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,gsm网络基础原理,目 标,基本原理电磁波的传播,无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化的，这种现象称为无线电波的极化。无线电波的电场方向称为电波的极化方向。 如果电波的电场方向垂直于地面，为垂直极化波 如果电波的电场方向与地面平行，为水平极化波,建筑物反射波 绕射波 直达波 地面反射波,基本原理传播路径,基本原理传播损耗,传播损耗,当移动台和基站的距离逐渐增加时，所收到的信号会越来越弱，这就是发生了 路径损耗。路径损耗不仅与载频频率、传播距离有关，而且还与传播地形和地貌有关。 dbm和w之间的转换 dbm=10lg(p/1mw）， 1、自由空间信号强度的传播衰落 pr=pt(c/f/4d)2 .g1g2，如果将其它参数保持不变仅使工作频率f或传播距离d提高一倍，则其接收功率就为发射功率的四分之一，即自由空间的传播损耗就增加了6db。 2、对数正态衰落 常常在移动台和基站之间有高大建筑物、树林和高低起伏的地势地貌，这些障碍物的阻挡造成电磁场的阴影，产生了阴影效应，致使接收信号强度下降。经过大量的野外测试表明，这种衰落服从对数正态衰落，它的接收信号的中值电场与基站和移动台的距离的四次方成反比。由于这种场强的变化随着地理位置改变而较慢的变化，故称为慢衰落。,传播损耗,3、多径传播引起的衰落 发射的信号在城市中常常会受到建筑物或地形的阻挡要经过直射、反射、散射等多种传播路径才到达接收端，而且随着移动台的移动，各条传播路径上的信号幅度时延及相位随时随地发生的变化，所以接收到的信号是起伏不稳定的这些多径信号相互迭加产生的矢量和就会形成一个严重的衰落谷点，使矢量和非常接近为零。迭加后的信号幅度变化符合瑞利分布，因而又被称为瑞利衰落。瑞利衰落随时间而急剧变化，又常常称为快衰落。,绕射损耗,电磁波在绕射点四处扩散 绕射波覆盖除障碍物外的所有方向 扩散损耗最为严重 计算公式复杂，随不同绕射常数变化,电磁波穿透墙体的反射和折射,穿透损耗（1）,室内信号取决于建筑物的穿透损耗 室内窗口处与室内中部信号差别较大 建筑物材质对穿透损耗影响较大 电磁波的入射角对穿透损耗影响较大,穿透损耗（2）,物体阻挡/穿透损耗为： 隔墙阻挡：520db 楼层阻挡：20db， 室内损耗值是楼层高度的函数，-1.9db/层 家具和其它障碍物的阻挡： 215db 厚玻璃： 610db 火车车厢的穿透损耗为：1530db 电梯的穿透损耗： 30db左右 茂密树叶损耗：10db,站址选择,选择站址标准 a、天线高度大于20米 b、天线高于最近的障碍物5米以上； c、在此障碍物主要指天线所在屋顶上的最高建筑物，作为站址 的建筑物应高于周围建筑物的平均高度。,站址选择,gsm网络是典型的蜂窝移动通信网，强调的是频率复用，因此，各个小区各有其强势服务范围，我们称之为主服务小区（best server）。 但如果小区的覆盖范围太大，信号在其它小区的主服务区域范围内依然很强，甚至越过一个或几个小区范围，提供较强的信号服务。这种情况，我们称为越区覆盖。越区覆盖的信号一般指下行信号。 越区覆盖，使得某些区域为多个小区所服务，由于信号的衰落现象，导致移动台不能稳定驻留在某一个小区，小区重选和切换较频繁； 越区覆盖的小区，作为强干扰源，提高了干扰的几率，使得频率难以复用。 该小区的服务区域较大，因而话务量常常偏大，甚至有拥塞现象。 产生越区覆盖最常见的原因是由于网络进行扩容，基站的密集程度增加，但是原来的基站的天线工程参数没有进行相应的调整，特别是频率资源还相对宽裕时。这样，原来一个基站的服务区域中，增加了若干个基站，新增的基站提供了更强的信号服务，但原来基站也可以提供服务。 越区覆盖的另外一种常见的情况是：某个基站的地势或建筑物较高，导致该基站的某小区的信号较强，覆盖范围较大，产生越区覆盖情况。 有时天线的下倾角、方位角设置不合理也会导致越区覆盖的情况。