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关键词：移动通信; 电波传播; 覆盖; 均匀性
一、引言
无线传播一直是移动通信系统研究领域的重要方向之一。一方面是由于无线传播本身是移动通信系统的传输媒质，另一方面更是随移动通信系统的发展的需要。实际的无线传播研究表明，研究无线传播下的相关问题是移动通信技术发展的驱动之源泉。当前移动通信技术研究的关键技术中，例如系统的容量、网络优化、无线传输、无线覆盖等，都与无线传播研究有着至关密切的关系［1~2］。其中，无线覆盖的均匀性问题是一个值得注意的方向之一［3］。覆盖的均匀性的研究一方面是对无线传播特性的进一步认识，特别是在蜂窝移动通信系统这一具体背景下的特性研究，另一方面也是充分利用无线传播特性有效提高蜂窝移动通信系统性能的重要手段之一［4］。本文从通过典型路径传播损耗和移动通信系统同频干扰的分析，给出了衡量覆盖均匀性的性能指标，并讨论了不同覆盖模式下的均匀性问题。相关计算机模拟表明了覆盖均匀性与覆盖模式的关系。
二、路径损耗和同频干扰模型
1. 路径损耗模型
路径损耗是指无线电信号传播而产生的功率衰落。典型的路径损耗模型均采用双斜率（two-slope）路径损耗模型，这一模型中接收信号平均功率可以表示为［3］
式中,C是一个常数，r是基站与移动台之间的距离，a是基本的路径损耗因子（一般为2），b是附加路径损耗因子（其取值范围在2～6之间），St是信号发射功率，参数g是路径损耗间断点，一般可以表示为g=(4hbhm)/λc，其中hb是基站天线的高度，hm是移动台天线的高度，λc是载波频率的波长。
2. 同频干扰模型
对于干扰受限的蜂窝移动通信系统，同频干扰是其主要干扰来源之一。同频干扰是指在一定的距离之间使用相同频率进行复用工作,它是决定系统容量和通信质量的重要性能指标之一。为了研究蜂窝移动通信系统基站天线服务区域的信号覆盖性能,考察一个复用因子为N的小区结构同频干扰。为了分析方便以及考虑到实际传播，一般只需要考虑第一层同频干扰问题，则其同频干扰模型可用图1简单地表示。
假定小区的覆盖半径为R，小区基站间的距离为D，小区中心站标记为BS0，相邻同频干扰小区基站依次标记为BS1,…,BSi,…,BSN-1。以BS0为参照，并假定为极坐标原点，通过简单几何分析，可以得到相邻同频干扰基站在极坐标系下的幅角θi，及基站BS0内位置为(r,θ)用户与各相邻同频基站间距离ri如下［5］:
考察路径损耗对参考基站BS0覆盖内用户同频干扰的影响。假定参考基站天线发射功率为Pd,相邻同频基站的发射功率为Pi，则参考基站覆盖范围内位置为(r,θ)用户的有用信号平均功率μd和相邻同频基站产生同频干扰μi可以表示为
忽略其他干扰的影响，则用户载波干扰比γb为
3. 对覆盖均匀性的影响
假定各基站覆盖半径和通信概率相等，即满足Pd=Pi，则用户载波干扰比γd表示为
为了考察路径损耗对一个给定区域下行链路覆盖分布的影响，定义两个载波干扰比变化速率VLOR(r,θ)和VLOA(r,θ)，即载波干扰比分别在径向和角向两个方向的变化率:
三、计算机模拟及讨论
考察路径损耗对下行链路CIR的影响。参数如下：基站天线高度hb=50 m，移动用户天线高度hm=3m，同频基站间距离D=1 000 m，小区覆盖半径载波波长λc=1/fc,fc=900 MHz。这里，以图1所示的同频干扰分析并假定角向位移的初始参考位移以BS1作为参考，分别考察了a=2、N=3或7、b=2或4等情形下用户CIR以及其变化率随小区径向和角向变化关系。
图2是参考小区内用户载干比随小区径向和角向变化模拟图。由图可以看出：
(1) 径向半径一定时，小区内用户载干比随用户角向位移改变，且分别在角向位移为π和0/2π时达到最大和最小值，这一点可以用所谓的最好情形和最坏情形进行解释;
(2) 角向位移一定时，载干比改变径向半径增大而降低，这正是频率复用的结果;
(3) 不同的频率复用因子和传播损耗因子将影响小区内用户载干比值。
图3和图4分别是参考小区内用户载干比变化率随归一化角向位移变化模拟图和参考小区内用户载干比变化率随归一化小区径向变化模拟图。由图可以看出：
(1) 不同的频率复用因子和传播损耗因子将影响小区内用户载干比变化率；
(2) 径向半径一定时，用户载干比变化率随归一化角向位移变化类似周期变化，这与考虑同频干扰源的对称性相关；
(3) 角向位移一定时，用户载干比变化率随归一化小区径向增大而减小，这同样是频率复用的结果；
(4) 用户载干比变化率随归一化小区径向变化较归一化角向位移变化小，这一点对实际小区构成有着重要影响。
四、结束语
本文通过典型路径传播损耗和移动通信系统同频干扰的分析，给出了衡量覆盖均匀性的性能指标以及表明覆盖均匀性与覆盖模式的关系相关计算机模拟。这一工作对移动通信系统网络优化、无线覆盖将有一定的指导意义。进一步的工作将需要结合无线典型确定性和统计信道模型，考虑不同信道模型/传播模型下的覆盖均匀性问题以及其对移动通信系统的影响等。
参考文献
［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，陈建勇，江帆.一种高速移动衰落信道的特性与分析［J］.电讯技术，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：电子工业出版社，1999.
