基于CW數(shù)據(jù)的傳播模型校正

楊常清

本文首先對傳播模型進(jìn)行介紹，并且根據(jù)無線信號在空間中傳播的特點(diǎn)，指出了無線傳播模型校正的重點(diǎn)，并且給出了一種基于測試數(shù)據(jù)的傳播模型校正的方法，通過實(shí)際測試數(shù)據(jù)對標(biāo)準(zhǔn)傳播模型進(jìn)行校正，結(jié)合仿真數(shù)據(jù)，驗(yàn)證傳播模型校正的準(zhǔn)確度。

【關(guān)鍵詞】CW波 傳播模型校正 仿真預(yù)測

1 引言

當(dāng)今無線通信系統(tǒng)已經(jīng)演進(jìn)到寬帶移動互聯(lián)網(wǎng)通信時(shí)代，移動通信的用戶數(shù)大規(guī)模增長，并且通信從傳統(tǒng)的人與人之間的通信，延伸到人與機(jī)器，機(jī)器與機(jī)器之間的通信，網(wǎng)絡(luò)承載的數(shù)據(jù)量將會出現(xiàn)爆發(fā)式的增長，這就對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的要求越來越高，甚至前移到在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)前，就需要對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行更為精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)，在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營過程中，對于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案進(jìn)行更為精準(zhǔn)的評估。

影響無線通信系統(tǒng)性能的主要是空間中不同用戶，不同基站信號產(chǎn)生的相互干擾，對不同基站和用戶之間的無線信號的電平強(qiáng)度進(jìn)行建模和計(jì)算是評估干擾的核心。

傳播模型就是對無線信號在空間中傳播特征的數(shù)學(xué)建模。通用的傳播模型適合的場景比較廣泛，但其對于特定場景的匹配度會相對偏低，需要通過校正使其與目標(biāo)場景的空間特征相匹配。

2 傳播模型基本概念和相關(guān)公式

2.1 傳播模型定義

無線信號在空間中傳播，會受到多方面因素的影響，在自由空間傳播的基礎(chǔ)上，考慮反射、繞射、散射等因素的影響，信號強(qiáng)度隨著傳播距離、頻率等因素發(fā)生變化。這種變化描述為數(shù)學(xué)公式被稱為傳播模型。

當(dāng)在測量信號強(qiáng)度的變化時(shí)候，總體會顯示如圖1所示：

無線信號的影響，主要表征為以下三個(gè)組成部分：

（1）快衰落，又稱為瑞利衰落，其是由多徑干擾引起的，不同相位的反射信號在接收端互相疊加，當(dāng)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間存在較多阻擋信號視距傳播的障礙物的城區(qū)場景尤其突出。

（2）慢衰落，又叫陰影衰落，信號強(qiáng)度的變化主要是受到，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的遮擋物的陰影效應(yīng)影響，符合對數(shù)正態(tài)分布，一般標(biāo)準(zhǔn)差在6～12dB之間

（3）路徑損耗，也就是信號均值隨著距離降低的程度，是無線信號在空間傳播的重要組成部分

2.2 傳播模型分類

傳播模型可分為經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃屠碚撃Ｐ汀?/p>

經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪峭ㄟ^對大量的實(shí)際測試數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納總結(jié)，得出的統(tǒng)計(jì)模型。

理論模型是從電磁傳播理論推導(dǎo)出的確定性模型，比如射線追蹤模型。

當(dāng)前比較常用的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪荢PM模型，一個(gè)建立在COST 231-Hata經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ突A(chǔ)上的通用模型：

如公式（1）所示。

· K1：模型常數(shù)（dB）

· K2：距離衰減系數(shù)

· d：發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的距離（米）

· K3：發(fā)射機(jī)高度系數(shù)，反映了發(fā)射機(jī)天線高度對路徑損耗的影響

· ：發(fā)射機(jī)有效天線高度，即，天線距離地面的高度 （米）

· K4：衍射系數(shù)

