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相關(guān)專(zhuān)題：
關(guān)鍵詞：移動(dòng)通信; 電波傳播; 覆蓋; 均勻性
一、引言
無(wú)線傳播一直是移動(dòng)通信系統(tǒng)研究領(lǐng)域的重要方向之一。一方面是由于無(wú)線傳播本身是移動(dòng)通信系統(tǒng)的傳輸媒質(zhì)，另一方面更是隨移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展的需要。實(shí)際的無(wú)線傳播研究表明，研究無(wú)線傳播下的相關(guān)問(wèn)題是移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)之源泉。當(dāng)前移動(dòng)通信技術(shù)研究的關(guān)鍵技術(shù)中，例如系統(tǒng)的容量、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、無(wú)線傳輸、無(wú)線覆蓋等，都與無(wú)線傳播研究有著至關(guān)密切的關(guān)系［1~2］。其中，無(wú)線覆蓋的均勻性問(wèn)題是一個(gè)值得注意的方向之一［3］。覆蓋的均勻性的研究一方面是對(duì)無(wú)線傳播特性的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，特別是在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)這一具體背景下的特性研究，另一方面也是充分利用無(wú)線傳播特性有效提高蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)性能的重要手段之一［4］。本文從通過(guò)典型路徑傳播損耗和移動(dòng)通信系統(tǒng)同頻干擾的分析，給出了衡量覆蓋均勻性的性能指標(biāo)，并討論了不同覆蓋模式下的均勻性問(wèn)題。相關(guān)計(jì)算機(jī)模擬表明了覆蓋均勻性與覆蓋模式的關(guān)系。
二、路徑損耗和同頻干擾模型
1. 路徑損耗模型
路徑損耗是指無(wú)線電信號(hào)傳播而產(chǎn)生的功率衰落。典型的路徑損耗模型均采用雙斜率（two-slope）路徑損耗模型，這一模型中接收信號(hào)平均功率可以表示為［3］
式中,C是一個(gè)常數(shù)，r是基站與移動(dòng)臺(tái)之間的距離，a是基本的路徑損耗因子（一般為2），b是附加路徑損耗因子（其取值范圍在2～6之間），St是信號(hào)發(fā)射功率，參數(shù)g是路徑損耗間斷點(diǎn)，一般可以表示為g=(4hbhm)/λc，其中hb是基站天線的高度，hm是移動(dòng)臺(tái)天線的高度，λc是載波頻率的波長(zhǎng)。
2. 同頻干擾模型
對(duì)于干擾受限的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，同頻干擾是其主要干擾來(lái)源之一。同頻干擾是指在一定的距離之間使用相同頻率進(jìn)行復(fù)用工作,它是決定系統(tǒng)容量和通信質(zhì)量的重要性能指標(biāo)之一。為了研究蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)基站天線服務(wù)區(qū)域的信號(hào)覆蓋性能,考察一個(gè)復(fù)用因子為N的小區(qū)結(jié)構(gòu)同頻干擾。為了分析方便以及考慮到實(shí)際傳播，一般只需要考慮第一層同頻干擾問(wèn)題，則其同頻干擾模型可用圖1簡(jiǎn)單地表示。
