鏈路預算-移動通信的課程設計.doc

蘭州交通大學移動通信原理（課程設計）蘭州交通大學本科生課程設計中文題目: LTE鏈路預算分析 英文題目: LTE link budget analysis 課程： 移動通信原理 學院： 電信學院 專業(yè)： 通信工程 班級： 通信1403班 組長： 組員： 指導教師： 邸敬 完成日期： 2017年6月28日 學號姓名考勤(10)團隊合作能力溝通能力(5)課程設計報告團隊中承擔相應的職責(10)共享信息(5)技術水平(10)實踐能力(10)設計完成的正確性(30)設計完成的規(guī)范程度(20)總分（100）201409727姜海軍201409732裴振啟201409710盧有德201409711趙乃璇任務分配表姜海軍鏈路預算的概述和傳播模型的比較裴振啟鏈路預算的概述和具體計算分析盧有德資料查找和LTE關鍵技術的分析趙乃璇英文文獻翻譯成績打分表 摘要鏈路預算是無線網絡規(guī)劃的基礎環(huán)節(jié)，對網絡覆蓋能力和建設成本的估算具有十分重要的意義。良好的網絡覆蓋是所有無線網絡賴以生存的根本，直接影響最終的用戶感知。而鏈路預算是評估無線通信系統(tǒng)覆蓋能力的主要方法，是無線網絡規(guī)劃中的一項重要工作。因此，在進行無線網絡規(guī)劃時需要進行鏈路預算以得到合理的無線覆蓋預測結果，指導后續(xù)的網絡建設。本文重點對LTE鏈路預算的方式及主要參數進行研究，給出了關鍵參數的典型取值，并分析總結不同的場景或雙工方式對鏈路預算及覆蓋能力的影響。本文結合LTE系統(tǒng)的特點對其鏈路預算參數進行分析，并著重研究了LTE系統(tǒng)的鏈路預算方法，并根據鏈路預算介紹小區(qū)覆蓋半徑和單站覆蓋面積的方法，本文給出的方法可用于LTE網絡規(guī)劃和設計（室內和室外）。本文對鏈路預算中幾種傳播模型的比較，包括OKUMURA模型、OKUMURA-HATA模型、COST-231模型和COST-231 HATA模型，并對各個模型進行了建模仿真。最后，對蘭州交通大學移動通信鏈路損耗，使用COST 231-Hata模型和ITU-R P.1238模型進行了具體分析。 關鍵詞：LTE； 鏈路預算；傳播模型；基站半徑；最大允許路徑損耗AbstractThe link budget is a mobile communication network planning and design process is an important part. Link by link budget gain margin and loss accounting, calculate the maximum allowable air link path loss, thereby combining the propagation model to determine the cell coverage and station spacing. In this paper, the characteristics of LTE system link budget parameters were analyzed, and focuses on the link budget methodology LTE system and method described cell coverage radius and single station coverage based link budget to this article the method can be used for LTE-FDD network planning and design. In this paper, the link budget compare several propagation models, including OKUMURA model, OKUMURA - HATA model, COST-231 WALFISCH-IKEGAMI model and COST-231 HATA model, and each model is a modeling and simulation. Finally, the