1、CDMA理论基础知识-覆盖规划,课程内容,无线传播理论 传播模型 链路预算 链路平衡 站址选择与天线选型,无线传播基本原理频谱划分,不同频段内的频率具有不同的传播特性,直射波及地面反射波 （最一般的传播形式）,对流层反射波 （传播具有很大的随机性）,山体绕射波 （阴影区域信号来源）,电离层反射波 （超视距通讯途径）,传播途径,建筑物反射波 绕射波 直射波 地面反射波,传播途径,无线传播环境两种衰落,无线传播环境抵抗信号快衰落,时间分集符号交织、检错、纠错编码 空间分集采用主、分集天线接收 频率分集450M的宽带通信本身就是频率分集 RAKE接收利用RAKE接收机接收多个不相关多径,抗快衰落措施
2、分集,电波传播受地形结构和人为环境的影响，无线传播环境直接决定传播模型的选取。 影响无线传播环境的主要因素自然地形（高山、丘陵、平原、水域）人工建筑的数量、分布、材料特性(人为环境)该区域植被特征天气状况自然和人为的电磁噪声状况 人为环境市区、郊区、农村,无线传播环境,自由空间传播衰耗Ploss=32.4+20lgfMHz+20lgdkm频率一定时，可描述为：Ploss=L0+10lgd =2 路径损耗斜率,实际环境中取35。平坦地形传播损耗Ploss = L0+10lgd -20lghb - 20lghm =4 路径损耗斜率hb：基站天线高度hm：移动台天线高度,传播中的损耗,传播中的损耗,
3、绕射损耗 电磁波在绕射点四处扩散绕射波函盖除障碍物外的所有方向波长越长，绕射能力越“ 强 ” 建筑物后面的信号主要是通过绕射得到，因此波长越长，信号越“ 强 ”,传播中的损耗,电磁波穿透墙体的反射和折射,穿透损耗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,常用穿透损耗（800M）,传播中的损耗,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 梯的穿透损耗： 30dB左右 茂密树叶损
4、耗：10dB,传播中的损耗,反射损耗（800M）,问题,快衰落服从什么分布？慢衰落服从什么分布？,小结,以上介绍了无线传播的基本理论。 介绍了衰落和穿透损耗等内容。,传播模型,传播模型的意义,传播模型用于预期地形和人为环境对无线传播理论中路径损耗的影响传播模型是覆盖规划的基础，好的模型可以保证规划的精确度无线传播模型受系统工作频率的影响，不同的传播模型有不同的工作频率范围；而且有室内传播模型和室外传播模型之分运用传播模型时，要注意各项参数的单位取值,经典模型是科学家通过CW测试数据逐步拟合出来的,几种常见传播模型,传播模型,Okumura-Hata模型,路径损耗 （dB） 基站天线高度（m）
5、移动台天线高度（m）,载波频率（MHz） 基站与移动台间距离（Km） 移动台天线修正因子（dB）,中小城市： 大城市：,频率范围为150MHZ到1500MHZ,传播模型,Okumura-Hata模型补充,在郊区，标准模型可以修正为：在农村（开阔地），模型可以修正为：在农村（准开阔地），模型可以修正为：,下面的COST231-HATA模型也适用,传播模型,Cost231-Hata模型,0dB 中等城市和郊区中心区 3dB 大城市,频率范围为1500MHZ到2000MHZ,传播模型,一般规划软件模型：,Lp=K1+K2lgd+K3(hm)+K4lg(hm)+K5lg(Heff) +K6lg(Hef
6、f)lgdK7diffn+Kclutter,K1与频率(MHz)有关的常数 K2 与距离(km)有关的常数 K3,K4移动台天线高度(m)修正系数 K5,K6基站天线高度(m)修正系数 K7绕射修正系数 Kclutter地物衰减修正系数 d基站和移动台之间的距离(km) hm,Heff移动台天线和基站天线有效高度(m),初始K参数是根据经典模型转换而来的,传播模型,下表给出一个在中等城市进行电波传播分析时的K值和一些衰耗值,传播模型,模型校正CW测试,为了获得符合实际环境的无线传播模型，提高覆盖预测的准确性， 为网络规划打好基础，需要对一些典型环境进行传播模型的校正。,选择站点，建立模拟基站；
