1、蜂窩移動通信系統中無線網優化第一講、概述1.1 簡介(1) 為什么要對蜂窩移動通信網進行優化l 移動用戶急劇增加的需要l 傳播環境變化l 市場(通信質量)競爭的需要l 運行成本的需要(2) 網絡組成：l 移動通信網包括：固定網部分和無線網部分；l 固定網部分包括：交換部分和固定傳輸部分；(3) 無線網部分比較復雜取決于用戶的移動性和傳播環境的復雜性；(4) 移動通信網質量好壞取決于無線網部分的質量好壞。(5) 蜂窩移動通信網網路結構圖：1.2 無線網優秀的標準l 滿足所需的容量：對蜂窩移動通信系統，通信容量可以用單位小區可用信道數(channel/cell)、單位小區愛爾蘭數(Erl./cel

2、l)、每平方公里用戶數(用戶數/km2)等來描述。實際上，這些表示方法之間可以相互轉換；l 覆蓋區域范圍：首先要覆蓋用戶最多的地方，然后考慮覆蓋范圍，越大越好，范圍越大越能吸引用戶；l 質量指標：覆蓋概率90%，話音質量4級，信道阻塞率25%，掉話率2%。通信概率定義：是指移動臺在無線覆蓋區邊緣(或區內)進行滿意通話的成功概率，包括時間概率和地點概率。規定：我國移動通信技術體制對公眾網通信概率明確規定為：覆蓋區邊緣界面處的無線信道通信概率不低于90%，邊遠郊區的邊緣處可根據實際情況適當降低到不低于50%(信噪比)。話音質量與通信概率關系：與通信概率一樣也是移動通信系統性能好壞的一項重要指標，并

3、且兩者之間是緊密相關的。影響因素：取決于信號電平和干擾電平，有時信號很強，但質量還是不好，就是干擾的原因。評價標準：而話音質量是按主觀評定方法進行評價，評分標準是由國際電報電話咨詢委員會(CCITT)的提出的五級評分標準，如表所示。表、CCITT話音質量五級評分標準話音質量級別評定類別主觀印象標準5優幾乎無噪聲和失真，話音完全可懂4良有輕微噪聲或失真，話音很易聽懂3中有噪聲或失真，但話音可懂2差噪聲大或嚴重失真，聽清話音吃力1劣話音幾乎聽不清掉話率與很多因素有關：無線網部分主要是信號電平、干擾電平和切換電平等有關；除此之外，還與傳播問題、規劃問題、硬件問題、控制問題等有關，這點以后專門介紹。獲

4、取：可以從系統(OMC)產生的統計報告中獲得信道阻塞率(又稱為服務等級或業務等級)定義：對總呼叫中不成功的呼叫數。話務量：為一組信道內移動電話呼叫的集合，而呼叫涉及到呼叫時長和呼叫次數，單位為愛爾蘭(Erlang)。獲取：可以從系統(OMC)產生的統計報告中獲得實際上述目標并不困難，但如何少花錢而又滿足上述目標，這才是評價無線網優秀的標準。1.3 建設無線網的內容內容包括：l 業務密度分布：初建網的業務密度是通過一些預測方法獲得的，比如市場調查方法、人口統計方法、按移動電話分布密度預測法、按移動電話安裝率預測法、按移動電話的普及率預測法等；已建網的業務密度分布是通過OMC中話務統計獲得的；l

5、可使用的頻率：使用國家無線會指定的頻率；l 對覆蓋的要求：覆蓋范圍大小和不同地區的要求；l 所要求的服務質量：比如上述的通信概率、話音質量、服務等級等；l 基站站址的正確選取：取決于業務密度、地形地物條件；l 基站參數的設置：包括天線取向、高度、下傾角、發射功率、切換電平等參數，這些參數與無線覆蓋、干擾、切換成功率等密切相關；l 每個基站的信道數設置：取決于基站所需業務量和改基站的服務等級；l 正確的頻率分配：考慮到同頻干擾和鄰頻干擾，也與每個基站的信道數有關。1.4 蜂窩原理頻率復用發展階段：最早的移動無線電通信是1921年在美國開始的，最早的公用移動電話業務是1946年由貝爾電話實驗室開通

6、的。但因頻率受限，發展一直緩慢。但真正引起移動通信業務的飛速發展還是蜂窩概率的提出。傳統系統特點：傳統移動通信系統天線盡可能高、發射功率盡可能大，基站覆蓋面積盡可能大；同頻系統相隔盡可能遠，以保證干擾信號電平低于接收機門限值。干擾保護比：蜂窩移動通信系統的干擾保護比的客觀值為同頻干擾模擬系統18 dB數字系統12 dB鄰頻干擾模擬系統-23 dB數字系統-9 dB蜂窩系統特點：(1) 高容量：理論上，一個蜂窩系統可以被規劃和擴展，向無限多個用戶提供服務；(2) 小區定義為單獨服務區：每個小區分配一組獨立的信道，一個系統可以通過增加小區來擴展服務地區；(3) 頻率復用：頻率復用使分配給一個小區的

7、獨立信道又可以被其它小區使用，但兩個同頻小區之間的干擾小于接收機的干擾保護比。頻率復用的缺點：會出現同頻干擾和鄰頻干擾。同頻干擾是使用相同頻率的其它小區對服務區的信號干擾；而鄰頻干擾是指工作于不同信道的發射機對接收機的干擾，其中相鄰的信道干擾最為顯著。但只要設計合適，頻率復用的缺點可以避免。1.5 蜂窩系統能有效利用頻率舉例：對GSM系統，頻率帶寬是15 MHz，如果不復用，每個信道帶寬200 kHz，每個信道帶寬為8個時隙，那么最多話音信道是15, 000, 000/200, 000*8=600。但如果頻率復用5次，那么話音信道增加為600*5=3000，也即相當于頻率帶寬為15 MHz*5

