Enterprise、Plannet与TEMS宏蜂窝模型对比V12.doc

Enterprise 3G、Planet 3G与TCP宏蜂窝模型对比无线一所 黄海艺 区奕宁摘 要：本文对Enterprise 3G、Planet 3G以及TCP三种3G规划软件的宏蜂窝模型进行对比，并推导三种宏蜂窝模型的相互转换关系；其结果有利于在规划工作中将其中一种规划软件的宏蜂窝传播模型参数转换为其它两种宏蜂窝传播模型，并应用相应的规划软件进行3G规划仿真，为规划方案的效果提供多方验证。关键词：宏蜂窝，传播模型，规划仿真一、概述近年来，随着我国国民经济的持续发展，以移动通信业务为代表的个人通信业务的需求持续增长，在近十年取得了蓬勃的发展，并且已经开始从单一的语音业务向多种移动数据业务演进。新兴的第三代移动通信系统（3G）以能提供更高的数据速率、更好的通信质量和支持更多的通信业务获得了广泛关注。随着我国3G移动通信网络牌照发放的日渐逼近，各大运营商都在积极做好3G网络建设和运营的技术储备工作，而各相关厂家和移动通信网络规划技术咨询单位也在积极探讨3G网络规划的技术，掀起了一场3G网络规划技术研究和探讨的新高潮。在3G无线网络规划过程中，规划仿真是规划方案效果验证的重要方法，而电波传播模型则是影响规划仿真精确度的关键因素之一。然而，目前多款3G规划仿真软件，如英国AIRCOM公司的Enterprise 3G，Marconi公司的Planet 3G以及Ericsson公司的TEMS TCP等，其传播模型公式并不一致，导致在某款仿真软件调校的模型参数无法直接在其它3G规划仿真软件中使用，从而限制了传播模型调校结果的应用范围，对规划方案效果的多方验证造成了阻碍。本文主要针对目前常用的三款3G规划仿真软件Enterprise 3G、Planet 3G以及TEMS TCP的宏蜂窝模型进行对比，并推导三种宏蜂窝模型的相互转换关系；其结果有利于在规划工作中将其中一款规划软件的宏蜂窝传播模型参数转换为其它两款宏蜂窝传播模型，并应用相应的规划软件进行规划仿真，为规划方案的效果提供多方验证。二、Enterprise 3G、Planet 3G及TCP宏蜂窝模型介绍Enterprise 3G、Planet 3G以及TCP都可用于3G规划仿真，各软件的相关介绍见下表所示：表2-1 Enterprise 3G、Planet 3G及TCP软件介绍软件名称软件简介宏蜂窝模型模型原型Enterprise 3GEnterprsie 3G是英国AIRCOM公司的规划仿真软件Enterprise的子模块。Standard modelHata模型Planet 3GPlanet 3G是英国Marconi公司的规划仿真软件Planet的子模块。Planet modelHata模型TCPTCP是瑞典Ericsson公司的规划仿真软件TEMS的子模块。9999 modelHata模型由表2-1可以看出，Enterprsie 3G、Planet 3G以及TCP所使用的宏蜂窝模型原型都是Hata模型，这也是三种宏蜂窝模型可以相互转换的基础。本节首先介绍Hata模型，然后分别对Enterprsie 3G、Planet 3G以及TCP所使用的宏蜂窝进行介绍。2.1 Hata模型Hata模型是一种广泛使用的传播模型，根据应用范围不同,Hata模型分为Okumura-Hata模型以及COST-231 Hata模型。l Okumura-Hata模型Okumura-Hata模型适用于小区半径大于1km的宏蜂窝系统，适用的频率范围为1501500MHz，基站有效天线高度在30200m之间，移动台有效天线高度在110m之间。该模型以市区传播损耗为标准,在此基础上对其他地形做了修正。在市区，Okumura-Hata经验公式如下：式中，为路径损耗，f是载波频率；hte是发射天线有效高度；hre是接收天线有效高度；d是发射机与接收机之间的距离；a(hre)是移动天线修正因子。l COST-231 Hata模型在不少城市的高密度区，简单的使用Okumura-Hata模型将出现预测值明显偏高的问题。因此产生了Okumura-Hata的扩展模型，即COST-231 Hata模型。