CN108183755B - 一种fdd-lte基站中心频率电磁辐射预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种FDD‑LTE基站中心频率电磁辐射预测方法，其步骤如下：根据FDD‑LTE基站下行物理层传输机制，分别计算FDD‑LTE基站在下行传输带宽中心频率处1.08MHz带宽上物理广播信道(PBCH)、主同步信号(PSS)、辅同步信号(SSS)、下行链路控制信道(PDCCH)和下行链路共享信道(PDSCH)的传输时长，从而得到FDD‑LTE基站中心频率的信号占空比，结合频谱分析仪测量到的中心频率最大电磁辐射强度，计算FDD‑LTE基站中心频率平均电磁辐射强度。本发明分析了FDD‑LTE下行传输带宽中心频率处1.08MHz带宽上信号的传输情况，结合基站数据业务流量与排队模型计算出FDD‑LTE基站中心频率的信号占空比，从而准确预测FDD‑LTE基站中心频率平均电磁辐射强度。

Description

一种FDD-LTE基站中心频率电磁辐射预测方法
技术领域
本发明涉及一种FDD-LTE基站中心频率电磁辐射预测方法。
背景技术
长期演进频分双工技术(FDD-LTE)已经成为了主流的商用移动通信网络，大量建设的FDD-LTE基站使得对FDD-LTE基站的电磁辐射评估具有重要的意义。在目前FDD-LTE基站的电磁辐射研究，文献《In situ LTE exposure of the general public:Characterization and extrapolation》(Joseph W,Verloock L,Goeminne F,et al.Insitu LTE exposure of the general public:Characterization and extrapolation[J].Bioelectromagnetics,2012,33(6):466.)通过测量同步信号和参考信号来预测FDD-LTE基站的最大电磁辐射强度；文献《Low-cost extrapolation method for maximal LTEradio base station exposure estimation:test and validation》(Verloock L,JosephW,Gati A,et al.Low-cost extrapolation method for maximal LTE radio basestation exposure estimation:test and validation[J].Radiation ProtectionDosimetry,2013,155(1):11-5.)通过测量物理广播信道(PBCH)来预测FDD-LTE基站的最大电磁辐射强度。这些文献提供的方法不能用于预测FDD-LTE基站平均电磁辐射强度。同时，FDD-LTE基站中心频率处的信号传输与非中心频率处不同，FDD-LTE基站中心频率平均电磁辐射强度预测技术和非中心频率平均电磁辐射强度预测技术会存在差异，目前还没有相关文献和专利来解决这个问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种FDD-LTE基站中心频率电磁辐射预测方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：
1)、FDD-LTE基站在下行传输带宽中心频率处1.08MHz带宽上传输有物理广播信道(PBCH)、主同步信号(PSS)、辅同步信号(SSS)、物理下行链路控制信道(PDCCH)和物理下行链路共享信道(PDSCH)。结合基站数据业务流量，计算PBCH、PSS、SSS、PDCCH和PDSCH的传输时长；
2)、通过步骤1)得到的PBCH、PSS、SSS、PDCCH和PDSCH的传输时长，计算FDD-LTE基站中心频率的信号占空比；
3)、利用频谱分析仪测量FDD-LTE基站中心频率最大电磁辐射强度，结合步骤2)得到的FDD-LTE基站中心频率的信号占空比，计算FDD-LTE基站中心频率平均电磁辐射强度。
上述的一种FDD-LTE基站中心频率电磁辐射预测方法，所述步骤1)中，FDD-LTE基站在下行传输带宽中心频率处的1.08MHz带宽上传输有物理广播信道(PBCH)、主同步信号(PSS)、辅同步信号(SSS)、物理下行链路控制信道(PDCCH)和物理下行链路共享信道(PDSCH)。这些信道和信号传输时长的计算如下：
PBCH、PSS和SSS是固定传输，其传输时长如下：
Figure BDA0001540086220000021
Figure BDA0001540086220000022
Figure BDA0001540086220000023
式(1)中tPBCH为PBCH的传输时长，单位为ms；式(2)中tPSS为PSS的传输时长，单位为ms；式(3)中tSSS为SSS的传输时长，单位为ms。
PDCCH在占用的控制信道单元(CCE)上传输，由PDCCH占用单元数量计算PDCCH的传输时长，如下：
Figure BDA0001540086220000024
