移动通信中的几个效应

通信中的几个效应波导效应、乒乓效应、记忆效应、孤岛效应、多径效应、远近效应阴影效应、拐角效应1、波导效应波导效应（即隧道效应）主要由建筑、峡谷等引起，如两旁建筑整齐的街道、隧道、较长的走廊、岩石峡谷等都会形成波导效应，信号传播如在波导内传播相似，沿波导方向损耗小，信号就强，其他方向损耗大，信号强度就弱。波导效应容易引起越区覆盖和导频污染等，在井型街道会引起切换频繁、掉话等4321%K:JFD本文来自移动通信网www.mscbsc.com,版权所有。波长越短的无线电波，当遇到在物体时，在其表面发生镜面反射的可能也越大。当信号在两侧是规则楼房的街道中传播时，便是以反射方式进行，我们称之为“波导效应”。当手机收到强弱不同和接到达手机时间不同的信号会有什么效果，可能会掉话也有可能出现通话质量差，就像光波一样，有直射的信号也有反射和折射的信号被手机检测到。波导效应在城市环境中存在，由于街道两旁有高大的建筑物，结果使得沿传播方向的街道上信号增强，垂直于传播方向的街道上信号减弱，两者相差达10dB以上，这种现象在离基站距离越远，减弱程度就越小，隧道覆盖会存在波导效应，微波传输也会存在波导效应，波导效应衰落的比较快。2、乒乓效应移动通信系统中，如果在一定区域里两基站信号强度剧烈变化，手机就会在两个基站间来回切换，产生所谓的“乒乓效应”。解决措施：1、调整两个小区的切换门限2、控制其中一个小区的覆盖（调整接入参数、调整天馈、降低功率等），保证该区域有主覆盖小区。3、防止“乒乓切换”的办法是：迟滞在基站下载的参数文件中有两个参数需要我们注意，即“再呼叫型区间切换处理电平”(参考值：23dB)和“再呼叫型区间切换区域的选择电平”(参考值：32dB)。这两个参数表示在通话时，当手机接收到原基站的信号强度降到23dB时，手机发起申请，要求做基站间的切换（Handover），即切换到下一个基站上通话。但下一个基站信号必须在32 dB以上，手机才能真正切换过去，否则只能在原基站上通话。之所以这两个参数间有9dB的差值，目的是防止“乒乓效应”。为说明这个问题，我们假设这两个电平值接近，比如都为23dB。此时，手机虽然可以很容易地切换到下一个基站上去，但是由于移动通信的信号有不稳定的特点，很可能刚切换过来的基站的信号又变弱，手机又开始往回切换，从而造成“乒乓效应”。这两个值相差越大，“乒乓效应”发生的可能性就越小。但太大又可能造成手机在合适的时候无法使用下一基站通话。一般情况下，我们都采用上面给出的参考值；一些特殊环境也可考虑改变这些参数。上面我们讨论的是由手机发起切换申请的情形，另外还有由基站发起申请的情形，即当基站接收手机的信号弱到一定程度（6dB），由基站通知手机做切换，如果此时手机能找到一个信号强的基站(32dB以上)，则切换到该基站上通话。造成“乒乓效应”有两种可能，一是通信信号很不稳定，二是两参数值间隔太小。有这样一个例子，某一高层楼房，外面采用日立大功率基站定向覆盖，楼内采用20mW京瓷基站覆盖。在楼房内的办公室中，当客户通话过程中如果转动身体，则手机便做频繁的切换，甚至无法通话。这是因为，开始时假如用户使用外面的基站进行通话，手机的上行信号能够经过窗口（较强）和透过墙壁（较弱）到达基站。当转动身体时，手机通过窗口的信号减弱，造成外面基站几乎收不到手机的信号，于是基站申请要手机做切换，以使用周围的比如室内基站。当用户再转动身体时，室内基站信号又变弱，室外基站信号变强，手机又往回切，造成“乒乓效应”。