7、,选择路线，路测采集数据；,利用模型校正工具软件进行校正，获得K1、K2，KCLUTER。,传播模型,选择具有代表性的传播环境，如密集城区、 一般城区、郊区等分别选取测试点，且要覆盖尽量多的地物类型每一种人为环境，最好有三个或三个以上的测试站点，以尽可能消除位置因素影响获取不同方向，不同距离的测试数据；同一距离多个测试数据 采样符合李氏定律：40波长，采样50个样点车速上限：Vmax=0.8/Tsample Vmax 车速上限 Tsample 测试设备的最大采样速率,CW测试注意,传播模型,问题,Okumura-Hata 模型的适用范围？ Okumura-Hata与Cost231-Hata的差
8、异？ 规划软件模型中的K5、K6是关于什么的参数？ CW测试的意义？,小结,以上介绍了传播模型的意义。 介绍了几种常用传播模型的参数和经验取值。 介绍了CW测试的意义和测试方法。,覆盖、容量和质量,三者是相互制约，相互依存的，不能离开容量和质量讨论覆盖。随着容量的增大，覆盖范围必然要减小。反之，容量的减小，覆盖范围会有相应的增大。为了达到更广的覆盖，可以适当降低业务信道功率，增加导频信道的功率占用比率，然而会影响容量和通话的质量。,覆盖、容量和质量的关系,无线覆盖,电波传播 环境,业务需求,设备参数,无线 资源管理,CDMA “软”现象,覆盖相关因素,覆盖规划基本流程,通过链路预算计算允许的最
9、大损耗 通过传播模型计算允许的最大损耗情况下的小区覆盖半径（站间距） 根据小区允许覆盖半径计算小区面积 算出该地区的小区个数 根据蜂窝模型规划站点位置,链路预算,链路预算对通信链路中的增益与损耗进行核算。即计算在一个呼叫连接中、保持一定呼叫质量下，链路所允许的最大传播损耗，从而结合传播模型确定基站的覆盖范围。,接收/发射功率,衰落余量,天线增益,馈线损耗,干扰余量,天线增益,路径损耗,前 向 链 路,反 向 链 路,链路预算模型,发射/接收功率,软切换增益,前向链路电平图, 系统参数载波频率、扩谱带宽、信息速率、扩频增益、背景噪声 设备相关参数发射功率、接收机灵敏度、噪声系数、解调门限、天线增
10、益及馈线损耗 环境相关参数阴影衰落余量、地物损耗、人体损耗 技术体制参数软切换增益、干扰余量、功控余量,链路预算参数分类,系统参数,载波频率 例如：中国联通 上行825MHZ835MHZ下行870MHZ880MHZ450M 上行453.5MHZ457.1MHZ下行463.5MHZ467.1MHZ扩谱带宽 1.2288MHZ 处理增益 数值上等于扩谱带宽与信息速率的比值背景噪声 主要为热噪声K=1.38X10-23J/K 波尔兹曼（Boltzmann）常数，T 绝对温度， B 系统带宽,设备相关参数,基站发射功率 基站最大发射功率 机顶天线口最大功率 每业务信道最大发射功率 防止单个用户消耗过多
11、的基站功率移动台最大发射功率 通常为200mW，23dBm 反向信道有R_PICH，R_SCH ，R_FCH，在不同的情况下移动台将根据一定的分配原则给各信道分配功率,基站天线增益 基站使用天线具有一定的增益 定向天线与全向天线相比具有更高的增益 典型值：全向天线 11dBi、13dBi；定向天线 1518dBi移动台天线增益 通常认为移动台天线增益与连接损耗为 0dB,设备相关参数,解调门限 基站接收机解调门限噪声系数 信号通过接收机时，接收机将对信号增加噪声 噪声系数是设备的属性，不同设备噪声系数不同 华为基站噪声系数3.2dB 移动台噪声系数一般为68dB,设备相关参数,基站接收机灵敏度
