WCDMA——特殊场景传播模型应用指导书

1、资料编码产品名称WCDMA RNP使用对象产品版本1.0编写部门资料版本WCDMA RNP特殊场景传播模型应用指导书(仅供内部使用）For internal use only拟制:Prepared byURNP SANA审核:Reviewed by 审核:Reviewed by 批准:Granted by日期：Date日期：Dateyyyy-mm-dd日期：Dateyyyy-mm-dd日期：Dateyyyy-mm-dd华为技术有限公司Huawei Technologies Co., Ltd.版权所有侵权必究All rights reserved目录Table of Contents1引言 .

2、72微蜂窝场景 . 72.1模型公式 . 72.2模型公式的适用范围 . 83山区场景 .9 3.1模型公式 . 103.2模型公式的适用范围 . 114海面场景 . 124.1华为海面无线传播预测模型适用范围 . 124.2华为海面无线传播预测模型分段原则 . 124.3视距计算 . 134.4A段无线传播路径损耗计算公式. 134.5B段无线传播路径损耗计算公式. 144.6C段无线传播路径损耗计算公式. 144.7路径损耗斜率 取值说明 . 155高速公路场景. 155.1模型公式 . 155.2模型公式的适用范围 . 166室内场景 . 166.1模型公式 . 166.2模型公式的适用

3、范围 . 177隧道场景 . 177.1模型公式 . 177.2模型公式的适用范围 . 188总结 . 18表目录 List of Tables表1 COST 231-Walfish-Ikegami模型公式的简化. 8 表2 基站和终端合并可视距离. 13 表3 路径损耗斜率 取值 . 15 表4 距离损耗系数取值. 17 表5 楼层穿透损耗系数取值. 17 表6 几种典型情况下的 P0 和 0 的测试值. 18图目录 List of Figures图1 微蜂窝场景示意图. 8 图2 山区场景下几种典型的信号传播路径 . 9 图3 地形清除角示意图. 10 图4 CTCA 和 之间的关系曲线.

4、 11 图5 华为海面无线传播预测模型分段示意图. 12WCDMA RNP 特殊场景传播模型应用指导书关键词：特殊场景传播模型，微蜂窝，山区，海面，高速公路，室内，隧道摘要：本文用来说明特殊场景传播模型的应用，这里的特殊场景包括微蜂窝、山区、海面、高速 公路、室内和隧道等场景。缩略语清单List of abbreviations：Abbreviations缩略语Full spelling 英文全名Chinese explanation 中文解释1引言无线电波可以通过多种方式从发射天线传播到接收天线，包括直射、衍射、散射、反射和折射 等。不同场景下，从发射天线到接收天线的无线电波传播方式和传播特

5、性有很大差别，相应地，不 同场景下的传播模型也会有较大的差别。因此，在无线网络规划中，需要根据不同场景下无线传播 方式和特性的不同，应用不同的传播模型进行覆盖预测或者场强预测。对 于 宏蜂窝 场 景，覆 盖 预测或 者 场强预 测 可以基 于 COST 231-Hata 模 型 或者基 于 ENTERPRISE软件所支持的“Standard MacroCell Model”模型进行校正后的结果，关于这部分内 容可以参考2。本文用来说明特殊场景传播模型的应用，这里的特殊场景包括微蜂窝、山区、海面、 高速公路、室内和隧道等场景。通过本文可以指导网络规划工程师对特殊场景进行覆盖预测或者场 强预测。2

6、微蜂窝场景微蜂窝场景是指室外基站天线高度低于周围建筑物屋顶高度的场景，本文中的微蜂窝场景是指 用于解决热点地区如商业街的容量与覆盖问题的场景。微蜂窝场景情况的覆盖面积比较小，覆盖范 围一般在200m1000m左右；基站天线架设的比较低，一般为3m10m左右；发射功率较低，一般 为10mW1W左右。对于微蜂窝场景，有很多传播预测模型，本文参考文献3，推荐采用COST231-Microcell模型。2.1模型公式COST 231-Microcell模型公式如下：PLNLOS (2000MHz) = 108.6 + 26 * log(d ) + 20 * n(1)其中d > 0.020 km，

