[信息与通信]第3章 移动信道的传播特性1VIP

1、第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 第第3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 3.1 无线电波传播特性无线电波传播特性 3.2 移动信道的特征移动信道的特征 3.3 陆地移动信道的传输损耗陆地移动信道的传输损耗 3.4 移动信道的传播模型移动信道的传播模型 思考题与习题思考题与习题 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 引言引言u三种研究无线移动通信信道的基本方法： 理论分析：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：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

2、果。 计算机模拟：计算机模拟：灵活快速地模拟各种移动环境。第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 引言引言u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 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 多径传播多径传播阴影效应阴影效应地形、地貌地形、地貌反射反射信号的相互干扰信号的相互干扰无线信道的特点无线信道的特点第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 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 无线电波传播特性无线电波传播特

3、性 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 3.1.1 电波传播方式u 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直线传播(与光线传播方式一样)，包括直射、反射及散射。第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 3.1.1 电波传播方式 续rx地面tx反射/散射波物体直射波反射波地表面波图图3-1 典型的传播通路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

4、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。 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 3.1.2 直射波直射波u直射波按自由空间传播自由空间传播考虑：只有能量扩散，没有其它损耗。图图3-2 直直射射波波示示意意图图球面波pt (w)d (m)rxtxpr (w)全向天线grgt第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 3.1.2 直射波直射波 续续222244)/(4dggppgaaspmwdgpsrttrrrrrtt又而u单位面积上的电波功率密度电波功率密度s s为 ：接收天线的接收天线的有效面积有效面积第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信

5、道的传播特性 )(lg20)(lg2044.32)(4lg10)(11422mhzfkmddbddblggggdpplfsrtrtrtfs则设讨论：讨论：(1) d，导致能量扩散，则，导致能量扩散，则 lfs , (2) f，导致接收天线有效面积减小，则，导致接收天线有效面积减小，则lfs , u自由空间传播损耗lfs：3.1.2 直射波直射波 续续8103cfc，第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 3.1.3 大气中的电波传播大气中的电波传播u 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=8500k

6、m (r=6400km)第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 3.1.3 大气中的电波传播大气中的电波传播 续续u 地面直射波视线传播极限距离reteeteteetehrdhrrhrhrrhrd222)(2222221，第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 3.1.3 大气中的电波传播大气中的电波传播 续续无论如何提高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直射波传播极限距离d：)(12. 4)(222)(2121mhhhhrhrdhrdddkmdrtrterete，又第第3 3章章 移动信道的传播

7、特性移动信道的传播特性 3.1.4 障碍物的影响与绕射损耗障碍物的影响与绕射损耗 图图 3 - 3 障碍物与余隙障碍物与余隙(a) 负余隙；负余隙； (b) 正余隙正余隙d1ptrrtd1d2d2h2h1h1xxph2(a)(b)x1为 菲涅尔半径21211ddddxx 为菲涅尔余隙第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 3.1.4 障碍物的影响与绕射损耗障碍物的影响与绕射损耗 续续绕射引起的附加损耗第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 3.1.4 障碍物的影响与绕射损耗障碍物的影响与绕射损耗 续续u讨论讨论 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

8、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； 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 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 = 116.0dbmddddx7.8110151010105233321211u 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

9、出电波传播损耗。 解：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附加损耗第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 3.2 移动信道的特征移动信道的特征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第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 3.2.1 传播路径与信号衰落传播路径与信号衰落i图图3-6 移动信道的传播路径移动信道的传播路径bsms

10、s0反射/散射波直射波反射波disid1s1d2s2scosivvimidffcoscos注：第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 3.2.1 传播路径与信号衰落传播路径与信号衰落 续续u 在移动通信中，散射体的运动和移动台的运动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，则接收信号包络接收信号包络有起伏变化。u 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，称为多径快衰落多

