cdma 2000 1x 链路预算

1. cdma 2000 1x链路预算 王国童 王亚峰 wgt98102@163.com wangyf@bupt.edu.cn

2. 提纲 • 链路预算简介 • 传播模型 • 自由空间路径损耗 • Egli模型 • Hata模型 • Okumura-Hata模型 • COST-231 Hata模型 BUPT Radio Communication Center

3. 提纲 • 传播模型 • COST 231-WI模型 • LEE宏蜂窝模型 • LEE微蜂窝模型 • 传播损耗 • 边缘覆盖率 • 区域覆盖率 BUPT Radio Communication Center

4. 链路预算简介 • 分析收发信机之间无线通信链路的各种增益和损耗情况 • 使用一定的传播模型，计算最大允许路径损耗MAPL(Maximum Allowable Path Loss)，估算各种地形区域的小区覆盖范围，进而得到所需的小区数量 • 为有效分配无线资源、合理进行网络规划提供依据，是有效分配系统资源的一种解析方法 BUPT Radio Communication Center

5. 链路预算简介 • 反向链路预算 • 确定最大允许路径损耗，以保证基站的接收信号有足够的强度，从而得到话音和不同速率数据的覆盖范围 • 前向链路预算 • 对话音来说，保证基站有足够的功率来支持在反向链路所定出的覆盖范围内的通话 • 对数据来说，保证基站有足够的功率来支持FCH和SCH BUPT Radio Communication Center

6. 自由空间路径损耗 • 这是理想情况下的路径损耗 L(dB)=32.44+20logf(MHz)+20logr(km) • f =工作频率 • r =收、发天线之间的距离 • 可见，自由空间损耗和距离r成平方关系，和频率f也成平方关系 BUPT Radio Communication Center

7. Egli 模型（一） • 经验公式 L(dB)=88+20logf(MHz)–20loghb(m)–20loghm(m) +40logr(km)–CT • f =工作频率 • hb =基站天线高度 • hm =移动台天线高度 • r =收、发天线之间的距离 • CT =地形校正因子 BUPT Radio Communication Center

8. Egli 模型（二） • 适用范围 • 地形起伏高度不超过15m时， CT =0 • 地形起伏高度超过15m时，应使用地形校正因子CT • 适用频率范围为40-450MHz BUPT Radio Communication Center

9. Hata模型 • Hata模型是一种广泛使用的传播模型，适用于宏蜂窝（小区半径大于1公里）的路径损耗预测 • 根据应用频率不同，Hata模型分为 • Okumura-Hata模型 适用的频率范围为150MHz到1500MHz，主要用于900MHz • COST-231 Hata模型 COST-231工作委员会提出的将频率扩展到2GHz的Hata模型扩展版本 BUPT Radio Communication Center

10. Okumura-Hata模型（一） • 经验公式 L (dB)=69.55+26.16logf(MHz)– 13.82loghb (m)– a(hm)(dB) +(44.9 – 6.55loghb(m))logr(km) +Ccell • f =频率 • L =路径损耗 • r =收、发天线之间的距离 • hb =基站天线有效高度，定义为基站天线实际海拔高度与基站沿传播方向实际距离内的平均地面海拔高度之差 • a(hm) =移动台天线的校正因子 • Ccell =小区类型校正因子 BUPT Radio Communication Center

11. Okumura-Hata模型（二） • a(hm)按照以下公式计算 • 中小城市 a(hm)(dB) = (1.1logf(MHz)– 0.7)hm(m)– (1.56logf(MHz)– 0.8) • 大城市、郊区、农村 a(hm) (dB) =8.29(log1.54hm (m))2 – 1.1f≤300MHz a(hm) (dB) =3.2(log11.75hm (m))2 – 4.97f≥300MHz BUPT Radio Communication Center

12. Okumura-Hata模型（三） • Ccell的计算 • 保证Okumura-Hata模型有效的参数范围是 • 150≤ f ≤1500MHz • 30 ≤ hb ≤200m • 1 ≤ hm ≤ 10m • 1 ≤ r ≤ 20km BUPT Radio Communication Center

13. Okumura-Hata模型（四） • 由以上可得下表 • L=路径损耗(dB) • F =工作频率(MHz) • Hb =基站天线有效高度(m) • Hm =移动台天线有效高度(m) • R =和基站的距离(km) BUPT Radio Communication Center

14. COST-231 Hata模型（一） • 经验公式 L (dB)=46.3+33.9logf(MHz)– 13.82loghb (m)– a(hm)(dB) +(44.9 – 6.55loghb(m))logr(km) +Ccell +CM • CM：大城市中心校正因子 • 其余参数同Okumura-Hata模型 BUPT Radio Communication Center

15. COST-231 Hata模型（二） • 适用范围 • 1500≤ f ≤2000MHz • 30 ≤ hb ≤200m • 1 ≤ hm ≤ 10m • 1 ≤ r ≤ 20km BUPT Radio Communication Center

