无线网络规划技术

无线网络规划技术课程目标：

了解无线网络相关概念

掌握无线信道基本特性

熟悉

无线网络规划流程

理解

5G

关键规划步骤及操作原则目录第

1

章

移动通信基础知识.............................................................................................................................1

1.1

通信基本概念.......................................................................................................................................1

1.1.1

通信系统的构成.........................................................................................................................1

1.1.2

dB、dBi、dBm

的概念...............................................................................................................1

1.1.3

天线增益与天线水平/垂直波束宽度.......................................................................................

2

1.1.4

接收机底噪、噪声系数、接收机增益与接收灵敏度............................................................2

1.1.5

调制与解调.................................................................................................................................3

1.2

移动通信中的信道特性.......................................................................................................................5

1.2.1

无线传播特性.............................................................................................................................5

1.2.2

无线信道的特性.........................................................................................................................9

1.2.3

移动无线信道统计分析...........................................................................................................15

1.2.4

移动通信系统中信号传播的效应...........................................................................................17

1.3

无线传播模型.....................................................................................................................................17

1.3.1

传播模型研究的意义...............................................................................................................17

1.3.2

Okumura-Hata

模型...................................................................................................................18

1.3.3

COST

231-Hata

模型.................................................................................................................23

1.3.4

General

模型..............................................................................................................................24第

2

章

无线网络规划原则与流程...............................................................................................

27

2.1

无线网络规划思想.............................................................................................................................27

2.2

5G

网络规划要点.......................................................................................................................27

2.2.1

覆盖规划...................................................................................................................................27

2.2.2

容量规划...................................................................................................................................27

2.2.3

无线参数规划...........................................................................................................................28

2.3

5G

网络规划流程.......................................................................................................................28第

3

章

5G

网络规划案例....................................................................................................................31

3.1

需求分析.............................................................................................................................................31

3.2

无线环境分析.....................................................................................................................................31

3.3

规模估算.............................................................................................................................................31

iii3.4

规划仿真.............................................................................................................................................32

3.4.1

仿真参数...................................................................................................................................32

3.4.2

仿真结果...................................................................................................................................32

第

1

章

移动通信基础知识

本章主要介绍移动通信的基础知识，包括通信基本概念，信道特性和无线传播模

型等内容。1.1

通信基本概念1.1.1

通信系统的构成

一般通信系统的构成如图

2-1

所示。它主要由发信端、信道和收信端三部分组成。

发信端通常由信息源、信源编码、信道编码、调制等四个单元组成；收信端由解

调、信道译码、信息恢复等部分组成。图

2-1通信系统框图

常见的信源有声音、图像、数据等，用适当的传感器，如话筒，摄像机等把原始

的声音、图像等信息变成电信号送入信源编码器；信源编码器对输入信号进行

A/D

变换、压缩编码后形成数据信号，送入信道编码器；信道编码器可对数字信号进

行适当编码（如卷积编码），增加信号的冗余度，使其具有检错和纠错能力，一般

称信道编码后的信号为符号；调制部分是根据信道的特点和要求把信道编码后的

符号以适当的方式（如相移键控、频移键控等）调制到一定频率的载波上，这里

的信道通常是指传输射频信号的信道，如微波信道、卫星信道、光纤信道等。

收信端对信号的处理过程和发信端一一对应，按照解调、译码、信道恢复等步骤，

恢复发信端的信息。1.1.2

dB、dBi、dBm

的概念1.dB

是功率的比值（增益等）以

10

为底的对数。

15G

无线网络规划技术

例如，增益＝输出功率（W）/输入功率（W），将增益用对数形式表示，

可得：

增益（dB）＝10×log（增益）2.3.dBi

是天线增益的一个指标天线增益一般由

dBi

或

dBd

表示。dBi

是指天线相对于无方向天线的功率能量密度之比；dBd

是指相对于半波振子的功率能量密度之比，半波振子的增益为

2.15dBi，因此

0dBd=2.15dBi。射频信号的功率常用

dBm、dBW

表示，它与

mW、W

的换算关系如下：

例如，信号功率为

x

W，利用

dBm

表示时其大小为

1W

等于

30dBm，等于

0dBW。1.1.3

天线增益与天线水平/垂直波束宽度1.2.3.天线增益某一方向的天线增益是指该方向上的功率通量密度和理想点源或半波振子在最大辐射方向上的功率通量密度之比。水平波束宽度在水平方向图上，在最大辐射方向的两侧，功率下降

