（通信与信息系统专业论文）无线网络规划中的传播模型校正技术及其应用.pdf

独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所 知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。 申请学位论文与资料若有不实之处， 本人签名：二垂鱼一 本人承担一切相关责任。 日期：冱! ! ：! ：! 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：主：塑日期：凌! ! ! ! ：! 导师签名：伍牮 日期：进堕! ! ， 盆 户 社；。 无线嘲络规划中的传播模型校f 技术及其应用 无线网络规划中的传播模型校正技术及其应用 摘要 本文的研究背景是无线网络规划和优化中使用到的传播模型校 正技术，研究目的是实现传播模型校正算法，意义在于体现传播模型 以及其校正算法在无线网络规划和优化过程中的重要作用，并基于对 结果的分析指导工程实践。 论文中首先介绍无线网络规划与优化的基本知识，主要包括其重 要性、原则与目标、基本流程和内容，以及所使用的关键技术等。通 过预测路径损耗引出传播模型的相关概念及其分类，并介绍了几种经 典的经验模型和半经验模型。然后，针对经验模型和半经验模型的局 限性，提出了传播模型校正的概念，并简要介绍了经典的校正算法和 实现流程。 主要的研究方法是通过编程实现传播模型校正算法，并结合实现 的算法计算出的结果进行研究和分析，主要包括整个校正算法流程的 实现、结果的输出、校正效果的评价、算法效率的分析等。根据研究 和分析的结果，提出对s p m 模型校正的指导意见。 在这其中，算法的实现并没有按照经典的算法实现，而是根据手 中的数据和资料，进行了可行性研究，最终选择了一种相对简单，但 并不影响结果分析的算法；数据筛选部分体现了普遍对于特殊的区别 对待；地理化显示模块充分考虑了用户体验，完全符合现代编程的要 求和趋势。 关键词：无线网络规划传播模型传播模型校正最小二乘法 c 挣s p m 北京1 1 5 1 人学顾i j 研究生论文 无线网络规划中的传播模型校萨技术及j ej 避用 ， b 卢、 rj a b s t r a c t t h er e s e a r c h b a c k g r o u n do ft h i s a r t i c l ei st h e t e c h n o l o g yo f p r o p a g a t i o nm o d e lc a l i b r a t i o nu s e di nt h ew i r e l e s sn e t w o r kp l a n n i n ga n d o p t i m i z a t i o n ，a i m i n gt o a c h i e v et h e p r o p a g a t i o nm o d e lc a l i b r a t i o n a l g o r i t h ma n dr e f l e c t t h e i m p o r t a n c e o f p r o p a g a t i o nm o d e la n d c a l i b r a t i o na l g o r i t h mi nw i r e l e s sn e t w o r k p l a n n i n ga n do p t i m i z a t i o n ，s o a st og u i d et h ee n g i n e e r i n gp r a c t i c eb a s e do nt h ea n a l y z eo fc a l i b r a t i o n r e s u l t s t h eb a s i ck n o w l e d g eo fw i r e l e s sn e t w o r kp l a n n i n ga n d o p t i m i z a t i o n i s f i r s t l yi n t r o d u c e di nt h ep a p e r , m a i n l yi n c l u d i n gi t si m p o r t a n c e ， p r i n c i p l ea n dg o a l s ，p r o c e s sa n dc o n t e n t ，a sw