lanzhou City mobile communications link loss, use COST 231-Hata model is analyzed in detail for the wireless environment cities, small cities, suburban areas in three different transmission path loss, path loss biggest cities, small cities times the suburban minimum.Key words：LTE； Link Budget；Propagation Model；Base Station Radius；Allowable Path Loss目錄第一章 LTE網絡關鍵技術分析11.1 雙工方式11.2 OFDMA技術11.3 MIMO技術21.4 ICIC技術21.5 分集技術21.6 多址接入技術3第二章 鏈路預算的概述42.1 鏈路預算定義42.2 移動通信網絡鏈路預算思想方法52.3 LTE鏈路預算方式62.4 鏈路預算的具體步驟6第三章 鏈路預算中幾種傳播模型的比較73.1 Okumura模型73.2 Okumura-Hata模型83.3 COST-231 Walfisch-Ikegami(WIM)模型93.4 COST-231Hata模型11第四章 鏈路損耗的具體計算分析124.1 室內鏈路預算的簡單分析和計算124.1.1TD-LTE 室內無線傳播模型選擇124.1.2TD-LTE 鏈路預算124.1.3天線口功率測算134.1.4 TD-LTE 室內覆蓋設計實例134.2 室外鏈路預算134.2.1 計算LTE室外鏈路預算的主要公式134.2.2 發(fā)射端參數（發(fā)射端EIRP）134.2.3 接收端參數（最小接收信號電平）144.2.4 其他增益、損耗及余量144.3 室外鏈路預算結果及分析144.3.1具體參數設置及理論計算結果（室外）154.3.2利用鏈路預算及傳播模型進行小區(qū)規(guī)劃15結束語17參考文獻18第一章 LTE網絡關鍵技術分析1.1 雙工方式TD- LTE系統(tǒng)支持和優(yōu)化了TDD 特有技術, 更加靈活的支持波束賦形等MIMO技術和可變的上下行比例。TD- LTE系統(tǒng)共有7種上下行配置，4種為5ms周期，3種為10ms周期，分別對應2DL:2UL到9DL:1UL的時隙配置，以適用于不同的應用場景。在實際使用時，網絡可根據業(yè)務量的特性靈活地選擇配置。然而在進行小區(qū)時隙配置時，如果不同小區(qū)間配置交叉子幀，則小區(qū)間會引入交叉時隙干擾，即基站和基站間干擾以及用戶和用戶間干擾。因此進行鏈路預算時，不考慮交叉時隙干擾對系統(tǒng)覆蓋的影響，即在一定的網絡范圍內采用相同的時隙配置。此外，當用戶具有相同目標速率時，不同上下行時隙比例還會對用戶使用資源數目以及調制編碼方式（MCS）的選擇產生影響，從而影響小區(qū)覆蓋范圍。1.2 OFDMA技術TD- LTE規(guī)定了下行采用OFDMA，上行采用單載波OFDMA（SC- FDMA）的多址技術。根據TD- LTE系統(tǒng)上下行傳輸方式的特點，無論是下行OFDMA還是上行SC- FDMA都證了使用不同資源用戶間的正交性。因此，影響TD- LTE系統(tǒng)覆蓋范圍的干擾只是來自相鄰小區(qū)，而不存在小區(qū)內部干擾。TD- LTE中規(guī)定1個符號1個子載波定義為一個資源粒子（RE），對于業(yè)務信道，資源的分配是以正交資源塊RB（Resource Block）為基本單位，一個RB由12個RE組成，對于下行控制信道（PDCCH），TD- LTE定義了專用資源單位：控制信道粒子(CCE)。一個用戶可以占用1/2/4/8個CCE，一個CCE由若干個REG（RE組）組成，一個REG由4個頻域上并排的RE組成。在TD- LTE系統(tǒng)中用戶資源分配更加靈活，而用戶分配資源大小會對其覆蓋和吞吐量產生嚴重的影響。下行鏈路發(fā)射功率和接收機噪聲均會隨著分配資源的增大而增大。