4-TD-SCDMA_模型测试、校正及仿真-鼎桥通信

TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 1 页 TD-SCDMA 模型测试、校正及仿真 TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 2 页 第四章 : TD-SCDMA 模型测试、校正及仿真 第三章 : TD-SCDMA无线网络 估算 第二章 : TD-SCDMA无线网络规划原理 第四章 : TD-SCDMA 模型测试、校正及仿真 第五章 : TD-SCDMA 站点勘测及选择 第一章 : TD-SCDMA 系统技术特点 第七章 : TD-SCDMA无线网络规划案例 第六章 : TD-SCDMA 网规工具 TPlan介绍 TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 3 页 本章目标 : 1：了解 TD-SCDMA常见传播模型 2： 掌握 TD-SCDMA传播模型测试原理 3：掌握 TD-SCDMA传播模型校正原理 4：熟悉 TD-SCDMA测试站址选取原则 5：熟悉 TD-SCDMA系统仿真情况 本章培训目标 TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 4 页 本章内容 : 1： TD-SCDMA常见传播模型 2： TD-SCDMA传播模型测试原理 3： TD-SCDMA传播模型校正原理 4： TD-SCDMA传播模型测试过程 5： TD-SCDMA传播模型校正过程 6： TD-SCDMA系统仿真介绍 7: 本章练习 本章培训内容 TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 5 页 传播模型概述 按照传播模型的适用环境划分，可分为室外传播模型和室内传播模型。 按照传播模型的来源来分，可分为经验模型、半经验模型（计算机辅助计算模型）和确定性模型 3种。 传播模型主要用于预测接收信号的中值场强，从而进行链路预算和网络仿真。 链路预算 网络仿真 传播模型 TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 6 页 常见传播模型 Okumura-Hata 宏蜂窝模型 适用范围： 900MHz GSM； 150 1500 MHz COST231 Hata 宏蜂窝模型 适用范围： 1500 2000 MHz 标准传播模型 适用范围：宏蜂窝，目前移动通信无线网络规划软件中通常 使用的一种模型 COST231 Walfisch-Ikegami 微蜂窝模型 适用范围： 800 2000 MHz Keenan-Motley 微蜂窝模型 适用范围：室内传播 TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 7 页 传播模型测试的原理 传播模型测试的目的就是通过测试几个典型站点的传播环境，来预测整个规划区域的无线传播特性。 传播模型的准确度直接影响到无线网络规划的估算、站点分布、仿真及规划的准确度，是无线网络规划的基础，在整个网络规划中具有非常重要的作用。 C L U T T E Rm e ffe f fe f fTXRXkHkdHknDi f f r ac t i okHkdkkPP)()l og ()l og ()l og ()l og (654321链路预算 网络仿真 TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 8 页 传播模型测试原理（续） 无线传播损耗为路径传播损耗、慢衰落损耗与快衰落损耗的叠加； 以有限的测试来预测整个规划区域的无线传播特性； 对接收信号的中值场强进行校正； 李氏定理 36 50采样点 /40(满足此采样率将尽可能的减少快衰落的影响 ) TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 9 页 无线电波传播形式 无线电波传播的主要形式有直射波、反射波、绕射波、散射波。 TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 10 页 无线传播特性 = 平均信号强度 + + 慢衰落 快衰落 信号(dBm)距离 TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 11 页 无线电波传播的影响 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。无线传播环境复杂、差异性大，必须通过实际的传播模型测试与校正，来真实反映无线传播特性。 传播模型测试和校正就是通过几个有代表性的测试站点，来预测整个规划区域的无线传播特性。 TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 12 页 传播模型校正原理 CW 测试即连续波测试，是进行模型校正的重要步骤； 通过 CW 测试数据和数字地图可以在网规软件中对无线传播模型进行校正； CW 测试数据中的经纬度信息和接收电平形成模型校正的数据源。 理论基础： 李氏定理 即在进行数据采集时，在平均采样区间长度为 40个波长间隔内，采样 36或最多 50个样点时能有效的去除快衰落的影响。 传播模型校正的原理如下： 首先选定模型并设置各参数值，通常可选择该频率上的缺省值进行设置，也可以是其他地方类似地形的校正参数； 然后以该模型进行无线传播预测，并将预测值与路测数据作比较，得到一个差值； 再根据所得差值的统计结果反过来修改模型参数。经过不断的迭代、处理，直到预测值与路测数据的均方差及标准差达到最小，此时得到的模型各参数值就是我们所需的校正后参数。 TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 13 页 模型校正要求 模型校正要消除快衰落的影响，对接收信号的中值场强进行校正。 为保证覆盖预测的准确性，应根据以下要求选取数字地图： （ 1）宏蜂窝覆盖预测：市区数字地图精度 20m，郊区、农村数字地图精度 100m； （ 2）微蜂窝覆盖预测：数字地图精度 5m。 经过传播模型校正后，预测模型和连续波（ CW，Continuous Wave）测试数据的误差应满足以下要求： （ 1）模型校正后，预测与实测差值的平均值为0dB。 （ 2）模型校正后，预测与实测差值的均方差小于8dB。 TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 14 页 CW 测试的目的和原则 G P S 目的：通过连续波（ CW）测试，将测试结果与预测结果相比较，校正传播模型参数，使模型符合实际地理环境，增加无线覆盖预测的准确性。 基本原则： 典型性：所采集的测试数据必须足够典型，从而能够代表该地区的电磁传播特性； 平衡性：所采集的测试数据必须 “成比例” 的反映该地区各地物类型下的电磁传播特性。 TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 15 页 模型校正步骤 模型校正步骤包括： 测试站址选取： 根据区域分类的结果，在各种典型无线传播环境下选取侯选测试站址 。 信号模拟测试： 根据以下要求进行信号模拟测试并采集测试数据。 测试数据分析处理 传播模型校正： 根据通用模型进行传播模型校正。 输出报告： 根据模型校正的结果形成报告。 TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 16 页 测试站址选取原则 测试站址在地形地貌及基站高度等方面均具有代表性； 每种典型无线传播环境选取 2 3个测试站址，消除位置因素的影响； 测试站点周围应包含足够的地物类型，并有相当数量的道路，以便测试时遍历各种地物，有足够多的测试数据； 测试天线安装位置的第一菲涅尔区必须无障碍物，天线高于最近的障碍物 5m以上； 测试点的天线挂高和该区域典型的天线挂高接近； 测试站点所在楼面不能太大，避免楼面影响信号传播； 方便架设发射机和天线，所选定的站址必须有可靠的供电条件。 TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 17 页 CW 测试平台 发射子系统：发射天线、馈线、高频信号源、天线支架 接收子系统：测试接收机（内置 GPS）、测试软件、笔记本电脑等 信 号 源 功放电源发 射 天 线接 收 天 线路测仪（内置 G P S ）便携机RF 电缆 1 RF 电缆 2TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 18 页 信号模拟测试要求 模拟信号频率应接近 TD-SCDMA实际工作频率，在测试频点没有其他干扰信号； 测试前应选择好测试路径，测试路径尽量不要选择高速公路及宽阔平直的街道，而应选择较窄的街道，并保证纵向和横向的街道采样数据样本数大致相同。 测试过程中停车时（如遇到红灯时），不记录数据。 避免在同一条线路反复测试。 应遍历各种方向道路、各种距离的地物地貌。 测试半径尽量大，保证接收机接收到的信号最弱时低于 -100dBm。 每个测试基站应采集尽可能多的数据，一般每个站点测试时间在 2h以上。 记录基站参数，包括基站经纬度、天线挂高、天线类型、下倾角（包括电调度数）、方向角、馈线类型、馈线长度、下行功率值和驻波比。 采集数据包括经度、纬度、信号场强等。 TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 19 页 理想的测试路线图 s t a r tend圈状路线 网状路线 TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 20 页 实际的测试路线图 TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 21 页 测试数据分析处理 数据过滤 ： 在高架下、遂道中等 GPS不能准确定位的地方测得的数据； 距天线太近或太远的数据，接收信号太弱的数据； 定向天线测试时，在扇区覆盖角度之外，天线方向图不准导致的错误数据； 地图地物地貌与实际地物地貌明显不符的区域数据； 其他测试路线设计过程中，已确定不符合要求的路段数据。 数据离散 地理平均： 目的就是消除快衰落，保留慢衰落的影响，其做平均的范围就是平均采样区间长度。 格式转换 ： 信号接收机导出的数据格式和导入到规划软件中所需的数据格式是不一样的，因此需要做格式转换。 TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 22 页 传播模型校正流程图 预 测 模 型C W 测 试 数 据结 束是 否 需 要 过 滤 ？误 差 满 足 要 求 ？数 据 过 滤应 用 C W 测 试 分 析 工 具修 正 下 一 个 参 数修 正 模 型 参 数是是否否TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 23 页 传播模型选取 C L U T T E Rm e ffe f fe f fTXRXkHkdHknDi f f r ac t i okHkdkkPP)()l og ()l og ()l og ()l og (654321PRX为接收功率； PTX为发射功率； d为基站与移动终端之间的距离； Diffraction为绕射损耗； Hmeff为移动终端的高度； Heff为基站距离地面的有效天线高度； k1为衰减常量； k2为距离衰减常数； k3与 k5为基站天线高度修正因子； k4为绕射修正因子； k6为移动终端天线高度修正因子； kCLUTTER为终端所处的地物损耗。 标准传播模型适用于宏蜂窝，提供了丰富的参数设置和计算方法，可以应用于不同的预测环境。 TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 24 页 传播模型参数校正 模型校正有两种方式，一种是自动模型校正，一种是手动模型校正。 在传播模型中 ， 各参数可以按照以下原则进行校正 。 k1、 k2， 通过分析测量电平和传播距离的关系 ， 得到接收信号与距离 “ Received Level vs Log（ distance） ” 的分析输出 。 根据样点进行直线拟合 ， 拟合直线的斜率即为 k2。 设定 k2后 ， 通过计算预测值和实测数据的平均误差 ， 可计算出 k1缺省值平均误差 。 k6与移动台天线高度有关 ， 一般无需调整保留缺省值或微调 。 k3、 k5与基站天线高度有关 ， 一般无需调整保留缺省值或微调 。 调整 k4为绕射参数 ， 只对非视距传播范围的样点有效 ， 因此在调整前需将视距 LOS（ Line Of Sight） 数据去除 。 