一種基于MR數(shù)據(jù)修正無(wú)線傳播模型的方法

于仰源 孫宜軍 王磊 羅海港

【摘? 要】無(wú)線傳播模型修正的傳統(tǒng)方法是依賴于CW測(cè)試，CW模測(cè)工作十分復(fù)雜且難以實(shí)施，而且高質(zhì)量CW數(shù)據(jù)也較難獲得，影響了模型修正的準(zhǔn)確度。通過(guò)本方法處理后的MR數(shù)據(jù)可以有效地替代CW數(shù)據(jù)進(jìn)行傳播模型修正。使處理后的海量MR數(shù)據(jù)滿足李氏定理，再準(zhǔn)確過(guò)濾部分極端數(shù)據(jù)后，導(dǎo)入軟件得到修正的傳播模型。本方法具有準(zhǔn)確度高、可操作性強(qiáng)、時(shí)效性好等優(yōu)點(diǎn)，另外，精準(zhǔn)、高效的無(wú)線傳播模型修正對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃有重要意義，此方法應(yīng)具有很大的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】MR;LTE;傳播模型修正;CW;5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

[Abstract] The traditional method of wireless propagation model correction is dependent on CW test. Usually， CW modeling and testing work is too complex to be implemented. Furthermore， the high-quality CW data is also difficult to be obtained so that the accuracy of the corrected model is affected. The MR data processed by the proposed method can effectively replace CW data to correct propagation model. The corrected propagation model can be obtained by processing massive MR to meet the Lee theorem， accurately filtering some extreme data and importing into software. The method has the advantages of high accuracy， strong operability and good timeliness. In addition， the accurate and efficient wireless propagation model correction is important for 5G network planning. This method has great application prospects.

[Key words]MR; LTE; propagation model correction; CW; 5G network planning

1? ?引言

無(wú)線傳播模型修正是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃需要優(yōu)先重點(diǎn)研究的問(wèn)題，傳播模型的準(zhǔn)確度將直接影響無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的準(zhǔn)確度，包括鏈路預(yù)算、基站規(guī)模估算、站址分布、仿真結(jié)果等。隨著高頻載波在移動(dòng)通信尤其是5G技術(shù)中應(yīng)用廣泛，這一個(gè)問(wèn)題將更加突出。傳統(tǒng)的校正方法是通過(guò)模型測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)校正，模型校正的準(zhǔn)確度取決于模測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，而高質(zhì)量的模測(cè)數(shù)據(jù)往往較難獲取，因此本文接下來(lái)將提出一種基于MR數(shù)據(jù)修正無(wú)線傳播模型的方法。

2? ? 傳播模型介紹

2.1? 無(wú)線信號(hào)傳播特性

無(wú)線信號(hào)在自由空間傳播，其衰落由三部分組成：自由空間衰落、慢衰落、快衰落。自由空間衰落容易理解，表征的是信號(hào)在空間的擴(kuò)散效果。慢衰落、快衰落則相對(duì)復(fù)雜，慢衰落是由于傳播空間存在的山體、樹(shù)木、建筑物等物體遮擋了信號(hào)的傳播，引起了陰影衰落效應(yīng)。快衰落則是信號(hào)由于多徑效應(yīng)疊加而引起的抖動(dòng)，快衰落在時(shí)域上的變化尺度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于慢衰落。傳播模型研究對(duì)象實(shí)際上就是準(zhǔn)確地描述特定區(qū)域的慢衰落效應(yīng)，而不同地區(qū)、不同城市內(nèi)的地物地貌、地類人文等特征存在較大差異，理論上每個(gè)區(qū)域應(yīng)映射不同的傳播模型（類似人的指紋）。

