（无线电物理专业论文）青岛wcdma无线传播模型参数校正.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 墨室堑 日 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：蕴导师签名期：! ! ! ! ! ! 兰 山东大学硕士学位论文 摘要 随着3 g 日渐临近，国内各主要运营商都已经开始3 g 网络的准备工作，包括 基站位置选择、3 g 网络建设规模的估算等。过去我们g s m 网络建设是先进行网 络建设，然后再调整网络结构。由于在前期建设时对网络覆盖的估计不准确造成 了后期调整工作量大，调整困难。在3 g 网络建设来临前，运营商对网络的规划 尤其重视，特别是使用专用软件模拟覆盖，可以很好的掌握3 g 网络建设完成后 网络的各种性能指标。为了更好的更准确的利用软件模拟，就必须把专业模拟软 件中的通用传播模型校正，也就要把通用的传播模型参数本地化，模拟软件只有 使用经过校正的传播模型参数对当地的覆盖预测才能比较准确。本文主要讨论 w c d m a 传播模型参数校正的内容。 传播模型是指使用一组参数和公式来表示某一个频段的无线电波在某个特定 的地理环境中的传播情况。传播模型一般分为经验值模型和城市模型( 计算模 型) 。两者的区别在于：经验值模型简单说它的特点就是大量统计数据和实际测 试结果基础上的平均值，它只是在一定程度上符合信号衰减的真实情况，而城市 模型是根据信号的传播途径逐点计算出信号的衰减情况，它和真实值的符合程度 一般要高一些【1 】。无线传播模型参数校正是指针对某个规划区域中不同的地理环 境进行大量的无线频率测试，而后将测试结果在特定的工具中经过仔细的分析和 校正后，最终得出优化后的、适合当地使用的传播模型参数。 本文主要阐述了无线网络规划的方法，详细分析和解释了两种传播模型的特 点和使用情况，给出了传播模型的校正方法和流程，并通过专用的测试仪器对青 岛市进行了现场测试，提出了对测试数据过滤修正的方法和技巧，通过专用软件 对测试数据进行分析和计算，最后得到了适合青岛实际情况的无线传播模型校正 参数，并且利用w c d m a 规划软件模拟了青岛的3 g 网络规划，实测结果和软件 模拟结果吻合程度很高，这证明了传播模型校正的重要作用。 关键词：传播模型、传播校正、经验值模型、城市模型、9 9 9 9 模型、c w 测 试法 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t n o w3 gi sc o m i n g i nc h i n at h em a j o ro p e r a t o rh a dp r e p a r e df o ri t t h e yh a dd o s o m e w o r kl i k es i t es u r v e y ，s o f t w a r es i m u l a t i o na n ds oo n w h e nw ed og s mp r o j e c t f o rt h ef i r s tt i m e s t h e r es o m ee x p e r i e n c es u c ha sw e o n l yc o n s i d e rt h es t r u c t u r ef o rn o t i o n g e rj u s td oa c c o r d i n gt oi t sp r e s e n tc o n d i t i o n ，s ow eh a dt om o d i f yt h es i t el o c a t i o n a n do t h e rt i n g sf o rm a n yt i m e s i tc o s tm a n ym a nh o u r sa n dm o n e y h o w e v e rw ew i l ld o 3 gn e t w o r kd e s i g n ，a n dw es h o u l dh a dg o o dp l a nf o r3 gl o n gt i m ed e v e l o p m e n t ，i n o r d e rt og e ts o m ei n f o r m a t i o ni f3 gs i t ei sb u i l d i n ga c c o r d i n gt og s ml o c a t i o n ，w eh a d t 0d os i m u l a t i o nw i t hp r o f e s s i o n a ls o f t w a r e ，i fw ew a n tt h em o r ea c c u r a t eo u t p u lw e s h o u l dd om o d e lt u n i n gf i r s tb