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        基于CrossWave射線模型的室內(nèi)弱覆蓋分析方法研究

        2020-02-19 17:54:44山笑磊
        數(shù)字通信世界 2020年1期
        關(guān)鍵詞:現(xiàn)網(wǎng)分析方法射線

        山笑磊

        (中國(guó)通信建設(shè)集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司第四分公司,鄭州 450000)

        0 引言

        無(wú)論4G時(shí)代或5G時(shí)代,業(yè)務(wù)體驗(yàn)主要集中在室內(nèi)場(chǎng)景,室內(nèi)業(yè)務(wù)占比預(yù)計(jì)達(dá)80%以上,室內(nèi)覆蓋的重要性更加凸顯。伴隨各個(gè)運(yùn)營(yíng)商室外覆蓋差異逐步縮小,室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)覆蓋差異將成為運(yùn)營(yíng)商5G時(shí)代新的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

        傳統(tǒng)的室內(nèi)弱覆蓋分析方法主要有拉網(wǎng)測(cè)試和用戶(hù)投訴數(shù)據(jù)等,面對(duì)越來(lái)越多的城市建筑,傳統(tǒng)的室內(nèi)弱覆蓋分析方法已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足快速定位室內(nèi)弱覆蓋的需求。采用CrossWave射線傳播模型,對(duì)主要城區(qū)內(nèi)的所有建筑物內(nèi)部進(jìn)行無(wú)線網(wǎng)絡(luò)仿真,并根據(jù)仿真結(jié)果快速定位室內(nèi)弱覆蓋區(qū),以此作為室內(nèi)分布系統(tǒng)工程建設(shè)依據(jù),對(duì)運(yùn)營(yíng)商快速布局室內(nèi)弱覆蓋場(chǎng)景具有重要的指導(dǎo)作用。

        1 CrossWave射線模型介紹

        1.1 無(wú)線傳播模型分類(lèi)

        我們常用的傳播模型分為大尺度傳播模型和小尺度傳播模型。

        大尺度傳播模型描述了較長(zhǎng)距離內(nèi)接收信號(hào)的強(qiáng)度的緩慢變化情況,這些變化是由發(fā)射天線和接收天線之間傳播路徑上的障礙物遮擋造成的。主要的傳播模型代表由:Lee傳播模型、Okumura-Hata傳播模型、COST231-Hata傳播模型、Walfisch-Ikegami傳播模型、室內(nèi)傳播模型和CrossWave射線傳播模型。其中除CrossWave射線傳播模型外,其他均為統(tǒng)計(jì)性傳播模型。

        小尺度傳播模型描述了短距離或短時(shí)間內(nèi)接收信號(hào)強(qiáng)度快速變化的模型。主要的傳播模型代表:AGWN模型、Raleigh時(shí)變信道模型、倫琴衰落模型。

        在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中,我們主要關(guān)注點(diǎn)是接收機(jī)所接收到信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)的平均值,即大尺度下的衰落問(wèn)題,而在理論研究中,傳輸技術(shù)的選擇和數(shù)字接收機(jī)的設(shè)計(jì)一般多采用小尺度傳播模型。

        1.2 CrossWave射線傳播模型

        CrossWave射線傳播模型是高級(jí)的通用型傳播模型,由OrangeLabs實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā),支持從200MHz至5000MHz范圍內(nèi)的各系統(tǒng)頻段。CrossWave射線傳播模型不僅支持宏蜂窩小區(qū),同時(shí)也支持微蜂窩小區(qū)的組網(wǎng)仿真。

        CrossWave射線傳播模型從原理上來(lái)講,是用射線來(lái)代表電磁波的傳輸,在分析發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的位置信息,以及周?chē)ㄖ锃h(huán)境特點(diǎn)后,根據(jù)電磁波繞射、反射、衍射等特性,模擬出每一條射線的傳播路徑,進(jìn)而計(jì)算出每一條傳輸路徑的相位、幅度、路徑損耗等信息。它主要模擬無(wú)線電波的三種傳播現(xiàn)象,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。其他常見(jiàn)的統(tǒng)計(jì)性模型一般只考慮垂直面的衍射效果,而CrossWave射線傳播模型不僅考慮了垂直面的衍射效果,也考慮3D方向上所有的信號(hào)傳輸效果,即街道水平面的導(dǎo)向傳播。

