徐欣，張厚利

（江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，南京210019）

射線傳播（CrossWave）模型變量影響分析

徐欣，張厚利

（江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，南京210019）

通過場景、射線傳播模型參數(shù)的不同設(shè)置，對比仿真結(jié)果差異，分析總結(jié)參數(shù)對射線傳播模型的影響，得出各主要參數(shù)對射線傳播模型的影響程度，并研究相關(guān)參數(shù)在各場景下的設(shè)置建議。積極探討射線傳播模型相關(guān)參數(shù)對仿真結(jié)果的影響，指導(dǎo)射線傳播模型在以后網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的使用，根據(jù)運(yùn)營商現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)情況，提出射線傳播模型仿真參數(shù)設(shè)置建議。

LTE;無線傳播模型;射線傳播模型（CrossWave）

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.11.176

1 引言

隨著4G網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，運(yùn)營商對網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)的精細(xì)化程度要求越來越高。4G網(wǎng)絡(luò)精細(xì)化的建設(shè)離不開精確規(guī)劃，仿真是評估規(guī)劃合理性的重要手段。常用的COST-231 HATA模型以及SPM模型使用頻段最高為2G，不適用LTE 2GHz以上的仿真，且高度依賴傳播模型矯正結(jié)果。而對于一個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò)，場景種類繁多，很難一一進(jìn)行傳播模型的矯正，對規(guī)劃的精確評估影響很大。

射線傳播模型（Cross Wave）是一個(gè)高級的通用傳播模型，由Orange Labs實(shí)驗(yàn)室開發(fā)，支持目前所有的無線傳輸技術(shù)，支持200MHz～5GHz范圍的頻段。作為高級的傳播模型，射線傳播模型主要模擬3種傳播現(xiàn)象：垂直衍射，水平面的導(dǎo)向傳播及山脈區(qū)域的反射傳播，對模型矯正的依賴程度相對較低。

目前，射線傳播模型在無線通信領(lǐng)域的應(yīng)用較少，對其各個(gè)參數(shù)的設(shè)置影響認(rèn)識(shí)有一定的爭議，需要通過仿真結(jié)果對比來了解不同參數(shù)發(fā)揮的作用，以指導(dǎo)規(guī)劃仿真。

2 射線傳播模型（Cross Wave）介紹

射線傳播模型是Atoll仿真軟件中一個(gè)可選的高級傳播模型，由Orange Labs實(shí)驗(yàn)室開發(fā)，由Forsk公司發(fā)布和支持，是Atoll的一個(gè)可選功能。

射線傳播模型是高級的通用傳播模型，支持所有無線技術(shù)，如GSM、UMTS、CDMA2000、WIMAX、LTE等；支持從200MHz～5GHz范圍內(nèi)的頻段；支持所有的小區(qū)類型，從微蜂窩小區(qū)、迷你蜂窩小區(qū)到宏蜂窩小區(qū)等；支持任何類型的傳播

環(huán)境，如密集城區(qū)、城區(qū)、郊區(qū)、鄉(xiāng)村等。利用CW（continuous waves連續(xù)波）測量數(shù)據(jù)，射線傳播模型可以進(jìn)行任何傳播環(huán)境的自動(dòng)模型校正[1]。

作為高級的傳播模型，射線傳播模型主要模擬3種傳播現(xiàn)象，垂直衍射，水平面的導(dǎo)向傳播及山脈區(qū)域的反射傳播。

3 射線傳播（Cross Wave）模型地圖設(shè)置以及參數(shù)設(shè)置仿真

射線傳播模型能對信號進(jìn)行客觀現(xiàn)實(shí)的模擬，包括建筑物垂直面的衍射，街道水平面的導(dǎo)向傳播及山脈區(qū)域的反射。不同于以往統(tǒng)計(jì)性的模型，射線傳播模型模擬更高級的信號傳輸[2]。統(tǒng)計(jì)性模型只能考慮2D（垂直面）的衍射效果，而射線傳播模型考慮除了2D之外，還尋找3D方向上所有的信號傳輸效果，包括在街道水平方向的導(dǎo)向信號傳播。3D信號模擬射線傳播模型的決定性優(yōu)勢在微蜂窩環(huán)境，特別是摩天大樓和CDB環(huán)境中，建筑物頂部的衍射信號效果已經(jīng)不是最重要的，而建筑物周圍（例如街道）的信號傳播才是最重要的，這時(shí)射線傳播模型能帶來精確的信號模擬效果。

