移动通信PPT电子课件教案-第3章_移动信道的传播特性.ppt

第3章 移动信道的传播特性,3.1 无线电波传播特性 3.2 移动信道的特征 3.3 陆地移动信道的传输损耗 3.4 移动信道的传播模型 思考题与习题,引言,三种研究无线移动通信信道的基本方法： 理论分析：用电磁场理论和统计理论分析电波在移动环境中的传播特性，并用数学模型来描述移动信道。 现场电波实测：在不同的传播环境中，做电波实测实验，验证和校正理论分析结果。 计算机模拟：灵活快速地模拟各种移动环境。,注：vhf（30-300mhz）、uhf（300-3000mhz）,引言,无线信道的电波传播环境 地貌 人工建筑 气候特征 电磁干扰情况 通信体移动速度情况 使用的频段,多径传播 阴影效应 地形、地貌 反射 信号的相互干扰,无线信道的特点,3.1.1 电波传播方式 3.1.2 直射波 3.1.3 大气中的电波传播 3.1.4 障碍物的影响与绕射损耗 3.1.5 反射波,3.1 无线电波传播特性,3.1.1 电波传播方式,移动通信常用频段为 150mhz (vhf) 450mhz、900mhz、1.8ghz、2.4ghz等(uhf) 该频段频率高，地表波传输损耗大；电波穿透电离层反射；主要传播方式为直线传播(与光线传播方式一样)，包括直射、反射及散射。,3.1.1 电波传播方式 续,图3-1 典型的传播通路,从发射天线直接到达接收天线的电波称为直射波，它是vhf和uhf频段的主要传播方式； 的电波经过地面反射到达接收机，称为地面反射波； 的电波沿地球表面传播， 称为地表面波。,3.1.2 直射波,直射波按自由空间传播考虑：只有能量扩散，没有其它损耗。,3.1.2 直射波 续,单位面积上的电波功率密度s为 ：,接收天线的有效面积,讨论：(1) d，导致能量扩散，则 lfs , (2) f，导致接收天线有效面积减小，则lfs ,自由空间传播损耗lfs：,3.1.2 直射波 续,3.1.3 大气中的电波传播,大气折射 实际电磁波在大气中传播会发生折射弯曲，可实现超视线传播 大气折射的结果：相当于地球半径r增大为等效半径 re=8500km (r=6400km),3.1.3 大气中的电波传播 续,地面直射波视线传播极限距离,3.1.3 大气中的电波传播 续,无论如何提高pt 、gt 及gr，地面直射波受地球曲率的遮挡，传播距离也是有限的，如图3-2所示。 直射波传播极限距离d：,3.1.4 障碍物的影响与绕射损耗,图 3 - 3 障碍物与余隙 (a) 负余隙； (b) 正余隙,x1为 菲涅尔半径,x 为菲涅尔余隙,3.1.4 障碍物的影响与绕射损耗 续,绕射引起的附加损耗,3.1.4 障碍物的影响与绕射损耗 续,讨论 选择基站天线高度时，根据地形尽可能使服务区内各处的余隙x/x10.5，此时附加损耗约为0db, 即障碍物对直射波传播基本没影响。 当x=0时，即tr直射线从障碍物顶点擦过时， 附加损耗约为 6db。 当x0，即直射线低于障碍物顶点时，损耗急剧增加；,由图 3 - 4 查得附加损耗(x/x1-1)为16.5db, 因此电波传播的损耗l为 l = lfs+16.5 = 116.0db,例 3 - 1 ：设图 3 - 3(a)所示的传播路径中，菲涅尔余隙 x= -82m, d1=5km, d2=10km, 工作频率为150mhz。 试 求出电波传播损耗。 解： 先求出自由空间传播的损耗lfs为,lfs = 32.44+20lg(5+10)+20lg 150 = 99.5db 第一菲涅尔区半径:,分析：电波传播损耗 l = lfs+实际地形地物引起的附加损耗,3.2 移动信道的特征,3.2.1 传播路径与信号衰落 3.2.2 多径效应与瑞利衰落 3.2.3 慢衰落特性与衰落储备 3.2.4 多径时散与相关带宽,3.2.1 传播路径与信号衰落,3.2.1 传播路径与信号衰落 续,在移动通信中，散射体的运动和移动台的运动对接收信号的影响是一致的。如果移动台与附近的散射体始终保持静止，则所接收到的信号包络保持不变；如果二者存在相对运动，则接收信号包络有起伏变化。 由于地物（如建筑物和其它障碍物）的反射作用，接收信号场强矢量合成的结果形成驻波分布，即在不同地点的信号场强不同。当移动台在驻波场中运动时，接收场强出现快速、大幅度的周期性变化，称为多径快衰落，也称小区间瞬时值变动。 ms的接收信号 s = si ，i=1,2 ，就会产生快衰落。,3.2.2 多径效应与瑞利衰落,图 3 8 移动台接收n条路径信号,在障碍物均匀的城市街道或森林中，在接收信号中没有视距传播的直达波时，信号包络起伏近似于瑞利分布，多径快衰落称为瑞利衰落。,3.2.2 多径效应与瑞利衰落 续,到达移动台的信号是来自不同传播路径的信号之和，如图 3 - 8 所示。