3dB

的两个方向的夹角。垂直波束宽度

在垂直方向图上，在最大辐射方向的两侧，功率下降

3dB

的两个方向的夹

角。1.1.4

接收机底噪、噪声系数、接收机增益与接收灵敏度1.2.接收机底噪接收机底噪是指在没有信号输入情况下，接收机自身产生的噪声功率。接收机底噪

=

-174

dBm

+

10lgB（B：信号带宽）

+

噪声系数。其中：-174

dBm

+

10lgB

等于热噪声功率。噪声系数

错误！未定义书签。第

3

章5G

网络规划案例一般系统中都用噪声系数（NoiseFigure）来表示系统的噪声性能。噪声系数通常被定义为网络输入端信号信噪比和网络输出端的信号信噪比之间的关系，值越小，说明该系统硬件的噪声控制越好。也就是说噪声系数是衡量输出信噪比的恶化程度。

(S

/

N)in(S

/

N)outNF

=

10log（dB）其中，(S/N)in

是输入信噪比，(S/N)out

为输出信噪比。通常基站噪声系数一般取

3dB，终端噪声系数一般取

7dB。3.接收机增益接收机增益分为射频接收通道增益和基带处理增益两部分。

射频接收信道增益=射频接收信道输出信号功率/天线口射频输入信号功率；基带处理增益包括扩频增益，编码（信道编码和语音编码）增益等。4.接收机灵敏度

接收机灵敏度是指接收机在满足规定

BER（例如

1%）指标要求的条件下，

接收机天线口能够接收到的最小接收信号电平。

最小接收灵敏度

Smin（dBm）=

接收机底噪（dBm）+

解调

SINR（dB）。1.1.5

调制与解调

调制是一种将信号注入载波，以此信号对载波加以调制的技术，以便将原始信号

转变成适合传送的电波信号,

常用于无线电波的广播与通信、利用电话线的数据

通信等各方面。

依调制信号的不同，可区分为数字调制及模拟调制，这些不同的调制，是以不同

的方法，将信号和载波合成的技术。

调制的逆过程叫做解调，用以解出原始的信号。

调制可以将信号的频谱搬移到任意位置，从而有利于信号的传送，并且使频谱资

源得到充分利用。例如，天线尺寸为信号的十分之一或更大些，信号才能有效的

被辐射。对于语音信号来说，相应的天线尺寸要在几十公里以上，实际上不可能

实现。这就需要调制过程将信号频谱搬移到较高的频率范围。如果不进行调制就

把信号直接辐射出去，那么各电台所发出信号的频率就会相同。调制作用的实质

35G

无线网络规划技术错误！未定义书签。就是使相同频率范围的信号分别依托于不同频率的载波上，接收机就可以分离出所需的频率信号，不致互相干扰。这也是在同一信道中实现多路复用的基础。

PSK相位偏移调制，又称移相键控（PSK，Phase

Shift

Keying）是一种利用相位差异的信号来传送信号的调制方式。根据传输符号的个数，PSK

分为

BPSK、QPSK、16PSK、64PSK，通常采用

BPSK和

QPSK。图

2-2

BPSK

的坐标图图

2-3

QPSK

的坐标图

QAM同其它调制方式类似，QAM

通过载波某些参数的变化传输信息。在

QAM

中，数据信号由相互正交的两个载波的幅度变化表示。第

3

章5G

网络规划案例5模拟信号的相位调制和数字信号的

PSK

可以被认为是幅度不变、仅有相位变化的特殊的正交幅度调制。QAM

发射信号集可以用星座图方便地表示。星座图上每一个星座点对应发射信号集中的一个信号。QPSK16QAM64QAM

图

2-4

星座图1.2

移动通信中的信道特性1.2.1

无线传播特性

无线信道的传播特性对移动通信系统的性能影响很大，无线传播环境的特点有以

下三点：1.2.传播的开放性一切无线信道都是基于电磁波在空间传播来实现信息传播的。接收点地理环境的复杂性与多样性一般可将地理环境划分为下列四类典型区域：••••高楼林立的城市中心繁华区，也称密集城区；一般楼宇的城市区域，也称一般城区；以一般性建筑物为主的近郊小城镇区，也称郊区；以山丘、湖泊、平原为主的农村及远郊区。3.通信用户的随机移动性4

