2G、3G海面超远覆盖建模分析优化策略.doc

2G/3G海面超远覆盖建模分析优化策略 邓立新、陈若炜、叶健涛、李敏华 （中国联通广西分公司） 摘要：关键词： 1.概述 由于受到GSM协议规范的限制，正常GSM小区的服务半径不超过35公里。针对近海渔业区和航道等用户对远距离通讯的需求，各大设备厂商先后都开发了GSM超距离覆盖技术，将受GSM协议的小区最大限制通讯距离理论值从35公里提高到110公里，配合大功率基站的使用及基站站址的精心选择，覆盖距离甚至可以更远。 因自由空间传播模型同样适用于其他频段，所以同样可以适用于WCDMA制式。 在对海面超远距覆盖小区的网络规划与优化过程中，因无线环境与覆盖需求不一样，对设备性能与选型、硬件配置与连接方式、配套以及参数设置的要求也不一样。本文以内陆地区超远覆盖基站的优化经验为基础，通过在广西沿海的一些实验验证，介绍和总结了目前常用的增强海面覆盖的优化规划方法、相应的理论值及注意事项。 海面超远覆盖建模的关键因素 2.1 海面无线传播环境特点① 海面远距离覆盖的基站站址通常选择在沿海高处，高度从50~500多米不等。由于海面无线电波传播损耗很小，无线电波可以传播到很远的海面上。此时，地球不能再看作平面，而应把它看作球面，即地球曲率将对无线电波传播产生影响。 无线电波在海面传播路径主要是通过空气传播的直达波和经过海面反射的反射波。当基站的无线信号辐射到海面时会产生多个反射波，但能够被移动台接收到的一般只有一个反射波，其它反射波由于反射角不同被反射到其它区域。因此海面无线传播还具有二波特征，考虑到船体损耗和和地球曲率的影响，并根据实测数据①进行修正，海面传播模型如下： ………...公式（1） 其中，Lpath为海面传播路径损耗；Ht为基站天线高度（单位：米）；Hr为移动台天线高度（单位：米）：对于在海面船只上的移动台，受海浪以及船只大小高度的影响，移动台的实际高度有较大起伏，一般默认值为3米，大型邮轮为20米；?为波长（单位：米）；d为距离（单位：公里）；L0为自由空间传播损耗（单位：dB）；L0=32.45+20log(f)+20log(d) ………………………………………..…………………..公式（2） （d为传播距离，单位：km ；f为无线信号频率，单位：MHz。通过计算，可知同等条件下1800M比900M系统要多损耗6dB，所以：要覆盖越远，选择的信源频率越小越好） Lboat为船体穿透损耗；Learth为超过视线距离后的地球曲率引起的绕射损耗； a为修正系数（=5dB）。 根据测试经验，a取值为5dB，Lboat取值为0~35dB不等（依据不同类型、不同位置的船体损耗设置）。公式（1）与公式（2）即为海面超远覆盖的计算依据。 当没有超出视线距离时，Learth取值为0dB，超过视线距离后，Learth为绕射损耗。 （关于视线距离的定义：由于地球是球形的，凸起的地表面会挡住视线，视线所能到达的最远距离称为视线距离。根据球面几何原理，视线距离d0计算公式如下： （km）…..............................................公式（3） 其中，R0为地球半径（6370km）；Ht、Hr解释与公式(1)相同（单位：米）。） 由于空气的压力、温度、湿度随着高度而变化，所以介电常数er也随高度而减小，并由于空气稀薄而逐渐趋于0。使得无线电波在对流层中的传播轨迹不是直线而是沿地球曲率方向的曲线。即无线电波在对流层中传播时出现折射，折射系数n= (er)1/2 。 这种折射现象相当于地球半径增大，因此对地球半径乘一系数k。在标准大气压折射情况下k = 4/3。在标准大气折射下，修正公式(3)为： （km）…….....................................................公式（4） 当移动台超出视线距离后进入阴影区，此时的损耗为绕射损耗，即公式（1）中的Learth。地球表面对信号传播产生绕射影响会使接收电平快速下降。 海面上没有任何遮挡，基站发射的信号进入海面传播，只有大气传播损耗，因此基站信号可以在海面传播很远而信号强度依然满足手机接收灵敏度。如果考虑到反射和散射等因素，则可以传播更远。因此从地球曲率半径角度来看，只要基站发射功率足够高，接收到的无线信号能够满足接收机的灵敏度要求，信号就可以传播得更远。 但是超远距离覆盖不可避免地造成传播时延过长，无法保证GSM系统的TDMA同步35公里（要突破这一限制使用双时隙技术，在4.3.1说明）。虽然WCDMA系统中的同步信道搜索窗距离理论值为90公里，但受其他信道速率限制，扩频增益不一，覆盖距离远还达不到该值。 基站分布与频率干扰 传播距离远对海面覆盖来说是一种优势，但是随着网络的规模的扩大，沿海基站逐渐增多，使信号极