WCDMA无线网络规划优化基础.doc
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WCDMA无线网络规划优化基础
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ISSUE1.0
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目录(TOCHeading)
第1章无线电波知识 1
第2章射频基础知识 5
第3章相关符号说明 7
第4章WCDMA无线网络规划流程 8
第5章RF优化案例分析 10
5.1典型覆盖问题分析 10
5.1.1 站址规划不合理导致的覆盖空洞问题 10
5.1.2站址选择不当导致的越区覆盖问题 12
5.1.2天线安装不合理导致的覆盖受限问题 14
5.1.3天馈安装错误导致的覆盖受限问题 16
5.2典型掉话分析 17
5.2.1邻区漏配 17
5.2.2覆盖太差 18
5.2.3导频污染 19
5.2.4软切换掉话 26
第1章无线电波知识
作为一个移动通信系统来说,空中传播的就是无线电波信号。
在规划和建设一个移动通信网时,从频段的确定、频率分配、无线电波的覆盖范围、计算通信的概率及系统间的电磁干扰,直到最终确定无线设备的参数,都必须依靠对电波传播特性的研究了解。
本章从运用的角度,全面阐述了移动通信中的无线传播理论。
通过本课程的学习,可以对移动通信中的无线传播建立一个较为完整的概念。
无线电波的分类主要是按照波段来划分的。
无线电波分布在3Hz到3000GHz之间,在这个频谱内划分为12个带,如上表所示。
在不同的频段内的频率具有不同的传播特性。
频率越低,传播损耗越小,覆盖距离越远,绕射能力越强,但穿透能力弱。
同时,低频段频率资源紧张,系统容量有限,因此主要应用于广播、电视、寻呼等系统。
高频段频率资源丰富,系统容量大;但是频率越高,传播损耗越大,覆盖距离越近,绕射能力越弱。
另外频率越高,技术难度越大,系统的成本也相应提高。
移动通信系统选择所用频段要综合考虑覆盖效果和容量,UHF频段与其他频段相比,在覆盖效果和容量之间折衷的比较好,因此被广泛应用于移动通信领域。
当然,随着人们对移动通信的需求越来越多,需要的容量越来越大,移动通信系统必然要向高频段发展。
无线电波是一种电磁波,电磁波的传播是一种能量传播模式。
如上图所示,电磁波在传播过程中,电场和磁场是互相垂直的,同时两者又垂直于传播方向,通过电场和磁场的相互激励作用,将能量传到远方。
电磁波的传播速度就等于光的传播速度。
在电磁波的传播过程中,能量会有一定的衰落。
这类似于水波的传播,区别在于电磁波的传播是三维的,而水波是二维的。
无线电波在空间传播时,其电场方向是按一定的规律而变化的,这种现象称为无线电波的极化。
无线电波的极化方向定义为无线电波的电场方向。
最常见的极化方向有垂直极化和水平极化两种。
如上图所示,在一个典型的蜂窝移动通信环境中,移动台总是比基站天线矮很多,接收机与发射机之间的直达路径被建筑物或其他物体所阻碍。
所以,在蜂窝基站与移动台之间的通信主要不是通过直达路径,而是通过许多其他路径完成的。
在UHF频段,从发射机到接收机的电磁波的主要传播模式是散射,即从建筑物平面反射或从人工、自然物体折射。
因此,现实的无线传播环境就是一个多径的环境。
无线电波在空中所遇到的衰落由三部分组成:
路径损耗、慢衰落、快衰落。
路径损耗是描述由于移动用户与基站之间相对距离产生变化而引起的传播损耗变化的一个值。
其值的变化与移动台和基站之间相对距离变化的速度相关。
慢衰落,又称为阴影衰落,造成慢衰落的原因是由于移动台和基站中间的直达径被障碍物遮挡,移动台运动到了障碍物形成的阴影区中,接收信号强度下降而形成阴影效应。
其场强中值随地理改变变化缓慢,故称为慢衰落。
慢衰落的场强中值服从对数正态分布,且与位置/地点相关,也称为对数正态衰落。
衰落的速度取决于移动台的速度。