11、径快衰落，也称小区间瞬时值变动。u ms的接收信号 s = si ，i=1,2 ，就会产生快衰落。第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 3.2.2 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落yxsi(t)基站天线i图图 3 8 移动台接收移动台接收n条路径信号条路径信号u在障碍物均匀的城市街道或森林中，在接收信号中没有没有视距传播的直达波直达波时，信号包络起伏近似于瑞利分布，多径快衰落称为瑞利衰落瑞利衰落。 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 3.2.2 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落 续续u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

12、。设基站发射的信号为为初相为角频率，其中，000000)(exp)(tjatsu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 niitsts1)()(第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 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22222),(rerrp222yx2222221),(yxeyxp用极坐标用极坐标 (r, )表示：xyyxrarctan222式中：3.2.2 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落 续续 概率密度函数服从正态分布第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 对积分， 可求得包络

13、概率密度函数包络概率密度函数p(r)为 222222220221)(rrerdrerpr0 接收信号包络接收信号包络服从瑞利分布瑞利分布。 同理， 对r积分可求得相位概率密度函数相位概率密度函数p()为2121)(22202drrepr02 接收信号相位接收信号相位服从均匀分布均匀分布。第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 图图 3 - 9 瑞利分布的概率密度瑞利分布的概率密度 2222rerr / o1 1.177p(r)2/1e1当当r=r=时，时，p(rp(r) )为最大为最大值，表示值，表示r r在在值出现的值出现的概率最大概率最大当当r=1.177r=1.177时，衰

14、落信时，衰落信号的包络有号的包络有50%50%的概率大的概率大于于1.177 1.177 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 信号包络信号包络r低于某一指定值低于某一指定值k的概率的概率为kkedrrp0221)(3.2.2 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落 续续rrdrrprrp022)2r(exp1)()(p(r)信号包络信号包络r低于某一指定值低于某一指定值r的概率的概率为第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 u 当接收信号中有有视距传播的直达波直达波信号时，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

15、接收信号就呈现为莱斯分布莱斯分布，甚至高斯高斯分布。u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多径效应与瑞利衰落 续续第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 3.2.3 慢衰落特性和衰落储备慢衰落特性和衰落储备d /m (d=vt) t /s-30-10010相对电平/db中值中值图图3-8 信号快衰落及信号快衰落及慢衰落慢衰落特性特性第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 3.2.3 慢衰落特

16、性和衰落储备慢衰落特性和衰落储备 续续u慢衰落慢衰落（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电平中值存在周期为秒级的慢衰落。u特点：衰落与无线电传播地形和地物的分布、高度有关。 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 3.2.3 慢衰落特性和衰落储备慢衰落特性和衰落储备 续续u 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：u ： 阴影产生的对数损耗（db），服从均值为零和标准偏差为db的

17、对数正态分布。又称慢衰落服从慢衰落服从对数正态分布对数正态分布。 1010),(mrrl1010mrlrmllog10log10l(db)第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 u衰落储备衰落储备：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慢衰落特性和衰落储备 续续第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 图图3-9 衰落储备示意图衰落储备示意图衰落储备量/db频率f/mhz可通率t10203099%95%90%1009003000中断（概）率中断（

18、概）率 r可通（概）率可通（概）率 tt+r=13.2.3 慢衰落特性和衰落储备慢衰落特性和衰落储备 续续第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 3.2.4 多径时散与相关带宽多径时散与相关带宽图图3-10 多径时散示意图多径时散示意图射频信号包络发收t多径时散第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 图 3 - 11 时变多径信道响应示例 (a) n=3; (b) n=4; (c) n=5t1t111 t112tt0t2t222 t223t221t3t334tt0t t0(a)(b)(c)第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 3.2.4 多径时散与相

19、关带宽多径时散与相关带宽 续续u 多径时散(时延散布, 简称时散) ：因多径传播多径传播造成信号时间扩散时间扩散的现象， 称为多径时散多径时散。u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，引起码间串扰码间串扰, 增大误码率误码率 。u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。第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 u归一化时延信号的包络e(t)：将移动通信中接收机接收移动通信中接收机接收到的多径的时延信号强度到的多径的时延信号强度进行归一