影響Atoll仿真結(jié)果的地圖包括Height（DTM）地圖、Clutter Class地圖、3D Building Vector地圖，射線傳播模型效果的準(zhǔn)確性跟各種地圖的可用性有很大關(guān)系，地圖在Atoll中的可用性越多，射線傳播模型模擬的效果越精確，其中Height（DTM）地圖在仿真中是必須使用的[3]。

鄉(xiāng)村環(huán)境下，建議最低的地圖配置要求包括DTM地圖和Clutter Class地圖。在密集城區(qū)，建議所有的地圖都可用，特別是3D建筑物矢量地圖，為微蜂窩環(huán)境帶來非常精確的效果。

射線傳播模型無法直接使用導(dǎo)入的3D地圖進(jìn)行仿真計(jì)算，所需地圖導(dǎo)入到Atoll后，還需生成Morphology、Facet、Graph 3個(gè)index（函數(shù)）供射線傳播模型計(jì)算使用。

Morphologies index是由DTM地圖和Clutter Classes地圖生成的。在射線傳播模型中勾選這2個(gè)地圖后，就可以生成Morphology index文件了。

Facet Index是由DTM地圖生成的，用來模擬山脈的反射影響。生成的Facet index柵格文件，包含每個(gè)像素上可見的Facets。Facets信息可以模擬宏蜂窩小區(qū)的反射現(xiàn)象，因此，在生成Facet Index前需先導(dǎo)入DTM地圖。

Graphs是由3D Building矢量地圖生成的，用于模擬道路（地圖上的街道）。Graphs信息可以讓模型考慮在迷你和微蜂窩小區(qū)環(huán)境中的（水平）導(dǎo)向傳播，用于尋找收發(fā)端之間的所有傳播路徑。

4 仿真與路測數(shù)據(jù)對比

選取一個(gè)FDD-LTE制式基站做仿真對比，頻段為2.1GHz，天線掛高40m，具體工程參數(shù)如表1所示，站點(diǎn)所在位置如圖1所示。

表1 基站工參數(shù)

站點(diǎn)位于某市中心12層樓頂，掛高40m。仿真區(qū)域選擇小區(qū)主瓣方向65°范圍內(nèi)路測區(qū)域。仿真區(qū)域地處市中心，其中部分區(qū)域處于開闊地帶，如圖2所示。主要信號為直射信號和水面反射信號；部分區(qū)域建筑不密集，主要信號為繞射和反射信號。

圖1 站點(diǎn)位置

圖2 站點(diǎn)環(huán)境

仿真時(shí)僅導(dǎo)入Height地圖，并使用默認(rèn)CrossWave參數(shù)，仿真結(jié)果與路測結(jié)果對比如表2所示。

表2 仿真結(jié)果對比表

在此種參數(shù)配置下仿真結(jié)果比路測結(jié)果好29.29dB，因此，仿真結(jié)果不能直接使用。

5 結(jié)語

通過以上調(diào)整參數(shù)的嘗試，依次對剩余參數(shù)進(jìn)行修改對比仿真，可以看到在沒有模型矯正的情況下，以Cross Wave為模型的仿真結(jié)果與真實(shí)路測情況的差別較大，而該模型大部分可調(diào)參數(shù)對結(jié)果的影響都較小，為提高仿真中調(diào)整參數(shù)的

效率，建議初始參數(shù)設(shè)置如表3所示，具體參數(shù)設(shè)置建議應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)特定場景以及頻段。

表3 關(guān)鍵參數(shù)開啟建議

【1】Jiancheng Liu,Mobile Telecommunication Technology and Network Optimization[M].Beijing,Posts&Telecom Press,2009.

【2】吳志忠.移動(dòng)通信無線電波傳播[M].北京：人民郵電出版社，2002.

【3】Stefania Sesia,Issam Toufik,and Matthew Baker.LTE,The UMTS Long Term Evolution:From Theory to Practice[J].Wiley Online Library,2009(2):88-92.

Analysis of Ray Propagation(CrossWave)Model Variables Impact

XU Xin,ZHANG Hou-li
(Post and Telecommunications Planning and Design Institute Co.Ltd.,Jiangsu Province,Nanjing,210019,China)

This paper through setting different environmental and ray propagation model parameters,comparing the different of simulation results,analyzed the influence of parameters on the radiation transmission model,concluded that the main parameters on the influence of ray propagation model,researched related parameters under each scenario Settings.Paper discussed the ray propagation model of related parameters effect on the simulation results,guided the use of ray propagation model in the future network development,according to the existing carrier LTE, proposed a recommendation of ray propagation model simulation parameter settings.

LTE;wireless transmission model;ray propagation model(Cross Wave)

TN929.5

A

1007-9467（2016）11-0166-03

2016-10-25

徐欣（1983～），男，江蘇南京人，工程師，從事無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)。