链路预算 移动通信的课程设计

兰州交通大学移动通信原理（课程设计）

第二章 链路预算的概述

2.1 链路预算定义

链路预算是链路预算是网络规划的前提，评估无线通信系统覆盖能力的主要方法，是无线网络规划中的一项重要工作，是网络规划中覆盖规模估算的基础。链路预算是通过对上、下行信号传播途径中各种影响因素的考察和分析，估算覆盖能力，得到保证一定信号质量下链路所允许的最大路径损耗，根据最大路径损耗，选择合适的传播模型即可估算出各种环境下小区的覆盖半径和覆盖面积，从而估算出各覆盖环境下的基站数目，获得整个网络的大致规模，为后继建网投资核算提供覆盖规模方面的参考。同时链路预算也为后期的仿真工具规划提供了两个重要数据：最大允许路径损耗和初始站间距。因此，链路预算对网络规模的估算，后期规划基站布站的基准参考都有很重要的意义。

TD- LTE 链路预算特点：

（a） TD-LTE 的业务信道是共享的， 没有CS 域业务、只有PS 域业务。不同PS 域业务的速率、解调门限不同，导致的覆盖范围也不同。因此，链路预算时首先要确定小区边缘用户的最低保障速率。

（b） TD -LTE 系统可配置1.4、3、5、10、15 及20MHz 等6 种信道带宽， 它们分别配置不同的资源块（RB）数目，其对应关系如表1 所示［1］；当采用不同的系统带宽时，所分配的RB 数目、用户的数据速率也不相同，从而影响覆盖范围。而对于TD-SCDMA 系统来说，系统的载波带宽是固定的， 用户分配的时隙数和码道数的多寡并不直接影响覆盖半径。

（c） TD-LTE 增加了64QAM 高阶调制、有块编码、截尾卷积及Trubo 等编码方式， 使TD-LTE 的编码率更加丰富。由表1 可知，系统带宽一定时分配的RB 数目也是一定的。使用较低等级的调制方式时，SINR 的解调门限就比较低，目标小区的覆盖半径就会增加。

（d） TD-LTE 和TD-SCDMA 系统的帧结构有所不同。TD-LTE 系统的帧结构有DwPTS、GP 和UpPTS 3个特殊时隙，在常规CP 下有9 种配置，在扩展CP 下有7 种配置。这种动态的时隙配置使TD-LTE 有不同的最大理论覆盖半径，GP 的配置与所支持的最大覆盖半径见表2。例如，常规CP 在“6”配置下，GP 的长度为6 576Ts（Ts=1/（15 000×2 048）s），理论上的最大覆盖半径为32.11 km，而TD-SCDMA 系统的帧

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结构所支持的理论最大覆盖半径为11.00 km, 因此TD-LTE 系统的动态时隙配置大大提高了覆盖能力。

（e） TD-LTE 采用了MIMO 和波束赋形等天线技术。TD-LTE 物理层使用不同的预编码方案，可实现不同的MIMO 模式（即单天线发送、空间复用和发送分集）。由研究结果知，同样的小区边缘频谱效率

2.2 移动通信网络链路预算思想方法

链路预算部分则是根据需求分析的结果，结合不同的参数和场景计算出无线信号在空中传播时最大允许路径损耗（Maximum Allowed Path Loss，MAPL），并根据相应的传播模型估算出小区的覆盖半径；单站覆 盖面积的计算是基于链路预算所得出的小区覆盖半径估算出每个区域eNodeB的覆盖面积，从而可以得到规划区域内所需要的eNodeB数量。

LTE网络覆盖估算主要包括需求分析、链路预算及单站覆盖面积计算等。其中：需求分析主要包括目标业务速率、业务质量及通信概率要求；链路预算是根据需求分析结果，结合不同参数和场景计算出无线信号空中传播时的最大允许路径损耗（MAPL），并根据相应的传播模型估算出小区覆盖半径；单站覆盖面积计算是基于链路预算得出的小区覆盖半径估算出eNodeB的覆盖面积，从而得到规划区域内所需eNodeB的数量。

链路预算通过对链路中的增益余量与损耗进行核算，对系统的覆盖能力进行估计，获得保持一质量下空中链路最大允许路径损耗。链路预算是网络规划的前提， 利用最大路径损耗和相应的传播模型( 比如 Okumura-Hata) 即可得到小区半径及单站覆盖面积， 最终确定目标覆盖区域所需基站数目 。 对于移动通信网络运营商， 链路预算的准确性关系到网络的覆盖质量和建设成本，因此是网络部署过程中既复杂又关键的问题， 同时也是学生进一步学习和研究移动通信的基础。