20、化。见下图 3.2.4 多径时散与相关带宽多径时散与相关带宽 续续u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。第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 图图 3 - 12 多径时延信号强度多径时延信号强度 0omax0 db30 db相对强度 / dbt(相对时延时间)e(t) 3.2.4 多径时散与相关带宽多径时散与相关带宽 续续第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 0220)()(dttetdttteu平均多径时延平均多径时延（时延均值）u时延扩展：时延扩展

21、：（时延标准偏差，即e(t)的均方根）u最大时延：最大时延：强度下降强度下降30db时的时延值时的时延值 3.2.4 多径时散与相关带宽多径时散与相关带宽 续续第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 表表 3 - 1 多径时散参数典型值多径时散参数典型值(450mhz/900mhz) 3.2.4 多径时散与相关带宽多径时散与相关带宽 续续第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 例：若时延扩展例：若时延扩展为为1s，则请问在无抗多径措施的情况下，为了避，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？免码间干扰，信号的传输速率应满足什么条

22、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多径时散与相关带宽 续续第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 u多径时散多径时散在频域频域上导致频率选择性衰落频率选择性衰落：信道对不同频率成分有不同响应。u若信号带宽过大，就会引起严重失真。stsr02sr归一化t图图3-13 多径时散的双路经多径时散的双路经(双射线双射线)信道近似信道近似t11 3.2.4 多径时散与相关带宽多径时散与相关带宽 续续第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 图图

23、3 - 14 双射线信道等效网络双射线信道等效网络 )(sin()(cos(11)()(),()(0tjrtrretststhtjieu 上图所示的双射线信道等效网络的传递函数为 (t)r2si(t)s0(t)he(, t)1)1)()(tjirets相对多径时延差相对多径时延差 3.2.4 多径时散与相关带宽多径时散与相关带宽 续续第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 1+r1-r2 21n2n21nehj21nu 幅频特性不平坦，在一些频率有衰落幅频特性不平坦，在一些频率有衰落(频率选择性衰落)。2)()(21tt相邻两个频率衰落点的频差满足)(tu信道幅频特性信道幅频特性

24、：)(sin)(cos1)(tjrtrjhe2)(1)(22)(ttt或即称为：相关带宽称为：相关带宽记作：记作：bcbc角频率差角频率差即：即：第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 cfbu 若所传输的信号带宽所传输的信号带宽 （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fcbf u 实际情况远比这复杂。对角调信号角调信号，相关带宽工程估算式为 式中，为时延扩展。 12cb21cb例：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

25、应小于53khz。第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 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陆地移动信道的传输损耗 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 3.3.1 接收机输入电压、接收机输入电压、 功率的关系功率的关系u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 额定输入额定输入功率功率。 r

26、sus信号产生器ri接收机us / 2ri rs图图 3 - 15 接收机输入电压的定义接收机输入电压的定义 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 3.3.1 接收机输入电压、接收机输入电压、 功率的关系功率的关系u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：120)(120lg20)10lg(20lg206dbvuvdbuvdbuvdbvuvdbuudbvusssssss即 式中，式中， u us s以以v v计。计。s.us的单位以v计第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 30)(304lg10)

27、104lg(10)4lg(102322dbwpdbmwpdbmrumwrudbmwprudbwpsss即u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、接收机输入电压、 功率的关系功率的关系s.单位以w计第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 3.3.1 接收机输入电压、接收机输入电压、 功率的关系功率的关系例：例：设射频信号功率p=2w，试将其换算为dbw和dbmw 。解：解：p=2w=10lg(2w)=3dbwp=2w=10lg(2*103mw)=32dbmw或利用式子得：pdbm=

28、2+30 dbm=32dbm 30dbwpdbmwp第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 u接收机灵敏度与最小输入信号功率 接收机灵敏度灵敏度：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、接收机输入电压、 功率与接收机灵敏度的关系功率与接收机灵敏度的关系第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 例：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

29、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：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=0.5v3.3.1 接收机输入电压、接收机输入电压、 功率与场强的关系功率与场强的关系dbwdbv第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 +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：路径损耗：3

