城区环境4g分层网络任意位置路径损耗的分析与估算
摘 要 随着移动网络发展的越来越快，现在已经迈入了4G的时代，作为4G的主流技术LTE发挥着巨大的作用。现在LTE网络正以越来越快的速度覆盖全球，因此LTE网络的规划与设计就显得尤为重要。本文主要是分析在城区环境中，有宏蜂窝、飞蜂窝构成的移动4G分层网络中基站与用户之间路径损耗的估算问题，路径损耗的估算在网络规划中也起着一定的作用。先对LTE进行了概述，接着研究了蜂窝网络，重点对宏蜂窝、飞蜂窝进行了描述，了解了宏蜂窝、飞蜂窝是怎么构成移动分层网络的，最后就是路径损耗的分析与估算问题：先介绍一般传播环境方面的知识，因为路径损耗是传播环境重要的特性之一；然后举出了射频传播模型的例子，从而引出路径损耗的模型公式。最后根据以上的分析，在MATLAB软件平台上完成了城区环境中分层网络任意位置路径损耗估算的程序设计，计算出了基站到各个用户点之间的路径损耗。
目录
第1章 绪论 7
第2章 LTE概述 8
2.1 LTE背景分析 8
2.1.1 LTE的驱动力 8
2.1.2 LTE的技术变革 11
2.2 LTE简介 11
2.2.1 LTE的定义 11
2.2.2 LTE的演进过程 11
2.2.3 LTE的系统架构 13
2.2.4 LTE的特点 14
2.2.5 LTE的分类 14
第3章 蜂窝网络 16
3.1 蜂窝小区的形状和结构 16
3.2 蜂窝小区的类型 17
3.2.1 宏蜂窝技术 17
3.2.2 飞蜂窝技术 18
3.2.3 智能蜂窝技术 19
第4章 路径损耗的分析 19
4.1 无线信号传播基础 19
4.1.1 电磁波传播特性 20
4.1.2 信号接收点移动特性 20
4.1.3 电磁波传播信道 20
4.1.4 电磁传播的影响因素 22
4.1.5 电磁传播模型分类 23
4.2 射线传播模型 24
4.2.1 射线传播模型的原
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
理 24
4.2.2 射线传播模型的分类 25
4.3 路径损耗估算 27
第5章 结束语 29
参考文献 30
第1章 绪论
随着经济发展越来越快，移动通信在人们的工作、生活上发挥着越来越大的作用，所以通信质量的好坏直接关系到人们的日常生活。虽然通过改善通信质量、设备条件等方法能有效改善这一问题，但也可通过网络规划来更好地解决问题。良好的网络规划可以提前解决在无线网络投入运行后可能会在通信质量方面出现的问题。所以，在蜂窝移动网络建设中，网络规划是一个不可或缺的环节。良好的网络规划有许多优点，一方面可以用最小的花费来满足用户的要求，另一方面也可以进一步提高网络的质量[1]。
移动通信网络是一个不断变化、发展的网络，需要连续不断地对网络进行调整，这样才可以适应各种各样的变化。所以网络优化就是为了在无线网络投入运行后，对网络进行参数采集、数据分析，进而发现影响网络质量不好的因素，通过技术手段或参数调整等一系列方法使网络可以达到最佳运行状态，使网络资源能够获得最佳的效益。
本文介绍的是城区环境4G分层网络任何位置路径损耗的分析与估算，路径损耗的估算在网络规划估计吞吐量时起了很大作用，只有先算出路径损耗才能估计信噪比SINR，计算吞吐量，进行网络优化。
第2章 LTE概述
自从20世纪80年代人们突破有线连接的束缚、建立起第一代模拟移动通信系统以来，随着业务以及技术的驱动，移动通信技术在近30年的时间里发生了翻天覆地的变化，由第一代只提供简单语音业务的模拟移动通信系统，发展到以承载语音和低速数据为特征的数字蜂窝系统即2G，再演进到目前在全球范围内飞速发展的3G网络，并且还在加速向着LTE、4G等宽带移动通信的方向演进。
2.1 LTE背景分析
2.1.1 LTE的驱动力
目前通信业务移动化、宽带化和IP化的趋势日趋明显，移动通信技术处于向宽带网络技术演进的关键时期，在业务、成本和竞争等几个方面因素的驱动下，LTE技术应运而生。
（1）业务驱动
从全球移动用户的增长趋势来看，虽然用户总数仍有增长，但是增长率却在逐年下降，全球移动通信用户发展正在进入相对稳定的成熟期。另外，从移动业务ARPU发展方面来看，一方面语音的ARPU值在逐年减少，而另一方面数据业务发展势头良好，数据业务的ARPU值呈现明显的增长趋势。在这一业务发展趋势下，运营商要想保证收入的持续增长，就需要提升网络的带宽，引入新型的业务，进一步增加业务的数量，以弥补传统语音业务收入减少造成的不利影响[5]。
