交通大学本科生课程设计
中文题目:LTE链路预算分析 英文题目:LTE link budget analysis
课程：移动通信原理 学院：电信学院
专业： 通信工程 班级： 通信1403班 组长：
组员：
指导教师： 邸敬
完成日期：2017年6月28日
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成绩打分表
团队合作能力 课程设计报告 设计设计团队中考勤学号 (10) 应的职(5) 责(10) (30) (20) 201409727 海军 承担相信息(5) (10) (10) 确性程度共享能力水平能力的正的规（100） 沟通技术实践完成完成总分 201409732 裴振启 201409710 卢有德 201409711 乃璇 任务分配表 海军 裴振启 卢有德 乃璇 .. 链路预算的概述和传播模型的比较 链路预算的概述和具体计算分析 资料查找和LTE关键技术的分析 英文文献翻译
摘要
链路预算是无线网络规划的基础环节，对网络覆盖能力和建设成本的估算具有十分重要的意义。良好的网络覆盖是所有无线网络赖以生存的根本，直接影响最终的用户感知。而链路预算是评估无线通信系统覆盖能力的主要方法，是无线网络规划中的一项重要工作。因此，在进行无线网络规划时需要进行链路预算以得到合理的无线覆盖预测结果，指导后续的网络建设。本文重点对LTE链路预算的方式及主要参数进行研究，给出了关键参数的典型取值，并分析总结不同的场景或双工方式对链路预算及覆盖能力的影响。本文结合LTE系统的特点对其链路预算参数进行分析，并着重研究了LTE系统的链路预算方法，并根据链路预算介绍小区覆盖半径和单站覆盖面积的方法，本文给出的方法可用于LTE网络规划和设计（室和室外）。本文对链路预算中几种传播模型的比较，包括OKUMURA模型、OKUMURA--HATA模型、COST-231模型和COST-231 HATA模型，并对各个模型进行了建模仿真。最后，对交通大学移动通信链路损耗，使用COST 231-Hata模型和ITU-R P.1238模型进行了具体分析。
关键词：LTE；链路预算；传播模型；基站半径；最大允许路径损耗
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Abstract
The link budgetis a mobile municationnetwork planningand design processis an important part. Linkbylinkbudgetgainmarginandlossaccounting, calculatethe maximum allowableair linkpath loss, thereby bining thepropagation modelto determine thecell coverageandstationspacing.In this paper,the characteristics ofLTEsystemlink budgetparameterswere analyzed, andfocuses on thelinkbudget methodologyLTEsystem andmethoddescribedcell coverageradius andsingle
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stationcoveragebasedlink budgettothis articlethemethodcan be used forLTE-FDDnetwork planningand
design.In
this
paper,the
link
budgetpareseveralpropagationmodels,
includingOKUMURAmodel, OKUMURA - HATA model, COST-231 WALFISCH-IKEGAMI modelandCOST-231 HATAmodel, andeachmodel isamodeling and simulation. Finally, thelanzhouCitymobilemunicationslink loss, useCOST 231-Hatamodel isanalyzed in detailfor thewirelessenvironmentcities, small cities, suburban areasin three differenttransmissionpathloss, path lossbiggestcities, small citiestimesthesuburbanminimum.
Key words：LTE；Link Budget；Propagation Model；Base Station Radius；Allowable Path Loss
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目录
