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第3章 覆盖分析
无线通信系统的性能主要受到移动无线信道的制约，发射机和接收机之间的传播路径非常复杂，从简单的视距传播，到遭遇各种复杂地形，如建筑物、山脉，树木等。无线信道不像有线信道那样固定可预见，具有极度的随机性。所以只能利用统计方法，并根据特定频带上的通信系统测量值来进行传输范围预测。在无线通信系统中，电波传播经常在不规则地区，估计路径损耗时，要考虑特定地区的地形地貌。采用适当的传播模型可以提高覆盖半径计算的准确性。
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图3-1 前向传播路径损耗图
信号在传播过程中，从端到端之间，存在多种损耗与增益，包括馈线损耗，天线增益，软切换增益…所有的损耗与增益都会对覆盖半径造成影响，需要对所有相关参数进行计算，得到最大允许路径损耗，从而计算最大覆盖半径，这个过程叫链路预算。图3－1就是前向链路损耗图。
链路预算：对通信链路中的增益与损耗进行核算。即计算在一个呼叫连接中、保持一定呼叫质量下，链路所允许的最大传播损耗，从而结合传播模型确定基站的覆盖范围。仅举前向链路预算为例，反向与前向链路预算同理。 前向链路预算：
最大允许路径损耗＝基站业务信道最大允许发射功率－基站馈线损耗＋基站天线增益＋软切换增益－干扰余量－接收机灵敏度－人体损耗－建筑物穿透损耗－衰落余量＋移动台天线增益－移动台馈线损耗
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链路预算大部分参数都是固定的缺省参数，或者与设备相关，无法调整的值，只有干扰余量是一个可以在一定范围内自由调整的值。
为了正确的预测基站的覆盖范围，我们通常采用链路预算的方法计算出允许的最大路径损耗，再根据传播模型计算出覆盖半径，据此结合传播模型可以定出单个基站的覆盖范围，结合要覆盖区域的大小，得出满足网络覆盖需求的基站数。
在进行链路分析的时候，不仅要考虑基站到移动台的前向信号能正确解
调，还有考虑需要考虑移动台到基站的反向信号也能正确解调，需要对前反向链路的平衡综合考虑。
3.2 影响覆盖的因素
通过链路预算公式，可以得到影响基站覆盖范围的因素有：
3.2.1 设备因素
设备的发射能力、接收能力、相关器件损耗及增益。
具体参数为：发射功率、接收机灵敏度（主要表现为噪声系数、解调门限）、器件及线缆损耗、天线增益。
1. 发射功率
发射功率是由设备决定的。一般在cdma20001X系统中，基站的前向功放输出为40W、20W等。根据不同的应用要求进行选择。一般为20W，即43dBm。
2. 接收机灵敏度
接收机灵敏度是指在接收机机柜顶或者移动台天线末端测量的信号电平，在此电平下，接收机正好能够正确解调空中信道消息。灵敏度与接收机的噪声指标、热噪声、信息速率以及要求的Eb/Nt有关。华为的基站接收机静态灵敏度在1x的典型应用时，为-126dBm。移动台一般比基站灵敏度差6dB。
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移动台的最大发射功率一般为200mW，即23dBm。 对WLL的固定终端来说，最大发射功率可以达到250mW。
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3. 器件及线缆损耗
器件及线缆损耗是指发射机输出和天线输入之间的所有部件的综合损耗，主要包括CDU，馈线，接头等的损耗。基站侧的损耗系数如下表3－1：
7/8馈线(dB/100m) 5/4馈线(dB/100m) 1/2跳线(dB/100m) 450MHZ 2.7 1.9 7.6 800MHZ 4.03 2.98 11.2 表3-1 基站馈线损耗列表
2000MHZ 6.46 4.77 17.7 对于移动台，由于其馈线较短，而且天线增益很小，所以一般将天线增
益与馈线损耗合计为0dB。
Syv－50－5－1（dB/100m） Syv－50－7－1（dB/100m）
对于WLL固定台，馈线损耗如表3－2：
450MHz 14 10
900MHz 20 14.3
表3-2 固定台馈线损耗列表
4. 天线增益
天线的选择主要从天线增益、半功率角等方面来考虑。根据实际网络覆盖要求选择适当的天线，定向天线增益一般为15dBi～19dBi，全向天线增益一般为为10dBi，市区一般选择水平半功率角为65度左右的定向天线，郊区及农村可选半功率角稍大的天线。
