FuTURE 4G TDD试验系统链路预算与 网分析

FuTURE 4G TDD试验系统采用了3.5GHz频段作为载波频率，使用了宽带多输入多输出(MIMO)、正交频分复用(OFDM)等一系列关键技术，这给FuTURE 4G TDD试验网的链路预算及组网分析等工作带来了挑战。文章探讨了基于3.5 GHz频段的实测电波传播模型以及试验系统的射频参数的链路预算，并进一步结合MIMO系统外场实测数据进行了试验系统组网分析及网络规划工作。FuTURE 4G TDD试验系统及试验网已经顺利完成并通过鉴定验收，全面达到了预期指标，试验系统支持2基站3用户的配置，支持多用户，支持移动性，提供高达100 Mb/s的峰值数据速率，支持高清晰数字电视、高速数据下载、IP电话等业务。

基金项目：国家自然科学基金重大项目(60496312)；国家"863"计划项目(2003AA12331004、2006AA01Z260)

针对下一代移动通信系统的研究与开发工作得到全世界范围的关注，如何在下一代移动通信系统中进一步提高频谱利用率、为用户提供更好的业务体验成为研究者首要关心的目标。

中国于2001年开始了关于下一代移动通信系统的研究工作，依托国家"863"高科技计划形成了未来移动通信计划(FuTURE)[1]，负责中国4G移动通信系统的研究以及试验系统的开发、测试工作。FuTURE计划研究与开发的目标是面向未来10年无线通信领域的发展趋势与需求，研究下一代移动通信技术，建立相关关键技术验证系统，支持面向未来的无线通信新业务，并在4G标准化等方面发挥积极的作用。

FuTURE计划包括两个研究分支，一为频分双工(FDD)4G系统，另一分支为时分双工(TDD)4G系统[2]。其中FuTURE 4G TDD试验系统于2006年6月开发完成，整套试验系统共包括2套基站接入点设备(AP)、3套移动终端设备(MT)，提供支持移动性的多小区组网测试环境。

FuTURE 4G TDD试验系统采用了一系列先进的技术，包括多入多出技术(MIMO)、正交频分多址技术(OFDM)、软分数频率复用技术、广义分布式网络架构[3]等。

针对FuTURE 4G试验系统的组网要求，在FuTURE 4G TDD试验系统联合调试结束，将要开始进行试验网搭建以及系统组网测试时，需要提前进行关于FuTURE 4G TDD试验系统的链路预算以及组网分析工作，以确定试验网如何搭建、如何规划。由于FuTURE 4G TDD试验系统采用3.45 GHz频段作为载波频率，而关于3.5 GHz频段电波的传播特性国内外研究较少，尚缺乏通用的传播模型；另外，由于FuTURE 4G TDD试验系统采用了MIMO技术，而MIMO技术对天线的架设位置、实际无线传播环境等较为敏感。所以针对FuTURE 4G TDD试验系统的链路预算与组网分析工作成为了试验网能否成功搭建的关键。

本文介绍针对采用3.45 GHz载频、采用MIMO技术的FuTURE 4G TDD试验系统的链路预算工作以及基于实际无线环境的外场测试与试验网组网分析等工作。

1.试验系统射频参数

在进行FuTURE 4G TDD试验系统的链路预算工作之前，需要分析该试验系统的射频设备的相关参数，特别是试验系统的发射功率、接收机灵敏度、噪声系数、天线方向图、天线高度、天线增益等。针对MIMO技术的采用，还需要特别考虑多天线的配置情况以及多天线之间的几何分布等。

FuTURE4GTDD试验系统的详细射频参数指标参见表1。

2.试验系统链路预算

根据FuTURE 4G TDD试验系统的射频设备参数，在进行链路预算工作时，需要根据3.5 GHz左右频段的电波传播特性，通过传播模型进行信号覆盖范围的计算，进而得到FuTURE 4G TDD试验系统可以实现的覆盖范围参考值。

2.13.5GHz频段电波传播特性

FuTURE 4G TDD试验系统采用了3.5 GHz频段的载频，中心工作频率为3.45 GHz，频带宽度为20 MHz。目前，针对电波传播特性的研究，比较常用的传播模型包括奥村(Okumura)模型和Hata模型，其中Hata模型又可以分为适用于频率范围为150～1 500 MHz频段的Okumura-Hata模型和频段扩展到2 GHz的Cost231-Hata模型[4-5]等。由于实际无线环境非常复杂，不可能进行精确的理论建模，在实际应用中，需要针对不同的环境选择合适的传播模型，没有一个模型可以适用于所有的传播环境。

FuTURE 4G TDD试验系统采用的载波频段为3.45 GHz，所以奥村模型和Hata模型均不再适用。目前关于3.5 GHz左右频段的电波传播特性的研究在国内外正在逐渐得到重视，由于2 GHz左右频段的应用目前十分拥挤，未来移动通信系统将有可能采用更高的工作频段，所以关于3.5 GHz、5 GHz频段的电波传播特性的研究已经得到开展。

北京邮电大学无线新技术研究所在3.5 GHz频段的电波传播特性方面做了比较深入的研究，在以北京邮电大学为中心的市区环境进行了大量电波传播特性的测试测量工作，在对大量的测试数据进行了统计分析后，得到了3.5 GHz频段的电波传播特性的传播模型[6-7]。

图1表示了以北京邮电大学为中心的3.5 GHz频段电波传播特性的实测区域，图1中心圆点位置为天线架设地点，位于北京邮电大学的主楼楼顶，测试天线配置为1发2收，测试区域的半径达到2 km以上，最大移动速度100 km/h。

来源：ddvip