TD- LTE系统链路预算中重要的参数说明：解调门限：在一定的误码率BLER前提下（通常业务信道目标误码率为10%，控制信道目标误码率为1%），只有接收机的信噪比大于等于某数值，即达到解调门限时，接收机才能正确解调接收到的信号。该值大小与用户选的调制编码方式（MCS）以及使用的天线传输方案有关。本文中给出解调门限数值由链路级仿真获得[1][2]。干扰余量：小区呼吸效应对网络覆盖规划产生重要的影响，当系统负载增大时，小区覆盖范围会因为干扰增大而缩小。在链路预算中用干扰余量来描述干扰对小区覆盖的影响。与CDMA系统不同，TD- LTE系统采用了OFDMA技术，基本消除了小区内干扰，但是小区间的同频干扰依然存在，为了使得TD- LTE链路预算

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结果更加准确，干扰余量的引入是十分必要的。上下行链路干扰余量大小均可由下式给出：

MI=10lg（Itotal*PN）

其中，Itotal为接收机收到的包括干扰和热噪声在内的总干扰，PN为热噪声。Itotal大小与系统负载情况以及小区边缘用户目标速率等因素有关，系统负载越大干扰余量越大。本文中给出的干扰余量数值是在考虑系统负载为50%的情况下，通过系统级仿真获得。

2.3 LTE链路预算方式

链路预算首先是根据覆盖目标，估算手持终端和基站天线之间的最大路径允许链路损耗（MAPL）；然后利用MAPL通过合适的传播模型（如Cost-Hata、Okumura-Hata等），计算最大的小区半径；最后通过小区半径可以得到覆盖目标区域所需要的最少基站数目，从而指导无线网络的覆盖规划。覆盖规划流程如下图所示：

2.4 链路预算的具体步骤

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第一步:确定建网目标。

第二步:根据发射、接收端及空间参数求取最大允许路径损耗。 第三步:通过电磁环境测试结果,获得校正的无线传播模型。

第四步:依据无线传播模型和最大允许路径损耗计算小区覆盖半径和小区覆盖面积。

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第三章 链路预算中几种传播模型的比较

3.1 Okumura模型

（1）概述

Okumura模型为预测城区信号时使用最广泛的模型。应用频率在150MHz到1920MHz之间（可扩展到300MHz），收发距离为1km到100km，天线高度在30m到1000m之间。

Okumura模型开发了一套在准平滑城区，基站有效天线高度Hb为200m，移动台天线高度Hm为3m的空间中值损耗Am(f,d)曲线。基站和移动台均使用自由垂直全方向天线，从测量结果得到这些曲线，并画成频率从100MHz到1920MHz的曲线和距离从1km到100km的曲线。使用Okumura模型确定路径损耗，首先确定自由空间路径损耗，然后从曲线中读出Am(f,d)值，并加入代表地物类型的修正因子。Okumura模型中准平滑地形大城市地区的中值路径损耗由下式给出

LT(dB)=Lfs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f)

其中，Lfs为自由空间传播损耗；Am(f,d)为大城市中（当基站天线高度hb=200m、移动台天线高度hm=3m时），相当于自由空间的中值损耗，又称基本中值损耗；Hb(hb,d)为基站天线高度增益因子，即实际基站天线高度相对于标准天线高度hb=200m的增益，为距离的函数；Hm(hm,f)为移动台天线高度增益因子，即实际移动台天线高度相对于标准天线高度hm=3m的增益，为频率的函数。Am(f,d)、Hb(hb,d)和Hm(hm,f)在模型中都以图表形式给出，可参考相关文献。Okumura模型完全基于测试数据，不提供任何分析解释。对许多情况，通过外推曲线来获得测试范围以外的值，但这中外推法的正确性依赖于环境和曲线的平滑性。

Okumura模型为成熟的蜂窝和陆地移动无线系统路径预测提供最简单和最精确的解决方案。但这种模型的主要缺点是对城区和郊区快速变化的反应较慢。预测和测试的路径损耗偏差为10dB到14dB。 （2）中等起伏地上市区传播损耗的中值

在计算各种地形。地物上的传播损耗是时，均以中等起伏地上市区传播损耗的中值或场强中值作为基准，因而将其称作基准中值或基本中值。

如果Am(f,d)曲线在基准天线高度下测的，即基站天线高度hb=200m，移动台天线高度hm=3m。中等起伏地上市区实际传播损耗（LT）应为自由空间的传播损耗Lfs加上基本中值Am(f,d)(可查得)。即：

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