传播模型测试和校正Word格式文档下载.docx
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4.1传播模型校正的操作流程29
4.2传播模型校正的具体步骤30
4.2.1传播模型校正的输入30
4.2.2测试数据的预处理31
4.3传播模型校正的操作界面33
4.4传播模型校正标准41
对于无线网络规划来说，一个关键的步骤就是无线传播模型的校正以期得到较准确的场强预测。
传播模型的准确性是决定无线网络规划是否可信的一个重要因素，这直接关系到运营商的投资是否比较经济合理。
本文介绍了各类无线传播模型；
无线传播模型校正与测试的基本理论和方法。
全文共分七大章，第一章是介绍了无线传播的特性;
第二章是无线传播模型，主要描述宏蜂窝传播模型和射线追踪模型；
第三章是传播模型测试，阐述模型测试的一般原理，原则和基本方法;
第四章是传播模型校正，包括校正的理论，过程和结果；
第五章为附录。
1无线电波传播特性
1.1无线电波传播方式
无线电波在空间中的传播有四种情况：
直射，反射，绕射和衍射，如下图所示：
figure1无线电波的传播方式
这几种传播情况是在不同的传播环境下产生的。
直射：
自由空间传播；
反射：
在电波传播的路径上有一个体积远大于电波波长的物体，电波不能饶射过该物体；
绕射：
在发射机与接收机之间有边缘光滑且不规则的阻挡物体，该物体的尺寸与电波波长接近，电波可以从该物体的边缘绕射过去；
衍射：
当电磁波的传播路由上存在小于波长的物体、并且单位体积内这种障碍物体的数目非常巨大时，发生衍射。
衍射发生在粗糙表面、小物体或其它不规则物体，如：
树叶、街道标志和灯柱等；
在自由空间中由于没有阻挡，电波传播只有直射，不存在其它现象。
而在实际传播环境中由于存在各种各样的物体从而影响到电波的传播，使得电波的传播既有直射、绕射和衍射，又有反射。
这就造成电波传播的多样性和复杂性，也就增大了对电波传播研究的难度。
1.2无线电波的衰落
空间中电波的传播由于阻挡、距离等多种因素使得其必然存在传播损耗（又称之为衰落）。
由于阻挡和反射的原因，当移动台在移动时，在基站与移动台之间有时有阻挡，有时又没有，其中最主要的有瑞利衰落和阴影衰落，也就是我们常说的快衰落和慢衰落，如下图：
figure2快衰落和慢衰落
在陆地移动通信中，我们用以下三种传播机制来描述无线信号，这三种传播机制是根据距离尺度大小来区分的：
大尺度的传播机制用来描述区域均值、它具有幂定律传播特征，即中值信号功率与距离长度增加的某次幂成反比关系；
中尺度的传播机制描述的是阴影衰落，它是重叠在大尺度传播特性的中值电平上的平均功率变化，当用分贝表示时，这种变化趋于正态分布，因而又称为对数正态阴影；
小尺度的传播机制用于描述多径衰落，它通常服从瑞利概率密度函数，又称为瑞利衰落。
衰落对信号传播的影响如下图：
figure3衰落对信号传播的影响
如前所述，信号的传播方式可以用三种传播机制来描述，而无线传播模型研究的是其中的大尺度和中尺度的信号传播机制，考察信号在不同环境下路径损耗以及障碍物阴影效应所带来的慢衰落影响，其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。
到目前为止，在传播模型研究方面主要有两种不同的做法。
一种是直接应用电磁理论计算确定性模型，比如射线跟踪技术，其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；
另一种是基于大量测量数据的统计模型，统计模型的研究历史悠久，是一种比较成熟的技术，适用于宏蜂窝信号的预测，下一章将就具体的宏蜂窝统计模型进行介绍。
2无线传播模型
2.1通用传播模型（Aircom自带传播模型）
2.1.1适用范围
Frequency:
0.5G～2G
基站天线挂高Hb:
30~200m
终端高度Hm:
1~10m
通信距离：
1～35km。
2.1.2传播损耗公式
Pathloss=k1+k2log（d）+k3Hms+k4log（Hms）+k5log（Heff）+k6log（Heff）log（d）+k7（diffractionloss）+clutterloss
（1）
其中，
figure4ModelParameter
2.1.3传播模型典型参数取值
表21通用传播模型典型参数取值
DenseUrban
Urban
Suburban
Rural
Highway
K1
158
154
148
143
140
K2
48
45
42
39
38
K3
K4
K5
-13.82
K6
-6.55
K7
0.4
2.2Okumura-Hata模型
2.2.1适用范围
150M～1500M
2.2.2传播损耗公式
其中：
传播距离d的单位为km，f的单位为MHz；
