（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司四川分公司，成都 610041）

丘陵地貌下的2.6GHz傳播模型校正

趙明峰， 劉剛， 楚楊

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司四川分公司，成都 610041）

從經(jīng)典的SPM模型及校正流程出發(fā)，針對(duì)某丘陵地貌城市的2.6 GHz SPM模型校正，進(jìn)一步結(jié)合該城市前期的TD-SCDMA 2 GHz SPM模型校正結(jié)果，經(jīng)過(guò)仿真分析和對(duì)比，得出了丘陵地貌下的F/D頻段傳播路徑損耗差異，可為有效指導(dǎo)丘陵地貌下的傳播模型校正提供參考。

通用傳播模型；模型校正；TD-LTE

1 引言

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃及優(yōu)化技術(shù)將扮演重要的角色。合理的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃可使得網(wǎng)絡(luò)在時(shí)間與空間上達(dá)到最大程度的覆蓋。規(guī)劃的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量好壞直接關(guān)系到后續(xù)用戶的體驗(yàn)，而信號(hào)質(zhì)量是影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的關(guān)鍵因素，信號(hào)質(zhì)量主要取決于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的傳播條件和特性。路徑損耗是體現(xiàn)傳播條件和特性的關(guān)鍵指標(biāo)，它影響覆蓋范圍、信干比SINR和遠(yuǎn)近效應(yīng)等蜂窩網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)需考慮的因素。無(wú)線傳播模型是預(yù)測(cè)路徑損耗較為有效的工具。特點(diǎn)環(huán)境下的無(wú)線傳播模型將幫助規(guī)劃設(shè)計(jì)人員了解預(yù)定站點(diǎn)分布下實(shí)際環(huán)境的傳播效果，是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的重要基礎(chǔ)，它將直接決定網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的準(zhǔn)確性和合理性。目前TD-LTE系統(tǒng)主要采用2.6 GHz頻段，由于現(xiàn)有的GSM、TDSCDMA、WCDMA等所采用的頻段都遠(yuǎn)低于該頻段，同時(shí)由于全球TD-LTE商用較少，TD-LTE試驗(yàn)網(wǎng)相應(yīng)的傳播模型主要針對(duì)大型相對(duì)平坦城市，這導(dǎo)致目前缺乏針對(duì)特定丘陵地貌下的傳播模型分析和比較?；诖耍疚膶⑨槍?duì)某丘陵地貌城市，分析其傳播模型特性，為TD-LTE后續(xù)較為準(zhǔn)確而有合理的仿真規(guī)劃奠定良好基礎(chǔ)。

本文首先介紹SPM模型的基本原理和校正方法，在此基礎(chǔ)上給出丘陵地貌下的模型校正結(jié)果，并與TDSCDMA校正結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，最后給出相應(yīng)的結(jié)論。

2 SPM模型

SPM模型是建立在COST231-HATA模型基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)稱為通用傳播模型。SPM模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

其中K1表示與頻率相關(guān)的因子，默認(rèn)值通常為12.4；

K2表示距離衰減因子，默認(rèn)值通常為44.9；

K3表示基站發(fā)射天線高度相關(guān)因子，默認(rèn)值通常為5.83；

K4表示與衍射計(jì)算相關(guān)的因子，默認(rèn)值通常為0.5；

K5表示與發(fā)射天線有效高度和距離相關(guān)的因子，默認(rèn)值為-6.55；

K6表示移動(dòng)終端高度相關(guān)因子，即接收機(jī)高度所帶來(lái)的增益，由于接收機(jī)高度較低，相應(yīng)增益可忽略，因此默認(rèn)值通常為0；