        為更好地實(shí)現(xiàn)工程仿真需求,也可以利用工程建設(shè)地點(diǎn)的CW測(cè)量數(shù)據(jù),對(duì)CrossWave射線傳播模型進(jìn)行校正。

        2 基于CrossWave射線模型的室內(nèi)弱覆蓋仿真分析

        2.1 主要仿真參數(shù)介紹

        CrossWave射線傳播模型區(qū)別于其他統(tǒng)計(jì)性模型,它是一種確定性模型,根據(jù)其原理,地形地物特征數(shù)據(jù)(Morphologies)、平面統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(Facets)和人工建筑矢量信息(Graphs)是射線傳播模型的重要參數(shù)。

        (1)地形地物特征數(shù)據(jù)(Morphologies)。地形地物特征數(shù)據(jù)是由DigitalTerrainModel(數(shù)字地形模型,以下簡(jiǎn)稱(chēng)DTM)和ClutterClasses地圖配合生成,根據(jù)ClutterClasses地圖默認(rèn)的地物類(lèi)型與CrossWave射線傳播模型進(jìn)行匹配,對(duì)ClutterClasses地圖中的每一種地物類(lèi)型分配特定的傳播模型系數(shù),精準(zhǔn)仿真每一種地物環(huán)境的傳播特性。

        (2)平面匹配數(shù)據(jù)(Facets)。平面匹配數(shù)據(jù)同樣是由DTM和ClutterClasses地圖配合生成,主要模擬了小區(qū)覆蓋的反射情況,計(jì)算尋找所有的發(fā)射機(jī)到接收機(jī)之間的傳播路徑。一般而言,平面匹配數(shù)據(jù)多應(yīng)用于山區(qū)情況,不適用于城區(qū)內(nèi)的仿真。

        (3)人工建筑矢量信息數(shù)據(jù)(Graphs)。人工建筑矢量信息數(shù)據(jù)是有建筑物3D矢量地圖生成,主要作用是計(jì)算發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間所有可能產(chǎn)生的傳播路徑,主要模擬了城區(qū)內(nèi)的街道水平面的導(dǎo)向傳播。

        2.2 室內(nèi)弱覆蓋仿真分析方法及流程

        2.2.1室外宏站覆蓋室內(nèi)仿真

        收集分析區(qū)域內(nèi)的現(xiàn)網(wǎng)基站信息,分別整理出Site基站表和Transmitter扇區(qū)表。Site基站表中應(yīng)包含基站名稱(chēng)、經(jīng)度、緯度等信息。Transmitter扇區(qū)表中應(yīng)包含基站名稱(chēng)、扇區(qū)名稱(chēng)、掛高、方位角、機(jī)械下傾角、電子下傾角、天線類(lèi)型、激活狀態(tài)等信息,尤其是所涉及到的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)信息應(yīng)與現(xiàn)網(wǎng)保持一致。

        仿真工程所使用的3D地圖應(yīng)盡量采用精度較高的5米精度地圖,其中地圖部分應(yīng)包含建筑物矢量地圖。將現(xiàn)網(wǎng)基站信息以及3D地圖信息導(dǎo)入仿真軟件中,傳播模型選用CrossWave射線傳播模型,進(jìn)行室外覆蓋室內(nèi)仿真。本次以河南鄭州市為例,仿真效果如圖1所示。

        圖1 室內(nèi)覆蓋仿真效果

        2.2.2 現(xiàn)網(wǎng)室內(nèi)弱覆蓋分析

        根據(jù)以上仿真,即可得到分析區(qū)域內(nèi)的所有建筑物內(nèi)部的覆蓋情況。由于采用的是室外宏站覆蓋室內(nèi)的仿真方法,因此需要剔除已完成室內(nèi)分布系統(tǒng)的建筑物。