e l la st h ek e yt e c h n o l o g i e s u s e di ni t b yt a l k i n ga b o u tt h ep r e d i c t i o no f p a t hl o s s ，p r o p a g a t i o nm o d e l ， i n c l u d i n gi t sr e l a t e dc o n c e p t sa n dc l a s s i f i c a t i o n ，i sd e s c r i b e d ，a n dt h e n s e v e r a lc l a s s i c a le m p i r i c a la n ds e m i e m p i r i c a lm o d e l sa r ei n t r o d u c e d a n dt h e n ，f o rt h el i m i t a t i o no fe m p i r i c a la n ds e m i e m p i r i c a lm o d e l s ，t h e c a l i b r a t i o no fp r o p a g a t i o nm o d e li sp u tf o r w a r d ，a n di t sc l a s s i ca l g o r i t h m a n di m p l e m e n t a t i o np r o c e s sa r eb r i e f l yi n t r o d u c e d t h em a i nm e t h o du s e di st oa c h i e v ep r o p a g a t i o nm o d e lc a l i b r a t i o n a l g o r i t h mt h r o u g hp r o g r a m m i n ga n ds t u d ya n da n a l y z et h er e s u l t sw o r k e d o u tb yt h ea l g o r i t h m ，i n c l u d et h ea c h i e v e m e n to fc a l i b r a t i o na l g o r i t h m f 歌1 分 北京邮l u 人学坝i ：研究生论文 尤线网络姚划中的传播模型校讵技术及cj 砸用 p r o c e s s ，t h eo u t p u to fr e s u l t s ，t h ee v a l u a t i o no fr e s u l t s ，t h ea n a l y z eo f a l g o r i t h me f f i c i e n c ya n de t c a c c o r d i n gt ot h er e s e a r c ha n da n a l y z eo ft h e r e s u l t s ，a d v i c e si sp u tf o r w a r dt ot h es t a n d a r dp r o p a g a t i o nm o d e l c a l i b r a t i o n o fa ut h o s ea b o v e t h ea l g o r i t h ma c h i e v e di sn o tt h ec l a s s ic a l a l g o r i t h m ，b u tas i m p l e ro n ew h i c hd o e sn o ta f f e c tt h er e s u l t so ft h e a n a l y s i so fa l g o r i t h m sa c c o r d i n gt of e a s i b i l i t ys t u d yo fd a t aa n d i n f o r m m i o ni nh a n d s t h ef i l t e ro fd a t as e c t i o nr e f l e c t st h ed i f f e r e n tw a y s i n d e a l i n gw i t hg e n e r a la n ds p e c i a ld a t a g e o g r a p h