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對通信工程中無線區(qū)的設(shè)計探討論文
隨著網(wǎng)絡(luò)及信息技術(shù)的不斷發(fā)展,人們的生活及生產(chǎn)對網(wǎng)絡(luò)的依賴也在逐漸加大。移動通信的出現(xiàn)使得人們的生活及生產(chǎn)方式發(fā)生了極大的改變,然而由于通信工程中無線區(qū)的設(shè)計存在一定的不合理性,所以加大對無線區(qū)的設(shè)計優(yōu)化有著很現(xiàn)實的重要意義。
一、質(zhì)量指標(biāo)確定
基地臺向移動臺及移動電話中心提供雙向通道�；嘏_和移動臺之間以無線形式傳輸,基地臺作用的范圍稱為無線區(qū)。它們構(gòu)成的雙向通道中,移動臺發(fā)射、基地臺接收的鏈路稱為上行線,基地臺的發(fā)射、移動接收的鏈路稱為下行線。由于基地臺的發(fā)射機輸出功率大, 移動臺發(fā)射功率小,必須采用平衡措施來平衡它們之間的發(fā)射功率才能完成雙向通信。
在移動通信中除了信號的損耗與衰落之外,還存在有大量的噪聲與干擾。由于移動臺的流動性帶來了移動臺分布密度的隨機性,噪聲與干擾有時比有用信號電平高出幾十分貝之多,不僅會使通信質(zhì)量降低,而且還可能造成通信中斷,在無線區(qū)設(shè)計時應(yīng)給予足夠的重視。
(1)接收機可用靈敏度
接收機靈敏度表征了雷達接收微弱信號的能力,準(zhǔn)確測量接收靈敏度對于預(yù)估雷達作用距離有重要意義。它表示在僅是接收機內(nèi)部噪聲的情況下,為達到規(guī)定的話音質(zhì)量指標(biāo)所必需的接收機輸人端信號功率的最低值,一般分為基地臺可用靈敏度和移動臺可用靈敏度。工程上規(guī)定以滿足接收機音頻輸出信納比為12dB時的輸人信號電平作為設(shè)計指標(biāo)。
(2)快衰落和人為噪聲引起的惡化量
移動通信中存在著多徑傳播效應(yīng)及人為噪聲,為達到只有接收機內(nèi)部噪聲條件下的同樣話音質(zhì)量,須增加接收信號的電平。多徑傳播對快速運動著的移動臺會引起信號的快衰落,這種快衰落的信號聽起來好像是聲音顫動。對于靜止的和緩慢移動的移動臺,多徑傳播在無線區(qū)內(nèi)造成一些信號很低的“小洞”,對低功率的手持機,這種“小洞”會使得話音聽起來很嘈雜。以上情況對移動臺造成的影響都可能引起噪聲的增加導(dǎo)致各自的惡化量不同。所以要依據(jù)不同的話音質(zhì)量等級分別得到移動臺需要的惡量和基地臺需要的惡化量。
(3)滿足通信概率指標(biāo)需要的系統(tǒng)余量
通信概率是指移動用戶在服務(wù)區(qū)范圍內(nèi)從中心到邊緣的任何地點實現(xiàn)符合話音質(zhì)量等級要求的通話成功概率,一般以邊緣通信概率為依據(jù)。移動通信的無線信號隨位置和時間呈對數(shù)正態(tài)分布。
二、設(shè)計方程
移動通信常常在快速移動中進行,這不僅會引起多普勒頻移,產(chǎn)生隨機調(diào)頻,而且會使得電波傳輸特性發(fā)生快速的隨機起伏,嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。故移動通信系統(tǒng)須根據(jù)移動信道的特征,進行合理的設(shè)計。
設(shè)計無線區(qū)就是要找出自基地站向各個輻射方向上與基地站相距一定的點,并計算在該點上接收信號的功率大于或等于最低可用信號功率�；蛘咭苿优_在該點發(fā)射時,到達基地站天線處基地站接收的信號功率大于或等于最低可用信號功率。為了保證雙向的通信距離、話音質(zhì)量及上下行通信概率相等,必須設(shè)法使上下行的系統(tǒng)余量相等。
移動通信系統(tǒng)是采用多信道共用技術(shù),在一個無線小區(qū)內(nèi),同時通信者會有成百上千,基站會有多部收發(fā)信機同時在同一地點工作,會產(chǎn)生許多干擾信號,還有各種工業(yè)干擾和認(rèn)為干擾。歸納起來有通道干擾、互調(diào)干擾、鄰道干擾、多址干擾等,以及近基站強信號會壓制遠基站弱信號,這種現(xiàn)象稱為“遠近效應(yīng)”。在移動通信中,將采用多種抗干擾、抗衰落技術(shù)措施以減少這些干擾信號的影響。