第一章 LTE网络关键技术分析1 1.1 双工方式1 1.2 OFDMA技术1 1.3 MIMO技术2 1.4 ICIC技术2 1.5 分集技术3 1.6 多址接入技术3 第二章 链路预算的概述5 2.1 链路预算定义5
2.2 移动通信网络链路预算思想方法6 2.3 LTE链路预算方式8 2.4 链路预算的具体步骤8
第三章 链路预算中几种传播模型的比较9 3.1 OKUMURA模型9 3.2 OKUMURA-HATA模型11
3.3 COST-231 WALFISCH-IKEGAMI(WIM)模型12 3.4 COST-231HATA模型14 第四章 链路损耗的具体计算分析15
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4.1 室链路预算的简单分析和计算15
4.1.1TD-LTE 室无线传播模型选择15 4.1.2TD-LTE 链路预算16 4.1.3天线口功率测算17 4.1.4 TD-LTE 室覆盖设计实例17
4.2 室外链路预算17
4.2.1 计算LTE室外链路预算的主要公式17 4.2.2 发射端参数（发射端EIRP）18 4.2.3 接收端参数（最小接收信号电平）18 4.2.4 其他增益、损耗及余量19
4.3 室外链路预算结果及分析19
4.3.1具体参数设置及理论计算结果（室外）19 4.3.2利用链路预算及传播模型进行小区规划20
结束语22 参考文献23
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第一章 LTE网络关键技术分析
1.1 双工方式
TD- LTE系统支持和优化了TDD 特有技术, 更加灵活的支持波束赋形等MIMO技术和可变的上下行比例。TD- LTE系统共有7种上下行配置，4种为5ms周期，3种为10ms周期，分别对应2DL:2UL到9DL:1UL的时隙配置，以适用于不同的应用场景。在实际使用时，网络可根据业务量的特性灵活地选择配置。然而在进行小区时隙配置时，如果不同小区间配置交叉子帧，则小区间会引入交叉时隙干扰，即基站和基站间干扰以及用户和用户间干扰。因此进行链路预算时，不考虑交叉时隙干扰对系统覆盖的影响，即在一定的网络围采用相同的时隙配置。此外，当用户具有相同目标速率时，不同上下行时隙比例还会对用户使用资源数目以及调制编码方式（MCS）的选择产生影响，从而影响小区覆盖围。
1.2 OFDMA技术
TD- LTE规定了下行采用OFDMA，上行采用单载波OFDMA（SC- FDMA）的多址技术。根据TD- LTE系统上下行传输方式的特点，无论是下行OFDMA还是上行SC- FDMA都证了使用不同资源用户间的正交性。因此，影响TD- LTE系统覆盖围的干扰只是来自相邻小区，而不存在小区部干扰。TD- LTE中规定1个符号×1个子载波定义为一个资源粒子（RE），对于业务信道，资源的分配是以正交资源块RB（ResourceBlock）为基本单位，一个RB由12个RE组成，对于下行控制信道（PDCCH），TD- LTE定义了专用资源单位：控制信道粒子(CCE)。一个用户可以占用1/2/4/8个CCE，一个CCE由若干个REG（RE组）组成，一个REG由4个频域上并排的RE组成。在TD- LTE系统中用户资源分配更加灵活，而用户分配资源大小会对其覆盖和吞吐量产生严重的影响。下行链路发射
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功率和接收机噪声均会随着分配资源的增大而增大。因此，对于下行业务信道，当采用相同的MCS时，用户分配RB的数目对覆盖围的影响较小，用户吞吐量随着分配RB数目增加而增加。对于下行控制信道，PDCCH配置较多CCE时会可以获得更多的编码冗余而使得解调门限降低，因此采用8CCE的覆盖围最远。对于上行链路，TD- LTE系统规定用户的最大发射功率固定，不会随着分配资源的大小而发生变化，而接收机噪声会随着分配资源增加而增加。因此，对于上行业务信道，当采用相同的调制编码方式（MCS）时，用户分配RB越多，虽然能够获得更高的吞吐量，但是由于接收机将收到更多的噪声而导致覆盖围减小TD- LTE系统的其他控制信道占用资源均为固定值，如PBCH占用资源为6RB、PCFICH占用资源为16RE、PHICH占用资源为12RE、PUCCH占用资源为1RB。
1.3 MIMO技术
为了提高系统容量，增加覆盖围，TD- LTE系统采用8天线和2天线的MIMO技术。当采用8天线配置时，下行控制信道使用2天线端口的2×2发送分集（SFBC），下行业务信道使用8×2 波束赋形；上行控制信道和业务信道均使用1×8接收分集。当采用2天线配置时，下行控制信道和业务信道使用2×2发送分集，上行控制信道和业务信道使用1×2接收分集。基于发送分集的传输方案为下行信道提供了分集增益，基于波束赋形的传输方案为下行业务信道提供阵列增益和分集增益，基于接收分集的传输方案为上行信道提供接收分集增益。由于使用不同传输方案所获得的天线增益不同，因此TD- LTE系统的覆盖特性会受到天线方案的影响。根据链路仿真，下行链路覆盖能力8×2波束赋形>2天线2×2发送分集>8天线使用2天线端口的2×2发送分集；上行链路1×8接收分集>1×2接收分集。