设基站发射的信号为,假设n个信号的幅值和到达接收天线的方位角是随机的且满足统计独立，则接收信号为,假设 ，为接收信号包络的时间平均功率 ，且p(x)和p(y)均值为零， 则,用极坐标 (r, )表示：,式中：,3.2.2 多径效应与瑞利衰落 续,概率密度函数服从正态分布,对积分， 可求得包络概率密度函数p(r)为,r0,接收信号包络服从瑞利分布。 同理， 对r积分可求得相位概率密度函数p()为,02,接收信号相位服从均匀分布。,图 3 - 9 瑞利分布的概率密度,当r=时，p(r)为最大值，表示r在值出现的概率最大,当r=1.177时，衰落信号的包络有50%的概率大于1.177 ,信号包络r低于某一指定值k的概率为,3.2.2 多径效应与瑞利衰落 续,信号包络r低于某一指定值r的概率为,当接收信号中有视距传播的直达波信号时，视距信号成为主接收信号分量，同时还有不同角度随机到达的多径分量迭加在这个主信号分量上，这时的接收信号就呈现为莱斯分布，甚至高斯分布。 但当主信号减弱达到与其他多径信号分量的功率一样即没有视距信号时，混合信号的包络又服从瑞利分布。 注意：莱斯分布适用于一条路径明显强于其它多径的情况，但并不意味着这条径就是直射径。,3.2.2 多径效应与瑞利衰落 续,3.2.3 慢衰落特性和衰落储备,3.2.3 慢衰落特性和衰落储备 续,慢衰落（阴影衰落）：ms移动时，由于移动无线通信信道传播环境中的地形起伏、建筑物及其它障碍物对电波传播路径的阻挡，形成电磁场阴影效应，引起接收信号电平中值存在周期为秒级的慢衰落。 特点：衰落与无线电传播地形和地物的分布、高度有关。,3.2.3 慢衰落特性和衰落储备 续,阴影衰落一般表示为电波传播距离r的m次幂与表示阴影损耗的正态对数分量的乘积。移动用户和基站之间的距离为r时，传播路径损耗和阴影衰落： ： 阴影产生的对数损耗（db），服从均值为零和标准偏差为db的对数正态分布。又称慢衰落服从对数正态分布。,衰落储备：为防止衰落引起通信中断，必须提高pt或gtgr，使接收信号电平pr留有足够余量使中断率低于规定的指标，这部分余量称为衰落储备量。,3.2.3 慢衰落特性和衰落储备 续,图3-9 衰落储备示意图,3.2.3 慢衰落特性和衰落储备 续,3.2.4 多径时散与相关带宽,图3-10 多径时散示意图,图 3 - 11 时变多径信道响应示例 (a) n=3; (b) n=4; (c) n=5,3.2.4 多径时散与相关带宽 续,多径时散(时延散布, 简称时散) ：因多径传播造成信号时间扩散的现象， 称为多径时散。 多径时散的后果：在数字传输中，由于多径传播时延不同造成接收数字信号波形展宽,接收信号中一个码元的波形会扩展到其他码元周期中，引起码间串扰, 增大误码率 。 为了避免码间串扰: 使码元周期大于多径引起的时延扩展 或者使信号传输速率低于时延扩展的倒数。,归一化时延信号的包络e(t)：将移动通信中接收机接收到的多径的时延信号强度进行归一化。 见下图,3.2.4 多径时散与相关带宽 续,时延扩展：最大传输时延和最小传输时延的差值，即最后一个可分辨的时延信号与第一个时延信号到达时间的差值，实际上就是脉冲展宽的时间。 表示时延扩展的程度。,图 3 - 12 多径时延信号强度,3.2.4 多径时散与相关带宽 续,平均多径时延,（时延均值）,时延扩展：,（时延标准偏差，即e(t)的均方根）,最大时延：强度下降30db时的时延值,3.2.4 多径时散与相关带宽 续,表 3 - 1 多径时散参数典型值(450mhz/900mhz),3.2.4 多径时散与相关带宽 续,例：若时延扩展为1s，则请问在无抗多径措施的情况下，为了避免码间干扰，信号的传输速率应满足什么条件？,解： 因为=1s 为了避免码间干扰，码间隔 ts2 又因为 码速率fs=1/ts 故1/fs 2 即fs 1/（2）=500kbps,3.2.4 多径时散与相关带宽 续,多径时散在频域上导致频率选择性衰落：信道对不同频率成分有不同响应。 若信号带宽过大，就会引起严重失真。,3.2.4 多径时散与相关带宽 续,图 3 - 14 双射线信道等效网络,上图所示的双射线信道等效网络的传递函数为,3.2.4 多径时散与相关带宽 续,幅频特性不平坦，在一些频率有衰落(频率选择性衰落)。,相邻两个频率衰落点的频差满足,信道幅频特性：,称为：相关带宽 记作：bc,角频率差,即：,若所传输的信号带宽 （hz）较宽，大于bc 时，信号将产生明显畸变。为避免畸变应选取信号带宽,实际情况远比这复杂。对角调信号，相关带宽工程估算式为 式中，为时延扩展。,例： =3s时，角度调制信号的相关带宽为多少？传输信号的带宽应该在什么范围才不会产生频率选择性衰落以致有明显的畸变？ 解：bc= 1/(2 )=53khz 传输信号的带宽应小于53khz。