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对讲机链路及空间无线传播损耗计算

发布者:易达瑞康 发布时间:2019年04月08日标签: 179人浏览过

 链路预算 

上行和下行链路都有自己的发射功率损耗和路径衰落。在对讲机蜂窝通信中,为了确定有效覆盖范围,须确定大路径衰落、或其他限制因数。在上行链路,从移动台到基站的限制因数是基站的接受灵敏度。对下行链路来说,从基站到移动台的主要限制因数是基站的发射功率。通过优化上下行之间的平衡关系,能够使小区覆盖半径内,有较好的通信质量。
    
一般是通过利用对讲机基站资源,改善网络中每个小区的链路平衡(上行或下行),从而使系统工作在状态。终也可以促使切换和呼叫建立期间,移动通话性能。以下是一基站链路损耗计算,可作为参考。
 
上下行链路平衡的计算:对于实现双向通讯系统来说,上下行链路平衡是十分重要的,是保证在两个方向上具有同等的话务量和通信质量的主要因素,也关系到小区的实际覆盖范围。
下行链路(DownLink)是指基站发,移动台接收的链路。
上行链路(UpLink)是指移动台发,基站接收的链路。
上下行链路平衡的算法如下:
下行链路(用dB值表示):
PinMS = PoutBTS - LduplBTS - LpBTS + GaBTS + Cori + GaMS + GdMS - LslantBTS - LPdown
   
式中:
PinMS 
为移动台接收到的功率;
PoutBTS
BTS的输出功率;
LduplBTS
为合路器、双工器等的损耗;
LpBTS
BTS的天线的馈缆、跳线、接头等损耗;
GaBTS
为基站发射天线的增益;
Cori
为基站天线的方向系数;
GaMS
为移动台接收天线的增益;
GdMS
为移动台接收天线的分集增益;
LslantBTS
为双极化天线的极化损耗;
LPdown
为下行路径损耗;

上行链路(用dB值表示):
PinBTS = PoutMS - LduplBTS - LpBTS + GaBTS + Cori + GaMS + GdBTS -LPup +[Gta]
式中:
PinBTS
为基站接收到的功率;
PoutMS
为移动台的输出功率;
LduplBTS
为合路器、双工器等的损耗;
LpBTS
BTS的天线的馈缆、跳线、接头等损耗;
GaBTS
为基站接收天线的增益;
Cori 
为基站天线的方向系数;
GaMS
为移动台发射天线的增益;
GdBTS
为基站接收天线的分集增益;
Gta
为使用塔放的情况下,由此带来的增益;
LPup
为上行路径损耗。

根据互易定理,即对于任一移动台位置,上行路损等于下行路损,即:
LPdown = LPup
设系统余量为DL ,移动台的恶化量储备为DNMS 对讲机基站的恶化量储备为DNBTS,移动台的接收机灵敏度为MSsense,基站的接收机灵敏度为BTSsense Lother为其它损耗,如建筑物贯穿损耗、车内损耗、人体损耗等。于是,对于覆盖区内任一点,应满足:
PinMS - DL - DNMS - Lother >= MSsense
PinBTS - DL - DNMS - Lother >= BTSsense
上下行链路平衡的目的是调整基站的发射功率,使得覆盖区边界上的点(离基站远的点)满足:
PinMS - DL - DNMS - Lother = MSsense
于是,得到了基站的大发射功率的计算公式:
PoutBTS <= MSsense - BTSsense + PoutMS + GdBTS - GdMS + LslantBTS - Gta + DNMS - DNBTS

各类损耗的确定 

 建筑物的贯穿损耗
建筑物的贯穿损耗是指电波通过建筑物的外层结构时所受到的衰减,它等于建筑物外与建筑物内的场强中值之差。

建筑物的贯穿损耗与建筑物的结构、门窗的种类和大小、楼层有很大关系。贯穿损耗随楼层高度的变化,一般为-2dB/层,因此,一般都考虑一层(底层)的贯穿损耗。

下面是一组针对900MHz频段,综合国外测试结果的数据:
--- 
中等城市市区一般钢筋混凝土框架建筑物,贯穿损耗中值为10dB,标准偏差7.3dB;郊区同类建筑物,贯穿损耗中值为5.8dB,标准偏差8.7dB