i c - b a s e dd i s p l a y m o d u l ef u l l yt a k e st h eu s e r se x p e r i e n c ei n t oa c c o u n tw h i c hi st o t a l l yi n f u l l c o m p l i a n c e w i t ht h e r e q u i r e m e n t s a n dt r e n d so fm o d e m p r o g r a m m i n g k e yw o r d s ：w i r e l e s sn e t w o r k p l a n n i n gp r o p a g a t i o n m o d e l p r o p a g a t i o nm o d e lc a l i b r a t i o nl e a s t s q u a r e sm e t h o d c 撑s t a n d a r d p r o p a g a t i o nm o d e l e f 北京邮电大学硕士研究生论文 无线嘲络规划中的传播模型校正技术及其应用 目录 第一章引言。1 1 1 研究背景 1 2 研究方法2 第二章无线网络规划简介3 ， 2 1 什么是无线网络规划与优化。 t 毒 2 2 无线网络规划的重要性 2 3 无线网络规划的原则与目标 3 3 3 无线网络规划应遵循的基本原则3 无线网络规划的目标4 无线网络规划流程和内容 4 无线网络规划流程5 数据准备6 无线网络规划的关键技术8 链路预算8 容量估算8 站址选择皇8 m o n t ec a r l o1 方真9 覆盖分析9 扰码规划l o 2 5 7 邻小区规划1 0 第三章传播模型简介1 1 3 1 无线传播理论1 4 1 3 1 1 3 1 2 3 1 3 3 1 4 3 1 5 3 1 6 3 1 7 3 2 3 3 1 1 慢衰落和快衰落11 自由空间的传播：l l 三种基本传播方式1 2 多径传播。l3 多普勒频移1 4 时延扩展l5 相关带宽。1 5 传播模型的分类 常用的传播模型及其评价 1 6 1 6 l 2 l 2 1 2 3 4 5 6 3 3 4 4 4 5 5 5 5 5 5 5 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 北京邮电人学硕：嘲f 究生论文一无线别络规划中的传播模型校正技术及其应用 3 3 1 h a t a 模型1 7 3 3 2c c i r 模型品1 9 3 3 3 c a r e y 模型5 1 2 0 3 3 4 l e e 模型2 0 3 3 5 s p m 模型2 3 3 4 3 4 1 3 4 2 3 4 3 3 4 4 路径损耗的计算 绕射损耗算法2 4 有效天线高度算法2 6 地物损耗权值算法2 9 基于电子地图计算路径损耗2 9 3 5 传播模型在无线网络规划中的位置和作用 。3 2 第四章传播模型校正技术3 5 4 1 传播模型校正的目的。 4 2 传播模型校正的数据准备工作 3 5 3 5 4 2 1 传播模型校正的步骤【7 】3 5 4 2 2 数字地图和类型3 5 4 2 3 传播模型线性化公式3 6 4 3 c w ( 连续波) 测试 4 3 1定义! 。3 6 4 3 2数据文件格式3 7 4 3 3 特点3 7 4 4 d t ( 路测) 3 7 4 4 1 定义。3 7 4 4 2 数据文件格式3 8 4 4 3 特点3 8 4 5 车载测试采样要求。 4 6 传播模型校正算法 3 8 4 6 1 线性最小二乘法【9 】3 8 4 6 2 基于最小二乘法的迭代式传播模型校正算法3 9 第五章c 群语言简介。4 3 5 1 c 撑编程语言 5 2 c 群语言特点 5 2 1 简洁的语法4 3 5 2 2 精心地面向对象设计4 3 i i 哆 ： 善 北京邮电人学硕士研究生论文 无线网络规划中的传播模型校正技术及其应用 5 2 3 5 2 4 5 2 5 5 2 6 5 3 5 4 与w e b 的紧密结合4 4 完整的安全性与错误处理4 4 版本处理技术4 5 灵活性与兼容性4 5 n e tf r a m e w o r k 平台体系结构简介 4 5 个人观点4 6 第六章传播模型校正算法的实现及成果展示 厂 6 1 传播模型校正模块工作流程和框图 一 j 4 8 4 8 6 1 1 