8、=45。有效利用頻率與干擾保護比有關：干擾保護比小意味著頻率復用距離小，也即復用次數可以增加，從而增加頻率帶寬。根據干擾保護比確定復用方式：設基站各參數相同，且采用全向天線，地形地物相同，也即天線發射的信號隨距離的衰減是相同的，衰減指數為(34)。此時，我們要考慮的服務區周圍最近的同頻小區有6個，也即干擾源為6個，服務區內載干比為為 式中為服務區基站的信號功率，為第個同頻干擾小區的基站引起的干擾功率，同頻小區距離，為小區半徑。對模擬系統，干擾保護比 dB，則計算出對數字系統，干擾保護比，則計算出根據蜂窩頻率復用的幾何關系，頻率復用之間距離為，因此這幾種頻率復用模式的復用距離為從干擾保護比對頻率

9、復用的要求，模擬系統需要選用的復用方式，數字系統需要選用。但實際情況比較復雜，對模擬系統采用復用方式即可滿足要求。若采用定向天線，利用定向天線的方向性，減小干擾源，提高載干比，從而縮短復用距離。對模擬系統TACS和AMPS可以采用7´3，而數字系統GSM可以采用4´3和3´3兩種形式。頻率復用距離示意圖每簇7小區的復用模式1.6 小區分裂(1) 小區分裂類型：(1) 小區半徑縮小，增加新基站；(2) 把全向天線變成扇形天線；(2) 小區分裂目的：將話務擁塞的小區分成更小小區的方法，每個小區都有自己的基站并相應地降低天線高度和發射功率；城市業務密度不均勻，在業務高密

10、度的地方，小區半徑就小，業務密度低，小區半徑就大。(3) 小區分裂過程：建網初期，用戶較少，小區半徑應該大一些，隨著用戶數量的增加，就可以采用小區分裂的方法，這樣新小區半徑縮小了，達到系統擴容目的，原有基站也可以不動，不浪費原有投資，只需要增加新的基站設備；(4) 小區分裂容量：假設按原小區半徑的1/2來分裂，則分裂后的小區覆蓋面積減小到原來的1/4，若每個小區信道數不變，則容量增加4倍；(5) 小區分裂發射功率：設原有覆蓋區邊界上接收功率均為，為了不降低服務質量，分裂后覆蓋區邊界上接收功率也應該等于，正是通過原有的和分裂后邊界上相等的接收功率和不同的小區半徑，來確定分裂后小區基站的發射功率。

11、設傳播路徑衰減指數為，對原有的和分裂后小區基站發射功率分別為和表示為使上兩式相等，則求出分裂后新基站的發射功率應該為如果傳播路徑衰減指數，則，也即要填充原有的覆蓋區，且又要達到要求，發射功率應降低12 dB。(6) 選擇小區分裂擴容法應遵循以下原則：l 確保已建基站可繼續使用；l 應保持頻率復用方式的規則性與重復性；l 盡量減少或避免過渡區；l 確保今后可繼續進行小區分裂。(7) 小區分裂缺點：l 干擾電平的增加l 需要重新規劃頻率l 新蜂窩場地實施需要成本l 越區切換次數增加小區分裂示意圖1.7 移動通信中無線電波傳播原理(1) 移動通信環境特征：l 自然地形(平坦地形、準平坦地形、丘陵、山

12、區、水域等)；l 人工建筑物(數量、高度、分布、材料特性、方向)；l 地面植被特征；(2) 電波傳播特性：對移動信道是時變信道，無線信號通過移動信道受到以下幾方面的影響：l 自由空間傳播損耗：即用表示，其中衰減指數一般為34。l 慢衰落(也稱為陰影衰落)：是由傳播環境的地形起伏、建筑物及其它障礙物對電波的阻擋引起的衰落，信號呈對數正態分布，概率密度函數為式中為信號中值(dB)，為信號中值的均值(dB)，取決于整個測試區的平均值，為信號中值的標準偏差，取決于測試區的地形地物、工作頻率等因素；l 快衰落：是由移動環境的多徑傳播引起的衰落，疊加在慢衰落上的快速起伏，其與移動臺的速度和信號波長有關，起

13、伏幅度可達幾十個dB，信號變化呈瑞利分布，概率密度函數為式中為信號包絡，為一個與信號的平均功率有關的參數。快衰落會降低信號質量，因此常常要留有快衰落的儲備；l 多徑時延：在移動通信環境中，到達移動臺的信號路徑有很多條，相對于路徑最短的(往往信號最強)有不同的時間差，稱為多徑時延，其對數字移動通信影響比較大，比如對誤碼率的影響。l 多卜勒效應：當移動臺移動時，收到的電波將發生頻率變化，此變化稱為多卜勒效率，表示為式中為電波入射方向與移動臺運動方向的夾角，為移動臺運動速度。(3) 電波傳播特性研究方法：l 對電波傳播特性用統計方法描述；l 建立傳播模型，用圖表和近似計算公式等方法；1.8 場強預測