12、接收机端为保证一定的呼叫质量，业务信道所需最低接收电平 S_BS = 10lg(KTW) +NF_BS + Eb/Nt 10lg(W/Rb) Eb/Nt 基站接收机解调门限。 Rb 信息速率 KT 热噪声功率谱密度，常温下等于 174dBm/Hz W 扩谱带宽 NF_BS 接收机噪声系数 灵敏度还受到干扰的影响，干扰上升会导致灵敏度的恶化基站馈线及连接器损耗机顶到天线间馈缆损耗不可忽略 馈线损耗与信号频率有关且不同型号馈线损耗指标不同 接头损耗约0.2dB,设备相关参数,阴影衰落余量 由于传播路径上存在阴影衰落等影响，距离发射天线一定距离的接收信号强度随时间的变化服从对数正态分布。由于阴影效应
13、引起的信号衰落称为阴影衰落或慢衰落 链路预算得到的路径损耗值为中值。由于阴影衰落，实际的路径损耗在此值上下波动。为了保证一定的边缘覆盖概率（一般 75%），需要留出一定的功率余量，即阴影衰落余量 根据阴影衰落标准差和边缘覆盖概率要求（运营商确定），可以得到所需的阴影衰落余量：,环境相关参数,地物损耗 接收信号点处的地物对信号传输影响很大 主要考虑建筑物的穿透损耗及车体损耗 穿透损耗与建筑物及车辆类型有关。通常，对于密集城区，建筑物穿透损耗取2025dB；对于一般的城区，取1520dB；对于郊区和乡村，取515dB；车体损耗通常取610dB。人体损耗 移动台离人体很近造成的信号吸收引起的损耗 链
14、路预算中人体损耗通常取 3dB 进行数据业务时，移动终端通常不紧贴人体，人体损耗可以不考虑,环境相关参数,软切换增益 链路预算计算前反向链路的最大路径损耗。此时，移动台位于小区边界，应考虑软切换带来的增益 软切换时，由于独立传播路径的存在使得满足一定覆盖概率要求的阴影衰落余量减小。在链路预算中称为软切换增益干扰余量 CDMA系统为自干扰系统，其覆盖与容量密切相关，随着负荷的上升，系统内其它用户的干扰增加，使接收机灵敏度降低。链路预算中用干扰余量体现。 对于反向链路，不同的负载水平对应不同的干扰上升。例如，3dB 的干扰上升对应 50 的负载，4dB 的干扰上升对应 60% 的负载 对于前向链路
15、，负载与干扰的关系同样存在，但难以进行理论计算，需要通过仿真确定 在链路预算中干扰余量的取值由系统的设计容量要求决定,技术体制参数,根据前述关系，噪声上升：,50% 负载 3dB 60% 负载 4dB 75% 负载 6dB,负载因子与干扰干扰余量,由于存在多径时延，经过不同传播路径的信号叠加后信号强度快速变化，表现为快衰落，服从瑞利分布 快速功控能够对抗低速移动（ 30km/h）条件下衰落的影响，从而降低衰落信道条件下解调所需 Eb/Nt要求 链路预算中使用理想功控条件下解调门限进行计算。实际工作中，由于最大发射功率限制，解调性能会恶化 为了保证闭环功控有效性，在链路预算中增加功控余量项（也有
16、称作快衰落余量） 步行条件下，功控余量典型值 0.5 1.5 Db 高速移动条件下，快速功控跟不上信号衰落速度，快衰落由Eb/Nt保证，功控余量为 0dB,快衰落与功控余量,技术体制参数,反向链路的传播损耗PL_BL 反向链路最大传播损耗 Pout_MS 移动台业务信道最大发射功率 Lf_BS 馈线损耗 Ga_BS 基站天线增益 Ga_MS 移动台天线增益 Mf 阴影衰落余量（与传播环境相关） Mpc功控余量 MI 干扰余量（与系统设计容量相关） Lp 地物损耗 Lb 人体损耗 S_BS 基站接收机的灵敏度（与业务、多径条件等因素相关）,PL_BL=Pout_MSGa_BSGa_MS Lf_B
17、S MfMILpLbS_BSMpc,反向链路预算,城区链路预算,链路预算反向举例,农村(开阔地)链路预算,链路预算反向举例,IS-95与CDMA2000-1X不同速率业务覆盖比较, 覆盖半径不同的原因是业务速率不同及反向链路解调门限不同 相对于语音业务，数据业务最大允许的路径损耗降低，在覆盖距离上收缩，而且不同速率的数据业务收缩也不同 覆盖收缩程度随基站天线高度升高而略有增加,链路预算反向分析,数据业务尤其是高速数据业务对前向功率需求的增加将会导致基站功率成为限制小区覆盖范围的因素，并导致出现覆盖前向受限前向覆盖与基站分布、不同业务速率用户分布密切相关与反向相比，业务速率对前向覆盖的影响更大