因此，對于下行業(yè)務信道，當采用相同的MCS時，用戶分配RB的數目對覆蓋范圍的影響較小，用戶吞吐量隨著分配RB數目增加而增加。對于下行控制信道，PDCCH配置較多CCE時會可以獲得更多的編碼冗余而使得解調門限降低，因此采用8CCE的覆蓋范圍最遠。對于上行鏈路，TD- LTE系統(tǒng)規(guī)定用戶的最大發(fā)射功率固定，不會隨著分配資源的大小而發(fā)生變化，而接收機噪聲會隨著分配資源增加而增加。因此，對于上行業(yè)務信道，當采用相同的調制編碼方式（MCS）時，用戶分配RB越多，雖然能夠獲得更高的吞吐量，但是由于接收機將收到更多的噪聲而導致覆蓋范圍減小TD- LTE系統(tǒng)的其他控制信道占用資源均為固定值，如PBCH占用資源為6RB、PCFICH占用資源為16RE、PHICH占用資源為12RE、PUCCH占用資源為1RB。1.3 MIMO技術為了提高系統(tǒng)容量，增加覆蓋范圍，TD- LTE系統(tǒng)采用8天線和2天線的MIMO技術。當采用8天線配置時，下行控制信道使用2天線端口的22發(fā)送分集（SFBC），下行業(yè)務信道使用82 波束賦形；上行控制信道和業(yè)務信道均使用18接收分集。當采用2天線配置時，下行控制信道和業(yè)務信道使用22發(fā)送分集，上行控制信道和業(yè)務信道使用12接收分集?；诎l(fā)送分集的傳輸方案為下行信道提供了分集增益，基于波束賦形的傳輸方案為下行業(yè)務信道提供陣列增益和分集增益，基于接收分集的傳輸方案為上行信道提供接收分集增益。由于使用不同傳輸方案所獲得的天線增益不同，因此TD- LTE系統(tǒng)的覆蓋特性會受到天線方案的影響。根據鏈路仿真，下行鏈路覆蓋能力82波束賦形2天線22發(fā)送分集8天線使用2天線端口的22發(fā)送分集；上行鏈路18接收分集12接收分集。1.4 ICIC技術LTE采用的是正交頻分復用（OFDM），將高速數據調制到各個正交的子信道上，可以有效減少信道之間的相互干擾（ICI）。但是這個正交只限于當前小區(qū)內的用戶，而不同小區(qū)之間的用戶會存在干擾，特別同頻組網時小區(qū)邊緣的干擾非常嚴重。為了消除小區(qū)間的干擾，除了采用傳統(tǒng)的加擾、調頻等手段外，還可以采用小區(qū)間干擾協(xié)調（Inter Cell Interference Coordination，ICIC）技術。ICIC是為了保證系統(tǒng)吞吐量不下降，以及提高邊緣用戶的譜效率。ICIC的基本思想是通過管理無線資源使得小區(qū)間干擾得到控制，是一種考慮多個小區(qū)中資源使用和負載等情況而進行的多小區(qū)無線資源管理方案。具體而言，ICIC以小區(qū)間協(xié)調的方式對各個小區(qū)中無線資源的使用進行限制，包括限制時頻資源的使用或者在一定的時頻資源上限制其發(fā)射功率等。即靜態(tài)ICIC的主要方式有2種：（1）部分頻率復用（Fractional Frequency Reuse，F(xiàn)FR）（2）軟頻率復用（Soft Frequency Reuse ）1.5 分集技術分集技術是用來補償衰落信道損耗的，它通常通過兩個或更多的接收天線來實現(xiàn)。同均衡器一樣，它在不增加傳輸功率和帶寬的前提下，而改善無線通信信道的傳輸質量。在移動通信中，基站和移動臺的接收機都可以采用分集技術。分集是接收端對它收到的衰落特性相互獨立地進行特定處理，以降低信號電平起伏的辦法。分集是指分散傳輸和集中接收。所謂分散傳輸是使接收端能獲得多個統(tǒng)計獨立的、攜帶同一信息的衰落信號。集中接收是接收機把收到的多個統(tǒng)計獨立的衰落信號進行合并(選擇與組合)以降低衰落的影響。1.6 多址接入技術多址接入技術將信號維劃分為不同的信道后分配給用戶，一般是按照時間軸、頻率軸或碼字軸將信號空間的維分割為正交或者非正交的用戶信道。當以傳輸信號的載波頻率的不同劃分來建立多址接入時，稱為頻分多址方式（Frequency Division Multiple Address，F(xiàn)DMA）；當以傳輸信號存在時間的不同劃分來建立多址接入時，稱為時分多址方式（Time Division Multiple Address，TDMA）；當以傳輸信號碼型的不同劃分來建立多址接入時，稱為碼分多址方式（Code Division Multiple Address，CDMA）。