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1、CDMA无线传播模型校正研究吴奕生（中国电信股份有限公司汕头无线网络运营中心， 广东省汕头市 515041）摘 要 传播模型是无线网络规划和优化的基础，每一个模型反映了特定地区的电波传播特性，由于各个地区，各个不同的城市，其地物地貌有着很大的不同，需要建立适合当地特点的模型来指导网络规划和优化工作，无线传播模型校正必须在通用传播模型的基础上根据合理的测试数据和物理数据，关注模型校正中可能出现的误差，合理设置参数，最终形成适合当地无线传播环境的传播模型。关键词 CDMA 传播模型，校正，无线网络规划，校正方法Abstract: Propagation model is the foundatio
2、n of wireless network planning and optimization, each model reflects the propagation properties of radio waves in specific areas, because each region, different cities, the residential physiognomy are quite different, need to establish the model of local characteristics for guiding the wireless netw
3、ork planning and optimization.in general the propagation model must be based on the test data, and according to the reasonable physical data model and focus of possible error correction, reasonable parameters, and form the final propagation model which can match the environment of local wireless com
4、munication.Key words:CDMA propagation model, calibration,wireless network planning,calibration methods0. 概述传播模型表征的是在某种特定环境或传播路径下，电波的传播损耗情况，其主要研究对象是传播路径上障碍物阴影效应带来的慢衰落影响。对于移动通信无线链路，在最大发射功率、保证信噪比的条件下最小的接收功率、各种损耗和增益，以及预留的功率余量确定以后，可以求出电波在空中传播的最大允许损耗，这个最大允许损耗决定了小区的覆盖半径。无线传播模型很大程度上取决于相应的传播环境。由于无线信道的复杂性、多变性
5、，实际无线环境的差异性，使得根据经验模型得出的场强预测与实际环境之间存在误差。在这种情况下，就需要基于实际的无线环境，针对不同的地形、地物、地貌进行详细分类，利用特定的测试设备和专用模型校正软件，来建立适合实际的无线传播模型。1. 传播模型校正的必要性传播模型是移动通信网小区规划的基础，好的无线传播模型能很好的预测传播损耗的中值。传播环境对无线传播模型的建立起关键作用，确定某一特定地区的传播环境的主要因素如下。l 自然地形(高山、丘陵、平原、水域等)；l 人工建筑的数量、高度、分布和材料特性；l 该地区的植被特征；l 天气状况；l 自然和人为的电磁噪声状况。传播模型的准确与否关系到小区规划是否
6、合理，运营商是否以比较经济合理的投资满足了用户的需求。针对不同的地理环境应有不同的传播模型的与之相适应，同时为了提高规划仿真软件仿真的准确性，有必要对规划仿真软件厂家提供的传播模型中所用的因子进行相应的调整即模型修正，以得到一个与当地无线传播环境相吻合的传播模型。2. 典型传播模型介绍传播模型表示的是在某种特定环境或传播路径下电波的传播损耗情况，其主要研究对象是传播路径上障碍物阴影效应带来的慢衰落影响。在传播模型研究方面目前主要有如下两个方向：l 直接应用电磁理论计算的确定性模型：确定性模型适合室内或微小区的模型预测，但由于其应用比较复杂，计算量很大，所以目前较少使用，比较有代表性如射线跟踪、
7、几何绕射理论等方法。l 基于大量测量数据的统计模型，又称为经验模型：统计模型是应用较广泛的模型，常用的统计模型有Okumura-Hata、COST-231Hata、CCIR、LEE、COST231-WI等几种。另外，不同的厂家在做模型校正或仿真时，采用了通用传播模型，通用模型是一种适合于带宽在1502000MHz和超过长距离(1d20公里)传播的模型，适合于GSM 900和1800技术以及CDMA技术。这种模型利用地形、衍射原理并考虑地形分类、天线挂高、天线倾角、天线种类来计算信号的传播损耗。在实际规划过程要根据路测数据进行校准，计算公式如式下：Ploss= K1+K2Log(d) + K3(
8、Hms) +K4Log(Hms)+ K5Log(Heff)+ K6Log (Heff)Log (d) + K7 Diffn + Clutter_Loss式中：Ploss：路径损耗(dB)；d：基站到移动台的距离，单位：公里；Hms：移动台距地面的高度，可以统一指定为一个常数，或者在每一种地物类型上分别定义其高度，单位：米；Heff：基站有效高度，单位：米；Diffn：地物绕射损耗；Clutter_Loss：为可校正的地物损耗修正因子，包括本地的地物损耗以及传播路径上其它地物引起的损耗，根据地物高度，隔离度等计算得出；K1为衰减常数K2为距离衰减系数K3和K4为移动台天线高度修正系数K5和K6为