,3.3.1接收机输入电压、功率和接收机灵敏度的关系 3.3.2地形地物分类 3.3.3中等起伏地形上传播损耗的中值 3.3.4不规则地形上传播损耗的中值 3.3.5任意地形地区的传播损耗中值,3.3 陆地移动信道的传输损耗,3.3.1 接收机输入电压、 功率的关系,接收机输入电压的定义： 若ri=rs，则接收机输入端的端电压u=us/2，相应的输入功率p=u2s/4r是接收机最大输入功率，称为 额定输入功率。,图 3 - 15 接收机输入电压的定义,3.3.1 接收机输入电压、 功率的关系,电压的单位： dbv，以1v作基准，求得的电压的db值 dbv，以1v作基准，求得的电压的db值 推导过程如下：,式中， us以v计。,.,us的单位以v计,功率的单位： dbw，以1w作基准，求得的功率的db值 dbmv，以1mw作基准，求得的功率的db值 推导过程如下：,3.3.1 接收机输入电压、 功率的关系,.,单位以w计,3.3.1 接收机输入电压、 功率的关系,例：设射频信号功率p=2w，试将其换算为dbw和dbmw 。 解：,p=2w =10lg(2w) =3dbw p=2w =10lg(2*103mw)=32dbmw 或利用式子 得：pdbm=2+30 dbm =32dbm,接收机灵敏度与最小输入信号功率 接收机灵敏度：指无外界噪声和干扰，在规定的标准测试条件下，接收机解调输出达到规定的话音质量时，接收机天线输入端所需的最小信号电压us/2 或最小信号功率pr min 。 pr min=10lgus2/(4r),3.3.1 接收机输入电压、 功率与接收机灵敏度的关系,例：设接收机输入电阻为50欧，无外界噪声和干扰时，接收机解调输出达到规定的话音质量时，接收机天线输入端的最小信号功率为-113dbm, 求接收机灵敏度为多少微伏。 解：由接收功率的公式得： pr min=10lgus2/(4r) 即 -113 dbm =20lg us- 10lg(4r) -113 -30 = (usdbv-120)-23 得us=0dbv =1v 所以接收机灵敏度us/2=0.5v,3.3.1 接收机输入电压、 功率与场强的关系,dbw,dbv,+50,+40,+30,+20,-80,-100,-90,-110,发射功率,cdu,接头损耗,馈线损耗,天线增益,接收灵敏度,快衰落余量,接头、馈线损耗,路径损耗： 30-（-123）=153db,覆盖边缘余量,接收机灵敏度在无线链路的功率计算中的应用,1w,0db,天线端发射信号功率？：1w 合计30dbm,-108dbm,3db,4db,18db,接收天线增益,分集增益,4db,接收最小信号电平？ -108+3+4-18-4 = -123dbm,发：,收：,返回,无线链路的发射/接收功率的计算,具体分析数字 频率 (mhz): 1800 系统: gsm1800 发射端: ms 发射功率 w 1.00 dbm 30.00 k cdu db 0.00 l 馈线和接头损耗 db 0.00 n 发射天线增益 dbi 0.00 o eirp（有效全向辐射功率) dbm 30.00 p=k-n+o 接收端: bts 接收灵敏度 dbm -108.00 a 快衰落保护余量 db 3.00 b 馈线和接头损耗 db 4.00 c 接收天线增益 dbi 18.00 d 分集增益 db 4.00 e 接收最小信号电平 dbm -123.00 f=a+b+c-d-e 路径损耗(l链路预算值) db 153.00 q=p-f .,正常值: 140150 db,+50,+40,+30,+20,-80,-100,-90,-110,发射功率,cdu,接头损耗,馈线损耗,天线增益,接收灵敏度,快衰落余量,接头、馈线损耗,路径损耗： 56-（-97）=153db,覆盖边缘余量,接收机灵敏度在无线链路的功率计算中的应用,40w,即46dbm,天线端发射信号功率？： 46-5-3+18= 56dbm,-100dbm,3db,0db,0db,接收天线增益,分集增益,0db,接收最小信号电平？ -100+3+0-0-0 = -97dbm,5db,3db,18db,收：,发：,无线链路的发射/接收功率的计算,具体分析数字 频率 (mhz): 1800 系统: gsm1800 发射端: bts 发射功率 w 40.00 dbm 46.00 k cdu db 5.00 l 馈线和接头损耗 db 3.00 n 发射天线增益 dbi 18.00 o eirp（有效全向辐射功率 dbm 56.00 p=k+l-n+o 接收端: ms 接收灵敏度 dbm -100.00 a 快衰落保护余量 db 3.00 b 馈线和接头损耗 db 0.00 c 接收天线增益 dbi 0.00 d 分集增益 db 0.00 e 接收最小信号电平 dbm -97.00 f=a+b+c-d-e 路径损耗(l链路预算值) db 153.00 q=p-f,正常值: 140150 db,馈线,信号在馈线里传输的损耗： 导体的电阻性损耗 绝缘材料的介质损耗 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。 