WCDMA與GSM900/DCS1800覆蓋能力計算比較*

嚴 樂

(中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司新鄉(xiāng)市分公司，河南 新鄉(xiāng) 453000)

1 覆蓋差異主要因素

GSM900系統(tǒng)頻帶范圍為890～915/935～960MHz，DCS1800系統(tǒng)頻帶范圍為1710～1785/1805～1880MHz，WCDMA系統(tǒng)頻帶范圍為1920～1980/2110～2170MHz。由于頻率的差異導致三系統(tǒng)的傳播特性的不同，主要表現(xiàn)在路徑損耗和穿透損耗上。

1.1 路徑損耗

路徑損耗主要通過傳播模型來估算。不同頻段的路徑損耗估算使用不同的傳播模型，GSM900選用Okumura－Hata模型，該模型適用于900M頻段;DCS1800和WCDMA選用COST231－Hata模型，該模型適用于2G頻段。下面首先對這兩個傳播模型作詳細介紹。

1.1.1 Okumura－Hata模型

Okumura－Hata模型由在日本測得的平均測量數(shù)據(jù)構(gòu)成。市區(qū)的路徑損耗中值可以用下面的近似解析式表示:

式中:

Lu——從基站到移動臺的路徑損耗，單位:dB;

f——載波頻率，單位:MHz;

hb——基站天線高度，單位:米;

hm——移動臺天線高度，單位:米;

d——基站到移動臺之間的距離，單位:km;其中對于大城市A(hm)為:

對于中等城市A(hm)為:

在郊區(qū)，傳播模型可以修正為:

在農(nóng)村開闊地，傳播模型可以修正為:

1.1.2 COST231－Hata模型

在城市區(qū)域，COST231－Hata模型如下:

式中:

Lu——從基站到移動臺的路徑損耗，單位:dB;

f——載波頻率，單位:MHz;

hb——基站天線高度，單位:米;

hm——移動臺天線高度，單位:米;

d——基站到移動臺之間的距離，單位:km;

Cm——對于大城市:Cm=3dB;對于中等城市:Cm=0dB;

其中A(hm)為:

在郊區(qū)，傳播模型可以修正為:

在農(nóng)村開闊地，傳播模型修正為:

下面以中等城市為例，假設(shè)基站天線高度為30m，移動臺天線高度為1.5m，各系統(tǒng)頻段對應(yīng)的路徑損耗估算如下。

第一，GSM900路徑損耗的估算

對GSM900，對應(yīng)的頻帶為890～915/935～960 MHz，選取中心頻率 902.5/947.5 MHz 做估算，把已知代入公式1.1，得:

第二，DCS1800路徑損耗的估算

對DCS1800，對應(yīng)的頻帶范圍為1710～1785/1805 ～1880 MHz，選取中心頻率 1747.5/1842.5MHz做估算，把已知代入公式1.2，得:

第三，WCDMA路徑損耗的估算

對WCDMA，對應(yīng)的頻帶范圍為1920～1980/2110～2170 MHz，選取中心頻率1950/2140 MHz做估算，把已知代入公式1.2得:

1.1.3 路徑損耗的估算比較

通過上述在相同的傳播環(huán)境、基站天線高度和移動臺天線高度的情況下，各系統(tǒng)對應(yīng)的路徑損耗估算，并對比(各系統(tǒng)對應(yīng)的路徑損耗估算結(jié)果的常數(shù)項對比)可知:在相同條件下，GSM900的路徑損耗均值比DCS1800少10dB左右，GSM900的路徑損耗均值比WCDMA少11～12dB左右。

1.2 穿透損耗

根據(jù)試驗測試結(jié)果及GSM相關(guān)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，得到如下結(jié)果:

表1 WCDMA與GSM900、DCS1800不同場景的穿透損耗

以上測試結(jié)果表明:WCDMA與DCS1800的穿透損耗相差不大;WCDMA的穿透損耗比GSM900大2 dB～4 dB。

2 覆蓋能力比較

2.1 GSM/DCS BCCH與WCDMA PCPICH覆蓋能力的比較

2.1.1 GSM/DCS BCCH 的覆蓋能力

假設(shè)GSM900 BCCH發(fā)射功率44dBm(功放功率47dBm，合路器損耗3dB)，DCS1800 BCCH發(fā)射功率42dBm(功放功率45dBm，合路器損耗3dB)，按照協(xié)議規(guī)定GSM/DCS移動臺最小接收靈敏度－104dBm，因此BCCH的最大允許路徑損耗=BCCH發(fā)射功率+基站天線增益+移動臺天線增益－穿透損耗－陰影衰落余量－硬切換增益－人體損耗－快衰落余量－移動臺靈敏度。表2是不同環(huán)境下 GSM900/DCS1800 BCCH最大允許路徑損耗的計算表。

2.1.2 WCDMA PCPICH 覆蓋能力

根據(jù)上行鏈路估算WCDMA最大允許鏈路損耗。為保證上下行鏈路平衡，語音業(yè)務(wù)的基站發(fā)射功率需要31dBm(假定小區(qū)下行負載75%)。通常CPICH發(fā)射功率33dBm。因此WCDMA的導頻信道發(fā)射功率相比語音業(yè)務(wù)高33dBm－(31)32dBm=(2)1dB。在鏈路預(yù)算中，語音業(yè)務(wù)Eb/No=6.6dB，可得語音業(yè)務(wù)Ec/No=6.6dB －10log(3840/12.2)= －18.4dB。根據(jù)協(xié)議 3GPP 25.133規(guī)定，CPICH Ec/No＞ －20dB時，UE可以進行同頻/異頻小區(qū)的測量，因此WCDMA的導頻信道接收靈敏度相比語音業(yè)務(wù)低－18.4dB－(－20dB)=1.6dB。考察WCDMA鏈路預(yù)算表格中的其他項目，由于不同小區(qū)的導頻信道不存在宏分集合并，因此相比業(yè)務(wù)信道鏈路預(yù)算，導頻鏈路預(yù)算需減去軟切換對抗快衰落增益1.5dB。另外由于導頻信道沒有功控，導頻鏈路預(yù)算需去除功控余量1.4dB。綜合可知，WCDMA導頻信道的最大允許路徑損耗相比語音信道的最大允許路徑損耗大2dB+1.6dB －1.5dB+1.4dB=3.5dB，即在 2.1.2 節(jié)語音信道的最大允許路徑損耗的基礎(chǔ)上加上3.5dB即為導頻信道的最大允許路徑損耗值。由此即可計算WCDMA PCPICH覆蓋半徑，如下表:

表2 GSM900/DCS1800 BCCH最大允許路徑損耗的計算表

根據(jù)1.1.1和1.1.2節(jié)的傳播模型，計算GSM900和DCS1800的小區(qū)半徑，如表3所示:

表3 GSM900/DCS1800 BCCH的小區(qū)半徑計算表

表4 WCDMA PCPICH覆蓋半徑計算表

2.1.3 GSM/DCS BCCH 與 WCDMA PCPICH 覆蓋能力比較的結(jié)論

對比表3和表4可知，WCDMA PCPICH覆蓋半徑大于DCS1800 BCCH覆蓋半徑，但小于 GSM900 BCCH覆蓋半徑。

2.2 覆蓋能力比較的結(jié)論

綜上所述，WCDMA系統(tǒng)的覆蓋能力大于DCS1800系統(tǒng)的覆蓋能力，小于GSM900系統(tǒng)的覆蓋能力。

［1］張鑫，楊明華.基于城郊環(huán)境下Okumura－Hata預(yù)測模型的校正與實現(xiàn)［J］.通信技術(shù)，2008，(5).

［2］韓斌杰.GSM原理及其網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2001.

［3］謝益溪.無線電波傳播——原理與應(yīng)用［M］.北京:人民郵電出版社，2008.