1,传输设计相关知识,2,提纲,一、热噪声功率及噪声系数 二、接收机灵敏度方程 三、自由空间传播及传输损耗计算 四、移动通信传播模型 五、无线链路常用天线及器件指标 六、TD-SCDMA系统基本知识 七、关于TD-SCDMA系统链路预算方法 八、关于TD-SCDMA直放站室外覆盖电路设计 九、关于TD-SCDMA室内覆盖电路设计 十、工程测试,3,一、热噪声功率及噪声系数,（1） 噪声功率我们这里所讲的噪声指的是热噪声，通常我们认为放大器输入端噪声功率Nin是信号源内阻Rs产生的热噪声，并假定Rs的温度为290K（即17度）。此时Nin=Vin/4Rs=4KtinRsB/4Rs=KtinBK为波耳兹曼常数K=1.38*10J/KTin=290K为内阻Rs的绝对温度B为载波带宽,4,(2)噪声系数放大器噪声系数是指放大器输入端信号的信噪比Sin/Nin与 输出端信号的信噪比Sout/Nout之比值。即有：F=（Sin/Nin）/（Sout/Nout）用dB表示时为：Nf=10Log（F）。它表示信号通过放大器后信号信噪比变坏的程度。如果 放大器是理想无噪声网络，则F=1或Nf=0dB，信号与噪声得 到同样的放大。若放大器本身有噪声，则输出噪声功率等于 放大后的输入噪声功率和放大器本身的噪声功率之和。即经 放大器后的输出噪声为：Nout=Nin*G+Np=Nin*Nf*G 其中G为放大器增益，Np为放大器本身产生的噪声功率。,5,（3） 多级放大器的噪声系数下图给出的是一个级联放大器的模型：,级联放大器总噪声系数为F，则： F=F1+(F2-1)/G1+(F3-1)/G1*G2+-+(Fn-1)/G1*G2*-Gn-1,6,当出现多级放大器时，最关键的第一级不仅要求它噪声系数低，而且要求增益尽可能大， 由此可见，多级放大器的噪声系数取决于一、二级。 在室内分布系统中，由于每级之间还接入其他用户，因此，应与纯放大器的多级串联有不同的考虑，即应将所有用户状态综合起来考虑。,7,（4）、直放站对基站噪底的抬升直放站上行增益80dB； 直放站上行噪声系数5dB； 施主链路有效路径损耗82.5dB； 直放站上行对基站接收机噪声恶化的计算如下：直放站的噪声经过放大（直放站的上行增益）和有效路径损耗后进入基站，和基站接收机的噪声叠加就会提高接收机噪声电平，使基站接收灵敏度下降。,8,直放站的噪声到达基站接收机输入端的等效热噪声电平为Nin，则： Nin=K*T*B+NFrepGrepEdoPL K*T:热噪声密度 174dBm/Hz;B: 系统信道带宽=1.6MHz , 10B(Hz)62dB； NFrep:直放站噪声系数5dB；Grep: 直放站上行增益 80dB； EDoPL：有效路径损耗82.5dB；Nin=174+62+580-82.5 =-109.5dBm,9,设基站接收机等效热噪声电平为Nbts,则： NbtsK*T*B+NFbts K*T:热噪声密度174dBm/Hz；B:系统信道带宽1.6MHz, 10B(Hz)62dB； NFbts：基站接收机噪声系数5dB；Nbts174+62+5=-107dBm；,10,将以dB表示的噪声功率换算为以w表示：PRPT=10Nin/10PBTS=10Nbts/10基站接收机输入端总噪声功率P= PRPT+ PBTS换算为dB表示： N=10P基站噪底恶化量 N Nbts 注意： GrepEdoPL 0时，基站噪底恶化量为3dB。也就是说：控制Grep，使其低于EdoPL是控制直放站对基站引入恶化量的关键，,11,根据3GPP协议的规定，NodeB都有检测RTWP（Received Total Wideband Power）功能，NodeB的RTWP测量功能是我们发现3G上行干扰及容量测试的一个重要手段。要讨论3G系统的上行干扰，首先需要清楚RTWP的概念，下面对RTWP在空载和有负载情况下进行分析。 在空载情况下，由于热噪声的频谱密度为：-174dBm/Hz，在TD-SCDMA的1.6MHz载波带宽内底噪约为-112.dBm/1.6MHz； 关于RTWP:RTWP=-112.dBm或：RTWP=KTB+Nf=-107.dBm(Nf=5dB）,12,二、接收机灵敏度方程,1、 F=(Sin/Nin)/(Sout/Nout) 2、 (Sout/Nout) (Sin/Nin)/F（Eb*Rb)/KTB*F(Eb/KTF)*(Rb/B)(Eb/N0)/Gp 3、SinF*Nin*(Sout/Nout)KTB*F* (Eb/N0)/Gp取对数后：S(dB）KTB(dBm）+Nf+Eb/N0(dB）-Gp,13,式中：KT=-174dB/HzB=10LOG(载波带宽，单位为Hz）Eb/N0=数字解调器在误比特率为某一量级的规定下要求的输入信噪比，TD-SCDMA为7.5dB，Gp=扩频处理增益，TD-SCDMA为11dB。 