16. COST 231-WI模型（一） • COST 231-WI模型广泛用于建筑物高度近似一致的郊区和城区环境 • COST 231-WI模型分视距传播（LOS）和非视距传播（NLOS），两种情况近计算路径损耗 • 视距传播的路径损耗 LLOS(dB)=42.64+20logf(MHz)+20logr(km) BUPT Radio Communication Center

17. COST 231-WI模型（二） • 非视距传播所用到的参数如下图所示，具体为： • hb(m)=基站天线高出地面的高度 • hm (m)=移动台天线高度 • hB (m)=建筑物屋顶高度 • Δhb (m) = hb - hB =基站天线高出建筑物屋顶的高度 • Δhm (m) = hB -hm =移动台天线低于建筑物屋顶的高度 • b (m) =建筑物间隔 • w (m) =街道宽度 BUPT Radio Communication Center

18. 基站天线 r hb 建筑物 w hB hm 移动台天线 b 街面 COST 231-WI模型（三） • φ=街区轴线和连结发射机和接收机天线的夹角 BUPT Radio Communication Center

19. COST 231-WI模型（四） • 非视距传播的路径损耗 • Lfs = 自由空间损耗= 32.44+20logf(MHz)+20logr(km) • Lrts = 从屋顶到街面的衍射和散射损耗 • Lmsd= 多遮蔽物衍射损耗 BUPT Radio Communication Center

20. COST 231-WI模型（五） • Lrts的计算公式 Lrts (dB) = – 16.9 – 10logw + 10logf(MHz) +20logΔhm+Lori • 其中， Lori是定向损耗 BUPT Radio Communication Center

21. COST 231-WI模型（六） • Lmsd的计算公式 Lmsd (dB) = Lbsh +ka+kr10logr(km)+ kf10logf(MHz) –9logb • 其中 BUPT Radio Communication Center

22. COST 231-WI模型（七） • Ka的计算公式 • Kr的计算公式 BUPT Radio Communication Center

23. COST 231-WI模型（八） • Kf的计算公式 • 适用范围 • 800 ≤ f ≤2000MHz • 4 ≤ hb ≤50m • 1 ≤ hm ≤3m • 0.02 ≤ r ≤ 5km BUPT Radio Communication Center

24. LEE宏蜂窝模型（一） • 影响接收信号大小的因素 • 人为建筑物 • 地形地貌 • LEE模型首先只考虑建筑物的影响，再考虑地形地貌的影响 • LEE模型将地形地貌的影响分为 • 无阻挡的情况 • 有阻挡的情况 • 水面反射的情况 BUPT Radio Communication Center

25. LEE宏蜂窝模型（二） • 人为建筑物对接收功率的影响 • Pr (W) =接收功率 • r (km) =收发天线之间的水平距离 • γ =距离衰减因子 • Pr1 (W)=特定城市中，实测使用的基站天线为半波长天线，高为x米，发射功率为y瓦时，1公里处的接收功率 • 0 =修正因子，实际使用天线与上述标准天线不同时的修正 BUPT Radio Communication Center

26. LEE宏蜂窝模型（三） • 无阻挡情况的路径损耗 • h’b=基站天线有效高度 • hb =基站天线实际高度 • r0 =1公里 • f0 =850MHz BUPT Radio Communication Center

27. LEE宏蜂窝模型（四） • hbREF=测量Pr1时的基站天线高度 • PtREF=测量Pr1时的基站发射功率 • GtREF=测量Pr1时的基站天线增益 • L(v) =衍射损耗 BUPT Radio Communication Center

28. LEE宏蜂窝模型（五） • 有阻挡情况下的路径损耗 BUPT Radio Communication Center

29. LEE宏蜂窝模型（六） • 水面反射情况下，接收功率 • Pr =发射功率 • gm =移动台天线增益 • gt =基站天线增益 • λ =波长 • =通信环境引起的衰减因子（0 ≤ ≤1） • =1时，路径损耗为 BUPT Radio Communication Center

30. LEE微蜂窝模型 • LEE微蜂窝小区的路径损耗 • 其中 • LB =街区引入的损耗 • ht、hr=基站、移动台天线的有效高度 BUPT Radio Communication Center

31. 传播损耗（一） • 理论和实际都表明，路径损耗可以表示为[3] • γ =路径损耗指数，一般取4 • r0 =参考距离 • PL(r) =在距离为r处的路径损耗 • PL(r0)=在参考距离处的路径损耗 BUPT Radio Communication Center

32. 传播损耗（二） • 考虑阴影衰落，则上式变为 • ξ(dB)服从正态分布，均值为零，标准差为σ • 接收功率Prec • 显然，接收功率也服从对数正态分布 BUPT Radio Communication Center

33. 边缘覆盖率（一） • 通信概率指的是MS在无线覆盖区域边缘（或区内）通信时信号质量达到规定要求的成功概率 • 边缘覆盖率 • 在半径为R的覆盖区域边缘上接收到的信号功率x大于接收机灵敏度Pmin的概率 BUPT Radio Communication Center