传播模型校正流程4 8 6 1 2 u m l 算法框图4 9 6 2 传播模型校正算法的实现与成果展示 6 2 1 6 2 2 6 2 3 6 2 4 6 2 5 6 ，2 6 6 2 7 6 3 6 3 1 6 3 2 6 3 3 6 4 6 4 1 6 4 2 6 4 3 4 9 c w m e a s u r e r n e n t v i e w 类4 9 c w f i l e l m p o r t 类；5 0 a n a l y s e c w f i l e 乡皂5 1 d a t a f i l t e r f o r m 罗皂5l a d j u s t f o r m 类5 4 s p m a d j u s t 类5 6 r e s u l t f o r m 类5 7 结果分析 算法中使用的线性化公式5 7 校正结果的研究和分析5 8 小结6 2 未来的研究方向 文件导入模块6 3 数据筛选模块6 3 传播模型校正模块6 3 第七章 总结。6 5 参考文献 致谢 学术论文目录 6 6 。6 7 i i i 6 8 北京邮电人学硕士研究生论文 无线网络规划中的传播模型校正技术及其应用 i v e ： 0 北京邮电大学硕士研究生论文无线网络规划中的传播模型校正技术及其应用 第一章引言 1 1 研究背景 众所周知，在当今社会，通信行业正在飞速发展，而移动通信更是凭借着它 多方面的特点和优势、以超乎人们想象的速度向前发展。作为2 0 世纪人类最伟 大的科技成果之一，移动通信在经历了第一代a m p s 和t a c s 移动通信系统、 第二代g s m 和c d m a 移动通信系统后，已经迈进w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 、 t d s c d m a 和w i m a x 引领的3 g 移动通信系统时代，并以其高质量的多媒体业 务和足够的系统容量，成为全球几乎所有通信运营商和设备提供商追逐的目标。 与此同时，l t e 系统作为3 g 系统的演进，被视为从3 g 向4 g 演进的主流技术， 俗称3 9 g 。目前，l t e 系统的系统架构大部分也已经基本完成，主要包括可行 性研究、核心技术的规范、相关技术标准的制定。 随着通信技术的飞速发展，移动通信网络的规划和优化技术也逐渐成为通信 界研究的重要课题之一。在移动通信网络的建设工程中，网络规划是一个重要的 环节。合理的无线网络规划可使网络在时间与空间上达到最大程度的覆盖；在满 足系统容量和服务质量的前提下，尽量减少系统设备单元，降低成本。随着网络 结构、无线环境、用户分布和用户行为的变化，需要不断的监控和优化网络，通 过对路测采集数据、系统o m c 数据、用户投诉信息的综合分析，发展网络共存 在的问题，提出解决方案，使网络的性能达到最佳状态，从而全面提高网络的服 务质量。 移动通信系统的设计目标是在满足话务需求的条件下，使网络达到满意的质 量。信号质量是影响网络质量的关键因素，主要取决于发射端和接收端之间的传 播条件。路径损耗是体现传播条件的关键指标，它影响覆盖范围、信噪比和远近 效应等蜂窝设计需要考虑的因素。移动通信系统的规划和优化都需要进行路径损 耗预测，无线传播模型是预测路径损耗的有效工具。无线传播模型根据其来源， 可分为经验模型、确定性模型和半经验半确定性模型三类。通常情况下，经验模 型适用于宏蜂窝；经验模型和半经验模型适用于具有均匀特定的宏蜂窝；半经验 模型适用于均匀的微蜂窝；确定性模型适用于微蜂窝和微微蜂窝，不适用于宏蜂 窝，因为这种环境所需的运算量大，效率太低。 虽然以上介绍的各种无线传播模型具有普遍适用性，然而对于一些特定的传 播环境，其预测结果不够准确，难以满足网络设计的需求。为了使传播模型更加 真实的描述实际传播环境，需要对经典传播模型的参数进行校正，以得到能够反 北京邮电大学硕士研究生论文无线网络规划中的传播模型校正技术及其应用 映实际环境无线传播特征的模型。 本文将按照如上的顺序，依次对无线网络规划、无线传播模型以及传播模型 的校正的相关知识进行介绍，并将重点放在传播模型校正算法的实现流程、基本 算法、结果的比较和分析，并根据分析结果对实际工程问题提出一些关于传播模 型校正的、具有建设性的参考意见。 1 2 研究方法 使用c 捍语言编程实现传播模型校正算法，有关c 撑语言的基本知识将在第5 章中进行简要介绍。 传播模型校正算法的整个流程包括数据文件导入、信号强度的地理化显示、 数据筛选、校正系数选择和结果输出，然后将对校正结果进行比较和分析，并提 出参考意见。