Kclutter表示地貌相關(guān)因子，默認(rèn)值為1；

d表示收發(fā)間的距離；

Kclutter表示基站天線等效高度；

KTexff表示移動(dòng)臺(tái)天線等效高度；

Diffraction表示衍射損耗；

Kcluffer表示地貌相關(guān)因子；

f(clutter)表示發(fā)射點(diǎn)和接收點(diǎn)之間所經(jīng)歷的各種地貌類型的損耗。

由于通常使用的電子地圖為 20 m精度，各種地物精細(xì)程度不是很充分，繞射因子K4和與HTxeff相關(guān)的K3，K5，K6等系數(shù)難以準(zhǔn)確校正。因此考慮到校正工作的效率和參數(shù)的影響，一般情況只對(duì)K1、K2、Kclutter值進(jìn)行校正，K3～K6通常采用上述典型值，即K3=5.83、K4=0.5、K5=-6.55、K6=0。

2.1 SPM校正流程

SPM測(cè)試相關(guān)設(shè)備與參數(shù)設(shè)置及模型校正軟件如表1所示。

SPM校正涉及的站點(diǎn)、測(cè)試線路、數(shù)據(jù)及處理等要求如下。

2．1．1 測(cè)試站點(diǎn)選擇要求

傳播模型測(cè)試站址選擇原則是要使它能夠覆蓋足夠多的地物類型。它還要滿足的第一菲涅爾區(qū)（天線主瓣方向100 m以內(nèi)的區(qū)域）必須無(wú)障礙物的要求。在實(shí)際測(cè)試中為便于測(cè)試，可按以下標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定站址選取是否合適。

表1 測(cè)試設(shè)備、軟件及參數(shù)設(shè)置

（1）站點(diǎn)周圍不能有明顯的遮擋。

（2）站點(diǎn)的天線掛高應(yīng)和適用該區(qū)域模型大致需要的天線掛高接近。

（3）各測(cè)試站點(diǎn)周圍的地形地貌應(yīng)與需要測(cè)試模型代表的環(huán)境地形地貌一致。

（4）測(cè)試點(diǎn)周圍環(huán)境應(yīng)包含足夠多的地物類型，盡量包含所代表類型區(qū)域內(nèi)的各種地物類型。

（5）測(cè)試站點(diǎn)周圍該類型區(qū)域足夠大，有足夠區(qū)域進(jìn)行測(cè)試，保證測(cè)試數(shù)據(jù)量的要求。

（6）密集城區(qū)、一般城區(qū)要求測(cè)試點(diǎn)周圍測(cè)試類型環(huán)境以測(cè)試點(diǎn)為半徑不少于3 km。

（7）測(cè)試站點(diǎn)所在樓面不能太大。如果樓面比較大，天線需要增高，否則樓面（尤其是女兒墻）對(duì)測(cè)試信號(hào)傳播影響較大。

（8）測(cè)試站點(diǎn)周圍避免較大的河流、山體、坡地、礦區(qū)。

（9）密集城區(qū)、一般城區(qū)類型選取2～4個(gè)測(cè)試點(diǎn)。

2．1．2 測(cè)試路線選擇要求

測(cè)試路線選擇主要基于以下幾點(diǎn)：

（1） 規(guī)劃的測(cè)試路線應(yīng)包括測(cè)試點(diǎn)周圍所有方向。如某一小方向內(nèi)有山體、河流阻隔，可在滿足測(cè)試數(shù)據(jù)量的前提下避免。

（2） 規(guī)劃測(cè)試路線應(yīng)盡量包括該測(cè)試點(diǎn)所代表的類型區(qū)域內(nèi)的所有地物類型。

（3） 規(guī)劃測(cè)試路線盡量避免重復(fù)道路，避免反復(fù)測(cè)試。同一條道路上反復(fù)跑時(shí)，只記錄第一次的數(shù)據(jù)。測(cè)試過(guò)程中停車時(shí)（如紅燈）不記錄數(shù)據(jù)（使用測(cè)試軟件中的暫停功能）。

（4）規(guī)劃測(cè)試路線以2～4車道道路為主。盡量規(guī)避大路或過(guò)小的道路。

（5）規(guī)劃測(cè)試路線盡量避免坡地、高架橋、海/湖/河濱路、較大較長(zhǎng)的橋梁。

2．1．3 CW測(cè)試數(shù)據(jù)及要求

CW測(cè)試數(shù)據(jù)是模型校正的依據(jù)，它的準(zhǔn)確有效是模型校正質(zhì)量好壞的關(guān)鍵，對(duì)CW測(cè)試，有以下基本要求：