,站址选择,站址选择,站址选择,调整前的一江两岸覆盖,调整后的一江两岸覆盖,天线,从实质上讲天线是一种转换器，它可以把在封闭的传输线中传输的电磁波转换为在空间中传播的电磁波，也可以把在空间中传播的电磁波转换为在封闭的传输线中传输的电磁波。,天线,天线的方向性是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。对于接收天线而言，方向性表示天线对不同方向传来的电波所具有的接收能力。天线的方向性的特性曲线通常用方向图来表示。方向图可用来说明天线在空间各个方向上所具有的发射或接收电磁波的能力。,天线的增益,增益指在相同输入功率条件下，天线在最大辐射方向上某一点所产生的功率密度与理想点源天线在同一点所产生的功率密度的比值。增益反映了天线将电波集中发射到某一方向上的能力，一般来讲天线的增益越高，波瓣宽度越窄，天线发射出的能量也越集中。天线增益的单位一般有两种：dbi与dbd。其中dbi是以理想点源天线增益为参考的基准，而dbd是以半波振子天线增益为参考基准。两种单位表示的数值相差2.15 db。例如一个增益为11dbi的天线，也可以说其增益为8.85dbd,dbi与dbd，dbi=dbd+2.15,天线的的其他主要电气指标,波束宽度也是天线的重要指标之一，它包括水平半功率角与垂直半功率角。分别定义为在水平方向或垂直方向相对于最大辐射方向功率下降一半（3db）的两点之间的波束宽度。常用的基站天线水平半功率角有360、210、120、90、65、60、45、33等，垂直半功率角有6.5、13、25、78等。 前后抑制比是指天线在主瓣方向与后瓣方向信号辐射强度之比,一般天线的前后比在1845db之间。对于密集市区要积极采用前后比抑制大的天线。 零点填充，基站天线垂直面内采用赋形波束设计时，为了使业务区内的辐射电平更均匀，下副瓣第一零点需要填充，不能有明显的零深。高增益天线由于其垂直半功率角较窄，尤其需要采用零点填充技术来有效改善近处覆盖。 通常零深相对于主波束大于-26db即表示天线有零点填充。,天线的的其他主要电气指标,机械下倾与电下倾,当机械调节角度超过垂直面半功率波束宽度时，基站天线的水平面波束覆盖将变形(要求机械下倾角度不要超过天线垂直面的半功率波束宽度），影响扇区的覆盖控制。固定波束电下倾。天线设计时，通过控制辐射单元的幅度和相位，使天线主波束偏离天线阵列单元取向的法线方向一定的角度（如：3、6、9等），并与机械下倾配合，可以使天线附角调节范围达到18-20,改善覆盖手段,目前改善网络覆盖的主要手段为： 1、增加基站，适合区域：大面积的覆盖盲区且有一定的话务需求。 2、基站改型，增加定向小区加强重点区域覆盖，适合区域：某些重点区域存在弱覆盖区域，且基站到目标点间无高大建筑物或山体阻挡，基站话务量较高。 3、更换天线，适合区域：弱覆盖区域较小，且距离基站较近且无明显阻挡天线用时较长，更换载频后仍存在弱覆盖区域。或者天线外表有明显破损。 4、村通宝或扇区分配系统，适合区域：全向基站，且话务量一般在11爱尔兰以下，某些重点区域存在弱覆盖区域，且基站到目标点间无高大建筑物或山体阻挡。 5、载频放大器，适合区域：定向基站，某些重点区域存在弱覆盖区域，且基站到目标点间无高大建筑物或山体阻挡。 6、更换载频，适合区域：弱覆盖区域较小，且原载频类型为trgm或trag，可更换为高功率载频:trage、taghe和双载频。 7、直放站，适合区域：覆盖盲区面积中等，基站受到阻挡无法覆盖，有一定的用户群体。或者临时性区域，如厦蓉高速项目部。 8、室内分布，适合区域：室内深度弱覆盖，楼房较为密集。密闭空间：电梯、地下室、娱乐场所包房。,话务规划,话务量反映了电话负荷的大小，与呼叫强度和呼叫保持时间有关。呼叫强度是单位时间内发生的呼叫次数，呼叫保持时间也就是占用时间。每用户每小时话务量是指该区域平均每个用户每小时通话的话务量=每用户通话次数/小时*每次通话占用时长。 单位时间内的话务量等于使用相同时间单位的呼叫强度与呼叫保持时间之乘积，其单位为爱尔兰（ erlang）。