此外 ， 数字地图必须有比较准确的高度信息 。 调整地物损耗修正因子 kclutter可以根据统计预测模型和实测数据间的平均误差获得 。 TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 25 页 传播模型校正结果分析 传播模型校正结束后还需要对所得模型的准确性进行分析。 模型准确性是指校正所得的模型和实际测试环境的贴合程度，一般通过 均方误差（ RMS Error） 的大小来评估。 一般认为 RMS Error 8dB说明所校模型和实际环境是贴合的，即该模型的校正结果是准确的，可以供后续规划参考。在无线环境特别复杂的区域， RMS Error可能会略大于 8dB。 若 RMS Error超过 10dB，则说明所校模型和实际环境之间存在较大偏差，模型不具有参考意义。 TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 26 页 传播模型校正举例 Model Name K1 (los) K2 (los) K1 (nlos) K2 (nlos) K3 K4 K5 K6 Kclutter City XXX 2.42 49.46 2.42 49.46 5.83 1 -6.55 0 1 某城市采用 CW 路测数据校准后的 TPlan SPM 模型 CW 路测结果（红色）与校准后 模型的预测结果（蓝色）比较 TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 27 页 射线跟踪模型的校正 射线跟踪模型（ e.g. Volcano）也可以通过路测数据对其进行校正 。 TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 28 页 输出报告 根据模型校正的结果形成报告 ， 包括以下内容： 电波传播地形特征分类与描述； 测试站址信息； 设备和天线设置情况； 传播模型描述； 模型校正结果分析 。 TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 29 页 系统仿真分类 静态仿真（ Static Simulation） 静态仿真通过对系统快照（ Snapshot）的分析来了解网络性能。 动态仿真（ Dynamic Simulation） 动态仿真通过对所有移动中的 UE 在连接状态时隙内的分析来了解网络性能。 TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 30 页 静态仿真过程 对网络做多个 Snapshot 在每个 Snapshot 中，撒入终端 通过迭代处理计算每个终端连接网络的能力 考虑各种接续失败的情况（如最大移动台发射功率、最大 Node B 发射功率、无可用信道、低导频 SIR、上 /下行干扰等） 通过对 Snapshot 结果的统计来分析网络性能 Monte Carlo 是静态仿真的一种 TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 31 页 Monte Carlo 仿真 100% 100% 20% 60% 0% 75% 40% 60% TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 32 页 动态仿真 动态仿真模拟 UE 在网络中移动的场景 在第一个时隙产生 UE 分布 仿真时间划分 码片周期（ chip periods） 比特周期（ bit periods） 时隙（ timeslots） 后续时隙的仿真将基于之前时隙仿真的结果 仿真涵盖从接入到终止呼叫之间的整个过程 TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 33 页 静态仿真 vs. 动态仿真 静态仿真 计算量较大（取决于 Snapshot 的数量） 配置和结论都比较复杂 精确度较高，但无法处理动态性能 动态仿真 计算量巨大，耗用时间长 配置和结论非常复杂 仿真的精确度取决于假设条件的准确度 TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 34 页 系统仿真流程 Create Traffic Create Service Create Terminal Start Monte Carlo Results analyze Capture snapshot Input bit rate Service Para Terminal Para Traffic distribute Para Service Terminal Type Traffic Density Judge snapshot over NO User input Data storage TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 35 页 系统仿真的输入 地理信息输入 根据规划需要，选择所在城市的最新三维数字地图 一个标准的数字地图包含 数字高程模型（ DTM） 地物覆盖模型（ Clutter） 线状地物模型（ Vector） 高程建筑矢量模型（仅限于微蜂窝使用） 宏蜂窝规划，一般选用 20x20 m 精度的数字地图 微蜂窝规划，一般选用 5x5 m 或更高精度的数字地图 TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 36 页 系统仿真的输入（续） 传播模型 COST231 Hata COST231 Walfisch-Ikegami TPlan SPM, etc. 工程参数 工作频点，天线型号 天线挂高、方向角、下倾角 馈缆损耗等 TD-SCDMA 无线网络规划 2015/6/16 第 37 页 系统仿真的输入（续） 小区参数输入 Max Tx Power (dBm)：小区功放最大发射功率 Max Tx Power/Code (dBm)：码道最大发射功率 Max DwPCH Power (dBm)：下行导频最大发射功率 Max PCCPCH Power (dBm)：下行广播信道最大发射功率 Orthogonality factor：下行业务信道之间的正交化因子 Joint detection factor：联合检测对 MAI 的抑制因子 Pilot Scrambling Cod