江苏省通信学会论文集V H F 无线蜂窝宽带接入网微区构造研究刘伟峰1 ，陈晓曙21 东南大学无线电工程系，江苏南京，2 1 0 0 9 6 ：2 东南大学移动通信国家重点实验室，江苏南京，2 1 0 0 9 6j _ 要l 文章以微区构造为目标，介绍了V H F 频段无线蜂窝宽带接入专用通信网的蜂窝结构，借鉴O k u m u r a H a t a 模型研究了其覆盖范围和微区间的干扰。关词IV t t F ；微区构造；覆盖：干扰一、引言在城区范围内，针对应用于专业领域宽带接入、保密等要求，现有的公共网络或多或少存在缺陷。G S M 、C D M A 、G P R S 宏蜂窝系统带宽也不够，造价高昂；2 4 G H z 无线局域网则由于频段缘故，不适合城区移动应用。目前，国内对于专业应用领域无线宽带移动接入通信网络研究开发不能满足实际应用的需求， 针对这一需求基于V H F 频段我们开展了无线蜂窝宽带接入专用通信网络的研发。微区构造是蜂窝移动接入通信网的一个重要环节。鉴于现有的无线网络在频段、蜂窝干扰模式等方面与研发系统存在较大差异，所以，在借鉴现有相关研究的基础上，就目标网络的蜂窝结构，电波传播模型，以及在此基础上的分析蜂窝覆盖和干扰问题开展了相应的研究，为实际应用中的合理网络规划与优化奠定基础。二、网络的蜂窝结构受频谱资源的限制，接入网规划中只有4 个频点，因此，网络采用的蜂窝构造如图1 所示。图中六边形代表微区覆盖范围，1 、2 、3 、4 分别代表四个不同的频点，每个微区分配一个频点。整个无线网络蜂窝系统由接入点和终端组成，上、下行链路采用统计时分方式。图l - 蜂窝结构三、电波传播模型在城区，对于H I G HV H F 频段，其功率损耗可以借鉴O k u m u r a H a t a 模型3 7 5。p 泗= 6 9 5 5 + 2 6 1 6 1 9 f - 1 3 。8 2 l g ( h 船) 一a ( h 糟) + 【4 4 9 6 5 5 l g ( h 船) l g d( 1 )其中f 是载频的频率，单位是 , t H z ，适用范围是1 5 0 1 5 0 0 M H z ；d 是传播距离，单位是k m ，适用于小区半径大于l k m 的蜂窝系统；h i , 是接入点天线的有效高度，单位是m ，取值范围是3 0 2 0 0 m ；h 。是移动台天线的有效高度，单位是m ，取值范围是卜l O r e ；口( 厅。) 是移动天线修正因子，其修正值为四、系统性能1 、覆盖范围分析口Q 。) = 3 2 ( 1 9 11 7 5 h 。) 2 4 9 7( 2 )蜂窝系统中，微区的覆盖范围主要受限于终端的发射功率，上行链路接收功率为P , ( d ) d B m = l O l g P ，( d ) m w = 只+ G ，一L m p ) + G ，( 3 )其中，为终端发射功率；G ，是终端发射天线的增益；G ，是接入点接收天线的增益；L m p ) 是为传播距离d 的函数，由公式( 1 ) 得到。在实际系统中，= 1 0 0 m w ，G ，= 0 ，G ，= 9 d B ，代入( 3 ) 得P , ( d ) d B m = 2 0 + 0 一。p ) + 9 = 2 9 一L m p )( 4 )终端作为手持设备，设定h 。= 1 5 m ，载频选择具有良好传播特性的3 4 0 M H z ，k 分别选择3 0 m 和6 0 m ，将公式( 1 ) 、( 2 ) 代入公式( 4 ) 就得到图2 所示的结果。h = m 1 0 5、h - - - 6 0 m、 J 。 图2 接收功率和传播距离的关系3 7 6d 传播距离( k i n )加鹄蜘筠言雩一辞薄罄搬n晒5 帖言p)碍嚣掣档m兰塑燮鬯塑一。：要确保信号的覆盖，就必须满足ep 泗聊y( 5 )其中，7 为接收信号门限，规范要求应当在一1 0 0 d B m 以上。