基于路測數(shù)據(jù)的TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)室外傳播模型校正研究

許小婉 李嘉斌 王碩然

（中國移動通信集團廣東有限公司江門分公司 江門 529000）

在移動通信系統(tǒng)中，由于移動臺不斷運動，且實際傳播環(huán)境復雜多樣，電波傳播具有多樣性和復雜性，嚴格的理論分析很難實現(xiàn)。直接運用電磁理論計算的確定性模型，由于計算量很大，只適合微蜂窩或微微蜂窩的模型預測。目前傳播模型一般通過電磁理論推算和實測數(shù)據(jù)相結(jié)合的方式獲得，即針對各個地區(qū)不同的地理環(huán)境進行測試，通過分析與計算等手段對傳播模型的參數(shù)進行校正，以提高預測的準確性。

傳播模型的校正有兩種方法，一種是通用的CW（連續(xù)波）測試方法，一種是利用路測數(shù)據(jù)進行傳播模型校正的方法。針對連續(xù)波測試傳播模型校正方法所存在的低效率和低準確性等問題,提出了一種利用現(xiàn)網(wǎng)路測數(shù)據(jù)進行傳播模型校正的方法.從理論上證明了路測信號可以替代連續(xù)波測試信號用于傳播模型校正。

本文使用業(yè)界普遍認可的SPM模型，根據(jù)站點的密集程度，分為密集城區(qū)傳模和普通城區(qū)傳模。通過使用江門TD-SCDMA三期路測數(shù)據(jù)對SPM模型進行校正，為TD-SCDMA四期規(guī)劃做好準備。

1 室外無線傳播模型分析

常用的室外傳播模型有COST231-Okumura、COST231-hata、COST231-Walfish-Ikegami、COST231-Hata經(jīng)驗型、COST231-Walfish-Ikegami經(jīng)驗型、Macro Vehicular Environment Deployment Model、J.E.Berg迭代模型、UE-UE模型、BS-BS模型、通用模型。

1.1 COST231-Hata傳播模型

1.1.1 模型適用范圍[1]

（1）應(yīng)用頻率在1500～2000MHz之間；

（2）適用于小區(qū)半徑大于1km的宏蜂窩系統(tǒng)；

（3）發(fā)射有效天線高度在30～200m之間；

（4）接收有效天線高度在1～10m之間。

1.1.2 經(jīng)驗公式

COST231-Hata模型路徑損耗計算的經(jīng)驗公式為[2]：

其中：

各參數(shù)定義如下：L（dB）為路徑損耗；fc（MHz）為工作頻率；hte（m）為基站天線的有效高度；hre（m）為移動臺天線的有效高度；d(km）為基站天線合移動臺天線的水平距離；a（hre）為移動臺有效天線修正因子；CM為大城市中心校正因子。

1.2 通用模型（SPM模型）

1.2.1 模型適用范圍為

（1）應(yīng)用頻率在1500～2000MHz之間；

（2）適用于從密集城區(qū)、普通城區(qū)、郊區(qū)、農(nóng)村的各種無線環(huán)境。

1.2.2 經(jīng)驗公式

SPM模型路徑損耗計算的經(jīng)驗公式為：

L(dB)＝ K1＋ K2×lg(d)＋ K3×lg(HTxeff)＋K4×Diffration ＋K5×lg(d)×lg(HTxeff)＋K6×(HRxeff)＋Kclutter×f（clutter）

各參數(shù)定義如下：

d為接收機與發(fā)射機之間的距離(m)；HTxeff為發(fā)射天線的有效高度 (m)；Diffraction loss為經(jīng)過有障礙路徑引起的衍射損耗(dB)；HRxeff為接收天線的有效高度(m)；f(clutter): 因地物所引起的平均加權(quán)損耗；K1為常數(shù) (dB)；K2為lg(d)的系數(shù)；K3為 lg(HTxeff)的系數(shù)；K4為衍射損耗的系數(shù)；K5:為lg(HTxeff)lg(d)的系數(shù)；K6為 HRxeff的系數(shù)；Kclutter為f(clutter)的系數(shù)。

在一般的無線環(huán)境中，K1和K2取值也是非常重要的，對整個結(jié)果的準確性影響比較大，因為我們在利用傳播模型計算的時候，主要關(guān)注的就是離發(fā)射機不同位置的情況下，路損是多少，可以得到的信號場強是多少。

對不同設(shè)計區(qū)域，通過調(diào)整K1, K2, K3, K4,K5, K6來校正模型。

大唐移動網(wǎng)規(guī)軟件NPS通用傳播模型：

PL ＝ K1＋ K2×lgd ＋ K3×lgHeff＋K4×lgHms＋K5×Diff＋K6×lgHeff× lgd＋Clutter factor

百林規(guī)劃軟件通用傳播模型：

PL ＝ K1+K2×lg (d)＋ K3×lg(Heff)＋ KDiff×Diff_loss＋K4×lg(Heff)＋K5×(hm)＋Clutter_Offset

