摘要：在规划和建设一个移动通信网时,从频段的确定、频率分配、无线电波的覆盖范围、计算通信概率及系统间的电磁干扰,直到最终确定无线设备的参数,都必须依靠对电波传播特性的研究和据此进行的场强预测,是进行系统工程设计与研究频谱有效利用、电磁兼容性等课题所必须了解和掌握的基本理论。
关键词：无线通信；移动通信；3G时代
一、无线移动通信技术相关知识
(1)卫星移动通信系统。卫星移动通信系统,其最大特点是利用卫星通信的多址传输方式,为全球用户提供大跨度、大范围、远距离的漫游和机动、灵活的移动通信服务,是陆地蜂窝移动通信系统的扩展和延伸,在偏远的地区、山区、海岛、受灾区、远洋船只及远航飞机等通信方面更具独特的优越性。
(2)无线接入系统。无线接入系统(又称无线本地环路),就是通过无线的方式,在有线管道铺设比较困难、投资大、电话用户密度大的市和近郊区,或电话用户稀少的远郊区、农村、山区等地方,提供固定电话的服务,作为有线电话网的补充和延伸。
(3)无线寻呼系统。无线寻呼系统是近几年发展非常迅速的移动通信系统之一。我国曾是世界上头号寻呼大国。无线寻呼信息除传统的个人信息外,还有大量的公共信息、专用信息。目前,应该利用现有的无线寻呼网络,朝向规模经营、文字化、自动化、大联网、高速率、多业务、多用途,以及语音寻呼、双向信息寻呼和小区复用频率的组网方式等方面发展。
(4)未来公众陆地移动通信系统FPLMTS。目前FPLMTS集合了各种移动通信系统的功能,用户只需使用单一的移动终端设备,就可以在全球任何地方、任何时候,获得与任何人进行高质量的移动通信服务,也就是大家所期望的个人通信。当前,我国第三代移动通信系统的体系仍然延续了二代移动通信的传统,趋向于采用混合组网,既有CDMA2000体制,也有我国自己提出的TD-SCDMA体制。
二、无线电波的传播
(一)传播方式
1.直达波或自由空间波;2.地波或表面波;3.对流层反射波;4.电离层波蜂窝系统的无线传播利用了第二种地波或表面波传播方式。
(二)传播途径
传播途径有反射、绕射和散射。
三、自由空间传播损耗
虽然在自由空间传播的电磁波不产生反射、折射、吸收和散射等现象,总能量没有被损耗掉,但是,电波的能量还是会由于向周围空间扩散而衰耗,这种电波扩散衰耗就称为自由空间传播损耗。
中心点O发射功率Pt,球半径d,球表面积4πd2。球面上单位的功率P=Pt/(4πd2)
发射天线来说,天线增益Gt。则与发射源相距d处的单位面积所接收的功率为
P’=Gt×Pt/(4πd2)
接收天线增益Gr
根据天线理论,接收天线的有效接收面积S=λ2/(4π),那么接收机输入功率
Pr=Gt×Pt/(4πd2)×λ2/(4π)×Gr
假设Gt=Gr=1,则自由空间传播损耗L=Pt/Pr=(4πd/λ)2
另外λ=c/fc=3×108m/s1MHz=106Hz1km=103m
则:Lb=lgL=32.4+20lgf(MHz)+20lgd(km)
由此得出:自由空间的传播损耗仅与传播距离、功率和频率有关。
四、无线传播模型
(一)无线传播模型
自由空间是理想的情况,现实中理想情况很难存在。实际的传播环境主要有:
1.自然地形;2.人工建筑的数量、高度、分布和材料特性;
3.该地区的植被特征;4.天气状况;5.自然和人为的电磁噪声状况。
以上这些会对无线传播造成很大的影响,因此自由空间传播损耗就不准确了。
无线传播模型:预期无线电波传播路径上的路径损耗的。
(二)常用的传播预测模型
一个有效的传播模型应该能很好地预测出传播损耗,该损耗是距离、工作频率和环境参数的函数。
1.Okumura―Hata模型
Okumura-Hata模型是Hata在Okumura大量测试数据的基础上用公式拟合得到的。
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这个模型时作了下列三点假设以求简化:
(1)作为两个全向天线之间的传播损耗处理
(2)作为准平滑地形而不是不规则地形处理
(3)以城市市区的传播损耗公式作为标准,其他地区采用校正公式进行修正
适用条件如下:
(1)f为150～1500MHz;(2)基站天线有效高度为30～200米;
(3)移动台天线高度为1～10米;(4)通信距离为1～35km
传播损耗公式如下:
公式说明:
d的单位为km,基站天线和移动台天线之间的水平距离;
f的单位为MHz,工作频率;Lb城为城市市区的基本传播损耗中值;
hb、hm――基站、移动台天线有效高度,单位为米;
有效天线修正因子;小区类型校正因子
