無線傳播與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃 課件 (羅偉) 第4、5章 微蜂窩與室內(nèi)傳播預(yù)測(cè)模型、無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化方法

第4章

微蜂窩與室內(nèi)傳播預(yù)測(cè)模型1

微蜂窩與室內(nèi)傳播預(yù)測(cè)模型2在密集城區(qū)等通信場(chǎng)景中，應(yīng)用微蜂窩網(wǎng)絡(luò)來增加移動(dòng)通信系統(tǒng)容量，是一項(xiàng)被業(yè)界廣泛使用的策略。關(guān)于市區(qū)微蜂窩系統(tǒng)的電波傳播問題已經(jīng)進(jìn)行了充分的實(shí)驗(yàn)測(cè)量與理論研究建模。對(duì)于移動(dòng)通信與WLAN應(yīng)用來說，微蜂窩預(yù)測(cè)是密集城區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)的重要工具。一般情況下，微蜂窩被定義為在密集城區(qū)環(huán)境中的一種蜂窩網(wǎng)通信場(chǎng)景，其覆蓋面積小于1km，并且發(fā)射功率較低（小于1WERP）。這種微蜂窩網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)通常與城市建設(shè)相結(jié)合。在微蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，街道方向與單個(gè)建筑社區(qū)群對(duì)于電磁波信號(hào)的接收會(huì)產(chǎn)生重要影響。隨著移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展，室內(nèi)通信質(zhì)量的提升成為5G以及未來通信系統(tǒng)研究的重要內(nèi)容，而室內(nèi)環(huán)境無線傳播特征的研究則是相關(guān)信道理論的基礎(chǔ)。

§4.1

微蜂窩預(yù)測(cè)模型

4.1.1基本原理和算法31.微蜂窩預(yù)測(cè)模型的近場(chǎng)距離微蜂窩預(yù)測(cè)模型中的近場(chǎng)距離是微蜂窩無線傳播建模的重要參數(shù)，其可以由自由空間中平面雙線反射模型推導(dǎo)得到，如圖4.1所示?？紤]微站場(chǎng)景，基站與終端之間距離遠(yuǎn)大于各自天線高度，反射波與地面夾角很小，因此終端接收到的信號(hào)s與接收功率為圖4.1近場(chǎng)距離示意圖

§4.1

微蜂窩預(yù)測(cè)模型

4.1.1基本原理和算法41.微蜂窩預(yù)測(cè)模型的近場(chǎng)距離直射波與反射波的傳輸路徑相位差表示為則，可以將接收功率表示為相位差的函數(shù)可見，當(dāng)

時(shí)，接收功率取最大值。此時(shí)，可以根據(jù)得到上式中

定義為近場(chǎng)距離。在近場(chǎng)距離范圍內(nèi)，可以認(rèn)為信號(hào)路徑損耗遵循自由空間路徑損耗，基本不受反射波影響。

§4.1

微蜂窩預(yù)測(cè)模型

4.1.1基本原理和算法52.基本模型微蜂窩指的是小區(qū)半徑小于1千米的蜂窩網(wǎng)絡(luò)。在微蜂窩場(chǎng)景下，街道的方向與建筑物布局對(duì)于接收信號(hào)產(chǎn)生重要影響。盡管接收信號(hào)主要來自建筑物的多次反射波，而非穿透建筑物的透射波，但是路徑損耗依然與傳播路徑中的建筑物個(gè)數(shù)存在聯(lián)系。根據(jù)測(cè)量經(jīng)驗(yàn)，建筑物的數(shù)目與體積的增大都會(huì)導(dǎo)致路徑損耗增加。微蜂窩傳播機(jī)制如圖4.2所示。平面地形的微蜂窩預(yù)測(cè)公式為圖4.2微蜂窩傳播機(jī)制示意圖為路徑損耗斜率

§4.1

微蜂窩預(yù)測(cè)模型

4.1.1基本原理和算法63.建筑對(duì)微蜂窩預(yù)測(cè)的影響（1）基本LOS場(chǎng)景假設(shè)最簡(jiǎn)單的微蜂窩網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景，其中無建筑物遮擋，且地形為平面，那么路徑損耗只存在由于電磁波擴(kuò)散引起的傳輸損耗，則該理想狀態(tài)平坦地形接收信號(hào)強(qiáng)度為

§4.1

微蜂窩預(yù)測(cè)模型

4.1.1基本原理和算法73.建筑對(duì)微蜂窩預(yù)測(cè)的影響對(duì)于如圖4.4所示的斜率上升地形，地表輪廓會(huì)影響接收信號(hào)?？梢砸胗行炀€增益，將接收信號(hào)功率修正為圖4.4上升坡地基站天線有效高度示意圖其中，為基站天線有效高度，而為實(shí)際高度。

§4.1

微蜂窩預(yù)測(cè)模型

4.1.1基本原理和算法83.建筑對(duì)微蜂窩預(yù)測(cè)的影響（2）NLOS場(chǎng)景假設(shè)地面平坦且不考慮建筑物高度，僅分析建筑物厚度對(duì)于損耗的影響。整個(gè)建筑物群的路徑損耗可以表示為圖4.3典型基站天線與建筑物布局關(guān)系示意圖為穿過建筑區(qū)塊后的接收信號(hào)(測(cè)量局部均值)。

§4.1

微蜂窩預(yù)測(cè)模型

4.1.1基本原理和算法94.地形效應(yīng)（1）非陰影區(qū)域考慮如圖4.5所示的上坡地形場(chǎng)景，終端的接收信號(hào)受到建筑物1和建筑物2的遮擋，同時(shí)，地形輪廓也帶來有效天線增益。受這兩方面因素的影響，接收信號(hào)表示為圖4.5NLOS場(chǎng)景非陰影區(qū)域通信場(chǎng)景示意圖其中，

為天線高度增益，

為視距損耗，

為有效天線增益，

為建筑阻擋產(chǎn)生的傳播損耗。

§4.1

微蜂窩預(yù)測(cè)模型

4.1.1基本原理和算法104.地形效應(yīng)（2）陰影區(qū)域當(dāng)終端位于陰影區(qū)域或者受到刃形邊緣遮擋時(shí)，路徑損耗的分析會(huì)更為復(fù)雜，如圖4.6所示。此時(shí)接收信號(hào)表示為圖4.6NLOS場(chǎng)景陰影區(qū)域通信場(chǎng)景示意圖其中，

有效天線增益可基于地形輪廓來計(jì)算得到，

而損耗由建筑阻擋產(chǎn)生，

是由地形帶來的衍射損耗。

§4.1

微蜂窩預(yù)測(cè)模型

4.1.2典型微站電波傳播損預(yù)估模型111.雙線反射模型對(duì)于經(jīng)典空間波傳播模式的雙線反射模型，接收機(jī)處的場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算只需要考慮直射路徑與地面反射路徑的貢獻(xiàn)。這種簡(jiǎn)單模式可以處理平坦地區(qū)的農(nóng)村環(huán)境，同時(shí)也能適用于具有較低基站天線且只存在LOS徑的微蜂窩小區(qū)。在這種情況中，盡管建筑物的墻壁會(huì)反射或繞射電波，并使得簡(jiǎn)單雙射線反射模型中接收?qǐng)鰪?qiáng)幅值劇烈或快速變化，但是并不會(huì)改變由雙射線模型預(yù)測(cè)的整個(gè)路徑損耗(冪定律指數(shù)n的值)。微蜂窩雙線反射模型的路徑損耗表示為在市區(qū)微蜂窩小區(qū)1800~1900MHz測(cè)量結(jié)果表明：1.的值在2.0~2.3之間，2.的值在3.3~13.3之間。3.對(duì)于理論上的雙射線地面反射模式，