这一部分将在第6 章中全面阐述。 2 一 j 2 1 什么是无线网络规划与优化 无线网络规划的是根据网络建设的整体要求，设计无线覆盖目标，以及为实 现该目标所进行的基站位置和配置的设计。 2 2 无线网络规划的重要性 蜂窝移动通信网络的性能受到地形地貌、用户分布、用户移动性、业务类型 等各种因素的影响。只有在规划设计阶段充分考虑网络的覆盖需求、容量需求、 规划区域的无线传播环境、可提供业务类型的话务模型等因素，结合系统能够提 供的容量、系统的接受灵敏度等特性，通过链路预算、网络拓扑结构设计、仿真、 实地勘察等工作，才能使设计的网络合理有效，达到预期的覆盖效果，为尽可能 多的用户提供优质服务。对于电信运营商来说，优质的服务是他们追求的目标。 其中，网络覆盖范围是一个重要的方面。同时，在无线频率资源有限的情况下， 如何增加网络容量也是需要工程师考虑的重要因素。这些问题都需要通过无线网 络规划来解决。无线网络规划指导着运营商进行网络建设、改善网络质量、提高 网络效率等方面的工作。同时，无线网络中的基站投资比较大，对无线网络进行 合理的规划和优化可以合理利用资源，减少投资。所以，无线网络规划是移动通 信网建设的重要一环，无论是网络建设初期还是网络的扩容时期，细致周密的网 络规划对于网络的建设成本与运行质量都具有极为重大的意义。 2 3 无线网络规划的原则与目标1 i j 2 3 1无线网络规划应遵循的基本原则 充分考虑网络的后期发展，如：网络规模、技术手段等。尽量避免在后续工 程中，对无线网络进行巨大改动。在技术合理的前提下，充分利用现有的网络设 备，减少重复建设。 对不同区域的网络覆盖情况，应根据该区域的实际情况来进行不同的分析。 同时要注意室内覆盖，特别对话务集中的室内环境，要保证覆盖。 协调好网络建设投资与保证网络质量之间的关系。要对无线覆盖、网络容量 以及投资效益几个方面进行综合考虑，确保网络建设的综合效益。 3 f 北京邮电人学硕：卜研究生论文无线网络规划中的传播模型校正技术及其应用 2 3 2 无线网络规划的目标 2 3 2 1 覆盖目标 主要包括业务质量、通信概率和软切换率三项指标。话音业务的质量可从接 续和传输两个方面来测量：前者表征了用户通话被接续的速度和难易程度，用接 续时延和阻塞率来衡量；后者反映了用户接收到的话音信号的清晰逼真程度，用 吞吐量和时延来衡量。通信概率描述了小区内( 小区边缘) 覆盖到的面积占总面 积的百分比，它又可以分为区内通信概率和边缘通信概率。软切换率描述了小区 内处于软切换的面积占总面积的百分比。 2 3 2 2 容量目标 容量目标描述的是在系统建成后所能满足的话音业务用户数和数据业务用 户数。无线网络容量目标主要考虑两方面因素，一是要保证各地无线网络容量满 足业务预测的用户需求，二是对于高话音业务的热点地区的容量需要保证。 2 3 2 3 质量目标 主要包括话音业务质量目标和数据业务质量目标。其中，话音业务质量主要 体现在网络覆盖的连续性、接入成功率以及掉话率的控制等方面，应保证用户具 有良好的使用感觉；数据业务质量主要考察数据业务的传输速率，它是无线网络 质量的重要指标。 2 3 2 4 成本目标 在保证满足覆盖、容量和质量目标的基础上，降低建设成本，节约开支是网 络规划的重要目标之一。主要手段根据覆盖目标采用合理的覆盖手段；合理设置 基站站点、站距、天线挂高、天线指向；充分利用已有网络设备资源；充分了解 站点地理情况，使得设计过程中有更准确的估计等。 2 4 无线网络规划流程和内容 4 6 ， ，p 北京邮电人学硕士研究生论文无线网络规划中的传播模型校正技术及其应用 2 4 1 无线网络规划流程 计 图2 - 1 无线网络规划基本流程1 2 】 无线网络的规划流程基本相同，主要内容包括确定规划目标及信息收集、预 规划、初始布局、站址实地勘测和最终设计等几个阶段。在最终规划设计方案进 入试运行阶段之前，根据实地勘测结果进行相应参数的修正 确定规划目标及信息收集主要包括确定规划所要覆盖的区域、每个区域 所支持的业务类型、每个区域内各种业务所要达到的覆盖率等。此外，收集信息 还包括各种业务量的密度分布图、地形地貌数据资料、运营商初选的站址信息和 网络发展长期规划等信息。规划目标应综合考虑市场需求和成本因素。 预规划根据所收集的信息要综合考虑覆盖、容量、质量等要求，得到理 论覆盖和容量规划的初步设计方案，包括建立传播模型和制定链路预算表，评估 客户站点并建议新站点，进行计算机辅助的网络覆盖及干扰分析等。 