        將已完成室內(nèi)覆蓋的建筑物信息標(biāo)記在Googleearth或者其他地圖軟件中,并對(duì)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,室內(nèi)已覆蓋建筑均采用紅色標(biāo)示,具體如圖2所示。

        圖2 已完成室內(nèi)覆蓋建筑物標(biāo)記

        根據(jù)對(duì)比結(jié)果,建筑物室內(nèi)弱覆蓋且無(wú)室內(nèi)分布系統(tǒng)的情況均可識(shí)別到。將對(duì)比得到的室內(nèi)弱覆蓋建筑進(jìn)行地理化標(biāo)示,整理并輸出結(jié)果即可得到現(xiàn)網(wǎng)中室內(nèi)弱覆蓋的匯總情況。具體分析方法可以參照?qǐng)D3所示。

        圖3 室內(nèi)弱覆蓋分析方法流程

        2.3 室內(nèi)弱覆蓋仿真分析方法驗(yàn)證

        為了更好的驗(yàn)證此種分析方法的可行性,以及仿真效果和現(xiàn)網(wǎng)覆蓋狀況的吻合度,對(duì)河南省鄭州市進(jìn)行部分區(qū)域室內(nèi)覆蓋仿真,并對(duì)仿真中存在弱覆蓋且當(dāng)前無(wú)室內(nèi)覆蓋的建筑物進(jìn)行室內(nèi)路測(cè)驗(yàn)證。

        選取鄭州市某商務(wù)樓,仿真工程顯示該建筑物內(nèi)存在弱覆蓋嚴(yán)重,同時(shí)結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)情況,該建筑并未進(jìn)行室內(nèi)覆蓋建設(shè)。根據(jù)仿真工程對(duì)其3、4、6層進(jìn)行仿真數(shù)據(jù)抽取,并對(duì)這三層進(jìn)行室內(nèi)路測(cè),室內(nèi)路測(cè)與仿真對(duì)比如圖4所示。路測(cè)的RSRP值與仿真數(shù)據(jù)對(duì)比如圖5所示,兩者吻合度較高。本次仿真中采用了50%的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷指標(biāo),而實(shí)際中現(xiàn)網(wǎng)用戶(hù)數(shù)量及業(yè)務(wù)量均不高,兩者差異會(huì)相對(duì)較大,因此,本次未對(duì)比RSSINR數(shù)據(jù)指標(biāo)。

        圖4 某商務(wù)樓3、4、6層路測(cè)及仿真數(shù)據(jù)

        圖5 某商務(wù)樓3、4、6層仿真及路測(cè)數(shù)據(jù)RSRP對(duì)比

        對(duì)比仿真與路測(cè)數(shù)據(jù),就覆蓋指標(biāo)而言,基于CrossWave射線傳播模型所進(jìn)行的室內(nèi)弱覆蓋仿真與現(xiàn)網(wǎng)吻合度較高,具備快速分析現(xiàn)網(wǎng)室內(nèi)弱覆蓋的基本要求。

        3 結(jié)束語(yǔ)

        本文根據(jù)CrossWave射線傳播模型實(shí)現(xiàn)了室外覆蓋室內(nèi)的仿真,并進(jìn)行現(xiàn)網(wǎng)室內(nèi)路測(cè)驗(yàn)證,充分證明了基于CrossWave射線傳播模型可以快速實(shí)現(xiàn)室內(nèi)弱覆蓋的批量定位,不僅降低了網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化測(cè)試人員現(xiàn)場(chǎng)勘查測(cè)試時(shí)間和頻次,同時(shí)也提高了獲取室內(nèi)弱覆蓋的數(shù)量,因此基于CrossWave射線傳播模型的室內(nèi)弱覆蓋分析方法對(duì)工程開(kāi)始前期的拉網(wǎng)測(cè)試具有重要的指導(dǎo)意義,提高了網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化人員分析工程覆蓋目標(biāo)的效率。

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