和

的值分別是2和4。4.這個(gè)近似式稱為雙斜率模式。

§4.1

微蜂窩預(yù)測(cè)模型

4.1.2典型微站電波傳播損預(yù)估模型122.多射線模型當(dāng)基站天線高度低于屋頂平面時(shí)，多射線模型被廣泛應(yīng)用于LOS場(chǎng)景下的市區(qū)微蜂窩小區(qū)中?？紤]到在密集城區(qū)，大量街道兩側(cè)的建筑物對(duì)于電波傳播的影響類似于波導(dǎo)，此類多射線模型假設(shè)街道為“介質(zhì)峽谷”結(jié)構(gòu)，并認(rèn)為接收?qǐng)鲋祦碜灾鄙渎窂健⒀氐孛娴姆瓷渎窂揭约敖橘|(zhì)峽谷的垂直平面反射路徑。理論上會(huì)有無數(shù)條多徑反射的射線達(dá)到接收機(jī)側(cè)，但是多射線模型中僅考慮最重要的路徑對(duì)結(jié)果的影響。因此雙線反射模型可被看作為只考慮兩條射線的多射線模型。目前已經(jīng)提出了四射線和六射線模式。四射線模式由直達(dá)射線、地面反射射線和兩條被建筑物墻壁反射一次的射線。六射線模式和四射線模式機(jī)理相同，再加上兩條被建筑物墻反射兩次的射線。

§4.1

微蜂窩預(yù)測(cè)模型

4.1.2典型微站電波傳播損預(yù)估模型133.多隙縫波導(dǎo)模式實(shí)際城市建設(shè)中，不存在理想的建筑物排布狀態(tài)。通過引入建筑物墻的實(shí)際介質(zhì)特性、實(shí)際分布的街道寬度以及從馬路上的反射效應(yīng)，Blaunstein和Levin提出了一個(gè)多隙縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)模型。該模型假設(shè)城市建筑物結(jié)構(gòu)由兩排平行的具有隨機(jī)分布隙縫(建筑物之間的缺口)的屏(模擬建筑物墻)所形成，考慮了直射路徑、建筑物墻壁的多次反射、建筑物拐角的繞射以及地面反射，如圖4.7所示。圖4.7多縫隙波導(dǎo)模式三維示意圖

§4.1

微蜂窩預(yù)測(cè)模型

4.1.2典型微站電波傳播損預(yù)估模型143.多隙縫波導(dǎo)模式圖4.8街道路口二維波導(dǎo)示意圖規(guī)則分布的建筑物組成了城市街道微蜂窩三維波導(dǎo)傳播模型。收發(fā)信機(jī)高度均低于建筑物屋頂。地面反射路徑的電波場(chǎng)強(qiáng)可以利用鏡像原理計(jì)算獲得。這種波導(dǎo)在yz平面上的投影呈現(xiàn)出具有隨機(jī)分布屏的平行多隙縫阻抗波導(dǎo)，并且可被認(rèn)為是二維的城市街道模式，如圖4.8所示。結(jié)合GTD理論，可以將街道傳播環(huán)境中的路徑損耗給出

§4.2

室內(nèi)預(yù)測(cè)模型15室內(nèi)電波傳播特征：室內(nèi)無線通信系統(tǒng)中，電波傳播環(huán)境與宏站室外場(chǎng)景區(qū)別較大，例如多徑現(xiàn)象復(fù)雜，視距傳播較少甚至不存在，而且可能短時(shí)間和短距離內(nèi)環(huán)境變化劇烈。室內(nèi)建筑物包括墻壁、門、家具，以及人體都會(huì)對(duì)信號(hào)衰減產(chǎn)生重要影響。其中電磁波的多次反射現(xiàn)象是室內(nèi)無線傳播研究的重要內(nèi)容。室內(nèi)預(yù)測(cè)建模方法：隨著可用的數(shù)字建筑數(shù)據(jù)增加與計(jì)算機(jī)性能提升，現(xiàn)在可以結(jié)合計(jì)算電磁學(xué)方法，通過構(gòu)建包含建筑材料信息的數(shù)字模型來進(jìn)行信號(hào)衰減計(jì)算與預(yù)估。目前與GTD/UTD、FDTD和TLM模型相結(jié)合的射線跟蹤模型都可用來預(yù)測(cè)室內(nèi)系統(tǒng)覆蓋?；趯?duì)電磁場(chǎng)的空間分布數(shù)值計(jì)算，可以在無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中使得干擾、容量、系統(tǒng)性能和切換的推導(dǎo)得到優(yōu)化。室內(nèi)預(yù)測(cè)建模難點(diǎn)：對(duì)于室內(nèi)環(huán)境，電磁波的傳播會(huì)受到建筑物幾何結(jié)構(gòu)的約束和建筑材料的影響。這種不同于開放域環(huán)境的電波傳播特征，增加了干擾控制的維度，對(duì)于同一樓層及不同樓層的頻率復(fù)用技術(shù)提出挑戰(zhàn)。同時(shí)，隨著毫米波通信技術(shù)在5G系統(tǒng)中的應(yīng)用，需要在室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)部署中考慮傳播路徑上微小信道變化對(duì)于毫米波信號(hào)的嚴(yán)重影響。

§4.2

室內(nèi)預(yù)測(cè)模型16

4.2.1經(jīng)典室內(nèi)電波傳播預(yù)測(cè)模型室內(nèi)路徑損耗影響因素：通過長(zhǎng)期實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)，在室內(nèi)NLOS傳播路徑受到障礙物的影響一般會(huì)經(jīng)歷瑞利衰落，而LOS傳播路徑則經(jīng)歷萊斯衰落。建筑物的材料、內(nèi)部空間大小及窗戶類型均會(huì)對(duì)樓層間路徑損耗產(chǎn)生影響。樓層之間衰減的典型值對(duì)于第一層分隔是15dB，然后每層分隔再附加6~10dB，最多到4層分隔。對(duì)于5層或更多層的分隔，每個(gè)附加層的路徑損耗增加很小。如果采用室外宏基站進(jìn)行室內(nèi)覆蓋，建筑物內(nèi)部接收信號(hào)強(qiáng)度會(huì)隨著樓層升高而增強(qiáng)。電磁波穿透效果與頻率直接相關(guān)，穿透損耗隨頻率增加而顯著降低。

§4.2

室內(nèi)預(yù)測(cè)模型17

4.2.1經(jīng)典室內(nèi)電波傳播預(yù)測(cè)模型1.對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型該模型簡(jiǎn)單認(rèn)為平均路徑損耗是距離的n次冪的函數(shù)，n是取決環(huán)境的平均路徑損耗指數(shù)從上式發(fā)現(xiàn)路徑損耗是對(duì)數(shù)正態(tài)分布的。n是取決于建筑物類型、建筑物側(cè)面以及發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間樓層數(shù)的參數(shù)。在收發(fā)間隔距離d米處的路徑損耗可以給出上式基于測(cè)量經(jīng)驗(yàn)獲得，是具有標(biāo)準(zhǔn)差(dB)的零均值對(duì)數(shù)正態(tài)分布隨機(jī)變量，表示環(huán)境地物的影響。在900~4000MHz之間，n的值在1.6和3.3之間變化，的值在3.0和14.1dB之間變化。該模型的簡(jiǎn)單形式使其在室內(nèi)環(huán)境中得到廣泛應(yīng)用，并且可以嘗試應(yīng)用于室外微蜂窩小區(qū)。

