通信工程中无线区的设计探讨

摘要：移动通信系统是一个复杂的工程，涉及范围较广，因此在做系统设计时要全面考虑，妥善解决，才能充分发挥系统的作用，更好地为生产服务。本文主要对通信工程中的无线区的系统设计进行探讨，以供借鉴参考。

关键词：通信系统；无线区；系统设计

Abstract: the mobile communication system is a complex project, which involves a wide range, so do the system design in to overall consideration and properly solve, to bring into full play the role of the system, and to better service for production. This paper focuses on the wireless communication engineering design of the system are discussed for reference.

Keywords: communication system; Wireless area; System design

中图分类号：N945.23文献标识码：A 文章编号：

前言

随着科学技术的不断发展，人们的生活及生产离不开网络，移动通信的出现是人们生活品质提高的前提及特征。其通信系统的如图1 所示：

图1 移动通信系统的构成

图中MSC为移动电话中心， BS为基地台,MS为移动台(用户)，基地台向移动台及移动电话中心提供双向通道。基地台和移动台之间以无线形式传输, 基地台作用的范围称为无线区。它们构成的双向通道中, 移动台发射、基地台接收的链路称为上行线； 基地台的发射、移动接收的链路称为下行线。由于基地台的发射机输出功率大, 移动台发射功率小, 必须采用平衡措施来平衡它们之间的发射功率才能完成双向通信。

一、质量指标确定

在移动通信中, 除信号的损耗与衰落之外, 还存在有大量的噪声与干扰。由于移动台的流动性带来了移动台分布密度的随机性, 噪声与干扰有时比有用信号电平高出几十分贝之多, 不仅会使通信质量降低, 而且还可能造成通信中断, 在无线区设计时应给予足够的重视。考虑话音质量等级的主要指标有: 接收机可 用灵敏度、衰落和噪声引起的恶化量及无线通信概率指标需要的系统余量。

（1）接收机可用灵敏度Pmin

它表示在仅是接收机内部噪声的情况下, 为达到规定的话音质量指标所必需的接收机输人端信号功率的最低值, 单位dBm。分为基地台可用灵敏度只Psrmin 和移动台可用灵敏度Pmin。工程上规定以满足接收机音频输出信纳比为12dB时的输人信号电平(可用灵敏度)作为设计指标。

（2）快衰落和人为噪声引起的恶化量DN

在移动通信中存在着多径传播效应及人为噪声, 为达到只有接收机内部噪声条件下的同样话音质量, 必须增加接收信号的电平。

多径传播对快速运动着的移动台会引起信号的快衰落, 这种快衰落的信号听起来好像是声音颤动。对于静止的和缓慢移动的移动台, 多径传播在无线区内造成一些信号很低的“小洞” ,对低功率的手持机, 这种“小洞”会使得话音听起来很嘈杂。以上两种情况对移动台造成的影响都会引起噪声的增加,但各自的恶化量不同。可以依据不同的话音质量等级分别得到移动台需要的恶量DNMS、和基地台需要的恶化量DNMS(可在移动台静止或行进中进行折衷考虑) , 单位dB 。

（3）满足通信概率指标需要的系统余量DL

通信概率是指移动用户在服务区范围内从中心到边缘的任何地点实现符合话音质量等级要求的通话成功概率, 一般以边缘通信概率为依据。移动通信的无线信号随位置和时间呈对数正态分布, 它们接收信号中值的标准偏差分别用ÓL和Ól表示,合成标志偏差。 一般ÓT较小可忽略不计, 所以ÓT=Ól。因此系统余量可以用下式表示:

DL=K(L)×ÓL(dB)• •• • • • (l)

式中K(L)表示与通信概率有关的系统余量系数, 如表1 所示。L 表示无线区边缘的通信概率。

ÓL值可按下式计算:

对于市区及林区ÓL= 4.9 2 + 0.0 2 (Logf)4.08

表1 余量系数K（L）值

式中f 为计算频率(MHz),λ为计算波长(m) , h为地形不规则度(m) 。

二、设计方程

设计无线区就是要找出自基地站向各个辐射方向上与基地站相距一定的点, 并计算在该点上接收信号的功率大于或等于最低可用信号功率; 或者移动台在该点发射时, 到达基地站天线处基地站接收的信号功率大于或等于最低可用信号功率。为保证双向的通信距离、话音质量及上、下行通信概率相等, 必须设法使上行、下行的系统余量相等。

设基地站和移动台设备有关参数的符号如下:

基地站天线增益GBA(dB) , 基地站馈线附加损耗LBAD(dB) , 基地站发射机输出功率G B T ( d Bm ) 。移动台天线增益GBT(dBm)。移动台馈线附加损耗L MAD(dB)，移动台发射机输出功率GBT(dBm)。

为表示设计方程式, 约定以下含义符号:SGD表示下行线系统增益(dB),SLD表示下行系统损耗(dB),SGU表示上行系统增益(dB),SLU表示上行系统损耗(dB), LMD表示下行空间路径损耗(dB),LMU表示上行空间路径损耗(dB) , 凡表示系统增益(dB),SL表示系统损耗(dB) 。

则设计方程可写成为:

从③式④式中可以求出LMU和LMD,若LMD二LMU,不用调整；若LMD不等于LMU，则应作调整, 调数量 ,则上下行的最后损耗中值为：

LA=LMU(LMD)±ΔL• • •⑤

三、无线区半径的确定

无线电波的损耗是由工作频段、天线高度、人为环境和自然环境造成的。通常以奥村电波传播模型LM为基础进行计算。适用的条件是频率在150～l，500MHz，移动台天线高度为1～10m，基地站台天线高度为30～200 m , 无线区半径d为1～200 m，适用环境是准平坦地形、建筑物平均高度大于15m的城市。

如果说实际环境不符合上述环境条件, 则应加上各种地形地区的修正因子, 任意地形地区的传播损耗中值为：

L`A=LM-KT • • • ⑥

式中LM为中等伏地市区传播损耗中值（dB）,KT为各种地形地区修正因子的代数和（dB）。

LM=69.55+26.16Logf-13.82Loght-a（hm）+（44.9-6.55Loghb）Logd （dB）

式中f工作频段( MHz) ；hb为基地站天线有效高度(m)，hm为移动台天线有效高度(m)，d为无线区半径(k m)，a(hm)为移动台天线函数计算式(dB)。

在中小城市a（hm）=[1.11Logf-0.7]hm-[1.56 Logf-0.8]（dB）

在大城市，f≤20OM H：时，a (hm)二8.2 9 [ Lo g (1.54 hm )2一1.1(dB)

f≧40 0MH：时，a( hm) = 3.2〔Log ( 1 1 . 7 5 hm〕2-4.97 (dB)

根据损耗中值相等的原则⑤ 式等于⑥式即可求出无线区的半径d(km) 。

四、结束语

移动通信是近年来迅速发展的一种通信技术,本文对移动通信无线区的一种设计方法进行了具体的讨论, 具有简单、方便、实用的特点, 适用于公用和专用移动通信系统, 对于工程设计和实际应用具有一定的参考作用。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。