2018-08-25 10:22:32
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鏈路預算
上行和下行鏈路都有自己的發(fā)射功率損耗和路徑衰落。在對講機蜂窩通信中，為了確定有效覆蓋范圍，須確定大路徑衰落、或其他限制因數。在上行鏈路，從移動(dòng)臺到基站的限制因數是基站的接受靈敏度。對下行鏈路來(lái)說(shuō)，從基站到移動(dòng)臺的主要限制因數是基站的發(fā)射功率。通過(guò)優(yōu)化上下行之間的平衡關(guān)系，能夠使小區覆蓋半徑內，有較好的通信質(zhì)量。
一般是通過(guò)利用對講機基站資源，改善網(wǎng)絡(luò )中每個(gè)小區的鏈路平衡(上行或下行)，從而使系統工作在狀態(tài)。終也可以促使切換和呼叫建立期間，移動(dòng)通話(huà)性能。以下是一基站鏈路損耗計算，可作為參考。
上下行鏈路平衡的計算：對于實(shí)現雙向通訊系統來(lái)說(shuō)，上下行鏈路平衡是十分重要的，是保證在兩個(gè)方向上具有同等的話(huà)務(wù)量和通信質(zhì)量的主要因素，也關(guān)系到小區的實(shí)際覆蓋范圍。
下行鏈路(DownLink)是指基站發(fā)，移動(dòng)臺接收的鏈路。
上行鏈路(UpLink)是指移動(dòng)臺發(fā)，基站接收的鏈路。
上下行鏈路平衡的算法如下：
下行鏈路(用dB值表示)：
PinMS = PoutBTS - LduplBTS - LpBTS + GaBTS + Cori + GaMS + GdMS - LslantBTS - LPdown
式中：
PinMS 為移動(dòng)臺接收到的功率;
PoutBTS為BTS的輸出功率;
LduplBTS為合路器、雙工器等的損耗;
LpBTS為BTS的天線(xiàn)的饋纜、跳線(xiàn)、接頭等損耗;
GaBTS為基站發(fā)射天線(xiàn)的增益;
Cori為基站天線(xiàn)的方向系數;
GaMS為移動(dòng)臺接收天線(xiàn)的增益;
GdMS為移動(dòng)臺接收天線(xiàn)的分集增益;
LslantBTS為雙極化天線(xiàn)的極化損耗;
LPdown為下行路徑損耗;
上行鏈路(用dB值表示)：
PinBTS = PoutMS - LduplBTS - LpBTS + GaBTS + Cori + GaMS + GdBTS -LPup +[Gta]
式中：
PinBTS為基站接收到的功率;
PoutMS為移動(dòng)臺的輸出功率;
LduplBTS為合路器、雙工器等的損耗;
LpBTS為BTS的天線(xiàn)的饋纜、跳線(xiàn)、接頭等損耗;
GaBTS為基站接收天線(xiàn)的增益;
Cori 為基站天線(xiàn)的方向系數;
GaMS為移動(dòng)臺發(fā)射天線(xiàn)的增益;
GdBTS為基站接收天線(xiàn)的分集增益;
Gta為使用塔放的情況下，由此帶來(lái)的增益;
LPup為上行路徑損耗。
根據互易定理，即對于任一移動(dòng)臺位置，上行路損等于下行路損，即：
LPdown = LPup
設系統余量為DL ，移動(dòng)臺的惡化量?jì)錇镈NMS ，對講機基站的惡化量?jì)錇镈NBTS，移動(dòng)臺的接收機靈敏度為MSsense，基站的接收機靈敏度為BTSsense， Lother為其它損耗，如建筑物貫穿損耗、車(chē)內損耗、人體損耗等。于是，對于覆蓋區內任一點(diǎn)，應滿(mǎn)足：
PinMS - DL - DNMS - Lother >= MSsense
PinBTS - DL - DNMS - Lother >= BTSsense
上下行鏈路平衡的目的是調整基站的發(fā)射功率，使得覆蓋區邊界上的點(diǎn)(離基站遠的點(diǎn))滿(mǎn)足：
PinMS - DL - DNMS - Lother = MSsense
于是，得到了基站的大發(fā)射功率的計算公式：
PoutBTS <= MSsense - BTSsense + PoutMS + GdBTS - GdMS + LslantBTS - Gta + DNMS - DNBTS
各類(lèi)損耗的確定
◆ 建筑物的貫穿損耗
建筑物的貫穿損耗是指電波通過(guò)建筑物的外層結構時(shí)所受到的衰減，它等于建筑物外與建筑物內的場(chǎng)強中值之差。
建筑物的貫穿損耗與建筑物的結構、門(mén)窗的種類(lèi)和大小、樓層有很大關(guān)系。貫穿損耗隨樓層高度的變化，一般為-2dB/層，因此，一般都考慮一層(底層)的貫穿損耗。
下面是一組針對900MHz頻段，綜合國外測試結果的數據：
--- 中等城市市區一般鋼筋混凝土框架建筑物，貫穿損耗中值為10dB，標準偏差7.3dB;郊區同類(lèi)建筑物，貫穿損耗中值為5.8dB，標準偏差8.7dB。
--- 大城市市區一般鋼筋混凝土框架建筑物，貫穿損耗中值為18dB，標準偏差7.7dB;郊區同類(lèi)建筑物，貫穿損耗中值為13.1dB，標準偏差9.5dB。
--- 大城市市區一金屬殼體結構或特殊金屬框架結構的建筑物，貫穿損耗中值為27dB。
由于我國的城市環(huán)境與國外有很大的不同，一般比國外同類(lèi)名稱(chēng)要高8---10dB。
對于100MHz 比400MHz，顯然其波長(cháng)比較長(cháng)，貫穿能力小，但繞射能力更大。因此100 MHz頻率使用適合于野外空曠地區、海上或山村。而400 MHz頻率則更適合于城市或建筑群區域通訊。