馈线的作用： 将发射机发出的信号功率以最小的损耗传送到发射天线的输入端 或将天线接收到的信号以最小的损耗传送到接收机输入端,图16 移动基站,馈线：连接天线和发射机输出端（或接收机输入端）的电缆称为传输线或馈线。,地形分类 中等起伏地（准平坦地形):地面起伏不大（高度差20米），且起伏缓慢（峰点与谷点之间水平距离大于起伏高度)。,3.3.2 地形、地物分类,图3-18 中等起伏地,不规则地形 丘陵、孤立山岳、斜坡及水陆混合等地形。 天线高度 若基站天线顶点的海拔高度为hts， 从天线设置地点开始，沿着电波传播方向的3km到15km之内的地面平均海拔高度为hga， 则定义基站天线的有效高度hb为hb = hts-hga,图 3 - 19 基站天线有效高度(hb),地物（或地区）分类 开阔地：广场、农田、荒野等 郊区： 有少量低层房屋或小树林 市区： 有较密集的建筑物和高楼,3.3.2 地形、地物分类,思考？,三类地物的传播损耗大小,3.3.3 中等起伏地形上传播损耗的中值,移动台天线高度增益因子（hm任意）,中等起伏地形、市区传播损耗中值（基准损耗中值),中等起伏地、市区传播损耗基本中值 （hb=200m, hm=3m）,基站天线高度增益因子（hb任意）,图 3 - 20 中等起伏地上市区基本损耗中值,图 3 - 21 天线高度增益因子 (a) 基站hb(hb, d); (b) 移动台hm(hm, f),任意地形地物的传播损耗中值：la,lt 为中等起伏地形、市区传播损耗中值(基准损耗中值) kt 为实际地形地物修正因子，为各种单独地形、地物 修正因子ki 的代数和,，,3.3.5 任意地形地物的传播损耗中值,其它地形上的修正因子ki,街道走向：ka ka街道走向修正因子 郊区： kmr kmr 郊区修正因子 开阔地： q0 (或qr) q0开阔地修正因子 qr准开阔地修正因子 不规则地形的修正因子 1. 丘陵地修正因子 kh 2. 孤立山岳修正因子 kjs 3. 斜坡地形修正因子 ksp 4. 水陆混合路径修正因子 ks,任意地形地物的传播损耗中值,图 3 - 22 街道走向修正曲线,图 3 - 23 郊区修正因子,接收信号功率中值 pr=pt+gb+gm-la pr ：接收信号功率中值 ，dbw或dbmw pt ：发射信号功率中值 ， dbw gb、gm ：bs及ms天线增益因子， db la ：传播损耗中值， db,3.3.5 任意地形地物的接收信号功率中值,例 3 - 2 某一移动信道，工作频段为450mhz，基站天线高度为50m，天线增益为6db，移动台天线高度为3m，天线增益为 0db；在市区工作，传播路径为中等起伏地，通信距离为10km。 试求： (1) 传播路径损耗中值； (2) 若基站发射机送至天线的信号功率为 10w， 求移动台天线得到的信号功率中值。 解：（1）lt =lfs+am(f, d)-hb(hb, d)-hm(hm, f) la = lt kt 其中kt=0 其中：lfs = 32.44+20lgf+20lgd = 32.44+20lg450+20lg10 = 105.5db,查图得 am(f,d) = 27db hb(hb, d) = -12db幻灯片 59 hm(hm, f) = 0db 所以 lt =105.5+27-（-12）-0=144.5db 因为是市区中等起伏地 所以修正因子 kt=0 la = lt kt = lt =144.5db (2) pr=pt+gb+gm-la pt =10w= 40dbm 得 pr=40dbm+6db+0db-144.5db=-98.5dbm,例某一移动信道 ，f =450mhz, hb=50m, gb=6db, hm=3m, gm=0db, d=10km ； 郊区；正斜坡，m=15mred；且bs发射功率pt =10w。 