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 移動通信技術重點實驗室，重慶 400065）

1 引言

近年來，運營商們常常使用一些專門的網(wǎng)絡規(guī)劃軟件來完成傳播模型的規(guī)劃，如英國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FOSK公司研發(fā)的ATOLL軟件[1]。盡管這些網(wǎng)絡規(guī)劃軟件能很方便地對模型進行校正，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，筆者提出了一種簡單的基于最小二乘理論的線性迭代校正方法，這對TD-SCDMA的無線網(wǎng)絡規(guī)劃具有指導意義。

2 無線傳播模型

無線傳播模型用來模擬無線傳播信道，可以預測接收信號的功率。不同的模型需要計算不同頻率的路徑損耗，從而可以預測基站的覆蓋面積，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）測試獲得。在數(shù)據(jù)采集過程中，基站架設、實測路線選擇、車載測試等幾個關鍵步驟需要嚴格依照測試原則進行。為保證測試數(shù)據(jù)的有效性，對測量數(shù)據(jù)進行平均時，應根據(jù)李氏定理在本征長度為40倍波長的區(qū)間內(nèi)至少采樣50個樣本點，以確保測試數(shù)據(jù)均值與實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算。之后，將處理后的數(shù)據(jù)進行模型的校正。

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)絡規(guī)劃的實際應用中，采用標準的宏小區(qū)通用傳播模型，其表達式為[7]

式中：K1為參考點損耗常量；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、移動臺天線有效高度（單位：m）；K6為移動臺天線高度修正因子；Kclutter為移動臺所處的地物損耗（單位：dB）。由于在實際網(wǎng)絡規(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]的簡單線性迭代方法對提出的模型進行校正。

在標準模型的眾多參數(shù)中，每個參數(shù)對模型的影響程度不同。針對本文的研究對象而言，K1和K5與傳播距離、天線高度因素無關，Clui大小可參考文獻[9]，M和μi的值取決于當?shù)氐碾娮拥貓D。通常基站和移動臺的天線高度是固定的，則K3和K6采用缺省值，那么設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）計算出來的路徑損耗，Li用來表示通過CW測試所得的對應測試點損耗，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K2，K4，f求偏導[10-11]，并使偏導式均為零，則可求得 K2，K4和f的值。

5 性能仿真

5.1 模型校正結(jié)果

以某市作為研究對象，運用第4章提出的方法校正傳播模型。所采用的參數(shù)設置為：測試路徑長56.43 km，有效測試數(shù)據(jù)7555個；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?，利用路測數(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測值與路測值的比較曲線如圖1所示。

5.2 校正結(jié)果驗證

5.2.1 校正結(jié)果的錯誤分析

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

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

5.2.2 校正結(jié)果的統(tǒng)計分析

模型校正結(jié)果判斷準則主要有3個方面[12]：1）信號覆蓋預測值與路測數(shù)據(jù)統(tǒng)計平均誤差小于1 dB；2）信號覆蓋預測值與路測數(shù)據(jù)的標準偏差小于8 dB；3）互相關系數(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)果驗證

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