这里的情况主要是由于外面基站采用定向天线的天线阵阵元数目太少（基站侧的另两根全向接收天线对手机的上行信号几乎不起任何作用，因为它们在该用户方向上的接收增益非常微弱），造成下行信号在室内和上行信号在基站侧的多径衰落深度加大，信号不稳定。对于室内20mW基站，其信号强度本身就弱，并且它的天线也为简单阵元结构，本身消除多径效应的能力也很弱。所以，用户所处环境多径衰落非常明显，信号在空间上（手机侧）和时间上（基站侧）很不稳定。要解决这个问题，须将两个定向天线同时覆盖该楼房，并将另外两根全向接收天线也换成定向天线，以接收来自大楼方向的手机信号；还可以适当调高周围相关基站的两个切换参数间的差值。或者将日立基站换作京瓷基站（因京瓷基站4根天线均为发射和接收天线，可以更好的减小多径衰落；但此时基站会由于采用了定向天线，其自适应功能而被浪费掉）。在满足话务覆盖的情况下，室内的20mW基站也可以不用安装。3、记忆效应记忆效应多发生在基站分布较密集，移动台快速行使的情况下，如城市的高架道路、城市的轻轨以及磁悬浮列车路线等。产生条件：某一基站A存在两个同频不同BSIC（基站识别码）的邻区关系B和C。移动台从B站附近经过，邻区表中已解出B小区的BSIC（基站识别码），过后，以动态快速行使至A小区覆盖区域，并切换到A小区，此后，移动台在快速行使至C小区主覆盖区域，此时，C小区的电平很强，已达到切换条件，基站下发切换命令，但造成切换失败。产生原因：在通信过程中，移动台为了和其邻小区建立起预同步切换关系就必须要根据服务小区下行SACCH携带系统消息的指示去收听其邻小区的BCCH信道，BCCH信道携带着小区的同步和频率校正信道，移动台验证它接收的信道确实是BCCH的一种办法就是确认这个频率是否携带着FCCH。预同步要求移动台不仅要对其邻小区的FCCH解码而且要对带有TDMA帧号和BSIC号的SCH来解码。就移动台而言它只有通过TCH26复帧的空闲帧才有足够的时间来解译其邻小区BCCH信的信息。在数据交换过程中，移动台可以在接收结束和发送开始这个时间间隔（约1ms）来测量本小区的接收电平和质量，但没有足够时间来测量邻小区的电平；但在移动台发送结束和接收开始这个时间间隔（约2ms）内，它不仅可以用来测量本小区的接收电平和信号质量，还可以测量邻小区的电平，但还是没有时间来寻找邻小区的FCCH并解码SCH；在TCH26复帧结构中总有一个空闲帧，移动台可以利用这个空闲帧所带来的长间隔（约6ms），来进行FCCH和SCH的解码。但这个空闲帧并不一定正好对应上邻小区的FCCH信道。这里就是26和51两个数的算术特性介入的地方，因为这两个数没有公因子，两个周期随时间推移而循环，可使空闲帧肯定能在11个循环周期内与FCCH对准。在通话过程中，手机没有足够的时间取得同邻小区的同步，根据GSM规范，当某一频点消失后，手机内存中会保存该频点以及BSIC大概10秒钟，当再次出现该频点时，在没有解出BSIC之前，将以前存在内存中的该频点的BSIC码，作为当前的BSIC码。解决措施：主要是修改BCCH的频点。在高速路段尽量拉开同BCCH小区的间距，使移动台不断刷新储存的BCCH和BSIC的对应关系，减少“记忆效应”的发生。4、孤岛效应造成越区覆盖原因：天线挂高较高，覆盖较远；该区域覆盖较差，没有主覆盖；地形复杂引起覆盖的不规则；相邻关系定义不全造成的孤岛效应等。危害：对其它基站造成干扰，丢失邻区关系形成孤岛效应而导致掉话等。如何判断越区覆盖？