天線(xiàn)基本知識及應用―鏈路及空間無(wú)線(xiàn)傳播損耗計算

1 鏈路預算

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。在上行鏈路，從移動(dòng)臺到基站的限制因數是基站的接受靈敏度。對下行鏈路來(lái)說(shuō)，從基站到移動(dòng)臺的主要限制因數是基站的發(fā)射功率。通過(guò)優(yōu)化上下行之間的平衡關(guān)系，能夠使小區覆蓋半徑內，有較好的通信質(zhì)量。

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

上下行鏈路平衡的計算。對于實(shí)現雙向通信的GSM系統來(lái)說(shuō)，上下行鏈路平衡是十分重要的，是保證在兩個(gè)方向上具有同等的話(huà)務(wù)量和通信質(zhì)量的主要因素，也關(guān)系到小區的實(shí)際覆蓋范圍。

下行鏈路（DownLink）是指基站發(fā)，移動(dòng)臺接收的鏈路。
上行鏈路（UpLink）是指移動(dòng)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(dòng)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(xiàn)的饋纜、跳線(xiàn)、接頭等損耗；
GaBTS為基站發(fā)射天線(xiàn)的增益；
Cori為基站天線(xiàn)的方向系數；
GaMS為移動(dòng)臺接收天線(xiàn)的增益；
GdMS為移動(dòng)臺接收天線(xiàn)的分集增益；
LslantBTS為雙極化天線(xiàn)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(dòng)臺的輸出功率；
LduplBTS為合路器、雙工器等的損耗；
LpBTS為BTS的天線(xiàn)的饋纜、跳線(xiàn)、接頭等損耗；
GaBTS為基站接收天線(xiàn)的增益；
Cori 為基站天線(xiàn)的方向系數；
GaMS為移動(dòng)臺發(fā)射天線(xiàn)的增益；
GdBTS為基站接收天線(xiàn)的分集增益；
Gta為使用塔放的情況下，由此帶來(lái)的增益；
LPup為上行路徑損耗。

根據互易定理，即對于任一移動(dòng)臺位置，上行路損等于下行路損，即：

LPdown = LPup

設系統余量為DL ，移動(dòng)臺的惡化量?jì)錇镈NMS ，基站的惡化量?jì)錇镈NBTS，移動(dòng)臺的接收機靈敏度為MSsense，基站的接收機靈敏度為BTSsense， Lother為其它損耗，如建筑物貫穿損耗、車(chē)內損耗、人體損耗等。于是，對于覆蓋區內任一點(diǎn)，應滿(mǎn)足：

PinMS - DL - DNMS - Lother >= MSsense

PinBTS - DL - DNMS - Lother >= BTSsense

上下行鏈路平衡的目的是調整基站的發(fā)射功率，使得覆蓋區邊界上的點(diǎn)（離基站最遠的點(diǎn)）滿(mǎn)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(lèi)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(guò)建筑物的外層結構時(shí)所受到的衰減，它等于建筑物外與建筑物內的場(chǎng)強中值之差。

建筑物的貫穿損耗與建筑物的結構、門(mén)窗的種類(lèi)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，綜合國外測試結果的數據：
--- 中等城市市區一般鋼筋混凝土框架建筑物，貫穿損耗中值為10dB，標準偏差7.3dB；郊區同類(lèi)建筑物，貫穿損耗中值為5.8dB，標準偏差8.7dB。

--- 大城市市區一般鋼筋混凝土框架建筑物，貫穿損耗中值為18dB，標準偏差7.7dB；郊區同類(lèi)建筑物，貫穿損耗中值為13.1dB，標準偏差9.5dB。

--- 大城市市區一金屬殼體結構或特殊金屬框架結構的建筑物，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(lèi)名稱(chēng)要高8---10dB。

對于1800MHz，雖然其波長(cháng)比900MHz短，貫穿能力更大，但繞射損耗更大。因此，實(shí)際上，1800MHz 的建筑物的貫穿損耗比900MHz的要大。GSM規范3.30中提到，城市環(huán)境中的建筑物的貫穿損耗一般為15dB，農村為10dB。一般取比同類(lèi)地區900MHz的貫穿損耗大5---10dB。

◆ 人體損耗
對于手持機，當位于使用者的腰部和肩部時(shí)，接收的信號場(chǎng)強比天線(xiàn)離開(kāi)人體幾個(gè)波長(cháng)時(shí)將分別降低4---7dB和1---2dB。

一般人體損耗設為3dB。

◆ 車(chē)內損耗
金屬結構的汽車(chē)帶來(lái)的車(chē)內損耗不能忽視。尤其在經(jīng)濟發(fā)達的城市，人的一部分時(shí)間是在汽車(chē)中度過(guò)的。
一般車(chē)內損耗為8---10dB。

◆ 饋線(xiàn)損耗
在GSM900中經(jīng)常使用的是7/8″的饋線(xiàn)，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(gè)dB。