无线网络原理

• GSM
标准: C / I >= 9 dB ，工程上， C / I >= 12dB
干扰的影响
信号质量下降 比特误码
可修复:
不可修复 : 信道编码, 纠错 相位失真
系统干扰模型
非平衡 非对称 上行 干扰 =/= 下行干扰 手机和基站干扰情况不同
GSM系统信号质量
接收质量 （RXQUAL parameter） 接收质量等级 （0 .ຫໍສະໝຸດ Baidu. 7）
系统上行信道结构
RACH
CCCH
通用 信道
SDCCH SACCH FACCH TCH/F TCH DCCH
专用 信道
TCH/H
各逻辑信道作用示意
关机状态
搜寻频率校正脉冲 搜寻同步脉冲 解读系统消息 侦听寻呼消息 发送接入脉冲 信令信道分配 呼叫建立 话音信道分配 通话 呼叫释放
FCCH SCH BCCH PCH RACH AGCH SDCCH FACCH TCH FACCH
镜面反射
漫反射
信号强度: A --> *A ( << 1) 相位 : --> 随机相位 偏振性影响 : 随机
漫反射
电波传播
吸收效应
深度信号衰减 相位变化因材料而异 去偏极
A
A - 5..30 dB
衍射
锲型模型 刀刃模型 多刀刃模型
无线传播链路
2.1 电波传播
课程进度
2.2 传播模型 2.3 天线系统 2.4 GSM系统分集技术 2.5 干扰 2.6 抗干扰措施 2.7 无线链路平衡
PCH
AGCH
RACH
SDCCH
FACCH SACCH
TCH/F
TCH/H
TCH/9.6F TCH/ 4.8F, H TCH/ 2.4F, H
系统下行信道结构
FCCH
通用 信道
BCCH
SCH BCCH
CCCH
PCH AGCH
SDCCH
专用 信道
DCCH
SACCH FACCH
TCH
TCH/F TCH/H
解码和纠错前的误码率 RXQUAL class 0 1 2 3 4 5 6 7 Mean BER (%) 0,14 0,28 0,57 1,13 2,26 4,53 9,05 18,1 BER range from... to < 0,2% 0,2 ... 0,4 % 0,4 ... 0,8 % 0,8 ... 1,6 % 1,6 ... 3,2 % 3,2 ... 6,4 % 6,4 ... 12,8 % > 12,8 %
课程进度
GSM 系统结构 1.2 GSM 频率资源 1.3 GSM900/1800 异同比较 1.4 空中接口逻辑信道
1.1
2. 无线传播链路
2.1 电波传播 2.2 传播模型 2.3 天线系统 2.4 GSM系统分集技术 2.5 干扰 2.6 抗干扰措施 2.7 无线链路平衡
GSM系统结构
其他 MSC
传播预测模型
1,早期用于电台、电视台的CCIR- Model
不是很准确，但误差也不是很大
2,Okumura- Hata（奥村模型）
经验公式 适用于大范围的传播预测（5-20Km） 一般不用于小范围传播预测（ < 1km）
3,Walfish- Ikegami Model
适用于小范围传播预测（ < 1km）
- 20 dB
2 sec
4 sec
6 sec
time
信号变化的几种情况
瑞利衰落 正态衰落 原因 大范围信号变 化
相关性 预测性 规划方法
不同路径、不 汽车、树木、 传播路径环境, 地 同相位信号的 建筑等引起的 物、地貌影响, 地球 叠加 阴影或反射作 曲率 用 10 ... 100m > 100m < 不可预测 大部分可预测 可预测（电子地图
• 用户行为的不确定性
无线信道特点
多径传播 阴影效应 地形、地貌 反射 信号的相互干扰
反射
强烈的信号反射会带来无法容忍的信号时延
反射信号落在接收机均衡器时间窗口内，可以容忍 否则，就会产生信号交叠自干扰
直射信号弱， 反射信号强
信号强度
长距离反射，反射信号落在均衡器窗口外: ==> 干扰效应
均衡器时间窗口 16 s
3/8” 5/8” 7/8” 1 5/8”
10 17 25 47
14 9 6 3
10 6 4 2
要尽量使馈线尽可能短
分布式天线
泄漏电缆
沿信号传播方向，单位距离信号衰减很大，每间隔一定距离开个槽 ==> “分布式天线” 隧道覆盖或特殊建筑室内覆盖 价格非常昂贵
典型衰耗: 4 ... 40 dB/100m
不同地貌的衰减因子
A= 69.55, B = 26.16 (150 .. 1000 MHz) A= 46.3 , B = 33.9 (1000 ..2000MHz)
地物地貌类型
市区 森林
小区半径小,信号衰减很大 信号被强烈阻挡或吸收影响随季节不同而变化
开阔田地
水面 大山体 冰川 山丘
信号传播容易，接近自由传播
信号传播非常容易，应特别注意信号的水面反射 ! 信号被反射 信号被强烈反射，容易引起严重干扰 可以有效用于小区分界，降低干扰
Walfish- Ikegami模型
适用于市区复杂情况下微蜂窝传播预测 假设市区建筑规则分布 总的信号传播损耗包括3大部分：
直线传播损耗 LLOS 屋顶到街道信号损耗 LRTS 手机周为环境损耗 LMS
• GSM 900 and GSM 1800 就像一对孪生兄弟
•
频率带宽 信道数 信道间隔 接入技术
GSM 900
890...960 MHz 124 200 kHz TDMA 0,8 / 2 / 5 W
GSM 1800
1710...1880 MHz 372 200 kHz TDMA 0,25 / 1 W
延迟时间
信号衰落
慢衰落(正态衰落)
传播路径上大的阻挡物引起的 阴影效应 电平 (dB) +10
快衰落 (瑞利衰落)
几路信号破坏性的叠加 “衰落谷点”, “信号黑洞”
0
-10 -20
920 MHz v = 20 km/h
-30
0
1
2
3
4
5m
信号衰落
power
瑞利衰落
+20 dB
正态衰落
mean value
无线电波传播理论
电波传播理论是一门严谨的科学
移动通信环境
• 问题：移动通信比较固定通信有那些特殊性呢 ?