14、(1) 場強預測的重要性：基站覆蓋、小區劃分、頻率分配、同頻干擾、鄰頻干擾等計算就是基于場強預測，這是無線網優化的核心內容，而場強預測的核心是電波傳播預測模型。(2) 場強預測計算：從發射點到接收點，信號經過各種增益和衰減，如圖所示，接收信號電平的計算公式為式中移動臺接收信號電平基站發射功率基站天線共用器損耗基站饋線損耗基站天線增益空間傳播損耗移動臺天線增益移動臺饋線損耗(3) 空間傳播損耗：上述公式中，除了以外，其它都是比較確定的。由傳播模型確定，與距發射點的距離、收發天線高度、地形地物、植被、水域等因素有關。所有這些因素在傳播模型中均有反映。1.9 最小接收信號電平(1) 接收機靈敏度定義

15、：接收機靈敏度是指在接收機輸出端達到規定的信噪比或信納比時，在接收機輸入端所需的最小接收信號電平為。這里最小接收信號電平是在實驗室中得到的數據。(2) 實際環境：除了考慮接收機內部噪聲外，還要考慮汽車點火系統等引起的人為噪聲、多徑衰落，此時為在輸出端達到規定的信噪比或信納比時，在輸入端所需的最小接收信號電平為。(3) 和之間關系為式中為快衰落和人為噪聲引起的惡化量，為滿足通信概率所需要的系統余量，與地形類型有關，和的單位為dB，和的單位均為。(4) 信噪比和信納比的定義及之間關系：信噪比信納比信噪比和信納比的關系：式中為信號，為噪聲，為失真數。(5) 舉例：由于各地的惡化量和系統余量隨地形地貌

16、變化，因此，最小接收信號電平也是不同的。l 模擬移動系統的靈敏度為 dBm，惡化量為10 dB，系統余量為8 dB，那么，最小接收信號電平為+10+8= dBm；因此國內模擬移動系統最小接收信號電平設計指標為 dBm dBm；l 對GSM系統，當時，話音質量是5分；當 dBm>> dBm時，話音質量是4分；當 dBm>> dBm時，話音質量是3分；當< dBm時，話音質量是2分；因此，數字移動系統最小接收信號設計指標為 dBm dBm。1.10 話務理論(1) 話務量：為一組信道內移動電話呼叫的集合，而呼叫涉及到呼叫時長和呼叫次數，實際上是移動電話負荷大小的一種度

17、量，單位為愛爾蘭(Erlang)，表示一個呼叫占用一個信道一個小時。(2) 忙時話務量：是指系統或信道最忙時的最大話務負荷，這是移動通信工程設計的依據之一。(3) 話務量、信道數和阻塞率之間關系：泊松公式：被阻塞呼叫保持呼叫Erlang-B公式：受阻塞呼叫放棄，不再等待Erlang-C公式：被阻塞呼叫保持到被服務為止式中為信道數，為話務量，為阻塞率。(4) 信道利用率：是指每個信道在單位時間內被占用的時間，也即每個信道完成的話務量，表示為(5) 舉例說明：若每個用戶話務量是0.025 Erlang，對某基站話務量、信道數和阻塞率之間的關系及信道利用率如表信道數阻塞率話務量用戶數/信道信道利用率

18、162%9.839.83/0.025/16=2461%165%11.52972%82%3.631845%85%4.542257%(6) 基站信道數預測：設每個用戶的話務量是0.025 Erlang，估算每個小區用戶數，然后計算出該小區基站的總話務量，根據阻塞率要求，利用Erlang-B公式計算信道數。1.11 蜂窩移動通信網規劃設計定義：l 制訂預期目標l 確定基站位置和數量l 確定信道數l 制定頻率配置方案l 基站覆蓋l 基站天線類型和高度l 基站發射功率步驟：(1) 可用頻率許可：由國家無線電管理委員會批準。比如GSM系統，國家無委會批準移動公司可用頻率為905 MHz909 MHz(上行

19、)/950 MHz954 MHz(下行)，共有20個載頻；聯通公司可用頻率為909 MHz 915 MHz (上行)/954 MHz 960 MHz (下行)，共有29個載頻；(2) 基站初始布局的確定：頻率復用方式、基站數量的確定、基站布局和站址選擇等；(3) 傳播模型選擇：根據蜂窩大小及基站所處位置選擇合適模型使預測精度更高；(4) 基站覆蓋預測：根據每個蜂窩的大小確定基站參數，使覆蓋滿足要求(通信概率、最小接收信號電平)；(5) 判斷整個網絡覆蓋是否滿足要求；(6) 若滿足要求，就要根據用戶數的預測，進行容量規劃，從而完成信道分配，在此基礎上進行頻率分配和干擾分析(7) 若滿足上述條件，

20、則規劃結束。1.12 無線網絡優化(1) 網絡建設步驟：(2) 優化步驟：第二章、若干基本概念2.1、無線網優化原因：(1) 入網用戶數增加過快，(2) 擴容的周期短，速度快所引起的遺留質量問題。定義：對正式投入運營的網絡進行參數采集、數據分析，找出影響網絡質量的原因，調整參數或采取某些技術手段，使網絡達到最佳運行狀態，使網絡資源獲得最佳效益。判斷指標：l 掉話率l 切換成功率l 信道可用率l 呼叫成功率l 信道阻塞率參數調整：l 不可調小區參數：小區識別碼(Cell ID)、系統內小區識別碼(ICID)、區域識別碼(AID)、系統識別碼(SID)等等，對服務質量指標影響不大；l 可調小區參數

21、：接入門限電平、切換門限電平、相鄰小區定義、頻率配置等等，對服務質量指標影響很大。優化內容：l 找出對容量、覆蓋或服務質量方面增加的要求；l 使容量適應整個地區實際用戶分布；l 根據用戶數的增長進行擴容；優化步驟：l 解決工程遺留問題：規劃設計時考慮不周到引起的；l 優化調整：根據網絡質量調整參數，流程圖如圖所示² 系統調查：即對數據進行收集，包括基站話務數據、交換話務數據、話音質量測試、電測、用戶申告、小區頻率規劃核查等² 數據分析：通過系統評估的標準，對網絡數據進行分析，正確評價網絡² 系統調整：制訂優化方案并實施優化結果：l 從用戶角度感覺到：掉話次數減少、

