WCDMA室內(nèi)覆蓋距離理論計(jì)算方法

曹曉冬　李海彬

一、引言

作為深度覆蓋的主要手段之一，室內(nèi)覆蓋在移動(dòng)通信建設(shè)中已存在了十?dāng)?shù)年時(shí)間，然而在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中，室內(nèi)覆蓋的效果仍然存在這一些弱覆蓋情況，并集中體現(xiàn)在對(duì)居民住宅、密集建筑城中村等的覆蓋中。因此，本文將研究一套通過(guò)理論計(jì)算來(lái)初步評(píng)估室內(nèi)覆蓋建設(shè)方案能否達(dá)到信號(hào)覆蓋強(qiáng)度要求的方法，便于指導(dǎo)方案制定和工程建設(shè)。

二、室外天線覆蓋室內(nèi)情況分析

在臨近樓宇頂層或小區(qū)綠地設(shè)置天線，覆蓋目標(biāo)樓宇。其中假設(shè)：天線距離目標(biāo)樓宇水平距離為d，天線垂直半功率角度為θ，使用天線主方向增益為G，目標(biāo)樓宇完整處于天線半功率角輻射范圍內(nèi)，天線至目標(biāo)建筑直接無(wú)阻擋，信號(hào)傳播產(chǎn)生的多徑分量與衍射分量與達(dá)到建筑后入射角損耗可量比抵消。

由于此類覆蓋模式中，天線離接收端距離約在20～300米范圍內(nèi)，因此不符合準(zhǔn)平坦地市經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵螅?km～10km），需使用確定模型來(lái)進(jìn)行計(jì)算。

比較經(jīng)典的確定模型是歐洲電信科學(xué)技術(shù)研究聯(lián)合推薦的“Cost231-Walfish-Ikegami”電波傳播衰減計(jì)算模型，該模型為非修正確定模型，適用范圍20m～5km的小區(qū)型覆蓋，分為可視模型和非可視模型兩部分，本次討論中僅應(yīng)用其可視模型部分：

L=42.6+26lgD（km）+20lgF（MHz）

計(jì)算中假設(shè)天線饋入功率為5dBm，天線主波瓣增益G=11dBi，半功率角度θ=60°，天饋連接損耗1dB，折合天饋ErIP=15dBm，波瓣邊緣強(qiáng)度削減3dB，邊緣輸出為12dBm；頻率F取WCDMA下行頻段中值2140MHz，若取典型天線距離30米，則室外邊緣接收信號(hào)強(qiáng)度為：

Rx =Tx+G-1-3-（42.6+26lg（d/cosθ）+20lgF）

=5+11-1-3-（42.6+26lg（30/cos（60°）+20lg（2140）））=-59dBm

根據(jù)對(duì)北方城市建筑物穿透損耗的測(cè)試，典型損耗值如下：

室內(nèi)接收電平Rx_indoor=Rx – 穿透損耗

如穿透外窗玻璃入射，則室內(nèi)接收電平為-65dBm

如穿透水泥實(shí)墻入射，則室內(nèi)接收電平為-74～-89dBm

陰影衰落標(biāo)準(zhǔn)差典型取值8dB，在75%邊緣覆蓋率折合90%覆蓋概率時(shí)，對(duì)數(shù)正態(tài)衰落儲(chǔ)備余量為5.5dB

室內(nèi)環(huán)境電波傳播損耗可采用對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型計(jì)算，即：

L=L（d0）+10·n·lg（d/d0）

其中：

d0為參考距離，即發(fā)射機(jī)到參考點(diǎn)的距離；

L（d0）為發(fā)射機(jī)至參考點(diǎn)處的路徑損耗；

d為總傳播距離；

n為平均路徑損耗指數(shù)，經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭校懈糸g的室內(nèi)環(huán)境取值為4.69。

按照接收電平值-85dBm的目標(biāo)要求，計(jì)算上述事例中，通過(guò)玻璃窗入射的情況下，覆蓋室內(nèi)距離為：

而對(duì)于沒有窗戶的建筑，從外墻直接穿透覆蓋的情況下，覆蓋室內(nèi)距離為：

三、室內(nèi)天線覆蓋室內(nèi)情況分析

從戶門口放置天線點(diǎn)覆蓋室內(nèi)的方式上看，信號(hào)的傳播損失主要由空間傳播損耗和墻體穿透損耗兩大部分組成，其中又以穿透損耗為最大影響，包括了墻體材質(zhì)、穿透墻體的數(shù)量?jī)蓚€(gè)方面。

接收電平Rx≈Erip-Lpath-Sum（L1+L2……Ln）-ShadowFading

其中：Erip為天線點(diǎn)等效發(fā)射功率，通常WCDMA天線點(diǎn)饋入功率約為5dBm，全向吸頂天線增益3dBi，連接損耗1dB，則Erip通常為7dBm；

Lpath為空間傳播損耗，由于天線點(diǎn)距離覆蓋目標(biāo)較近，可采用自由空間傳播損耗公式計(jì)算，Lpat =32.45+20lg（d）+20lg（f）；

Sum（L1+L2……Ln）為墻體穿透損耗，其中Ln為第n面墻體的穿透損耗值；

ShadowFading在室內(nèi)環(huán)境通常取5.5dB。

根據(jù)接收電平大于-85dBm的情況計(jì)算得到覆蓋距離與穿透墻體的關(guān)系。

三、結(jié)論

參考上述計(jì)算過(guò)程與計(jì)算事例，可初步估計(jì)出設(shè)計(jì)方案對(duì)建筑室內(nèi)覆蓋的信號(hào)強(qiáng)度閾值，能夠一定程度上避免室內(nèi)覆蓋建設(shè)后弱區(qū)盲區(qū)的大量出現(xiàn)。

作者簡(jiǎn)介：曹曉冬，男，1979年生，籍貫（江蘇），學(xué)歷（學(xué)士），職稱（工程師），主研方向?yàn)闊o(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃/優(yōu)化/設(shè)計(jì)，單位（北京電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司第三設(shè)計(jì)所）。

李海彬 北京郵電大學(xué) 碩士 現(xiàn)工作于中國(guó)聯(lián)通北京分公司 網(wǎng)建部。