（1) 測(cè)試站點(diǎn)條件必須能代表典型傳播環(huán)境。這里的條件包括天線掛高、周圍地物地貌類型等信息。

（2) GPS定位要準(zhǔn)確，在市區(qū)最好能采取輔助手段以避免在無(wú)可視天空條件下準(zhǔn)確定位。

（3) 距天線太近或太遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)需要濾除。

（4) 信號(hào)太弱的數(shù)據(jù)要濾除。

（5) 測(cè)試數(shù)據(jù)量要充分，以消除統(tǒng)計(jì)誤差及快衰落的影響。根據(jù)業(yè)界廣泛接受的Lee氏定理，測(cè)試數(shù)據(jù)密度應(yīng)達(dá)到 36～50樣點(diǎn)/40 λ以消除快衰落的影響，車速控制在30～40 km/h。

（6） 測(cè)試數(shù)據(jù)應(yīng)在覆蓋區(qū)域內(nèi)均勻分布。

2．1．4 數(shù)據(jù)處理及要求

（1) 基于測(cè)量值的過(guò)濾：高于-45 dBm和低于-110 dBm的數(shù)據(jù)需要濾除。

（2）基于Clutter類別的過(guò)濾：其它Clutter類別如果沒(méi)有足夠的樣點(diǎn)數(shù)（通常100為門限），應(yīng)當(dāng)在分析中去除。對(duì)未校正的clutter offset使用缺省值。

（3）基于距離的過(guò)濾：主城區(qū)域高于2 000 m和低于150 m的數(shù)據(jù)需要濾除。

（4）數(shù)據(jù)的地理平均處理：在進(jìn)行路測(cè)數(shù)據(jù)采集時(shí)，由于車速難以保持恒定，導(dǎo)致在某些地方采集點(diǎn)過(guò)密，從而可能對(duì)分析結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，對(duì)此可以對(duì)路測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行地理平均處理。根據(jù)李氏定理，地理平均長(zhǎng)度為6 m。

2.2 校正結(jié)果及分析

為了與前期的TD-SCDMA模校進(jìn)行對(duì)比與分析，我們?cè)谀城鹆瓿鞘忻芗菂^(qū)內(nèi)選擇了相同的兩個(gè)站點(diǎn)作為TD-LTE 2.6 GHz密集城區(qū)的模型校正。兩個(gè)站點(diǎn)的情況如表2所示。

表2 測(cè)試站點(diǎn)情況

原TD-SCDMA 2 GHz、TD-LTE 2.6 GHz測(cè)試路線及區(qū)域分別如圖1和圖2所示。

基于2.1節(jié)的校正流程，均采用SPM校正，校正結(jié)果均滿足均方差小于8 dB，均值接近于0，其中TD-SCDMA 2 GHz采用華為U-Net軟件進(jìn)行校正，U-Net軟件主要針對(duì)K1、K2、K4、K6進(jìn)行校正；而TD-LTE2.6 GHz主要采用中國(guó)移動(dòng)設(shè)計(jì)院的ANPOP軟件進(jìn)行校正，ANPOP軟件主要針對(duì)K1和K2進(jìn)行校正。采用對(duì)應(yīng)結(jié)果分別如表3和表4所示。