试求，(1) 传播路径损耗中值 la (2) ms接收信号功率中值 pr 解： lfs=32.44+20lgd+20lgf =32.44+20lg10+20lg450 =105.5db lt=lfs+ am(f,d) - hb(hb,d)- hm(hm,f) 查图得am(f,d) =27db hb(hb,d)=-12db hm(hm,f) =0db 得lt=105.5+27-（-12）-0=144.5db, kt =kmr(郊区修正因子 )+ksp(正斜陂修正因子 ) 查图kmr=12.5db 查图ksp=3db 得 kt = 12.5db+ 3db=15.5db la=lt-kt =144.5-15.5=129db (2) pr=pt+gb+gm-la 而 pt =10w =10dbw = 40dbm 得 pr=40dbm+6db+0db-129db=-83dbm,3.4 移动信道的传播模型,常用的四种传播模型 hata模型 lee模型 ccir模型 cost 231-walfish-ikegami 模型 (简称wi模型),3.4 移动信道的传播模型 hata模型,hata模型是上节图表给出的路径损耗数据的经验公式，该公式适用于1501500 mhz频率范围。当基站和移动台之间水平距离大于1公里时或大于5km ，应该采用宏蜂窝模型hata模型。 hata将市区的传播损耗表示为一个标准的公式和一个应用于其他不同环境的附加校正公式。 hata模型的优点：路径损耗计算公式中的参数如工作频率、天线有效高度、距离、覆盖区类型等容易获得，因此模型易于使用，这是hata模型广泛使用的主要原因。 缺点：hata模型中把覆盖区简单分成四类：大城市、中小城市、郊区和乡村，这种分类过于简单，预测值和实际值的误差较大。,hata模型在市区的中值路径损耗的标准公式为 lurban(db)=69.55+26.16lgfc-13.82lghb-a(hre)+(44.9-6.55lghb)lgd 郊区的路径损耗： lsuburban(db)=lurban-2lg(fc/28)2-5.4 开阔的农村地带的路径损耗： lrural(db)=lurban-4.78(lgfc)2+18.33lgfc-40.94,3.4 移动信道的传播模型 hata模型的计算,式中： fc是在1501500mhz内的工作频率； hb是基站发射机的有效天线高度（单位为m， 适用范围30200 m）， 其定义为天线相对海平面高度hts减去距离从3 km到15 km之间的平均地面高度hga; hre是移动台接收机的有效天线高度（单位为m， 适用范围110 m）; d是收发天线之间的距离（单位为km， 适用范围110km）； a(hre)是移动台接收机的有效天线高度的修正因子。,3.4 移动信道的传播模型 hata模型的计算,a(hre)的表达式： 小城市到中等城市：a(hre)=(1.1lgfc-0.7)hre-(1.56lgfc-0.8)db 大城市： a(hre)=8.29(lg1.54hre)2-1.1db fc300 mhz a(hre)=3.2(lg11.754hre)2-4.97db fc300 mhz,3.4 移动信道的传播模型 hata模型的计算,3.4 移动信道的传播模型 ccir模型,ccir模型：是hata模型在城市传播环境下的应用。 和hata城市模型相比：ccir模型粗略地考虑了建筑物密度对路径损耗的影响，模型中除了需要hata模型的参数外，还需要地理数据给出被建筑物覆盖的区域的百分比参数（建筑物的密度）。,3.4 移动信道的传播模型 lee模型,当基站和移动台之间水平距离小于1公里时，有实测数据时，可采用lee微蜂窝模型。 lee模型的特点： 主要参数（距离基站1km处的接收功率）和路径损耗的斜率易于根据测量值调整，适合本地无线传播环境，这种情况下，模型准确性大大提高， lee模型预测算法简单，计算速度快，因此，在有测试数据时，建议采用这种模型进行设计。,cost 231-wi模型,cost 231-wi模型：广泛用于建筑物高度近似一致的郊区和城区环境。 高基站天线时模型采用理论的walfischbertoni模型计算多屏绕射损耗，低基站天线（覆盖范围1km左右）时采用测试数据。 模型也考虑了自由空间损耗、沿传播路径的绕射损耗，移动台与周围建筑屋顶之间的损耗以及街道方向的影响。因此，发射天线可以高于、等于或低于周围建筑物。,3.4 移动信道的传播模型 cost-231wi模型,该模型适用的范围： 频率f： 8002000 mhz； 距离d： 0.025 km； 基站天线高度hb： 450m； 移动台天线高度hm： 13 m。 可视传播路径损耗：l=42.6+26lgd+20lgf 非可视传播路径损耗：l=lfs+lrts+lmsd f=1800mhz的传输损耗：l1800=l900+10db,适用于市区复杂情况下微蜂窝传播预测 假设市区建筑规则分布 总的信号传播损耗包括3大部分： 直线传播损耗 lfs 屋顶到街道的绕射信号损耗 lrts 手机周围环境损耗 lmsd,h,w,b,d,cost 231-walfish-ikegami模型,该模型中的主要参数有： 建筑物高度hroof(m)； 道路宽度w(m)； 建筑物的间隔b(m)； 相对于直达无线电路径的道路方位,3.5.1 网络规划原理和过程 3.5.2 网络拓扑规划 3.5.3 网络容量规划 3.5.4 