第二章 鏈路預算的概述2.1 鏈路預算定義 鏈路預算是鏈路預算是網絡規(guī)劃的前提，評估無線通信系統(tǒng)覆蓋能力的主要方法，是無線網絡規(guī)劃中的一項重要工作，是網絡規(guī)劃中覆蓋規(guī)模估算的基礎。鏈路預算是通過對上、下行信號傳播途徑中各種影響因素的考察和分析，估算覆蓋能力，得到保證一定信號質量下鏈路所允許的最大路徑損耗，根據最大路徑損耗，選擇合適的傳播模型即可估算出各種環(huán)境下小區(qū)的覆蓋半徑和覆蓋面積，從而估算出各覆蓋環(huán)境下的基站數目，獲得整個網絡的大致規(guī)模，為后繼建網投資核算提供覆蓋規(guī)模方面的參考。同時鏈路預算也為后期的仿真工具規(guī)劃提供了兩個重要數據：最大允許路徑損耗和初始站間距。因此，鏈路預算對網絡規(guī)模的估算，后期規(guī)劃基站布站的基準參考都有很重要的意義。TD- LTE 鏈路預算特點：（a） TD-LTE 的業(yè)務信道是共享的， 沒有CS 域業(yè)務、只有PS 域業(yè)務。不同PS 域業(yè)務的速率、解調門限不同，導致的覆蓋范圍也不同。因此，鏈路預算時首先要確定小區(qū)邊緣用戶的最低保障速率。（b） TD -LTE 系統(tǒng)可配置1.4、3、5、10、15 及20MHz 等6 種信道帶寬， 它們分別配置不同的資源塊（RB）數目，其對應關系如表1 所示1；當采用不同的系統(tǒng)帶寬時，所分配的RB 數目、用戶的數據速率也不相同，從而影響覆蓋范圍。而對于TD-SCDMA 系統(tǒng)來說，系統(tǒng)的載波帶寬是固定的， 用戶分配的時隙數和碼道數的多寡并不直接影響覆蓋半徑。（c） TD-LTE 增加了64QAM 高階調制、有塊編碼、截尾卷積及Trubo 等編碼方式， 使TD-LTE 的編碼率更加豐富。由表1 可知，系統(tǒng)帶寬一定時分配的RB 數目也是一定的。使用較低等級的調制方式時，SINR 的解調門限就比較低，目標小區(qū)的覆蓋半徑就會增加。（d） TD-LTE 和TD-SCDMA 系統(tǒng)的幀結構有所不同。TD-LTE 系統(tǒng)的幀結構有DwPTS、GP 和UpPTS 3個特殊時隙，在常規(guī)CP 下有9 種配置，在擴展CP 下有7 種配置。這種動態(tài)的時隙配置使TD-LTE 有不同的最大理論覆蓋半徑，GP 的配置與所支持的最大覆蓋半徑見表2。例如，常規(guī)CP 在“6”配置下，GP 的長度為6 576Ts（Ts=1/（15 0002 048）s），理論上的最大覆蓋半徑為32.11 km，而TD-SCDMA 系統(tǒng)的幀結構所支持的理論最大覆蓋半徑為11.00 km, 因此TD-LTE 系統(tǒng)的動態(tài)時隙配置大大提高了覆蓋能力。（e） TD-LTE 采用了MIMO 和波束賦形等天線技術。TD-LTE 物理層使用不同的預編碼方案，可實現(xiàn)不同的MIMO 模式（即單天線發(fā)送、空間復用和發(fā)送分集）。由研究結果知，同樣的小區(qū)邊緣頻譜效率2.2 移動通信網絡鏈路預算思想方法鏈路預算部分則是根據需求分析的結果，結合不同的參數和場景計算出無線信號在空中傳播時最大允許路徑損耗（Maximum Allowed Path Loss，MAPL），并根據相應的傳播模型估算出小區(qū)的覆蓋半徑；單站覆 蓋面積的計算是基于鏈路預算所得出的小區(qū)覆蓋半徑估算出每個區(qū)域eNodeB的覆蓋面積，從而可以得到規(guī)劃區(qū)域內所需要的eNodeB數量。LTE網絡覆蓋估算主要包括需求分析、鏈路預算及單站覆蓋面積計算等。其中：需求分析主要包括目標業(yè)務速率、業(yè)務質量及通信概率要求；鏈路預算是根據需求分析結果，結合不同參數和場景計算出無線信號空中傳播時的最大允許路徑損耗（MAPL），并根據相應的傳播模型估算出小區(qū)覆蓋半徑；單站覆蓋面積計算是基于鏈路預算得出的小區(qū)覆蓋半徑估算出eNodeB的覆蓋面積，從而得到規(guī)劃區(qū)域內所需eNodeB的數量。