· K5：發(fā)射機(jī)高度和傳播距離綜合系數(shù)，此系數(shù)反映了發(fā)射機(jī)天線有效高度和傳播對數(shù)距離的綜合影響

· K6：接收機(jī)高度系數(shù)，反應(yīng)了接收機(jī)天線距離地面高度對于傳播損耗的影響

·：接收機(jī)有效天線高度，即，天線距離地面的高度 （米）

· K7：地物衰耗系數(shù)

本文傳播模型校正就是基于SPM模型進(jìn)行的校正。

2.3 傳播模型校正和評價(jià)方法

傳播模型校正的目的，是為了驗(yàn)證和改進(jìn)傳播模型的準(zhǔn)確程度。校正的準(zhǔn)確度可以使用對比測量數(shù)據(jù)和預(yù)測數(shù)據(jù)的方法來進(jìn)行判斷。

校正后的傳播模型是基于實(shí)測數(shù)據(jù)對標(biāo)準(zhǔn)傳播模型中的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修正，得出調(diào)整后的傳播模型。而校正結(jié)果的評價(jià)方法，則是采用反推的方法，選取一個(gè)未在校正時(shí)候使用的站點(diǎn)，然后用校正后的傳播模型針對該站點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的信號電平強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測，然后再用路測設(shè)備在此站點(diǎn)進(jìn)行實(shí)地測量，然后對比實(shí)測數(shù)據(jù)和仿真預(yù)測數(shù)據(jù)在相同位置上信號差值的均值統(tǒng)計(jì)以及方差，從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度如圖2示意：

ei代表測試數(shù)據(jù)和基于傳播模型的仿真預(yù)測電平強(qiáng)度差值，統(tǒng)計(jì)均值為公式（2），

基于校正的傳播模型仿真預(yù)測結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)差值的均值接近0，標(biāo)準(zhǔn)方差越?。ㄒ话阏J(rèn)為當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)方差小于8dB以內(nèi)），則傳播模型的結(jié)果較好，和實(shí)際無線信號的傳播匹配度較高。

3 傳播模型校正方法及流程

3.1 路徑規(guī)劃

對于備選站點(diǎn)，進(jìn)行測試數(shù)據(jù)路徑的規(guī)劃，需要遵循以下原則：

（1）高速，隧道，有較大坡度的路應(yīng)該避免。

（2）路線應(yīng)該盡可能的密集，測試路線長度約100到200千米，以保證有足夠的測試點(diǎn)。

（3）距離測試點(diǎn)200米以內(nèi)的區(qū)域應(yīng)該比避免。

（4）距離測試點(diǎn)太遠(yuǎn)的區(qū)域也應(yīng)該被避免，比如超過5公里以外。

（5）路線盡可能多的涵蓋當(dāng)?shù)氐母鞣N地物類型

3.2 測試數(shù)據(jù)收集

測試數(shù)據(jù)是希望得到場強(qiáng)分布的本地均值。但實(shí)際的無線測試環(huán)境中存在快衰落的影響，測試時(shí)能夠遵循李氏準(zhǔn)則，則可以最大化過濾快衰落對測試數(shù)據(jù)的影響。

根據(jù)李氏準(zhǔn)則，在測試中通常要求：

（1）本征長度不超過40λ。

（2）本征長度內(nèi)要保證不少于36個(gè)采樣點(diǎn)。

根據(jù)以上要求，可以得出最高車速（m/s）和接收機(jī)采樣速度的關(guān)系，即：

Vmax=0.8*λ*f

公式4 最高車速和接收機(jī)采樣頻率

這里的f為測試接收機(jī)的采樣頻率。

3.3 測試數(shù)據(jù)過濾

測試文件需要進(jìn)一步本征長度內(nèi)進(jìn)行平均化處理，過濾掉測試時(shí)未完全消除的快衰落影響。