30、0-（-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接收机灵敏度在无线链路的功率计算中的应用1w0db 天线端发射信号功率？：天线端发射信号功率？：1w合计30dbm-108dbm3db4db18db接收天线增益分集增益4db接收最小信号电平？接收最小信号电平？-108+3+4-18-4 = -123dbm发发：收收：返回第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 无线链路的发射无线链路的发射/接收功率的计算接收功率的计算具体分析数字具体分析数字频率 (mhz): 1800系统:gsm1800发射端发射端: ms发射功率 w1.00 dbm30.00 kc

31、du db0.00l馈线和接头损耗db0.00n发射天线增益dbi0.00oeirp（有效全向辐射功率) dbm30.00p=k-n+o接收端接收端: bts接收灵敏度 dbm -108.00a快衰落保护余量db 3.00b馈线和接头损耗馈线和接头损耗db 4.00c接收天线增益dbi 18.00d分集增益 db 4.00e接收最小信号电平接收最小信号电平dbm -123.00f=a+b+c-d-e路径损耗(l链路预算值) db 153.00q=p-f.正常值正常值: 140.150 db第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 +50+40+30+20-80-100-90-110

32、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：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？：天线端发射信号功率？：46-5-3+18= 56dbm-100dbm3db0db0db接收天线增益分集增益0db接收最小信号电平？接收最小信号电平？-100+3+0-0-0 = -97dbm5db3db18db收收：发发：第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 无线链路的发射无线链路的发射/接收功率的计算接收功率的计算具体分析数

33、字具体分析数字频率 (mhz): 1800系统:gsm1800发射端发射端: bts发射功率 w40.00 dbm 46.00 kcdu db5.00 l馈线和接头损耗db3.00 n发射天线增益dbi18.00 oeirp（有效全向辐射功率（有效全向辐射功率 dbm56.00 p=k+l-n+o接收端接收端: ms接收灵敏度 dbm-100.00a快衰落保护余量db3.00b馈线和接头损耗馈线和接头损耗db0.00c接收天线增益dbi0.00d分集增益 db0.00e接收最小信号电平接收最小信号电平dbm-97.00 f=a+b+c-d-e路径损耗(l链路预算值) db153.00 q=p-

34、f正常值正常值: 140.150 db第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 馈线馈线u 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u 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。u 馈线的作用作用：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图16 移动基站移动基站u馈线：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。第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 u地形分类中等起伏地中等起伏地（准平坦地形):地面起伏不大（高度差

35、hh bts（话务） = 会同商业利益冲突 =每小区trx数量financesmarketingplanning初步网络规模信息初步网络规模信息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第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 课程进度课程进度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 网络规划网络规划第第3 3章章 移动信道的传

36、播特性移动信道的传播特性 伞状蜂窝伞状蜂窝/宏蜂窝宏蜂窝 微蜂窝微蜂窝 微微蜂窝微微蜂窝 卫星小区卫星小区网络拓扑结构网络拓扑结构第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 节省投资节省投资实现大面积覆盖实现大面积覆盖大功率发射高挂高天线小区范围小区范围2-20km2-20km ( (取决于实际环境取决于实际环境!)!)适用于低话务阶段或区域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公路覆盖用全向天线或两扇区定向天线2.20 km使整体覆盖情况最佳使整体覆盖情况最佳宏蜂窝网络宏蜂窝网络返回第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性

37、容量导向型网络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适用于热点区域通常是扇型小区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典型应用市区郊区热点典型覆盖范围典型覆盖范围: 0.5 . 2km: 0.5 . 2km使网络容量吸收最佳使网络容量吸收最佳0,5 . 2km微蜂窝网络微蜂窝网络返回第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 高度重视网络性能和服务质量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建筑结构复杂，室内覆盖解决方案突出城市网络城市网络第第3 3章章 移动信

38、道的传播特性移动信道的传播特性 小区实际覆盖范围取决于如下方面：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小区覆盖范围第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 课程进度课程进度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 网络测量网络规划网络规划第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 容量规划关键内容容量规划关键内容: :满足覆盖要求覆盖要求所需要的bts