34. 边缘覆盖率（二） • 接收信号功率x • 显然，x[dBm]是一个随机变量，服从正态分布 • 其均值 • 标准差为σ • 则x的概率密度函数f(x) BUPT Radio Communication Center

35. 边缘覆盖率（三） • 边缘覆盖率 • 可见，存在阴影衰落的时候，需要留出一定的余量，以保证一定的覆盖率，它是边缘覆盖率和阴影衰落标准差的函数 BUPT Radio Communication Center

36. 区域覆盖率（一） • 在半径为R的区域内，有效覆盖区（可通信区）的面积为S • 区域覆盖率[3] BUPT Radio Communication Center

37. 区域覆盖率（二） • 其中 • 给定γ和σ，求出边缘覆盖率，便可确定相应的区域覆盖率 BUPT Radio Communication Center

38. 反向链路预算

39. 提纲 • 确定预算参数 • 接收机灵敏度 • 干扰余量 • 衰落余量 • 软切换增益 • 确定最大允许路径损耗MAPL • 覆盖范围 • 小区个数 • 反向链路预算举例 BUPT Radio Communication Center

40. 链路预算参数 • 发射机参数 • 接收机参数 • 各类增益与损耗余量的估计值 • 以及一些系统参数，包括信息速率R、系统带宽W等 BUPT Radio Communication Center

41. 发射机参数 • （a）每业务信道最大发射功率[dBm] • （b）传输馈线、接头、混合器以及人体损耗（数据用 户没有人体损耗）[dB] • （c）发射天线增益[dBi] • （d）每业务信道有效全向发射功率EIRP(effective isotropic radiated power)[dBm] d=a–b+c BUPT Radio Communication Center

42. 接收机参数 • （e）接收天线增益[dBi] • （f）接收机馈线以及接头损耗[dB] • （g）接收机噪声系数[dB] • （h）接收机噪声密度[dBm/Hz] • （i）接收机干扰余量[dB] BUPT Radio Communication Center

43. 接收机参数 • （j）有效噪声干扰密度[dBm/Hz] j=g+h+i • （k）所需的能噪比Eb/Nt [dB] • （l ）全速率下的信息速率(10logRb)[dB ·Hz] • （m）接收机灵敏度[dBm] m=j+k+l BUPT Radio Communication Center

44. 增益与损耗余量 • （n）软切换增益[dB] • （o）分集增益[dB] • （p）对数正态衰落余量[dB] • （p'）建筑物穿透损耗[dB] • （q）最大允许路径损耗MAPL[dB] MAPL=d–m–f+e+o+n–p–p' BUPT Radio Communication Center

45. 所需的能噪比Eb/Nt（一） • Eb/Nt表示对每一个业务信道，每比特能量与总的噪声干扰功率谱密度的比值，它是接收机的解调门限 • 包括了分集增益、编码增益、以及功控增益 • 由链路仿真和实测得到 BUPT Radio Communication Center

46. 所需的能噪比Eb/Nt（二） • 每比特能量Eb由接收信号功率除以信息速率得到 Eb =S/Rb • 干扰包括热噪声、接收机噪声、其他CDMA用户的干扰 • 影响因素有：运动速度、业务类型、信道特性以及目标FER BUPT Radio Communication Center

47. 热噪声密度及噪声系数 • 热噪声密度等于波尔兹曼常数K和凯氏温度T的乘积KT • K=1.38×10-23J/K • T常取为290K • 将KT的计算结果转换为dBm是-174dBm/Hz • 噪声系数F，表示由接收机本身带来的噪声的增加 • 总的噪声功率谱密度为KTF BUPT Radio Communication Center

48. 接收机灵敏度（一） • 接收机灵敏度是指为了保证一定的呼叫质量，接收机所需的业务信道最小的输入功率 • 在理想的功率控制下，基站收到各移动台发来的信号有相同的功率S • CDMA系统采用话音激活技术，使得干扰减小，设话音激活因子为α • 小区内的用户数为N BUPT Radio Communication Center

49. 接收机灵敏度（二） • 来自本小区的干扰为α(N–1)S • 基站接收到的本小区总功率为αNS • 设β表示收到的其他小区总功率与接收到的本小区总功率之比[4] • 基站接收到的其他小区总功率为αβNS • 总干扰功率 PI= α(N–1)S+ αβNS = α(1+ β)NS –αS BUPT Radio Communication Center

50. 接收机灵敏度（三） • 由以上分析可知，在理想功控的情况下，基站收到的Eb/Nt可以表示为 • Nth = 热噪声密度 • F = 基站接收机的噪声系数 • S = 在全速率下移动台信号到达基站的功率 •  = 话音激活因子 •  =收到的其他小区总功率与接收到的本小区总功率之比 • N = 每小区的用户数 • W =系统带宽 • Rb =信息速率 • g = 处理增益=W/Rb • d = 所需的最小的Eb/Nt BUPT Radio Communication Center