dPr

A

P

tGtGr

4

d

5G

无线网络规划技术

通常用户的随机移动性体现为：慢速步行时的通信；高速车载时的不间断

通信等。

由于无线传播的特性，使得终端用户接收到的无线电波主要有：直射波、

反射波、绕射波、透射波和散射波。

直射波

直射波是指在视距覆盖区内无遮挡的传播，直射波传播的信号最强。

在实际环境中很难找到理想的自由空间，即直射波的传播，但在研究移动通信环

境电波传播问题时往往作为各种传播环境的参考标准。

自由空间中距发射机

d

处辐射功率密度为：W

/m2P

tGt

2

式中

Pt

为发射功率，Gt

为发射天线增益。假设接收天线增益为

Gr，则有效面积

A

为：

24

A

Gr因此，接收天线的接收功率为：2

通常研究路径损耗，可以根据上式推导出自由空间的传播损耗公式：

PathLoss

=

32.44

+

20lgfMHz

+

20lgdkm

式中，f

为频率，d

为距离（公里）。上式与距离

d

的对数成正比，当

d

增加一倍，

自由空间路径损耗增加

6

分贝。同时，当减小波长（提高频率

f），路径损耗增大。

可以通过增大辐射和接收天线增益来补偿这些损耗。

反射波

反射是在电波遇到比波长大得多的物体时发生的，比如地面、建筑物墙体表面的

反射等。反射波是指从不同建筑物或其它物体反射后到达接收点的传播信号，其

信号强度较直射波次之。

自由空间传播中的有关公式只能用于非常严格的条件下，实际的移动无线传播总

是受到阻挡或地面的反射。在此种情况下，主要考虑两种情况，球形地面的反射

错误！未定义书签。第

3

章5G

网络规划案例

（即收发天线之间距离足够远，以致必须考虑到地面表面的曲率影响）和平坦地

面的反射（即收发天线之间距离足够小，以致可以忽略地球表面的曲率影响）。

绕射波

绕射现象是指波绕过障碍物继续传播，也称衍射，当障碍物的线度接近光的波长，

绕射现象尤其显著。在无线传播环境中，当阻挡面产生的二次波出现在整个空间

中，甚至当发射机和接收机之间不存在视距路径时，在阻挡物的阴影区内会绕过

阻挡物产生弯曲波，其强度与反射波相当。

惠更斯原理可定性地说明绕射现象。波在空间传播，是振动的传播，波在空间各

处都引起振动，波场中任一点，即波前中任一点都可视为新的振动中心，这些振

动中心发出的波，称为次波（如图

2-5）。次波又可以产生新的振动中心，继续发

出次波，由此使得波不断向前传播。新的波面即是这些振动中心发出的各个次波

波面的包络面。

图

2-5

次波示意图

绕射波是由次级波的传播进入阴影区形成的。阴影区绕射波场强就是围绕障碍物

所有次级波的矢量和,如图

2-6

所示。

75G

无线网络规划技术

图

2-6

波的衍射现象

透射波

透射主要发生在室外向室内传播的情况下。图

2-7无线电波的穿透

当射线到达两种不同介质界面时，将有部分能量发射到第一种介质中（即反射线），

另一部分能量透射到第二种介质中（即透射线和折射线）。对室外传播，透射线的

影响很小。当射线透射过建筑物外墙时，由于透射后遇到后续障碍物引起场强衰

减很快。因此，再返回到室外介质的射线场可以忽略。对室内传播现象，透射过

墙体的射线起重要作用，因此室内传播模型必须考虑透射线。穿过墙体的透射线

强度可以用透射系数来计算，该透射系数可以对典型建筑物墙体用测量方法获得，

但经验透射系数没有考虑到诸如入射线、墙体厚度等参数的影响。

散射波

散射发生在电波传播时遇到许多尺寸小于波长的散射体的情况下，主要由粗糙表

面、小散射体或其他不规则物体引起的，比如城市环境的树叶、街道广告牌和灯

柱等就是散射体。散射波信号强度最弱。

错误！未定义书签。第

3

章5G

网络规划案例图

2-8电磁波的反射，散射，和绕射的实例1.2.2

无线信道的特性

无线传播环境在实际中比较复杂，可以汇总为视距（LOS）和非视距（NLOS）两

大类，另外还有穿透到室内的方式。图

2-9LOS

无线传播环境图

2-10

NLOS

无线传播环境

95G

无线网络规划技术

多径效应

在复杂的环境中，接收到信号可能是直射波、地面反射波和散射波的合成信号，

接收到的合成场强为各部分的矢量合成波，从而产生多径效应。

在高楼林立的市区，由于移动台天线的高度比周围建筑物矮很多，因而不存在从

移动台到基站的视距传播，这就导致了衰落的产生。即使有这样一条视距传播路

径存在，由于地面与周围建筑物的反射，多径传播仍会发生。入射电波以不同的

传播方向到达，具有不同的传播时延。空间任一点的移动台所收到的信号都由许

多平面波组成，它们具有随机分布的幅度、相位和入射角度。这些多径成分被移

动台天线按向量合并，从而使接收信号产生衰落失真。即使移动接收机处于静止

状态，接收信号也会由于无线信道所处环境中的物体的运动而产生衰落。

同时每条路径都有它自己的增益、相移和延迟。●无线信道的多径导致小尺度衰落效应的产生，主要表现为：

经过短距或短时传播后信号强度的急速变化；在不同多径信号上，存在着时变的多普勒频移引起的随机频率调制；多样传播时延引起的扩展（例如回音）。●影响小尺度衰落的因素有：（1）

