基于路測數據的TD-SCDMA網絡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）

在移動通信系統中，由于移動臺不斷運動，且實際傳播環境復雜多樣，電波傳播具有多樣性和復雜性，嚴格的理論分析很難實現。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據相結合的方式獲得，即針對各個地區不同的地理環境進行測試，通過分析與計算等手段對傳播模型的參數進行校正，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（連續波）測試方法，一種是利用路測數據進行傳播模型校正的方法。針對連續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,提出了一種利用現網路測數據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波測試信號用于傳播模型校正。

本文使用業界普遍認可的SPM模型，根據站點的密集程度，分為密集城區傳模和普通城區傳模。通過使用江門TD-SCDMA三期路測數據對SPM模型進行校正，為TD-SCDMA四期規劃做好準備。

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經驗型、COST231-Walfish-Ikegami經驗型、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）應用頻率在1500～2000MHz之間；

（2）適用于小區半徑大于1km的宏蜂窩系統；

（3）發射有效天線高度在30～200m之間；

（4）接收有效天線高度在1～10m之間。

1.1.2 經驗公式

COST231-Hata模型路徑損耗計算的經驗公式為[2]：

其中：

各參數定義如下：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）應用頻率在1500～2000MHz之間；

（2）適用于從密集城區、普通城區、郊區、農村的各種無線環境。

1.2.2 經驗公式

SPM模型路徑損耗計算的經驗公式為：

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

各參數定義如下：

d為接收機與發射機之間的距離(m)；HTxeff為發射天線的有效高度 (m)；Diffraction loss為經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損耗；K1為常數 (dB)；K2為lg(d)的系數；K3為 lg(HTxeff)的系數；K4為衍射損耗的系數；K5:為lg(HTxeff)lg(d)的系數；K6為 HRxeff的系數；Kclutter為f(clutter)的系數。

在一般的無線環境中，K1和K2取值也是非常重要的，對整個結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，主要關注的就是離發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。

對不同設計區域，通過調整K1, K2, K3, K4,K5, K6來校正模型。

大唐移動網規軟件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 測試數據導入

校正的結果準確性很大程度上依賴于路測采集數據的可靠性，在進行測量前必須很好的計劃，任何錯誤都會降低校正結果的可信度，并從而影響以后的預測、設計和規劃結果，對網絡的建設造成不可忽視的負面影響。

2.2 測試數據處理

為了消除路測的系統誤差，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常發生的偶然誤差對模型參數校正的影響；設置好各種數據濾除條件。

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計分析可歸納總結為：均方差、平均值、標準差；這3個值表征了預測的質量，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；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；繼續修改另一個參數；修改一個參數會影響另一個參數的最佳值，因此所有參數被校準時，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，這些系數不隨環境改變，同時在一般校正方式下無法體現統計的的意思。

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

從上面數據可以看出與基站不同距離算出的路徑損耗與網絡實際情況比較相符。

5 結束語

良好的網絡是各種業務開展的基礎，是網絡優化的前提?；赥D三期網絡的路測數據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四期站點規劃進行仿真評估，更加準確地設計出符合無線環境特征的TD網絡。

本文提供了一種將路測數據用于傳播模型校正的方法，包括：步驟1，獲取原始路測數據；步驟2，從原始路測數據中選擇滿足預設條件的數據作為有效路測數據；步驟3，提取有效路測數據以形成用于傳播模型校正的數據文件；步驟4，使用有效路測數據文件進行模型校正。本文利用現有網絡的測試數據，大大減少CW測試工作，節約了網絡建設成本，同時保證了校正后的模型可以較為準確地反映當地的傳播特性，進而最優地部署基站。

[1] 中興通訊《CDMA網絡規劃與優化》編寫組. CDMA網絡規劃與優化.北京：電子工業出版社，2005

[2] 韋泉，蘇文莉，帥丹. TD-SCDMA無線網絡的預規劃，移動通信，2006,(5)