具体实施方式
本发明主要思想是:从杂散干扰的角度来分析网络间的远近效应,网络间基站相互位于对方基站的覆盖边缘时,远近效应引起的干扰影响最大,当不同网络基站间的距离再增大或者减小时,干扰影响都会减小,距离增大或减小到一定程度,远近效应的干扰影响可以忽略。
本发明就是利用已知的网络基本参数计算出该最大和最小距离,确定远近效应影响的区域,从而指导新建网络的规划或者分析已有网络间的远近效应干扰。其具体流程如图1所示,包括以下步骤:
110)开始;
120)收集各网络基站和终端的射频性能参数;
130)确定远近效应干扰发生的功率门限A,转入步骤141)和142);
141)分别计算各网络为控制远近效应所需的隔离度最大值Lmax(基站相互位于对方覆盖边缘时);
151)分别计算各网络远近效应干扰产生区域的最大距离Dmax;转入步骤160);
142)分别计算各网络刚好不发生远近效应时的功率值P;
152)分别计算各网络远近效应干扰产生区域的最小距离Dmin;
160)确定远近效应发生的区域范围,指导实践工作。
进一步,具体介绍本发明上述流程中的各个步骤:
第一步,收集各网络基站和终端设备的射频性能参数
这些射频性能参数主要包括:各网络使用的载频fc、带宽W、基站灵敏度Sen、天线增益G以及天馈损耗FL、发射机的最大发射功率Tx和杂散辐射性能L(Δf)(前向链路计算取基站的数据,反向链路计算取终端的数据)、接收机噪声系数F(前向链路计算取终端的数据,反向链路计算取基站的数据)等,这些参数将是后续部分计算分析的基础数据。
第二步,确定远近效应干扰发生的功率门限A
这一步是为了得到系统可接受的最大外部干扰水平,该可接受的最大外部干扰水平就是远近效应干扰发生的功率门限A,即系统接收到的远近效应干扰强度达到A水平则其影响不可忽略。对于不同的无线通讯系统,门限A可利用已有技术进行计算推导或业界认可的方法获得。例如,对于CDMA基站系统,可根据其噪声系数F、载频带宽W等计算出系统底噪I,如果认为远近效应干扰强度高于系统底噪则其影响不可忽略,那么系统底噪I就是远近效应干扰发生的功率门限A。
其中前向链路和反向链路干扰功率门限A的对象不同:对于反向,为基站的干扰功率门限,对于前向,为终端的干扰功率门限。
第三步,分别计算各网络为避免远近效应所需的隔离度最大值Lmax
当网络间的基站相互位于对方基站覆盖的边缘时,发射设备的发射功率最大,远近效应的影响最大,此时为避免远近效应所需的隔离度最大,分别计算各网络的该最大隔离度值Lmax。其中前、反向链路分别计算,结果取较大值。即:
Lmax=MAX(Lmax_fwd,Lmax_rvs)
其中Lmax_fwd和Lmax_rvs分别表示前、反向链路所需的最大隔离度。
其通用计算公式表示为:
Lmax_j=f1(Tx,L(Δf),A),(j=fwd,rvs)
即最大隔离度Lmax_j的计算可根据发射设备的最大发射功率Tx、杂散性能L(Δf)、接收设备远近效应发生的功率门限A来分析,
第四步,分别计算各网络远近效应干扰产生区域的最大距离Dmax
当被干扰基站位于对方基站的覆盖边缘时(即基站距离D为对方基站半径R),远近效应干扰最大,如果两基站的间距继续增大,超出了对方基站的覆盖范围,则远近效应的影响会相应减小,当基站离对方基站边缘的距离增大到一定程度r1,其隔离度达到Lmax,则远近效应的影响可以忽略,则(R+r1)就是远近效应干扰产生区域的最大距离Lmax。r1的通用计算公式为
r1=f2(Tx,Lmax,L(d))
其中L(d)为传播模型函数,即r1可根据发射设备的最大发射功率Tx、需要的最大隔离度Lmax、无线信号的传播模型L(d)等来确定。
第五步,分别计算各网络刚好不发生远近效应时的功率值P
当远近效应发生时,如果减小两系统间基站的距离,则远近效应的影响也会减小,当基站距离减小到一定程度,远近效应的影响可以忽略。如果避免远近效应终端与基站间所需的隔离距离非常小,为s时(如s为40m),我们认为这种隔离默认存在,此时远近效应的影响是可以忽略的,因为实际的网络中,终端与基站的距离通常情况下都比s大。s的取值可根据实际环境确定,其原则是干扰终端与基站天线间的距离通常大于该值,或者小于该值(引起干扰)的概率是可以接受的。