多径传播——信道中反射及反射物的存在，构成了一个不断消耗信号能量

的环境，导致信号幅度、相位及时间的变化。这些因素使发射波到达接收

机时形成在时间、空间上相互区别的多个无线电波。随机相位和不同幅度

的多径引起信号强度波动，导致小尺度衰落、信号失真等现象。多径传播

常常延长信号基带部分到达接收机所用的时间，引起码间干扰形成信号模

糊。（2）

移动台的运动速度——基站与移动台间的相对运动会引起随机频率调制，

这是由于多径存在的多普勒频移现象导致的。移动接收机是朝向还是背向

基站运动决定了多普勒频移是正频移或负频移。（3）

环境物体的运动速度——如果无线信道中的物体处于运动状态，就会引起

时变的多普勒频移。若环境物体以大于移动台的速度运动，那么这种运动

将对小尺度衰落起决定作用。否则，可仅考虑移动台运动速度的影响，而

忽略环境物体运动速度的影响。（4）

信号的传输带宽——如果信号的传输带宽比多径信道带宽大得多，接收信

号会失真，但本地接收机信号强度不会衰落很多（即小尺度衰落不占主导

错误！未定义书签。第

3

章5G

网络规划案例地位）。信道带宽可用相干带宽量化。这里，相关带宽是一个最大频率差的度量，与信道的特定多径结构有关。在此范围内，不同信号的幅度保持很强的相关性。若传输信号带宽比信道带宽窄，信号幅度就会迅速改变，但信号不会出现时间失真。所以，小尺度信号的强度和短距传输后信号模糊的可能性与多径信道的特定幅度、时延及传输信号的带宽有关。●多普勒频移

由于多径是同一信号源经过不同的路径进行传播，到达接收点存在微小的

时延差，经过矢量的叠加，会引起信号幅度的变化。其变化的程度取决于

多径信号的幅度、时延以及传播信号的带宽。信道的时变性引起信号频率

的展宽，导致多普勒（Doppler）效应。

当移动台以恒定速率υ在长度为

d，端点为

X

和

Y

的路径上运动时收到来

自远端源

S

发出的信号，如图

2-11

所示。

图

2-11

多普勒效应示意图无线电波从源

S

出发，在

X

点与

Y

点分别被移动台接收时所走的路径差为

l

d

cos

v

tcos

。这里Δt

是移动台从

X

运动到

Y

所需的时间，θ是

X和

Y

处与入射波的夹角。由于远端距离很远，可假设

X、Y

处的θ是相同的。所以，由路程差造成的接收信号相位变化值为：cos

2

l

2

v

t

由此可得出频率变化值，即多普勒频移

fd

为：

115G

无线网络规划技术错误！未定义书签。cos

v

fd

1

2

t

由上式可看出，多普勒频移与移动台运动速度、移动台运动方向、无线电波入射

方向之间的夹角有关。若移动台朝向入射波方向运动，则多普勒频移为正（即接

收频率上升）；若移动台背向入射波方向运动，则多普勒频移为负（即接收频率下

降）。信号经不同方向传播，其多径分量造成接收机信号的多普勒扩散，因而增加

了信号带宽。

移动通信中的损耗

前述无线信道传播上的特点，对接收点的信号会产生三类不同的衰落损耗，分别

为路径传播损耗、慢衰落损耗和快衰落损耗。如图

2-12

所示。

图

2-12

移动通信中的损耗1.路径传播损耗路径传播损耗又称衰耗，是指电波在空间传播所产生的损耗，反映了传播在宏观大范围（即公里量级）的空间距离上接收信号电平平均值的变化趋势。一个全向天线发送的无线电波在传输时是以球面波的形式向四周扩散。由于传输方向上的不集中，绝大多数能量都没有到达接收端。这和固定通信的情况有很大不同。所以当假设在自由空间中传播时，路径损耗表示为：2L

4

df

/c

exp

m

M

/

2

L2

第

3

章5G

网络规划案例其中：L

代表路径损耗，d

代表收发端的距离，f

代表无线电波频率，c

代表光速，即

3×108m/s。其中：L

代表路径损耗，d

代表收发端的距离，f

代表无线电波频率，c

代表光速，即

3×108m/s。2.慢衰落损耗慢衰落损耗是由于在电波传播路径上受到建筑物及山丘等的阻挡所产生的阴影效应而形成的损耗。它反映了中等范围内数百波长量级接收电平的均值变化，其变化率较慢，故又称为慢衰落。由于慢衰落表示接收信号的长期变化，所以又称长期衰落（long-term-fading）。一般认为慢衰落符合对数正态分布。