假定小區(qū)的覆蓋半徑為R，小區(qū)基站間的距離為D，小區(qū)中心站標(biāo)記為BS0，相鄰?fù)l干擾小區(qū)基站依次標(biāo)記為BS1,…,BSi,…,BSN-1。以BS0為參照，并假定為極坐標(biāo)原點(diǎn)，通過(guò)簡(jiǎn)單幾何分析，可以得到相鄰?fù)l干擾基站在極坐標(biāo)系下的幅角θi，及基站BS0內(nèi)位置為(r,θ)用戶與各相鄰?fù)l基站間距離ri如下［5］:
考察路徑損耗對(duì)參考基站BS0覆蓋內(nèi)用戶同頻干擾的影響。假定參考基站天線發(fā)射功率為Pd,相鄰?fù)l基站的發(fā)射功率為Pi，則參考基站覆蓋范圍內(nèi)位置為(r,θ)用戶的有用信號(hào)平均功率μd和相鄰?fù)l基站產(chǎn)生同頻干擾μi可以表示為
忽略其他干擾的影響，則用戶載波干擾比γb為
3. 對(duì)覆蓋均勻性的影響?yīng)?br />
假定各基站覆蓋半徑和通信概率相等，即滿足Pd=Pi，則用戶載波干擾比γd表示為
為了考察路徑損耗對(duì)一個(gè)給定區(qū)域下行鏈路覆蓋分布的影響，定義兩個(gè)載波干擾比變化速率VLOR(r,θ)和VLOA(r,θ)，即載波干擾比分別在徑向和角向兩個(gè)方向的變化率:
三、計(jì)算機(jī)模擬及討論
考察路徑損耗對(duì)下行鏈路CIR的影響。參數(shù)如下：基站天線高度hb=50 m，移動(dòng)用戶天線高度hm=3m，同頻基站間距離D=1 000 m，小區(qū)覆蓋半徑載波波長(zhǎng)λc=1/fc,fc=900 MHz。這里，以圖1所示的同頻干擾分析并假定角向位移的初始參考位移以BS1作為參考，分別考察了a=2、N=3或7、b=2或4等情形下用戶CIR以及其變化率隨小區(qū)徑向和角向變化關(guān)系。
圖2是參考小區(qū)內(nèi)用戶載干比隨小區(qū)徑向和角向變化模擬圖。由圖可以看出：
(1) 徑向半徑一定時(shí)，小區(qū)內(nèi)用戶載干比隨用戶角向位移改變，且分別在角向位移為π和0/2π時(shí)達(dá)到最大和最小值，這一點(diǎn)可以用所謂的最好情形和最壞情形進(jìn)行解釋;
(2) 角向位移一定時(shí)，載干比改變徑向半徑增大而降低，這正是頻率復(fù)用的結(jié)果;
(3) 不同的頻率復(fù)用因子和傳播損耗因子將影響小區(qū)內(nèi)用戶載干比值。
圖3和圖4分別是參考小區(qū)內(nèi)用戶載干比變化率隨歸一化角向位移變化模擬圖和參考小區(qū)內(nèi)用戶載干比變化率隨歸一化小區(qū)徑向變化模擬圖。由圖可以看出：
(1) 不同的頻率復(fù)用因子和傳播損耗因子將影響小區(qū)內(nèi)用戶載干比變化率；
(2) 徑向半徑一定時(shí)，用戶載干比變化率隨歸一化角向位移變化類(lèi)似周期變化，這與考慮同頻干擾源的對(duì)稱(chēng)性相關(guān)；
(3) 角向位移一定時(shí)，用戶載干比變化率隨歸一化小區(qū)徑向增大而減小，這同樣是頻率復(fù)用的結(jié)果；
(4) 用戶載干比變化率隨歸一化小區(qū)徑向變化較歸一化角向位移變化小，這一點(diǎn)對(duì)實(shí)際小區(qū)構(gòu)成有著重要影響。
四、結(jié)束語(yǔ)
本文通過(guò)典型路徑傳播損耗和移動(dòng)通信系統(tǒng)同頻干擾的分析，給出了衡量覆蓋均勻性的性能指標(biāo)以及表明覆蓋均勻性與覆蓋模式的關(guān)系相關(guān)計(jì)算機(jī)模擬。這一工作對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、無(wú)線覆蓋將有一定的指導(dǎo)意義。進(jìn)一步的工作將需要結(jié)合無(wú)線典型確定性和統(tǒng)計(jì)信道模型，考慮不同信道模型/傳播模型下的覆蓋均勻性問(wèn)題以及其對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的影響等。
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