7、n表示从发射机到接收机连线遭遇的拐角数，n3，可以参考图1。图1 微蜂窝场景示意图(1)式只适用于n3的情况。对于n>3的情况，可以采用完整的COST 231-Walfish-Ikegami模型。 在以下假设条件下：z道路宽度, w = 25 mz建筑物间隔, b = 50 mz设基站天线高度为hb，周围建筑物高度为hB，并且 hb hBz移动台天线高度, hm = 1.5 mz街道与入射波之间的夹角, - = 90°z频率f = 2000MHzCOST 231-Walfish-Ikegami模型公式简化如下：表1 COST 231-Walfish-Ikegami模型公式的简化

8、Dense UrbanUrband0.5131.86 + 20 * log(h B - 1.5) - 0.8 * (h b - h B ) +(38 - 15 * ( h b - h B )/ h B ) * log(d)128.79 + 20 * log(h B - 1.5) - 0.8 * (h b - h B ) +(38 - 15 * ( h b - h B )/ h B ) * log(d)d<0.5131.86 + 20 * log(h B - 1.5) - 1.6 * (h b - h B ) * d +(38 - 15 * ( h b - h B )/ h B ) * l

9、og(d)128.79 + 20 * log(h B - 1.5) - 1.6 * (h b - h B ) * d +(38 - 15 * ( h b - h B )/ h B ) * log(d)Note: 1、Dense Urban means metropolitan centres.2、Urban means medium sized cities and suburban centres with moderate tree density.2.2模型公式的适用范围COST 231-Walfish-Ikegami模型公式的适用范围如下：z频率范围8002000MHzz基站天线高度4

10、50mz移动台天线高度13mz移动台距基站的距离范围0.025km3山区场景山区场景主要对应一些多山的环境，其覆盖目标主要是绕山而行的一些公路以及周边的一些小 村庄。山区场景主要表现为地形起伏随距离的变化较大，对无线信号的阻挡非常严重，其无线传播 主要是由大量的衍射、反射和散射组成。下图给出了山区场景下几种典型的信号传播路径（参考文 献3）。图2 山区场景下几种典型的信号传播路径3.1模型公式本文推荐对山区场景进行覆盖预测或者场强预测采用在COST 231-Hata模型的基础上加上修 正因子的方法。其中修正因子的计算方法参考文献3，采用地形清除角（Terrain Clearance Angle

11、） 的方法。相应的计算公式如下：PL= PLCH + CTCA其中 PLCH 表示应用COST 231-Hata模型计算得出的路径损耗，即PL CH = 69.55 + 26.16 * log(f) - 13.82 * log(h b ) - a(h m ) + 44.9 - 6.55 * log(h b ) * log(d)a (h m ) = 1.1* log(f) - 0.7 * h m - 1.56 * log(f) - 0.8(2)(3)CTCA 对应地形导致的增益或损耗，相应的计算公式如下：14.9 (6.9 + 20 * log(v 0.1) 2v = 93.1*+ 1)1 /

12、2+ v 0.1)(4)其中的 就是地形清除角，单位是弧度。其示意图如下图所示（参考文献3）：图3 地形清除角示意图 的准确值可以通过GPS定位结合地形图的方法获得，实际中当 的准确值难以获取的时候， 进行覆盖预测的时候可以假设 为 -1度，而进行干扰估计时可以假设 为 +1度。当 为正值，相 当于有直达径的情况，这时 CTCA 对应地形导致的增益；当 为负值，相当于没有直达径的情况，这时 CTCA 对应地形导致的损耗。对于地形清除角大于 +3 度和小于 -7度的情况，分别用 +3度和-7度计算得出的 CTCA 代替。下图给出了 CTCA 和 之间的关系曲线（参考文献4）。图4 CTCA 和