0.5p

m

2

L2

2

式中p(m)代表接收电平场强中值的分布函数；

m代表场强中值，单位是dBm；σL为基于位置函数的标准方差；M

代表

m

的均值。3.快衰落损耗

快衰落损耗是由于多径传播而产生的。由于移动体周围有许多散射、反射

和折射体引起信号的多径传输，使到达的信号之间相互叠加，其合成信号

幅度和相位随移动台的运动表现为快速的起伏变化，它反映微观小范围内

数十波长量级接收电平的均值变化，其变化率比慢衰落快，故称它为快衰

落，由于快衰落表示接收信号的短期变化，所以又称短期衰落(short-term

-fading）。

快衰落分为三类：空间选择性衰落、频率选择性衰落、时间选择性衰落。

所谓选择性是指在不同的空间，不同的频率和不同的时间其衰落特性是不

一样的。（1）

空间选择性衰落

不同的地点，不同的传输路径衰落特性不一样。多径信号到达天线阵列的

到达角度的展宽称为角度扩展。角度扩展给出信号主要能量的角度范围，

产生空间选择性衰落，即信号幅值与天线的位置有关。

空间选择性衰落用相干距离ΔR

来描述：

R

，其中λ为波长；Φ为天线扩散角。

135G

无线网络规划技术

相干距离为两根天线上的信道响应保持强相关时的最大空间距离。相干距

离越短，角度扩展越大；反之，相干距离越长，角度扩展越小。

如果角度扩展小于天线波束的宽度（或者说，信道的相干距离大于天线单

元间的距离），这种情况下的信道称为空间平坦衰落信道。相反的情况称为

空间选择性衰落信道。

（2）

频率选择性衰落

如果在时变多径信道上发射端发射的是一个时间宽度极窄的脉冲信号（理

想情况下为一个冲激），经过多径信道后，由于各信道时延的不同，接收端

接收到的信号表现为一串脉冲，即接收信号的波形比原脉冲展宽了。这种

由于信道时延引起的信号波形的展宽称为时延扩展。时延扩展产生频率选

择性衰落。

频率选择性衰落用相干带宽Δf

描述：

1Tm

f

，其中

Tm

为最大时延扩展。

相干带宽是基于信道的延迟扩展。它代表频率范围内两个接收信号的幅度、

相位都有高度的相关性，即两个信号的频谱分量以类似方式受到信道的影

响，如出现衰落或不出现衰落。相干带宽为信道在两个频移处的频率响应

保持强相关时的最大频率差。相干带宽越小，时延扩展越大；反之，相干

带宽越大，时延扩展越小。

传输带宽小于相干带宽时，信号的相关性很好，信道的衰落特性平坦；大

于相干带宽时，信号的相关性变差，信道呈频率选择性衰落。（3）

时间选择性衰落

用户的快速移动在频域上产生多普勒效应而引起频率扩散。频率扩散引起

时间选择性衰落。

频率扩散，也叫多普勒扩展，定义为当单一频率正弦波（没有被调制的载

波）传输时的频谱宽度。

多普勒扩展还被认为是多普勒频移。由于移动用户与基站的相对运动，每

个多径波都会有一个明显的频率移动。由运动引起的接收信号频率的移动

称为多普勒频移，它与移动用户的运动速度成正比。

多普勒频移公式为：

错误！未定义书签。h

Al

l

e

j

l

e2

,0

A

第

3

章5G

网络规划案例15v

fD

cos

，其中

v

为移动台的运动速度；λ为无线电波波长；θ为电波和移动台运动的夹角。时间选择性衰落用相干时间ΔT

来描述：1B

T

，其中

B

为最大多普勒扩展。

相干时间为两个瞬时时间的信道冲激响应保持强相关时的最大时间间隔，

即信道特性没有显著变化的那段时间。相干时间越小，多普勒频移越大；

反之，相干时间越大，多普勒频移越小。

相干时间和多普勒扩展是描述信道时间特性方面的重要参数。

取样时间间隔小于相干时间时，信号的相关性很好，信道的衰落特性平坦；

大于相干时间时，信号的相关性变差，信道呈时间选择性衰落。1.2.3

移动无线信道统计分析

瑞利分布

如果衰落是由各向同性的多径引起的，则接收到的信号是一个复高斯随机过程，

复高斯随机过程的包络服从瑞利分布，相位服从均匀分布，因此这样的衰落信号