因为作为智能终端代表的iPhone的研究出现以及迅速普及，使移动通信新业务方面的发展出现了无限的可能性，当然同一时间也使移动通信网络的业务承载能力有了更高的要求。尽管3G主要是用来满足多媒体数据业务的需求，但因为在容量以及能力方面，3G有一定的限制，所以对于高清电视这样的视频流媒体业务，还是不能够满足下载快、视频流畅、清晰等要求；即使开通HSPA，每个小区也只能支持10～20个普通视频并发用户，1个标清用户就会用掉整个小区的资源，更无法支持高清业务[6]。因为在带宽这方面，3G网络明显不够，通常在用户数量较多、业务繁忙时就会造成明显的加长时延、体验变差等问题。而LTE以及4G方面的技术将会使小区容量进一步增大，也可以进一步提高高清电视等流媒体业务的支撑能力，为运营商拓展新业务奠定了基础。
总体来看，由于LTE的承载业务速率相对于3G网络有质的提升，因此可支持的业务类型也相对3G丰富了很多。从用户的业务体验来看，一般下载时间在l～2分钟以内的，用户可以有很好的业务连续体验；下载时间在1小时之内，用户还可以暂时离开，在线等待业务下载完成之后再使用；而下载时间超过1小时，大部分用户可能就选择放弃使用该业务。可见数据业务应用的丰富和发展呼唤强大的宽带无线接入能力，LTE的出现满足了业务的需求，为移动互联网的蓬勃发展奠定了坚实基础。
（2）成本驱动
随着通信技术的发展，移动终端功能正在不断增强，移动通信网络通过技术升级和扩容建设，带宽增大、覆盖更广、资费更低。移动终端的进化和移动通信网络的发展，促成了传统移动网和传统互联网的融合，带来了移动互联网的大发展[8]。2008年起全球和国内的移动互联网用户数都已经超过了桌面互联网，后续的增长趋势也更快，市场空间广阔。
用户数量的发展势必带来业务流量的更大发展。根据以前的互联网发展历程来看，我们了解了数据业务的业务数量如果发展起来的话，它应该是按照指数方式来迅速增多的。据统计AT&T在引入iPhone终端之后，数据业务流量在两年半的时间内增长了18倍，远远超出了传统语音业务的增长。业务量的爆炸式增长对于运营商来讲是喜忧参半，在移动通信带宽有限、承载速率有限的情况下，对应带来的网络建设成本也迅速增加；但是用户的消费能力有限，而且运营商间也存在着竞争，因此在流量加大后上网花费不能线性增长，一般采取梯度优惠，这也就会致使业务数量加大后，运营商会面对投入和收入之间的鸿沟问题[13]。要解决这个问题就需要使用更进一步的网络技术，运用新技术来减少大容量时的每比特成本的花费。
目录
第1章 绪论 7
第2章 LTE概述 8
2.1 LTE背景分析 8
2.1.1 LTE的驱动力 8
2.1.2 LTE的技术变革 11
2.2 LTE简介 11
2.2.1 LTE的定义 11
2.2.2 LTE的演进过程 11
2.2.3 LTE的系统架构 13
2.2.4 LTE的特点 14
2.2.5 LTE的分类 14
第3章 蜂窝网络 16
3.1 蜂窝小区的形状和结构 16
3.2 蜂窝小区的类型 17
3.2.1 宏蜂窝技术 17
3.2.2 飞蜂窝技术 18
3.2.3 智能蜂窝技术 19
第4章 路径损耗的分析 19
4.1 无线信号传播基础 19
4.1.1 电磁波传播特性 20
4.1.2 信号接收点移动特性 20
4.1.3 电磁波传播信道 20
4.1.4 电磁传播的影响因素 22
4.1.5 电磁传播模型分类 23
4.2 射线传播模型 24
4.2.1 射线传播模型的原
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
理 24
4.2.2 射线传播模型的分类 25
4.3 路径损耗估算 27
第5章 结束语 29
参考文献 30
第1章 绪论
随着经济发展越来越快，移动通信在人们的工作、生活上发挥着越来越大的作用，所以通信质量的好坏直接关系到人们的日常生活。虽然通过改善通信质量、设备条件等方法能有效改善这一问题，但也可通过网络规划来更好地解决问题。良好的网络规划可以提前解决在无线网络投入运行后可能会在通信质量方面出现的问题。所以，在蜂窝移动网络建设中，网络规划是一个不可或缺的环节。良好的网络规划有许多优点，一方面可以用最小的花费来满足用户的要求，另一方面也可以进一步提高网络的质量[1]。