22、呼叫建立的延時時間較小、通話時話音質量改善了；l 從運營商角度感覺到：掉話率下降、切換成功率提高、小區覆蓋率提高、阻塞率下降、接通率提高。2.2、系統調查采集數據：從OMC、MSC和基站系統采集和統計話務數據、掉話率參數、切換成功率、呼叫成功率和信道阻塞率，調查網絡情況；用戶申告：通過業務部門了解用戶投訴或直接向用戶調查，及時了解網絡運行中出現的有關服務質量方面的問題，以便有針對性地對網絡進行優化，使網絡保持最佳運行狀態；現場測試：包括小區覆蓋測試、干擾測試、呼叫測試、信號接收質量(RxQual)、切換(handover)、時間提前量(TA)、控制信道(BCCH)等。實現測試的方法和手段后面還

23、要介紹；話音質量測試：拿著測試手機在小區指定地點內進行撥打通話測試，并紀錄撥打接通情況、話音質量情況、掉話情況等；小區頻率規劃核查：在優化之前，應該仔細核查小區中基站頻率配置是否符合頻率配置規劃；2.3、天線天線增益：在同一輸入功率下，天線在最大輻射方向的輻射強度與無方向性天線在同一點產生輻射強度的比值。天線是無源的，在某個方向獲得增益是通過減少其它方向的功率；波束寬度：天線波瓣的主軸方向與輻射功率低于主軸方向3 dB的點之間的夾角。參考天線：各向同性天線和偶極子天線，天線增益單位分別為dBi和dBd，其中0 dBd=2.14 dBi；基站天線類型：根據覆蓋要求選擇不同類型的天線，包括l 全向

24、天線：水平方向上有均勻的輻射方向圖，而垂直方向上的方向性獲得增益的；l 定向天線：也稱為扇形天線，水平方向上和垂直方向上的輻射方向圖均為非均勻的；l 特殊天線：主要用于室內和隧道內，比如泄露同軸電纜；l 多天線系統：由許多單個天線形成一個合成的輻射方向圖，比如街道和高速公路，可以在一個塔上安裝兩個方向性天線，通過功率分配器饋電。分集技術：優點能提高系統性能而不需要增加發射功率或帶寬，同時可以改善上行鏈路和下行鏈路的功率平衡。l 空間分集：在空間垂直方向上利用相隔46 m的兩個接收天線，適用于室外環境；l 極化分集：在極化平面上把接收天線隔開90度，適用于室內環境；天線下傾：l 優點：(1) 把

25、同頻干擾最少到最小值；(2) 有助于避免緊靠基站場地的覆蓋縫隙；l 缺點：(1) 由于干擾電平的改變，頻率復用模式需要修正；(2) 蜂窩覆蓋的區域減小，蜂窩邊界的信號電平降低；有效輻射功率：式中有效輻射功率基站發射功率基站天線共用器損耗基站饋線損耗基站天線增益如果基站天線增益以dBi為單位，則利用該式計算的是有效全向輻射功率，因此ERP和EIRP之間關系表示為2.4、頻道分配(以GSM為舉例)頻道分配：使用了系統頻帶中所有可用頻率的一組相鄰小區稱為一簇小區，即一簇內沒有頻率復用。屬于一簇的小區數可以有多種結構l 21個小區(7´3)l 12個小區(4´3)l 9個小區(3&

26、#180;3)舉例：l 3´3小區的頻道分配表頻率組A1B1C1A2B2C2A3B3C3各頻道組的頻道號767778798081828384858687888990919293949596979899100101102103104105106107108109110111112113114115116117118119120121122123124l 3´3小區的頻道配置圖l 特點：(1) 同一小區中使用的頻道數總是相隔9個頻道，考慮發射機合路器的性能；(2) 同一小區相鄰信道之間的鄰頻干擾可以避免；(3) 相鄰小區無法避免使用相鄰頻率，可能出現鄰頻干擾。2.5、傳播模型自

27、由空間路徑損耗模型：用于預測接收機和發射機之間完全無阻擋的視距路徑時的接收信號場強，此時的接收天線的接收功率為式中為與傳播無關的系統損耗因子。路徑損耗定義為有效發射功率和接收功率的差值，因此，自由空間路徑損耗公式表示為平坦地面路徑損耗模型：平坦地面的傳播模型除了直接路徑外，還要考慮來自于地面的發射路徑。對條件是其路徑損耗為由此可見，平坦地面路徑損耗與頻率無關。不規則地面路徑損耗模型：l 為了計算不規則地面路徑損耗，必須給出菲涅爾積分宗量為式中為峰點離基站的距離，為基站和移動臺之間距離，為基站天線高度，為移動臺天線高度。l 基于惠更斯原理，接收點場強與自由空間值的比率可以由菲涅爾積分給出l 該積

28、分表達式不便于工程計算，因此可以用擬合方法把積分公式變成下列解析表達式 Okumura-Hata預測模型：該模型是在各種傳播環境的實驗數據統計出來的經驗預測模型。l 模型表達式：以市區傳播損耗模型為標準，其它地區是在該基礎上進行修正。市區路徑損耗的公式為式中為移動天線修正因子，表示為 對于中小城市 對于大城市，l 適用條件：150 1500 MHz30 200 m1 10 m1 100 kml 有效天線高度：定義為天線相對海平面的高度減去3到15 km平均地面高度為有效天線高度。COST231-Hata預測模型：l 表達式：式中l 適用條件：1500 2000 MHz30 200 m1 10