39、数量满足网络的容量要求容量要求所需要的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容量规划关键内容第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 模型模型规划区域用户数规划区域用户数每用户话务量每用户话务量 覆盖区域大小覆盖区域大小 = = 话务量话务量/km/km = = 话务量话务量/cell/cell= trx= trx数量数量/cell/cell要考虑漫游用户和忙时情况要考虑漫游用户和忙时情况容量规划容量规划已知：话务量、呼损率（中断率），通过查表可得trx（载频数）第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 一定时间内用户预测数一定时间内用户预测数

40、长期预测从市场人员那里得到相关数据期望的用户期望的用户话务模型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 忙时定义忙时定义话务量预测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。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如果一条电话线被占用0.130.13个小时，话务量就是个小时，话务量就是0.130.13爱尔兰爱尔兰(erl(erl) )，如果这个交换机有，如果这个交换机有10001000个用户，个用户，则该交换机的话务量

41、有多少？则该交换机的话务量有多少？第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 每一天、每一天的不同时间，话务量分布都是不一样的每一天、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0102030405060708090100024681012141618202224hr%peak timeoff-peak话务模型话务模型第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 课程进度课程进度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

42、.5.5 频率计划3.5.6 站址选择3.5.7 网络测量网络规划网络规划第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 数数据据收收集集:（话务量，话务分布，服务质量，覆盖要求等）网网络络初初评评 trxs, cells, sites的数量 带宽 网络拓扑初初步步规规划划对对站站址址，小小区区参参数数及及覆覆盖盖的的初初步步建建议议 覆覆盖盖预预测测： 信号强度 多径传播 覆盖 ok? 站点勘查 站点ok ?实实际际规规划划 现场测试 是否满足 规划要求?nnn为bsc确定 各种数据进行频率计划覆盖预测过程覆盖预测过程基站控制器：为基站收基站控制器：为基站收发台（发台（btsbts）和

43、移动交）和移动交换中心（换中心（mscmsc）之间交）之间交换信息提供接口。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第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 某地某地gsm1800gsm1800网络覆盖预测示意图网络覆盖预测示意图第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 工期计划和工程进度表工期计划和工程进度表覆盖要求覆盖要求室外覆盖最低电平要求盲区比例盲区比例室内覆盖水平区域室内覆盖水平区域网络终端手机类型网络终端手机类型主力站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

44、三期覆盖需求分析覆盖需求分析第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 电子地图是现实环境的模拟数据库电子地图是现实环境的模拟数据库地形地形 山丘 乡村平原 河流、湖泊 高山 城市 高程信息地物、地貌地物、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，一般选取对于宏蜂窝规划，一般选取20m20m精度的数字地图。精度的数字地图。对于微蜂窝规划，一般选取对于微蜂窝规划，一般选取5m5m精度，甚至根据实际规划要求，精度，甚至根据实际规划要求，选取更高精度的数字地图。选取更高精度的数字地图。电子地图

45、电子地图第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 电子地图示意电子地图示意第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 盲区盲区没有信号 pno_cov信号被干扰 pif小区覆盖率小区覆盖率: :(1- pno_cov) * (1- pif) 百分之百的覆盖率是不可能的，正常值为百分之百的覆盖率是不可能的，正常值为90%90%到到95%95%之间。之间。( (在时间和位置上的一种概率分布在时间和位置上的一种概率分布) )覆盖率计算覆盖率计算返回第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 主覆盖区主覆盖区 服务区服务区 覆盖区覆盖区6db 余量 覆盖边界小区覆盖区小

46、区服务区 小区主覆盖区 distance信号强度小区覆盖模型小区覆盖模型第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 课程进度课程进度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 网络规划网络规划第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 为什么要进行频率的重复使用为什么要进行频率的重复使用? ? 返回返回8 mhz = 40 chs * 8 ts = 320 = max. 320 个用户同时通话个用户同时通话!频率资源有限频率资源有限 = 尽可能多的进行频