根据远近效应干扰发生的功率门限A、默认存在的隔离距离s、无线信号的传播模型L(d)和终端的杂散性能L(Δf),即可确定此时的功率值P,其中包括反向链路和前向链路的分析,功率值分别用Pt(发射)和Pr(接收)表示。其通用计算公式可表示为:
Pi=f3(A,L(Δf),L(s)),(i=t,r)
第六步,分别计算各网络远近效应干扰产生区域的最小距离Dmin
根据上一步确定的功率值P、远近效应干扰发生的功率门限A以及无线信号的传播模型L(d)等,可确定网络间远近效应影响区的最小距离Dmin。其中包括前、反向链路的分析,结果取较小值。即:
Dmin=MIN(Dmin_fwd,Dmin_rvs)
其中Dmin_fwd和Dmin_rvs分别表示前、反向链路的最小距离。
反向链路的计算公式表示为:
Dmin_rvs=f4(Pt,L(d),Sen),其中Sen为基站灵敏度。
前向链路的计算公式表示为:
Dmin_fwd=fs(Tx,L(d),Pr),
即最小距离Dmin_j(j=fwd,rvs)的计算可根据发射功率、传播模型L(d)、接收设备的接收信号要求来分析,也可利用链路预算来分析。
第七步,确定远近效应发生的区域
根据第四步和第六步确定的各网络间远近效应发生区域的最大距离Dmax和最小距离Dmin,最终确定远近效应发生的区域。远近效应发生区域的最大距离取第四步中各网络隔离距离r1加上相应的基站半径R后的较大值,最小值取第六步中的计算结果。
根据确定的基站间远近效应发生区域的最大、最小距离,可指导网络规划时站址的选择,即网络间基站的距离应在最小距离内或在最大距离外,也可以利用该结果分析已有网络间的远近效应干扰情况。
具体地,以CDMA 1X与EV-DO两个网络共存为例,详细介绍本发明的实现过程。(本例中CDMA 1X网络与EV-DO网络之间相互完全独立,终端不能在两网络间相互切换)
第一步,分别获取CDMA 1X和EV-DO的基站与终端设备的射频性能参数
假设收集的相关信息如下:
工作频率:CDMA 1X和EV-DO网络均工作于800MHz频段,每载频带宽W为1.25M,1X的频点为283,EV-DO的频点为201,即两网络载频间隔一个频点,中心频率的间隔为2.5MHz。
发射功率:CDMA 1X和EV-DO终端的最大发射功率Tx均为23dBm,基站的最大发射功率Tx均为43dBm。
噪声系统:CDMA 1X和EV-DO基站的噪声系数F均为5dB,终端的噪声系数F均为8dB。
杂散性能:按照最低性能标准,CDMA 1X和EV-DO终端远离载波的无用发射指标L(Δf)均为:
-42dBc/30KHz@885~1980KHz
-54dBc/30KHz@1980~4000KHz
CDMA 1X和EV-DO基站远离载波的无用发射指标L(Δf)均为:
-45dBc/30KHz@885~1980KHz
-60dBc/30KHz@1980~4000KHz
天线参数:CDMA 1X和EV-DO的基站天线均增益G为11dBi的全向天线,挂高均为40m,终端天线增益G均为0dBi。
第二步,确定远近效应干扰发生的功率门限A
对于CDMA 1X和EV-DO网络,可以认为当干扰落入CDMA基站工作频带内的功率不高于基站本身的底噪时I(即底噪的抬升在3dB以内),这种干扰是可以接受的,即远近效应干扰的功率门限可取值为基站的底噪。
对于CDMA1X和EV-DO基站,系统底噪公式均可表示为I=N0+W+F,其中
N0:热噪声功率谱密度
W:系统带宽
F:基站噪声系数
于是,I=N0+W+F=-174+61+5=-108dBm/1.23MHz。
因此,CDMA 1X和EV-DO基站的远近效应干扰的门限A均为-108dBm/1.23MHz,即当远近效应干扰低于-108dBm/1.23MHz时,其影响可以忽略。
对于终端的干扰门限,因其接收功率是动态变化的,可设一变量x,当干扰信号的强度比有用信号强度Rx低x时,其影响可忽略。本例中变量x取5dB,即终端的干扰门限A为(Rx-5)。
第三步,分别计算各网络为避免远近效应所需的隔离度最大值Lmax