称为瑞利衰落。

在移动通信信道中，由于基站和移动台之间的反射体、散射体和折射体的数量是

相当多的，所以信道的冲激响应表示如下：

Ll

1，其中，L

代表到达多径的条数；Al代表第

l条路径的信号幅度；τl代表第

l条路径相对第一条路径（τ=0）的时延；φl代表第

l条路径的信号相位。当径数较多时，可假设没有直射信道，因此信道的冲激响应

h(τ)可以看成一个零均值复高斯过程，其包络的值

A

符合瑞利分布，分布函数

p(A)为：A

2

A2

2p

A

。

A2

Ak

k

AAAexp

I0

2

2

,0

A

5G

无线网络规划技术信号包络的均值为

/2

，方差为σ2。相位φ符合均匀分布的，分布函数

p(Φ)：

12

p

,0

2

。

此种信道被称为瑞利信道。

值得注意的是，瑞利衰落和时间选择性衰落、空间选择性衰落、频率选择性衰落

是两个层面、两个角度的概念，不能混在一起。

当发射机和接收机之间没有很强的视距传播路径时，瑞利分布是一个很好的信道

传播模型。它可以适当地表示市区中的信道条件，其中大楼会阻碍视距传播路径，

而且信号被各种物体反射后，在接收端时间上被展宽。

莱斯分布

当移动台与基站间存在直射波信号时，即有一条主路径，通过主路径接收到一个

稳定幅度

Ak和相位φk的信号；或者在媒质中，除了随机运动散射分量外，还存在

固定散射或信号反射分量，但其余多径传输过来的信号仍如上面“瑞利衰落概率

模型”所述。这种情况下，其信号幅度包络的值

A

的概率分布不再具有零均值，

其分布函数

p(A)为：22

2p

A

此种信道被称为莱斯信道。其中

I0为贝塞尔零阶函数。

需要注意的是瑞利衰落是莱斯衰落的特殊形式。快衰落不等同于瑞利衰落，如果

多径中存在一条主径，则接收到的信号幅度包络服从莱斯分布，这样的衰落就是

莱斯衰落。

在农村环境中，阻碍信号物体较少，多径信号包括一条很强的视距传播路径以及

少量的反射路径，频谱功率呈莱斯分布。直射路径的到达角度和直射路径与其它

路径之间的功率之比相结合，决定了来自直射路径能量对多径衰落的正态瑞利模

型会有多大影响。

对数正态分布

由于建筑物或自然界特征的阻塞效应引起的衰落，在时域上表现为慢速扰动，即

称长期衰落（long-term

fading）。接收信号幅度值近似服从对数正态分布，其概率

密度函数为：

错误！未定义书签。第

3

章5G

网络规划案例

1

x

为表示信号电平慢扰动的随机变量，σ的标准值为

8dB。1.2.4

移动通信系统中信号传播的效应

移动信道及其带来的传播上的特点，对接收点的信号将会产生多种效应。这里主

要介绍和无线网络规划相关的阴影效应、多普勒效应。

阴影效应

移动台在运动中，由于大型建筑物和其他物体对电波的传输路径的阻挡而在传播

接收区域上形成半盲区，从而形成电磁场阴影，这种随移动台位置的不断变化而

引起的接收点场强中值的起伏变化叫做阴影效应。阴影效应是产生慢衰落的主要

原因。

由于阴影效应的存在，在无线网络规划中，进行链路预算，计算小区覆盖边缘时，

就要引入阴影衰落余量这个参数，根据覆盖概率的要求来补偿小区边缘的衰落。

多普勒效应

多普勒效应是移动用户高速运动而引起传播频率的扩散，其扩散程度与用户的运

动速度成正比。多普勒效应产生快衰落。1.3

无线传播模型1.3.1

传播模型研究的意义

无线传播模型的准确性对无线网络规划来说非常重要，这直接关系到规划结果和

运营商的投资是否比较经济合理。

由于与传播模型直接相关的是电波传播特性，所以必须留意两个方面：无线电波

的传播方式和无线电波的衰落。●●无线电波的传播方式主要是直射、反射、绕射、透射和散射；无线电波的衰落主要是瑞利衰落和阴影衰落。对于传播模型的研究，传统上集中于给定范围内平均接收场强的预测，和特定位置附近场强的变化。对于预测平均场强并用于估计无线覆盖范围的传播模型，由

