统使用56个频点，按照7/21频率复用方式，每个基站的最大配置为3/3/2。

    频率规划采用Planet软件的自动频率规划(AFP)工具完成，所有可用频点按照7/21频率复用方式分组设置，经过大量计算和仿真分析，确定各基站的频率分配计划。

    由于本次规划仅要求保证陆地区域的网络质量，因此在确定频率分配方案时没有考虑水域部分的网络干扰情况，陆地区域无线网络的干扰分析结果如表4所示。

3 iDEN系统无线网络的优化
    由于无线环境的复杂性，网络优化是保证网络质量的必要手段，上海国脉的iDEN系统便经历了规划、建设和优化的过程。优化结合无线网络的路测和实际运行情况，从无线参数调整和干扰解决两方面入手进行。

3.1 无线参数调整
    图1显示iDEN系统包括了GSM系统所有功能，并叠加了调度呼叫处理子系统。在优化过程中需要掌握这些子系统之间互相独立又互相兼容的关系，才能灵活调整无线参数。

    iDEN系统中涉及到的主要小区选择参数有：Resel C /I +N Inbound Hysteresis、Resel C /I +N  Inbound threshold、Resel Class等。

    在电话系统中涉及到小区选择、切换的主要参数有：Hdvr Class of Cell、Hdvr C /I +N  Inbound Hysteresis、Hdvr C /I +N  Inbound threshold、Hdvr C /I +N  Outbound Hysteresis、Hdvr C /I +N  Outbound threshold等。

    在调度系统中涉及到小区选择、切换的主要参数有：Recon. C /I +N Outbound Hysteresis、Recon. C /I +N Outbound threshold、Recon. Class等。

    在分组数据系统中也有涉及到小区选择、切换的参数。
    在网络优化过程中，通过路测发现：由于基站天线较高，附近高楼较多，建筑物密度高，某路段同时收到数个基站的信号，基站小区选择、切换较频繁，导致掉话严重。为此，我们调整了相关基站的小区选择、切换参数，同时也调整了附近基站的功率和机顶功率(Pto)值等，参数调整情况见表5。从优化后路测数据来看，基本解决了路段的切换问题。

3.2 无线干扰解决
    iDEN系统采用的M-16QAM数字式调制技术与时分多址及数字语音编码压缩方法结合使用，信道利用率高，但系统对C /I +N 的要求也较高，需大于18 dB。iDEN系统使用了Motorola专有的测量评估方法——SQE。信号质量评估(SQE)用于评估信号的质量、误码等，该指标对用户通话质量、登陆、小区选择、切换等起重要作用。

    在路测中发现郊区某古镇旅游区覆盖不好，手机在主干公路在该镇处掉话，进入该镇后手机无法登陆。在路测时用频率扫描测试到邻近基站的控制信道接收信号电平(RSSI)较低，比该站的话音信道低约10 dB，至使手机在主干公路该镇处无法登陆控制信道而显示无覆盖。

    通过调整控制信道与话音信道无线收发信机(BR)的接入天线，随后又进行路测显示主干公路该镇处信号约为-95～-100 dBm，手机通话可保持到镇内，镇内有一个800 MHz全频直放站，RSSI信号增强为-80 dBm，但SQE很差。

    由于直放站的原因，导致干扰增加使iDEN手机无法解码而掉话。关闭该直放站对该镇进行测试，RSSI信号为-90 dbm左右，SQE较好，说明干扰消除，未发生掉话现象，问题解决。

4 小结
    虽然iDEN系统在中国的应用还不太广泛，相应的规划和优化工作经验也不丰富，但它与GSM系统的相似性为解决规划和优化问题提供了很好的借鉴、参考作用。

5 参考文献
[1] 郑祖辉. 数字集群移动通信系统 [M]. 北京: 电子工业出版社, 2002.1.
[2] 郑祖辉. 集群移动通信工程[M]. 北京: 人民邮电出版社, 1996.2.
[3] 王青, 杨永宁, 沈思源. 数字集群移动通信系统[M]. 北京: 电子工业出版社, 1997.5.
[4] MOTOROLA . MOTOROLA iDEN系统手册[Z]. 2001.
[5] Casey Hill, Bernie Olson. A Statistical Analysis of Radio System Coverage Acceptance Testing [J]. IEEE Vehicular Technology Society News, 1994,41(1).
[6] Lee C Y. Mobile Communications Engineering [M]. McGraw-Hill Book Company, 1982.

收稿日期：2004-11-17