鏈路預算通過對鏈路中的增益余量與損耗進行核算，對系統(tǒng)的覆蓋能力進行估計，獲得保持一質量下空中鏈路最大允許路徑損耗。鏈路預算是網絡規(guī)劃的前提， 利用最大路徑損耗和相應的傳播模型( 比如 Okumura-Hata) 即可得到小區(qū)半徑及單站覆蓋面積， 最終確定目標覆蓋區(qū)域所需基站數目 。 對于移動通信網絡運營商， 鏈路預算的準確性關系到網絡的覆蓋質量和建設成本，因此是網絡部署過程中既復雜又關鍵的問題， 同時也是學生進一步學習和研究移動通信的基礎。TD- LTE系統(tǒng)鏈路預算中重要的參數說明：解調門限：在一定的誤碼率BLER前提下（通常業(yè)務信道目標誤碼率為10%，控制信道目標誤碼率為1%），只有接收機的信噪比大于等于某數值，即達到解調門限時，接收機才能正確解調接收到的信號。該值大小與用戶選的調制編碼方式（MCS）以及使用的天線傳輸方案有關。本文中給出解調門限數值由鏈路級仿真獲得12。干擾余量：小區(qū)呼吸效應對網絡覆蓋規(guī)劃產生重要的影響，當系統(tǒng)負載增大時，小區(qū)覆蓋范圍會因為干擾增大而縮小。在鏈路預算中用干擾余量來描述干擾對小區(qū)覆蓋的影響。與CDMA系統(tǒng)不同，TD- LTE系統(tǒng)采用了OFDMA技術，基本消除了小區(qū)內干擾，但是小區(qū)間的同頻干擾依然存在，為了使得TD- LTE鏈路預算結果更加準確，干擾余量的引入是十分必要的。上下行鏈路干擾余量大小均可由下式給出：MI=10lg（Itotal*PN）其中，Itotal為接收機收到的包括干擾和熱噪聲在內的總干擾，PN為熱噪聲。Itotal大小與系統(tǒng)負載情況以及小區(qū)邊緣用戶目標速率等因素有關，系統(tǒng)負載越大干擾余量越大。本文中給出的干擾余量數值是在考慮系統(tǒng)負載為50%的情況下，通過系統(tǒng)級仿真獲得。2.3 LTE鏈路預算方式鏈路預算首先是根據覆蓋目標，估算手持終端和基站天線之間的最大路徑允許鏈路損耗（MAPL）；然后利用MAPL通過合適的傳播模型（如Cost-Hata、Okumura-Hata等），計算最大的小區(qū)半徑；最后通過小區(qū)半徑可以得到覆蓋目標區(qū)域所需要的最少基站數目，從而指導無線網絡的覆蓋規(guī)劃。覆蓋規(guī)劃流程如下圖所示：2.4 鏈路預算的具體步驟第一步:確定建網目標。第二步:根據發(fā)射、接收端及空間參數求取最大允許路徑損耗。第三步:通過電磁環(huán)境測試結果,獲得校正的無線傳播模型。第四步:依據無線傳播模型和最大允許路徑損耗計算小區(qū)覆蓋半徑和小區(qū)覆蓋面積。第三章 鏈路預算中幾種傳播模型的比較3.1 Okumura模型（1）概述Okumura模型為預測城區(qū)信號時使用最廣泛的模型。應用頻率在150MHz到1920MHz之間（可擴展到300MHz），收發(fā)距離為1km到100km，天線高度在30m到1000m之間。Okumura模型開發(fā)了一套在準平滑城區(qū)，基站有效天線高度Hb為200m，移動臺天線高度Hm為3m的空間中值損耗Am(f,d)曲線。基站和移動臺均使用自由垂直全方向天線，從測量結果得到這些曲線，并畫成頻率從100MHz到1920MHz的曲線和距離從1km到100km的曲線。使用Okumura模型確定路徑損耗，首先確定自由空間路徑損耗，然后從曲線中讀出Am(f,d)值，并加入代表地物類型的修正因子。Okumura模型中準平滑地形大城市地區(qū)的中值路徑損耗由下式給出LT(dB)=Lfs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f)其中，Lfs為自由空間傳播損耗；Am(f,d)為大城市中（當基站天線高度hb=200m、移動臺天線高度hm=3m時），相當于自由空間的中值損耗，又稱基本中值損耗；Hb(hb,d)為基站天線高度增益因子，即實際基站天線高度相對于標準天線高度hb=200m的增益，為距離的函數；Hm(hm,f)為移動臺天線高度增益因子，即實際移動臺天線高度相對于標準天線高度hm=3m的增益，為頻率的函數。