e f o r ew eu s et h es o f t w a r el i k et c p ud os i m u l a t i o n l i k e t h em o d e lu s e db yt h ep r o f e s s i o n a ls o f t w a r el i k et c p u f o rt h em o d e lp a r a m e t e rd e f a u l t v a l u ei ss a m e i f w ew a n tt h el o c a lo u t p u tf o r mt h et c p u w es h o u l dd om o d e lt u n i n ga t t h el o c a lw h e r ew a n tu s ei t o n l ya f t e rm o l et u n i n gt h et c p uc a ng e n e r a t et h er e l i a b l e o u t p u t 1 1 1 em o d e lt u n i n gm e t h o di ss a m e n o ww eo n l yt a l ka b o u t w c d m am o d e l t u n i n g i s s u e w h a ti sm o d e l ，t h em o d e li ss o m ee q u a t i o na n ds o m ep a r a m e t e ra n dm i x e dt o g e t h e r a n ds h o wt h es p e c i a lr a d i oc o n d i t i o n a n dt h em o d e li s a l w a y sd i v i d e di n t ot w o d i f f e r e n tm o d e l s ，o n ei se x p e r i e n c em o d e l ，t h eo t h e ri su r b a nm o d e l t h ed i f f e r e n c e b e t w e e nt h i st w om o d e li st h ef i r s tm o d e li sa v e r a g ev a l u eo f m a n ys t a ta n dm a n yd r i v e r t e s t ，t h eo t h e ri sc a l c u l a t i o ns i g n a ls t r e n g t ho fp o i n tt op o i n t m o d e lt u n i n gi s u s e p r o f e s s i o n a lt o o l sa n ds o f t w a r ec o r r e c tt h em o d e lp a r a m e t e rt om o r ea c c o r d a n c et ot h e l o c a le n v i r o n m e n t a tt h ea r t i c l ew em a j o ri n t r o d u c et h et w od i f f e r e n tm o d e l sa n dt h er n dm e t h o d ， a n dw ea n a l y s i st h eu r b a nm o d e la n de x p e r i e n c em o d e l ，f o rt e p ui tu s e9 9 9 9f o ri t s e x p e r i e n c em o d e l ，a n dt h e9 9 9 9i sag o o dm o d e lf o ri th a dt h o u g h tm a n yf a c t o ri n c l u d e t h eh a t am o d e l w ep r o v i d et h ep r o c e d u r eo fc wd r i v e rt e s t a n du s et h et m ra s r e c e i v e rw ec o l l e c tm a n yd a t a , a f t e rf i l t e rs o m ep r o b l e md a t a , a n dc o r r e c ts o m ew r o n g d a t a ，w ed om o d e lt u n i n gb yt c p u ，a n dt h eo m c o m ei sr e l i a b l e , w eu s ei tf o rq i n g d a o3 1 3 r n d s i m u