所以，TD-SCDMA基站接收灵敏度为：S=-112+5+7.5-11=-110dBm,14,三、自由空间传播及传输损耗计算,地球等效半径 费涅尔区示意图 地球凸起高度 余隙 阻挡 多径,15,大气折射特性 大气折射率与折射梯度 地球等效半径与k因子 K因子与气象条件关系以及它对通信链路的影响 有效k因子ke的概念，ke与链路长度的关系,16,地球等效半径与K因子由于大气折射及随着高度增加折射率发生的变化（通常高度增加折射率下降）使电磁波传输向下弯曲，其结果可以被看成电磁波在一个等效半径为R0的地球上空沿着直线传播，则：R0=KRR为地球真实半径（6370公里）K为等效地球半径因子注意：1、一般气候条件下，K的平均值是4/3;2、K和所设计地区气象条件相关，可以有大的变化范围；3、K1，会造成射线被中途障碍物阻挡而引起传播中断；有效K因子Ke是指在一定路径长度上，经统计测量得到的K的最小值，换言之：在一定路径长度上99.9%时间K值比Ke要大。,17,图1 最坏月份99.9以上时间的ke,18,费涅尔区示意图,19,费涅尔区与费涅尔区半径第一费涅尔区半径 F117.3(d1d2/df)1/2 (m)第n个费涅尔区半径 Fn=17.3(nd1d2/df)1/2d 站距(km)d1,d2 反射点离路径一端的距离(km)f 工作频率(GHz)余隙与归一化余隙余隙与绕射损耗关系余隙标准,20,地球凸起高度,在S点的地球凸起 hk=d1*d2/2Kak:地球等效半径系数a:地球半径6370km,D,d1,d2,hk,S,21,余隙,A,B,H1,H2,d1,d2,D,H1=h1+(h2-h1)d1/D-Hk-Hs,h1,h2,Hk,Hs,22,阻挡,A,B,h1,d1,23,多径,hc,d1,d2,h1,h2,24,绕射损耗,25,B:理论的刀刃型阻挡损耗曲线 D:6.5GHz和K=4/3时光滑球形地面的理论损耗曲线 Ad:普通不规则地形的绕射损耗经验曲线,图3 绕射损耗,26,自由空间传输损耗 L0=92.44+20log(f)+20log(d) (dB) f 工作频率 (GHz) d 站距 (km) 在2GHz频段L0=38.44+20log(d) (dB)d 站距 (m),27,四、3G传播模型,(一）、在计算直放站与基站之间链路预算时，可以按照自由空间传播模型考虑，这是因为直放站施主天线架设高度通常在建筑物顶部或铁塔上，接近视距或准视距传播，自由空间传播模型表达式是： L0=32.44+20lgf(MHz)+20lgd(km),28,（二）、在基站天线架设较高时：,COST231-Hata模型表达式为： L0(dB)46.3+33.9lg(f)-13.82lg(Hb)-a(Hm)+44.9-6.55lg(Hb)lg(d)+ Cm a(Hm)=1.11lg(f)-0.7Hm-1.56lg(f)-0.8 因地理环境的不同，各种地形修正值为： 密集市区：Cm 3dB； 市区： Cm 0dB； 郊区： Cm 12.28dB； 农村： Cm 22.52dB； 该模型是在满足下列条件时适用： f=150-2000MHz; 基站天线有效高度h0=30-200m; 移动台天线高度在1-10m; 基站覆盖范围大于1km.,29,上式中：f: 工作频率，单位MHzd: 基站与手机之间距离，单位kmHb:基站天线的有效高度，单位mHm:手机天线有效高度，单位m,30,（三）、下列情况,小区覆盖半径小于1km； 很少会有视距传播信号到达UE； 基站天线高度在50m以下；根据上述环境特征，适于采用COST-231 Walfisch Ikegami传播模型进行链路预算。,31,COST-231 Walfisch Ikegami传播模型由三部分组成： 自由空间损耗Lfs; 多层屏蔽损耗：Lms; 屋顶到街道的绕射和散射损耗：Lrts. Lcost=Lfs+ Lms+ Lrts,32,Lfs32.44+20fc(MHz)+20d(km) Lms=Lbsh+Ka+Kdd(km)+Kffc(MHz)-9b(m) 式中：Lbsh 18(1+hb) 当hbhroot0 当hbhroothb=hb-hrootKd= 18 当hbhroot18-15hb/hroot 当hbhrootKa= 54 当hbhroot54-0.8hb 当hbhroot d0.5km54-0.8hbd/0.5 当hbhroot d0.5kmKf=-4+ 0.7(f/925)-1 市郊1.5(f/925)-1 城市中心b=两楼中心线间距（m）,33,Lrts16.910W(m)+10fc(MHz)+20hm(m)+L 式中： W: 街道宽度； hmhroothm : 手机接收入射波与街道方向的夹角 L= -10+0.354(度) 035度2.5+0.075(度)-35 35度55度4-0.114(度)-55 55度90度,34,35,36,（四）、3G室内传播模型,