在测试中判断越区覆盖，主要从以下几个途径：1、看服务小区：在测试地点，MS占用附近基站以外的基站的信号。即MS和服务基站之间另有基站相隔。可以判断服务小区存在越区覆盖。2、看邻小区：如果发现邻小区中存在附近基站/小区之外的小区，且电平和附近小区的电平相当或更高。可以判断该邻小区存在越区覆盖。1、增大天线倾角（推荐）2、降功率。要慎重，有可能造成该小区主力覆盖方向的室内覆盖不好！3、对于全向站而言，天线倾角无法更改，添加切换关系，适当降一点功率；更改频点等。5、多径效应由电波传播信道中的多径传输现象所引起的干涉延时效应。在实际的无线电波传播信道中(包括所有波段)，常有许多时延不同的传输路径，称为多径现象。通常信号从端到端的传播路径可以是直射、反射或是绕射等，不同路径的相同信号在接受端叠加就会增大或减小信号的能量，即所谓的多径干扰。多径效应移动体(如汽车)往来于建筑群与障碍物之间，其接收信号的强度，将由各直射波和反射波叠加合成。多径效应会引起信号衰落。各条路径的电长度会随时间而变化，故到达接收点的各分量场之间的相位关系也是随时间而变化的。这些分量场的随机干涉，形成总的接收场的衰落。各分量之间的相位关系对不同的频率是不同的。因此，它们的干涉效果也因频率而异，这种特性称为频率选择性。在宽带信号传输中，频率选择性可能表现明显，形成交调。与此相应，由于不同路径有不同时延，同一时刻发出的信号因分别沿着不同路径而在接收点前后散开，而窄脉冲信号则前后重叠。多径效应不仅是衰落的经常性成因，而且是限制传输带宽或传输速率的根本因素之一。在短波通信中，为保证电路在多径传输中的最大时延与最小时延差不大于某个规定值，工作频率要求不低于电路最高可用频率的某个百分数。这个百分数称为多径缩减因子，是确定电路最低可用频率的重要依据之一。对流层传播信道中的抗多径措施，通常有抑制地面反射、采用窄天线波束和分集接收等。6、远近效应由于手机用户在一个小区内是随机分布的，而且是经常变化的，同一手机用户可能有时处在小区的边缘，有时靠近基站。如果手机的发射功率按照最大通信距离设计，则当手机靠近基站时，功率必定有过剩，而且形成有害的电磁辐射。解决这个问题的方法是根据通信距离的不同，实时地调整手机的发射功率，即功率控制。功率控制的原则是，当信道的传播条件突然变好时，功率控制单元应在几微妙内快速响应，以防止信号突然增强而对其他用户产生附加干扰；相反当传播条件突然变坏时，功率调整的速度可以相对慢一些。也就是说，宁愿单个用户的信号质量短时间恶化，也要防止对其他众多用户都产生较大的背景干扰。所谓远近效应，就是指当基站同时接收两个距离不同的移动台发来的信号时，由于两个移动台功率相同，则距离基站近的移动台将对另一移动台信号产生严重的干扰。7、呼吸效应在CDMA系统中，由于它是一个动态网络，所以小区的变化随着用户以及业务情况的变化发生着相应的变化，这就引入了小区的呼吸效应现象。同时，网络中的用户所在的位置不同以及用户的移动性特点，也必然就产生了在网络中存在有由于用户位置的远近而造成的远近效应现象。 CDMA网络与GSM网络完全不同，由于不再把信道和用户分开考虑，也就没有了传统的覆盖和容量之间的区别。一个小区的业务量越大，小区面积就越小。因为在CDMA 网络中业务量增多就意味着干扰的增大。这种小区面积动态变化的效应称为小区呼吸。可以通过下面这个形象的例子加以说明，在一个房间中有许多客人，同时讲话的人愈多就愈难清对话方的声音。如果开始是您还能同位于房间另一头的熟人进行交谈，那么当房间内的嘈杂声达到一定程度后您就根本无法听明白对方的话。