为传播损耗中值；
、
基站、移动台天线有效高度，单位为米；
基站天线有效高度计算：
设基站天线离地面的高度为
，基站地面的海拔高度为
，移动台天线离地面的高度为
，移动台所在位置的地面海拔高度为
。
则基站天线的有效高度
，移动台天线的有效高度为
（注：
基站天线有效高度计算有多种方法，如：
基站周围5~10公里的范围内的地面海拔高度的平均；
基站周围5~10公里的范围内的地面海拔高度的地形拟合线；
等等；
不同的计算方法一方面与所使用的传播模型有关，另外也与计算精度要求有关。
）
移动台天线高度修正因子：
远距离传播修正因子：
对于UMTS规划，基站的覆盖半径通常少于20km，也即
为对应各种地物的衰减校正因子，具体参数取值见下节描述。
2.2.3各种地物的衰减修正因子
1.密集城区DenseUrban校正因子：
3dB
2.一般城区MeanUrban校正因子：
0dB
3.郊区Suburban校正因子：
4.农村Rural校正因子：
5.开阔地Open（Highway）校正因子：
6.准开阔地QusiOpen校正因子：
以900M为例，计算得到的各种地物的衰减校正因子如下所示：
表22Okumura-Hata模型地物衰减因子理论值
KCLUTTER（900M）
3
Suburban
-9.94
-19.21
QusiOpen
-23.05
Open
-28.55
以上校正因子理论计算值比实际情况略夸张一些。
实际项目使用中，可根据模型项目具体情况调整以上各参数取值。
以下是一般的建议值。
表23Okumura-Hata模型地物衰减因子建议值
KCLUTTER（850/900M）
-2
-6
-15
-17
-20
2.2.4转化为通用传播模型表达式
将Okumura-Hata整理为通用传播模型的表达式，以900M为例，k1-k7取值见下：
表24Okumura-Hata的通用传播模型k1-k7取值
denseurban
urban
suburban
rural
open（Highway）
k1
149.83
146.82
136.87
127.61
123.77
118.27
k2
44.9
k3
k4
k5
13.82
k6
k7
具体的折算过程excel见下：
2.3Cost231-Hata模型
2.3.1适用范围
1.5G～2G
2.3.2传播损耗公式
传播距离
的单位为km，
的单位为MHz；
移动台天线高度修正因子（与Okumura-Hata模型相同）：
远距离传播修正因子（与Okumura-Hata模型相同）：
为对应各种地图的衰减校正因子，具体参数取值见下节描述。
2.3.3各种地物的衰减修正因子
各种地图的衰减修正因子与Okumura-Hata模型相同：
5.开阔地Open校正因子：
6.准开阔地QusiOpen（Highway）校正因子：
以2000M为例，计算得到的各种地物的衰减校正因子如下所示：
表25Cost231-Hata模型地物衰减因子理论值
KCLUTTER
3.00
0.00
-12.27
-22.38
-27.06
-32.56
表26Cost231-Hata模型地物衰减因子建议值
KCLUTTER（2000M）
-8
-22
2.3.4转化为通用传播模型表达式
将Cost231-Hata整理为通用传播模型的表达式，以2000M为例，k1-k7取值见下：
表27Okumura-Hata的通用传播模型k1-k7取值
Open（Highway）
161.21
158.16
145.88
135.78
131.10
125.60
具体的折算过程excel见下。
改变表格中的频点值可以得到其他频点传播损耗对应的k1-k7值。
射线跟踪模型
因为城区存在大量多径的效应,上述宏模型以及aircom自带的通用模型不适用于密集城区.射线跟踪模型.射线跟踪模型针对这种情况,以模拟尽可能多的有效传播路径来提高预测精度.
射线跟踪的基本思想是:
将发射点视为点源,其发射的电磁波作为向各个方向传播的射线,对每条射线进行跟踪,在遇到阻碍物时按反射、透射或绕射来进行场强计算,在接收点将到达该点的各条射线合并,从而实现传播预测。
通常射线是有一定宽度的,跟踪时对其中心线进行跟踪。
下图是一个射线跟踪模型的射线分布示例:
volcano模型是由Siradel公司开发的，适用于城区密集环境的传播模型。
它主要分三种模型：
VolcanoMacro、VolcanoMicro、VolcanoMini，三种模型的适用条件不一样。
其中Micro、Mini是为城区的某些特定传播环境开发的模型，具有很强的针对性，因而结果也比较可信。
Macro（ruralandurban）
Macromodel适用于指所有区域类型（包括rural,suburban和urban）中,基站天线高度远高于周围障碍物地高度的小区.