覆盖计划 3.5.5 频率计划 3.5.6 站址选择 3.5.7 网络测量,3.5 网络规划,商业计划,需求分析,初步网络 容量规划,站点计划、 频率计划,传输规划,最终网络 结构,参数确定,覆盖计划,3.5.1 小区规划原理,网络规划过程,网络规划组 相关数据的收集 站址堪查与确定 路测数据分析 规划软件规划结果分析,网络规划 bts数量及站型配置 天线系统要求 bss 拓扑结构 频率计划 网络持续发展的策略（网络优化）,网络性能 服务质量 成本计算 网络干扰水平（干扰概率） 路测验证,用户需求 用户数预测 对覆盖的要求 服务质量要求 初步确定的站址数据,外部数据 地物地貌信息（确定传播模型） 人口信息 可用频率资源 频率协调问题,地图 主要的城市 交通干线 山区位置和范围 居民区 海岸线 城市信息 城市轮廓范围 主体建筑结构 城市结构 当地习俗,地理信息,大城市、中小城市、乡镇、旅游区、公路 人口数量分布和密度分布 热点区域 人口分布迁移方向 话务量（话务模型） 返回,人口信息,bts数量初步预测 网络带宽 频率复用度 结合话务预测得到初步bts规模 覆盖范围初步预测 =f (地理拓扑, 服务等级, 信号电平, 环境, .) 根据覆盖范围得到初步bts规模 返回 如果 bts（覆盖） bts（话务） = 会同商业利益冲突,=每小区trx数量,初步网络规模信息,trx：收发信机，通常也认为是载频 一个trx载频板带一个载波，但也有双密度载频板，其一块trx就能带两个载波。,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和发送处理,3.5.1 网络规划原理和过程 3.5.2 网络拓扑规划 3.5.3 网络容量规划 3.5.4 覆盖计划 3.5.5 频率计划 3.5.6 站址选择 3.5.7 网络测量,3.5 网络规划,伞状蜂窝/宏蜂窝,微蜂窝,微微蜂窝,卫星小区,网络拓扑结构,节省投资 实现大面积覆盖 大功率发射 高挂高天线 小区范围2-20km (取决于实际环境!) 适用于低话务阶段或区域 网络建设初期 农村 交通干线覆盖 公路覆盖用全向天线或两扇区定向天线,220 km,使整体覆盖情况最佳,宏蜂窝网络,返回,容量导向型网络 加强宏蜂窝覆盖，同时增加网络容量 适用于热点区域 通常是扇型小区 解决热点话务吸收的有效投资途径 典型应用 市区 郊区热点 典型覆盖范围: 0.5 2km,使网络容量吸收最佳,0,5 2km,微蜂窝网络,返回,高度重视网络性能和服务质量 分层网络结构 存在很多不规则分布的话务热点 建筑结构复杂，室内覆盖解决方案突出,城市网络,小区实际覆盖范围取决于如下方面： 系统工作频段(450, 900, 1800 ，2100mhz) 小区周围环境 链路预算指标 天线类型 天线方向 覆盖要求,小区覆盖范围,3.5.1 网络规划原理和过程 3.5.2 网络拓扑规划 3.5.3 网络容量规划 3.5.4 覆盖计划 3.5.5 频率计划 3.5.6 站址选择 3.5.7 网络测量,网络规划,容量规划关键内容: 满足覆盖要求所需要的bts数量 满足网络的容量要求所需要的bts数量 盲区比例 频率复用技术（复用度） 可用带宽,容量规划关键内容,模型 规划区域用户数 每用户话务量 覆盖区域大小 = 话务量/km = 话务量/cell = trx数量/cell 要考虑漫游用户和忙时情况,容量规划,已知：话务量、呼损率（中断率），通过查表可得trx（载频数）,一定时间内用户预测数 长期预测 从市场人员那里得到相关数据 期望的用户话务模型 不同的用户话务模型不一样 期望的统计平均值 对特殊用户手机使用习惯的研究 热点区域 上下班主干道 忙时 忙时定义,话务量预测,指在一特定时间内呼叫次数与每次呼叫平均占用时间的乘积。,话务量就是一条电话线一个小时内被占用的时长。 如果一条电话线被占用0.13个小时，话务量就是0.13爱尔兰(erl)，如果这个交换机有1000个用户，则该交换机的话务量有多少？,每一天、每一天的不同时间，话务量分布都是不一样的 网络容量必须能够满足网络高峰话务吸收 忙时话务通常是平均每时话务的两倍,0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,0,2,4,6,8,10,12,14,16,18,20,22,24,hr,%,peak time,off-peak,话务模型,3.5.1 网络规划原理和过程 3.5.2 网络拓扑规划 3.5.3 网络容量规划 3.5.4 覆盖计划 3.5.5 频率计划 3.5.6 站址选择 3.5.7 网络测量,网络规划,覆盖预测过程,基站控制器：为基站收发台（bts）和移动交换中心（msc）之间交换信息提供接口。