这些参数由设备的实现方式决定，不同供应商设备的实现方式不同，指标不同。在影响覆盖的诸多因素中，设备相关的参数指标最具可比性。
3.2.2 环境因素
由于传播环境的复杂性，在不同的传播环境中，阴影效应程度、地物损耗等不同，无线电波传播能力不同。另外，考虑到话音业务终端贴近人体，也存在一定程度的链路损耗。
具体参数为：阴影衰落余量（主要体现为阴影衰落标准差和所要求的覆盖概率)、建筑物穿透损耗、人体损耗。
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1. 阴影衰落余量
接收信号中值并非一个常数，它随位置和时间的变化服从正态分布。在几十公里范围内，接收信号中值电平随位置变化远大于随时间变化。因此，陆地移动通信中，为简化分析，只考虑位置变化给通信概率带来的影响，即位置概率。这里中值电平指数十个波长范围内的小段中值电平。
链路预算得到的路径损耗值为中值，由于阴影衰落，实际的路径损耗在此值上下波动．为了保证一定的边缘覆盖概率（一般>75%），需要留出一定的余量，即阴影衰落余量。根据阴影衰落标准差和边缘覆盖概率要求（运营商确定），可以得到所需的阴影衰落余量：
Mf（dB值）=NTRMSINV（边缘覆盖概率）×r
其中NTRMSINV()函数为标准正态分布累积函数的逆函数，75%的边缘覆盖概率对应函数值为0.68。
r为阴影衰落标准差，800MHz频率时，一般准平滑地形的城区为6-8dB。 要注意边缘覆盖概率与区域覆盖概率的区别，75%的的边缘覆盖概率对应90%的区域覆盖概率。
2. 人体损耗
对于手持移动台，需要考虑人体损耗的影响，人体损耗典型值3dB。 数据终端由于使用方式不同，可以不考虑人体损耗影响。
3. 地物损耗
接收点地物对信号强度的影响。主要考虑建筑物穿透损耗。
移动台位于建筑物内时，需要考虑建筑物的穿透性能而造成的性能下降。建筑物的穿透损耗在不同的地区有较大的差异，一般在10~25dB范围内。对于车载台的情况，也应考虑相应的损耗，一般取10dB。
发射机在建筑物内被接收到的信号场强，对于无线系统来说是非常重要的。 一些文献的测试报告显示：随高度的增加，建筑物内接收信号场强增加。在低楼层中，城区的杂散结构引起大的衰减，减少了信号的穿透力。在高楼层由于可能存在视距路径使得外墙处可能具有强的入射信号。
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无线信号的穿透能力是频率及建筑物高度的函数。天线、入射角度等也有很大的影响。测试显示，随着频率的增加穿透损耗减小。在Liverpool的测试中显示，在频率为441MHZ，896.5MHZ和1400MHZ时，市区建筑物底层测得的穿透损耗值约为16.4dB，11.6dB，7.6dB，Turkmani的测试结果显示，频率为900MHZ、1900MHZ、2100MHZ时穿透损耗值分别是14.2dB、13.4dB、12.8dB。在窗前的测试显示，平均穿透损耗比没有窗户的穿透损耗小6dB。 还有Walker在Chicago测试了7个外部发射机的无线信号进入14个不同建筑的情况，结果显示，从底层到15层透射损耗以每层1.9dB递减。从15层向上开始递增。在高层，透射损失的增加归因与相邻建筑物的阴影效应。 这里假如只考虑建筑物内的信号的话，并且频率为800MHZ，有以下地物损耗经验值可以借鉴: 密集城区：25dB 城区：20dB 郊区：15dB 农村：10dB
高速公路：10dB（计算车内衰减）
3.2.3 技术体制因素
CDMA系统是自干扰系统，用户数越多，小区负荷越重，对某一通信链路的干扰越大，则为达到相同通信质量所需用以消除干扰影响的功率代价越大，小区的覆盖范围越小。同时，为了降低干扰提高性能，系统要在保证通信质量的前提下尽量降低前反向的发射功率，即需要采用功率控制根据环境等因素的不同调整发射功率。为了保证功率控制的实施则需要一定的功率储备。软切换是CDMA技术体制的又一关键技术，由于软切换的存在，处于软切换区域的移动台对单一基站的信号要求降低，从而提高了单个基站的覆盖范围（当然是以牺牲前向容量为代价的）。CDMA系统中，接收机解调门限（Eb/Nt）随数据速率和移动台运动状态而不同，在其它条件相同的情况下，解调门限不同，则接收机灵敏度不同，直接影响覆盖范围。
具体参数为：干扰余量（系统负荷影响）、功控余量、软切换增益、Eb/Nt； 这些参数由CDMA技术体制决定，是CDMA系统与其它不同体制系统在覆盖分析中最本质的差别。
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