初始布局根据各区域的具体情况制定出相应的业务量规划和链路预算， 分别从容量和覆盖的角度估算基站数量，将两者平衡，结合客户提供的初选站址 信息，得出基站的初始布局。 站址实地勘测站址实地勘测是一个漫长的过程，需要无线规划人员与传 输规划人员、施工人员和土建工程师一起研究。对于站址的选择不仅需要综合考 虑周围环境、建筑物高度、是否使用铁塔以及周围阻挡等因素。同时还需要对站 址进行结构核算的可行性研究，即如何减少建站成本等。在站址勘测过程中，要 根据无线规划、传输规划和安装过程人员的输入重新调整初始布局中的站址信 息，通过多次反复最终确定，形成详细的站址信息报告，包括建筑物或绿地的高 度、坐标系、天线配置( 位置、倾角、方位角等) 、地图以及基站和天线准确位 置的顶视图等内容。站址确定以后进行码字和频率的分配。 最终设计包括覆盖规划、容量评估、干扰规划、计算功率预算、参数集 5 北京邮电大学硕士研究生论文无线网络规划中的传播模型校正技术及其应用 规划、码字规划、频率规划、站址分布等各个部分的设计方案。 2 4 2 数据准备 图2 - 2 无线网络规划的数据准备关系框图【3 】 2 4 2 1 无线设计目标 经过网络规模的预测，运营商会对网络预期满足的用户数和预期达到的服务 质量提出基本的要求，但是这个基本要求并不与无线网络设计指标直接联系。网 络设计伊始，设计人员应当根据基本要求仔细规划这些指标，确定各项指标所应 达到的预期水平。 2 4 2 2 地理数据 地理数据指的是规划区内道路、建筑、地形地貌等基本情况。无线网络规划 需要建立数字化的地理信息数据库电子地图，它是进行基站选址的基础，也 是进行业务密度预测、网络模拟和传播模型校正的必备数据。 一般常见的电子地图精度有5 m 、2 0 m 、5 0 m 和1 0 0 m 的，当然，电子地图 的精度越高能反映的地理信息越详尽，相应根据其进行分析所得到的结果也会越 详尽，但是电子地图精度越高，同样的范围内所含的数据量就越大，相应的，进 行分析时运算量就越大。权衡运算量和规划的不同需求，在城区等建筑物密集的 地方，进行微蜂窝规划的时候，使用精度较高的地图，而在郊区等开阔的地区， 采用精度较低的地图。 从数据内容来说，电子地图是由反映地形高度的d e m 数据、反映地面覆盖 种类的d o m 数据、反映地面线状的l d m 数据及反映建筑群高度的b d m 数据 等构成。对覆盖区进行传播预测时，d e m 和b d m 数据主要用于计算发射天线、 接收天线的高度，用于判断是否发生反射、衍射；d o m 数据可用于计算地物校 6 北京邮电大学硕r 上研究生论文 无线网络规划中的传播模型校正技术及其应用 正因子。数据内容越详细准确，对于规划结果的准确性帮助越大，因此我们应尽 量丰富地图的数据内容。 电子地图的格式有很多种，网络设计人员应根据所使用的网络规划软件支持 的地图格式选择适合的电子地图。 2 4 2 3 无线传播模型 我们都知道移动通信系统的传播环境是相当复杂的，在规划中对于无线链路 损耗我们通常采用经验公式的方法进行估计。通过这种估计方法，我们可以得到 规划区内某点同它的服务基站之间的损耗，从而在网络模拟阶段计算出规划区内 每点发送和接收信号的强度以及其他信息。由于无线传播环境的随机性，需要用 统计的方法来描述移动传播环境下的无线电波传播特性。无线传播模型就是这样 一个工具。在无线网络规划中，使用无线传播模型来计算路径损耗，它是预测路 径损耗的有效工具。 传播模型理论发展的这些年中，业界积累了一些经典的传播模型，在移动通 信规划过程中广泛使用。但是传播模型毕竟是经验模型，每个不同的规划区，由 于各具特征的地形地貌，适用于一个地区的传播模型不一定适合另外的地区，因 此，对于特殊的规划区，我们需要选择适当的经典传播模型对其进行校正，形成 适合目标规划区使用的模型。 2 4 2 4 业务密度分布 在移动通信网络的设计中，业务分析和业务量预测是非常重要的一个方面。 首先要进行规划区域内的业务分布密度预测，业务分布密度反映了业务( 话音业 务、数据业务) 在规划区域内分布的疏密情况，它是选择基站站址最重要的根据。 业务预测是确定基本建设规模的重要依据，它关系到工程建设的规模和投 资，以及工程建成投产后的经济效益。需要综合考虑各个因素，主要包括总的用 户数量、单个用户话音业务使用率和数据业务使用率，以及信令要求等。 由于各地区经济发展和地理环境不尽相同，规划区域内的业务分布并不是均 匀的，进行业务密度预测的任务就是解决业务总量在规划区域内如何分布的问 题。