• 多径无线传播
无线路径是一个很复杂的传播媒介
• 手机发射功率有限
手机的发射功率客观限制了蜂窝小区的服务范围 手机电池寿命和对人体危害决定了发射功率大小
• 频率资源有限
带宽一定 信道编码等占用额外频率资源 频率需要被重复利用 ==> 产生同频干扰
d
h
w b
无线传播链路
2.1 电波传播 2.2 传播模型
课程进度
2.3 天线系统 2.4 GSM系统分集技术 2.5 干扰 2.6 抗干扰措施 2.7 无线链路平衡
天线主要指标
波瓣
主波瓣 旁瓣和后波瓣 前后波瓣比
半功率角 (3 dB) 天线下倾角 极化方式
工作频率范围
天线尺寸
风荷
天线间的耦合
主瓣
内容提要
3. 网络规划基本内容
3.1 网络规划原则 3.2 网络拓扑结构 3.3 容量分析 3.4 覆盖规划 3.5 频率计划 3.6 站址选择 3.7 信号测量
4. 网络规划扩展内容
4.1 网络演进 4.2 室内覆盖解决方案 4.3 参数设置 4.4 无线网络优化
GSM基础知识
1. GSM网络基础知识
50 Ohm coupling loss: ~ 60 dB (at 1m dist.)
光纤分布天线
利用光纤将信号传输到不同位置远端，通过末断天线辐射信号
直放站
转放信号覆盖目标区域:：
山后 山谷 室内
需要有信号源小区 信道选择性直放站和宽带直放站
耦合隔离度：40dB
无线传播链路
2.1 电波传播 2.2 传播模型 2.3 天线系统
应用统计方法 考虑本地中值 使用电子地图和传 附近的正态分 播模型(50 ..200m pixel resolution) 布(use = 3 ... 10dB)
电波传播
自由空间信号传播
D
信号强度随距离指数倍衰减
反射
镜面反射
信号强度: A --> *A ( < 1) 相位 : --> - 材料的偏振性决定相位的变化
网络规划工程师培训 无线网络规划工程
华为无线产品培训部
内容提要
1. GSM网络基础知识
系统结构 1.2 GSM 频率资源 1.3 GSM900/1800 异同比较 1.4 空中接口逻辑信道
1.1 GSM
2. 无线传播链路
2.1 电波传播 2.2 传播模型 2.3 天线系统 2.4 GSM系统分集技术 2.5 干扰 2.6 抗干扰措施 2.7 无线链路平衡
好 较好 可以接受
不可容忍
干扰源
多径信号 (回声效应) 频率复用的同邻频干扰 外部干扰
• 网络质量的提高更要注意网络干扰的有效控制
尽可能降低网络的干扰
降低干扰的方法
科学的频率分配方案 合理的站点布局 天线下倾和方位角合理调整 合理的天线型号 非法干扰源的排除
A
1.7 A
覆盖面积扩大70%
R
以上估算基于传播环境平坦而言
无线传播链路
2.1 电波传播 2.2 传播模型 2.3 天线系统 2.4 GSM系统分集技术
课程进度
2.5 干扰 2.6 抗干扰措施 2.7 无线链路平衡
干扰
信号 = 所有有用信号 所有无用信号
有用信号 环境噪声
=
其他信号
carrier interference
空闲状态
专用模式
空闲状态
物理信道同逻辑信道映射关系
• 逻辑信道到物理信道的映射关系 • 信令信道 : 51 个帧序列 • 物理信道 : 26 个帧序列