§4.2

室內(nèi)預(yù)測(cè)模型18

4.2.1經(jīng)典室內(nèi)電波傳播預(yù)測(cè)模型2.衰減因子模型該經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍軌蝾A(yù)測(cè)同一樓層或通過不同樓層的傳播路徑損耗。對(duì)于穿過多個(gè)樓層的傳播，平均路徑損耗為在衰減因子基本模型的基礎(chǔ)上，可以得到改進(jìn)的單斜率模型

§4.2

室內(nèi)預(yù)測(cè)模型19

4.2.1經(jīng)典室內(nèi)電波傳播預(yù)測(cè)模型3.軟隔墻和混凝土墻衰減因子模式對(duì)于同一樓層中發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間有軟隔墻(墻板)和混凝土墻的情況，路徑損耗表示為上式中p是收發(fā)之間的軟隔墻數(shù)，q是收發(fā)之間的混凝土墻數(shù)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，AF（軟隔墻）值為1.39dB，AF（混凝土墻）的值為2.38dB。

§4.2

室內(nèi)預(yù)測(cè)模型20

4.2.1經(jīng)典室內(nèi)電波傳播預(yù)測(cè)模型4.Keenau-Motley模式對(duì)于通過各個(gè)單獨(dú)墻壁與樓層的情況，有一種更為精細(xì)的模型通過樓層衰減的典型值是在12~32dB之間。通過墻壁衰減的值完全取決于所用隔墻的類型。對(duì)于典型的軟隔墻，衰減值在近似為1~5dB之間變化，硬隔墻的衰減可能在5~20dB之間變化。

§4.2

室內(nèi)預(yù)測(cè)模型21

4.2.2Lee室內(nèi)預(yù)測(cè)模型室內(nèi)環(huán)境電波傳播環(huán)境的研究和預(yù)估對(duì)于移動(dòng)蜂窩網(wǎng)與室內(nèi)無線局域網(wǎng)的建設(shè)都具有重要的意義。Lee室內(nèi)預(yù)測(cè)模型主要針對(duì)單樓層建筑物，同時(shí)也適用于多樓層之間電波傳播。與其他傳統(tǒng)室內(nèi)模型類似，該模型也需要重點(diǎn)考慮多層建筑物之間的傳播損耗。Lee室內(nèi)預(yù)測(cè)模型的建立基礎(chǔ)是在900MHz多做的實(shí)測(cè)分析，能夠處理不同類型障礙物的傳輸損耗，其有效性經(jīng)過工程實(shí)踐的驗(yàn)證，測(cè)量結(jié)果與預(yù)估值之間標(biāo)準(zhǔn)偏差一般小于5dB。

§4.2

室內(nèi)預(yù)測(cè)模型22

4.2.2Lee室內(nèi)預(yù)測(cè)模型對(duì)于微蜂窩系統(tǒng)采用近場(chǎng)距離來判斷信號(hào)傳播特征，而室內(nèi)環(huán)境更為復(fù)雜，因此需要引入近中心距離來代替近場(chǎng)距離作為路徑損耗建模的基礎(chǔ)。近中心距離指在室內(nèi)環(huán)境中，距離微基站較近的一段距離，在該近中心距離范圍內(nèi)信號(hào)較強(qiáng)，電波的傳播可以視為只存在自由空間路徑損耗。近中心距離范圍以內(nèi)的空間被稱為近中心環(huán)境。典型的近中心環(huán)境由地板、天花板與兩側(cè)墻壁構(gòu)成。由于微基站天線通常位于室內(nèi)較高位置，經(jīng)由地板的反射波是接收?qǐng)鰪?qiáng)的主要分量。而來自于天花板與墻壁的反射波相對(duì)較弱，所以在近中心環(huán)境中只考慮直射波與地板反射波。1.室內(nèi)模型近中心距離

§4.2

室內(nèi)預(yù)測(cè)模型23

4.2.2Lee室內(nèi)預(yù)測(cè)模型1.室內(nèi)模型近中心距離圖4.10近中心環(huán)境的雙線反射模型與近場(chǎng)距離類似，近中心距離也可以由雙線反射模型得到。在室內(nèi)雙線反射模型中，接收信號(hào)功率表示為其中，

是入射角，等效介電常數(shù)表示為

§4.2

室內(nèi)預(yù)測(cè)模型24

4.2.2Lee室內(nèi)預(yù)測(cè)模型1.室內(nèi)模型近中心距離圖4.10近中心環(huán)境的雙線反射模型由圖4.10與斯涅耳定律，可得根據(jù)上式，建筑物的介電常數(shù)值越高，近中心距離越大。近中心距離與頻率無關(guān)。

§4.2

室內(nèi)預(yù)測(cè)模型25

4.2.2Lee室內(nèi)預(yù)測(cè)模型2.室內(nèi)單樓層模型圖4.11單樓層建筑物布局圖如圖4.11所示，為一類室內(nèi)單樓層通信環(huán)境。通過設(shè)定建筑邊界、房屋內(nèi)部信息以及特殊房間（如電梯、儲(chǔ)物間等），可以進(jìn)行信號(hào)覆蓋預(yù)估分析。在該場(chǎng)景下，路徑損耗可以分為三種類型：標(biāo)準(zhǔn)LOS路徑損耗，其由建筑物布局可以確定。LOS信號(hào)不受遮擋，并且終端處于近中心區(qū)域。信號(hào)穿透房間的衰減，終端位于近中心區(qū)內(nèi)。信號(hào)穿透房間的衰減，終端位于近中心區(qū)外。在計(jì)算分析過程中，需要將分別計(jì)算規(guī)則房間與特殊房間的損耗。特殊房間一般指與建筑或同樓層的大多數(shù)房間不同材料建成的房間，通常包含電梯和儲(chǔ)物間。

§4.2

室內(nèi)預(yù)測(cè)模型26

4.2.2Lee室內(nèi)預(yù)測(cè)模型2.室內(nèi)單樓層模型圖4.11單樓層建筑物布局圖(1)LOS場(chǎng)景LOS場(chǎng)景下，接收機(jī)位于發(fā)射機(jī)的可視距離范圍內(nèi)，傳播路徑不受任何建筑物遮擋，路徑損耗與接收功率可以由下式計(jì)算

§4.2

室內(nèi)預(yù)測(cè)模型27

4.2.2Lee室內(nèi)預(yù)測(cè)模型2.室內(nèi)單樓層模型圖4.12NLOS場(chǎng)景終端位于近中心區(qū)域俯視圖(2)NLOS場(chǎng)景：終端位于近中心區(qū)域以內(nèi)當(dāng)終端位于近中心區(qū)域時(shí)，如圖4.12所示，由一面墻遮擋了信號(hào)的視距傳播，同時(shí)終端接收機(jī)處于電磁波傳播的近場(chǎng)區(qū)域，因此路徑損耗表示為其中，

為由于在天線與近場(chǎng)距離之間缺少近中心空隙產(chǎn)生的損耗，可以通過經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到其中B為阻擋物（墻壁）的厚度。工程測(cè)試經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)終端處于近中心區(qū)域時(shí)，信號(hào)受墻壁的穿透損耗影響很大。