29、m1 20 kmCOST231-Walfish-Bertoni模型：l 模型公式式中自由空間路徑損耗多重屏蔽的繞射損耗街道建筑物頂部到街道的繞射損耗和散射損耗l 適用條件：800 2000 MHz40 50 m1 3 m20 5 km2.6、信號變化信號特征：移動信號包絡是由疊加在慢衰落信號上的快衰落組成的，表示為或式中或為長期衰落，或為短期衰落。長期衰落(慢衰落)：l 定義：是指接收的衰落信號的平均值或包絡，該平均值稱為局部均值；l 起因：是由基站合移動臺之間地形和人為環境結構的變化引起的，變化規律服從對數正態分布；l 影響結果：對信號影響的方式是減少發射機的覆蓋。l 消除方法：使用衰落儲備

30、。短期衰落(快衰落或多徑衰落)：l 是接收到的衰落信號的瞬時值；l 起因：主要是由發射波受到周圍散射體或自然障礙物的多徑反射引起的，變化規律服從瑞利分布；l 影響結果：對話音質量的影響表現為能聽到討厭的象爆裂的聲音；l 消除方法：(1) 增加發射功率，以此提供衰落儲備；(2) 采用空間分集，減少深衰落的次數。2.7、時間色散時間色散：時間色散是研究信道特征的一種參量，對數字蜂窩系統的影響非常大；描述方式：時間色散用功率時延譜來描述最方便也很普遍，功率時延譜表示為式中為第路徑信號的幅度，而功率時延譜與各個多徑分量的功率和有關。時間色散參數：平均過度時延、rms時延擴展，分別表示為參數影響：與碼間

31、干擾引起的特性惡化有關，且實驗表明在多徑環境中通信系統的性能對很敏感。舉例：以GSM為例l 抗時間色散：GSM系統設計成抗時間色散，即GSM均衡器可以處理時延達到4比特的反射，相當于15 。把信號在15 之內到達稱為時間窗口，在時間窗口外到達的反射將對系統構成干擾。l 最小時間色散要求：載波反射比門限，定義為在均衡器窗口內的能量和均衡器窗口外的能量之比值。可能產生時間色散的環境和條件：l 環境² 山區² 岸比較陡或比較密集的湖泊² 丘陵地區的城市² 高層金屬建筑物l 條件² 大路徑差、強直接信號、弱反射信號，大于門限不會出現時間色散的危險

32、78; 大路徑差、弱直接信號、強反射信號，接近或小于門限會出現時間色散的危險² 小路徑差、弱直接信號、強反射信號，接近或小于門限，但時延在均衡器窗口內不會出現時間色散的危險l 結論² 植被和樹林覆蓋的山區反射比表面為巖石的山區小² 陡峭山區比綿延起伏的丘陵反射大² 孤立建筑物已不被看作問題時間色散判斷：l 直接信號和反射信號之間的時間差；l 相對直接信號的反射功率大小；l 以基站和移動臺為焦點，以固定的反射路徑長度畫橢圓，在橢圓內反射體不會引起時間色散，在橢圓外反射體可能會引起時間色散。解決方法：l 基站選址：將基站盡可能建在靠近反射體處，使路徑差保持在

33、均衡器窗口內；或者基站遠離反射體，將天線指向背離反射體方向，使反射信號很弱；l 水域：沿海岸地區應由水域對面基站來覆蓋，因為沿海岸會有越過水面的長距離反射的危險；如果天線旁瓣引起的時間色散可以利用切換來解決，因為GSM除了信號強度切換外，還可以根據誤碼率切換，即時間色散過大，移動臺就被切換到替換小區內；l 改變天線下傾角：通過下傾角盡量避免來自發射天線信號照射到反射體上；l 測量：對有時間色散問題的區域，除了進行常規的信號強度測量外，還要進行時間色散測量；測量方法有：² 脈沖測量² 誤碼率測量，缺點是不能辨別、和，因為這幾種均會產生誤碼率² 誤幀率第三章、干擾分析

34、3.1、干擾分析MSC數據的分析(上行干擾分析)：l 根據MSC的干擾測試文件，列出受干擾小區及其信道數、閉塞數、干擾數；l 根據干擾數可以判斷該信道的閉塞是否由干擾引起的；l 根據干擾信號的SAT音(監控音)和同頻信道資料可以查出是否是本系統內的同頻基站引起的同頻干擾；l 若不是同頻干擾，則查找是否是鄰頻干擾；l 若無SAT音則是非本系統的外來干擾，可選用具有AM(調幅)、FM(調頻)及SSB(單邊帶調制)通信解調功能的測試接收機，在基站測試并紀錄解調信號，得到對本系統工作信道造成干擾的時間和場強分布圖，以便調查非法的發送并保存證據。下行干擾分析：l 通過測試車測試并分析所得到的各信道的場強

35、值和閉塞情況；l 若該信道閉塞，則可能是干擾引起的原因，此時需要進行同頻干擾測試和鄰頻干擾測試，也可以用頻譜分析儀進行干擾信道測試；3.2、同頻干擾定義：對接收機有用信號產生干擾的同頻無用信號稱為同頻干擾。蜂窩小區同頻干擾：l 蜂窩系統采用頻率復用模式來提高頻譜效率，增加了系統容量，但產生同頻干擾；l 小區分裂使基站服務區縮小，同頻干擾取代人為噪聲和其它干擾成為對小區制的主要約束，移動無線電環境由噪聲受限環境變成干擾受限環境；l 小區扇區化減少干擾源，降低同頻干擾；舉例：GSM系統l 同頻干擾保護比為9 dB，該值是根據目前運行的蜂窩移動接收機可接受的話音質量測定的。l 同頻復用模式：4