1.4 ICIC技术
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LTE采用的是正交频分复用（OFDM），将高速数据调制到各个正交的子信道上，可以有效减少信道之间的相互干扰（ICI）。但是这个正交只限于当前小区的用户，而不同小区之间的用户会存在干扰，特别同频组网时小区边缘的干扰非常严重。为了消除小区间的干扰，除了采用传统的加扰、调频等手段外，还可以采用小区间干扰协调（Inter Cell Interference Coordination，ICIC）技术。
ICIC是为了保证系统吞吐量不下降，以及提高边缘用户的谱效率。ICIC的基本思想是通过管理无线资源使得小区间干扰得到控制，是一种考虑多个小区中资源使用和负载等情况而进行的多小区无线资源管理方案。具体而言，ICIC以小区间协调的方式对各个小区中无线资源的使用进行限制，包括限制时频资源的使用或者在一定的时频资源上限制其发射功率等。即静态ICIC的主要方式有2种：
（1）部分频率复用（Fractional Frequency Reuse，FFR） （2）软频率复用（Soft Frequency Reuse ）
1.5分集技术
分集技术是用来补偿衰落信道损耗的，它通常通过两个或更多的接收天线来实现。同均衡器一样，它在不增加传输功率和带宽的前提下，而改善无线通信信道的传输质量。在移动通信中，基站和移动台的接收机都可以采用分集技术。分集是接收端对它收到的衰落特性相互独立地进行特定处理，以降低信号电平起伏的办法。分集是指分散传输和集中接收。所谓分散传输是使接收端能获得多个统计独立的、携带同一信息的衰落信号。集中接收是接收机把收到的多个统计独立的衰落信号进行合并(选择与组合)以降低衰落的影响。
1.6多址接入技术
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多址接入技术将信号维划分为不同的信道后分配给用户，一般是按照时间轴、频率轴或码字轴将信号空间的维分割为正交或者非正交的用户信道。当以传输信号的载波频率的不同划分来建立多址接入时，称为频分多址方式（FrequencyDivision Multiple Address，FDMA）；当以传输信号存在时间的不同划分来建立多址接入时，称为时分多址方式（Time Division Multiple Address，TDMA）；当以传输信型的不同划分来建立多址接入时，称为码分多址方式（CodeDivision Multiple Address，CDMA）。
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第二章 链路预算的概述
2.1 链路预算定义
链路预算是链路预算是网络规划的前提，评估无线通信系统覆盖能力的主要方法，是无线网络规划中的一项重要工作，是网络规划中覆盖规模估算的基础。链路预算是通过对上、下行信号传播途径中各种影响因素的考察和分析，估算覆盖能力，得到保证一定信号质量下链路所允许的最大路径损耗，根据最大路径损耗，选择合适的传播模型即可估算出各种环境下小区的覆盖半径和覆盖面积，从而估算出各覆盖环境下的基站数目，获得整个网络的大致规模，为后继建网投资核算提供覆盖规模方面的参考。同时链路预算也为后期的仿真工具规划提供了两个重要数据：最大允许路径损耗和初始站间距。因此，链路预算对网络规模的估算，后期规划基站布站的基准参考都有很重要的意义。
TD- LTE 链路预算特点：
（a） TD-LTE 的业务信道是共享的，没有CS 域业务、只有PS 域业务。不同PS 域业务的速率、解调门限不同，导致的覆盖围也不同。因此，链路预算时首先要确定小区边缘用户的最低保障速率。
（b） TD -LTE 系统可配置1.4、3、5、10、15 及20MHz等6 种信道带宽，它们分别配置不同的资源块（RB）数目，其对应关系如表1 所示［1］；当采用不同的系统带宽时，所分配的RB 数目、用户的数据速率也不相同，从而影响覆盖围。而对于TD-SCDMA
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系统来说，系统的载波带宽是固定的，用户分配的时隙数和码道数的多寡并不直接影响覆盖半径。
（c） TD-LTE 增加了64QAM 高阶调制、有块编码、截尾卷积及Trubo 等编码方式，使TD-LTE 的编码率更加丰富。由表1 可知，系统带宽一定时分配的RB 数目也是一定的。使用较低等级的调制方式时，SINR 的解调门限就比较低，目标小区的覆盖半径就会增加。
（d） TD-LTE 和TD-SCDMA 系统的帧结构有所不同。TD-LTE 系统的帧结构有DwPTS、GP 和UpPTS 3个特殊时隙，在常规CP 下有9 种配置，在扩展CP 下有7 种配置。这种动态的时隙配置使TD-LTE 有不同的最论覆盖半径，GP 的配置与所支持的最大覆盖半径见表2。例如，常规CP 在“6”配置下，GP 的长度为6 576Ts（Ts=1/（15 000×2 048）s），理论上的最大覆盖半径为32.11 km，而TD-SCDMA 系统的帧结构所支持的理论最大覆盖半径为11.00 km, 因此TD-LTE 系统的动态时隙配置大大提高了覆盖能力。