§4.2

室內(nèi)預(yù)測(cè)模型28

4.2.2Lee室內(nèi)預(yù)測(cè)模型2.室內(nèi)單樓層模型圖4.13NLOS場(chǎng)景終端位于近中心區(qū)域之外俯視圖(3)NLOS場(chǎng)景：終端位于近中心區(qū)域以外如果終端處于近中心區(qū)域之外時(shí)，由于信號(hào)受到單個(gè)或者多個(gè)墻壁的遮擋，會(huì)產(chǎn)生更多的路徑損耗分量。該額外的路徑損耗與建筑物的墻壁厚度和材料密切相關(guān)。因?yàn)閷?duì)于常見建筑物，其墻壁材料往往大致相同，所以可以采用線性回歸方法推導(dǎo)得到信號(hào)損耗特征。如圖4.13所示，該場(chǎng)景下路徑損耗包含沿d1的路徑損耗與額外的路徑損耗Lroom一般建筑物中，通常約為27dB/dec。Q：沿d1的路徑損耗如何考慮分析？

§4.2

室內(nèi)預(yù)測(cè)模型29

4.2.2Lee室內(nèi)預(yù)測(cè)模型3.Lee室內(nèi)預(yù)測(cè)模型小結(jié)在室內(nèi)無線通信系統(tǒng)中，路徑損耗的主要來源有三項(xiàng)：收發(fā)信機(jī)之間的自由空間損耗、內(nèi)外墻壁的反射損耗以及房間的穿透損耗。Lee室內(nèi)模型對(duì)這三項(xiàng)損耗分量分別進(jìn)行了建模分析，有助于理解建筑物環(huán)境對(duì)于電波傳播特征的影響，并為室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了簡(jiǎn)便的方法。在該模型的實(shí)際工程應(yīng)用過程中，首先基于建筑材料的類別，通過查表方式獲知建筑物的介電特性，進(jìn)而計(jì)算出建筑物的路徑損耗值，然后就可以依據(jù)該模型的預(yù)估結(jié)果，設(shè)置和優(yōu)化室內(nèi)微基站的位置與天線工程參數(shù)，從而獲得最優(yōu)覆蓋與最小干擾。

§4.2

室內(nèi)預(yù)測(cè)模型30

4.2.4

毫米波室內(nèi)傳播建模考慮到室內(nèi)通信將成為未來增強(qiáng)型移動(dòng)通信典型場(chǎng)景之一，而毫米波技術(shù)是5G通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)，毫米波室內(nèi)傳播建模對(duì)于通信系統(tǒng)的研究與監(jiān)理具有重要價(jià)值。下面以會(huì)議室場(chǎng)景為例，介紹毫米波信道建模方法。表4.8不同頻點(diǎn)下100m處的自由空間路損表4.928GHz電磁波在室內(nèi)、室外環(huán)境下，穿透不同物體的損耗

§4.2

室內(nèi)預(yù)測(cè)模型31

4.2.4

毫米波室內(nèi)傳播建模1.路徑損耗和陰影衰落通常情況下，路徑損耗可以表示為在實(shí)際的測(cè)量中，不僅要考慮天線增益，還要考慮系統(tǒng)增益，包括放大器增益、低噪放增益和電纜損耗。因此，路徑損耗可以改寫為

§4.2

室內(nèi)預(yù)測(cè)模型32

4.2.4

毫米波室內(nèi)傳播建模2.萊斯因子萊斯因子定義為確定性多徑和其它隨機(jī)多徑的功率比，可以用來度量信道衰落嚴(yán)重程度。當(dāng)萊斯因子為零時(shí)，萊斯信道退化成為瑞利信道。通常采用矩量法結(jié)合時(shí)變信道的采樣進(jìn)行萊斯因子估計(jì)。在室內(nèi)LOS環(huán)境下，萊斯因子平均值為7。原因是在相對(duì)狹窄的室內(nèi)環(huán)境，墻壁與天花板會(huì)增強(qiáng)反射效應(yīng)，同時(shí)，該環(huán)境中遮擋物如果較少，會(huì)使得接收機(jī)能夠收到較強(qiáng)的反射徑，從而導(dǎo)致萊斯因子較小。對(duì)室內(nèi)毫米波無線系統(tǒng)而言，較小的萊斯因子說明信道中多徑功率分布較為均勻，所以需要掃描更大的范圍來獲得最佳傳輸路徑。

§4.2

室內(nèi)預(yù)測(cè)模型33

4.2.4

毫米波室內(nèi)傳播建模3.時(shí)延特性從接收機(jī)側(cè)觀察，來波在空間中經(jīng)過了各種不同路徑，所以多徑信號(hào)具有不同的時(shí)延與強(qiáng)度。時(shí)延擴(kuò)展用于描述多徑信號(hào)在時(shí)間域的色散，該指標(biāo)是室內(nèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)。時(shí)延擴(kuò)展一般用于計(jì)算相干帶寬，并且用于設(shè)計(jì)OFDM（正交頻分復(fù)用）系統(tǒng)的保護(hù)間隔與循環(huán)前綴。電波在空間中傳播經(jīng)過不同的路徑先后到達(dá)接收端，從而使得多徑具有不同的時(shí)延以及功率。時(shí)延擴(kuò)展描述了多徑信號(hào)在時(shí)延域的色散，對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有重要的作用。例如，時(shí)延擴(kuò)展可以用來計(jì)算相干帶寬，還可以用來設(shè)計(jì)OFDM系統(tǒng)中的保護(hù)間隔和循環(huán)前綴，從而消除碼間干擾和子載波間干擾。

§4.2

室內(nèi)預(yù)測(cè)模型34

4.2.4

毫米波室內(nèi)傳播建模4.角度特性電磁波傳播過程中同時(shí)具有時(shí)間和空間特性。信道多徑不僅在時(shí)域存在色散現(xiàn)象，而且在角度域（空間）也會(huì)出現(xiàn)色散現(xiàn)象。角度域的色散可以增加信道自由度，從而提升信道容量。室內(nèi)環(huán)境下，在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)可以獲得72×3組CIR樣本，并且采用SAGE算法能夠估計(jì)出多徑信號(hào)的角度色散信息。5.簇特性室內(nèi)環(huán)境中，散射體較多，毫米波在散射傳播過程中會(huì)生成具有屬性較為相似的多徑信號(hào)。可以通過分簇方法對(duì)這些相似屬性的多徑信號(hào)加以歸類和分組，從而達(dá)到降低信道建模復(fù)雜度和深入分析信道傳播機(jī)理的效果。常用分簇算法是自動(dòng)聚類K-Power-Means算法，該算法利用多徑功率加權(quán)的多徑分量距離（MultipleComponentDistance，MCD)來判定多徑之間的相似度。

§4.3

電波傳播模式選擇原則35

4.2.4

毫米波室內(nèi)傳播建模傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)電波傳播預(yù)測(cè)模型主要針對(duì)單一場(chǎng)景下無線信道中電磁波分布特征進(jìn)行預(yù)估，但是在當(dāng)前以及未來移動(dòng)通信系統(tǒng)中，需要考慮宏蜂窩與微蜂窩以及特殊傳播環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。尤其是微蜂窩中的低基站、建筑物高度、街道寬度及其他地形特征均會(huì)對(duì)無線傳播產(chǎn)生重要影響。面對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)提出的挑戰(zhàn)，需要綜合考慮無線信道特征和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求，采用合理的傳播預(yù)測(cè)方案進(jìn)行建模分析。本章小結(jié)本章重點(diǎn)闡述微蜂窩場(chǎng)景與室內(nèi)環(huán)境下電波傳播預(yù)測(cè)模型。首先，介紹了微蜂窩預(yù)測(cè)模型的基本原理與典型微站場(chǎng)景路徑損耗建模方法。然后，對(duì)經(jīng)典室內(nèi)電波傳播模型進(jìn)行了列舉和比較，詳細(xì)介紹了在無線網(wǎng)絡(luò)工程中常用的Lee室內(nèi)預(yù)測(cè)模型與ITU-R預(yù)測(cè)模型，并介紹了毫米波室內(nèi)無線傳播模型的基本方法。最后，針對(duì)復(fù)雜異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)的需求，介紹了電波傳播模式選擇的基本原則。第5章