2 傳播模型校正流程

2.1 測試數(shù)據(jù)導入

校正的結(jié)果準確性很大程度上依賴于路測采集數(shù)據(jù)的可靠性，在進行測量前必須很好的計劃，任何錯誤都會降低校正結(jié)果的可信度，并從而影響以后的預測、設(shè)計和規(guī)劃結(jié)果，對網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)造成不可忽視的負面影響。

2.2 測試數(shù)據(jù)處理

為了消除路測的系統(tǒng)誤差，通常建議采用反復路測的方法如使用不同的站址，不同的測量路徑，在不同的時間段進行測量，這樣可以減少路測經(jīng)常發(fā)生的偶然誤差對模型參數(shù)校正的影響；設(shè)置好各種數(shù)據(jù)濾除條件。

2.3 校正及分析

模型校正可分單變量和多變量兩種方式，對每個點存在測量路徑損耗值和預測路徑損耗值，其中的遲滯即為預測誤差值。

對路徑上預測誤差值的統(tǒng)計分析可歸納總結(jié)為：均方差、平均值、標準差；這3個值表征了預測的質(zhì)量，校正的目標是使這些值最小化。擬合后的平均值不大于0.2dB,均方差不大于8dB,傳模方可采用。

2.4 模型校正通常是一個實驗過程

每次有針對的校準某個模型參數(shù)；重新分析修改后的傳播模型，看模型是否有改進或惡化；重復之前兩個步驟指導誤差最小為止；繼續(xù)修改另一個參數(shù)；修改一個參數(shù)會影響另一個參數(shù)的最佳值，因此所有參數(shù)被校準時，這個過程要一直重復直到誤差收斂到最小值。

2.5 模型校正有不同的方法

K1可以由整體平均偏差校準；

K2可以認為是校準模型相對距離的斜率；

K3和K5、K6一般不校正，這是因為它們與基站或手機高度有關(guān)，這些系數(shù)不隨環(huán)境改變，同時在一般校正方式下無法體現(xiàn)統(tǒng)計的的意思。

K4是衍射因子，不適用與本文的校正方法。

3 傳播模型校正例子

3.1 密集城區(qū)SPM模型校正

K1、K2值校正前后比較如表1所示。

表1 K1、K2值校正前后比較

校正后的傳播損失比較如表2所示。

表2 校正后的傳播損失比較

3.2 普通城區(qū)SPM模型校正

K1、K2值校正前后比較如表3所示。

表3 K1、K2值校正前后比較

校正后的傳播損失比較如表4所示。

3.3 模型校正前后效果評估

基站高度為30m時離基站不同距離傳播損耗如表5所示。

表4 校正后的傳播損失比較

表5 基站高度為30m時離基站不同距離傳播損耗

基站高度為50m時離基站不同距離傳播損耗如表6所示。

表6 基站高度為50m時離基站不同距離傳播損耗

從上面數(shù)據(jù)可以看出與基站不同距離算出的路徑損耗與網(wǎng)絡(luò)實際情況比較相符。

5 結(jié)束語

良好的網(wǎng)絡(luò)是各種業(yè)務(wù)開展的基礎(chǔ)，是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的前提?；赥D三期網(wǎng)絡(luò)的路測數(shù)據(jù)對本地無線傳播模型進行校正，從而得到一套符合本地實際的傳播模型，用于對TD四期站點規(guī)劃進行仿真評估，更加準確地設(shè)計出符合無線環(huán)境特征的TD網(wǎng)絡(luò)。

本文提供了一種將路測數(shù)據(jù)用于傳播模型校正的方法，包括：步驟1，獲取原始路測數(shù)據(jù)；步驟2，從原始路測數(shù)據(jù)中選擇滿足預設(shè)條件的數(shù)據(jù)作為有效路測數(shù)據(jù)；步驟3，提取有效路測數(shù)據(jù)以形成用于傳播模型校正的數(shù)據(jù)文件；步驟4，使用有效路測數(shù)據(jù)文件進行模型校正。本文利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的測試數(shù)據(jù)，大大減少CW測試工作，節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，同時保證了校正后的模型可以較為準確地反映當?shù)氐膫鞑ヌ匦裕M而最優(yōu)地部署基站。

[1] 中興通訊《CDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化》編寫組. CDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化.北京：電子工業(yè)出版社，2005

[2] 韋泉，蘇文莉，帥丹. TD-SCDMA無線網(wǎng)絡(luò)的預規(guī)劃，移動通信，2006,(5)