快衰落,由多径效应引起,接收端收到信号的合成波的振幅和相位随移动台的运动起伏变化很大,接收信号的瞬时值快速变化,这种变化称为快衰落。
其深衰落点在空间上的分布是近似的相隔半个波长。
因其场强服从瑞利分布,又称为瑞利衰落,衰落的振幅、相位、角度随机。
快衰落又可以细分为以下3类:
Ø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,从而引起时间选择性衰落。
Ø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。
Ø频率选择性衰落:
不同的频率衰落特性不一样,引起时延扩散,从而引起频率选择性衰落。
快衰落不是真正的信号衰减,而是多径信号叠加而形成的信号强度的抵消,这个我们一般很难进行预测。
相对于快衰落而言,路径损耗和慢衰落是信号的实际衰减,很难在接收端进行补偿,它们对应的是信号的长期变化趋势,随着用户的移动速度和位置,我们是可以预测的,也就是说这与无线传播环境有关。
由于路径损耗、慢衰落、快衰落各自不同的特点,因此移动通信系统中对抗它们的方法也不一样。
对于路径损耗和慢衰落,由于它们和具体的无线传播环境有关,需要在规划阶段就考虑它们的影响,进行合理的规划,控制路径损耗和慢衰落,使之在我们能够接受的范围之内变化。
对于快衰落,主要是在发射端和接收端采用一定的技术手段进行补偿。
通常有两种常用的技术,分别是快速功率控制以及分集。
常用的分集方法有以下几种:
Ø时间分集:
时间分集主要靠交织、检错和纠错编码、RAKE接收等方法,使包含同一信息的不同部分在不同的时间发射和接收。
不同交织和编码方案所具备的抗衰落特性不一样,这也是当今移动通信研究的前沿课题。
Ø空间分集:
空间分集主要采用两根分集天线发射/接收的办法来获得抗衰落的能力。
空间分集主要用于基站的接收端和发射端,而对于移动台而言,因为只有一根天线,因而不具有这种空间分集功能。
基站的接收机对主分集通道分别接收到的的信号进行处理,两根分集接收天线接收到的信号的快衰落特性不同,能够带来分集接收增益。
采用空间分集时主分集天线之间的间距要求大于10倍的无线信号波长(对于GSM900要求天线间距大于4米,GSM1800要求天线间距大于2米)。
另外,CDMA系统中,移动台处于软切换的情况时,也可以认为是一种空间分集的形式。
Ø极化分集:
极化分集指在接收端采用双极化天线,能够接收两路独立的快衰落特性不相关的无线信号,处理之后能够带来抗衰落的能力。
Ø频率分集:
对于GSM等窄带系统而言,频率分集主要通过跳频技术实现。
对于WCDMA等宽带系统而言,由于采用了直序扩频技术,信道带宽较宽,本身就具有频率分集的能力。
上图给出了穿透损耗的定义。
穿透损耗定义为建筑物紧挨外墙以外的平均信号强度与建筑物内靠近墙边的平均信号强度之差。
穿透损耗代表信号穿透建筑物的能力,与具体的建筑物类型、电磁波入射角度等都有关系。
同一建筑物对长波长电磁波产生的穿透损耗大于短波长电磁波。
第2章射频基础知识
射频子系统位于整个基站的最前端,是整个NodeB系统正常运行的关键环节之一。
本章主要介绍射频基本概念和知识。
一定的射频基础知识是学习无线网络规划优化所必需的。
在移动通信系统当中,分贝(dB)是最常用的一个功率单位。
分贝的应用如此普及是因为它能按照对数方式压缩大范围变化的信号电平的值。
另外,分贝还可以用来以对数方式确定功率的比值和电压的比值,这时,乘法运算能够变成较为方便的加法运算。
因此分贝常用于电子系统中的增益和损耗的计算。
分贝的单位有很多种,这里介绍两种最常用的单位。
绝对功率常用dBm来表示,它与瓦特(W)的换算关系是。
例如,假设功率为1w,那么这个功率就等于30dBm;假设功率为1mw,那么这个功率就等于0dBm。
从这里可以看出,0dBm不是没有功率,并且在用dBm表示功率时,可以为负值。
相对功率常用dB来表示,它是两个功率比值的对数表示形式。
。