l a t i o n ，a n ds i m u l a t i o nr e s u l ti sv e r ya c c o r d a n tw i t ht h er e a ls i t ec o v e r a g e t h a ts h o u l dt h a n k st ot h em o d e lt u n i n g k e y w o r d s ：m o d e l 9 9 9 9m o d e l u r b a nm o d e l ，m o d e lt u n i n g c wd r i v e rt e s t 2 山东大学硕士学位论文 1 i 无线网络规划方法 第一章绪论 无线网络规划对于运营商网络建设具有很强的指导性意义。符合实际情况的 规划能成功地在网络覆盖、容量、质量及建网成本间取得良好的平衡，辅助运营 商在网络建设和升级扩容的各阶段采取最佳的实施方案，实现其建网效益的最大 化。现在无线网络规划的步骤已经很完整了，一般的移动网络建设按照如下六个 步骤进行： 臻蔫嘲 服务逵率蜃务种类 嬲锚器量，锄媾i 务臻萋 髑络攒诲成本 ； 谖务模型 |l l1j l i 珲貉爨 l1 个性设撇 ilm o n t ec a i i o 惦真 。1 暴雨费# 旗? 镦蒜预薜i 戤可雠? o k u m x m a - l l a t a 模型 透增设计数 图1 无线网络设计流程图 首先是提出设计要求，比如覆盖率要求、服务水平要求、网络容量要求、投 资计划等方面。 其次根据提出的要求，对模拟软件的传播模型参数进行校正，目的就是使软 件模拟更加真实可靠，更加具有实际指导意义。 再次进行软件模拟，利用已经校正后可以使用的模型进行软件模拟，包括无 线链路计算、软件中的其它系统参数设计等。 3 震 霉孽整的圣投 靠f 毪 可地工 更饭飘 |，uj ，1 f 山东大学硕士学位论文 然后用软件模拟计算出理想的基站位置和其它相关信息，结合地图到现实中 寻找和理想位置附近的站点进行基站建设。 接着进行详细无线规划设计，包括各种服务水平的蒙特卡罗仿真、系统的载 干比情况、软切换情况、以及语音业务和数据业务的各种关键性指标( 接通率、 覆盖率等) 。 最后基站建设完成以后，要进行现场的实际测量以检验设计方案和实际情况 的差异，找出误差原因，下次设计改进因素，新一期的工程建设工作再从第一步 开始，按照以上流程进行新的工程建设。 1 2 传播模型简介 传播模型是指使用一组参数和公式来表示某一个频段的无线电波在某个特定 的地理环境中的传播情况，是移动通信网小区规划的基础，传播模型的准确与否 关系到小区规划是否合理，运营商是否以比较经济合理的投资满足了用户的需 求。传播环境对无线传播模型的建立起关键作用，确定某一特定地区的传播环境 的主要因素有： 自然地形( 高山、丘陵、平原、水域等) 人工建筑的数量、高度、分布和材料特性 该地区的植被特征 天气状况 自然和人为的电磁噪声状况 另外，无线传播模型还受到系统工作频率和移动台运动因素的影响。在相同 地区，工作频率不同，接收信号衰落各异；静止的移动台与高速运动的移动台的 传播环境也大不相同 一般无线传播模型分为经验值模型和城市模型( 理论计算模型) ，简单说经 验值模型的特点就是大量统计数据和实际测试结果基础上的平均值，它只是在一 定程度上符合信号衰减的真实情况。而城市模型是根据信号的传播途径逐点计算 出信号的衰减情况，它和真实值的符合程度一般要高一些。 4 山东大学硕士学位论文 无线传播模型参数校正是指针对某个规划区域中不同的地理环境进行大量的 无线频率测试，而后将测试结果在特定的工具中经过仔细的分析和校正后，最终 得出优化后的适合当地使用的传播模型参数。在进行无线网络设计时，为了尽可 能地将误差减少，提高设计方案中无线覆盖预测和频率干扰预测的精度，需要在 设计时对采用的传播模型进行参数修正，使设计过程中使用的网络传播模型尽可 能地与实际环境相贴切。 专业模拟软件是专门用于对网络覆盖和其它业务进行模拟的专业软件，一般 的模拟软件都是由软件算法和传播模型两部分组成，现在经常使用的专业模拟软 件很多，比如t c p u ( t e m s c e l lp l a n n e ru n i v e r s a l1 是爱立信针对g s m 和w c d m a 专门开发的用于覆盖预测和业务仿真的专业软件，另外m c o n i 公司的产品 p l a t e v 也用来做3 g 软件模拟“。 1 3 传播模型参数校正的重要作用 由于我国幅员辽阔，各省、市的无线传播环境千差万别。例如，处于丘陵地 区的城市与处于平原地区的城市相比，其传播环境有很大不同，两者的传播模型 也会存在较大差异。因此如果仅仅根据经验而无视各地不同地形、地貌、建筑 物、植被等参数的影响，必然会导致所建成的网络或者存在覆盖、质量问题，或 者所建基站过于密集，造成资源浪费。随着我国移动通信网络的飞速发展，各运 营商越来越重视传播模型与本地区环境相匹配的问题。