36、80;3結構、3´3結構和2´6結構，此時干擾源減少到2個以內；同頻干擾計算機輔助預測：l 利用同頻復用距離和小區半徑的比值估算是最簡單的定性預測，沒考慮到環境影響；l 基于高精度的地形數據庫和傳播模型以及基站參數計算小區內載波干擾比分布圖；l 高精度地形數據庫內信息參數包括地形海拔高度、建筑物高度、樹林分布、街道寬度、水面分布等；l 優點：簡便快速，預測范圍廣，便于全面了解小區內同頻干擾情況；l 缺點：預測精度取決于地形數據庫精度和傳播模型的精度。降低同頻干擾的措施：(1) 增加同頻小區之間的間隔：從頻譜效率方面看，在網絡優化方面，該方法不可行；(2) 消除建筑物玻璃幕面

37、反射引起的同頻干擾：調整天線取向，避開玻璃幕面的反射；(3) 降低發射功率：(1) 通過降低移動臺最大發射功率參數和移動臺功率控制門限參數來達到降低移動臺發射功率；(2) 通過增大基站小區BTS峰值功率的預衰減參數或最大發射功率、最小發射功率來降低基站發射功率，但會影響基站覆蓋區范圍的，不便輕易降低；(4) 不連續發射(DTX)：DTX分為上行DTX和下行DTX。通過限制無用信息的發送來減少對同頻移動臺或同頻基站的干擾。(5) 采用跳頻技術：由于跳頻使得發射載頻以突發脈沖序列為基礎進行跳變，從而可明顯降低同頻干擾和頻率選擇性衰落效應，達到干擾源分集和頻率分集的效果；(6) 降低基站天線高度：效

38、果相同降低基站發射功率；(7) 天線方向去藕：利用基站定向天線水平方向圖中不同天線增益差，調整的干擾基站天線主軸取向，使其偏離被干擾小區來降低同頻干擾；(8) 天線下傾(機械式)：類似天線方向去藕，將天線主軸下傾，結果天線下傾加強本覆蓋區內的信號強度，又減少對同頻小區的干擾，但會改變覆蓋區范圍；(9) 抗同頻干擾天線(電子式)：目前天線設計中的賦形波束技術，其效果類型機械式天線下傾；(10) 分集接收：常用空間分集和極化分集，既可以改善衰落影響，也可以降低同頻干擾，因此是很有效的分集技術；(11) 頻率配置的優化調整：利用計算機輔助方法，考慮同頻干擾和鄰頻干擾，對小區頻率進行調整；3.3、鄰頻

39、干擾定義：干擾臺鄰頻道功率落入接收鄰頻道接收機同帶內所造成的干擾，稱為鄰頻干擾。鄰頻干擾起因：是發射機的帶外輻射和接收機選擇性共同作用而造成的，如圖所示，發射機的輻射功率并非單一頻率而是一個頻帶，它在鄰道的輻射功率可以和有用信號一起進入接收機，而接收機響應對鄰道發射機的主要輻射衰減不夠大，從而一起構成鄰道干擾。鄰頻干擾示意圖蜂窩小區鄰頻干擾：相鄰小區產生的鄰頻干擾或覆蓋區過大引起的鄰頻干擾。降低鄰頻干擾的措施：頻率分配中優化調整；相同于同頻干擾的降低措施。鄰頻干擾計算舉例：假設鄰信道分配給相鄰場地，且比率隨移動臺朝向或遠離蜂窩的變化而變化。此外，也假設帶外信號是由用至少26 dB(EIA標準)

40、的后調制濾波器衰減的。于是鄰信道干擾為 (6)式中鄰信道隔離度是由后調制器給出的，而后調制器隔離度一般為26 dB。作為一個例子，在相鄰場地的鄰信道有，則。3.4、互調干擾定義：當兩個以上不同頻率信號作用于一非線性電路時，將互相調制產生新的頻率信號輸出，如果該頻率正好落在接收機工作信道帶寬內，則構成對該接收機的干擾，稱為互調干擾。表達式：也即當輸入的兩個頻率之和(或一個頻率的二倍)與輸入的另一個頻率之差正好等于某一信道頻率時，則三(或二)頻率形成互調干擾。TACS網對GSM網的互調干擾：l 原理：由于TACS發射機功放的非線性，TACS下行鏈路頻道之間可能產生互調干擾；l 互調干擾條件：若互調

41、干擾信號正好落入GSM網的下行鏈路頻帶內，則構成TACS網對GSM網的互調干擾；l 最大互調干擾：發生在GSM網移動臺進入TACS基站附近區域；l 若GSM和TACS共基站時，則有用信號因移動臺離GSM網基站距離太近而受功率控制其值較低，從而使此時的值最差；l 互調干擾現象：若在TACS網的基站附近出現載干比小于規定值而造成的GSM網覆蓋盲區的話，則極有可能是由互調干擾引起的。TACS網和GSM網間的互調干擾：l 原理：若TACS網和GSM網共基站的話，它們之間可能會出現互調干擾；l 分析：若GSM發射機下行鏈路信號(下行頻率為)達到并進入共基站的TACS發射機內(發射頻率為)，由于TACS發