三、無線區(qū)半徑的確定
1、無線區(qū)半徑確定的條件
無線電波的損耗是由工作頻段、天線高度、人為環(huán)境和自然環(huán)境造成的。通常以奧村電波傳播模型LM為基礎(chǔ)進行計算。適用的條件是頻率在150~l,500MHz,移動臺天線高度為1~10m,基地站臺天線高度為30~200m,無線區(qū)半徑d為1~200m,適用環(huán)境是準(zhǔn)平坦地形、建筑物平均高度大于15m的城市。無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計一般按以下流程分析不同業(yè)務(wù)區(qū)的小區(qū)覆蓋半徑,規(guī)劃目標(biāo)區(qū)域基站建設(shè)規(guī)模。具體流程為先對不同目標(biāo)業(yè)務(wù)區(qū)域無線覆蓋需求分析,確定不同業(yè)務(wù)鏈路預(yù)算參數(shù)并通過鏈路預(yù)算求取最大允許路徑損耗,再通過電磁環(huán)境測試結(jié)果,獲得校正的無線傳播模型,然后依據(jù)無線傳播模型和最大允許路徑損耗計算小區(qū)覆蓋半徑和小區(qū)覆蓋面積最后計算基站建設(shè)規(guī)模和載扇數(shù)。
2、無線區(qū)半徑設(shè)計
無線覆蓋規(guī)劃中,需要基于系統(tǒng)負荷初始規(guī)劃值通過小區(qū)覆蓋半徑的預(yù)測來求取小區(qū)的覆蓋范圍,以進一步計算目標(biāo)區(qū)域的基站建設(shè)規(guī)模。對于上行無線鏈路,可通過鏈路預(yù)算分析最大允許路徑損耗,以進一步預(yù)測小區(qū)的覆蓋范圍。在確定的阻塞概率和覆蓋概率需求下,不同業(yè)務(wù)的最大允許路徑損耗取決于用戶間的干擾水平、移動臺最大發(fā)送功率、基站接收機靈敏度,穿透損耗等因素。其中干擾水平隨著接入用戶數(shù)量也就是負載水平的變化而變化,在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時針對不同應(yīng)用場景和業(yè)務(wù)類型,需采用不同的干擾余量來調(diào)整鏈路預(yù)算,其他因素相對穩(wěn)定,鏈路預(yù)算中的取值可依據(jù)各種業(yè)務(wù)最苛刻的要求來決定。
對于下行無線鏈路,小區(qū)內(nèi)所有用戶共享同一功率資源,依據(jù)系統(tǒng)負荷和用戶地理位置分布動態(tài)地分配發(fā)送給每一用戶的下行功率。此外由于多徑傳播的原因,下行信道不可能通過正交碼完全區(qū)分,而且,相鄰基站的干擾也隨機地變化,這就意味著在不同傳播環(huán)境下,不同部分的信號功率將被處理為干擾,系統(tǒng)的總體干擾水平難以評估。工程建設(shè)中,由于基站發(fā)送功率和系統(tǒng)的總體干擾隨機地變化,很難與上行鏈路一樣分析下行鏈路不同業(yè)務(wù)的鏈路預(yù)算,其覆蓋范圍也無法給出準(zhǔn)確的表達式。另一方面,工程測試和系統(tǒng)仿真結(jié)果表明無線覆蓋主要為上行鏈路受限。因此,無線規(guī)劃小區(qū)覆蓋范圍可由上行鏈路的覆蓋半徑確定,下行鏈路的覆蓋效果主要通過無線規(guī)劃軟件的仿真來分析。
結(jié) 語
移動通信是近年來迅速發(fā)展的一種通信技術(shù),本文對移動通信無線區(qū)的一種設(shè)計方法進行了具體的討論,具有簡單、方便、實用的特點,適用于公用和專用移動通信系統(tǒng),對于工程設(shè)計和實際應(yīng)用具有一定的參考作用。隨著多媒體服務(wù)與應(yīng)用的廣泛推廣,移動通信在速率、服務(wù)質(zhì)量、無縫傳輸?shù)确矫娴木窒扌砸矊⑷找骘@露出來,勢必需要帶寬更寬的無線系統(tǒng),所以移動通信的下一步必定是走向容量更大、速率更高、功能更強的4G,以在移動環(huán)境中支持高清晰度視像和其它寬帶多媒體業(yè)務(wù)與應(yīng)用。
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