175G

无线网络规划技术

于它们描述的是发射机和接收机之间长距离上的场强变化，所以被称为大尺度传

播模型，下面就宏蜂窝的大尺度传播模型进行介绍。1.3.2

Okumura-Hata

模型

20

世纪

60

年代，奥村（Okumura）等人在东京近郊，采用很宽范围的频率，测量

多种基站天线高度，多种移动台天线高度，以及在各种各样不规则地形和环境地

物条件下测量信号强度。然后形成一系列曲线图表，这些曲线图表显示的是不同

频率上的场强和距离的关系，基站天线的高度作为曲线的参量。接着产生出各种

环境中的结果，包括在开阔地和市区中值场强对距离的依赖关系、市区中值场强

对频率的依赖关系以及市区和郊区的差别，给出郊区修正因子的曲线、信号强度

随基站天线高度变化的曲线以及移动台天线高度对信号强度相互关系的曲线等。

另外，给出了各种地形的修正。

由于使用

Okumura

模型，需要查找其给出的各种曲线，不利于计算机预测。Hata

模型是在

Okumura

大量测试数据的基础上用公式拟合得到的，叫做

Okumura-Hata

模型。

为了简化，Okumura-Hata

模型做了三点假设：●●●1.作为两个全向天线之间的传播损耗处理；作为准平滑地形而不是不规则地形处理；以城市市区的传播损耗公式作为标准，其他地区采用校正公式进行修正。Okumura-Hata

模型的适用条件：

f

为

150~1500MHz；基站天线有效高度

hb

为

30~200

米；移动台天线高度

hm

为

1~10

米；通信距离为

1~35km；2.基本传播损耗中值公式

Lb城

69.55

26.16lg

f

13.82lghb

(44.9

6.55lghb)(lgd)

a

hm

其中：d

的单位为

km，f

的单位为

MHz；LB

城为城市市区的基本传播损耗中值；

错误！未定义书签。

8.29lg

1.54hm

1.1

3.2lg

11.75hm

4.97lgd

sin

7.6

5.9

lgd

cos

Kmr

2lg2

5.4第

3

章5G

网络规划案例hB、hm——基站、移动台天线有效高度，单位为米。基站天线有效高度计算：设基站天线离地面的高度为

hs，基站地面的海拔高度为

hg，移动台天线离地面的高度为

hm，移动台所在位置的地面海拔高度为

hmg。则基站天线的有效高度

hB=hs+hg-hmg，移动台天线的有效高度为

hm。需要说明的是，基站天线有效高度计算有多种方法，如：基站周围

5~10公里的范围内的地面海拔高度的平均；基站周围

5~10

公里的范围内的地面海拔高度的地形拟合线；等等；不同的计算方法一方面与所使用的传播模型有关，另外也与计算精度要求有关。a(hm)——移动台天线高度修正因子

(1.1lg

f

0.7)hm

(1.56lg

f

0.8)

2a(hm)

2

0

中小城市大城市，f

200MHz

大城市，f

400MHz

h

1.5m3.其他各种修正因子：

Kstreet——街道校正因子一般资料上只给出了与传播方向成水平或垂直的损耗修正曲线，为了便于计算，下面给出了任意角度的拟合公式。设传播方向与街道的夹角为θ，则：10