42、射機功放的非線性，和頻率信號會互調產生新的互調頻率，若該頻率落入GSM網的上行鏈路頻段內，即，則三階互調信號進入共基站的GSM基站接收機頻帶內引起互調干擾。l 解決辦法：GSM接收機接收到的移動臺有用信號和該互調干擾信號之比滿足 dB；但遠離基站的移動臺不滿足該條件，從而容易引起互調干擾；降低互調干擾的措施：l 對于共基站情況，增大TACS和GSM基站天線之間距離盡量并列放置，使天線去藕大于10 dB；l 增加GSM下行鏈路的發射功率；l 優化頻率配置，避免有害的互調干擾發生。3.5、時隙干擾：l 定義：使用同一載頻的不同時隙的呼叫之間的干擾；l 原因：離基站較遠的移動臺發出的上行信號在時間上

43、有一個時延，時延的上行信號重疊到下一個相鄰的時隙上會造成相互間干擾；l 解決方案：GSM系統利用時間提前量TA(Timing Advance)來克服該干擾。基站根據自己的脈沖時隙與接收到的移動臺時隙之間的時間偏移測量值，通過慢速輔助控制信道(SACCH)通知移動臺所要求的時間提前量，以補償傳播時延。3.6、碼間干擾：l 移動通信環境影響：(1) 接收信號包絡的多徑衰落現象的影響；(2) 時域上使數字信號傳輸時產生時延擴展；l 產生碼間干擾原因：² 時延擴展：接收信號中一個碼元的波形會擴展到其它碼元周期中引起碼間干擾；² 頻率選擇性衰落：當數字信號在傳輸過程中頻率選擇性衰落造

44、成各頻率分量的變化不同引起波形失真，引起碼間干擾；l 解決方案：GSM系統采用均衡的解調技術解決碼間干擾問題。第四章、模型校正4.1、蜂窩小區分類宏蜂窩小區(macrocell)l 宏蜂窩小區覆蓋半徑為1 km25 km；l 基站的發射功率超過10 W；l 基站天線盡可能做得很高；l 存在的問題：² 一是“盲點”，由于電波在傳播過程中遇到障礙物而造成的陰影區域，該區域通信質量嚴重低劣；² 二是“熱點”，由于客觀存在商業中心或交通要道等業務繁忙區域，造成空間業務負荷的不均勻分布；l 解決方案：設置直放站和小區分裂，但² 直放站實質是一個寬帶放大器，設置不合理(包括選

45、址及安裝等)或設置過多，易造成對周圍信號的干擾；² 小區分裂實質就是采用使宏基站變密的辦法(即將覆蓋面大的基站分裂成覆蓋面較小的基站)來增加系統的容量，但當基站小到一定程度時，由于干擾和基站接入等問題，這種辦法將難以再進行。微蜂窩小區(microcell)l 微蜂窩小區的覆蓋半徑為30 m300 m；l 由于微蜂窩基站的發射功率比較低，頻率復用距離較小，干擾很低，可滿足該微小區域質量與容量兩方面的要求；l 基站天線低于屋頂高度，傳播主要沿著街道的視線進行，信號在樓頂的泄露小；l 用于話務量比較集中的地區，如購物中心、娛樂中心、會議中心、商務樓、停車場等場地。l 微蜂窩優點：²

46、; 設備體積小，安裝簡單靈活，可快速解決熱點地區的容量與覆蓋問題；² 無需改變網絡結構，無需特殊手機；² 采用微蜂窩的容量可明顯提高。l 微蜂窩也具有以下一些缺點：² 為解決大城市的連續覆蓋，需要大量的微蜂窩，投資十分龐大；² 采用分層結構時，網絡結構復雜，增加了頻率規劃的難度。微微蜂窩小區(picocell)l 微微蜂窩覆蓋半徑為10 m30 m；l 基站發射功率約在幾十毫瓦左右；l 天線一般裝于建筑物內業務集中地點。l 主要用于解決商業中心、會議中心等室內“熱點”的通信問題。4.2、模型分類l 經驗模型：根據大量測試數據經統計分析而獲得的一系列曲線和

47、公式來計算傳播路徑損耗，比如Okumura-Hata模型；l 確定性模型：直接求解電磁理論中的各種場強計算公式得到路徑損耗，比如繞射理論，射線跟蹤法建立的模型；l 半確定性模型：根據實驗數據對確定性模型進行修正，以改善預測路徑損耗精度，比如COST231-Walfish-Bertoni模型；4.3、模型校正校正理由：上述介紹的模型均具有一定的局限性，用修正后的傳播模型來計算場強預測值會提高預測精度；校正模型表達式：校正模型表達式是基于Okumura的基本模型，具體形式有些不同，但最終結果是一樣的，下列表達式是MSI公司的PLANET模型校正其中：接收信號功率電平(dBm)：基站有效輻射功率(d

48、Bm)：基站天線有效高度：移動臺天線有效高度：基站與移動臺之間的距離：繞射損耗：衰減常數：距離衰減系數，：基站天線高度校正系數：繞射校正系數：移動臺高度校正系數：地物衰減修正值校正參數：、為待校正參數；校正模型分析：l 根據測試數據，利用擬合方法使校正模型與測試數據之間的剩余均方差(rms)最小，從而確定出上述參數；l 參數影響：² 和為常量，與傳播距離、天線高度等因素無關；² 和的調整要視具體的測試數據和測試路徑而定，且在模型校正中影響比較大；² 和的調整不大，一般只作一些微調。校正模型步驟：(1) 設置初值：，利用測試工具確定各數據文件的總均方值和誤差，并得出