COST-231 Hata模型路径损耗的计算公式为：式中，为路径损耗，f是载波频率；hte是发射天线有效高度；hre是接收天线有效高度；d是发射机与接收机之间的距离；a(hre)是移动天线修正因子；为大城市中心校正因子。2.2 Enterprise 3G宏蜂窝模型Enterprsie 3G宏蜂窝模型为Standard model，其原型为Hata模型，Standard model的模型公式如下：式中：为路径损耗； 为衰减常数； 为距离衰减系数； 和为移动台天线高度修正系数； 和为基站天线高度修正系数； 为绕射修正系数； 为地物衰减修正值； 为衍射损耗 为测试基站与移动台之间的距离(km)； 为测试基站天线的有效高度(m)； 为移动台天线的有效高度(m)；由上述传播模型路径损耗计算公式可见，ENTERPRISE 3G模型校正所用模型是基于传统HATA 模型，并考虑了地貌及无线信号衍射情况。2.3 Planet 3G宏蜂窝模型Planet 3G宏蜂窝模型为Planet model，其原型同样为Hata模型，模型公式为：式中：为路径损耗； K1为衰减常数； K2为距离衰减系数； K3 和K5为基站天线高度修正系数； K4为绕射修正系数； K6移动台天线高度修正系数； Kclutters为地物衰减修正值； Diffn为衍射损耗 d为测试基站与移动台之间的距离(m)；为测试基站天线的有效高度(m)；为移动台天线的有效高度(m)；由上述传播模型路径损耗计算公式可见，Planet 3G模型校正所用模型是基于传统HATA 模型，并考虑了地貌及无线信号衍射情况。2.4 TCP 9999宏蜂窝模型TCP宏蜂窝模型为9999 model，其原型同样为Hata模型，模型公式如下：其中：式中：为路径损耗； A0为衰减常数； A1为距离衰减系数； A2 和A3为基站天线高度修正系数； 为绕射修正系数； KDFR为衍射损耗； JDFR为地球曲率衍射损耗（距离较小时可以忽略不计） mkmobile为地物衰减修正值； d为测试基站与移动台之间的距离(km)； HEBK为测试基站天线的有效高度(m)； hm为移动台天线的有效高度(m)；由上述传播模型路径损耗计算公式可见，TCP 9999模型校正所用模型是基于传统HATA 模型，并考虑了地貌及无线信号衍射情况。三、Enterprise 3G、Planet 3G及TCP模型相互转换公式3.1 Enterprise 3G与Planet 3G宏蜂窝模型转换下表列出了Enterprise 3G与Planet 3G宏蜂窝模型，其中具体参数含义请参见2.2节与2.3节。需要说明的是，由于Enterprise 3G的传播模型公式中距离d的单位为km，而Planet 3G的传播模型公式中的距离为m，因此统一单位后，Planet 3G的模型公式略有变化。表3.1-1 Enterprise 3G与Planet 3G传播模型公式对比表模 型公 式Enterprise 3GPlanet 3G把两模型中公式形式与参数含义相应的部分列表对应如下Enterprsie 3G宏蜂窝传播模型Planet 3G宏蜂窝传播模型上表中，Enterprise 3G模型公式中除了K4外Planet 3G模型公式均有相关参数与之相对应，但Enterprise 3G模型中K4取值为0，而且绝大多数情况下不考虑调校。因此不影响Enterprise 3G模型与Planet 3G模型的相互转换。可以进一步整理出Enterprise 3G与Planet 3G宏蜂窝模型参数的转换公式如下表所示：Enterprsie 3G宏蜂窝传播模型Planet 3G宏蜂窝传播模型03.2 Enterprise 3G与TCP 9999宏蜂窝模型转换下表列出了Enterprise 3G与TCP 9999宏蜂窝模型，其中具体参数含义请参见2.2节与2.4节。表3.2-1 Enterprise 3G与TCP 9999传播模型公式对比表模 型公 式Enterprise 3GTCP 9999把两模型中公式形式与参数含义相应的部分列表对应如下，需要说明的是TCP 9999模型考虑了，即电波的频率因子，在Enterprise 3G模型中实际已经将该因子考虑在K1中。