对通信工程中无线区的设计探讨论文
随着网络及信息技术的不断发展,人们的生活及生产对网络的依赖也在逐渐加大。移动通信的出现使得人们的生活及生产方式发生了极大的改变,然而由于通信工程中无线区的设计存在一定的不合理性,所以加大对无线区的设计优化有着很现实的重要意义。
一、质量指标确定
基地台向移动台及移动电话中心提供双向通道。基地台和移动台之间以无线形式传输,基地台作用的范围称为无线区。它们构成的双向通道中,移动台发射、基地台接收的链路称为上行线,基地台的发射、移动接收的链路称为下行线。由于基地台的发射机输出功率大, 移动台发射功率小,必须采用平衡措施来平衡它们之间的发射功率才能完成双向通信。
在移动通信中除了信号的损耗与衰落之外,还存在有大量的噪声与干扰。由于移动台的流动性带来了移动台分布密度的随机性,噪声与干扰有时比有用信号电平高出几十分贝之多,不仅会使通信质量降低,而且还可能造成通信中断,在无线区设计时应给予足够的重视。
(1)接收机可用灵敏度
接收机灵敏度表征了雷达接收微弱信号的能力,准确测量接收灵敏度对于预估雷达作用距离有重要意义。它表示在仅是接收机内部噪声的情况下,为达到规定的话音质量指标所必需的接收机输人端信号功率的最低值,一般分为基地台可用灵敏度和移动台可用灵敏度。工程上规定以满足接收机音频输出信纳比为12dB时的输人信号电平作为设计指标。
(2)快衰落和人为噪声引起的恶化量
移动通信中存在着多径传播效应及人为噪声,为达到只有接收机内部噪声条件下的同样话音质量,须增加接收信号的电平。多径传播对快速运动着的移动台会引起信号的快衰落,这种快衰落的信号听起来好像是声音颤动。对于静止的和缓慢移动的移动台,多径传播在无线区内造成一些信号很低的“小洞”,对低功率的手持机,这种“小洞”会使得话音听起来很嘈杂。以上情况对移动台造成的`影响都可能引起噪声的增加导致各自的恶化量不同。所以要依据不同的话音质量等级分别得到移动台需要的恶量和基地台需要的恶化量。
(3)满足通信概率指标需要的系统余量
通信概率是指移动用户在服务区范围内从中心到边缘的任何地点实现符合话音质量等级要求的通话成功概率,一般以边缘通信概率为依据。移动通信的无线信号随位置和时间呈对数正态分布。
二、设计方程
移动通信常常在快速移动中进行,这不仅会引起多普勒频移,产生随机调频,而且会使得电波传输特性发生快速的随机起伏,严重影响通信质量。故移动通信系统须根据移动信道的特征,进行合理的设计。
设计无线区就是要找出自基地站向各个辐射方向上与基地站相距一定的点,并计算在该点上接收信号的功率大于或等于最低可用信号功率。或者移动台在该点发射时,到达基地站天线处基地站接收的信号功率大于或等于最低可用信号功率。为了保证双向的通信距离、话音质量及上下行通信概率相等,必须设法使上下行的系统余量相等。
移动通信系统是采用多信道共用技术,在一个无线小区内,同时通信者会有成百上千,基站会有多部收发信机同时在同一地点工作,会产生许多干扰信号,还有各种工业干扰和认为干扰。归纳起来有通道干扰、互调干扰、邻道干扰、多址干扰等,以及近基站强信号会压制远基站弱信号,这种现象称为“远近效应”。在移动通信中,将采用多种抗干扰、抗衰落技术措施以减少这些干扰信号的影响。
三、无线区半径的确定
1、无线区半径确定的条件
无线电波的损耗是由工作频段、天线高度、人为环境和自然环境造成的。通常以奥村电波传播模型LM为基础进行计算。适用的条件是频率在150~l,500MHz,移动台天线高度为1~10m,基地站台天线高度为30~200m,无线区半径d为1~200m,适用环境是准平坦地形、建筑物平均高度大于15m的城市。无线网络设计一般按以下流程分析不同业务区的小区覆盖半径,规划目标区域基站建设规模。具体流程为先对不同目标业务区域无线覆盖需求分析,确定不同业务链路预算参数并通过链路预算求取最大允许路径损耗,再通过电磁环境测试结果,获得校正的无线传播模型,然后依据无线传播模型和最大允许路径损耗计算小区覆盖半径和小区覆盖面积最后计算基站建设规模和载扇数。
2、无线区半径设计
无线覆盖规划中,需要基于系统负荷初始规划值通过小区覆盖半径的预测来求取小区的覆盖范围,以进一步计算目标区域的基站建设规模。对于上行无线链路,可通过链路预算分析最大允许路径损耗,以进一步预测小区的覆盖范围。在确定的阻塞概率和覆盖概率需求下,不同业务的最大允许路径损耗取决于用户间的干扰水平、移动台最大发送功率、基站接收机灵敏度,穿透损耗等因素。其中干扰水平随着接入用户数量也就是负载水平的变化而变化,在网络规划时针对不同应用场景和业务类型,需采用不同的干扰余量来调整链路预算,其他因素相对稳定,链路预算中的取值可依据各种业务最苛刻的要求来决定。
对于下行无线链路,小区内所有用户共享同一功率资源,依据系统负荷和用户地理位置分布动态地分配发送给每一用户的下行功率。此外由于多径传播的原因,下行信道不可能通过正交码完全区分,而且,相邻基站的干扰也随机地变化,这就意味着在不同传播环境下,不同部分的信号功率将被处理为干扰,系统的总体干扰水平难以评估。工程建设中,由于基站发送功率和系统的总体干扰随机地变化,很难与上行链路一样分析下行链路不同业务的链路预算,其覆盖范围也无法给出准确的表达式。另一方面,工程测试和系统仿真结果表明无线覆盖主要为上行链路受限。因此,无线规划小区覆盖范围可由上行链路的覆盖半径确定,下行链路的覆盖效果主要通过无线规划软件的仿真来分析。
结 语
移动通信是近年来迅速发展的一种通信技术,本文对移动通信无线区的一种设计方法进行了具体的讨论,具有简单、方便、实用的特点,适用于公用和专用移动通信系统,对于工程设计和实际应用具有一定的参考作用。随着多媒体服务与应用的广泛推广,移动通信在速率、服务质量、无缝传输等方面的局限性也将日益显露出来,势必需要带宽更宽的无线系统,所以移动通信的下一步必定是走向容量更大、速率更高、功能更强的4G,以在移动环境中支持高清晰度视像和其它宽带多媒体业务与应用。
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