figure5MacroModel
Micro（denseurban）
Micromodel适用于在城区中基站天线高度低于周围大多数建筑物高度的小区.
figure6MicroModel
Mini（3Durban,suburban,urban,denseurban）
Minicells基本上适用于所有情况.
figure7MiniModel
公式如下：
上面的
是确定性损耗，即上面所讲的射线跟踪算法的损耗，自由空间的损耗一般为：
一般A的初值为0，B的初值为20，所以损耗应该是自由空间损耗,射线跟踪损耗和地物损耗之和.
下面是一个minimodel的界面:
figure8VolcanoModelConfiguration
3无线传播模型测试
figure9传播模型测试操作流程
下面详细说明了测试的步骤,主要是基于使用导频发射机的CW测试.当使用现网数据时,不必进行测试环境的准备,一般只需用scanner把测试站点的扰码进行锁定,再进行路测收集RSCP信号即可.
3.1测试设备准备
传播模型测试主要准备以下设备：
表21传播模型测试设备
设备名称
数量
说明
导频发射机
一台
发射频点、功率可调的CW信号
路测仪
一套
包括接收天线、数据线、GPS天线、硬件狗
测试笔记本电脑
安装测试软件，备有电池和电源线
车载电源
包括点烟器连线、逆变器、电源接线板
三角架
一付
固定天线
全向天线
传播导频信号，要求频段和发射机对应
馈线、跳线
一根
连接导频发射机和天线，要求接头完好
电源线盘
50米以上，包括插头和接线板。
向导频发射机供电。
站点勘查设备
包括数码相机、指南针、测距仪（或海拔仪）和GPS，并备有充电电池和充电器。
用于测试站点的勘查。
地图
一张
要求有详细路线
活动扳手
两付
用于紧固天线
绳子
30米以上
常用工具
包括钳子、起子（十字和一字）、手套、插座转接头、胶带等
3.2测试站点选择
3.2.1站点选择步骤
1．确定测试区域：
根据待规划区域的范围或客户需求确定传播模型测试的区域
2．划分测试区域：
在测试区域划分的大环境下面，根据各种地物所占大致比例，进一步细分为：
密集城区、一般城区、郊区和农村。
如果需要进一步细分，可参考附录A的地貌定义。
3．初步确定待测点：
根据划分的测试区域，在地图上标出测试站点的大概位置。
4．待测站点的勘查：
对待测站点进行勘查，记录站点的环境信息。
5．筛选站点：
根据记录的待测站点数据，按照选站原则筛选出符合要求的测试站点。
6．输出测试站点选择报告：
根据筛选出的测试站点信息，按照《XX业务区传播模型测试站点勘查报告模板》的要求输出报告。
《XX业务区传播模型测试站点勘查报告模板》参考附录B。
3.2.2站点选择原则
1．站点周围不能有明显的遮挡。
2．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。
密集城区测试站点天线挂高应比周围平均高度高10米左右；
一般城区测试站点天线挂高应比周围平均高度高15米左右；
郊区或农村测试站点天线挂高应比周围平均高度高15~25米。
3．对每种细分后的测试区域选择2～4个测试站点，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．对于一些小城市，传播模型可以用一种模型表征，不需要划分为密集、一般、郊区。
所以对这些小城市的测试，可以直接在市中心处选择一个典型的站点，然后围绕该站点进行测试。
对于中等城市，可以考虑用两种传播模型表征：
城区和郊区。
对于这些中等城市的测试，需要选择两个典型站点。
5．测试站点周围应包含足够的地物类型，并有相当数量的道路以便测试时各种地物都能到达。
6．测试站点所在楼面不能太大。
如果楼面比较大，天线需要增高，否则楼面（尤其是女儿墙）对测试信号传播影响较大。
3.2.3测试站点的环境信息记录
1．用GPS测量测试站点的经纬度信息。
对于比较大的楼面，给出架设测试天线所在位置的经纬度。
经纬度采用十进制表示，精确到小数点后五位。
2．用测距仪（或海拔仪）测量出测试天线挂高（天线中部相对地面的高度）。
3．按照指南针的指示，用数码相机按照北面、东北、东面、东南、南面、西南、西面、西北八个方向的顺序依次拍摄照片，照片拍摄位置周围不应该有遮挡，能够看到周围的地形地貌。
4．拍摄一张楼面的照片，照片中要求能看到测试天线。
