CN106454918A - 一种td‑lte移动通信基站周围环境电磁辐射水平的预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种TD‑LTE 移动通信基站周围环境电磁辐射水平的预测方法，包括三维空间预测模式，其根据下行参考信号和控制信道的辐射功率通量密度和物理共享信号辐射功率通量密度之和，即为下行信道总的平均电磁辐射水平。本发明提出一种预测结果准确的TD‑LTE 移动通信基站周围环境电磁辐射水平的预测方法。

Description

一种TD-LTE移动通信基站周围环境电磁辐射水平的预测方法
技术领域
本发明属于移动通信基站电磁辐射水平环境影响分析领域，具体涉及一种能够对TD-LTE4G移动通信基站的环境电磁辐射水平进行精确预测的方法。
背景技术
随着科学技术的发展，公众频率的电磁辐射设备越来越多地应用于生产和生活的各个领域，从而使空间各种频率的电磁辐射水平越来越高。近年来，移动通信已经成为人们日常生活中的重要组成部分，移动通信电磁辐射环境保护已经成为公众广泛关注的热点问题。
在基站的环境影响评价阶段，对基站开通运行时周围环境的电磁辐射水平进行理论计算将有助于确定基站的选址是否合理，基站周围是否存在超标区域，周围公众活动区的电磁辐射水平是否满足国家标准限值要求。由于TD-LTE基站覆盖范围比较小，在城区比较密集，大概200～300米就有一个移动通信基站，并且具有方向性，所以基站主要关注的范围为天线周围50～100m。
由于移动通信基站的电磁波属于微波，根据国家环保总局发布的《辐射环境保护管理导则－电磁辐射监测仪器和方法》(HJ/T 10.2-1996)中关于微波远场轴向功率密度计算公式为：
这个模式中没有考虑移动通信基站的发射电磁波的方向性，预测结果比较保守且缺乏针对性，特别是非主瓣方向的关注点，与现场实测结果的偏差较大，不能很好的反映基站周围电磁辐射的分布情况。如果直接使用这种的预测模式，将会使环境影响评价阶段对基站的电磁辐射水平的预测结果明显增大，使得不符合选址要求的不合格基站比例与实际情况的偏差显著提高比较大。
后续有相关研究了GSM和TD-SCDMA移动通信基站电磁辐射水平的理论预测预测模式，由于TD-LTE移动通信基站的发射原理，功率分配机制，帧结构与GSM和TD-SCDMA移动通信基站均有很大的不同，因此TD-LTE移动通信基站的电磁辐射水平的预测方法与GSM和TD-SCDMA移动通信基站有本质不同，目前针对TD-LTE本身发射原理和运行方式的电磁辐射水平理论预测的针对性研究尚未见相关报道。因此，有必要针对TD-LTE移动通信基站提出一种新的预测方法。
发明内容
本发明提出一种预测结果准确的TD-LTE移动通信基站周围环境电磁辐射水平的预测方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供的一种TD-LTE移动通信基站周围环境电磁辐射水平的预测方法，包括三维空间预测模式，其根据下行参考信号和控制信道的辐射功率通量密度和物理共享信号辐射功率通量密度之和，即为下行信道总的平均电磁辐射水平：
其中第一项为参考信道和控制信道的辐射功率通量密度理论预测值，第二项为物理共享信道的辐射功率通量密度理论预测值。
S为TDD-LTE移动通信基站天线在空间某点的电磁辐射水平的量值，单位是功率密度，μW/cm2；
PRS为天线总的参考信号功率，单位为W；
PPDCCH为天线控制信道(PDCCH)的功率，单位为W；
PPDSCH天线物理共享信道(PDSCH)功率，单位为W
G为天线的增益，单位为dB；
L为线路和连接器损耗，单位为
M为天线通道数，
r为预测点与发射天线的距离，单位为m，
η1为下行业务信道占空比，即下行业务信道时间/一个无线帧时间
η2为下行导频占空比，即特殊子帧中下行导频时隙时间/一个无线帧时间，
θ，φ分别为预测点相对天线主瓣方向的垂直和水平方向上的夹角。
本发明提出一种TD-LTE移动通信基站周围环境电磁辐射水平的预测方法，该方法能较好反映TD-LTE移动通信基站在三维空间电磁辐射水平的真实情况。该方法的研制与应用，可为TD-LTE基站电磁辐射环境影响预测与评价提供适用的预测模式，为运营商的TD-LTE基站选址和建设基站提供理论指导，减少运营商的TD-LTE基站运营成本，提高基站建设的成功率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明TD-LTE系统上下行子帧比例配置表；
图2为本发明TD-LTE系统特殊子帧配置表；
图3为本发明下行子帧结构示意图；