移动通信网络是一个不断变化、发展的网络，需要连续不断地对网络进行调整，这样才可以适应各种各样的变化。所以网络优化就是为了在无线网络投入运行后，对网络进行参数采集、数据分析，进而发现影响网络质量不好的因素，通过技术手段或参数调整等一系列方法使网络可以达到最佳运行状态，使网络资源能够获得最佳的效益。
本文介绍的是城区环境4G分层网络任何位置路径损耗的分析与估算，路径损耗的估算在网络规划估计吞吐量时起了很大作用，只有先算出路径损耗才能估计信噪比SINR，计算吞吐量，进行网络优化。
第2章 LTE概述
自从20世纪80年代人们突破有线连接的束缚、建立起第一代模拟移动通信系统以来，随着业务以及技术的驱动，移动通信技术在近30年的时间里发生了翻天覆地的变化，由第一代只提供简单语音业务的模拟移动通信系统，发展到以承载语音和低速数据为特征的数字蜂窝系统即2G，再演进到目前在全球范围内飞速发展的3G网络，并且还在加速向着LTE、4G等宽带移动通信的方向演进。
2.1 LTE背景分析
2.1.1 LTE的驱动力
目前通信业务移动化、宽带化和IP化的趋势日趋明显，移动通信技术处于向宽带网络技术演进的关键时期，在业务、成本和竞争等几个方面因素的驱动下，LTE技术应运而生。
（1）业务驱动
从全球移动用户的增长趋势来看，虽然用户总数仍有增长，但是增长率却在逐年下降，全球移动通信用户发展正在进入相对稳定的成熟期。另外，从移动业务ARPU发展方面来看，一方面语音的ARPU值在逐年减少，而另一方面数据业务发展势头良好，数据业务的ARPU值呈现明显的增长趋势。在这一业务发展趋势下，运营商要想保证收入的持续增长，就需要提升网络的带宽，引入新型的业务，进一步增加业务的数量，以弥补传统语音业务收入减少造成的不利影响[5]。
因为作为智能终端代表的iPhone的研究出现以及迅速普及，使移动通信新业务方面的发展出现了无限的可能性，当然同一时间也使移动通信网络的业务承载能力有了更高的要求。尽管3G主要是用来满足多媒体数据业务的需求，但因为在容量以及能力方面，3G有一定的限制，所以对于高清电视这样的视频流媒体业务，还是不能够满足下载快、视频流畅、清晰等要求；即使开通HSPA，每个小区也只能支持10～20个普通视频并发用户，1个标清用户就会用掉整个小区的资源，更无法支持高清业务[6]。因为在带宽这方面，3G网络明显不够，通常在用户数量较多、业务繁忙时就会造成明显的加长时延、体验变差等问题。而LTE以及4G方面的技术将会使小区容量进一步增大，也可以进一步提高高清电视等流媒体业务的支撑能力，为运营商拓展新业务奠定了基础。
总体来看，由于LTE的承载业务速率相对于3G网络有质的提升，因此可支持的业务类型也相对3G丰富了很多。从用户的业务体验来看，一般下载时间在l～2分钟以内的，用户可以有很好的业务连续体验；下载时间在1小时之内，用户还可以暂时离开，在线等待业务下载完成之后再使用；而下载时间超过1小时，大部分用户可能就选择放弃使用该业务。可见数据业务应用的丰富和发展呼唤强大的宽带无线接入能力，LTE的出现满足了业务的需求，为移动互联网的蓬勃发展奠定了坚实基础。
（2）成本驱动
随着通信技术的发展，移动终端功能正在不断增强，移动通信网络通过技术升级和扩容建设，带宽增大、覆盖更广、资费更低。移动终端的进化和移动通信网络的发展，促成了传统移动网和传统互联网的融合，带来了移动互联网的大发展[8]。2008年起全球和国内的移动互联网用户数都已经超过了桌面互联网，后续的增长趋势也更快，市场空间广阔。
用户数量的发展势必带来业务流量的更大发展。根据以前的互联网发展历程来看，我们了解了数据业务的业务数量如果发展起来的话，它应该是按照指数方式来迅速增多的。据统计AT&T在引入iPhone终端之后，数据业务流量在两年半的时间内增长了18倍，远远超出了传统语音业务的增长。业务量的爆炸式增长对于运营商来讲是喜忧参半，在移动通信带宽有限、承载速率有限的情况下，对应带来的网络建设成本也迅速增加；但是用户的消费能力有限，而且运营商间也存在着竞争，因此在流量加大后上网花费不能线性增长，一般采取梯度优惠，这也就会致使业务数量加大后，运营商会面对投入和收入之间的鸿沟问题[13]。要解决这个问题就需要使用更进一步的网络技术，运用新技术来减少大容量时的每比特成本的花费。
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