w c d m a 系统是白干扰系 统，所有基站发射相同的频率，通过码字来区分用户，相对于g s m 系统它对网 络规划的要求更加精细和准确、w c d m a 在网络建设初期要求基站布局合理、天 线高度适当，因此w c d m a 网络的建设需要有效的软件模拟仿真，而且对软件的 仿真与实际相吻合的要求也更高。仿真软件和真实的符合程度在一定意义上就是 传播模型和实际情况的符合程度，因为伴随着电子地图给出的各种无线电波穿透 损耗值只是一种通常情况下的统计结果，它和使用者当地的实际情况并不完全相 同，必须通过系统的方法把电子地图中提供的各种损耗值在当地校正后才能使 用。如果不经过校正就直接使用默认值，可能造成仿真结果和实际情况相差甚 远，软件对实际建设的指导变得偏离，达不到网络设计者的要求。只有经过模型 5 山东大学硕士学位论文 校正后仿真软件才能计算出符合当天实际情况的计算结果。通过仿真，我们可获 得所规划网络的部分重要性能参数，如导频覆盖、最佳小区、系统负载、切换区 域等，对实际组网有重要的指导和借鉴作用。通过仿真我们可以指导实际的基站 位置选择并且对网络的覆盖情况有很好的掌握。 1 4 论文主要内容 本文的主要内容是介绍了无线网络规划的方法，以及传播模型在无线网络规 划中的重要作用，系统的讲述了传播模型校正的方法、技巧及后处理工具等，并 使用t c p u ( t e m sc e l lp l a nu n i v e r s a l ) 仿真软件进行传播校正和无线网络设计仿 真。在对青岛市做无线传播模型校正工作时，通过周密的勘察与详尽的讨论，最 终确定了9 个具有代表性的测试站点，制定合理的测试路线，收集和处理了大量 的路测数据，总的测试路线达5 9 0 公里，对所有的数据进行分析并最终校正了城 市传播模型参数与9 9 9 9 传播模型参数。 第一章主要是介绍了无线网络设计方法和传播模型的基本概念，第二章讲述 了常用的两种传播模型的特点和差异，第三章系统的讲解了传播模型校正的测试 方法和测试流程，第四章介绍了测试结果的后处理问题和误差修正，第五章介绍 了青岛地区的传播模型的参数校正结果，第六章是对传播模型矫正的总结和校正 后软件仿真结果对比。 6 山东大学硕士学位论文 前言 第二章无线传播模型介绍 本章主要讨论了两种常用无线传播模型：经验值模型和城市模型，并且对爱 立信公司的9 9 9 9 模型的详细考虑因素给出了细致分析，通过对比两种模型的原 理和方法，对两种模型的理论基础有了深入了解。 2 1 经验值模型 传播模型一般分为经验值模型和城市模型，首先介绍经验值模型。经验值模 型是在大量的测试数据和经验公式的基础上一种实测统计方法，比较有代表的是 o k m u r a 模型、o k m u r a h a m 、c o s t 2 3 1 模型等，经验值模型是以准平坦地形大城 市市区的中值场强或路径损耗作为参考，对其他传播环境和地形条件等因素分别 以校正因子的形式进行修正。不同地形上的基本传输损耗按下列公式分别预测： l ( 市区) = 6 9 5 5 + 2 6 1 6 1 9 f 一1 3 8 2 l g h i + ( 4 4 9 6 6 5 1 9 h 1 ) l g d a ( h 2 ) 一s ( a ) ( 2 一1 ) l ( 郊区) = “1 5 + 2 6 1 6 1 9 f 一2 j i g ( f 2 8 ) 2 - 1 3 8 2 1 9 h l + ( 4 4 9 - 6 5 5 1 9 h i ) l g d - a ( h z ) ( 2 2 ) l ( 乡村公路) = “1 5 + 2 6 1 6 i g f - 2 1 9 ( f 2 8 ) 2 2 3 9 ( i g f ) 2 一1 3 8 2 l g h l + ( 2 - 3 ) ( 4 4 9 - 6 5 5 1 9 h o l g d a ( h ：) l ( 开阔区) = 2 8 6 1 + 4 4 4 9 1 9 f 一4 8 7 ( 1 9 f ) 2 1 3 8 2 1 9 h i + ( 4 4 9 6 5 5 1 9 h 1 ) l g d a ( h 2 ) ( 2 - 4 ) l ( 林区) = 6 9 5 5 + 2 6 1 6 1 9 f 一1 3 8 2 1 9 h l + ( 4 4 9 6 5 5 l g h 0 i g d a ( h 2 ) ( 2 - 5 ) 其中： f _ 一工作频率，m h z h l 基站天线高度，m 1 1 2 一移动台天线高度，m d 一一到基站的距离，k m a ( 1 1 2 ) 一移动台天线高度增益因子，d b 7 山东大学硕士学位论文 a ( h 2 ) = ( 1 1l g f - o 7 ) 1 1 2 - 1 5 6 1 9 f + 0 8 ( 9 ，小城市) ：3 2 1 9 ( 11 7 5 h 2 ) 2 - 4 9 7 ( 大城市) s ( a ) 一市区建筑物密度修正因子，d b ； s ( a 户3 0 2 5 1 9 a ( 5 a 5 0 ) - - 2 0 + 0 1 9 1 9 a - 1 5 6 ( 1 9 a ) z ( 1 c l u t t e r 4 ，而经验值模型则只考虑c l u t t e r 4 的信息。 ( 2 ) 递归模型算法( r e c u r s i v em o d e l ) ，也叫微蜂窝模型( m i c r oc e l l m o d e l ) 图2 一l o 递归模型算法 主要考虑无线信号在城区环境中沿街道传播的分量的传播情况。利用递归算 法累积各段折射路径的损耗，模拟真实的路径损耗。 但该算法对数字地图精度要求较高，需要建筑物信息为r a s t e r 格式的高精度 地图，一般采用l 米一l o 米精度的地图。 图2 1 l 城市模型算法图 最后，由城市模型得到的室外路径损耗值就可以取分别由两种算法得到的路 径损耗值中的最小值。 半屏模型的输入条件 1 6 山东大学硕士学位论文 l a n du a s em 是n b # 删m gd 8 - 躺，h mfg t m p l r o f t l e p i 也b 辅 图2 1 2 半屏模型输入条件图 基站天线高度( h b ) ，手机的高度( h m ) ，使用频率( f ) ，天线的增益( g ) ，地物 数据( l a n du s a g e ) ，如果想增加计算的精确度，需要有建筑物( b u i l d i n g ) 的信 息，如果没有建筑物的信息，也可以利用地物和地形( t e r r a i np r o f i l e ) 特征来 计算。 递归微蜂窝模型的输入条件 溶 黝f g b u l l d 皿z 出t a v e c 静ld a ：a p a p a l o i s 图2 一1 3 递归微蜂窝模型输入条件 基站天线高度( h b ) ，手机高度( h m ) ，使用频率( f ) ，天线增益( g a ) ，建筑物信 息( b u il d i n gd a t a ) 和地形( v e c t o r ) 信息。 同时，为了更好的预测建筑物损耗，城市模型还加入了可调整的建筑物损耗 参数。但和递归模型一样，也需要建筑物信息为r a s t e r 格式的高精度地图，一般 为l 米一1 0 米精度的地图。 2 3 1 城市模型软件界面介绍 ( 1 ) 模型名称等通常参数的定义 1 7 山东大学硕士学位论文 图2 一1 4 城市模型的定义( 一) 通常界面主要是定义w c d m a 使用的频率段是2 1 2 0 m h z ，地图的精度等信息 ( 2 ) 模型主要参数的定义 图2 1 5 城市模型定义( 二) 1 8 山东大学硕士学位论文 城市模型关于路径损耗部分主要是街道的有效宽度。 ( 3 ) c l u t t e ro f f s e t 和c l u t t e rh e i g h t 参数的定义 图2 一1 6 城市模型定义( 三) 城市模型关于c l u t t e rh e i g h t 使用的是默认值，需要用模型校正的方法校正后 符合当地实际情况。 小结 通过本章的讨论，我们对两种常用无线传播模型有了深入的认识，同时对爱 立信公司的9 9 9 9 模型和城市模型的算法有深入理解。9 9 9 9 模型不但考虑了奥村 模型和哈塔模型的因子，而且把刀缝效应、地球曲率、修正后的手机高度都做了 合理修正，使模型更加符合实际，同时9 9 9 9 模型和城市模型对模拟软件中的参 数设置给出了具体的设置结果，使我们在测试工作开始前就有了理论基础。 1 9 山东大学硕士学位论文 刖置 第三章传播模型测试方法和测试系统 本章主要讲述了测试系统的组成部分、测试流程和测试前的准备工作。具体 为根据测试要求选择合理的测试地点，按照测试要求规划测试路线，以及如何利 用专用设备收集采样数据等主要工作内容。 3 1 传播模型校正测试介绍 传播模型校正工作是一项细致而专业的工作，通过专用的c w 波发射器发射 特定频率电磁波，利用接收器接收，而且对采样速率有一定要求，下图是传播模 型校正工作的流程图： 1 前期准备 传播模型因子校正流程图 前期嚏备：浏菌蒯揪 澳憾地直，测础酪线- 电子地图 i 魂删：使用测越， 接归删嗣珞线 全面鳓式，收集数据 i 熬嬲：根借霉际隙兄删除 和峰正惜i 嬲 i 橇壁园子控正：修正启的哪菹 数据输 羽暾件进行园子怔 技正结杲分析：列嵇：后的园 子进骨笥野生壹髟蜥 每慌：技正届捌劈蝤- 专硎 软件中进行系兢仿真 图3 1 传播模型校正流程图 山东大学硕士学位论文 包括数字地图准备、规划软件安装和调试、测试点的选择、测试路径的选 择； 2 无线测试 对选定的8 个典型的测试点分别进行大量的测试和数据采集； 3 数据处理 测试结束后对测试数据进行收集和整理； 4 模型校正 利用爱立信u r b a nm o d e l 模型和9 9 9 9 模型进行了模型参数校正，给出了适合 青岛市实际情况的无线传播模型； 5 校正结果分析 把经过校正后的传播模型因子和其它一般情况对比研究，检查校正结果的合 理性和可靠性。 