無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化方法38

無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化方法39無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)工作中，覆蓋范圍與系統(tǒng)容量是最重要的兩個(gè)因素，通常稱之為2C（Coverage與Capacity）。在實(shí)際工程實(shí)踐中，這二者可以相互補(bǔ)償，也可以相互折中，例如可以通過犧牲容量來換取覆蓋范圍的擴(kuò)大，反之亦可。無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本與此二者因素密切相關(guān)。一般來說，在宏蜂窩系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中，覆蓋優(yōu)先于容量；如果要兼顧覆蓋與容量，則應(yīng)當(dāng)考慮加入微蜂窩系統(tǒng)。在微蜂窩網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，干擾抑制與消除是一項(xiàng)重要任務(wù)。目前室內(nèi)系統(tǒng)如皮蜂窩等主要用于容量提升。

§5.1

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃概述40在無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與部署的過程中：網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是指為了達(dá)到預(yù)定目標(biāo)而事先提出的一套系統(tǒng)的有根據(jù)的設(shè)想和做法，它是一種總體設(shè)想和粗略設(shè)計(jì)；而網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)是指在規(guī)劃的基礎(chǔ)上，為滿足實(shí)際工程目標(biāo)而采取的具體方案；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化則是指在系統(tǒng)或工程已實(shí)際建成的情況下，根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整部分系統(tǒng)參數(shù)或修正小部分設(shè)計(jì)方案，來提高系統(tǒng)性能。這三者之間分工不同，但具體的界限又不能嚴(yán)格區(qū)分。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃一般是指在初始階段對(duì)移動(dòng)通信中網(wǎng)絡(luò)工程的粗略估計(jì)與布局的考慮；網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)則主要負(fù)責(zé)在初步規(guī)劃的基礎(chǔ)上對(duì)正式運(yùn)營(yíng)的不同制式移動(dòng)通信蜂窩網(wǎng)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。移動(dòng)通信系統(tǒng)建設(shè)是高投入，技術(shù)復(fù)雜并且結(jié)構(gòu)龐大的系統(tǒng)工程。通信系統(tǒng)的正常工作，不僅需要物理層設(shè)計(jì)與網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，也必須有從宏觀與整體充分利用物理層與網(wǎng)絡(luò)層的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，構(gòu)成完整的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

§5.1

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃概述

5.1.1預(yù)測(cè)模型的選擇41無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的前提是明確該區(qū)域網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的系統(tǒng)需求，包括預(yù)算、服務(wù)區(qū)域范圍、系統(tǒng)需求的相等性、載波及信道數(shù)、頻率復(fù)用方案、競(jìng)爭(zhēng)因子、軟硬件設(shè)備特性和地方政府政策與規(guī)劃等。在此基礎(chǔ)上，首先應(yīng)當(dāng)選擇正確的預(yù)測(cè)模型。目前可用于工程的預(yù)測(cè)模型根據(jù)收發(fā)信機(jī)位置信息特征可以分為三類：區(qū)域-區(qū)域模型：用于基站位置和終端位置不確定的情況，可以在服務(wù)區(qū)建設(shè)通用系統(tǒng)時(shí)采用該模型；點(diǎn)-區(qū)域模型：適用于已知基站位置而移動(dòng)端位置不確定的情況；點(diǎn)-點(diǎn)模型：適用于基站和移動(dòng)端位置都確定的情況。

§5.1

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃概述

5.1.1預(yù)測(cè)模型的選擇42宏蜂窩系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，一般選擇形式簡(jiǎn)單并且精度相對(duì)較高的預(yù)測(cè)模型，同時(shí)要檢查模型的有效性，如輸入輸出文件的格式與標(biāo)準(zhǔn)等，確保該模型能夠滿足網(wǎng)規(guī)要求。1.宏蜂窩系統(tǒng)在微蜂窩系統(tǒng)中，市區(qū)的建筑物結(jié)構(gòu)、街區(qū)的特殊地形地貌是影響預(yù)測(cè)模型的關(guān)鍵因素。簡(jiǎn)易的預(yù)測(cè)模型中，可以嘗試采用方塊結(jié)構(gòu)來模擬普通樓體，并重點(diǎn)分析沿街建筑物布局。所選擇的預(yù)測(cè)模型要能夠準(zhǔn)確預(yù)估由于建筑物產(chǎn)生的繞射損耗。2.微蜂窩系統(tǒng)目前較為常用的室內(nèi)預(yù)測(cè)模型是Lee室內(nèi)模型，該模型的輸入信息包括建筑物內(nèi)外結(jié)構(gòu)與布局，以及建筑物材質(zhì)特性。由于墻壁材料的種類不同，對(duì)于信號(hào)衰落影響很大，所以充分掌握同一樓層、不同樓層、建筑物內(nèi)部與外部的墻壁材料信息。3.室內(nèi)蜂窩（皮蜂窩）

§5.1

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃概述

5.1.2規(guī)劃目標(biāo)43無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的目標(biāo)包括網(wǎng)絡(luò)覆蓋、網(wǎng)絡(luò)容量、服務(wù)質(zhì)量的提升，以及對(duì)于建設(shè)成本的控制。1.網(wǎng)絡(luò)覆蓋2.網(wǎng)絡(luò)容量網(wǎng)絡(luò)覆蓋主要用覆蓋率和穿透損耗等指標(biāo)來描述。覆蓋率分為面積覆蓋率與人口覆蓋率，是描述通信業(yè)務(wù)在不同服務(wù)區(qū)覆蓋效果的重要指標(biāo)。面積覆蓋率的定義是在指定區(qū)域內(nèi)滿足一定覆蓋門限條件的區(qū)域面積與總指定區(qū)域面積之比，而人口覆蓋率指在服務(wù)區(qū)內(nèi)滿足一定門限要求的區(qū)域內(nèi)人口數(shù)與服務(wù)區(qū)人口總數(shù)之比。對(duì)于整體無線網(wǎng)絡(luò)，采用網(wǎng)絡(luò)容量評(píng)估能滿足各類業(yè)務(wù)與用戶規(guī)模。對(duì)于穿透無線通信網(wǎng)絡(luò)，描述網(wǎng)絡(luò)容量的指標(biāo)包括同時(shí)調(diào)度用戶數(shù)、平均吞吐量、邊緣吞吐量、VoIP用戶數(shù)、同時(shí)在線用戶數(shù)等。

§5.1

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃概述

5.1.2規(guī)劃目標(biāo)443.服務(wù)質(zhì)量4.成本目標(biāo)從3G移動(dòng)通信系統(tǒng)的部署開始，無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量成為重要的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃目標(biāo)。其關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)包括接入成功率、忙時(shí)擁塞率、無線信道呼損、塊誤碼率、切換成功率、掉話率等。服務(wù)質(zhì)量與網(wǎng)絡(luò)覆蓋及網(wǎng)絡(luò)容量關(guān)系密切。在確保網(wǎng)絡(luò)覆蓋、網(wǎng)絡(luò)容量、服務(wù)質(zhì)量三項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)性能能夠達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，也需要綜合考慮無線網(wǎng)絡(luò)中遠(yuǎn)期發(fā)展與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源情況，以可持續(xù)發(fā)展的思想為指導(dǎo)進(jìn)行長(zhǎng)期規(guī)劃，通過充分利用現(xiàn)網(wǎng)資源降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。