例如,假设P1为2w,P2为1w,那么P1比P2大3dB。
从这里可以看出,两个功率相差大约3dB,那么它们正好相差1倍。
在进行运算的时候,需要注意的是dBm和dBm两个单位是不能相加的,如果需要对两个单位为dBm的功率求和,就需要先把它们转换成瓦特,相加后,再换算回dBm。
但是dBm和dBm可以相减,相减的结果是两个功率之间相差的倍数,而不是它们之间功率的差值。
噪声是另一个通信系统中较为重要的基本概念。
一般来说,噪声是指在信号处理和传播过程中遇到的无法确切预测的干扰信号。
即使没有信号传输,系统当中也会存在噪声。
噪声对于信号的传输是有害的,它能使模拟信号失真,使数字信号发生错码。
而信噪比SNR则用于描述信道当中有用信号与干扰的比值,信噪比越高,信号质量越好。
对于一个放大器来说,输入信号的信噪比总是比输出信号的信噪比要高,也就是说,一个信号经过放大器后,信噪比会恶化,噪声系数NF就是用来描述放大器对于输入信号信噪比恶化程度的度量。
噪声系数NF定义为输入信噪比与输出信噪比之比,即。
接收灵敏度是指在一定信噪比的情况下设备的最小接收信号强度,是反映设备接收能力的一个重要衡量指标。
接收灵敏度Smin=10lg(KTB)+NF+SNR。
其中K是波尔兹曼常数,为1.38×10-23,单位为J/K;T表示绝对温度,一般认为常温是290,单位为K;B表示信道带宽,单位为Hz;NF表示设备的噪声系数;SNR表示解调有用信号所需要的信噪比。
当B为1Hz时,10lg(KTB)为-174dBm/Hz;当B为3.84MHz时,10lg(KTB)为-108dBm/3.84MHz。
在移动通信系统中会用到很多射频器件,有些是有源器件,有些是无源器件,下面简单介绍其中的一些常用射频器件。
双工器,是无源器件,通常用于把接收和发送两路合成在一路上,以及把一路收发信号分离成单收和单发两路。
功分器,是无源器件,通常用于对功率进行等分,室内分布系统中用得较多。
常用的功分器有二功分器和三功分器等。
塔顶放大器TMA,简称塔放,是有源器件,通常安装在天线和主馈线之间,以提高基站接收灵敏度。
塔放放大上行的小信号,而对于下行信号没有放大作用。
耦合器,是无源器件,作用与功分器类似,区别是耦合器是功率不等分器件。
常用的耦合器有5dB耦合器、10dB耦合器、15dB耦合器等。
随着移动通信的发展,用户对于服务重量的要求也随之提高,人们希望任何时候,任何地点都能通话,但由于某些地点(如大型建筑物内,隧道及地铁等一些多阻挡的复杂区域),如果仅仅靠室外基站天线的覆盖,会有许多信号不能达到手机的接收要求,使得通信质量恶化,甚至通话中断。
为了解决以上问题,产生了分布式天线系统,如下图所示。
分布式天线系统的作用就是把基站的信号通过系统传送到分布在室内的各个天线当中,使得室内信号覆盖良好。
其中主要用到的器件有功分器、馈线、放大器、耦合器以及室内分布天线等。
第3章相关符号说明
本章对于在WCDMA无线网络规划和优化过程当中涉及到的相关符号作简要的介绍。
上图是以基站的接收端为例,描述了WCDMA系统的解扩原理。
这里忽略了基站本身的底噪影响,并且假设所有用户的业务是一样的。
手机达到基站的信号是经过扩频的宽带信号,其功率较低,占用的频带宽度较宽,为5MHz。
图上不同的颜色代表不同用户到达基站的信号。
假设所有用户使用相同的业务,那么由于功率控制的作用,无论用户距离基站较远还是较近,到达基站的功率都基本是一样的。
假设系统不存在外界干扰,在基站接收端接收到的所有用户的宽带能量之和就是基站接收到的总干扰,这个干扰可以用Nt来表示,也可以用RTWP(ReceivedTotalWidebandPower)来表示。
如果从UE接收端来考察,那么在UE接收端接收到的总干扰就是周围所有基站到达该UE的总宽带能量,这个干扰可以用Io来表示,也可以用RSSI(ReceiveSignalS
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