这说明谈话区的小区半径缩小了。通过这一点，我们能看出来在对网络规划时，面对的是一个动态变化的网络，这也是我们通常讲CDMA网络是个动态网络概念的一部分原因。在规划CDMA网络时首先必须考虑网络的扩容性，我们不可能象规划GSM网络那样简单地给相关的小区增配频率。网络规划初期就必须考虑一个确定的信号余量在计算小区面积时，作为因业务量增多而产生干扰的补偿。这表明从一开始就需要用较小的小区或者更多的基站建网这也意味着投资成本的提高。如果业务量信号余量定得太小那就只能通过建造更多的基站来解决。我们必须注意到产生上述问题时，如果单一地提高发射功率，并不能消除因业务量增多而引起的接收信号的恶化。发射功率的提高只能改善某一小区的接收信号。其付出的代价是增加了对所有相邻小区的干扰，从而影响了整个网络的通信质量。而且提高发射功率不能无限期地扩大CDMA小区的有效范围或容量。对CDMA网络来说发射功率提高一倍时，小区的容量只增加百分之十左右。发射功率的提高虽然增大了小区的有效范围，但是为满足远程手机用户的需要必须超比例地增加发射功率，这必然影响到其他手机用户的通话质量。我们回到上面房间谈话的例子，您可以通过提高嗓音同位于房间另一头的熟人继续交谈下去，而其他客人为了听清对方的声音也必须同时大声说话，这样一来整个房间只能淹没在一片嘈杂声中。发射功率和小区容量之间的对应关系是渐近式的，所以我们必须减少网络的满载率。小区的负载达到饱和的具体参数取决于各种不同的业务，当然也与网络运营商愿意承担的风险有关，一般来说设计网络时满载因子预设为百分之六十，这一点在网络建设初期对网络规划设计中也有体现，与通过规划设计软件进行设计时，通常打入60的负载的概念是一致的。在此小区呼吸效应得到了应用，相邻小区之间可以相互补偿负载容量，我们称之为软负荷。由于成本原因我们不能大规模地增加网络的容量，对将来数据传输量很高的CDMA业务来讲，服务小区从相邻小区借用负载容量的概率随数据传输量的增大而增加。小区覆盖范围随区内业务强度而变化的现象就是所谓的“呼吸效应”，CDMA网由于区内业务强度是随机变化的，因此“呼吸效应”是始终存在的，由于此效应会由于小区的收缩而形成“覆盖漏洞”，即盲区，所以在网络规划时，应注意此问题。在呼吸效应中，可能大家会对呼吸效应对直放站的影响感到疑问。通常这个问题时这样的，由于直放站输出功率是不变的，因此“呼吸效应”不影响输出功率大小，但会影响覆盖范围。在呼吸效应的应用中，我们还需要注意，呼吸效应通常伴随着切换的问题发生，所以我们在关注呼吸效应的同时也同时要注意切换区域大小的设置问题，如果切换区域过大，必然造成接入时间长，寻呼响应时间长甚至掉话等问题的发生。如果切换区域过小，可能就出现了“覆盖漏洞”现象。所以在呼吸效应问题上我们要结合切换问题一起研究。在CDMA系统中另一个典型的问题就是“远近效应”现象，因为同一小区的所有用户分享相同的频率所以对整个系统来说每个用户都以最小的功率发射信号显得极其重要。我们还是举上述的例子房间里只要有一个人高声叫嚷，就会妨碍所有其他在座客人的交流。在CDMA网络中可以通过调整功率来解决这一问题。但我们还会遇到这一问题的另一种情况，当某一用户远离基站时必须得到很大一部分发射功率，以至供给其他用户的功率发生紧缺。这意味着小区容量与用户的实际分布情况有关。当用户密度很大时，可以用统计平均值解决这个问题，而当用户数量很小时，则必须通过模拟方法对网络进行动态分析。