当CDMA 1X和EV-DO的基站相互位于对方覆盖的边缘时,远近效应的影响最大。此时需要的隔离度Lmax最大。首先考虑EV-DO基站位于CDMA1X基站边缘的情况,如附图2所示。设CDMA 1X基站31的覆盖半径为R,实线环表示CDMA 1X基站的覆盖边界22,在该边界处1X终端32的发射功率Tx最大,如果EV-DO基站位于此边界处,如图中虚线基站41所示,则EV-DO基站受远近效应干扰的影响最大,当EV-DO基站向外远离CDMA1X基站的边缘时,1X终端31对其影响将减小,当向外远离到一定程度后其影响将可以忽略,设此时EV-DO基站与CDMA 1X基站31覆盖边界的距离为r1,则此时EV-DO基站与1X终端之间的隔离度即为避免远近效应所需的最大隔离度Lmax。区域2为发生远近效应干扰区域,边线21和23分别是最小和最大距离。
对于反向链路,最大隔离度Lmax_rvs的计算可根据1X终端的最大发射功率Tx、杂散性能L(Δf)、EV-DO基站远近效应干扰发生的门限A来分析。其公式如下:
Lmax_rvs=Tx+B+GTx+GRx-FL-A+L(Δf)+10lg(Winterferd/Winterfering)
其中,
Tx(dBm):1X终端的最大发射功率为23dBm;
B:为考虑多部终端的反向干扰裕量,本例取值5dB;
GTx+GRx(dB):EV-DO基站与1X终端链路间的天线增益和,按10dB考虑,
FL(dB):馈线损耗,取值2.6dB;
Δf(KHz):DO与1X网络载频中心频率的偏差值,本例中为2.5M;
L(Δf)(dBc):1X终端在EV-DO基站工作频带内的杂散性能,按第一步中给出的数据,取值为:-54dBc/30KHz@1980~4000KHz;
Winterfered:被干扰系统的信道带宽,1.23MHz;Winterfering:干扰电平的可测带宽,30KHz
EV-DO基站与1X终端之间所需的反向最大隔离度值Lmax_r为:
Lmax_rvs=Tx+GTx+GRx-FL-A+L(Δf)+10lg(Winterferd/Winterfering)
=23+5+10-2.6+108-54+16
=105.4dB
当CDMA 1X基站位于EV-DO基站的覆盖边界时,同理可得,CDMA 1X基站与DO终端之间的最大隔离度Lmax_rvs为105.4dB。
对于前向链路,同样可得,1X(DO)终端与DO(1X)干扰基站间需要的最大隔离度Lmax_fwd均为116.4dB。
最终结果取前、反向链路的较大值。因此,CDMA 1X基站和EV-DO基站相互位于对方覆盖边缘时,需要与覆盖边缘处的最大隔离度Lmax均为116.4dB。
第四步,分别计算各网络远近效应干扰产生区域的最大距离Dmax
对于EV-DO基站位于CDMA 1X基站覆盖边缘的情况,由上一步已知,当EV-DO基站距离1X覆盖边界为r1时,满足最大隔离度要求。也就是说,当EV-DO基站与CDMA 1X基站的距离超过(R+r1)时,1X终端远近效应对EV-DO基站的影响可以忽略。(R+r1)就是1X终端远近效应干扰影响区域的最大距离Dmax。根据1X终端的最大发射功率Tx、EV-DO基站与1X终端需要的最大隔离度Lmax、无线信号的传播模型L(d)等,可确定r1。
本例采用COST231-WIM模型推导满足隔离度要求的1X终端与EV-DO基站间的隔离距离r1,计算时按非视距(NLOS)的场合来考虑。模型的损耗计算公式为:
L(d)=L0+Lrts+Lmsd 其中包括
自由空间损耗:L0=32.44+20lgfs+20lgd
屋顶损耗
衍射损耗
d(KM):终端与基站间的距离,适用范围0.02KM~5KM
f(MHz):频点,适用范围800MHz~2000MHz
hb(m):基站天线的相对高度,4~50m
hm(m):终端天线的相对高度1~3m
hRoof(m):建筑物高度
Ka:天线高度校正因子,Ka=54,hb>hRoof
Kd、Kf:控制对距离、无线电频率的多屏绕射损耗的依赖性
w(m):道路宽度
b(m):建筑物间隔
设b=30m,w=15m,hRoof=20m,hb=40m,hm=1.5m,fc=831.03MHZ