§5.1

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃概述

5.1.2規(guī)劃內(nèi)容與流程45

§5.2

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程

5.2.1網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃準(zhǔn)備階段461.項(xiàng)目分工及計(jì)劃無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工作包含數(shù)據(jù)分析、軟件仿真、實(shí)地勘測(cè)、無線信號(hào)測(cè)試等。負(fù)責(zé)人應(yīng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃項(xiàng)目的目標(biāo)，確定工作內(nèi)容，安排工作進(jìn)度計(jì)劃，選擇項(xiàng)目組成員，使項(xiàng)目組成員在項(xiàng)目開始前對(duì)各自的工作目標(biāo)、工作內(nèi)容、時(shí)間節(jié)點(diǎn)等有清楚的認(rèn)識(shí)。

2.工具和軟件無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃可能需要的工具和軟件包括定位儀器、數(shù)碼相機(jī)、紙質(zhì)地圖和電子地圖、規(guī)劃軟件等。如果需要做連續(xù)波測(cè)試，還需要準(zhǔn)備相關(guān)的發(fā)射機(jī)和接收終端等。

§5.2

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程

5.2.1網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃準(zhǔn)備階段473.規(guī)劃區(qū)域調(diào)研、基礎(chǔ)資料收集資料收集與分析的目的是對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域、市場(chǎng)需求、業(yè)務(wù)規(guī)劃等方面充分了解，作為規(guī)劃設(shè)計(jì)的輸入。調(diào)研的內(nèi)容包括規(guī)劃區(qū)的人口情況、經(jīng)濟(jì)狀況、地理信息、市場(chǎng)情況、現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況等。具體的資料信息如下。（1）人口組成和特點(diǎn)（2）經(jīng)濟(jì)狀況（3）地形、地貌、建筑（4）現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)情況資料（5）區(qū)域劃分4.市場(chǎng)定位和業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需求，需要準(zhǔn)確把握運(yùn)營(yíng)商的發(fā)展計(jì)劃，結(jié)合前期相關(guān)業(yè)務(wù)信息，對(duì)當(dāng)前無線網(wǎng)絡(luò)確定合理的市場(chǎng)定位。結(jié)合服務(wù)區(qū)內(nèi)不同區(qū)域的功能、建筑物及用戶分布特點(diǎn)，進(jìn)行區(qū)域劃分，并確定各個(gè)區(qū)域的基本覆蓋需求，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及業(yè)務(wù)類型。

§5.2

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程

5.2.2網(wǎng)絡(luò)預(yù)規(guī)劃階段48在網(wǎng)絡(luò)預(yù)規(guī)劃階段，主要工作包括明確網(wǎng)絡(luò)預(yù)規(guī)劃目標(biāo)、資源預(yù)估以及為形成站點(diǎn)部署指導(dǎo)建議書。因此需要從策略分析、規(guī)劃目標(biāo)取定、覆蓋規(guī)劃、容量規(guī)劃和效益預(yù)分析等幾個(gè)環(huán)節(jié)開展網(wǎng)絡(luò)預(yù)規(guī)劃。1.連續(xù)波（CW）測(cè)試2.測(cè)試數(shù)據(jù)處理3.傳播模型校正4.鏈路預(yù)算5.覆蓋預(yù)規(guī)劃6.容量預(yù)規(guī)劃7.站址預(yù)規(guī)劃

§5.2

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程

5.2.2網(wǎng)絡(luò)預(yù)規(guī)劃階段491.連續(xù)波（CW）測(cè)試根據(jù)電波傳播理論，無線電信號(hào)在較遠(yuǎn)距離（幾十個(gè)波長(zhǎng)以上）上經(jīng)歷的慢衰落，一般服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布。一般在40個(gè)波長(zhǎng)的空間距離上對(duì)接收?qǐng)鰪?qiáng)平均值進(jìn)行采樣，從而得到對(duì)應(yīng)的均值包絡(luò)。此局部均值通常與特定地點(diǎn)的平均值進(jìn)行比較。CW測(cè)試的目的是獲取一定區(qū)域的局部均值，進(jìn)而校正傳播模型。圖5.2CW測(cè)試執(zhí)行過程

§5.2

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程

5.2.2網(wǎng)絡(luò)預(yù)規(guī)劃階段502.測(cè)試數(shù)據(jù)處理現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試完成后，測(cè)試數(shù)據(jù)需要經(jīng)過預(yù)處理、地理平均及數(shù)據(jù)偏移修正3步進(jìn)行分析處理。首先預(yù)處理對(duì)不合理數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，并離散化測(cè)試數(shù)據(jù)。不合理數(shù)據(jù)主要來源于定位誤差和收到嚴(yán)重遮擋的情況。然后地理平均處理對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行地理化平均，獲得特定測(cè)量范圍的區(qū)域均值。最后數(shù)據(jù)偏移修正是對(duì)位置出現(xiàn)偏移的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行修正。實(shí)測(cè)路徑與電子地圖可能會(huì)出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致測(cè)試數(shù)據(jù)偏移電子地圖上的路線，導(dǎo)致數(shù)據(jù)地理屬性出現(xiàn)錯(cuò)誤，所以需要人工對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正處理。

§5.2

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程

5.2.2網(wǎng)絡(luò)預(yù)規(guī)劃階段513.傳播模型校正經(jīng)過對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的處理后，借助于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃仿真工具間可以對(duì)CW測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合校正，從而得到通用的無線傳播模型。一般來說，傳播模型的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)必然存差異，而且該差異與地形地貌的方差大小有關(guān)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，模型校正中要求誤差均值小于2，標(biāo)準(zhǔn)方差小于8dB（城市）或11dB（農(nóng)村）即可。圖5.3模型校正流程

§5.2

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程

5.2.2網(wǎng)絡(luò)預(yù)規(guī)劃階段524.鏈路預(yù)算鏈路預(yù)算的目的是預(yù)估在本地區(qū)域各種工程參數(shù)條件下最大允許路徑損耗，進(jìn)而對(duì)目標(biāo)區(qū)域的基站配置進(jìn)行估算。在鏈路分析中，計(jì)算對(duì)象主要包括基本配置參數(shù)、收發(fā)信機(jī)參數(shù)、附加損耗及傳播模型。（1）基本配置參數(shù)上下行時(shí)隙配置、特殊時(shí)隙配置、系統(tǒng)總帶寬、發(fā)射天線數(shù)、接收天線數(shù)、天線使用方式等。（2）收發(fā)信機(jī)參數(shù)發(fā)射功率、天線增益、接頭及饋線損耗、多天線分集增益、波束賦形增益、熱噪聲密度、接收機(jī)噪聲系數(shù)、干擾余量、人體損耗、目標(biāo)SNR等，（3）附加損耗建筑物穿透損耗和陰影衰落余量。市區(qū)建筑物穿透損耗典型值通常取15～20dB。在城區(qū)環(huán)境下陰影衰落余量通常取8.3dB。