,功能：1、无线信道管理 2、实施呼叫和通信链路的建立和拆除 3、越区切换的控制,覆盖预测,某地gsm1800网络覆盖预测示意图,工期计划和工程进度表 覆盖要求 室外覆盖最低电平要求 盲区比例 室内覆盖水平区域 网络终端手机类型 主力站型 农村区域全向站为主? 市区三扇区定向站为主? 公路两扇区定向站为主？,一期,二期,三期,覆盖需求分析,电子地图是现实环境的模拟数据库,地形 山丘 乡村平原 河流、湖泊 高山 城市 高程信息,地物、地貌 水面 空旷地 市区 郊区 树林 稻田,使用电子地图一定要选择适当精度的电子地图 对于宏蜂窝规划，一般选取20m20m精度的数字地图。 对于微蜂窝规划，一般选取5m5m精度，甚至根据实际规划要求，选取更高精度的数字地图。,电子地图,电子地图示意,盲区 没有信号 pno_cov 信号被干扰 pif 小区覆盖率: (1- pno_cov) * (1- pif) 百分之百的覆盖率是不可能的，正常值为90%到95%之间。 (在时间和位置上的一种概率分布),覆盖率计算,返回,主覆盖区 服务区 覆盖区,distance,信号强度,小区覆盖模型,3.5.1 网络规划原理和过程 3.5.2 网络拓扑规划 3.5.3 网络容量规划 3.5.4 覆盖计划 3.5.5 频率计划 3.5.6 站址选择 3.5.7 网络测量,3.5 网络规划,为什么要进行频率的重复使用? 返回 8 mhz = 40 chs * 8 ts = 320 = max. 320 个用户同时通话! 频率资源有限 = 尽可能多的进行频率复用 频率复用带来不可避免的同邻频干扰 = 合理频率计划使网络干扰最小 频率规划软件自动频率分配的依据：使网络整体干扰量最小 频率自动分配要依据覆盖预测的支持,频率计划,频道间隔:200khz,目标: 最终频率分配方案使网络整体干扰最小 传统方法 正六边形小区模型 规则网格分布 小区簇 复用距离：或,实际规划时：不完全使用这种 频率分配方式,频率规划,频率计划要考虑最坏的情况 实际情况更恶劣 功率控制, 实际的话务分布使情况有所改善 用平均复用度衡量频率计划:,宽松复用,干扰小，但不经济,复用度紧密,频率规划,可用频率带宽：决定可用载频数 频率复用度：决定了小区载频数 带宽一般是连续的,频率计划基础带宽,区群大小n=4 三扇区天线， 则频率复用度为4/12,带宽4.8m 频道间隔200khz，则系统可用载频数（信道数）为24个， 每扇区天线载频数为：24/(4*3)=2(trx),网络容量随频率资源的增加，非比例增加,频率计划基础-trunking 效应,使频率尽可能频繁的复用 增加网络容量 但要同由此带来的网络干扰折衷考虑 注意不要使用完全规则的复用模型 要使网络整体干扰最小，最严重干扰满足协议要求，或可以通过其他手段躲避,f2,f3,f4,f5,f6,f7,f3,f4,f5,f6,f2,f3,f4,f5,f6,f2,f3,f4,f5,f6,f7,f2,f3,f4,f5,f7,f2,f3,f4,f5,f2,f3,f4,f5,f6,f7,频率规划注意事项,交界频率的使用必须经过双方协商,频率协调,3.5.1 网络规划原理和过程 3.5.2 网络拓扑规划 3.5.3 网络容量规划 3.5.4 覆盖计划 3.5.5 频率计划 3.5.6 站址选择 3.5.7 网络测量,3.5 网络规划,链路传输损耗的预算 实例分析,分析场景设置,参照幻灯片52-55页,实例说明,发射机部分,21-3=18,27-2+17=42,实例说明,接收机部分,实例说明,路径损耗计算,实例说明,小区半径计算,3.5.1 网络规划原理和过程 3.5.2 网络拓扑规划 3.5.3 网络容量规划 3.5.4 覆盖计划 3.5.5 频率计划 3.5.6 站址选择 3.5.7 网络测量,3.5 网络规划,系统仿真,静态仿真（static simulations） 静态仿真通过对快照的分析来了解网络性能。 monto carlo 动态仿真（dynamic simulations） 动态仿真通过对ue在连续时隙内移动的分析来了解网络性能。,静态仿真,拍摄一定数量的网络快照，其中 每一个快照按照某种规律（随机均匀分布）生成一定的移动台或者终端分布； 通过叠代运算获得终端与网络侧的连接能力； 考虑多种连接失败的可能（上下行业务信道最大发射功率，无可用信道，过低的ec/io， 上下行干扰）； 通过对多个快照的结果进行统计分析，可以对网络的性能获得了解。 monto carlo仿真是静态仿真中的一种。 -在覆盖预测的基础上，使用monte carlo系统仿真来对网络的性能进行评估。最终确定基站数量、配置、位置、天线的高度、天线倾角和系统的容量，得到完整无线网络预规划方案。