基于TD-SCDMA系統(tǒng)的傳播模型校正的研究*

胡艷麗，李方偉，吳德操

（重慶郵電大學(xué) 移動(dòng)通信技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400065）

1 引言

近年來，運(yùn)營(yíng)商們常常使用一些專門的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件來完成傳播模型的規(guī)劃，如英國(guó)AIRCOM公司研發(fā)的ASSET軟件和MARCONI公司研發(fā)的PLANET軟件，以及法國(guó)FOSK公司研發(fā)的ATOLL軟件[1]。盡管這些網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件能很方便地對(duì)模型進(jìn)行校正，但其過分依賴于電子地圖，且成本高，特別在一些中小城市，使用軟件校正將增加網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃前期的投資。根據(jù)TD-SCDMA網(wǎng)規(guī)的要求，筆者提出了一種簡(jiǎn)單的基于最小二乘理論的線性迭代校正方法，這對(duì)TD-SCDMA的無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃具有指導(dǎo)意義。

2 無線傳播模型

無線傳播模型用來模擬無線傳播信道，可以預(yù)測(cè)接收信號(hào)的功率。不同的模型需要計(jì)算不同頻率的路徑損耗，從而可以預(yù)測(cè)基站的覆蓋面積，使得成本最低、干擾最小?；诖罅垦芯?，目前4種典型的傳播模型如表1所示[2-5]。

3 數(shù)據(jù)采集與處理

目前模型校正所需的數(shù)據(jù)可以通過連續(xù)波（Con-tinuous Wave，CW）測(cè)試獲得。在數(shù)據(jù)采集過程中，基站架設(shè)、實(shí)測(cè)路線選擇、車載測(cè)試等幾個(gè)關(guān)鍵步驟需要嚴(yán)格依照測(cè)試原則進(jìn)行。為保證測(cè)試數(shù)據(jù)的有效性，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行平均時(shí)，應(yīng)根據(jù)李氏定理在本征長(zhǎng)度為40倍波長(zhǎng)的區(qū)間內(nèi)至少采樣50個(gè)樣本點(diǎn)，以確保測(cè)試數(shù)據(jù)均值與實(shí)際本地均值之差小于1 dB[6]。數(shù)據(jù)的處理包括數(shù)據(jù)過濾、調(diào)整GPS、地理平均和路徑損耗計(jì)算。之后，將處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行模型的校正。

表1 4種傳播模型的適用條件

4 TD-SCDMA傳播模型校正

在TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的實(shí)際應(yīng)用中，采用標(biāo)準(zhǔn)的宏小區(qū)通用傳播模型，其表達(dá)式為[7]

式中：K1為參考點(diǎn)損耗常量；K2為地物坡度修正因子；K3為有效天線高度增益（單位：dB）；K4為奧村哈塔乘性修正因子；K5為繞射修正因子；Ld為繞射損耗（單位：dB）；hb，hm為基站、移動(dòng)臺(tái)天線有效高度（單位：m）；K6為移動(dòng)臺(tái)天線高度修正因子；Kclutter為移動(dòng)臺(tái)所處的地物損耗（單位：dB）。由于在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃區(qū)域中并不包含所有種類的地貌，因此，式（1）可表達(dá)為

式中：Cluj為第i種地物的損耗；M為規(guī)劃區(qū)域內(nèi)所包含的地物的種類數(shù)目；μi為某處地物校正因子。筆者提出了一種基于最小二乘理論[8]的簡(jiǎn)單線性迭代方法對(duì)提出的模型進(jìn)行校正。

在標(biāo)準(zhǔn)模型的眾多參數(shù)中，每個(gè)參數(shù)對(duì)模型的影響程度不同。針對(duì)本文的研究對(duì)象而言，K1和K5與傳播距離、天線高度因素?zé)o關(guān)，Clui大小可參考文獻(xiàn)[9]，M和μi的值取決于當(dāng)?shù)氐碾娮拥貓D。通常基站和移動(dòng)臺(tái)的天線高度是固定的，則K3和K6采用缺省值，那么設(shè)K1+K3lg hb+K5Ld+K6hm=f，則式（2）可寫為

由于 lg dn=[lg d1,lg d2，…，lg dn]T，Lb城（n）=[L1，L2，…，Ln]T，L＾i用來表示通過式（3）計(jì)算出來的路徑損耗，Li用來表示通過CW測(cè)試所得的對(duì)應(yīng)測(cè)試點(diǎn)損耗，將其代入式（2）有

根據(jù)最小二乘理論使得 E（K2，K4，f）值最小，分別對(duì)K2，K4，f求偏導(dǎo)[10-11]，并使偏導(dǎo)式均為零，則可求得 K2，K4和f的值。

5 性能仿真

5.1 模型校正結(jié)果

以某市作為研究對(duì)象，運(yùn)用第4章提出的方法校正傳播模型。所采用的參數(shù)設(shè)置為：測(cè)試路徑長(zhǎng)56.43 km，有效測(cè)試數(shù)據(jù)7555個(gè)；發(fā)送天線高度30 m，增益4.5 dBi，發(fā)射功率10 W；接收端天線高度1.5 m，天線增益0 dBi；規(guī)劃區(qū)域所覆蓋的地物有6類，即M=6?；谖闹刑岢龅姆椒ǎ寐窚y(cè)數(shù)據(jù)求解出校正系數(shù)，模型系數(shù)如表2所示。

表2 模型參數(shù)

校正前和校正后的模型預(yù)測(cè)值與路測(cè)值的比較曲線如圖1所示。

5.2 校正結(jié)果驗(yàn)證

5.2.1 校正結(jié)果的錯(cuò)誤分析

通過CW測(cè)試所獲得的數(shù)據(jù)與模型校正前后預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)相比較，其錯(cuò)誤分布如圖2和圖3所示。

從圖2、圖3可以發(fā)現(xiàn)，校正前模型的錯(cuò)誤率高達(dá)27%，校正后最高的錯(cuò)誤率僅為6.5%，表明校正后的模型與本地實(shí)際環(huán)境更加匹配。

5.2.2 校正結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析

模型校正結(jié)果判斷準(zhǔn)則主要有3個(gè)方面[12]：1）信號(hào)覆蓋預(yù)測(cè)值與路測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)平均誤差小于1 dB；2）信號(hào)覆蓋預(yù)測(cè)值與路測(cè)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差小于8 dB；3）互相關(guān)系數(shù)范圍在0.6～1。

模型校正結(jié)果如表3所示。

表3 校正結(jié)果驗(yàn)證

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