§5.2

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程

5.2.2網(wǎng)絡(luò)預(yù)規(guī)劃階段535.覆蓋預(yù)規(guī)劃覆蓋目標(biāo)可以采用務(wù)類型、覆蓋區(qū)域、覆蓋概率等指標(biāo)來表征。（1）業(yè)務(wù)類型當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，以分組域（PS）業(yè)務(wù)為主。不同PS業(yè)務(wù)的覆蓋能力不同，首先應(yīng)明確邊緣用戶的數(shù)據(jù)速率目標(biāo)。同時(shí)考慮不同目標(biāo)數(shù)據(jù)速率的解調(diào)門限，其相對(duì)應(yīng)的覆蓋半徑也不盡相同。（2）覆蓋區(qū)域根據(jù)覆蓋區(qū)域的地理環(huán)境，進(jìn)行覆蓋規(guī)劃時(shí)，應(yīng)從面覆蓋、線覆蓋及點(diǎn)覆蓋多方面進(jìn)行分析，從而確定不同建設(shè)的覆蓋需求。面覆蓋主要針對(duì)各個(gè)主要覆蓋區(qū)域，在建設(shè)初期包括主要城區(qū)與部分郊區(qū)，在后期可以拓展至各個(gè)縣城與重點(diǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。線覆蓋主要面對(duì)連接各個(gè)城區(qū)的高速公路與鐵路。點(diǎn)覆蓋針對(duì)需要重點(diǎn)考慮的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)熱點(diǎn)區(qū)域。

§5.2

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程

5.2.2網(wǎng)絡(luò)預(yù)規(guī)劃階段545.覆蓋預(yù)規(guī)劃（2）覆蓋區(qū)域表5.4各類通信場(chǎng)景的覆蓋率要求覆蓋區(qū)域場(chǎng)景補(bǔ)充說明面覆蓋率（%）邊緣覆蓋率（%）密集市區(qū)室內(nèi)（3km/h）9585一般市區(qū)室內(nèi)（3km/h）9075郊區(qū)室內(nèi)（3km/h）8565農(nóng)村車內(nèi)（120km/h）9075高速公路車內(nèi)（120km/h）9075鐵路車內(nèi)（120km/h）9075

§5.2

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程

5.2.2網(wǎng)絡(luò)預(yù)規(guī)劃階段555.覆蓋預(yù)規(guī)劃（3）目標(biāo)區(qū)域類型分類根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般將目標(biāo)區(qū)域分為密集市區(qū)、一般市區(qū)、郊區(qū)、農(nóng)村、鐵路、高速公路。（4）覆蓋參數(shù)目前無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主要目標(biāo)，場(chǎng)景包括密集城區(qū)、一般市區(qū)、郊區(qū)及室內(nèi)。進(jìn)行鏈路預(yù)算時(shí)需要充分考慮建筑物與植被引起的穿透損耗。另一方面，在郊區(qū)、農(nóng)村、高速公路及鐵路等高速場(chǎng)景下，建筑物較為稀疏，這些場(chǎng)景的終端主要是高速運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)臺(tái)，并且需要考慮車體的穿透損耗。在我國(guó)，當(dāng)前主流動(dòng)車組與高鐵的穿透損耗達(dá)到24dB以上，運(yùn)動(dòng)速度120km/h以上，因此對(duì)于高鐵沿線的覆蓋設(shè)計(jì)需要特別考慮車體損耗與多普勒效應(yīng)。根據(jù)不同覆蓋場(chǎng)景的業(yè)務(wù)需求與用戶密度，覆蓋率參數(shù)可以參照表5.4。最終，結(jié)合覆蓋目標(biāo)與鏈路預(yù)算結(jié)果，可以預(yù)估出實(shí)現(xiàn)各類場(chǎng)景完全覆蓋所需的最小基站數(shù)。

§5.2

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程

5.2.2網(wǎng)絡(luò)預(yù)規(guī)劃階段566.容量預(yù)規(guī)劃目前我國(guó)移動(dòng)通信發(fā)展處于LTE與5G網(wǎng)絡(luò)共存狀態(tài)。以TD-LTE系統(tǒng)為例：LTE基于調(diào)度算法與完全共享的原則，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中更多考慮數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載，采用鏈路自適應(yīng)方式進(jìn)行資源分配。在容量規(guī)劃方面綜合考慮用戶信道質(zhì)量與當(dāng)前小區(qū)總體資源，動(dòng)態(tài)調(diào)整用戶資源分配，并通過選擇性調(diào)度方法獲得較高的頻譜效率。通過系統(tǒng)仿真與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，根據(jù)小區(qū)吞吐量與小區(qū)邊緣吞吐量來估計(jì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。因?yàn)門D-LTE支持多種帶寬的靈活配置，所以為了承載大容量的數(shù)據(jù)與語音業(yè)務(wù)，一般采用大帶寬進(jìn)行組網(wǎng)部署。

§5.2

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程

5.2.2網(wǎng)絡(luò)預(yù)規(guī)劃階段576.容量預(yù)規(guī)劃TD-LTE的容量規(guī)劃目標(biāo)包括：（1）最大系統(tǒng)數(shù)據(jù)吞吐量；（2）用戶體驗(yàn)到最高速率；（3）支持最大用戶數(shù)目。具體的容量指標(biāo)見表5.5。表5.5LTE容量指標(biāo)參數(shù)定義用戶數(shù)調(diào)度用戶數(shù)在同一個(gè)TTI中被調(diào)度（傳輸數(shù)據(jù)）的用戶數(shù)連接用戶數(shù)建立了RRC連接的用戶數(shù)激活用戶數(shù)在一定的時(shí)間間隔內(nèi)，在隊(duì)列中有數(shù)據(jù)的用戶VoIP用戶數(shù)進(jìn)行語音通信的用戶數(shù)吞吐量平均吞吐量（Mbit/s）L1忙時(shí)吞吐量邊緣吞吐量（Mbit/s）邊緣用戶統(tǒng)計(jì)的L1忙時(shí)吞吐量

§5.2

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程

5.2.3網(wǎng)絡(luò)詳細(xì)規(guī)劃階段58無線網(wǎng)絡(luò)詳細(xì)規(guī)劃階段的主要任務(wù)是以覆蓋規(guī)劃和容量規(guī)劃的結(jié)果為指導(dǎo)，進(jìn)行基站站址規(guī)劃和無線參數(shù)規(guī)劃，并通過模擬仿真對(duì)規(guī)劃設(shè)計(jì)的效果進(jìn)行驗(yàn)證。此外，還需進(jìn)行投資預(yù)算及整體效益評(píng)價(jià)，從而驗(yàn)證規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的合理性。1.站址規(guī)劃2.無線參數(shù)規(guī)劃3.仿真模擬預(yù)測(cè)4.投資估算、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

§5.3

網(wǎng)絡(luò)覆蓋預(yù)估59網(wǎng)絡(luò)覆蓋預(yù)估是無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的基礎(chǔ)。在該環(huán)節(jié)，應(yīng)根據(jù)無線傳播模型以及通信系統(tǒng)對(duì)路徑損耗的要求，進(jìn)行基站數(shù)目的預(yù)估。一般情況下，首先以理想白板模型（即理想電波傳播環(huán)境）進(jìn)行站點(diǎn)數(shù)估算，然后根據(jù)實(shí)際通信場(chǎng)景再在特殊位置進(jìn)行基站補(bǔ)充部署，如圖5.4所示。其中，MAPL為最大允許路損（MaxAllowedPathLoss），EIRP為等效全向輻射功率（EffectiveIsotropicRadiationPower）。

§5.3

網(wǎng)絡(luò)覆蓋預(yù)估60表5.6常用無線傳播模型傳播模型應(yīng)用場(chǎng)景Okumura-Hata1.頻率范圍：150~1000MHz2.小區(qū)半徑：1~20km3.基站天線掛高：30~200m4.終端天線高度：1~10mCOST231-Hata1.頻率范圍：1500~2000MHz2.小區(qū)半徑：1~20km3.基站天線掛高：30~200m4.終端天線高度：1~10mSPM此模型由路測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)模型校正后得到