从原则上讲，为了避免频繁的切换，充分利用系统资源，基站站址应当选择 在业务分布的中心，也就是说业务分布的实际情况将直接影响到基站位置的确 定。 7 北京邮电人学硕士研究生论文无线网络规划中的传播模型校j 下技术及其应用 2 4 2 5 干扰调查 在建立一个新的系统，或者对现有系统进行优化的时候，应当调查已有系统 可能产生的干扰情况。在设计过程中，需要保证新系统尽量小的受到已有系统干 扰时，也需要考虑其对现有系统的干扰，避免对现有系统造成较大影响。 2 5 无线网络规划的关键技术 2 5 1链路预算 链路预算是进行网络预设计最重要的手段。进行链路预算时，网络设计人员 要全面考虑信号从发送端到接收端所可能经历的增益和损耗，根据所采用的无线 技术对接收信号大小的要求，确定出前反向链路可以忍受的最大链路损耗。 以此最大的链路损耗为限制条件，根据已经进行校正过的传播模型，以及为 保证一定的通信可靠性的要求所预留出的链路余量，设计人员确定出小区半径和 目标规划区所需的小区数目。 2 5 2 容量估算 通过对单小区所能满足的话音和数据用户数目的估算，估计实现系统容量目 标所需要的基站数目。 一定通信中断概率下，计算出前向或反向每小区、每载频话音业务的容量上 限。分为反向容量估算和前向容量估算。 2 5 3 站址选择 基本原则拓扑结构应尽量符合规则的理想蜂窝网络结构；站点分布应对 应于话务密度分布；避免天线附近有高大建筑物阻挡的情况；避免基站附近有强 干扰源；交通方便、市电供应良好、环境安全；投资限制。 目标一利用最少的基站数实现规定的服务质量。 规划站点的勘察就是根据网络拓扑结构设计得到的，理论上满足覆盖容量需 求的规划站点信息，从实际环境中找出能够满足需求的现实存在站点的过程。在 站址勘察时，要求每个规划站点上有2 3 个候选站点。站点选择时，需要对候选 站点进行验证。对候选站点进行仿真，验证候选站点是否能够满足覆盖和容量需 求。从而找到较为合适的候选站点作为基站站点。如果没有满足需求的站点，则 8 北京邮电大学硕士研究生论文 无线网络规划中的传播模型校正技术及其应用 需要重新考虑网络拓扑结构。 站址的实地勘察耗时耗力，应尽量减少，在进行实地勘察前，设计人员应当 根据初选的基站站址和初步的基站设计参数，对网络的总体性能进行模拟。设计 人员通过对模拟结果进行分析，判断设计方案是否满足设计要求。若不符合，设 计者对方案进行修改，并重新进行网络模拟。如果符合，该设计可以作为初步的 可行性方案提交。此后设计人员需要实地勘察设计方案中的基站站址是否都切实 可行。若不可行，需要重新在已选定的基站搜索圈中选择新的基站站址，并重复 上述的网络模拟和调整过程，保证所选基站站址和设计参数可以实现设计目标。 2 5 4m o n t ec a r l o 仿真 m o n t ec a r l o 仿真模块的主要功能是根据业务预测情况，对网络规划过程中 网络系统的负载情况进行分析，在分析中还要考虑使用多个载频的情况。 m o n t ec a r l o 仿真的主要功能是针对系统的特点，根据当前的网络配置和业 务负载情况，通过仿真得到当前系统的服务情况。m o n t ec a r l o 仿真还通过接纳 控制、功率控制、负载控制等方法，在仿真的过程中对当前的网络情况进行优化， 使其达到容量、覆盖、服务质量的平衡。 m o n t ec a r l o 仿真，即蒙特卡罗快照方式结合迭代的计算方法，要准确得到 基站的发射功率和接收功率。m o n t ec a r l o 仿真的迭代流程是通过确定激活集、 接入控制、初始化发射功率、计算c i r 、功率控制和收敛控制构成。 主要分为链路级仿真和系统级仿真。 2 5 5 覆盖分析 覆盖预测通过仿真的方法，对网络实际建成以后的运行进行预测，从而评价 一个设计方案是否达到预期的设计要求。覆盖预测以规划区的业务信息、电子地 图为基础信息，进行网络模拟，得到规划区域内每点的移动台接收功率和发送功 率，各点的主服务小区及其e c i o 、合并导频强度、上下行最高速率、软切换区 域、软切换比例等性能参数，用以分析现有设计方案是否满足了覆盖目标和容量 目标。 在覆盖预测的过程中，假设在地图某点有一个测试移动台，因为分析采用的 是静态方法，所以认为这个测试移动台并不会改变已有的网络状态，即假设干扰 是不变的。这就意味着假设了一定的业务分配，并且详细的上行和下行链路的迭 代是收敛的。