18、在对高速数据业务覆盖要求较高的区域进行规划时，要结合前向功率分配进行分析，在覆盖前向受限时根据前向覆盖距离规划,链路预算前向分析,覆盖规划流程链路预算作用可使用频率发射功率线缆损耗天线增益干扰余量功控余量,阴影衰落余量软切换增益传播损耗地物损耗解调所需Eb/Nt处理增益噪声系数背景噪声,链路预算小结,问题,覆盖规划的几个主要步骤是什么？ 给定负荷是60%的时候，对应的干扰余量应该是多少（公式） ？,小结,以上介绍了覆盖规划的基本流程 介绍了前反向链路预算基本内容和涉及的各项参数以及相关含义。,链路平衡,小区覆盖由前向覆盖和反向覆盖共同决定，有效覆盖区域是指前反向链路都可靠的区域CDMA系统的覆
19、盖和容量密切相关。反向覆盖中体现为干扰的上升，前向信道共享基站功率，容量对其覆 盖的影响更加明显通过计算在一定容量情况下前向链路及反向链路的覆盖距离，判断在特定容量下是前向受限还是反向受限，据此规划网络,前向大于反向,反向大于前向,链路平衡,RC1、RC2反向覆盖：受限于手机最大发射功率RC3无线配置以上反向覆盖：反向特点：反向相干解调可能同时存在信道：R-PICH、R-FCH、R-SCH合理配置不同信道的功率，以达到最大覆盖,反向覆盖,前向各信道功率不同，每种信道的覆盖相对独立 在覆盖处手机需要能同时准确解调导频、同步、寻呼和业务信道，缺一不可，否则手机不是掉网就是掉话,前向覆盖,对于所有前
20、向链路信道，损耗和增益都是一致的， 因此各种前向信道的覆盖区域有可能完全重叠合理分配功率，达到各信道覆盖的一致性，充分 利用基站功率,前向覆盖,在一定的覆盖范围内（链路损耗一定），随着用户数的增加，对前向功率的要求变大基站总功率一定，随着用户数的增加，小区有效覆盖范围缩小。即大容量，小覆盖；小容量，大覆盖,前向功率分配,对于一定的基站发射总功率，一定的反向接入速率要求下，基于 一定的话务模型和用户分布，前向吞吐量（用户数）超过一定水 平后，覆盖前向受限,基于设备能力的平衡分析。（假设理想功率分配）前反向均未达到最大功率时，链路实时平衡。（假设理想功控）,混合业务链路平衡,站间距和小区面积的计算
21、,小区面积计算,问题,前向覆盖范围大于反向覆盖范围会造成什么样的结果？ 为什么大容量会造成小覆盖？,小结,以上主要介绍了链路预算、链路平衡等内容。 结合实际介绍了规划过程的应当注意的一些问题。,选点重要性（80%）城市选点顺序（密集，一般，郊区.）选点高度(密集，一般，郊区)注意前端的阻挡物（避开，利用第一菲捏尔区）,站址选择的基本原则,站址选择的具体原则如下：,小区布局与站址选择,站址应尽量选在规则网孔中的理想位置，其偏差不应大于基站半径的四分之一；在不影响基站布局的情况下，尽量选择现有设施，以减少建设成本和周期；市区边缘或郊区的海拔很高的山峰（与市区海拔高度相差100300米以上），一般不
22、考虑作为站址，一是为便于控制覆盖范围，二也是为了减少工程建设的难度，方便维护；,站址选择的具体原则（续）：,小区布局与站址选择,新建基站应选在交通方便、市电可用、环境安全及少占良田的地方； 避免在大功率无线电发射台、雷达站或其他干扰源附近建站； 新建基站应设在远离树林处以避开接收信号的快速衰落； 在山区、岸比较陡或密集的湖泊区、丘陵城市及有高层金属建筑的环境中选址时要注意信号反射及时间色散的影响； 在市区楼群中选址时，可巧妙利用建筑物的高度，实现网络层次结构的划分； 建网初期基站数量较少时，选择的站址应保证重点地区有良好的覆盖。 尽量不要让天线主瓣沿街道、河流等地物辐射，避免波导效应产生的导频
