天線基本知識及應(yīng)用―鏈路及空間無線傳播損耗計算

1 鏈路預(yù)算

上行和下行鏈路都有自己的發(fā)射功率損耗和路徑衰落。在蜂窩通信中，為了確定有效覆蓋范圍，必須確定最大路徑衰落、或其他限制因數(shù)。在上行鏈路，從移動臺到基站的限制因數(shù)是基站的接受靈敏度。對下行鏈路來說，從基站到移動臺的主要限制因數(shù)是基站的發(fā)射功率。通過優(yōu)化上下行之間的平衡關(guān)系，能夠使小區(qū)覆蓋半徑內(nèi)，有較好的通信質(zhì)量。

一般是通過利用基站資源，改善網(wǎng)絡(luò)中每個小區(qū)的鏈路平衡（上行或下行），從而使系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)。最終也可以促使切換和呼叫建立期間，移動通話性能更好。

上下行鏈路平衡的計算。對于實現(xiàn)雙向通信的GSM系統(tǒng)來說，上下行鏈路平衡是十分重要的，是保證在兩個方向上具有同等的話務(wù)量和通信質(zhì)量的主要因素，也關(guān)系到小區(qū)的實際覆蓋范圍。

下行鏈路（DownLink）是指基站發(fā)，移動臺接收的鏈路。
上行鏈路（UpLink）是指移動臺發(fā)，基站接收的鏈路。
上下行鏈路平衡的算法如下：
下行鏈路（用dB值表示）：

PinMS = PoutBTS - LduplBTS - LpBTS + GaBTS + Cori + GaMS + GdMS - LslantBTS - LPdown

式中：
PinMS 為移動臺接收到的功率；
PoutBTS為BTS的輸出功率；
LduplBTS為合路器、雙工器等的損耗；
LpBTS為BTS的天線的饋纜、跳線、接頭等損耗；
GaBTS為基站發(fā)射天線的增益；
Cori為基站天線的方向系數(shù)；
GaMS為移動臺接收天線的增益；
GdMS為移動臺接收天線的分集增益；
LslantBTS為雙極化天線的極化損耗；
LPdown為下行路徑損耗；

上行鏈路（用dB值表示）：

PinBTS = PoutMS - LduplBTS - LpBTS + GaBTS + Cori + GaMS + GdBTS -LPup +[Gta]

式中：
PinBTS為基站接收到的功率；
PoutMS為移動臺的輸出功率；
LduplBTS為合路器、雙工器等的損耗；
LpBTS為BTS的天線的饋纜、跳線、接頭等損耗；
GaBTS為基站接收天線的增益；
Cori 為基站天線的方向系數(shù)；
GaMS為移動臺發(fā)射天線的增益；
GdBTS為基站接收天線的分集增益；
Gta為使用塔放的情況下，由此帶來的增益；
LPup為上行路徑損耗。

根據(jù)互易定理，即對于任一移動臺位置，上行路損等于下行路損，即：

LPdown = LPup

設(shè)系統(tǒng)余量為DL ，移動臺的惡化量儲備為DNMS ，基站的惡化量儲備為DNBTS，移動臺的接收機(jī)靈敏度為MSsense，基站的接收機(jī)靈敏度為BTSsense， Lother為其它損耗，如建筑物貫穿損耗、車內(nèi)損耗、人體損耗等。于是，對于覆蓋區(qū)內(nèi)任一點(diǎn)，應(yīng)滿足：

PinMS - DL - DNMS - Lother >= MSsense

PinBTS - DL - DNMS - Lother >= BTSsense

上下行鏈路平衡的目的是調(diào)整基站的發(fā)射功率，使得覆蓋區(qū)邊界上的點(diǎn)（離基站最遠(yuǎn)的點(diǎn)）滿足：

PinMS - DL - DNMS - Lother = MSsense

于是，得到了基站的最大發(fā)射功率的計算公式：

PoutBTS = MSsense - BTSsense + PoutMS + GdBTS - GdMS + LslantBTS - Gta + DNMS - DNBTS

2 各類損耗的確定

◆ 建筑物的貫穿損耗
建筑物的貫穿損耗是指電波通過建筑物的外層結(jié)構(gòu)時所受到的衰減，它等于建筑物外與建筑物內(nèi)的場強(qiáng)中值之差。

建筑物的貫穿損耗與建筑物的結(jié)構(gòu)、門窗的種類和大小、樓層有很大關(guān)系。貫穿損耗隨樓層高度的變化，一般為-2dB/層，因此，一般都考慮一層（底層）的貫穿損耗。

下面是一組針對900MHz頻段，綜合國外測試結(jié)果的數(shù)據(jù)：
--- 中等城市市區(qū)一般鋼筋混凝土框架建筑物，貫穿損耗中值為10dB，標(biāo)準(zhǔn)偏差7.3dB；郊區(qū)同類建筑物，貫穿損耗中值為5.8dB，標(biāo)準(zhǔn)偏差8.7dB。

--- 大城市市區(qū)一般鋼筋混凝土框架建筑物，貫穿損耗中值為18dB，標(biāo)準(zhǔn)偏差7.7dB；郊區(qū)同類建筑物，貫穿損耗中值為13.1dB，標(biāo)準(zhǔn)偏差9.5dB。

--- 大城市市區(qū)一金屬殼體結(jié)構(gòu)或特殊金屬框架結(jié)構(gòu)的建筑物，貫穿損耗中值為27dB。
由于我國的城市環(huán)境與國外有很大的不同，一般比國外同類名稱要高8---10dB。

對于1800MHz，雖然其波長比900MHz短，貫穿能力更大，但繞射損耗更大。因此，實際上，1800MHz 的建筑物的貫穿損耗比900MHz的要大。GSM規(guī)范3.30中提到，城市環(huán)境中的建筑物的貫穿損耗一般為15dB，農(nóng)村為10dB。一般取比同類地區(qū)900MHz的貫穿損耗大5---10dB。

◆ 人體損耗
對于手持機(jī)，當(dāng)位于使用者的腰部和肩部時，接收的信號場強(qiáng)比天線離開人體幾個波長時將分別降低4---7dB和1---2dB。

一般人體損耗設(shè)為3dB。

◆ 車內(nèi)損耗
金屬結(jié)構(gòu)的汽車帶來的車內(nèi)損耗不能忽視。尤其在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市，人的一部分時間是在汽車中度過的。
一般車內(nèi)損耗為8---10dB。

◆ 饋線損耗
在GSM900中經(jīng)常使用的是7/8″的饋線，在1000MHz的情況下，每100米的損耗是4.3dB；在2000MHz的情況下，每100米的損耗則為6.46dB，多了2.16個dB。