2.2? 基于統(tǒng)計(jì)的傳播模型

傳播模型大體分為兩類：一類是基于無(wú)線電傳播理論的理論分析方法，例如Volcano模型、WaveSight模型、WinProp模型等;另一類是建立在大量測(cè)試數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)公式基礎(chǔ)上的實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)方法，例如Okumura-Hata模型、COST231-Hata模型、Keenan-Motley模型、SPM（標(biāo)準(zhǔn)傳播模型）等。工程中常用統(tǒng)計(jì)模型，SPM模型是以O(shè)kumura模型、COST231-Hata模型為基礎(chǔ)發(fā)展而來(lái)，是一種應(yīng)用廣泛的通用模型，是本文研究的重點(diǎn)。其計(jì)算公式如下：

3? ?基于MR數(shù)據(jù)修正傳播模型方法

3.1? MR數(shù)據(jù)的預(yù)處理

MR是指基站或終端基于一定周期或事件觸發(fā)上報(bào)生成的報(bào)告文件，包含RSRP、RSRQ、用戶數(shù)、當(dāng)前服務(wù)小區(qū)等幾十種字段信息，可以真實(shí)全面地記錄網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀。MR數(shù)據(jù)信息非常全面、數(shù)據(jù)量非常大，使用MR數(shù)據(jù)取代CW（Continuous Wave，連續(xù)波）測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行模型修正，首先需對(duì)海量的MR數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。

（1）MR數(shù)據(jù)收集

MR原始數(shù)據(jù)一般包含幾十種字段，用于校正的數(shù)據(jù)必須包含RSRP、經(jīng)度、緯度、當(dāng)前服務(wù)小區(qū)等字段。

（2）MR數(shù)據(jù)柵格化解析

通過(guò)MR數(shù)據(jù)的頻段信息確定波長(zhǎng)。假設(shè)用戶終端使用的是電信LTE-4G網(wǎng)絡(luò)，若其載頻為800 MHz，波長(zhǎng)為0.38 m，40倍波長(zhǎng)約為15 m，則柵格的邊長(zhǎng)要小于等于15 m。將MR數(shù)據(jù)以一定單位長(zhǎng)度（40倍波長(zhǎng)）柵格進(jìn)行算數(shù)平均處理，并統(tǒng)計(jì)MR數(shù)據(jù)上報(bào)次數(shù)，如表3所示：

（3）篩選30次以上的柵格數(shù)據(jù)，以滿足李氏定理

根據(jù)李氏定理，在進(jìn)行無(wú)線傳播模型修正的測(cè)試時(shí)，要保證在40個(gè)波長(zhǎng)的間隔內(nèi)，記錄的測(cè)試點(diǎn)不能少于30個(gè)，以有效消除快衰落、保留慢衰落。因此，在劃分柵格的時(shí)候，柵格的邊長(zhǎng)小于等于40倍的波長(zhǎng)，并將MR數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾，僅保留上報(bào)次數(shù)在30以上的柵格，此類柵格的MR數(shù)據(jù)滿足李氏定理，視為有效數(shù)據(jù)。

3.2? 過(guò)濾異常柵格數(shù)據(jù)

有效的MR數(shù)據(jù)分布在發(fā)射機(jī)周圍，不應(yīng)過(guò)遠(yuǎn)或過(guò)近，由于現(xiàn)網(wǎng)使用定向天線，只有在主波束方向上的測(cè)量點(diǎn)才是有效的，異常的數(shù)據(jù)包括：

（1）距離過(guò)遠(yuǎn)：通常將與基站之間的距離為2倍站間距的MR數(shù)據(jù)認(rèn)為是距離過(guò)遠(yuǎn)的異常數(shù)據(jù)，需要過(guò)濾掉，也可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行設(shè)定，例如在本實(shí)施例中可以是過(guò)濾與基站距離大于700 m的MR數(shù)據(jù)。

（2）距離過(guò)近：通常將與基站之間的距離過(guò)近的MR數(shù)據(jù)也認(rèn)為是需要過(guò)濾掉的異常數(shù)據(jù)，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求在1/10-1/30站間距之間進(jìn)行設(shè)定，例如在本實(shí)施例中可以是過(guò)濾與基站距離小于10 m的MR數(shù)據(jù)。