在远近效应问题上来讲，与呼吸效应一样，由于用户的不固定性，也是时刻存在的，在一定意义上来讲，远近效应问题也影响系统的容量，系统增加一个呼叫，就意味着这个用户对其他的用户造成了干扰，则就需要进行功率控制来克服这个用户带来的干扰，当这个过程增加到了功率无法克服的时候，则无法发起一个新的呼叫，这时候系统的容量就达到了“极限”，当然语音的活动情况也将影响到功率控制的调整，而功率控制又影响到系统的容量，所以我们也可以说CDMA系统的容量是个软容量。值得一提的是TD-SCDMA，一般人认为：TD一样存在呼吸效应，事实上TD对于呼吸效应的克服已经做相当不错，几乎可以认为TD不存在呼吸效应了。对于TDSCDMA而言，通过低带宽FDMA和TDMA来抑制系统的主要干扰，在单时隙中采用CDMA技术提高系统容量，而通过联合检测和智能天线技术（SDMA技术）克服单时隙中多个用户之间的干扰，因而产生呼吸效应的因素显著降低，因而TD系统不再是一个干扰受限系统（自干扰系统），覆盖半径不像CDMA那样因用户数的增加而显著缩小，因而可认为TD系统没有呼吸效应。TD-SCDMA系统各种多址技术使产生呼吸效应的因素显著降低，智能天线和联合检测技术最大限度的克服了小区呼吸效应：n 联合检测技术给系统带来较大增益，使小区内干扰因子下降，减少多址干扰；n 智能天线波束赋形进一步减少小区内和小区间干扰，减少多径干扰；8、阴影效应：移动台在运动的情况下，由于大型建筑物和其他物体对电波的传输路径的阻挡而在传播接收区域上形成半盲区，从而形成电磁场阴影，这种随移动台位置的不断变化而引起的接收点场强中值的起伏变化叫做阴影效应。 当移动台沿着一个拐角移动时，移动台的接收信号电平发生变化。在拐角后面如果有一个新的基站，移动台接收到的信号强度就会上升得非常快。如果移动台不能足够快地获得新基站，那么增加的干扰就会导致掉话。另一方面，如果新基站不能调节移动台的功率，高的移动台发射功率会闭塞新小区内的所有用户。9、拐角效应（街角效应） 当移动台沿着一个拐角移动时，移动台的接收信号电平发生变化。在拐角后面如果有一个新的基站，移动台接收到的信号强度就会上升得非常快。如果移动台不能足够快地获得新基站，那么增加的干扰就会导致掉话。另一方面，如果新基站不能调节移动台的功率，高的移动台发射功率会闭塞新小区内的所有用户。拐角效应主要表现在原小区信号快速下降，目标小区信号很快上升，导致手机收不到活动集更新而导致掉话的情况。 解决拐角效应的方法比较多，此处对不同的方法和相应的优劣说明： 针对小区配置1a事件参数，使得切换更容易触发。比如，降低触发时间为200ms，减小磁滞；一般情况需要针对小区进行配置，这个参数的更改会导致该小区和其他小区（没有拐角效应的小区）的切换也更容易发生，可能会造成过多的乒乓切换。 配制拐角效应产生的两个小区之间的CIO，使目标小区更容易加入。由于CIO只影响两个小区之间的切换行为，影响面相对较小，但CIO会对切换去产生影响，这种配置可能导致切换比例的增加。 调整天线，使得目标小区的天线覆盖能够越过拐角，在拐角之前就能发生切换，或者使当前小区的天线覆盖越过拐角，从而避免拐角带来的信号快速变化过程，来降低掉话；在实际的实施过程中，由于天线工程参数的调整以及是否能越过拐角的判断过多的依赖于经验，使得这个方法的实施存在一定困难。 综合以上的措施，建议优先采用1，如果1不能解决，采用方法2，最后在2无法解决问题的情况下，采用方法3。（方法3是最好的解决办法，在天线调整实施非常方便的地方可以优先考虑。）河北网讯网络教育学院教学部移动通信室内分布系统（内部文档）