47、率复用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最小频率自动分配要依据覆盖预测的支持频率自动分配要依据覆盖预测的支持频率计划频率计划频道间隔:200khz第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 目标目标: : 最终频率分配方案使网络整体干扰最小最终频率分配方案使网络整体干扰最小传统方法传统方法 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：不完全使用这种实际规划时：

48、不完全使用这种频率分配方式频率分配方式频率规划频率规划同信道小区的距离同信道小区的距离rnd3rd第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 频率计划要考虑频率计划要考虑最坏最坏的情况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01020频率规划频率规划第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 可用频率带宽：可用频率带宽：决定可用载频数决定可用载频数频率复用度：频率复用度：决定了小区载频数决定了小区载频数带宽一般是连续的带宽一般是连续的频率计划基础频率计划基础带宽带宽区群大

49、小n=4三扇区天线，则频率复用度为则频率复用度为4/124/12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)第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 网络容量随频率资源的增加，非比例增加网络容量随频率资源的增加，非比例增加频率计划基础频率计划基础-trunking 效应效应第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 使频率尽可能频繁的复用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注意不要使用完全规则的复用模型用模型要使网络整体干扰最小，最要使网络整

50、体干扰最小，最严重干扰满足协议要求，或严重干扰满足协议要求，或可以通过其他手段躲避可以通过其他手段躲避rdf2f3f4f5f6f7f3f4f5f6f2f3f4f5f6f2f3f4f5f6f7f2f3f4f5f7f2f3f4f5f2f3f4f5f6f7频率规划注意事项频率规划注意事项第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 交界频率的使用必须经过双方协商交界频率的使用必须经过双方协商abc频率协调频率协调第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 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

51、 站址选择3.5.7 网络测量3.5 网络规划网络规划传输损耗预算示例传输损耗预算示例第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 链路传输损耗的预算链路传输损耗的预算 实例分析实例分析分析场景设置分析场景设置参照幻灯片52-55页第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 实例说明发射机部分发射机部分21-3=1827-2+17=42第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 实例说明接收机部分接收机部分第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 实例说明路径损耗计算路径损耗计算第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 实例说明小区半径计算小

52、区半径计算第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 网络规划仿真示例网络规划仿真示例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 网络规划网络规划传输损耗预算示例传输损耗预算示例第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 系统仿真静态仿真（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（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

53、了解网络性能。第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 静态仿真静态仿真拍摄一定数量的网络快照，其中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。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、

54、天线倾角和系统的容量，得到完整无线网络预规划方案。第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 monto carlo仿真第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 动态仿真拍摄一定数量的网络快照，其中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。第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 不同仿真方法比较静态仿真静态仿真vs. 动态仿真动态仿真 静态仿真：计算量较大（取决于快照的数量），配置和静态仿真：计算量

55、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；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求所提供的traffic map必须非常精确。否则，如果必须非常精确。否则，如果traffic map不精确，那么即使仿真出来，结果也没有太不精确，那么即使仿真出来，结果也没有太大的参考意义。大的参考意义。第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 系统仿真的输入地理信息输入地理信息输入传播模型输入传播模型输入第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 系统仿真的输入工程参数输

56、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。第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 小区参数输入小区参数输入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

57、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 软切换激活集大小第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 话务信息输入话务信息输入 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

58、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 int

59、erarrival time： 10ms retransmission rate： 25%第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 系统仿真过程描述系统仿真过程描述创建传播模型创建传播模型设置天线及参数设置天线及参数定义需要使用的终端类型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容量开始仿真，开始仿真，对系统性能进行评估对系统性能进行评估第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 课程进度课

60、程进度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 网络规划网络规划第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 在仿真（无线网络预规划方案）的基础上在仿真（无线网络预规划方案）的基础上开展站址选择开展站址选择/ /勘测工作。勘测工作。在网络规划基站选址中应该配合工程设计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、方向对行性，考虑到天线高度、隔离度、方向对网络质量的影响。网络