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链路及空间无线传播损耗计算 -日期:
.1 链路预算 上行和下行链路都有自己的发射功率损耗和路径衰落。在蜂窝通信中,为了确定有效覆盖范围,必须确定最大路径衰落、或其他限制因数。在上行链路,从移动台到基站的限制因数是基站的接受灵敏度。对下行链路来说,从基站到移动台的主要限制因数是基站的发射功率。通过优化上下行之间的平衡关系,能够使小区覆盖半径内,有较好的通信质量。 一般是通过利用基站资源,改善网络中每个小区的链路平衡(上行或下行),从而使系统工作在最佳状态。最终也可以促使切换和呼叫建立期间,移动通话性能更好。图5-01是一基站链路损耗计算,可作为参考。 图5-01 上下行链路平衡的计算。对于实现双向通信的GSM系统来说,上下行链路平衡是十分重要的,是保证在两个方向上具有同等的话务量和通信质量的主要因素,也关系到小区的实际覆盖范围。 下行链路(DownLink)是指基站发,移动台接收的链路。 上行链路(UpLink)是指移动台发,基站接收的链路。 上下行链路平衡的算法如下: 下行链路(用dB值表示): PinMS = PoutBTS - LduplBTS - LpBTS + GaBTS + Cori + GaMS + GdMS - LslantBTS - LPdown 式中: PinMS 为移动台接收到的功率; PoutBTS为BTS的输出功率; LduplBTS为合路器、双工器等的损耗; LpBTS为BTS的天线的馈缆、跳线、接头等损耗; GaBTS为基站发射天线的增益; Cori为基站天线的方向系数; GaMS为移动台接收天线的增益; GdMS为移动台接收天线的分集增益; LslantBTS为双极化天线的极化损耗; LPdown为下行路径损耗; 上行链路(用dB值表示): PinBTS = PoutMS - LduplBTS - LpBTS + GaBTS + Cori + GaMS + GdBTS -LPup +[Gta] 式中: PinBTS为基站接收到的功率; PoutMS为移动台的输出功率; LduplBTS为合路器、双工器等的损耗; LpBTS为BTS的天线的馈缆、跳线、接头等损耗; GaBTS为基站接收天线的增益; Cori 为基站天线的方向系数; GaMS为移动台发射天线的增益; GdBTS为基站接收天线的分集增益; Gta为使用塔放的情况下,由此带来的增益; LPup为上行路径损耗。 根据互易定理,即对于任一移动台位置,上行路损等于下行路损,即: LPdown = LPup 设系统余量为DL ,移动台的恶化量储备为DNMS ,基站的恶化量储备为DNBTS,移动台的接收机灵敏度为MSsense,基站的接收机灵敏度为BTSsense, Lother为其它损耗,如建筑物贯穿损耗、车内损耗、人体损耗等。于是,对于覆盖区内任一点,应满足: PinMS - DL - DNMS - Lother >= MSsense PinBTS - DL - DNMS - Lother >= BTSsense 上下行链路平衡的目的是调整基站的发射功率,使得覆盖区边界上的点(离基站最远的点)满足: PinMS - DL - DNMS - Lother = MSsense 于是,得到了基站的最大发射功率的计算公式: PoutBTS <= MSsense - BTSsense + PoutMS + GdBTS - GdMS + LslantBTS - Gta + DNMS - DNBTS 5.2 各类损耗的确定 ◆ 建筑物的贯穿损耗 建筑物的贯穿损耗是指电波通过建筑物的外层结构时所受到的衰减,它等于建筑物外与建筑物内的场强中值之差。 建筑物的贯穿损耗与建筑物的结构、门窗的种类和大小、楼层有很大关系。贯穿损耗随楼层高度的变化,一般为-2dB/层,因此,一般都考虑一层(底层)的贯穿损耗。 下面是一组针对900MHz频段,综合国外测试结果的数据: --- 中等城市市区一般钢筋混凝土框架建筑物,贯穿损耗中值为10dB,标准偏差7.3dB;郊区同类建筑物,贯穿损耗中值为5.8dB,标准偏差8.7dB。 --- 大城市市区一般钢筋混凝土框架建筑物,贯穿损耗中值为18dB,标准偏差7.7dB;郊区同类建筑物,贯穿损耗中值为13.1dB,标准偏差9.5dB。 --- 大城市市区一金属壳体结构或特殊金属框架结构的建筑物,贯穿损耗中值为27dB。 由于我国的城市环境与国外有很大的不同,一般比国外同类名称要高8---10dB。 对于1800MHz,虽然其波长比900MHz短,贯穿能力更大,但绕射损耗更大。因此,实际上,1800MHz 的建筑物的贯穿损耗比900MHz的要大。GSM规范3.30中提到,城市环境中的建筑物的贯穿损耗一般为15dB,农村为10dB。一般取比同类地区900MHz的贯穿损耗大5---10dB。 ◆ 人体损耗 对于手持机,当位于使用者的腰部和肩部时,接收的信号场强比天线离开人体几个波长时将分别降低4---7dB和1---2dB。 一般人体损耗设为3dB。 ◆ 车内损耗 金属结构的汽车带来的车内损耗不能忽视。尤其在经济发达的城市,人的一部分时间是在汽车中度过的。 一般车内损耗为8---10dB。 ◆ 馈线损耗 在GSM900中经常使用的是7/8″的馈线,在1000MHz的情况下,每100米的损耗是4.3dB;在2000MHz的情况下,每100米的损耗则为6.46dB,多了2.16个dB。 5.3 无线传播特性 移动通信的传播如图5-02中的曲线所示,总体平均值随距离减弱,但信号电平经历快慢衰落的影响。慢衰落是由接受点周围地形地物对信号反射,使得信号电平在几十米范围内有大幅度的变化,若移动台在没有任何障碍物的环境下移动,则信号电平只与发射机的距离有关。所以通常某点信号电平是指几十米范围内的平均信号电平。这个信号的变化呈正态分布。标准偏差对不同地形地物是不一样的,通常在6-8dB左右。快衰落是叠加在慢衰落信号上的。这个衰落的速度很快,每秒可达几十次。除与地形地物有关,还与移动台的速度和信号的波长有关,并且幅度很大,可几十个dB,信号的变化呈瑞利分布。快衰落往往会降低话音质量,所以要留快衰落的储备。 图5-02 无线电波在自由空间的传播是电波传播研究中最基本、最简单的一种。自由空间是满足下述条件的一种理想空间:1. 均匀无损耗的无限大空间,2. 各项同性,3. 电导率为零。应用电磁场理论可以推出,在自由空间传播条件下,传输损耗Ls的表达式为: Ls=32.45+20lgf+20lgd 自由空间基本传输损耗Ls仅与频率f和距离d有关。当f 和d扩大一倍时,Ls均增加6dB,由此我们可知GSM1800基站传播损耗在自由空间就比GSM900基站大6个dB,如图5-03所示。
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