由图中可以看出，当办把= 3 0 m ，最大覆盖半径大约在2 4 k m 左右：当玩= 6 0 m ，最大覆盖半径可以达到3 4 k m 左右，增加接入点天线高度可以扩大其覆盖范围。在实际应用中，我们还应当考虑地形地貌的影响以及衰落储备等因素，这就需要 提高接收信号门限y ，这样得到的就是最大有效覆盖半径。2 、微区间的干扰分析蜂窝系统主要有两种干扰，即邻频和同频干扰。前者取决于滤波器的性能，而后者则是无法避免的， 本小节的研究主要是基于后者。同样由于终端发射功率的原因，我们 ，一 i z - ，链路，其信噪比为S I R ：j L弋1 0 ，( 6 ) ，其中，S 是上行链路的接收功率；，是第f 个同频干扰微区所引起的干扰功率，在实际应用中终端的发射功率不大，而且各个微区内终端的数量较少，所以，可以近似看作是由第f 个微区内的接入点引起的。按照图1 所示，可得S = 只p )( 7 )i o ，：i o 只p ，) ：6 P , ( 2 - 石R ) + 6 e ( 6 R ) + 6 P , ( 4 f 3 R ) + 6 e ( 2 胁)( 8 )其中，R 是微区的半径，单位是m ；e p ) 和e p ，) 可以由公式( 3 ) 得到；公式( 8 ) 中各项依次为每一层同频微区引起的干扰，由于接收功率和距离成反比，各项的值与第一项相比可以忽略不计，所以，我们仅仅考虑第一层同频微区的影响。当d = R ，即终端处于微区边缘地带，此时是上行链路经历 的最坏情况，图3 是根据公式( 7 ) 和( 8 ) 得到的最坏情况下的两种极限。 、Ij、? 。 、上行链路- 二 千抗二：。上行链路干扰图3 上行链路接收功率和干扰与小区半径的关系3 7 7*嚣罄糍d江苏省通信学会论文集设定被干扰微区中h 船= 3 0 m ，而第一圈同频微区中h i , = 6 0 m ，只= 5 0 0 r o w ，代入公式( 7 ) 和( 8 )就得到图3 左图的结果，此时信噪比大约在3 d B 左右；设定被干扰微区中k = 6 0 m ，而第一圈同频微区中玩= 3 0 m ，只= 3 0 0 m w ，代入公式( 7 ) 和( 8 ) 就得到图3 右图的结果，此时信噪比大致提高到了9 d B 左右。在实际情况下周围同频微区同时产生影响的概率并不大，而且我们可以通过调整k 的只提高抗干扰能力。在蜂窝网系统中，某一个微区对同频干扰的抑制能力增强就意味着某些微区所受的干扰增大，此消彼长。所以，在对城区进行网络规划时，通常将各个微区接入点的天线高度和发射功率统一设置为某个中间值，然后根据实际测试结果进行调整。五、总结本文研究分析了基于V H F 频段无线蜂窝宽带接入网的微区构造方面的问题，目的是为开发网络规划软件提供必要的数据和理论依据。我们的研究还停留在初级阶段，只考虑了通用情况，没有单独针对特殊地形进行分析，另外，也没有考虑扩频增益对于提高抑制同频干扰能力的影响。对几个关键参数的深入分析以及通过实测对结果进行修正将会是今后研究的重点。考文献 1 杨大成移动传播环境理论基础、分析方法和建模技术北京：机械工业出版杜，2 0 0 3 7 6 - 8 1 ，1 0 5 - 1 4 6 2 W i l l i a mC Y L e e 移动通信工程理论和应用第2 版北京：人民邮电出版社。2 0 0 2 7 6 - 1 3 2 3 T h e o d o r eS R a p p a p o r t 无线通信原理与应用北京：电子工业出版社，1 9 9 9 2 0 - 3 0 5 0 - 9 8 4 王立宁等M A T L A B 与通信仿真北京：人民邮电出版社，2 0 0 0 9 - 5 9作者筒介：刘伟峰东南大学无线电工程系2 0 0 2 级硕士研究生。目前研究方向为无线移动宽带接入网陈晓曜东南大学无线电工程系副主任、移动通信国家重点实验室教授、硕士生导师，目前研究方向为数字移动通信与无线网络3 7 8