9、基站天线高度修正系数K7为绕射修正系数3. 传播模型校正原理与方法根据慢衰落变化规律，信号在几十个波长的距离上经历慢的随机变化，其统计规律符合对数正态分布，当我们在40个波长的空间距离上取平均，可以得到包络均值，这个值通常叫做本地均值，其和特定地点上的评价值相对应，模型校正的原理就是利用测试数据获得特定长度上的本地均值，从而利用这些本地均值对传播模型进行校正，得到慢衰落变化的特性，并使得传播模型与测试数据之间的均方差和标准差的值达到最小，同时也由此来判断模型的预测结果和实际环境的拟合情况。移动通信网络规划的工程经验证明：在准平坦地形条件下，标准差不大于8 dB；丘陵地形条件下，标准差不大于11
10、 dB，可认为该模型是可用的。测试数据可以有CW测试数据和DT测试数据两种。l CW 测试（Continue Wave 连续波）是传统的方法，CW测试是通过连续波，采用全向天线发射信号，接收机在服务区内各个方向的道路上进行测试，以得到不同方向、距离的场强值。CW 测试的最大优点是测试频点可以根据周围的电磁环境进行选择，从而保证测试不受外界电磁波干扰，保证了测试结果的客观性。但是，CW 测试也存在测试站点选择困难、需要耗费大量的人力、物力等缺点。l DT测试（Driver Test 路测）是为了克服CW 测试中存在的一些困难，而采取的一种有效的替代方法，其测试原理与CW测试完全相同。不同之处是利
11、用现有的CDMA基站的发射系统，利用DT测试数进行模型校正，是一种有效的测试方法。本文介绍了DT测试数据进行模型校正。4. 传播模型校正传播模型的校正主要包括基础数据收集、数据采集、数据处理模型校正等几个过程，具体如下。4.1. 模型校正前准备工作4.1.1. 数字地图数字地图是进行传播模型校正的必备工具，是以数字形式记录和存储的地图，便于存储、传输和更新。数字地图可分为矢量和栅格地图。移动通信所用的数字地图包括地形高度、地面用途种类等对移动通信电波传播有影响的地理信息，是规划软件进行模型校正、覆盖预测、干扰分析、频率规划的重要基础。数字地图包含DEM(数字高程模型)数据、DOM(地面覆盖模型
12、)数据、LDM(线状地物模型)数据及BDM(建筑物分布模型)等4种数据。地图的数据要尽可能新，要反映最近土地的使用情况。如果用来校模的数字地图太旧，又没有新的数字地图可用时，应该注意站点的选择，尽量选取实际地貌类型和数字地图相匹配的站点，这样才能保证校正的模型是有效的。不同区域也需要采用不同精度的地图，研究表明，地图精度与站间距有关，一般建议在城市采用20 m，郊区采用50 m，而边远地区可采用100 m精度等。4.1.2. 测试站点选择测试站点的位置对模型的准确性有较大的影响，其选取可以参考以下原则：l 测试站点条件必须能代表典型基站条件。这里的条件包括天线挂高、周围地物地貌类型等。l 对每
13、种典型无线传播环境，选取足够的测试站址数目。根据一般经验，在人口密集的大城市，测试站址应不少于5个；中等城市，约3个；对于中小城市一般1个测试站址就够了。l 选定的站址应能覆盖足够多的地物类型，使得每一种地物类型通过模型校正后，都能得到一个相应的offset值(实现的前提是要求电子地图分类足够精确)。l 第一费涅尔区在垂直方向必须无障碍物，天线覆盖扇区应在水平方向无障碍物。根据经验，作为站址的建筑物应该高于周围建筑物的平均高度，具备天线安装条件，周围地形应该能有效代表该地形类别的无线传播环境，周围无明显阻挡，天线高于最近障碍物5 m以上。l 测试站点所在楼面不能太大。如果楼面比较大，天线需要增
14、高，否则楼面(尤其是女儿墙)对测试信号传播影响较大。l 站点的天线挂高应和适用该区域模型大致需要的天线挂高接近。站点应高于周围建筑物，但不能高出太多。l 天线架设于楼顶或现有铁塔上面，天线的有效高度为430 m。如果架设于楼顶，天线应该尽量放置于墙壁边沿，避免楼体本身对发射信号的影响；如果架设于铁塔上，则要求天线高出铁塔最高点1 m以上，避免铁塔本身对发射信号影响。l 利用多个站点的测试数据进行合并校模，消除位置因素的影响。要求各测试站点周围的地形地貌应与需要校正的模型代表的环境地形地貌一致。4.1.3. 测试路线选择测量前应预先规划好路线，测量路线直接关系到测量数据的准确性。设定测量路线必须
15、考虑以下几个方面：l 能够得到不同距离、不同方向的测量数据。l 在某一距离上至少有四五个测量数据，以消除位置影响。l 尽可能经过各种地物，测试数据分布尽量均匀。l 尽量避免在高楼阴影区测量，避免在同样的路线反复测量。l 对横纵向的街道应尽量采集同样数量的标本，测试接收机的天线需放置到车顶，以消除人体或者车体对信号接收的影响。l 在测量区域内每种地物类型上应采集足够多的数据点，以便对每种地物类型的损耗偏移量进行校准。l 对每一个模型的测试，应尽量考虑在同等条件下进行测试。具体是：同种车辆，天气相同，测试时间段相同。l 充分考虑摒弃测试站点中个性的东西，而保留该类模型中共性的东西。4.2. 数据采
16、集为了达到可使测试数据与本地均值之差小于1 d B ，考虑采样符合李氏定律：为了平滑掉快衰落，同时保留慢衰落，要求4 0个波长范围内采样3 6 到5 0 个点。根据此定理路测是需满足车速上限： V m a x = 0.8 入T sample，测试软件采样率一般为1 5 点/ s，则CDMA 8 0 0 M 测试中，波长为0.375 m，路测车速上限约为16 k m /h r，不同的软件采样率可能不同， 需要针对所路测的软件的采样率来取定测试的车速。测量时要求车速保持匀速，这一方面要求了测量设备的性能，也要求车速不能太快，也不能太慢。4.3. 数据处理数据处理将测试中带入的不合理数据进行滤除，完成地理化平均和数据偏移的修正，然后转换成模型调校所需要的文件格式。测试数据必须