5．照片统一命名为“XX（业务区）XX（站点名）XX（方向或位置，如北面或楼面）。
6．给出周围地貌的描述，尤其是有遮挡的情况，需要给出遮挡物的高度以及遮挡物与天线之间大致的距离。
7．站点数据按照《XX业务区传播模型测试站点勘查报告模板》的要求输出报告。
3.3测试路线选择
3.3.1路线选择步骤
1．了解大概的地理环境：
首先，需要对当地大概地理环境有所了解。
一方面，需要购买当地详细的地图册（地图越详细越好，需要包括主要乡镇的街道图）；
另一方面，可以向本地人了解当地的地理和人文环境。
2．制定测试路线：
根据测试站点周围地形地貌和道路情况，按照路线选择原则设计测试路线。
最好能在测试之前，对测试路线进行实地考察。
3．制作测试路线图：
在纸制地图上用笔标出具体的测试路线，或者在电子地图上标出测试路线打印出来。
具体测试时，可根据条件在agilent路测软件中添加地图，实时监控测试的路线。
4．输出路线选择报告：
按照《XX业务区传播模型测试路线选择报告模板》的要求输出报告。
《XX业务区传播模型测试路线选择报告模板》参见附录C。
3.3.2路线选择原则
1．东西向和南北向的道路都应包括；
各种距离的位置都应跑到；
各种地物附近区域都应跑到；
应尽量包括所有能跑到的道路，以一般道路为主，多跑小道（包括地物内的小道），最好选择宽度不超过3米的狭窄道路。
2．避免在同样的路线反复测试。
同一条道路上反复跑时，只记录第一次的数据。
测试过程中停车时（如红灯）不记录数据（使用测试软件中的暂停功能）。
3．测试半径应该尽量大，保证接收机接收到的信号最弱低于-110dBm；
根据实际测试过程中的信号情况调整测试的路线。
对于中小城市的测试，跑到城市边沿信号还没有到-110dBm，也不需要再继续跑到远处的农村。
4．测试过程中保持中速行驶，一般保持在20-40km/h。
5．对于城中有湖泊和河流的情况，应该避开湖滨和河滨道路，避开水域做测试。
6．对于城市中心有山的情况，可以测试山背面的信号，这样可以通过信号的衰减，校正得出衍射因子，但是要注意不要测试与基站同一面的山面上的信号，因为可能出现越往高处跑，跑的越远，信号越强的情况，（因为随着海拔的升高，遮挡会越来越少，）这样校正模型时就会出现距离越远，信号越好模型曲线的标准差就会加大。
7．建议采用选择道路的方法：
先跑东西向道路，再跑南北向道路，最终测试的道路形成网状结构，图32和图33是两种理想的路线图，图34是实际路线图：
figure10路线图一
figure11路线图二
figure12实际情况下的路线图
8.检查采样路线：
保证采样路线在以测试站点为轴心，各径向方向上路线分布均匀合理，每个径向方向上保证2～3组采样数据。
不可某方向路线采样太多或太少，每个方向上保证至少2组采样数据。
9.对于超远覆盖站点的测试，由于测试距离比较远，难以按照各种区域都跑到的要求执行。
对于这种站点的测试，电测路线只需要沿着希望重点覆盖区域的方向一直测试到接收信号降低到-110dBm以下返回，如果条件许可，可以在返回时平移一段距离后再返回，这样就有了两段可用的数据，有助于超远模型的研究。
3.4清频测试
在传播模型测试之前，需要对测试的区域进行清频测试。
清频测试的目的是检查所使用的频段在测试区域是否有干扰、或者被占用。
只有在确保所使用的频段没有干扰，才能保障测试结果的可信和准确。
具体的说，清频测试是在信号源关闭的情况下，Agilent的E6474路测仪对测试区域的主要路段进行测试。
3.5测试环境准备
进行传播模型测试时，发射机、接收机、天线等设备组成的测试环境如下图所示：
figure13测试环境简图
3.5.1发射端准备
1．全向天线架设于楼顶或现有铁塔上面。
测试点架设天线的第一菲涅尔区应确保无障碍。
利用大楼顶面安装全向天线时，天线位置应尽量靠近楼边，避免大楼的边沿阻挡波束，并且应在各个方向上同时考虑到楼面边沿阻挡波束的问题。
当天线必须离开大楼边沿安装，应尽量使天线架设在离开楼面较高的位置；
如果架设于铁塔上，则要求天线高出铁塔最高点1m以上，避免铁塔本身对发射信号影响。
2．天线和发射机连接跳线接头要求连接紧固（以手不能旋动紧固螺帽为准），跳线中段
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