（3）天線背側(cè)：由于現(xiàn)有移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)射機(jī)多使用定向天線，只有在MR數(shù)據(jù)的當(dāng)前施主小區(qū)對(duì)應(yīng)天線的主波束方向上的測(cè)量點(diǎn)才是有效的，所以需將非主波束方向的MR數(shù)據(jù)過(guò)濾掉。

3.3? 修正步驟及示例

傳統(tǒng)方法中，是以CW數(shù)據(jù)對(duì)SPM模型進(jìn)行修正，本實(shí)施例中以處理后的MR數(shù)據(jù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的CW數(shù)據(jù)，同樣以對(duì)SPM模型做修正為例說(shuō)明。本文介紹使用Atoll軟件校正的方法：

（1）選取某北方城區(qū)區(qū)域作為目標(biāo)區(qū)域，修正該區(qū)域的SPM模型參數(shù);

（2）將該區(qū)域內(nèi)基站及發(fā)射機(jī)工參導(dǎo)入，在Atoll軟件中新建CW測(cè)試校正工程;

（3）將該區(qū)域內(nèi)MR數(shù)據(jù)按3.1節(jié)、3.2節(jié)方法處理，并將MR數(shù)據(jù)區(qū)分服務(wù)小區(qū)逐個(gè)導(dǎo)入CW測(cè)試站點(diǎn);

（4）數(shù)據(jù)正確導(dǎo)入后，即可將SPM模型進(jìn)行校正，選擇對(duì)應(yīng)基站及發(fā)射機(jī)進(jìn)行校正，得到校正后的K1～K7的值，如圖1所示：

3.4? 準(zhǔn)確性驗(yàn)證

驗(yàn)證校正模型的準(zhǔn)確性，常用的指標(biāo)是均值和方差，越小說(shuō)明模型準(zhǔn)確性越高。表4是使用本方法進(jìn)行傳播模型修正前后的對(duì)比效果，利用MR數(shù)據(jù)修正無(wú)線傳播模型，得到的均值偏差為0.01 dB，方差為7.77 dB，說(shuō)明本方法準(zhǔn)確模擬了本區(qū)域的無(wú)線傳播特性。

從以上對(duì)比數(shù)據(jù)可以看出，由于是采用全面、客觀的MR數(shù)據(jù)，且對(duì)MR數(shù)據(jù)進(jìn)行了篩選和過(guò)濾等處理，得到的無(wú)線傳播模型具有較高準(zhǔn)確性。使用經(jīng)本修正方法修正后的無(wú)線傳播模型，預(yù)測(cè)出的數(shù)據(jù)和真實(shí)值的均值偏差和方差都更小。

修正后預(yù)測(cè)電平值與實(shí)際MR電平值對(duì)比圖如圖2所示。

本方法提供了基于MR數(shù)據(jù)的修正無(wú)線傳播模型的方案，以MR數(shù)據(jù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的CW數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)線傳播模型的修正，由于MR數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、全面性和客觀性，大大提升了修正無(wú)線傳播模型的工作效率，對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃有重要的意義。

4? ?結(jié)束語(yǔ)

利用MR數(shù)據(jù)代替CW傳統(tǒng)路測(cè)數(shù)據(jù)修正的方法不僅使精準(zhǔn)預(yù)測(cè)小范圍的無(wú)線環(huán)境成為可能，還可以精準(zhǔn)預(yù)測(cè)不同天氣、氣候、人文活動(dòng)等因素的傳播模型差異（選取不同天氣時(shí)間段的MR數(shù)據(jù)即可）。對(duì)于5G時(shí)代來(lái)說(shuō)，大氣也將對(duì)高頻段無(wú)線信號(hào)傳播帶來(lái)較大影響，例如雨雪、霧霾、水蒸氣、氧氣等，對(duì)高頻信號(hào)存在吸收、衰減等影響，但實(shí)際工程中此類衰耗很難定量測(cè)試分析，也是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中面臨的困難之一，所以MR數(shù)據(jù)修正方法也為5G網(wǎng)絡(luò)的傳播模型修正與預(yù)測(cè)提供了有效的手段。

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