（e） TD-LTE 采用了MIMO 和波束赋形等天线技术。TD-LTE 物理层使用不同的预编码方案，可实现不同的MIMO 模式（即单天线发送、空间复用和发送分集）。由研究结果知，同样的小区边缘频谱效率
2.2 移动通信网络链路预算思想方法
链路预算部分则是根据需求分析的结果，结合不同的参数和场景计算出无线信号在空中传播时最大允许路径损耗（Maximum Allowed Path Loss，MAPL），并根据相应的传播模型估算出小区的覆盖半径；单站覆盖面积的计算是基于链路预算所得出的小区覆盖半径估算出每个区域eNodeB的覆盖面积，从而可以得到规划区域所需要的eNodeB数量。
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LTE网络覆盖估算主要包括需求分析、链路预算及单站覆盖面积计算等。其中：需求分析主要包括目标业务速率、业务质量及通信概率要求；链路预算是根据需求分析结果，结合不同参数和场景计算出无线信号空中传播时的最大允许路径损耗（MAPL），并根据相应的传播模型估算出小区覆盖半径；单站覆盖面积计算是基于链路预算得出的小区覆盖半径估算出eNodeB的覆盖面积，从而得到规划区域所需eNodeB的数量。
链路预算通过对链路中的增益余量与损耗进行核算，对系统的覆盖能力进行估计，获得保持一质量下空中链路最大允许路径损耗。链路预算是网络规划的前提， 利用最大路径损耗和相应的传播模型( 比如 Okumura-Hata) 即可得到小区半径及单站覆盖面积， 最终确定目标覆盖区域所需基站数目 。 对于移动通信网络运营商， 链路预算的准确性关系到网络的覆盖质量和建设成本，因此是网络部署过程中既复杂又关键的问题， 同时也是学生进一步学习和研究移动通信的基础。
TD- LTE系统链路预算中重要的参数说明：解调门限：在一定的误码率BLER前提下（通常业务信道目标误码率为10%，控制信道目标误码率为1%），只有接收机的信噪比大于等于某数值，即达到解调门限时，接收机才能正确解调接收到的信号。该值大小与用户选的调制编码方式（MCS）以及使用的天线传输方案有关。本文中给出解调门限数值由链路级仿真获得[1][2]。干扰余量：小区呼吸效应对网络覆盖规划产生重要的影响，当系统负载增大时，小区覆盖围会因为干扰增大而缩小。在链路预算中用干扰余量来描述干扰对小区覆盖的影响。与CDMA系统不同，TD- LTE系统采用了OFDMA技术，基本消除了小区干扰，但是小区间的同频干扰依然存在，为了使得TD- LTE链路预算结果更加准确，干扰余量的引入是十分必要的。上下行链路干扰余量大小均可由下式给出：
MI=10lg（Itotal*PN）
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其中，Itotal为接收机收到的包括干扰和热噪声在的总干扰，PN为热噪声。Itotal大小与系统负载情况以及小区边缘用户目标速率等因素有关，系统负载越大干扰余量越大。本文中给出的干扰余量数值是在考虑系统负载为50%的情况下，通过系统级仿真获得。
2.3 LTE链路预算方式
链路预算首先是根据覆盖目标，估算手持终端和基站天线之间的最大路径允许链路损耗（MAPL）；然后利用MAPL通过合适的传播模型（如Cost-Hata、Okumura-Hata等），计算最大的小区半径；最后通过小区半径可以得到覆盖目标区域所需要的最少基站数目，从而指导无线网络的覆盖规划。覆盖规划流程如下图所示：
2.4链路预算的具体步骤
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第一步:确定建网目标。
第二步:根据发射、接收端及空间参数求取最大允许路径损耗。 第三步:通过电磁环境测试结果,获得校正的无线传播模型。
第四步:依据无线传播模型和最大允许路径损耗计算小区覆盖半径和小区覆盖面积。
第三章 链路预算中几种传播模型的比较
3.1 Okumura模型
（1）概述
Okumura模型为预测城区信号时使用最广泛的模型。应用频率在150MHz到1920MHz之间（可扩展到300MHz），收发距离为1km到100km，天线高度在30m到1000m之间。
Okumura模型开发了一套在准平滑城区，基站有效天线高度Hb为200m，移动台天线高度Hm为3m的空间中值损耗Am(f,d)曲线。基站和移动台均使用自由垂直全方向天线，从测量结果得到这些曲线，并画成频率从100MHz到1920MHz的曲线和距离从1km到100km的曲线。使用Okumura模型确定路径损耗，首先确定自由空间路径损耗，然后从曲线中读出Am(f,d)值，并加入代表地物类型的修正因子。Okumura模型中准平滑地形大城市地区的中值路径损耗由下式给出
LT(dB)=Lfs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f)