例如：呼叫强度=1800次/小时，呼叫保持时间=（1/60）小时/次，则话务量=1800次/小时 x （1/60）小时/次=30 erl。,练习题,如某小区350 calls/hour；2 lus/call；tch duration: 55 sec；sdcch duration : 4.5 sec；计算tch和sdcch的话务量（给出计算过程）。如某小区350 calls/hour；2 lus/call；tch duration: 55 sec；sdcch duration : 4.5 sec；计算tch和sdcch的话务量（给出计算过程）。,话务规划,1个小区必须配置1个bcch载频，“0”时隙必须配置未bcc或cbc，必须配置1个gprs静态信道。一般情况下，每2个载频配置1个sdcch信道，位于lac边界（尤其是位于高速、铁路lac边界。,练习题,黔南阿尔卡特区域某县举办旅游节，该处无信号覆盖，需增加1个临时基站（3个小区）。预计到场人员为5000人，其中75%配有手机，配有手机中移动占有率为75%，活动期间每用户每小时话务量为0.03爱尔兰。请计算活动期间每小时话务量为多少？临时基站3个小区的话务量基本相当，在满足话务量需求情况下（呼损为2%)基站的最小配置？需要多少硬件设备？,频率规划-引言,蜂窝系统的容量受到一定的频率带宽限制。频率必须进行复用才能满足一定区域的容量需求，但频率复用尤其是紧密的频率复用方式必然会使我们面临如何降低同邻频干扰的问题：频率复用越紧密，容量得到一定得提升，但随之带来了同邻频干扰的上升。如何取得容量和话音质量的平衡是频率规划必须解决的问题，换句话说，一个良好的频率规划可以在维持良好的话音质量的基础上实现网络容量的提升。,频率规划-干扰,gsm是干扰受限系统，载干比（c/i）也称干扰保护比是指接收到的有用信号电平与所有非有用信号电平的比值，在gsm系统中，此比值与ms的瞬时位置和时间有关，这是由于地形的不规则性以及周围环境散射体的形状、类型及数量的不同，天线的类型、方向性、高度以及干扰源数量、强度等不同造成的。干扰信号通常有三大来源： （1）有用信号自身的落在系统时延均衡器外的多径信号干扰 （2）有用信号自身的因频率复用而产生的同邻频干扰 （3）系统外部其它信号干扰（雷达站、非法同频设备、环境噪声等）,频率规划-干扰,干扰对系统的影响直接表现在有用信号的比特误码率，而比特误码率又直接影响话音质量，因此，干扰对系统服务质量的影响是很严重的，在进行频率规划时一定要保证相关的同邻频干扰保护比满足要求。 比特误码有两类，一类是可修复的，利用系统信道编码, 纠错功能；另一类是不可修复的，如相位失真等。 注：系统干扰有两个重要特征： （1）非平衡：即上行 干扰情况 下行干扰情况； （2）非对称：即手机和基站干扰情况不同。,频率规划-频率复用,所谓频率复用是指一个小区使用的信道，隔一定距离以后在另一个小区重复使用。 假设某gsm网络运营商只有8mhz，40个频点，320个信道，可以算出，即使所有信道都用于用户通话，最多也只能允许320个用户同时进行通信。如果每个频点都复用n 次，则系统同时允许320*n 个用户同时通信。,频率规划-频率复用,复用度就是频率复用的紧密程度，简单的讲复用度大小就是每个基本复用簇中小区的数量。 4*3：12 “4”表示4个站点，“3”表示每个站点有3个小区，总共有12个小区为一个基本频率复用簇。 n*m：n*m,频率的重复使用造成相互间的干扰-同频干扰,频率规划-频率复用,频率规划-bsic码规划,在gsm系统中，每个基站都分配有一个本地色码，称为基站识别码（bsic）。若在某个物理位置上，移动台能同时收到两个小区的bcch载频，且它们的频率相同，则移动台以bsic来区分它们。 当移动台在连接模式下（通话过程中），它必须根据bcch上有关邻区表的规定，对邻区bcch载频的电平进行测量并报告给基站。同时在上行的测量报告中对每一个频率点，移动台必须给出它所测量到的该载频的bsic。当在某种特定的环境下，即某小区的邻区中包含两个或两个以上的小区采用相同的bcch