圖1 原TD-SCDMA 2GHz測(cè)試線路

圖2 TD-LTE 2.6 GHz測(cè)試線路

表3 TD-SCDMA 2 GHzSPM校正結(jié)果

表4 TD-LTE 2.6 GHz SPM校正結(jié)果

基于上述模型校正的結(jié)果，為了得出丘陵地貌下的TD-LTE 2.6 GHz和TD-SCDMA 2 GHz路徑損耗之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，我們給出該兩種模式下的路徑損耗隨收發(fā)信機(jī)距離的變化情況，并與COST 231-HATA模型進(jìn)行相應(yīng)對(duì)比，其中，路徑損耗中暫不考慮繞射因子K4和地貌相關(guān)因子 對(duì)路徑損耗的影響，其對(duì)應(yīng)結(jié)果如圖3所示。從圖3可知，該丘陵地貌城市下的TD-LTE 2.6 GHz校正后SPM模型路徑損耗與前期的TD-SCDMA 2 GHz校正后SPM模型路徑損耗相比，隨著收發(fā)信機(jī)之間的距離增加，SPM 2.6 GHz所對(duì)應(yīng)的路徑損耗與SPM 2GHz所對(duì)應(yīng)的路徑損耗差值逐漸增大，其對(duì)應(yīng)在不同距離下的路損值及差值如表5所示?；诒?的分析，我們可以得出在該丘陵地貌下，TD-LTE 2.6 GHz采用SPM模型校正后的路損值相對(duì)于TDSCDMA 2 GHz校正后的路損值平均差異4.89 dBm。這與目前TD-LTE試驗(yàn)網(wǎng)實(shí)際測(cè)試結(jié)果F/D頻段傳播損耗差異約4～5 dBm相一致。為此，我們可以得到該丘陵城市等效的F頻段傳播模型，即將TD-LTE 2.6 GHz校正后SPM模型參數(shù)k1降低4.89，其余值保持不變，相應(yīng)的路徑損耗如圖4所示。

圖3 路徑損耗對(duì)比

表5 SPM和COST 231模型（2 GHz/2.6 GHz）不同距離下的路徑損耗

圖4 等效的F頻段路徑損耗與其余模型對(duì)比

從圖4可知，該丘陵地貌城市下的TD-LTE 等效F頻段SPM模型路徑損耗與前期的TD-SCDMA 2 GHz校正后SPM模型路徑損耗基本保持相當(dāng)，略高于前期的TD-SCDMA結(jié)果，這與該區(qū)域內(nèi)的建筑物改造等城市發(fā)展相吻合，也說(shuō)明在該丘陵地貌城市下的2.6 GHz模型校正的合理性和有效性。

3 結(jié)論

針對(duì)特定的無(wú)線環(huán)境和采用的頻率，選擇良好的傳播模型是準(zhǔn)確進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的基礎(chǔ)。本文針對(duì)丘陵地貌下某地市的2.6 GHz模型校正結(jié)論，并結(jié)合前期的TD-SCDMA 2 GHz模型校正結(jié)果，通過(guò)仿真對(duì)比，驗(yàn)證了F/D頻段的傳播路損差異，驗(yàn)證了丘陵地貌下的傳播模型特性。基于該結(jié)論，可有效提供丘陵地貌下TD-LTE相應(yīng)F/D頻段組網(wǎng)較為準(zhǔn)確而有合理的傳播模型，并可為后續(xù)合理的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和仿真奠定良好基礎(chǔ)。

[1] 張華， 李懿， 堯文彬， 等． 2．6 GHz頻段傳播模型校正及分析[J]．電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化， 2011，24(9)：5-8．

[2] 王慶揚(yáng)， 陳曉冬． 2．5 GHz和3．5 GHz頻段的WiMAX傳播模型研究與校正[J]． 電信科學(xué)，2008，24(6)：52-54．

[3] Noman Shabbir， Muhammad T． Sadiq， Hasnain Kashif etc． Comparison of radio Propagation models for Long Term Evolution (LTE) network[J]． International Journal of Next-Generation Networks (IJNGN)，2011，3(3)：25-41．

2.6 GHz propagation model calibration for hilly city

ZHAO Ming-feng, LIU Gang, CHU Yang
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Sichuan Branch, Chengdu 610041, China)

Based on the classic SPM propagation model and the process of model calibration, the 2.6GHz SPM propagation model calibration is presented for the hilly city. Combining with early TD-SCDMA 2GHz SPM model calibration results, the difference of 2.6/2GHz SPM model is listed from the conclusion of simulation. It can be provided some reference for the hilly city propagation model calibration based on this strategy.

SPM; propagation model calibration; TD-LTE

TN915.1

A

1008-5599（2014）10-0020-05

2014-07-16