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天地共网WiMAX系统性能分析
2008年3月13日 14:24    C114    评论()    
作 者:电子工程专辑

    式中,PH和PT分别表示H-BS,T-BS的初始发射功率,NF是白噪声电平,AT是T-BS基站天线增益。测试站天线指向H-BS,此时,θ=0,φ符合COS函数关系,PLH与PLT表示线性空间损耗值。

    我们一般用INR来评估系统间的干扰。按照ITU标准所要求,系统干扰电平分贝值应小于总噪声电平分贝值的10%,就是说INRthreshold=-10dB,即INR门限值为-10dB。如果超过了这一门限值,就意味着两基站不能在同一覆盖区使用同一频段。

    B:测试站与T-BS通信,此时H-BS对其造成干扰

    测试站与T-BS通信时,H-BS对其会产生干扰(详见图2)

    此时CNR,CINR,INR用下列三个公式得出:

    覆盖区距离固定时的系统性能分析

    图3给出了H-BS与T-BS覆盖区内CNR值的累积分布函数(CDF)。按照前述条件,H-BS,T-BS均位于各自覆盖区的中心点,覆盖区边缘相距13km。通过图3中两条曲线我们看到:H-BS覆盖区内90%的区域CNR值都要好于T-BS覆盖区。由于采用了一些非视距(NLOS)通信技术,T-BS覆盖区边缘CNR均大于17dB,但基于平流层的H-BS,因为与用户站多为视距(LOS)通信,因此可得到更好的CNR值(均大于24dB)。

    图3:H-BS,T-BS覆盖区CNR累积分布函数图

    CINR值测量结果见图4、图5。从图4中可看到CINRH等值线为均匀圆形,而CINRT等值线为不均匀圆形分布。因为T-BS与测试站间的链路受测试站天线旁瓣干扰影响较大。从图5中我们看到,在左侧覆盖区内,CINRT等值线向中心点收缩,这就是H-BS信号对测试站干扰造成的结果。由于H-BS信号进入了测试站天线主瓣区域内,在不考虑阴影效应影响条件下,这种干扰还是比较大的。而在T-BS覆盖区的右侧,CINRT等值线没有变化,因为此区间内H-BS信号仅影响测试站天线旁瓣,干扰相对就小很多。

    通过对图4、图5的对比,得出结论是:在同样发射功率前提下,位于平流层的H-BS不易受T-BS的干扰,而反之位于地面的T-BS易受H-BS干扰。

    图4:H-BS覆盖区受T-BS干扰时的CINRH等值线分布

    图5:T-BS覆盖区受H-BS干扰时CINRT等值线分布

    覆盖区边缘距离变化时的系统性能分析

    为满足业务需求,网络结构会不断变化,基站调整、新站入网等因素都会影响到H-BS与T-BS覆盖区边缘距离的变化。在这种情况下,如何保证系统性能是天地共网WiMAX系统能否实现宽带接入无缝覆盖的关键。图6对这一情况做出了说明。我们设定最初H-BS与T-BS覆盖区边缘距离为40km,然后将T-BS覆盖区移向H-BS覆盖区,逐渐减少覆盖区边缘距离。当这一数值为负值时,说明两覆盖区出现了重叠。实验配置3个测试站,它们始终处于T-BS覆盖区左侧与右侧边缘及H-BS覆盖区左侧边缘。我们将对各覆盖区边缘的CNR,CINR,INR等值进行测量比较。

    图6:覆盖区边缘性能比较

    当覆盖区边缘(EOC)间距大于0时,CINRH变化很小。但当T-BS覆盖区与H-BS覆盖区出现重叠后,CINRH快速衰落到0dB以下,这是因为处于H-BSEOC的测试站在此时与T-BS的距离远小于到H-BS的距离,而T-BS信号产生的干扰迅速增强。当T-BS覆盖区完全包含在H-BS覆盖区内后,H-BSEOC位置的CINRH值又会快速恢复到原来水平。对于T-BS来说,在EOC间距逐渐减少的过程中,其左侧EOC的CINRT值总是低于右侧EOC的CINRT值,直至EOC间距等于-7km,既T-BS正好处于H-BS的左侧EOC上。这是因为H-BS的信号进入到了位于T-BS左侧EOC的测试站的天线主瓣区,从而引起了较大干扰,造成了CINR值的下降。

    在图8中,我们给出了INR的变化情况,当T-BS覆盖区完全处于H-BS覆盖区之外时,H-BSEOC处的INRH值始终低于INRthresho。当EOC间距减少时,T-BS左侧EOC处的INRT值增大,而右侧EOC处的INRT值则低于INRthreshold。

    图8:H-BS与T-BSEOC减少时INR值的变化情况

    图9:H-BSEOC处CINR值及H-BS引入功率控制后T-BS的最佳INR变化

    H-BS功率控制对天地共网系统性能的改善

    降低H-BS的下行发射功率可以直接地减少H-BS对T-BS的干扰。为此,我们在固定发射功率PH定义之外引入功率调整因子△PH。我们定义T-BS左侧EOC处的INR值为INRT-L,右侧EOC处的INR值为INRT-R。通过比较得出最优与最差的INR值。

    H-BS功率调整的最小值为

    当H-BS发射功率为(PH+△PH),(下文称之为受控PH),INRT-worst等于INRthreshold,这样可保证INTT-best始终低于INRthreshold。下图表明了此时CINR值变化情况。

[1]  [2]  [3]  编 辑:张翀
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