Am(f,d)、Hb(hb,d)和Hm(hm,f)在模型中都以圖表形式給出，可參考相關文獻。Okumura模型完全基于測試數據，不提供任何分析解釋。對許多情況，通過外推曲線來獲得測試范圍以外的值，但這中外推法的正確性依賴于環(huán)境和曲線的平滑性。 Okumura模型為成熟的蜂窩和陸地移動無線系統(tǒng)路徑預測提供最簡單和最精確的解決方案。但這種模型的主要缺點是對城區(qū)和郊區(qū)快速變化的反應較慢。預測和測試的路徑損耗偏差為10dB到14dB。（2）中等起伏地上市區(qū)傳播損耗的中值在計算各種地形。地物上的傳播損耗是時，均以中等起伏地上市區(qū)傳播損耗的中值或場強中值作為基準，因而將其稱作基準中值或基本中值。如果Am(f,d)曲線在基準天線高度下測的，即基站天線高度hb=200m，移動臺天線高度hm=3m。中等起伏地上市區(qū)實際傳播損耗（LT）應為自由空間的傳播損耗Lfs加上基本中值Am(f,d)(可查得)。即：LT=Lfs+Am(f,d) （3.2）如果基站天線高度hb不是200m則損耗中值的差異用基站天線高度增益因子G(hb)表示，當移動臺高度不是3m時，需用為移動天線高度增益因子G(hm)加以修正。中等起伏地上市區(qū)實際傳播損耗（LT）為： （3.3）（3）任意地形地區(qū)的傳播損耗的中值任意地形地區(qū)的傳播損耗修正因子KT一般可寫成 （3.4）根據實際的地形地物情況，修正因子可以為其中的某幾項，其余為零。任意地形地區(qū)的傳播損耗的中值 （3.5）式中， 3.2 Okumura-Hata模型概述Okumura-Hata模型在900MHz GSM中得到廣泛應用，適用于宏蜂窩的路徑損耗預測。該模型的主要缺點是對城市和郊區(qū)快速變化的反應快慢。預測和測試的路徑損耗偏差為10到14dB。Okumura-Hata模型是根據測試數據統(tǒng)計分析得出的經驗公式，應用頻率在150MHz到1500MHz之間，并可擴展3000MHz;適用于小區(qū)半徑大于1km的宏蜂窩系統(tǒng)，作用距離從1km 到20km 經擴展可延伸至100km;基站有效天線高度在30m到200m之間，移動臺有效天線高度在1m到10m之間。Okumura-Hata模型路徑損耗計算的經驗公式為： （3.6）式中，fc（MHz）為工作頻率； hte（m）為基站天線有效高度，定義為基站天線實際海拔高度與天線傳播范圍內的平均地面海拔高度之差；hre（m）為終端有效天線高度，定義為終端天線高出地表的高度； d（km）：基站天線和終端天線之間的水平距離；(hre) 為有效天線修正因子，是覆蓋區(qū)大小的函數，其數字與所處的無線環(huán)境相關，參見以下公式。 （3.7）Ccell：小區(qū)類型校正因子，即 （3.8）Cterrain：地形校正因子，地形校正因子反映一些重要的地形環(huán)境因素對路徑損耗的影響，如水域、樹木、建筑等。3.3 COST-231 Walfisch-Ikegami(WIM)模型COST-231 Walfisch-Ikegami模型廣泛地用于建筑物高度近似一致的郊區(qū)和城區(qū)環(huán)境，它可用于宏蜂窩及微蜂窩作傳播路徑損耗預測，經常在移動通信的系統(tǒng)（GSM/PCS/DECT/DCS）的設計中使用。COST-231 Walfisch-Ikegami模型是基于Walfisch模型和Ikegami模型得到的，該模型也考慮了自由空間的路徑損耗、散射損耗以及由建筑物邊緣引起的附加損耗，其使用范圍為頻率f在8002000MHz之間，基站天線高度h為450米，移動臺天線高度為13米，距離d為0.025km。圖3-3為COST-231 Walfisch-Ikegami模型的示意圖。圖3-3 COST-231 Walfisch-Ikegami模型的示意圖COST-231 Walfisch-Ikegami模型分視距傳播（LOS）和非視距傳播（NLOS）兩種情況計算路徑損耗。視距（LOS）傳播路徑損耗為 （3.9）式中，Lf的單位為dB，的單位為MHz，的單位為km。在非視距傳播中，總的路徑損耗包括自由空間傳播損耗（Lfs），屋頂至街道的繞舌及散射損耗（Lrts），多重屏障的繞射損耗（Lmsd）。