Enterprsie 3G宏蜂窝传播模型TCP 9999宏蜂窝传播模型上表中，Enterprise 3G模型公式中的所有参数在TCP 9999模型公式中基本均有相关参数与之相对应。需要说明的是，TCP 9999模型中与移动台高度Hm相关的因子为定值，而Enterprise 3G模型中为K3及K4，但由于移动台高度一般取值1.5m，同时在Enterprise 3G模型中K3一般取值-2.55，K4取值为0，而且绝大多数情况下不考虑调校，因此与TCP 9999模型的取值差别不大，不影响Enterprise 3G模型与TCP 9999模型的相互转换。此外，TCP 9999模型考虑了地球的曲率的衍射损耗，Enterprise 3G模型没有考虑，但距离小于50km时，地球曲率的衍射损耗可忽略不计，因此同样不影响Enterprise 3G模型与TCP 9999模型的相互转换。可以进一步整理出Enterprise 3G与TCP 9999宏蜂窝模型参数的转换公式如下表所示：Enterprsie 3G宏蜂窝传播模型TCP 9999宏蜂窝传播模型3.3 Planet 3G与TCP 9999宏蜂窝模型转换下表列出了Planet 3G与TCP 9999宏蜂窝模型，其中具体参数含义请参见2.3节与2.4节。需要说明的是，由于Planet 3G的传播模型公式中距离d的单位为m，而TCP 9999传播模型公式中的距离为km，因此统一单位后，TCP 9999的模型公式略有变化。表3.3-1 Planet 3G与TCP 9999传播模型公式对比表模 型公 式Planet 3GTCP 9999把两模型中公式形式与参数含义相应的部分列表对应如下，需要说明的是TCP 9999模型考虑了，即电波的频率因子，在Planet 3G模型中实际已经将该因子考虑在K1中。Planet 3G宏蜂窝传播模型TCP 9999宏蜂窝传播模型上表中，Planet 3G模型公式中的所有参数在TCP 9999模型公式中基本均有相关参数与之相对应。需要说明的是，TCP 9999模型中与移动台高度Hm相关的因子为定值，而Planet 3G模型中为K6，但由于移动台高度一般取值1.5m，同时在Planet 3G模型中K6一般取值为3左右，因此与TCP 9999模型的取值差别不大，不影响Planet 3G模型与TCP 9999模型的相互转换。此外，TCP 9999模型考虑了地球曲率的衍射损耗，Planet 3G模型没有考虑，但距离小于50km时，地球曲率的衍射损耗可忽略不计，因此同样不影响Planet 3G模型与TCP 9999模型的相互转换。可以进一步整理出Enterprise 3G与TCP 9999宏蜂窝模型参数的转换公式如下表所示：Planet 3G宏蜂窝传播模型TCP 9999宏蜂窝传播模型四、结论及后续工作本文首先针对目前常用的三款3G规划仿真软件Enterprise 3G、Planet 3G以及TEMS TCP的宏蜂窝模型进行对比，然后推导出三种宏蜂窝模型的相互转换关系。其结果有利于在规划工作中将其中一款规划软件的宏蜂窝传播模型参数转换为其它两款宏蜂窝传播模型，并应用相应的规划软件进行规划仿真，为规划方案的效果提供多方验证。今后研究工作可以在这基础上从两方面展开，一方面可以把更多的模型考虑进来，研究各种宏蜂窝模型之间的差异以及转换关系。另一方面可以把已有的Enterprise 3G、Planet 3G以及TEMS TCP宏蜂窝传播模型转换关系在以上三种3G规划仿真软件中进行验证，验证方法可以是把其中一种传播模型转换为其它两种传播模型，在技术条件完全一致的前提下进行仿真对比。研究结果有助于实现更多的宏蜂窝模型之间的相互转换和验证，拓宽宏蜂窝模型的应用范围，为规划方案的效果提供更为可靠的验证。【参考文献】1. AIRCOM 公司资料；Enterprise User Reference Guide；20012. AIRCOM 公司资料；Enterprise 3G User Reference Guide 4.2；20033. AIRCOM 公司资料；Enterprise ASSET User Reference Guide 4.2；20034. MARCONI公司资料；Planet User Reference Guide；20015. ERICSSON公司资料；9999