在所研究的区域中测试移动台通过每一个像素点，同时其他所有可 以服务的基站对其产生了干扰，测试模型对干扰的环境没有什么影响，因此，其 9 北京邮电大学硕士研究生论文 无线网络规划中的传播模型校正技术及j 应用 他小区对本小区的干扰比例不会改变，正在服务的基站的发射总功率和干扰分析 迭代后的值是同样的。这样就可以得到整个规划区域内所有位置上的性能参数结 果。 2 5 6 扰码规划 扰码的配置方案会影响到网络的切换性能，从而影响用户体验。 扰码分配的目标是具有相同扰码的扇区之间的距离越大越好。扰码分配的方 法包括综合搜索算法、最小化码组和最小化码组中的码。综合搜索算法是基于冲 突检测小区的方法，尽量保证扇区的扰码与其冲突检测小区的扰码不同；最小化 码组法是相邻小区尽可能采用相同的主扰码组，但不同的组内序号的主扰码进行 扰码规划；最小化码组中的码是相邻小区采用不同的主扰码组但相同的组内序号 的码进行扰码规划。 2 5 7 邻小区规划 在目标小区的覆盖范围之内，肯定还会接收到其它较强的导频的信号，如果 这些被检测到的信号强度只要高于一定门限就将其对应小区列入目标小区的邻 小区列表当中，很显然这样会由于邻小区列表过长，同时可能有非相关的小区列 入邻小区列表而导致资源浪费和降低效率。所以，应该按照一定的原则来选取邻 小区。邻小区的选取主要有三个原则：距离原则、强度原则、互含原则。 邻小区规划的方法主要分为基于点分析的方法和基于图论三角形剖分的方 法，再次由于篇幅所限就不详细介绍了。 1 0 北京邮电大学硕士研究生论文无线网络规划中的传播模型校正技术及其应用 3 1 无线传播理论【4 l 3 1 1 慢衰落和快衰落 第三章传播模型简介 根据发送信号与信道变化快慢程度的比较，无线信道的衰落可分为快衰落和 慢衰落两种。在同一个无线信道中，既存在快衰落，也存在慢衰落。一般而言， 慢衰落表征了接收信号在一定时间内的均值随传播距离和环境的变化而呈现的 缓慢变化，快衰落表征了接收信号短时间内的快速波动，如图3 - 1 所示。因此， 实际的无线信道衰落因子可表示为： 刁( f ) = 孝( f ) f ( f ) 式( 3 - 1 ) 式中，r l ( t ) ：信道的衰落因子； f ( f ) ：快衰落因子； f ( f ) ：慢衰落因子。 3 1 2 自由空间的传播 图3 1 无线信道中的快衰落和慢衰落 所谓自由空间，是指充满均匀、线性、各向同性的理想介质的无限大空间， 北京邮电大学硕士研究生论文无线网络规划中的传播模型校正技术及其应用 在这个空间中，电磁波能量没有介质损耗，也不需要考虑边界条件，是一种理想 情况。自由空间的电波传播损耗，是传播预测的一个基本参数，而自由空间传播 模型，可用于预测在发射机和接收机之间均匀、无障、视距传播的条件下接收信 号的强度。 根据f r i i 自由空间等式，若发射点处以球面波辐射，则接收处的功率为： p gg 彳，2 e 厂( a ) - 前引3 2 式中，乞( d ) ：接收功率，是发射机和接收机间距离的函数； 只：发射点处的发射功率； g f 、q ：发射天线和接收天线增益； 允：波长； d ：发射天线和接收天线间的距离； ：系统损耗因子，与传播无关( l 1 ) 。 天线增益g 。、g 的表达式为： 4 万a g = 式( 3 3 ) 力二 式中，么：天线的有效截面积。 波长名的表达式为： 兄：三 式( 3 4 ) 式中，c ：光速，即3 1 0 8 朋j ； 厂：载频频率，单位为h z 。 从式( 3 2 ) 可以看出，接收功率和发射天线与接收天线增益的乘积成正比， 与距离的平方成反比。 3 1 3 三种基本传播方式 在实际的无线网络中，采用的发射和接收机可能不尽相同，但通常都可以将 1 2 北京邮电大学硕士研究生论文无线网络规划中的传播模型校正技术及其应用 电磁波的传播方式划分为反射、绕射和散射三种。 3 1 3 1 反射 当无线电波冲击到大小远大于电波波长的障碍物表面时，会发生反射。在实 际的传播环境中，反射通常发生在地球表面或建筑物表面。 3 1 3 2 绕射 当发射机和接收机间存在不规则的尖角或薄边的阻碍时发生绕射。在障碍物 表面产生的二次波在空间传播，即使是在发射机和接收机间无视距路径的情况下 也能传播到障碍物的背面，其效果仿佛电磁波绕过了障碍物。频率较高的无线电 波，是否发生反射或绕射取决于障碍物的几何尺寸，以及在入射处点电磁波的幅 度、相位、极性。通常当障碍物大小与波长同一数量级时发生绕射。 3 1 3 3 散射 当无线电波的传播媒质中包含有大量几何尺寸远小于无线电波长的颗粒时 发生散射。散射波通常产生