其路徑損耗 （3.10）式中：Lfs為自由空間的路徑損耗，其依賴于載波頻率和距離，具體表達式為 （3.11）從式（3.9）中可以得出：Lfs會隨著頻率增加而增大，也會隨著距離的增加也增大，及跟頻率和距離成正比。Lrts為屋頂到街道的繞射和散射損耗，其取決于頻率、街道寬度、移動臺的高度以及街道相對于基站、移動臺連線的方位，具體表達式為： （3.12）這里， 式中，Lori是考慮到街道方向的實驗修正值，且各項參數為 （3.13）從式（3.12）中可以得出：Lrts雖街道寬度增加而減少，雖建筑物增加而增大。Lmsd多重屏障的繞射損耗依賴于建筑建的距離、基站和移動臺的高度以及載波頻率、基站高度和屋頂高度。具體表達式為： （3.14）式中，Lbsh和Ka表示由于基站天線高度降低而增加的路徑損耗；Kd和Kf為Lmsd與距離d和頻率f相關的修正因子，與傳播環(huán)境有關。其中各項參數的具體取值值為 （3.15） （3.16） （3.17） （3.18）3.4 COST-231Hata模型PL(dB)=46.3+33.9*logF-13.82*logH+(44.9-6.55*logH)*logD+CPL:路徑損耗； F:頻率，單位MHZ(1500-2000MHZ)； D:距離，單位km；H:基站天線有效高度，單位m；C:環(huán)境校正因子；取值：密集城區(qū)：-2dB； 城區(qū)：-5dB； 郊區(qū)：-8dB； 農村：-10dB；開闊地：-26dB；平原：0dB。第四章 鏈路損耗的具體計算分析4.1 室內鏈路預算的簡單分析和計算4.1.1TD-LTE 室內無線傳播模型選擇目前，室內無線傳播模型主要包括 Keenan-Motley 模型、ITU-R P.1238 模型、對數距離路徑損耗模型、衰減因子模型等。其中對數距離路徑損耗模型對環(huán)境要求較高，偏差較大，很少使用，其他三個模型在實際工作中都有采用，其中又以 ITU-RP.1238 模型使用最為廣泛，該模型充分考慮了室內不同環(huán)境、不同建筑物結構、不同建筑材料及類型等因素，并可對模型進行校正，可用于精確計算室內覆蓋環(huán)境的路徑損耗。本文擬采用 ITU-R P.1238 模型進行計算。ITU-R P.1238 模型計算公式如下：Ltotal = 20 log10（f） N log10（d） L（f n） 28 dB+X其中N 是距離功率損耗系數，f 為工作頻點（單位：MHz），d 為天線到 UE 的距離（單位：m），Lf 為層穿透損耗因子，n 為天線到 UE 所穿透的墻體數目（n=1），X 為慢衰落余量，取值與覆蓋概率要求以及室內慢衰落標準有關。對于工作在 1.82G 頻段，N 和 X 的取值可參考表 1。表 1 不同場景下距離功率損耗系數、陰影衰落余量、樓層穿透損耗取值。 表14.1.2TD-LTE 鏈路預算鏈路預算分為兩部分，一部分有線部分，即信源到天線端口損耗；另一部分為無線部分，即空中傳播部分損耗。采用無源設備組網時一般鏈路計算可以只考慮下行鏈路預算，在有源設備組網時需要考慮干放的上下行平衡以及上行噪聲系數。有線側鏈路預算：根據到達天線口的功率，確定設備的輸 入功率。具體預算如下：天線口輸入功率有源器件輸出功率耦合器損耗功分器損耗接頭損耗饋線損耗接頭損耗其余器件損耗。根據以上鏈路預算流程及算法，可以得出TD-LTE 業(yè)務信道、物理廣播信道（PBCH）等的最大允許路徑損耗。4.1.3天線口功率測算設在寫字樓場景（其他場景類似，可根據上表對應取值），天線的覆蓋半徑為 10m，墻體損耗為 15dB，工作頻段為2300MHz，帶寬為 20MHz，慢衰落余量取 0（邊緣場強要求已考慮），覆蓋邊緣 RSRP 要求為-105 dBm。采用 ITU-R P.1238 模型，N 取 30，模型公式如下：PL 20log10 f N log10 d L（f n） 28 dB則空間傳播損耗 PL 20log10（2300）30 log10（10）15*128dB+0=84 dB；為滿足覆蓋要求，天線口單參考信號接收功率PL-105 dBm；則天線口單參考信號接收功率-21 dBm；由于在帶寬 20MHz 頻段內共有 1200 個子載波；所以，天線口總發(fā)射功率=天線口單參考信號接收功率+10log10（1200）= - 21dBm+31 dBm=10 dBm。