◆ 人體損耗
對于手持機，當位于使用者的腰部和肩部時(shí)，接收的信號場(chǎng)強比天線(xiàn)離開(kāi)人體幾個(gè)波長(cháng)時(shí)將分別降低4---7dB和1---2dB。
一般人體損耗設為3dB。
◆ 車(chē)內損耗
金屬結構的汽車(chē)帶來(lái)的車(chē)內損耗不能忽視。尤其在經(jīng)濟發(fā)達的城市，人的一部分時(shí)間是在汽車(chē)中度過(guò)的。一般車(chē)內損耗為8---10dB。
◆ 饋線(xiàn)損耗
無(wú)線(xiàn)通訊中經(jīng)常使用的饋線(xiàn)有50-9 、50-12、 50-1/2 。在100MHz的情況下，每100米的損耗分別是4.7 dB、3.7 dB、2.7 dB;在400MHz的情況下，每100米的損耗分別為8dB、6 dB、4.7 Db。
無(wú)線(xiàn)傳播特性
對講機移動(dòng)通信的傳播總體平均值隨距離減弱，但信號電平經(jīng)歷快慢衰落的影響。慢衰落是由接受點(diǎn)周?chē)匦蔚匚飳π盘柗瓷?，使得信號電平在幾十米范圍內有大幅度的變化，若移?dòng)臺在沒(méi)有障礙物的環(huán)境下移動(dòng)，則信號電平只與發(fā)射機的距離有關(guān)。所以通常某點(diǎn)信號電平是指幾十米范圍內的平均信號電平。這個(gè)信號的變化呈正態(tài)分布。標準偏差對不同地形地物是不一樣的，通常在6-8dB左右?？焖ヂ涫钳B加在慢衰落信號上的。這個(gè)衰落的速度很快，每秒可達幾十次。除與地形地物有關(guān)，還與移動(dòng)臺的速度和信號的波長(cháng)有關(guān)，并且幅度很大，可幾十個(gè)dB，信號的變化呈瑞利分布?？焖ヂ渫鶗?huì )降低話(huà)音質(zhì)量，所以要留快衰落的儲備。
無(wú)線(xiàn)電波在自由空間的傳播是電波傳播研究中基本、簡(jiǎn)單的一種。自由空間是滿(mǎn)足下述條件的一種理想空間：1. 均勻無(wú)損耗的大空間，2. 各項同性，3. 電導率為零。應用電磁場(chǎng)理論可以推出，在自由空間傳播條件下，傳輸損耗Ls的表達式為：
Ls=32.45+20lgf+20lgd
自由空間基本傳輸損耗Ls僅與頻率f和距離d有關(guān)。當f 和d擴大一倍時(shí)，Ls均增加6dB
陸地移動(dòng)信道的主要特征是多徑傳播，實(shí)際多徑傳播環(huán)境是十分復雜的，在研究傳播問(wèn)題時(shí)往往將其簡(jiǎn)化，并且是從簡(jiǎn)單的情況入手。僅考慮從基站至移動(dòng)臺的直射波以及地面反射波的兩徑模型是簡(jiǎn)單的傳播模型。兩徑模型應用電磁場(chǎng)理論可以推出，傳輸損耗Lp的表達式為：Lp=20lg(d2/(h1*h2))
常用的兩種電波傳播模型
◆ Okumura電波傳播衰減計算模式
該模式是以準平坦地形大城市區的中值場(chǎng)強或路徑損耗作為參考，對其他傳播環(huán)境和地形條件等因素分別以校正因子的形式進(jìn)行修正。不同地形上的基本傳輸損耗按下列公式分別預測。
L(市區)=69.55+26.16lgf-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)-s(a)
L(郊區)=64.15+26.16lgf-2[lg(f/28)]2-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)
L(鄉公路)=46.38+35.33lgf-[lg(f/28)]2-2., , 39(lgf)2-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)
L(, , 開(kāi)闊區)=28.61+44.49lgf-4.87(lgf)2-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)
L(林區)=69.55+26.16lgf-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)
其中：
f----工作頻率，MHz
h1---基站天線(xiàn)高度，m
h2---移動(dòng)臺天線(xiàn)高度，m
d----到基站的距離，km
a(h2)---移動(dòng)臺天線(xiàn)高度增益因子，dB
a(h2)=(1.1lgf-0.7)h2-1.56lgf+0.8(中，小城市)
=3.2[lg(11.75h2)]2-4.97(大城市)
s(a)---市區建筑物密度修正因子，dB;
s(a)=30-25lga (5%
=20+0.19lga-15.6(lga)2 (1%
=20 (a≤1%)
◆ Cost-231-Walfish-Ikegami電波傳播衰減計算模式
采用電信科學(xué)技術(shù)研究聯(lián)合推薦的"Cost- 2-Walfish-Ikegami"電波傳播衰減計算模式。該模式的特點(diǎn)是：從對眾多城市的電波實(shí)測中得出的一種小區域覆蓋范圍內的電波損耗模式。
分視距和非視距兩種情況：
(1) 視距情況
基本傳輸損耗采用下式計算
L=42.6+26lgd+20lgf
(2) 非視距情況
基本傳輸損耗由三項組成:
L=Lo+Lmsd+Lrts
Lo=32.4+20lgd+20lgf
a)Lo代表自由空間損耗
b)Lmsd是多重屏蔽的繞射損耗
c)Lrts是屋頂至街道的繞射及散射損耗。