23、污染,馈线选用,450M：7/82.7dB/100m；5/41.9dB/100m。 800M：7/84.03dB/100m；5/42.98dB/100m。 1900M：7/86.46dB/100m；5/44.77dB/100m。,450MHz，基本上只考虑采用馈线长度7/8馈线； 800MHz，馈线长度大于80米采用5/4馈线； 1900MHz，馈线长度大于50米采用5/4馈线； 馈线弯曲曲率不宜过大，外导体要求接地良好。,天馈系统-馈线,馈线损耗：,馈线选用原则：,天线的主要电气指标,天线输入接口 天线尺寸 天线重量 风载荷 工作温度 湿度要求 雷电防护 三防能力,天线的主要机械指标,通常选
24、用水平半功率角6065的定向天线； 一般选择15dBi左右的中等增益天线； 最好选择带有一定电下倾角（36）的天线； 建议选择双极化天线。,根据实际情况选择水平半功率角65或90的定向天线； 一般选择1518dBi的中、高增益天线； 根据具体情况决定是否采用预置下倾角； 双极化和垂直极化天线均可选用。,天馈设计-天线选择,市区基站天线选择,郊区基站天线选择,根据具体情况和要求选择90、120定向天线或全向天线； 所选的定向天线增益一般比较高（1618dBi）； 一般不选预置下倾天线，高站可优先选择零点填充天线； 建议选择垂直极化天线。,一般选择窄波束、高增益的定向天线，也可以根据实际情况选择8
25、字型天线、全向或变形全向天线； 公路基站对覆盖距离要求高，因此一般不选预置下倾角天线； 建议选择垂直极化天线； 所选定向天线的前后比不宜太小。,天馈设计-天线选择,农村基站天线选择,公路基站天线选择,同一基站不同小区的天线允许有不同的高度。这可能是受限于某个方向上的安装空间；也可能是小区规划的需要； 对于地势较平坦的市区，一般天线的有效高度为25m左右； 对于郊县基站，天线高度可适当提高，一般在40m左右； 天线高度过高会降低天线附近的覆盖电平(俗称“塔下黑”），特别是全向天线该现象更为明显； 天线高度过高容易造成严重的越区覆盖等问题，影响网络质量,天馈设计-天线高度,天线高度设计原则,尽可能
26、保证市区各基站的三扇区方位角一致，局部微调；城郊结合部、交通干道、郊区孤站等可根据重点覆盖目标对天线方位角进行调整； 天线的主瓣方向指向高话务密度区，可以加强该地区信号强度，提高通话质量； 市区相邻扇区天线交叉覆盖深度不宜超过10%； 郊区、乡镇等地相邻小区之间的交叉覆盖深度不能太深，同基站相邻扇区天线方向夹角不宜小于90； 为防止越区覆盖，密集市区应避免天线主瓣正对较直的街道。,天馈设计-天线高度,天线方位角设计原则,天线的波束倾斜是有效控制覆盖范围的基本技术； 运用天线下倾技术可有效控制覆盖范围，减小系统内干扰； 天线下倾角度必须根据具体情况确定，达到既能够减少导频污染，又能够保证满足覆盖
27、要求的目的； 下倾角设计需要综合考虑基站发射功率、天线高度、小区覆盖范围、无线传播环境等因素；,天馈设计-下倾角,天线下倾角设计原则,天线波束倾斜可以采用电气和机械两种方式：电气下倾的角度与选择的天线型号相关，一般是固定的；机械下倾角度可调，但是受安装配件和无线信号传播特性限制，一般不超过15； 电下倾和机械下倾方法，产生不同的表面辐射，下倾角度较小时，区别不大；但随着下倾角度的加大，区别较为明显：,天馈设计-下倾角,增大覆盖范围 调整天线下倾角 增加导频功率 高增益天线 保证容量要求 保证反向覆盖 控制干扰 调整天线下倾角、方位角 减小导频功率 其它网络参数,大面积重叠覆盖 影响容量导致导频污染,覆盖范围调整,问题,站址选择应遵循哪些原则？ 城市里面天线选择一般有什么原则？ 为什么天线下倾角不宜过大？ 天线高度在（密集）城市和农村的区别，为什么？,小结,以上介绍了具体的一些站址的选择原则 介绍了馈线和天线的选择原则 介绍了天馈的高度、方位角和下倾角的设计原则,谢谢！,