其中，Lfs为自由空间传播损耗；Am(f,d)为大城市中（当基站天线高度hb=200m、移动台天线高度hm=3m时），相当于自由空间的中值损耗，又称基本中值损耗；Hb(hb,d)为基站天线高度增益因子，即实际基站天线高度相对于标准天线高度hb=200m的增益，为距离的函数；Hm(hm,f)为移动台天线高度增益因子，即实际移动台天线高度相对于标准天线高度hm=3m的增益，为频率的函数。Am(f,d)、Hb(hb,d)和Hm(hm,f)在模型中都以图表形
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式给出，可参考相关文献。Okumura模型完全基于测试数据，不提供任何分析解释。对许多情况，通过外推曲线来获得测试围以外的值，但这中外推法的正确性依赖于环境和曲线的平滑性。
Okumura模型为成熟的蜂窝和陆地移动无线系统路径预测提供最简单和最精确的解决方案。但这种模型的主要缺点是对城区和郊区快速变化的反应较慢。预测和测试的路径损耗偏差为10dB到14dB。
（2）中等起伏地上市区传播损耗的中值
在计算各种地形。地物上的传播损耗是时，均以中等起伏地上市区传播损耗的中值或场强中值作为基准，因而将其称作基准中值或基本中值。
如果Am(f,d)曲线在基准天线高度下测的，即基站天线高度hb=200m，移动台天线高度hm=3m。中等起伏地上市区实际传播损耗（LT）应为自由空间的传播损耗Lfs加上基本中值Am(f,d)(可查得)。即：
LT=Lfs+Am(f,d)（3.2）
如果基站天线高度hb不是200m则损耗中值的差异用基站天线高度增益因子G(hb)表示，当移动台高度不是3m时，需用为移动天线高度增益因子G(hm)加以修正。中等起伏地上市区实际传播损耗（LT）为：
LT?LF?Am(f,d)?G(hb)?g(hm)（3.3）
（3）任意地形地区的传播损耗的中值
任意地形地区的传播损耗修正因子KT一般可写成
KT?Kmr?Q0?Qr?Kh?Kjs?Ksp?Ks（3.4）
根据实际的地形地物情况，修正因子可以为其中的某几项，其余为零。
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任意地形地区的传播损耗的中值
L?LT?KT（3.5）
式中， LT?LF?Am(f,d)?G(hb)?G(hm)
3.2 Okumura-Hata模型
概述
Okumura-Hata模型在900MHz GSM中得到广泛应用，适用于宏蜂窝的路径损耗预测。该模型的主要缺点是对城市和郊区快速变化的反应快慢。预测和测试的路径损耗偏差为10到14dB。
Okumura-Hata模型是根据测试数据统计分析得出的经验公式，应用频率在150MHz到1 500MHz之间，并可扩展3000MHz;适用于小区半径大于1km的宏蜂窝系统，作用距离从1km 到20km 经扩展可延伸至100km;基站有效天线高度在30m到200m之间，移动台有效天线高度在1m到10m之间。
Okumura-Hata模型路径损耗计算的经验公式为：
Lp(dB)?69.55?26.16lgfc?13.82lghte??(hre)?(44.9?6.55lghte)lgd?Ccell?Cterrain（3.6）
式中，fc（MHz）为工作频率； hte（m）为基站天线有效高度，定义为基站天线实际海拔高度与天线传播围的平均地面海拔高度之差；hre（m）为终端有效天线高度，定义为终端天线高出地表的高度； d（km）：基站天线和终端天线之间的水平距离；α(hre) 为有效天线修正因子，是覆盖区大小的函数，其数字与所处的无线环境相关，参见以下公式。
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?(1.1lgf?0.7)hm?(1.56lgf?0.8)(dB), 中、小城市??（hm）=?8.29(lg1.54hm)2?1.1(dB), f?300MHz,大城市（3.7）
?23.2(lg1.75h)?4.97(dB), f?300MHz,大城市m?Ccell：小区类型校正因子，即
?0, 城市?2????2?(lgf/28)??5.4(dB), 郊区（3.8） ????4.78(lgf)?18.33lgf?40.98(dB), 乡村CcellCterrain：地形校正因子，地形校正因子反映一些重要的地形环境因素对路径损耗的影响，如水域、树木、建筑等。
3.3COST-231 Walfisch-Ikegami(WIM)模型
COST-231 Walfisch-Ikegami模型广泛地用于建筑物高度近似一致的郊区和城区环境，它可用于宏蜂窝及微蜂窝作传播路径损耗预测，经常在移动通信的系统（GSM/PCS/DECT/DCS）的设计中使用。COST-231 Walfisch-Ikegami模型是基于Walfisch模型和Ikegami模型得到的，该模型也考虑了自由空间的路径损耗、散射损耗以及由建筑物边缘引起的附加损耗，其使用围为频率f在800—2000MHz之间，基站天线高度h为4—50米，移动台天线高度为1—3米，距离d为0.02—5km。图3-3为COST-231 Walfisch-Ikegami模型的示意图。
dΔhbhRoofhbwb..