6 专业仿真 如果经过校正后的传播模型是可靠的和合理的，用专业仿真软件进行各种业 务的仿真预测，通过预测结果和设计结果比较来检查是否满足设计需求。另外通 过软件仿真在地图上找到合适的站点位置，结合实际情况进行基站位置勘察，减 少基站寻址时的盲目性。 3 2 传播模型测试地点青岛市概况 青岛市地处山东半岛东南部，位于东经1 1 9 。3 0 1 2 1 。0 0 ，北纬 3 5 0 3 5 t 0 7 0 0 9 。东、南濒临黄海，东北与烟台市毗邻，西与潍坊市相连，西南与 日照市接壤。全市总面积1 0 6 5 4 平方公里，其中市区( 含市南、市北、四方、李 沧、崂山，城阳、黄岛七区) 1 1 0 2 平方公里，所辖胶州、胶南、即墨、平度、莱 西五市9 5 5 2 平方公里。青岛市区倚山傍海，道路回旋，地形起伏，地面高度约 在o - 1 5 0 米范围内变化。市区内分布有多处绝对海拔高度为2 0 0 3 6 0 米的山峰及 高地，建筑形式多样，并且除东部新区外，建筑物密度较大，是典型的城市地理 环境。 2 1 山东大学硕士学位论文 测试要基本覆盖市南、市北、李沧区的主要平坦市区，主要地貌类型比例较 大的依次为d e n s eb l o c k b u i l d ；d e n s e u r b a n ；m e a n u r b a n ；i n d u s t r i a l ；r e s i d e n t i a li d c n s e u r b a n h i g h 。其中，基本只有八大关风景区归类为r e s i d e n t i a l 类别， d e n s e u r b a n h i g h 则分布在东部市政府香港路东海路之间的长条地带。 图j 一2 模型优化测试点分布 3 3 传播模型测试的其它要求 测试的目的是在了解发射站的正确位置及其发射功率的状态下测量在站点附 近不同位置接收到的信号强度。在选择测试站点及测试路线的时候都有各种的考 虑，而根据数字地图对土地植被( c l u t t e rt y p e ) 的定义，测试方法是希望尽量能够 反映当测量点落在每一种植被的时候它的信号强度是受到多大程度的影响。故此 数字地图对该地区植被类型定义的准确性、发射站及测量点于地图上的正确位置 及每一个影响发射功率的部件都必须得到充分的掌握。 山东大学硕士学位论文 3 4 测试系统介绍 当使用试验测量设备时，用带天线的便携式测试发射机( t t m ) 可产生 c w ( c o n t i n u o u sw a v e ) r f 信号。然后通过一台试验测量接收机( t m r ) 测量信号 强度。在t m r 中还包含一台g p s 接收机。在网络尚未建成和投运时，采用这种 方法是很有必要的嗍。 对于测量数据和传播模型优化的后续处理，可以用t e m sc e l lp l a n n e r u n i v e r s a l 来实现。该软件需要一种至少带有高度数据、地形数据和矢量数据的数 字地图。使用该软件，可以在数字地图上定位站点，也可以对各个站点的覆盖进 行预测。 图3 3 测试系统结构示意图 测试系统主要由发射器t r m 发射c w 波，经过馈线和天线放大后的无线波被 接收设备t m r 收到，接收设备配合g p s 可以测出每个测量点的信号强度，根据 李氏定理设置接收信号的步长，最后利用软件计算出测试值和真实值的差，从而 确定接收机经过c l u t t e r 的损耗值和城市模型的h e i g h t 等参数。 发射机系统 山东大学硕士学位论文 图3 4 发射系统( t t m ) 主设备：发射机 测试发射机( t t m ) 具有结构坚固、设计简洁、携带方便、能在测试站提供 r f 功率的特点。根据所选系统，r f 输出功率可设置在o 5 w - - 1 5 w 范围内。 1 v i m 的电源由l1 0 - - 2 4 0 v 交流电或者1 2 v 直流车用蓄电池提供。位于发射机正 面的指轮开关可设置发射信道数。内置的定向功率计表盘可显示发射机的正向功 率和反射功率。r f 信号可以是未经调制的连续波c w ，或者是经4 0 0 、1 0 0 0 或 2 5 0 0 h z 正弦波调制的窄带f m 。计时器的旋钮能在事先预置的时间自动开关 t t m 。发射机可以放置在室内和室外，并且配备了防水保护。 除了t t m 主设备外，整个发射系统还包括天线、馈线、功率计和电缆扩展。 图3 5 发射系统图示 2 4 山东大学硕士学位论文 接收机系统 图3 6 接收系统( t m r ) 主设备：接收机 t m r 的主设备拥有可用于插接电路模块( 如接收机模块和g p s 接收机模块 等) 的空间。主设备放置在一个坚固的金属仪器外壳内，并带有可调整的移动把 手。主设备包含电源模块，可由a c 线路或d c 车用蓄电池供电。