图4为本发明TD-LTE物理信道的帧结构。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对一种可旋转的趣味积木套装本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种TD-LTE移动通信基站周围环境电磁辐射水平的预测方法，包括三维空间预测模式，其根据下行参考信号和控制信道的辐射功率通量密度和物理共享信号辐射功率通量密度之和，即为下行信道总的平均电磁辐射水平：
其中第一项为参考信道和控制信道的辐射功率通量密度理论预测值，第二项为物理共享信道的辐射功率通量密度理论预测值。
S为TDD-LTE移动通信基站天线在空间某点的电磁辐射水平的量值，单位是功率密度，μW/cm2；
PRS为天线总的参考信号功率，单位为W；
PPDCCH为天线控制信道(PDCCH)的功率，单位为W；
PPDSCH天线物理共享信道(PDSCH)功率，单位为W
G为天线的增益，单位为dB；
L为线路和连接器损耗，单位为
M为天线通道数，
r为预测点与发射天线的距离，单位为m，
η1为下行业务信道占空比，即下行业务信道时间/一个无线帧时间
η2为下行导频占空比，即特殊子帧中下行导频时隙时间/一个无线帧时间，
θ，φ分别为预测点相对天线主瓣方向的垂直和水平方向上的夹角。
所述方向函数f(θ,φ)值通过以下方法获得：根据天线厂家提供的天线垂直和水平方向图归一化数值列表，列出每一度对应的归一化方向函数值，然后利用插值法，将获得的空间任意一点的方向拟合函数对应的值。
其中所述下行业务信道占空比η1和下行导频占空比η2根据以下方式获得：根据TD-LTE物理层帧结构、上下行子帧比例配置表以及特殊子帧的配置表计算获得.
本发明为预测TD-LTE移动通信基站运行时电磁辐射水平的选址提供理论指导实施方式：
其中，总的参考信号功率PRS、PDCCH控制信道功率PPDCCH、物理共享信道功率PPDSCH的取值
根据TD-LTE智能天线的工作原理，下行功率主要由两部分组成，一部分是参考信号功率(RS power)和控制信道功率(PDCCH power)，另一部分为物理下行共享信道功率(PDSCH power)；
根据每个资源块的参考信号功率Prs，用户终端专用参数PA，小区专用参数PB三个参数确定对应带宽符号A和符号B的功率；
根据参考信号，控制信道和物理下行共享信道的功率分配进行时间加权获得。如在TD-LTE移动通信基站运行中，每个资源块的参考信号功率Prs＝12.2dBm，用户终端专用参数PA＝-3，小区专用参数PB＝1三个参数确定对应带宽符号A和符号B的功率。根据参考信号，控制信道和物理下行共享信道的功率分配进行时间加权获得。以20M带宽，推荐配置是每个资源块的参考信号功率Prs＝12.2dbm，PA＝-3，PB＝1，则单根天线上的发射功率计算如下：
其中，1200是20M带宽时符号A的子载波总数(12*100)；
其中，200是符号B上的RS子载波总数(2*100)，800是符号B上的数据子载波总数(8*100)，由于PB＝1，即ρB/ρA＝1，表示符号B上的数据子载波和符号A上的数据子载波功率相同。
根据图3所示的参考信号、PDCCH控制信道和PDSCH物理共享信道的分布情况，对此三种信道的功率分配进行时间加权得：
根据图4所示的TD-LTE物理信道的帧结构，TD-LTE系统物理信道分为3层结构：无线帧、半帧和子帧。一个10ms的无线帧包含两个半帧，长度各为5ms，每个半帧包含5个1ms的子帧。其中包括4个普通子帧和1个特殊子帧，普通子帧由2个时隙组成，特殊子帧由3个时隙组成。TDD帧结构中，存在不同配比的上下行业务。
根据图1与2所示的TD-LTE系统上下行子帧比例配置表及TD-LTE系统特殊子帧配置表，表中“D”代表此子帧用于下行传输，“U”代表此子帧用于上行传输，“S”代表由DwPTS，GP，UpPTS组成的特殊子帧；根据运营商采取的上下行子帧比例配置表和特殊子帧配置表的情况计算出下行业务信道占空比η1和下行导频占空比η2的取值。
假设运营商根据上下行业务需求情况采用配置1的配置方式，下行与上行比为2:2，下行子帧有4个，即下行业务信道占空比η1为40％，
D频基站的特殊子帧配置采用配置7，即DwPTS:GP:UpPTS为10:2:2,下行导频占空比η2为
F频基站的特殊子帧配置采用配置6，即DwPTS:GP:UpPTS为9:3:2,下行导频占空比η2为
TD-LTE采用OFDMA(正交频分多址)技术，采用TDD(Time Division Duplexing)时分双工技术，接收和传送在同一频率信道(即载波)的不同时隙，用保证时间来分离接收和传送信道。以灵活的设置上行和下行转换时刻，用于实现不对称的上行和下行业务带宽，有利于实现明显上下行不对称的互联网业务。