式(4)中，tPDCCH表示PDCCH的传输时长，单位为ms；N为PDCCH占用单元数量，单位为个。PDCCH占用单元数量根据基站数据业务流量确定，其值为单位时间内数据业务流量与用户平均速率的比值乘以用户平均占用单元数量。
PDSCH用于承载用户的数据业务，根据FDD-LTE资源分配规则建立多服务台混合制排队模型M/M/10/16来计算PDSCH传输时长。在排队模型M/M/10/16中，第一个字母M表示排队模型中数据业务到达过程服从泊松分布，第二个字母M表示数据业务服务时间服从负指数分布，第三个数字10表示10个作为服务台的FDD-LTE子帧，第四个数字16表示系统容量。当PDCCH在不同的传输时长时，PDSCH的传输时长计算如下：
Figure BDA0001540086220000025
式(5)中tPDSCH表示PDSCH的传输时长，单位为ms，s为通过排队模型计算得到FDD-LTE下行帧中平均占用子帧个数，单位为个，s计算如下：
Figure BDA0001540086220000031
式(6)中ρ为服务强度，其值为单位时间到达数据业务流量与数据业务服务率的比值。
上述的一种FDD-LTE基站中心频率电磁辐射预测方法，所述步骤2)中，通过步骤1)得到PBCH、PSS、SSS、PDCCH和PDSCH的传输时长，计算出FDD-LTE基站中心频率的信号占空比，如下：
Figure BDA0001540086220000032
式(7)中，TCF为FDD-LTE基站中心频率的信号占空比，即PBCH、PSS、SSS、PDCCH和PDSCH的传输时长之和与FDD-LTE下行帧长的比值。
上述的一种FDD-LTE基站中心频率电磁辐射预测方法，所述步骤3)中，利用频谱分析仪测量FDD-LTE基站中心频率最大电磁辐射强度，结合步骤2)得到的FDD-LTE基站中心频率的信号占空比，计算FDD-LTE基站中心频率平均电磁辐射强度，如下：
Figure BDA0001540086220000033
式(8)中，
Figure BDA0001540086220000034
为FDD-LTE基站中心频率最大电磁辐射强度，利用频谱分析仪在“Maxhold模式”下对FDD-LTE基站进行测量得到，单位为V/m，
Figure BDA0001540086220000035
为FDD-LTE基站中心频率平均电磁辐射强度，单位为V/m，TCF为FDD-LTE基站中心频率的信号占空比。
本发明的有益效果在于：本方法在预测FDD-LTE基站中心频率平均电磁辐射强度时，考虑到了对FDD-LTE基站电磁辐射强度影响最大的PDSCH和PDCCH，从而得到的更准确的FDD-LTE基站中心频率平均电磁辐射强度预测结果。该方法对FDD-LTE基站建设和环境保护有极大的参考价值，具有一定的社会效益。
附图说明
图1为本发明流程框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
本发明实施对象为FDD-LTE基站，下行带宽为20MHz(1840MHz～1860MHz)，中心频率处1.08MHz带宽(1849.46MHz～1850.54MHz)。测量设备采用便携式频谱分析仪(KEYSIGHTN9918A，测量最大频率26.5GHz)和对数周期天线(HyperLOG 60180，测量频率范围680MHz～18GHz)，在1.8GHz频率上接收天线的天线因子AF为30dB/m，线缆损耗3dB。本发明的流程框图如图1所示。
本发明的一种FDD-LTE基站中心频率电磁辐射预测方法，包括以下步骤：
1)、FDD-LTE基站在下行传输带宽中心频率处的1.08MHz带宽上传输有物理广播信道(PBCH)、主同步信号(PSS)、辅同步信号(SSS)、物理下行链路控制信道(PDCCH)和物理下行链路共享信道(PDSCH)。结合基站数据业务流量，计算PBCH、PSS、SSS、PDCCH和PDSCH的传输时长；
2)、通过步骤1)得到的PBCH、PSS、SSS、PDCCH和PDSCH的传输时长，计算FDD-LTE基站中心频率的信号占空比；
3)、利用频谱分析仪测量FDD-LTE基站中心频率最大电磁辐射强度，结合步骤2)得到的FDD-LTE基站中心频率的信号占空比，计算FDD-LTE基站中心频率平均电磁辐射强度。
上述步骤1)中，根据FDD-LTE下行信号传输方式，物理广播信道(PBCH)、主同步信号(PSS)和辅同步信号(SSS)在中心频率处1.08MHz带宽上固定传输，得到tPBCH为2/7ms，tPSS和tSSS均为1/7ms。
在本实施例中，通过电信运营商获得上午11点一小时内基站数据业务流量为7252.27MB，用户数据业务平均速率为250Kbps，用户平均占用单元数量为2.85个。计算PDCCH占用单元数量为：
Figure BDA0001540086220000041
由于PDCCH占用单元数量N<190，由式(4)得到PDCCH的传输时长：
Figure BDA0001540086220000042
同时，在排队模型中，服务强度ρ为单位时间到达数据业务流量与数据业务服务率的比值，通过电信运营商获得单位时间到达数据业务流量为16.51kbit/ms，每个子帧数据业务服务率为6.25kbit/ms，则ρ＝16.51/6.25＝2.64。由式(6)计算FDD-LTE下行帧中平均占用子帧的个数：