Δhmhm
图3-3 COST-231 Walfisch-Ikegami模型的示意图
COST-231 Walfisch-Ikegami模型分视距传播（LOS）和非视距传播（NLOS）两种情况计算路径损耗。视距（LOS）传播路径损耗为
Lf?42.6?26logd?20logf（3.9）
式中，Lf的单位为dB，f的单位为MHz，d的单位为km。
在非视距传播中，总的路径损耗包括自由空间传播损耗（Lfs），屋顶至街道的绕舌及散射损耗（Lrts），多重屏障的绕射损耗（Lmsd）。其路径损耗
Lb(dB)?Lfs?Lrts?Lmsd（3.10）
式中：Lfs为自由空间的路径损耗，其依赖于载波频率和距离，具体表达式为
Lfs(dB)?32.45?20logd(km)?20logf(MHz)（3.11）
从式（3.9）中可以得出：Lfs会随着频率增加而增大，也会随着距离的增加也增大，及跟频率和距离成正比。
Lrts为屋顶到街道的绕射和散射损耗，其取决于频率、街道宽度、移动台的高度以及街道相对于基站、移动台连线的方位，具体表达式为：
???16.9?10logw?10logf?20log?hm?Lori, hRoof?hm（3.12） Lrts????0, Lrts?0这里，?hm?hb?hm
式中，Lori是考虑到街道方向的实验修正值，且各项参数为
??10?0.345?, 0???<35??Lori??2.5?0.075(??35?), 35????55?（3.13）
?4.0?0.114(??35?), 55????90??从式（3.12）中可以得出：Lrts虽街道宽度增加而减少，虽建筑物增加而增大。
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Lmsd多重屏障的绕射损耗依赖于建筑建的距离、基站和移动台的高度以及载波频率、基站高度和屋顶高度。具体表达式为：
Lmsd?Lbsh?Ka?Kdlogd?Kflogf?9logb （3.14）
式中，Lbsh和Ka表示由于基站天线高度降低而增加的路径损耗；Kd和Kf为Lmsd与距离d和频率f相关的修正因子，与传播环境有关。其中各项参数的具体取值值为
Lbsh??18log(1??hb), hb?hRoof（3.15） ??0, h?h?bRoof??54, hb?hRoof??Ka??54?0.8?hb, hb?hRoof且d?0.5km（3.16）
??54?0.8?hb, hb?hRoof且d?0.5km
??18, hb?hRoof（3.17） Ka??18?(?h/h), h?h?bRoofbRoof????4?(f/925?1), 中等城市及具有中等密度Kf?? 树林的郊区中心（3.18）
??4?(f/925?1), 大城市中心?3.4COST-231Hata模型
PL(dB)=46.3+33.9*logF-13.82*logH+(44.9-6.55*logH)*logD+C
PL:路径损耗；F:频率，单位MHZ(1500-2000MHZ)；D:距离，单位km；H:基站天线有效高度，单位m；C:环境校正因子；
取值：密集城区：-2dB； 城区：-5dB； 郊区：-8dB； 农村：-10dB； 开阔地：-26dB；平原：0dB。
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第四章链路损耗的具体计算分析
4.1室链路预算的简单分析和计算
4.1.1
TD-LTE 室无线传播模型选择
目前，室无线传播模型主要包括 Keenan-Motley 模型、ITU-R P.1238 模型、对数距离路径损耗模型、衰减因子模型等。其中对数距离路径损耗模型对环境要求较高，偏差较大，很少使用，其他三个模型在实际工作中都有采用，其中又以 ITU-RP.1238 模型使用最为广泛，该模型充分考虑了室不同环境、不同建筑物结构、不同建筑材料及类型等因素，并可对模型进行校正，可用于精确计算室覆盖环境的路径损耗。
本文拟采用 ITU-R P.1238 模型进行计算。ITU-R P.1238 模型计算公式如下：
Ltotal=20log10（f）＋Nlog10（d）＋L（－28dB+X fn）其中N 是距离功率损耗系数，f 为工作频点（单位：MHz），d 为天线到 UE 的距离（单位：m），Lf 为层穿透损耗因子，n 为天线到 UE 所穿透的墙体数目（n>=1），X 为
