移动网络设计实践
摘 要 4G是集3G与WLAN于一体，并能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等。4G能够以100Mbps以上的速度下载，比目前的家用宽带ADSL（4兆）快25倍，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很明显，4G有着不可比拟的优越性。课程设计报告 1摘要 2移动4G网络设计 41. 设计工具 42. 设计任务 43. 设计要求 44. 设计方法 55. 设计模型计算公式 56. 设计总体构架 77. 信道容量模块设计方法 98. 总结 9设计工具：MATLAB二．设计任务1.用MATLAB仿真在城区搭建一个4G混合网络2.建设一个宏基站和若干个飞蜂窝基站3.宏基站联接若干个宏蜂窝用户4.飞蜂窝基站联接若干个飞蜂窝用户三．设计要求1.用户的位置可以位于户外或户内2.仿真效果能测量任意地点的路径损耗3.仿真效果能计算任意点的SINR4.仿真计算任意地点用户的吞吐量具体要求如下：要求设计在LTE-A宏蜂窝范围内对每个可能地点计算吞吐量的MATLAB仿真程序，该程序允许用户在网络拓扑结构中添加建筑物和在自定义点部署飞蜂窝基站（BSs）。路径损耗估计时考虑建筑物的墙壁损耗，计算基站和用户设备（UE）之间干扰；用户可以选择与宏基站或飞蜂窝基站建立连接，对于每一个可能的用户位置，估算路径损耗和SINR等其他有用的信息，仿真计算系统吞吐量。设计方法所设计的移动网络在逻辑上分为两层，即底层和高层，其中底层反映的是用于仿真的数学模型，用户给定网络参数，进行所有必要的计算，包括飞蜂窝或宏蜂窝用户的路径损耗和墙壁的穿透损耗，SINR估计、考虑用户的输入和系统定义的参数、信道增益和最大理论吞吐量，显示实时获得的信息等；高层是通过图形用户界面放映用于用户输入和输出，在这一层，不作具体的计算，但与计算过程直接相关，事实上，它只用于定义拓扑结构的参数，即飞蜂窝基站、用户和建筑物的位置，并输出结果。设计模型计算公式 1.路径损耗模型：位于相同公寓带内的城区户外宏用户设备与宏基站之间的路径损耗公式为 对于城区户内宏用户设备与宏基站之间的路径损耗： 其中R是发射机（TX）和接收机（RX）之间的距离，单位是米，Low是外墙的穿透损耗。对于户内飞蜂窝用户设备与户外飞蜂窝
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基站之间的路径损耗公式： 其中n是穿透墙壁数，q是飞蜂窝BS和UE之间的单幢公寓的数量，Liw是单幢公寓墙壁的穿透损耗，项0.7d2D,indoor是考虑由于公寓内墙壁的穿透损耗。对于户外飞蜂窝用户设备与户内飞蜂窝基站之间的路径损耗计算公式： SINR的估计公式：当宏用户受到邻近的飞蜂窝基站的干扰，宏用户m在子载波k上接收SINR的估计值表示如下： 其中PM,k和PM’,k分别是宏基站M 邻近宏基站M’在子载波k上的发射功率，Gm,M,k是宏用户m和宏基站M之间在子载波k上的信道增益，Gm,M’,k是来自邻近宏基站M’的信道增益，同样，PF,K是相邻的飞蜂窝基站F在子载波k上的发射功率；Gm,F,k是宏用户m与相邻的飞蜂窝F之间在子载波k上的信道增益，N0是白噪声功率谱密度，△F是子载波间隔。是子载波间隔。 