TD-LTE系统中采用静态或半静态的功率分配。在频率和时间上采用恒定的发射功率，基站通过高层信令指示该发射功率数值。下行功率分配的目标是在满足用户接收质量的前提下尽量降低下行信道的发射功率，来降低小区间干扰。下行功率主要由两部分组成，一部分是参考信号功率(RS power)和控制信道功率(PDCCH power)，另一部分为物理下行共享信道功率(PDSCH power)。
LTE天线功率分配在non-MBSFN和常规CP的场景中，每个资源块(RB)包含7个OFDM符号(每个OFDM符号在频域包含12个子载波)，每个OFDM符号携带4个小区特定RS，其中符号0和符号4各携带2个RS，符号1、2、3、5、6不携带RS(见图1)。那么根据表1，符号1、2、3、5、6中，PDSCH EPRE和在PDSCH资源颗粒内的小区特定RS的EPRE的比值表示为ρA，符号1、2、3、5、6又被称为A类符号；符号0、4中，PDSCH EPRE和在PDSCH资源颗粒内的小区特定RS的EPRE的比值表示为ρB，符号0、4又被称为B类符号。
以20M带宽，2*10W为例，推荐配置是每个资源块的参考信号功率Prs＝12.2dbm，PA＝-3，PB＝1，则单根天线上的发射功率计算如下：
其中，1200是20M带宽时符号A的子载波总数(12*100)；
其中，200是符号B上的RS子载波总数(2*100)，800是符号B上的数据子载波总数(8*100)，由于PB＝1，即ρB/ρA＝1，表示符号B上的数据子载波和符号A上的数据子载波功率相同。
本发明的TD-LTE移动通信基站周围环境电磁辐射水平的预测方法，该方法能较好反映TD-LTE移动通信基站在三维空间电磁辐射水平的真实情况。该方法的研制与应用，可为TD-LTE基站电磁辐射环境影响预测与评价提供适用的预测模式，为运营商的TD-LTE基站选址和建设基站提供理论指导，减少运营商的TD-LTE基站运营成本，提高基站建设的成功率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种TD-LTE移动通信基站周围环境电磁辐射水平的预测方法，其特征在于，包括三维空间预测模式，其根据下行参考信号和控制信道的辐射功率通量密度和物理共享信号辐射功率通量密度之和，即为下行信道总的平均电磁辐射水平：
S = S 1 + S 2 = 100 × M × ( P R S + P P D C C H ) × ( G - L ) 4 πr 2 × η 2 × f ( θ , φ ) + 100 × M × P P D S C H × ( G - L ) 4 πr 2 × η 1
其中第一项为参考信道和控制信道的辐射功率通量密度理论预测值，第二项为物理共享信道的辐射功率通量密度理论预测值。
S为TDD-LTE移动通信基站天线在空间某点的电磁辐射水平的量值，单位是功率密度，μW/cm2；
PRS为天线总的参考信号功率，单位为W；
PPDCCH为天线控制信道(PDCCH)的功率，单位为W；
PPDSCH天线物理共享信道(PDSCH)功率，单位为W
G为天线的增益，单位为dB；
L为线路和连接器损耗，单位为
M为天线通道数，
r为预测点与发射天线的距离，单位为m，
η1为下行业务信道占空比，即下行业务信道时间/一个无线帧时间
η2为下行导频占空比，即特殊子帧中下行导频时隙时间/一个无线帧时间，
θ，φ分别为预测点相对天线主瓣方向的垂直和水平方向上的夹角。
2.如权利要求1所述的一种TD-LTE移动通信基站周围环境电磁辐射水平的预测方法，其特征在于，所述方向函数f(θ,φ)值通过以下方法获得：
根据天线厂家提供的天线垂直和水平方向图归一化数值列表，列出每一度对应的归一化方向函数值，然后利用插值法，将获得的空间任意一点的方向拟合函数对应的值。
3.如权利要求1所述的一种TD-LTE移动通信基站周围环境电磁辐射水平的预测方法，其特征在于，所述总的参考信号功率PRS、PDCCH控制信道功率PPDCCH、物理共享信道功率PPDSCH通过以下方式获得：
根据TD-LTE智能天线的工作原理，下行功率主要由两部分组成，一部分是参考信号功率(RS power)和控制信道功率(PDCCH power)，另一部分为物理下行共享信道功率(PDSCHpower)；
根据每个资源块的参考信号功率Prs，用户终端专用参数PA，小区专用参数PB三个参数确定对应带宽符号A和符号B的功率；
根据参考信号，控制信道和物理下行共享信道的功率分配进行时间加权获得。
4.如权利要求1所述的一种TD-LTE移动通信基站周围环境电磁辐射水平的预测方法，其特征在于，其中所述下行业务信道占空比η1和下行导频占空比η2根据以下方式获得：根据TD-LTE物理层帧结构、上下行子帧比例配置表以及特殊子帧的配置表计算获得。
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