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慢衰落余量，取值与覆盖概率要求以及室慢衰落标准有关。对于工作在 1.8~2G 频段，N 和 X 的取值可参考表 1。表 1 不同场景下距离功率损耗系数、阴影衰落余量、楼层穿透损耗取值。 表1 4.1.2
TD-LTE 链路预算
链路预算分为两部分，一部分有线部分，即信源到天线端口损耗；另一部分为无线部分，部分损源设备
即空中传播耗。采用无组网时一般
链路计算可以只考虑下行链路预算，在有源设备组网时需要考虑干放的上下行平衡以及上行噪声系数。有线侧链路预算：根据到达天线口的功率，确定设备的输 入功率。具体预算如下：天线口输入功率＝有源器件输出功率－∑耦合器损耗－∑功分器损耗－∑接头损耗－∑馈线损耗－∑接头损耗－∑其余器件损耗。
根据以上链路预算流程及算法，可以得出TD-LTE 业务信道、物理广播信道（PBCH）等的最大允许路径损耗。
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4.1.3 天线口功率测算
设在写字楼场景（其他场景类似，可根据上表对应取值），天线的覆盖半径为 10m，墙体损耗为 15dB，工作频段为2300MHz，带宽为 20MHz，慢衰落余量取 0（边缘场强要求已考虑），覆盖边缘 RSRP 要求为-105 dBm。采用 ITU-R P.1238 模型，N 取 30，模型公式如下：
PL＝20log10f＋Nlog10d＋L（fn）－28dB
则空间传播损耗 PL＝20log10（2300）＋30log10（10）＋15*1－28dB+0=84 dB；为满足覆盖要求，天线口单参考信号接收功率PL≥-105 dBm；则天线口单参考信号接收功率≥-21 dBm；由于在带宽 20MHz 频段共有 1200 个子载波；所以，天线口总发射功率=天线口单参考信号接收功率+10log10（1200）= - 21dBm+31 dBm=10 dBm。
另外，为满足行业为保证辐射环保安全而制定的15dBm限值要求，由此可得天线口总功率要求为 10 ~15 dBm，相应的RSRP 为-21 ～ -16dBm。 4.1.4
TD-LTE 室覆盖设计实例
某 KTV 娱乐场所所在的三层建筑长 56m，宽 25m。共 25个包房分成三列，两个纵向过道，一个横向过道。根据前述的 链路预算及规划流程方法、出口功率要求等，计算得所需天线 间距在 10m 左右，需要布放天线数量 12 副，天线口输出功率为 10dBm 左右，可达到良好的覆盖效果。
4.2室外链路预算
4.2.1计算LTE室外链路预算的主要公式
MAPL=发射端EIRP-最小接收信号电平-干扰余量-慢衰落余量-穿透损耗
..
4.2.2发射端参数（发射端EIRP）
发射端EIRP是指天线口有效全向辐射功率，公式如下：
EIRP=发射端最大发射功率-10log(12*NRB)+CellEdgeBoost(按照具体边缘覆盖设置)+发射天线增益-馈线损耗-人体损耗
（1）发射端最大发射功率：LTE下行的基站发射功率与信道传输带宽成正比，上行的终端总发射功率与使用的UE Category相关，目前一般使用Category3。下行方向，发射功率一般均分在系统带宽的各个RB（Resource Block，资源块）上，再根据用户对频率资源的占用状况计算用户的最大发射功率；上行方 向，终端功率一般是完全分配给用户使用。
一般情况下，基站最大发射功率为46dbm,终端最大发射功率为23dbm。RB与带宽的关系如下表所示:
带宽 RB数量 1.4 6 3 15 5 25 10 50 15 75 20 100 （2）发射天线增益：下行基站天线增益一般取18dBi或11dBi，上行UE天线增益假设为11dBi。
（3）接头及馈线损耗：主要包括馈线损耗及接头、合路器、塔放等插入损耗。 （4）人体损耗：LTE目前主要是数据业务，若不考虑人体损耗，取0dB。一般情况下，下行链路没有人体损耗。
（5）按照具体边缘覆盖设置一般情况下为0。 4.2.3接收端参数（最小接收信号电平）
最小接收信号电平是指天线口最小接收信号强度要求，可通过以下公式计算：
..