--- 
大城市市区一般钢筋混凝土框架建筑物,贯穿损耗中值为18dB,标准偏差7.7dB;郊区同类建筑物,贯穿损耗中值为13.1dB,标准偏差9.5dB
--- 
大城市市区一金属壳体结构或特殊金属框架结构的建筑物,贯穿损耗中值为27dB
由于我国的城市环境与国外有很大的不同,一般比国外同类名称要高8---10dB

对于100MHz 400MHz,显然其波长比较长,贯穿能力小,但绕射能力更大。因此100 MHz频率使用适合于野外空旷地区、海上或山村。而400 MHz频率则更适合于城市或建筑群区域通讯。


 人体损耗
对于手持机,当位于使用者的腰部和肩部时,接收的信号场强比天线离开人体几个波长时将分别降低4---7dB1---2dB
一般人体损耗设为3dB

 车内损耗
金属结构的汽车带来的车内损耗不能忽视。尤其在经济发达的城市,人的一部分时间是在汽车中度过的。一般车内损耗为8---10dB
 馈线损耗
无线通讯中经常使用的馈线有50-9 50-12 50-1/2 。在100MHz的情况下,每100的损耗分别是4.7 dB3.7 dB2.7 dB;在400MHz的情况下,每100的损耗分别为8dB6 dB4.7 Db


无线传播特性 

对讲机移动通信的传播总体平均值随距离减弱,但信号电平经历快慢衰落的影响。慢衰落是由接受点周围地形地物对信号反射,使得信号电平在几十米范围内有大幅度的变化,若移动台在没有障碍物的环境下移动,则信号电平只与发射机的距离有关。所以通常某点信号电平是指几十米范围内的平均信号电平。这个信号的变化呈正态分布。标准偏差对不同地形地物是不一样的,通常在68dB左右。快衰落是叠加在慢衰落信号上的。这个衰落的速度很快,每秒可达几十次。除与地形地物有关,还与移动台的速度和信号的波长有关,并且幅度很大,可几十个dB,信号的变化呈瑞利分布。快衰落往往会降低话音质量,所以要留快衰落的储备。  

无线电波在自由空间的传播是电波传播研究中基本、简单的一种。自由空间是满足下述条件的一种理想空间:1. 均匀无损耗的大空间,2. 各项同性,3. 电导率为零。应用电磁场理论可以推出,在自由空间传播条件下,传输损耗Ls的表达式为:
Ls
32.45+20lgf+20lgd
自由空间基本传输损耗Ls仅与频率f和距离d有关。当d扩大一倍时,Ls均增加6dB


陆地移动信道的主要特征是多径传播,实际多径传播环境是十分复杂的,在研究传播问题时往往将其简化,并且是从简单的情况入手。仅考虑从基站至移动台的直射波以及地面反射波的两径模型是简单的传播模型。两径模型应用电磁场理论可以推出,传输损耗Lp的表达式为:Lp=20lg(d2/(h1*h2))
 
 
常用的两种电波传播模型 
 Okumura电波传播衰减计算模式
    
该模式是以准平坦地形大城市区的中值场强或路径损耗作为参考,对其他传播环境和地形条件等因素分别以校正因子的形式进行修正。不同地形上的基本传输损耗按下列公式分别预测。
L(
市区)=69.55+26.16lgf-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)-s(a)
L(
郊区)=64.15+26.16lgf-2[lg(f/28)]2-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)
L(
乡公路)=46.38+35.33lgf-[lg(f/28)]2-2., , 39(lgf)2-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)
L(
, , 开阔区)=28.61+44.49lgf-4.87(lgf)2-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)
L(
林区)=69.55+26.16lgf-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)
其中:
f----
工作频率,MHz
h1---
基站天线高度,m
h2---
移动台天线高度,m
d----
到基站的距离,km
a(h2)---
移动台天线高度增益因子,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)---
市区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电波传播衰减计算模式

采用电信科学技术研究联合推荐的"Cost- 2-Walfish-Ikegami"电波传播衰减计算模式。该模式的特点是:从对众多城市的电波实测中得出的一种小区域覆盖范围内的电波损耗模式。
分视距和非视距两种情况:
(1) 
视距情况
基本传输损耗采用下式计算
L
42.6+26lgd+20lgf
(2) 
非视距情况
基本传输损耗由三项组成:
L
Lo+Lmsd+Lrts
Lo=32.4+20lgd+20lgf
a)Lo
代表自由空间损耗 
b)Lmsd
是多重屏蔽的绕射损耗
c)Lrts
是屋顶至街道的绕射及散射损耗。

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