Figure BDA0001540086220000043
由式(5)，结合
Figure BDA0001540086220000044
计算得到PDSCH的传输时长：
Figure BDA0001540086220000051
上述步骤2)中，带宽中心1.08MHz上承载了PDCCH、PDSCH、RS、PBCH以及同步信号的传输，计算出FDD-LTE基站中心频率的信号占空比：
Figure BDA0001540086220000052
上述步骤3)中，先利用频谱分析仪测量FDD-LTE中心频率最大电磁辐射强度，在本实施例频谱分析仪的设置如下，测量中心频率为1850MHz，扫描带宽为1MHz，扫描时间为28ms，RBW为300KHz，VBW为1MHz，追踪模式为Maxhold，检波器为RMS。测量得到最大电磁辐射强度
Figure BDA0001540086220000053
其值为0.319V/m。然后结合步骤2中得到的TCF，其值为36.4％，得到FDD-LTE基站中心频率平均电磁辐射强度的预测结果：
Figure BDA0001540086220000054
我们将本专利得到的平均电磁辐射强度预测值与平均电磁辐射强度测量值进行对比，结果如表1所示：
表1.不同时间预测值与测量值的对比
时间 预测值(V/m) 测量值(V/m)
11点 0.192 0.183
14点 0.097 0.106
17点 0.137 0.149
通过对比，本专利对FDD-LTE基站平均电磁辐射强度的预测结果和测量结果基本一致，证实本专利发明内容的可行性。

Claims (3)

1.一种FDD-LTE基站中心频率电磁辐射预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、FDD-LTE基站在下行传输带宽中心频率处1.08MHz带宽上传输有物理广播信道(PBCH)、主同步信号(PSS)、辅同步信号(SSS)、物理下行链路控制信道(PDCCH)和物理下行链路共享信道(PDSCH)，结合基站数据业务流量，计算PBCH、PSS、SSS、PDCCH和PDSCH的传输时长；
传输时长计算如下：
物理广播信道(PBCH)、主同步信号(PSS)和辅同步信号(SSS)是固定传输，其传输时长如下：
Figure FDA0002624567980000011
Figure FDA0002624567980000012
Figure FDA0002624567980000013
式(1)中tPBCH为PBCH的传输时长，单位为ms，式(2)中tPSS为PSS的传输时长，单位为ms，式(3)中tSSS为SSS的传输时长，单位为ms；
物理下行链路控制信道(PDCCH)的传输时长计算如下：
Figure FDA0002624567980000014
式(4)中tPDCCH为PDCCH的传输时长，单位为ms，N为PDCCH占用单元的数量，单位为个；
物理下行链路共享信道(PDSCH)的传输时长计算如下：
Figure FDA0002624567980000015
式(5)中tPDSCH为PDSCH的传输时长，单位为ms，s为FDD-LTE下行帧中平均占用子帧的个数，单位为个，s计算如下：
Figure FDA0002624567980000016
式(6)中ρ为服务强度，其值为单位时间到达数据业务流量与数据业务服务率的比值；
2)、通过步骤1)得到的PBCH、PSS、SSS、PDCCH和PDSCH的传输时长，计算FDD-LTE基站中心频率的信号占空比；
3)、利用频谱分析仪测量FDD-LTE基站中心频率最大电磁辐射强度，结合步骤2)得到的FDD-LTE基站中心频率的信号占空比，计算FDD-LTE基站中心频率平均电磁辐射强度。
2.如权利要求1所述的一种FDD-LTE基站中心频率电磁辐射预测方法，所述步骤2)中，其特征在于，根据步骤1)计算得到PBCH、PSS、SSS、PDCCH和PDSCH的传输时长，FDD-LTE基站中心频率的信号占空比计算如下：
Figure FDA0002624567980000021
式(7)中，TCF为FDD-LTE基站中心频率的信号占空比，tPBCH为PBCH的传输时长，单位为ms，tPSS为PSS的传输时长，单位为ms，tSSS为SSS的传输时长，单位为ms，tPDCCH为PDCCH的传输时长，单位为ms，tPDSCH为PDSCH的传输时长，单位为ms。
3.如权利要求1所述的一种FDD-LTE基站中心频率电磁辐射预测方法，所述步骤3)中，其特征在于，FDD-LTE基站中心频率的平均电磁辐射强度计算如下：
Figure FDA0002624567980000022
式(8)中，
Figure FDA0002624567980000023
为FDD-LTE基站中心频率最大电磁辐射强度，利用频谱分析仪在“Maxhold模式”下对FDD-LTE基站进行测量得到，单位为V/m，
Figure FDA0002624567980000024
为FDD-LTE基站中心频率平均电磁辐射强度，单位为V/m，TCF为FDD-LTE基站中心频率的信号占空比。
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