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關鍵詞：移動通信; 電波傳播; 覆蓋; 均勻性
一、引言
無線傳播一直是移動通信系統(tǒng)研究領域的重要方向之一。一方面是由于無線傳播本身是移動通信系統(tǒng)的傳輸媒質(zhì)，另一方面更是隨移動通信系統(tǒng)的發(fā)展的需要。實際的無線傳播研究表明，研究無線傳播下的相關問題是移動通信技術發(fā)展的驅(qū)動之源泉。當前移動通信技術研究的關鍵技術中，例如系統(tǒng)的容量、網(wǎng)絡優(yōu)化、無線傳輸、無線覆蓋等，都與無線傳播研究有著至關密切的關系［1~2］。其中，無線覆蓋的均勻性問題是一個值得注意的方向之一［3］。覆蓋的均勻性的研究一方面是對無線傳播特性的進一步認識，特別是在蜂窩移動通信系統(tǒng)這一具體背景下的特性研究，另一方面也是充分利用無線傳播特性有效提高蜂窩移動通信系統(tǒng)性能的重要手段之一［4］。本文從通過典型路徑傳播損耗和移動通信系統(tǒng)同頻干擾的分析，給出了衡量覆蓋均勻性的性能指標，并討論了不同覆蓋模式下的均勻性問題。相關計算機模擬表明了覆蓋均勻性與覆蓋模式的關系。
二、路徑損耗和同頻干擾模型
1. 路徑損耗模型
路徑損耗是指無線電信號傳播而產(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平均功率可以表示為［3］
式中,C是一個常數(shù)，r是基站與移動臺之間的距離，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是信號發(fā)射功率，參數(shù)g是路徑損耗間斷點，一般可以表示為g=(4hbhm)/λc，其中hb是基站天線的高度，hm是移動臺天線的高度，λc是載波頻率的波長。
2. 同頻干擾模型
對于干擾受限的蜂窩移動通信系統(tǒng)，同頻干擾是其主要干擾來源之一。同頻干擾是指在一定的距離之間使用相同頻率進行復用工作,它是決定系統(tǒng)容量和通信質(zhì)量的重要性能指標之一。為了研究蜂窩移動通信系統(tǒng)基站天線服務區(qū)域的信號覆蓋性能,考察一個復用因子為N的小區(qū)結構同頻干擾。為了分析方便以及考慮到實際傳播，一般只需要考慮第一層同頻干擾問題，則其同頻干擾模型可用圖1簡單地表示。
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)中心站標記為BS0，相鄰同頻干擾小區(qū)基站依次標記為BS1,…,BSi,…,BSN-1。以BS0為參照，并假定為極坐標原點，通過簡單幾何分析，可以得到相鄰同頻干擾基站在極坐標系下的幅角θi，及基站BS0內(nèi)位置為(r,θ)用戶與各相鄰同頻基站間距離ri如下［5］:
考察路徑損耗對參考基站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,相鄰同頻基站的發(fā)射功率為Pi，則參考基站覆蓋范圍內(nèi)位置為(r,θ)用戶的有用信號平均功率μd和相鄰同頻基站產(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. 對覆蓋均勻性的影響
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一個給定區(qū)域下行鏈路覆蓋分布的影響，定義兩個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方向的變化率:
三、計算機模擬及討論
考察路徑損耗對下行鏈路CIR的影響。參數(shù)如下：基站天線高度hb=50 m，移動用戶天線高度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，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時達到最大和最小值，這一點可以用所謂的最好情形和最壞情形進行解釋;
(2) 角向位移一定時，載干比改變徑向半徑增大而降低，這正是頻率復用的結果;
(3) 不同的頻率復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，用戶載干比變化率隨歸一化角向位移變化類似周期變化，這與考慮同頻干擾源的對稱性相關；
(3) 角向位移一定時，用戶載干比變化率隨歸一化小區(qū)徑向增大而減小，這同樣是頻率復用的結果；
(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，這一點對實際小區(qū)構成有著重要影響。
四、結束語
本文通過典型路徑傳播損耗和移動通信系統(tǒng)同頻干擾的分析，給出了衡量覆蓋均勻性的性能指標以及表明覆蓋均勻性與覆蓋模式的關系相關計算機模擬。這一工作對移動通信系統(tǒng)網(wǎng)絡優(yōu)化、無線覆蓋將有一定的指導意義。進一步的工作將需要結合無線典型確定性和統(tǒng)計信道模型，考慮不同信道模型/傳播模型下的覆蓋均勻性問題以及其對移動通信系統(tǒng)的影響等。
參考文獻
［1］J C Liberti,T S Rappaport, Analytical results for capacity improvement in CDMA［J］. IEEE Trans VT,1994,43(3):680~690.
［2］M S Alouini, et al. Area spectral efficiency of cellular mobile radio systems［Ｊ］. IEEE Trans VT, 1999,48(4):1047~1066.
［4］鞠建波，陳建勇，江帆.一種高速移動衰落信道的特性與分析［J］.電訊技術，2002,42（5）：124～127.
［3］Ho-shin Chao, et al.High reuse efficiency of radio resources in urban microcellular systems［Ｊ］. IEEE Trans VT,2002,49(5):677~690.
［5］Zhang Zufan，Du Huiping, Zhu Weile, et al. Comparisons of Handover Initiation in a New Multi-cell Cellular Networks with Multi-beam Antennas［Ａ］. Proceedings of ICCT2003［Ｃ］. Beijing，2003.
［6］T S Rappaport. Wireless communications principles and practice［Ｍ］.北京：電子工業(yè)出版社，1999.