6Kstreet

11

6

5.9sin

7.6cos

d

1d

1

实际上，街道效应一般在

8~10km

后将会消失，故只考虑

10km

之内。

Kmr——郊区校正因子

f

28

则Lb郊

Lb城

KmrQo——开阔地校正因子QO

4.78lg2

f

18.33lg

f

40.94

19

f

Ru

2.39

lg

f

9.17

lg

f

23.17lgKh

5.7

0.024

h

6.96lg

h

9.5lgh

1

7.2

h

15,h

1

1

5.7

0.024

h

6.96lg

h

7.2

h

15,h

1

15G

无线网络规划技术

则Lb郊

Lb城

QO

Qr——准开阔地校正因子

Qr

Qo

5.5

Ru——农村校正因子

2

2

28

Kh——丘陵地校正因子

0

h

15

⊿h——地形起伏高度

如图

2-13

所示，由移动台算起，向基站方向延伸

10km（不足

10km，

则以实际距离计算），在此范围内计算地形起伏高度的

10%到

90%之

间的差值（适用于多次起伏的情况，起伏次数>3）。

图

2-13

地形起伏高度示意图h1

hmg

h/8

hmin

，其中hmin为计算剖面上⊿h

的最小地形高度；Ksp——

一般倾斜地形校正因子如图

2-14

所示，斜坡地形有可能产生第二次地面反射。在水平距离d2>d1

时，图中正负斜坡都有可能产生第二次地面反射。

错误！未定义书签。第

3

章5G

网络规划案例

图

2-14

斜坡地形校正因子示意图近似归纳斜坡地修正因子为：

2θm

以毫弧度为单位，d

的单位为

kmθm

为移动台与基站连线的剖面上，移动台前后一公里内地形高度的平均倾角（用最小二乘法）

Kim——孤立山峰校正因子这里使用刀刃绕射损耗来计算，虽然计算量稍大，但要准确一些；绕射损耗计算如图

2-15

所示：

图

2-15

绕射损耗计算示意图先求出单个刀刃的

4

个参数，即

r1，r2，hp，工作波长λ；用此

4

个参数计算新参数

v：

212

1

1

r

1

2

r

v

0.1

1

v

0.1

v

0.7

7.0/q

0.68q

0.81q

d

0.48qd

9.6q

s

a

15.6

lga

0.19lga

20

1

a

5

205G

无线网络规划技术v

hp

计算绕射损耗：2

v

0.7

6.9

20lgKin

0

Ks——海（湖）混合路径校正因子传播路径遇上水域时分两种情况考虑，如图

2-16

所示：

图

2-16

水域地形校正因子示意图定义修正因子为：2Kts

2

陆地靠近基站水域靠近基站其中

q

=

ds

/

d

(%)；ds

为剖面上全程水体的长度。选用公式（a）还是（b）的判定方法：如果基站与移动台的剖面上，靠近基站

200

米内有水体，则：

Ks

(K(a)

K(b))/2，否则

Ks=K(b)。

a

1S(

)——建筑物密度校正因子

30

25lga

5

a

100

2

α——建筑物密度，单位%；

错误！未定义书签。

Kh

R

Q第

3

章5G

网络规划案例4.各种修正因子的组合使用情况总体路损：L

Lb

Kstreet

Ks

S

a

Kim

0

0

u

Ksp

Kmr

O

Qr1.3.3

COST

231-Hata

模型

欧洲研究委员会（陆地移动无线电发展）COST

231

传播模型小组建议，根据

Okumura-Hata

模型，利用一些修正项使频率覆盖范围从

1500MHz

扩展到

2000MHz，所得到的传播模型表达式称为

COST

231-Hata

模型。与

Okumura-Hata

模型一样，COST

231-Hata

模型也是以

Okumura

等人的测试结果作为根据。它通

过对较高频段的

Okumura

传播曲线进行分析，得到的公式。

COST

231-Hata

模型的适用条件：

使用频段

f：1500~2000MHz；

基站天线有效高度

hB

为

30~200

米

移动台天线高度

hm

为

1~10

米

通信距离为

1~20km。

基本传播损耗中值公式：

Lb城

46.3

33.9lg

f

13.82lghb

a

hm

44.9

6.55lghb

lgd

Cm

其中：

d

的单位为

km，f

的单位为

MHz；

LB

城为城市市区的基本传播损耗中值；

hB、hm——基站、移动台天线有效高度，单位为米；

基站天线有效高度计算：设基站天线离地面的高度为

hs，基站地面的海拔高度为

hg，移动台天线离地面的高度为

hm，移动台所在位置的地面海拔高度为

hmg。则

基站天线的有效高度

hB=hs+hg-hmg，移动台天线的有效高度为

hm。

a(hm)——移动台天线高度修正因子。见

1.2.2

节对

a(hm)的定义。

23Cm

5G

无线网络规划技术

Cm——城市修正因子

0dB

3dB树木密度适中的中等城市和郊区的中心大城市中心

其他各种修正因子同

Okumura-Hata

模型。1.3.4

General

模型

General

模型也称为标准宏小区传播模型（或

Aircom

模型），其通用表达式为：

PRX

P

TX

k1

k2

log(d)

k3

log(Heff

)

k4Diffraction

k5

log(Heff

)log(d)

k6(H

meff

)

kCLUTTER

其中：

PRX

：接收功率；

：发射功率；

：基站与移动终端之间的距离km

；H

meff：移动终端的高度m；H

eff：基站距离地面的有效天线高度m；

Diffraction

：

绕射损耗；：参考点损耗常量；：地物坡度修正因子；

k3：有效天线高度增益；：绕射修正因子；

k5：奥村哈塔乘性修正因子；

k6

：移动台天线高度修正因子；kCLUTTER：移动台所处的地物损耗。General

模型的适用范围：频率：0.5GHz~2GHz；基站天线高度：30m~200m；

错误！未定义书签。第

3

章5G

网络规划案例25终端天线高度：1m~10m；通信距离：1Km~35Km；27第

2

章

无线网络规划原则与流程本章主要介绍

无线网络规划原则和流程，包括无线网络规划思想、网络规划要点等内容。后续章节将对

无线网络规划各个环节进行详细描述。2.1

无线网络规划思想无线网络规划主要指通过链路预算、容量估算，给出基站规模和基站配置，以满足覆盖、容量的网络性能指标。