§5.3

網(wǎng)絡(luò)覆蓋預(yù)估61結(jié)合相關(guān)參數(shù)如發(fā)射功率與接收靈敏度可以計(jì)算出最大允許路徑損耗，下行鏈路預(yù)算的原理如圖5.5所示。根據(jù)電波傳播原理，傳播路徑損耗包括穿透損耗、身體損耗以及線纜損耗都是靜態(tài)的。而天線增益與MIMO增益可以為信號(hào)的損耗進(jìn)行補(bǔ)償，從而提高最大允許路徑損耗。在覆蓋設(shè)計(jì)中需要對(duì)下行鏈路預(yù)算保留余量，確保不僅覆蓋能滿足規(guī)劃目標(biāo)，而且即使在小區(qū)負(fù)載較大或者某區(qū)域慢衰落大于平均值時(shí)也能保障正常通信。下行鏈路預(yù)算可以表示為

5.3.1下行鏈路預(yù)算

§5.3

網(wǎng)絡(luò)覆蓋預(yù)估621.下行等效全向輻射功率下行等效全向輻射功率指單個(gè)基站的發(fā)射功率，從基站天線的角度反映總的輻射水平。以LTE系統(tǒng)為例，由于采用了OFDMA多址方式，所以接收機(jī)靈敏度在不同帶寬有所差別。在鏈路預(yù)算中，需要將單個(gè)RE看作是計(jì)算的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。插入損耗主要來自射頻器件接頭，所以可以統(tǒng)一取3dB。這樣，下行等效全向輻射功率可以表示為

5.3.1下行鏈路預(yù)算2.基站最大發(fā)射功率基站最大的發(fā)射功率由射頻單元（RRU）的型號(hào)以及相關(guān)配置決定。對(duì)于典型宏站場(chǎng)景，小區(qū)最大發(fā)射功率為2×20W（46dBm）。

§5.3

網(wǎng)絡(luò)覆蓋預(yù)估633.天線增益在LTE系統(tǒng)中，定向基站天線增益為15dBi，全向基站天線增益在8~11dBi范圍內(nèi)。在分集模式下，2天線與4天線的理論分集增益分別為3dB與6dB。在Beamforming模式下，8單元天線賦形增益為9dB。但是實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中的分集增益往往會(huì)略小于理論值。除了以上增益，一些特殊算法的應(yīng)用也會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)性能增益。小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)（InterCellInterferenceCoordination,ICIC)算法增益的典型值取2dB，自適應(yīng)調(diào)制編碼（AdaptiveModulationandCoding,AMC）和HARQ增益的典型值取1dB。

5.3.1下行鏈路預(yù)算4.干擾余量鏈路預(yù)算中需要充分考慮干擾余量，用來補(bǔ)償鄰區(qū)干擾。干擾余量的設(shè)計(jì)目標(biāo)一般是為了對(duì)抗底噪提升，其與傳播環(huán)境、站間距、發(fā)射功率及頻率復(fù)用有關(guān)。在50%鄰區(qū)負(fù)載的情況下，一般令干擾余量為3~4dB。

§5.3

網(wǎng)絡(luò)覆蓋預(yù)估645.陰影衰落余量陰影衰落一般符合正太分布特征，會(huì)導(dǎo)致小區(qū)邊緣覆蓋率的下降。為了達(dá)到目標(biāo)覆蓋率，需要引入與陰影衰落相關(guān)的陰影衰落余量。該余量與小區(qū)邊緣覆蓋率和慢衰落的標(biāo)準(zhǔn)偏差相關(guān)，隨著覆蓋率目標(biāo)的提升而相應(yīng)增大。此標(biāo)準(zhǔn)偏差來自對(duì)不同簇類型的測(cè)量，基本代表距離基站一定范圍內(nèi)射頻信號(hào)的強(qiáng)度的變化。因此標(biāo)準(zhǔn)偏差與實(shí)際的傳播環(huán)境密切相關(guān)，一般取值范圍為6~8dB。通常平坦地形（例如鄉(xiāng)村等開闊地帶）的標(biāo)準(zhǔn)偏差值低于市區(qū)。

5.3.1下行鏈路預(yù)算6.損耗無線系統(tǒng)中的損耗主要來自饋線損耗、人體損耗與穿透損耗。饋線損耗特指基站射頻線纜與接頭的損耗，其與工作頻段和線長(zhǎng)相關(guān)，如表5.8所示。在通話狀態(tài)下，終端近距離與人體接觸，會(huì)導(dǎo)致人體生物組織吸收而造成的人體損耗，一般取3dB。當(dāng)用戶位于室內(nèi)或者交通工具上時(shí)，信號(hào)會(huì)受到反射和吸收，從而產(chǎn)生穿透損耗。這種損耗的影響因素非常復(fù)雜，包括建筑物結(jié)構(gòu)與材料、來波方向及工作頻率等。實(shí)際無線網(wǎng)絡(luò)中，穿透損耗的補(bǔ)償由大量實(shí)測(cè)經(jīng)驗(yàn)給出，并且有運(yùn)營(yíng)商統(tǒng)一制定。

§5.3

網(wǎng)絡(luò)覆蓋預(yù)估657.接收機(jī)靈敏度接收機(jī)靈敏度是在工作帶寬內(nèi)，不考慮外部干擾與噪聲，為滿足業(yè)務(wù)質(zhì)量要求而必須的最小接收信號(hào)水平，可以表示為

5.3.1下行鏈路預(yù)算接收機(jī)靈敏度=背景噪聲＋接收機(jī)噪聲系數(shù)＋要求的SINR

不同速率的SINR仿真結(jié)果舉例

§5.3

網(wǎng)絡(luò)覆蓋預(yù)估66上行鏈路的損耗與余量設(shè)計(jì)原理如圖5.7所示，可見上行鏈路預(yù)算的原理和下行鏈路預(yù)算基本一致。但是上行鏈路預(yù)算需要考慮以下問題（1）發(fā)射功率：LTE系統(tǒng)中，終端最大發(fā)射功率為23dBm。（2）發(fā)射帶寬：終端的帶寬與調(diào)度給終端的RB數(shù)量有關(guān)。（3）天線增益：終端天線為全向天線，所以天線增益一般為0dBi。（4）上行接收機(jī)靈敏度。（5）上行干擾余量：與UE的位置分布相關(guān)，通常取3~4dB。

5.3.2

上行鏈路預(yù)算

§5.3

網(wǎng)絡(luò)覆蓋預(yù)估67基站覆蓋面積與蜂窩組網(wǎng)方式和小區(qū)配置有關(guān)。令小區(qū)半徑與站間距分別為R與D，典型三扇區(qū)與全向基站的覆蓋方式如圖5.8和圖5.9所示。

5.3.3基站覆蓋面積計(jì)算定向站面積計(jì)算全向站面積計(jì)算

§5.3

網(wǎng)絡(luò)覆蓋預(yù)估68基站數(shù)目的預(yù)估是無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的重要內(nèi)容，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)質(zhì)量與成本具有重要意義。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，規(guī)劃區(qū)域的基站數(shù)目N表示為

5.3.4基站數(shù)量計(jì)算表5.12常規(guī)通信場(chǎng)景下基站數(shù)量舉例區(qū)域類型與覆蓋要求密集市區(qū)（三扇區(qū)）一般市區(qū)（三扇區(qū)）郊區(qū)（三扇區(qū)）區(qū)域面積36.95km2325.93km2236.68km2連續(xù)覆蓋業(yè)務(wù)的小區(qū)半徑0.30km0.52km1.26km連續(xù)覆蓋業(yè)務(wù)的基站面積0.18km20.52km23.05km2基站數(shù)量205個(gè)627個(gè)78個(gè)

§5.4

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化69

5.