49、針對整個測量結果的總均方值和均方誤差；(2) 利用步驟(1)結果，調整和，使總誤差和均方誤差等于0；(3) 保持和不變，調整使均方值達到最小；(4) 保持、和不變，調整使均方值最小；(5) 重復步驟(3)，但小幅度調整；(6) 重復步驟(4)，但小幅度調整；(7) 保持步驟(6)的數據不變，調整使均方值最小；(8) 重復步驟(3)(7)，調整、和使均方值最小；(9) 保持步驟(8)的數據不變，調整使均方值最小；(10) 重復步驟(3)(9)，調整、和使均方值最小；誤差分析：l 測量中GSP的精度目前達到10 m左右，因此距離的誤差可能產生幾dB的誤差；l 地圖制作廠商對地物分類可能不精確，可能

50、產生誤差；l 測量中使用的軟件可能不精確，這是系統需要校正；l 由于測量中使用不同類型和長度的電纜，很難精確測量電纜損耗和有效輻射功率，產生幾dB誤差；第五章、覆蓋測試5.1、覆蓋要求最小接收電平決定覆蓋范圍：對GSM系統，覆蓋區邊緣最小接收功率為 dBm；若考慮到噪聲和快衰落的影響，需增加10 dB衰落引起的惡化量，對慢衰落的影響需增加8 dB保護，最小接收功率設計指標為。對宏蜂窩系統只考慮覆蓋區邊緣最小接收功率，若達不到覆蓋要求的區域稱為盲區。最小載干比決定覆蓋范圍：對小蜂窩系統，除了考慮覆蓋區邊緣最小接收功率外，還要考慮覆蓋區內最小載干比，若達不到要求的區域稱為盲區。對GSM系統，最小載

51、干比=9 dB。最小接入電平決定覆蓋范圍：l 接入電平可以決定實際的服務范圍；l 通過調整最小接入電平參數來調整蜂窩小區對呼叫接入的服務范圍，以達到調節話務量分布的目的；l 室內的最小接入電平的設置要考慮到建筑物墻體穿透損耗，若室外最小接入電平參數為 dBm，那么室內選為 dBm；l 若接入電平參數設置太高，則覆蓋區內的移動臺接入困難，若最小接入電平參數太低，則該電平接入的話音質量比較差。越區切換決定覆蓋范圍：l 越區切換可以決定實際的服務范圍；l 通過調整越區切換參數確定切換區域，也可以達到調節話務量分布的目的；l 越區切換的不同算法影響覆蓋區，但影響甚微；5.2、場強覆蓋測試和呼叫測試設備

52、(1) 場強測試設備包括：測試儀器、便攜機、測試車和電源等，其中測試儀器必須具備多信道測試功能，且能自動滿足采樣定理的數據采集系統，并實時處理及后臺處理的數據存儲系統；(2) 測試儀器必須具備通話跟蹤測試功能，對測試手機編程以便能正常通話，并能紀錄各種狀態，如越區切換、阻塞呼叫、掉話等，同時還能測試手機所占上的BCCH(廣播控制信道)或載波信道及其場強電平值、時隙、時間提前量以及相鄰小區BCCH及場強電平值；(3) 測試系統具備GPS系統，以便確定測試地點的精確位置；(4) 專用測試車，以便安裝測試儀器和測試人員操作使用；(5) 一種或幾種供電系統，以便測試和操作時使用。5.3、數據采集移動通

53、信傳播特征：移動通信傳播信號可以表示為：其中，為距離，為接收信號，為瑞利快衰落，為局部平均值，也就是慢衰落和空間傳播損耗的合成，可以表示為：其中為平均采樣長度。采樣長度：對采樣長度上的原始數據求中值可得到局部平均值，若采樣長度太短，則不能消除快衰落變化部分而影響局部平均值，若采樣長度太長，則所得的中值不能表征地形地物特征的局部平均值。根據經驗，采樣長度取比較合適；采樣個數：根據采樣定理可以導出在40的間隔內采用36個或最多50個采樣點是得到局部平均值比較合適的平均過程；采樣方式：按時間采樣、距離采樣及脈沖采樣。l 通用測試設備一般只能按時間采樣。時間采樣方法一般認為只適合做靜止測試，但經過研究

54、發現可用高性能的通用測試設備做CW測試方法如下：測試基站以GSM的載頻頻率發射；l 距離采樣必須嚴格滿足W. C. Y. Lee提出的采樣定理，即40個波長采樣3650個樣點的要求，測量準確度很高。l 脈沖采樣方法一般用于室內測試，在此不作討論。采樣速率：遵循采樣定理還必須考慮移動車速、儀器的采樣速率及同時測試的信道數。比如，采樣長度，儀器的采樣速率，車速=25 km/h，工作頻率為900 MHz，則對應該采樣長度的采樣個數為若同時測試10個信道，則每個信道采樣數為4.6，因此儀器的采樣速度要提高10倍。5.4、呼叫測試測試目的：利用軟件控制測試手機來獲取網絡信息，模擬用戶使用情況，評估網絡質

55、量，發現問題，找出原因；測試準備：(1) 輸入BSC中實際小區參數：如Cell ID(小區識別碼)、BCCH(廣播控制信道)、BSIC(Base Station Identity Code)、TCH等，若需要還要輸入CGI(Global Cell Identity)加強小區識別及相鄰小區定義供分析使用。使用IUO(智能雙層)技術的小區還需要輸入IUO頻率號、出/入門限參數值；(2) 輸入基站數據：比如基站名稱、基站位置、天線類型及增益、天線高度、天線方位角及俯仰角、發射功率等，用于測試與分析中動態資料連接，隨時查詢；(3) 設置手機參數：包括追蹤手機的呼叫間隔及通話時長、掃描手機的掃描載頻等，并對話機狀態進行標識，包括：Idel(閑置)、Make a call(打電話)、Call drop(掉話)、End a ca