[组图]第五讲 链路及空间无线传播损耗计算

5.1 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。在蜂窝通信中，为了确定有效覆盖范围，必须确定最大路径衰落、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），从而使系统工作在最佳状态。最终也可以促使切换和呼叫建立期间，移动通话性能更好。图5-01是一基站链路损耗计算，可作为参考。

图5-01

上下行链路平衡的计算。对于实现双向通信的GSM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为BTS的输出功率；
LduplBTS为合路器、双工器等的损耗；
LpBTS为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为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 ，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（离基站最远的点）满足：

PinMS - DL - DNMS - Lother = MSsense

于是，得到了基站的最大发射功率的计算公式：

PoutBTS <= MSsense - BTSsense + PoutMS + GdBTS - GdMS + LslantBTS - Gta + DNMS - DNBTS

5.2 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1800MHz，虽然其波长比900MHz短，贯穿能力更大，但绕射损耗更大。因此，实际上，1800MHz 的建筑物的贯穿损耗比900MHz的要大。GSM规范3.30中提到，城市环境中的建筑物的贯穿损耗一般为15dB，农村为10dB。一般取比同类地区900MHz的贯穿损耗大5---10dB。

◆ 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---7dB和1---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
在GSM900中经常使用的是7/8″的馈线，在1000MHz的情况下，每100米的损耗是4.3dB；在2000MHz的情况下，每100米的损耗则为6.46dB，多了2.16个dB。

5.3 无线传播特性

移动通信的传播如图5-02中的曲线所示，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，若移动台在没有任何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6－8dB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。


图5-02