最小接收信号电平=接收机灵敏度+其它损耗-其它增益
接收机灵敏度是指在无外界干扰及噪声情况下天线端口接收信号的最小平均强度，计算公式如下：
接收机灵敏度=热噪声功率谱密度+10Log（B）+Nf(噪声系数)+Es/n0(解调门限值)其中热噪声功率谱密度一般取-174dbm/HZ，解调门限值由调制编码方式决定。 4.2.4其他增益、损耗及余量
（1）穿透损耗：建筑物穿透损耗是指当移动用户在室与室外基站进行通信时，由于建筑物结构而带来的射频信号衰减。在链路预算中，穿透损耗与工作频段及覆盖场景相关。 （2）阴影衰落余量：阴影衰落是指电磁波在传播路径上受到建筑物阻挡而产生阴影效应带来的损耗。在链路预算中，考虑一定通信概率的情况下，预留对抗阴影衰落的余量值称为阴影衰落余量。它是边缘覆盖概率及阴影衰落方差的函数，而阴影衰落方差与覆盖场景有关。
（3）干扰余量：由于LTE空口链路是正交的，故LTE网络没有小区干扰，但有小区间干扰。在实际情况下，当链路受到邻小区干扰时，热噪声水平抬升；当系统负载增大时，小区的覆盖围会随干扰的增加而缩小。因此，在链路预算中需要预留一定的干扰裕量，受小区负载的影响，随着负载的增加而增加。 4.3室外链路预算结果及分析
4.3.1具体参数设置及理论计算结果（室外）
参数 工作频段 工作带宽 基站最大发射功率 单位 MHZ M dBm 上行链路业务信道下行链路业务信道PDSCH PUSCH 2600 20 46 2600 20 0 ..
基站天线增益 终端最大发射功率 移动台天线增益 发射端人体损耗 发射端馈线损耗 Celledgeboost 解调门限 热噪声 噪声系数 接收端馈线损耗 慢衰落余量 穿透损耗 干扰余量 接收机灵敏度 最小接收电平 EIRP MAPL dBi dBm dBi dB dB dB dB dBm/HZ dB dB dB dB dB dB dbm dBm dBm 18 0 11 0 0.5 0 -3.46 -174 7 0 8.04 16 5.38 -128.699 -185 32.708 188.288 18 23 11 0 0 0 -2.91 -174 3.5 0.5 8.04 16 0.79 -131.649 -149.149 3.208 127.527 4.3.2利用链路预算及传播模型进行小区规划
1.根据环境因素及传播模型各自的优缺点，选择Cost-232Hata模型；
2.利用路测软件进行实地测试，对Cost-232Hata传播模型校正；（注：路测需要很多数据才能进行，如详细的地图参数、基站基本信息和功参表，提前规划测试路线及区域，还得保证速度的稳定与合适。）
3.由于链路预算计算出的上行链路MAPL比下行的MAPL的小，故最大路径损耗采用上行MAPL（注：手机通信时只有上下行都满足条件时才能正常使用，所以必须最大路径损耗小的链路来计算）；
4.利用EXCEL软件计算小区最大覆盖半径及基站其它关键参数的确定。（注：利用EXCEL软件进行是较低级，但也是最简单的方法，其可以加深我们对链路预算的理解，让我们对其有更多方面的认识。） 5.计算结果如下表：
..
传播模型的校正 Cost231-Hata RSRP -40.1353374 -58.137268 LP（路径损耗） 85.2153374 103.217268 基站高度 30 30 30 30 30 30 移动台高度 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 频率 2600 2600 2600 2600 2600 2600 传播距离 0.034 0.109 0.203 0.318 0.415 0.48 C(环境校正因子) -4.71 -4.53 -4.24 -4.99 -4.51 -5.56 -4.756666667 最终确定C值 -67.9404286 113.0204286 -74.0568478 119.1368478 -78.60958 123.68958 -79.7855493 124.8655493 PL(dB)=46.3+33.9*logF-13.82logH+(44.9-6.55*logH)*logD+C 基站覆盖的最大半径 LOG D D (基站最大覆盖半径/Km) -0.266008586 0.54199 由上表可知，该小区的最大覆盖半径为540米，基站高度为30米，采用同频组网的方式，频率为2600MHZ，根据系统容量可适当缩小小区半径，然后在该区域进行网络规划，确定基站的布局，再根据实际情况进行网络优化便可。
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结束语
本文通过对LTE 系统的上下行链路进行链路预算及关键参数取值，并结合具体的传播校正模型阐述了如何基于链路预算得到的最大路径损耗MAPL来估算小区覆盖半径。在进行链路预算和小区覆盖半径估算时需要注意以下几个问题：
(1) 需结合网络带宽来确定小区边缘用户分配的RB 数量，同时还要考虑边缘用户吞吐
量和小区吞吐量间的平衡。
(2) 在链路预算中需根据实际情况来确定SINR、RB数量分配及MCS编码效率等参数。 (3) 在利用链路预算进行小区覆盖半径估算时，需要考虑实际环境情况及每个传播模型
的特点选择模型进行校正。
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参考文献
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[4] 周慧茹．TD-LTE无线网络链路预算分析[D]．全路通信信号研究．2012年． [5] 詹鹏 颖博．TD- LTE 无线网络链路预算分析[D]．邮电大学通信新技术应用研究所，2011年．
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链路预算移动通信的课程设计报告 - 图文