BCCH + CCCH (下行) F SBBBBCCCCF SCCCCCCCCF SCCCCCCCCF SCCCCCCCCF SCCCCCCCC BCCH + CCCH (上行) 51 TDMA 帧 ~ 235,4 ms
VLR
HLR AuC
EIR
OMC
other BTS´s
GSM系统频率资源
GSM 900 :
890
915 双工距离 : 45 MHz
935
960
GSM 1800 :
1710
1785
双工距离 : 95 MHz
1805
1880
信道间隔： 200kHz
暂未分配
运营商 A
运营商 B
A
B
GSM900/1800 异同比较
手机功率
GSM900 和 GSM1800没有很大区别，通信机制完全一样
空中接口逻辑信道
GSM900 and GSM1800 的逻辑信道划分是一样的
逻辑信道
通用信道 (CCH) 专用信道 (DCH)
广播控制信道 (BCCH)
通用控制信道 (CCCH)
控制信道
话音信道 (TCH)
FCH
SCH
BCCH (系统消息)
水平间距
间距一般为 5-10 用于天线间去耦合 与天线辐射模型有关 距离太近引起天线间信 号交叠干扰
5 .. 10
垂直间距
距离一般为1 就足够
最小耦合度指标
30dB
天线的安装
推荐的耦合度：
TX - TX: ~20dB TX - RX: ~40dB
0,2m
水平去耦合
天线增益 水平辐射模型 全向天线: 5 .. 10m 定向 : 2 ... 6m
RRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRR
•
–CCCH 分为 PCH 和 AGCH –其他帧可以配为 SDCCH
“组合 BCCH” 情况
无线链路传播
课程进度
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7
电波传播 传播模型 天线系统 GSM系统分集技术 干扰 抗干扰措施 无线链路平衡
全向天线
RX + TX：垂直去藕 RX, RX div. , TX 垂直去藕 （向一把叉子）
利用垂直去藕放置天线，去耦合效果最好
天线的安装
定向天线
定向小区
天线下倾
控制覆盖范围 减少干扰
3..10 度
天线馈线
• 常用天线馈线的典型指标
型号 直径 (mm) 900MHz dB/100m 1800MHz dB/100m
课程进度
2.4 GSM系统分集技术 2.5 干扰 2.6 抗干扰措施 2.7 无线链路平衡
GSM系统的分集技术
t
时间分集
编码, 交织
频率分集
f
跳频
空间分集
多单极化天线
双极化天线
极化分集
均衡器
多径分集
分集带来的好处
分集增益取决于环境 分集增益能增加覆盖吗?
天线分集 可以获得3-5dB信号增益 相当于可以容忍更大的路径损耗 获得更大的有效覆盖范围 R(div) ~ 1,3 R
4,ASSET 专用模型
使用范围较广（微蜂窝、宏蜂窝）
奥村模型
适用于GSM900系统
L A B log f 1382 . log hb a(hm ) (44.9 6.55 log hb ) log d Lmorpho
其中 f h a(h) d
频率，单位为 MHz 基站天线高度 [米] 手机天线高度的函数 手机和基站之间的距离 [公里]