另外，為滿足行業(yè)內為保證輻射環(huán)保安全而制定的15dBm限值要求，由此可得天線口總功率要求為 10 15 dBm，相應的RSRP 為-21 -16dBm。4.1.4 TD-LTE 室內覆蓋設計實例某 KTV 娛樂場所所在的三層建筑長 56m，寬 25m。共 25個包房分成三列，兩個縱向過道，一個橫向過道。根據前述的 鏈路預算及規(guī)劃流程方法、出口功率要求等，計算得所需天線 間距在 10m 左右，需要布放天線數量 12 副，天線口輸出功率為 10dBm 左右，可達到良好的覆蓋效果。4.2 室外鏈路預算4.2.1 計算LTE室外鏈路預算的主要公式MAPL=發(fā)射端EIRP-最小接收信號電平-干擾余量-慢衰落余量-穿透損耗 4.2.2 發(fā)射端參數（發(fā)射端EIRP）發(fā)射端EIRP是指天線口有效全向輻射功率，公式如下：EIRP=發(fā)射端最大發(fā)射功率-10log(12*NRB)+CellEdgeBoost(按照具體邊緣覆蓋設置)+發(fā)射天線增益-饋線損耗-人體損耗 （1）發(fā)射端最大發(fā)射功率：LTE下行的基站發(fā)射功率與信道傳輸帶寬成正比，上行的終端總發(fā)射功率與使用的UE Category相關，目前一般使用Category3。下行方向，發(fā)射功率一般均分在系統(tǒng)帶寬的各個RB（Resource Block，資源塊）上，再根據用戶對頻率資源的占用狀況計算用戶的最大發(fā)射功率；上行方向，終端功率一般是完全分配給用戶使用。一般情況下，基站最大發(fā)射功率為46dbm,終端最大發(fā)射功率為23dbm。RB與帶寬的關系如下表所示:帶寬1.435101520RB數量615255075100（2）發(fā)射天線增益：下行基站天線增益一般取18dBi或11dBi，上行UE天線增益假設為11dBi。（3）接頭及饋線損耗：主要包括饋線損耗及接頭、合路器、塔放等插入損耗。（4）人體損耗：LTE目前主要是數據業(yè)務，若不考慮人體損耗，取0dB。一般情況下，下行鏈路沒有人體損耗。（5）按照具體邊緣覆蓋設置一般情況下為0。4.2.3 接收端參數（最小接收信號電平）最小接收信號電平是指天線口最小接收信號強度要求，可通過以下公式計算：最小接收信號電平=接收機靈敏度+其它損耗-其它增益接收機靈敏度是指在無外界干擾及噪聲情況下天線端口接收信號的最小平均強度，計算公式如下：接收機靈敏度=熱噪聲功率譜密度+10Log（B）+Nf(噪聲系數)+Es/n0(解調門限值)其中熱噪聲功率譜密度一般取-174dbm/HZ，解調門限值由調制編碼方式決定。4.2.4 其他增益、損耗及余量（1）穿透損耗：建筑物穿透損耗是指當移動用戶在室內與室外基站進行通信時，由于建筑物結構而帶來的射頻信號衰減。在鏈路預算中，穿透損耗與工作頻段及覆蓋場景相關。（2）陰影衰落余量：陰影衰落是指電磁波在傳播路徑上受到建筑物阻擋而產生陰影效應帶來的損耗。在鏈路預算中，考慮一定通信概率的情況下，預留對抗陰影衰落的余量值稱為陰影衰落余量。它是邊緣覆蓋概率及陰影衰落方差的函數，而陰影衰落方差與覆蓋場景有關。（3）干擾余量：由于LTE空口鏈路是正交的，故LTE網絡沒有小區(qū)內干擾，但有小區(qū)間干擾。在實際情況下，當鏈路受到鄰小區(qū)干擾時，熱噪聲水平抬升；當系統(tǒng)負載增大時，小區(qū)的覆蓋范圍會隨干擾的增加而縮小。因此，在鏈路預算中需要預留一定的干擾裕量，受小區(qū)負載的影響，隨著負載的增加而增加。4.3 室外鏈路預算結果及分析4.3.1具體參數設置及理論計算結果（室外）參數單位下行鏈路業(yè)務信道PDSCH上行鏈路業(yè)務信道PUSCH工作頻段MHZ26002600工作帶寬M2020基站最大發(fā)射功率dBm460基站天線增益dBi1818終端最大發(fā)射功率dBm023移動臺天線增益dBi1111發(fā)射端人體損耗dB00發(fā)射端饋線損耗dB0.50CelledgeboostdB00解調門限dB-3.46-2.91熱噪聲dBm/HZ-174-174噪聲系數dB73.5接收端饋線損耗d