它同样包含了 若干接口，以利于便携式电脑对接收机模块的控制和里程传感器的输入。 接收机模块是一个装配在t m r 主设备上的插入式部件。它被用于信号强度测 量，另外对于不同的移动通信系统，还有相应的不同的接收模块，可以在t m r 主设备中进行调换。在系统启动时接收机模块可自我识别，同时t m r 软件可自 动更新频率选择表等等，以此来反映所选择的系统。接收机能够在一次测量中扫 描2 7 条信道。 除了t m r 主设备以外，整个接收机系统还包括天线、回转仪部件、笔记本电 脑、里程表和g p s 接收机。 w c d m a 的接收机( r x 部件) 是适用于t m r 主设备的一个插入式单元。它 被设计用来测量u m t s 蜂窝系统的信号强度的。 图3 7 接收机( r x 部件) 接收机的频率范围是2 l1 0 - 2 1 7 0m h z ，步长是2 0 0k h z 。 电平精度为蛇d b 。 山东大学硕士学位论文 图3 8 接收系统图示 接收系统主要是通过g p s 接收机接收信号的经纬度，通过笔记本电脑连接的 车载t m r 设备接收信号强度，而步进的时间长度可以由步进仪来确定( 测试前 需要先确定步进仪大约每米的采样频率) 。 3 5 测试流程 3 5 1 测试站点的选择 由于测试数据将被视为某频段无线电波在特定地理情况下传播的真实反映， 并作为无线传播模型优化工作的参考标准，调整无线传播模型使预测结果与其尽 量接近，所以测试点和测试路线的选择至关重要。 选择测试点的主要原则是测试点的高度、周围地理情况能够代表网络建设的 实际情况和该地区主要地形，尽量避免选择情况过于特殊的测试站点。 在选择测试点时，需要注意以下事项： 1 一般在3 g 网络规划中建议宏蜂窝基站的天线挂高在2 5 5 5 米的范围内， 所以测试站点高度也应尽量选择在该范围之内； 2 针对实际地理情况划分测试区域，并选取相应的测试站点： 3 所选站点一般要求在3 0 0 米内没有明显的障碍物阻挡； 2 6 山东大学硕士学位论文 4 测试站点要方便架设发射机和天线； 5 所选测试站点必须有供电条件； 6 所选测试站点的业主同意进行测试( 同意放置发射机并提供电源) 。 7 所选测试站点周围的道路便于车载测试收集数据0 1 。 3 5 2 本次项目测试站点 根据青岛的地形特点，一共选出l o 个典型的测试点进行测试，站点资料如下 表所示： ? 馘毯二i东经 北纬天线高度” 。， 华阳路 1 2 0 3 3 5 83 6 ，0 8 5 13 1 8 今日地产1 2 0 3 7 183 6 0 7 0 1 83 2 6 南洋制衣( 洛阳路)1 2 03 8 3 6 1 4 1 4 22 72 颜凌宾馆 1 2 02 9 9 63 6 0 6 15 53 2 6 碧波湾1 2 0 3 5 9 43 6 0 5 5 0 52 28 5 福州路 1 2 03 9 33 60 7 2 4 2 2 9 3 第七医院 1 2 03 8 0 63 6 1 0 2 5 52 4 8 亚麦1 2 0 4 3 8 13 60 7 5 5 22 9 即墨外贸1 2 0 4 3 8 3 3 6 3 9 8 183 7 1 即墨外贸西 1 2 0 4 3 7 93 63 9 8 1 83 8 6 表3 1 测试站点资料 经过站址选择和分析最后确定了1 0 个测试站点( 由于外界条件的限制，最后 2 个站点未做现场测试) ，这些站点满足测试要求的无线环境和c l u t t e r 覆盖要 求。 3 5 3 测试使用天线 基本上任何拥有天线波瓣文件( p a t t e r nf i l e ) 可供于t c p u 平台模拟的天线型号 都可以用于传播模型优化。但一般都会偏向采用全向天线作为发射天线。这是由 于带方向性的天线一般其背向天线波都是不确定或容易受外物影响( 例如大厦建 筑或天线架设于上的金属柱) 。因为这些不确定的r f 多经传播，t c p u 一般对方 向性天线背面方向的预测都会比较悲观。 以下是本项目应用的全向天线的资料及其天线波瓣图“”： 山东大学硕士学位论文 频谱范围 2 1 1 0 0 0 2 1 7 0 0 0 删z 天线增益8d b i 天线种类全向天线 p o l a r i z a t i o n 垂直 m a x v s w r1 5d b 垂直3 d b 角度 1 1 0 天线下调角度 o o 表3 - 2 全向天线数据 图3 9 天线垂直波瓣图 上图是测试使用的全向天线的基础信息，把天线信息输入到t c p u 校正软件 中，利用t c p u 软件的模拟功能计算出使用这种类型的天线预测的信号强度值， 要求天线信息一定要准确。 山东大学硕士学位论文 3 5 4 测试频点 此项无线传播模型优化项目是为未来的w c d m a 的初始无线网络规划设计作 准备，故此所选用频点是u m t s 网络可用的频点。 为了确保在测试中数据的可信性，测试频点必须没有受到外来信号的干扰。 