地形校正因子,地形校正因子反映一些重要的地形环境因素对路径损耗的影响
基站天线有效高度计算:设基站天线离地面的高度为,基站地面的海拔高度为,移动台天线离地面的高度为,移动台所在位置的地面海拔高度为,则基站天线的有效高度hb=+-,移动台天线的有效高度为。
2.COST231Hata模型
COST-231-Hata模型也是以Okumura等人的测试结果为依据。
适用条件:
(1)f为1500～2000MHz;(2)基站天线有效高度为30～200米;
(3)移动台天线高度为1～10米;(4)通信距离为1～35km
传播损耗公式如下:
公式说明:Cm大城市中心校正因子
不管是用哪一种模式来预测无线覆盖范围,只是基于理论和测试结果统计的近似计算。由于实际地理环境千差万别,很难用一种数学模型来精确地描述。通过数学模型预测与实际信号场强值总是存在差别。
3.传播模型校正
为了获得符合本地区实际环境的无线传播模型,提高覆盖预测的准确性,为网络规划打好基础,就要进行传播模型的校正。
CW测试即连续波测试,是经过模型校正的必经步骤,通过CW测试和数字地图可以获得进行模型校正的数据。这些测试数据中的经纬度信息和接收电平形成模型校正的数据源。
CW测试的方法分三个步骤:
(1)选择测试站址。根据经验,大城市应选5个或更多,小城市一般选一个站址。测试站址的标准:
(2)测试准备。工具准备:数字地图、测试接收机、GPS、测距仪、角度仪、测试软件、笔记本电脑和汽车等。
(3)进行测试。驱车测试,尽量不要选择高速公路以及很宽阔平直的街道,应选择较窄的街道。在获得了实地测量的信号传播损耗数据之后,需要对采集的数据进行处理,来对传播模型进行矫正。矫正之前需要将测量数据点中离发射机太近和太远的数据点都删除掉,然后再利用这些数据对传播模型的各参数进行线性回归拟合。
五、无线移动通信技术发展历史和趋势
无线移动通信技术的发展始于上一世纪20年代,经历了五个发展阶段。
第一阶段从上一世纪20年代至40年代,为早期发展阶段。在这期间,
首先在短波几个频段上开发出专用移动通信系统,其代表是美国底特律市警察使用的车载无线电系统。该系统工作频率为2MHz,到40年代提高到30～40MHz。可以认为这个阶段是现代移动通信的起步阶段,特点是专用系统开发,工作频率较低。
第二阶段从40年代中期至60年代初期。在此期间内,公用移动通信业务开始问世。这一阶段的特点是从专用移动网向公用移动网过渡,接续方式为人工,网的容量较小。
第三阶段从60年代中期至70年代中期,使用150MHz和450MHz频段,实现了无线频道自动选择并能够自动接续到公用电话网。这一阶段是移动通信系统改进与完善的阶段,其特点是采用大区制、中小容量,使用450MHz频段,实现了自动选频与自动接续。
第四阶段从70年代中期至80年代中期。这是移动通信蓬勃发展时期。1978年底,美国贝尔试验室研制成功先进移动电话系统(AMPS),建成了蜂窝状移动通信网,大大提高了系统容量。
第五阶段从80年代中期开始,这是数字移动通信系统发展和成熟时期,开发了新一代数字蜂窝移动通信系统。数字无线传输的频谱利用率高,可大大提高系统容量。另外,数字网能提供语音、数据多种业务服务,并与ISDN等兼容。实际上,早在70年代末期,当模拟蜂窝系统还处于开发阶段时,一些发达国家就着手数字蜂窝移动通信系统的研究。到80年代中期,欧洲首先推出了泛欧数字移动通信网(GSM)的体系。
目前,我们正处在这一阶段的第三代数字移动通信系统时代。这一时代的特点是通信频带进一步加宽,数据业务所占的比重大幅度增加,全面走向移动多媒体通信。当今无线移动通信的发展主要体现在五大技术的发展中:一是举世瞩目的3G技术,二是3.5ghz宽带固定无线接入的推广应用,三是WLAN标准的选用,四是宽带无线技术新宠WIMAX,五是超宽带无线接入技术UWB。这些技术的发展和应用导致无线移动通信的总体走势是接入多元、网络一体和综合布局。
参考文献
[1]王莹,刘宝玲.WCDMA无线网络规划与优化[M].北京:人民邮电出版社,2007,1
[2]魏红.移动通信技术[M].北京:人民邮电出版社,2005,1
[3]李斯伟,贾璐,杨艳.移动通信技术[M].北京:清华大学出版社,2008,3
论文作者:孟亚楠,陈瑾萱
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/17
标签：天线论文; td-scdma论文; 三星论文; 模型论文; 通信系统论文; 移动通信论文; 基站论文; 《基层建设》2018年第29期论文;