将EV-DO基站与1X终端之间的最大隔离度Lmax代入上述模型,则可计算出相应d为730m,即EV-DO基站与CDMA 1X基站边缘的距离为r1=730m时,可以忽略1X终端的远近效应影响。或者说,EV-DO基站与CDMA1X基站的距离大于(R+730m)时,EV-DO基站不受1X终端远近效应的影响,即Dmax为(R+730m)。
对于CDMA 1X基站位于EV-DO基站覆盖边缘的情况,按同样的方法可求得其所需隔离距离为730m,即Dmax也是(R+730m)。
第五步,分别计算各网络刚好不发生远近效应时的功率值P
当远近效应发生时,如果减小EV-DO基站与CDMA 1X基站的距离,则远近效应的影响也会减小,当基站距离减小到一定程度,远近效应的影响可以忽略,该距离就是远近效应影响区域的最小距离Dmin,Dmin对应着远近效应干扰终端的某一发射功率值P。
先考虑1X终端靠近EV-DO基站的情况。为计算该最小功率P,需要先指定一个终端与基站间默认存在的隔离距离值s,该值表示如果避免远近效应影响所需的隔离距离小余s,可以认为网络间的远近效应影响是可以忽略的,即认为在实际的网络中,终端与基站间的距离通常情况下都比s大。在本例中s取值为40m。同第四步的计算原理,利用COST231-WIM模型,可得终端与基站隔离s为40m时,隔离度L(s)为68.4dB。
对于反向链路,根据EV-DO基站远近效应干扰发生的功率门限A、1X终端的杂散性能L(Δf)和隔离度L(s),利用第三步中的公式可计算出此时1X终端的最大允许发射功率值Pt为-14dBm。对于前向链路,利用类似的计算方法可得1X终端在离EV-DO基站40m处的干扰功率为-62dBm,如果前向信噪比要求C/I>=5dB的话(第二步中定义的变量x取5dB),则来自CDMA1X基站信号的最小功率为-57dBm,即Pr为-57dBm。
对于DO终端靠近CDMA 1X基站的情况,按同样的方法可求得DO终端的反向最大允许发射功率Pt为-14dBm,前向接收到来自EV-DO基站信号的最小功率Pr为-57dBm。
第六步,分别计算各网络远近效应干扰产生区域的最小距离Dmin
对于反向链路,根据上一步确定的终端最大允许发射功率值Pt,利用链路预算工具,1X终端发射功率Pt=-14dBm对应的距离d为510m,DO终端发射功率Pt=-14dBm对应的距离d为0.59km。两者取小,Dmin_rvs为510m,即CDMA 1X基站与EV-DO基站之间的距离小于510m时,网络间远近效应的反向干扰影响可以忽略。
对于前向链路,为使DO终端收到的来自EV-DO基站的信号功率高于Pr,则允许的最大路径损耗L(d)为113.4dB,对应的距离d为610m。同理,1X终端对应的距离d也为610m。两者取小,则Dmin_fwd为610m。
因此,为同时满足前反向链路克服远近效应干扰的要求,取两者中较小者,即CDMA 1X基站与EV-DO基站之间的距离小于Dmin=510m时,两个网络间的远近效应影响可以忽略。
第七步,确定远近效应发生的区域,指导实践工作
根据第四步的计算结果,当EV-DO基站与CDMA 1X基站的距离超过Dmax=(R+730m)时,网络间的远近效应影响可以忽略。按本例中的场景,覆盖边界考虑室外覆盖的情况,根据链路预算结果,对于CDMA 1X基站,R取值为5.21km,对于EV-DO基站,R取值为6.13km。两者取较大值,即当EV-DO基站与CDMA 1X基站的距离超过Dmax=6.86km时,可忽略网络间的远近效应影响。
根据第六步的计算结果,CDMA 1X基站与EV-DO基站之间的距离小于510m时,两个网络间的远近效应影响可以忽略,即Dmin为510m。
因此,可以确定远近效应发生的主要区域是离基站从510m至6.86km的区域内。
根据确定的远近效应发生的主要区域,在规划新建基站的位置时,只要控制在上述区域外选站即可。
在本例中,如果某业务区已有一个1X(DO)网络,需新建一个DO(1X)网络,则只要把新建的DO(1X)基站位置选择在距任一1X(DO)基站510m以内的范围,或者距最近1X(DO)基站6.86km以外的范围,则网络间的远近效应可以忽略。
如果两个网络均是新建网络,也可以在上述距离的要求内同时考虑站址布局,避免使基站处于对方网络的远近效应区域内。