,monto carlo仿真,动态仿真,拍摄一定数量的网络快照，其中 动态仿真模拟ue在网络中移动的场景； 在第一个时隙产生ue分布（类似快照）； 随后的时隙，将基于之前时隙产生的仿真结果进行仿真； 仿真过程：包括新移动台接入网络一直到结束通话的过程。,不同仿真方法比较,静态仿真vs. 动态仿真 静态仿真：计算量较大（取决于快照的数量），配置和结论都比较复杂，但正确性较高； 动态仿真：计算量大，耗用时间长。另外，动态仿真要求所提供的traffic map必须非常精确。否则，如果traffic map不精确，那么即使仿真出来，结果也没有太大的参考意义。,系统仿真的输入,地理信息输入 传播模型输入,系统仿真的输入,工程参数输入 在对站点进行详细设计的基础上，结合链路预算结果，为每个小区选择合适的工程参数，包括：可用频段、天线型号、馈线损耗、天线挂高、方向角下倾角、导频发射功率以及各个公共信道的功率配比等等重要参数。,小区参数输入 max tx power (dbm) 小区最大发射功率 max tx power/connection (dbm) 每连接所允许的tx的上限值 max number of channels 小区中可用的最大信道数目 primary channels 小区中最大的primary信道的数目 handover channels 小区中用于切换的最大的信道数目 noise rise (db) 小区允许的最大噪声提升 pilot power (dbm) 小区导频功率 orthogonality factor 下行业务信道之间的正交化因子 preference weight 载频之间的负载的优先权重 common channel powerdbm 小区中下行公共信道发射功率（除导频外） scrambling code 小区分配的下行主扰码 active set size 软切换激活集大小,话务信息输入 在对站点进行详细设计的基础上，为每一种业务创建一种终端类型；并将不同终端分布在不同的地貌上来模拟实际用户。然后通过分布获得每个小区的话务量。 并进一步评估每个小区是否有足够的容量。 其他信息输入 给定ber（误bit率）情况下，各services的目标eb/no值； 分组业务设置参数： mean bit rate ：64k、144k、384kbps mean packet size： 480bytes mean number of packet calls per session： 5calls reading time between calls ：20s mean number of packets in call： 25 mean packet interarrival time： 10ms retransmission rate： 25%,系统仿真过程描述,创建传播模型 设置天线及参数 定义需要使用的终端类型 定义两种以上业务及参数：话音业务和数据业务 最终确定基站数量、配置、位置、天线的高度、天线倾角和系统的容量,开始仿真， 对系统性能进行评估,3.5.1 网络规划原理和过程 3.5.2 网络拓扑规划 3.5.3 网络容量规划 3.5.4 覆盖计划 3.5.5 频率计划 3.5.6 站址选择 3.5.7 网络测量,3.5 网络规划,在仿真（无线网络预规划方案）的基础上开展站址选择/勘测工作。 在网络规划基站选址中应该配合工程设计人员，考虑机房内、铁塔、屋顶施工的可行性，考虑到天线高度、隔离度、方向对网络质量的影响。 站点位置决定了小区覆盖有效性 站点是很昂贵的投资 站点是一种不动产 寻找合适的站点是一项费时的工作 一项工程通常有成百上千的基站量,站址选择,如无其他原因尽量避免在山顶建站 信号不好控制，容易引起干扰 交叉覆盖严重 切换紊乱 但对于使用微波链路的网络来说，比较有利,假定的边界,不易控制的信号,交叠覆盖区: 本小区信号弱，邻区强l,不适当的站点位置,避免建在山上 利用山丘阻挡分割小区，避免干扰 覆盖区域连续覆盖 基站稍微高些就可以降低铁塔高度,理想的小区边界,适当的站点位置,无线方面准则 主瓣方向场景开阔 周围无对覆盖区形成阻挡的高大物体 地形可见性好 足够的天线安装空间 使用微波传输有视距限 馈线尽可能短,非无线方面准则 设备安装空间 传输 电源 交通方便 房东 租赁费用和期限,站址选取原则,规划工程师,传输工程师,测量工程师,建筑师,运营商,勘测工程师,站点主人,站点获取过程,基站的现场勘测包括光测频谱测量和站址调查。将基站周围的环境状况记录在勘测记录表中。 详细的站点信息和数据 经纬度, 海拔高度, 详细地址 站点主人 建筑类型 建筑材料(照片) 天线挂高 周围360 度全景照片 相邻基站信息和周围环境 屋顶平面图 天线安装条件 交通情况 机房位置，馈线走线和长度,站点勘测数据,站址勘测数据,基站勘察中根据实际环境确定出每个基站具体的天线参数，记录下基站周围的环境状况后，在此