2 1 4 0 0 0 0 m h z ( u r f a n1 0 7 0 0 ) 是被所有测试点所应用的测试频点。 3 5 5 测试路线的选择 3 5 5 1 测试路线的选择方法 选择测试路线的主要原则是获取充足的采样点，尽量保证从统计意义上反映 各种测试地形的真实情况。 在选择测试路线时，应注意以下事项： 1 所选路线应当尽量穿过重点测量的地形( c l u t t e r ) ； 注：这一点在调整9 9 9 9 等基于o k u m u r a - h a t a 模型的宏蜂窝无线传播模型非 常重要。 2 测试路线应当便于车载测试收集数据； 3 尽量保证测试路线不要重复； 4 采用时间采样方法时还需要保证相应的车速；( 如果采用t t m t m r 等支 持距离采样的设备，则一般受车速限制较小) 5 尽量避免选择开阔的快速公路和大街； 3 5 5 - 2 本次项目测试路线 本项目测试的站点总共有8 个。图3 1 0 至图3 一1 7 分别为所有站点的路测线 路图。 山东大学硕士学位论文 图3 1 0 ( 洛阳路) 测试点路测线路图 图中的绿色线路是洛阳路测试点实际测试线路。 山东大学硕士学位论文 3 1 图3 1 1 ( 金日地产) 测试点路测线路图 图中的绿色线路是今日地产测试点实际测试线路。 山东大学硕士学位论文 图3 1 2 ( 华阳路) 测试点路测线路图 圈种的绿色线路是华阳路测试点实际测试线路。 山东大学硕士学位论文 站。 图3 一1 3 ( 福州路) 测试点路测线路图 图中的绿色线路是福州路测试点实际测试线路，图中的g 0 2 0 3 2 是福州路基 山东大学硕士学位论文 图3 1 4 ( 第七医院) 测试点路测线路图 图中的绿色线路是第七医院测试点实际测试线路 山东大学硕士学位论文 图3 一1 5 ( 碧波湾) 测试点路测线路图 图中的绿色线路是碧波湾测试点实际测试线路 山东大学硕士学位论文 图3 1 6 ( 亚麦花园) 测试点路测线路图 图中的绿色线路是亚麦花园测试点实际测试线路。 山东大学硕士学位论文 图3 1 7 ( 颜凌宾馆) 测试点路测线路图 图中的绿色线路是颜凌宾馆测试点实际测试线路。 3 5 6 采样速率的设置 在c w ( c o n t i n u o u sw a v e ) 波测试信号时，有两种测试数据收集方法。一种是 以时间为单位采样，另一种是以距离为单位采样。由于以时间为单位采样无法控 制采样点分布密度，因此我们选用了以距离作为采样的方法。当以距离为采样 时，t m r 会根据预设好的路测车辆行走距离搜集一定数量的测量数据，再从这些 数据计算其平均值以得到“本地平均信号强度”。 无线信号在传播时会受到多种途径衰减的影响，表示为： p ( d ) = d n s ( d ) r ( d ) ( 3 一1 ) 山东大学硕士学位论文 其中，p ( d ) 为接收信号功率，是基站和移动台之间距离的函数；“为空间传 播损耗，n 一般为3 4 ；s ( d ) 为阴影衰落，是由传播环境中的地形起伏、建筑物及 其它障碍物对电波遮蔽所引起的衰落，也称长期衰落或慢衰落；r ( d ) 为多径衰 落，是由移动传播环境的多径传播引起的衰落，也称短期衰落或快衰落。 慢衰落特性符合正态分布，而快衰落符合瑞利分布。快衰落是叠加在慢衰落 上的信号的快速抖动。由于移动台的天线高度低于周围建筑物的高度，并且载波 波长远小于建筑物尺寸，因此在移动台侧，在半个波长的距离上信号变化动态范 围可达4 0 r i b ( 高于平均值1 0 d b ，低于平均值3 0 d b ) 。 对于移动通信系统，式( 3 1 ) 的分析不太方便，为了可以利用随机过程的理 论分析移动通信的传播，可把( 3 1 ) 表示为： r ( x ) = ( x ) r 。( x ) ( 3 2 ) 其中：x 为距离，“x ) 为接收信号，r 0 ( x ) 为瑞利衰落，m ( x ) 为本地均值，也 就是长期衰落和空间传播损耗的合成，可以表示为： ，x + l m ( x ) = 寺fr(y)d，(3-3) x l 其中2 l 为平均采样区间长度，也叫本征长度。 因为地形地物在一段时间内基本固定，所以对于某一确定的基站，在某一确 定地点的本地均值是确定的。该本地均值就是c w 测试期望测得的数据，它也是 与传播模型预钡4 值最逼近的值。 c w 测试就是尽可能获取在某一地区各点地理位置的本地均值，即“x ) 与 m ( x ) 之差尽可能小，因此要获取本地均值必须去除瑞利衰落的影响。对于一组测 量信号数据“x ) 平均时，若本征长度2 l 太短，则仍有瑞利衰落影响存在；若2 l 太长，则会把正态衰落也平均掉。因此在c w 测试中确定2 l 关系到能否使所测 数据与实际本地均值的逼近程度，以及根据c w 测试校正的传播模型预测的准确 程度。著名通信专家李建业证明，对于g s m 系统，在本征长度为4 0 个波长，采 样5 0 个样点时，可使测试数据与实际本地均值之差小于l d b