飞蜂窝用户f在在载波k上受到所有宏基站和相邻的飞蜂窝基站的干扰时，接收到的SINR由以下公式表： 信道增益G主要受到路径损耗的影响，这些与户内和户外场景式（1），（2），（3），（4）不同，因此可以表示为： 吞吐量的计算公式：估计出SINR后，便可以进行吞吐量计算，宏用户m在子载波K上的实际容量可以由以下方程计算： 其中，α是与目标比特错误率（BER）有关的常数，定义为α= -1.5/ ln(5BER)，设计时BER定义为10-6，宏基站M的吞吐量可表示如下：总吞其中，βm,k代表宏用户的子载波分配，当βm,k = 1意味着子载波k被分配给宏蜂窝用户m，否则βm,k = 0，宏蜂窝内的每个时隙、每个字载波被分配给唯一宏用户。设计总体构架该仿真设计主要由：用户输入模块、用户输出/结果、估算路径损耗、计算SINR、系统定义、信道容量构成，程序模块分为：用户输入模块、路径损耗估计模块、SINR估计模块、容量计算模块、用户输出模块；系统构架如下图： 信道容量计算模块设计方法本模块根据上述模块提供的计算结果，并考虑到载波间隔（系统定义），实现信道容量估计的数学模型。在下一个模块给出最终结果，最终呈现给用户。总结 这次课程设计中，我充分体会到了熟练运用相关软件和理解运用所学知识的重要性。在课设的整个过程中，我们付出了很多，也收获了很多，对于我来说，我觉得时间没有白费，一切都是值得的。
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基站之间的路径损耗公式： 其中n是穿透墙壁数，q是飞蜂窝BS和UE之间的单幢公寓的数量，Liw是单幢公寓墙壁的穿透损耗，项0.7d2D,indoor是考虑由于公寓内墙壁的穿透损耗。对于户外飞蜂窝用户设备与户内飞蜂窝基站之间的路径损耗计算公式： SINR的估计公式：当宏用户受到邻近的飞蜂窝基站的干扰，宏用户m在子载波k上接收SINR的估计值表示如下： 其中PM,k和PM’,k分别是宏基站M 邻近宏基站M’在子载波k上的发射功率，Gm,M,k是宏用户m和宏基站M之间在子载波k上的信道增益，Gm,M’,k是来自邻近宏基站M’的信道增益，同样，PF,K是相邻的飞蜂窝基站F在子载波k上的发射功率；Gm,F,k是宏用户m与相邻的飞蜂窝F之间在子载波k上的信道增益，N0是白噪声功率谱密度，△F是子载波间隔。是子载波间隔。 飞蜂窝用户f在在载波k上受到所有宏基站和相邻的飞蜂窝基站的干扰时，接收到的SINR由以下公式表： 信道增益G主要受到路径损耗的影响，这些与户内和户外场景式（1），（2），（3），（4）不同，因此可以表示为： 吞吐量的计算公式：估计出SINR后，便可以进行吞吐量计算，宏用户m在子载波K上的实际容量可以由以下方程计算： 其中，α是与目标比特错误率（BER）有关的常数，定义为α= -1.5/ ln(5BER)，设计时BER定义为10-6，宏基站M的吞吐量可表示如下：总吞其中，βm,k代表宏用户的子载波分配，当βm,k = 1意味着子载波k被分配给宏蜂窝用户m，否则βm,k = 0，宏蜂窝内的每个时隙、每个字载波被分配给唯一宏用户。设计总体构架该仿真设计主要由：用户输入模块、用户输出/结果、估算路径损耗、计算SINR、系统定义、信道容量构成，程序模块分为：用户输入模块、路径损耗估计模块、SINR估计模块、容量计算模块、用户输出模块；系统构架如下图： 信道容量计算模块设计方法本模块根据上述模块提供的计算结果，并考虑到载波间隔（系统定义），实现信道容量估计的数学模型。在下一个模块给出最终结果，最终呈现给用户。总结 这次课程设计中，我充分体会到了熟练运用相关软件和理解运用所学知识的重要性。在课设的整个过程中，我们付出了很多，也收获了很多，对于我来说，我觉得时间没有白费，一切都是值得的。
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