13、之间的关系曲线3.2模型公式的适用范围由于采用地形清除角（Terrain Clearance Angle）的方法是基于COST 231-Hata模型，因此所 有对COST 231-Hata模型适用范围的限制也是对本文中山区场景传播模型公式适用范围的限制，如 下：z频率范围15002000MHzz基站天线高度30200mz移动台天线高度110mz移动台距基站的距离范围120km此外采用地形清除角（Terrain Clearance Angle）的方法还有以下限制：对于地形清除角大于+3 度和小于 -7度的情况，分别用 +3度和-7度计算得出的 CTCA 代替。4海面场景随着移动通信网络的不断发展

14、和完善，移动网络的服务区域已经扩大到近海海域甚至视距以 外。无线电波在海面传播时，在可视距离内，传播路径主要是通过空气传播的直达波和海面的反射 波。在可视距离以外的地球阴影区域，需要考虑地球球面形成的遮挡造成的绕射损耗。另外处于传 播路径上的岛屿、山、船体等会对无线电波的传播带来相应的影响。本文参考文献5，对于海面场 景，推荐采用华为海面无线传播模型。华为海面无线传播预测模型详细算法如下（参考文献5）。4.1华为海面无线传播预测模型适用范围该模型适用于载波频率300MHz3000MHz，传播环境主要为海面，传播方向无遮挡。模型适 用假设如下：（1）、基站高度相对海面较高，一般建议不小于50米（

15、2）、基站和终端之间除地球曲率半径影响外无其他障碍物（3）、以天线主瓣方向计算，其他方向参考天线辐射图修正（4）、若不满足上述假设，请考虑其带来的路径损耗并进行相应修正4.2华为海面无线传播预测模型分段原则模型将海面无线传播环境按照距离分为A、B、C三段。参见下面示意图：图5 华为海面无线传播预测模型分段示意图具体如下：（1）、A段-从基站到基站可视距离点，距离设为d1（2）、B段-从基站可视距离点到基站和终端合并可视距离点，距离设为d2（3）、C段-超过基站和终端合并可视距离点的地球阴影区域，距离设为d4.3视距计算无线电磁波信号在海面的传播距离可以经过绕射超过视距距离。由于地球是球形，假设

16、基站天 线高度为Ht米，终端天线高度为Hr米时，基站和终端合并可视最大距离（视线距离）为：d =2R (Ht +Hr )(km)(5)其中R为地球半径。在考虑到大气折射对无线电磁波传播的影响下，通常R采用地球等效半径Re来代替地球半径计算，在标准大气折射情况下，Re=8500 km。因此，公式（5）变为d = 4.12(Ht +Hr )(km)(6)华为海面无线传播模型将海面无线传播环境按照距离分为A、B、C三段。A段-从基站到基站可视距离点，距离设为d1，根据公式(6)，d 1 = 4.12 Ht(km)(7)B段-从基站可视距离点到基站和终端合并可视距离点，距离设为d2，根据公式(6)d

17、2 = 4.12 Hr(km)(8)C段-超过基站和终端合并可视距离点的地球阴影区域，也就是传播距离超过d1+d2 的区域。根据公式（6），可以计算常见基站天线相对海面高度为50、60、80、100、120、150、200米和终端高度0、3、10、20米情况下的基站和终端合并可视距离，如下表所示。表2 基站和终端合并可视距离Ht(m)d(Hr=0m) (km)d(Hr =3m) (km)d(Hr =10m) (km)d(Hr =20m) (km)502936424860323945508037445055100414854601204552586415050586369200586571774

18、.4A段无线传播路径损耗计算公式在此段传播距离内，海面无线传播环境良好，近似于自由空间传播条件。基站高度和终端高度 对传播路径损耗影响较小，其影响体现在适用距离和路径损耗斜率中。反射波的分量与直达波相比 较小，对接收电平的统计中值预测影响很小，不予考虑。华为海面无线传播模型A段无线传播路径损耗计算公式如下：Lp = 32.44 + 20 lg f+ 10 lg(dkm )(9)其中Lp为海面无线传播路径损耗；dkm 为测试点与基站之间距离，单位为km，dkmd1；f 为载波频率，单位为MHz； 为路径损耗斜率， =2.63.4。4.5B段无线传播路径损耗计算公式该段无线传播路径处于近似自由空间

19、传播到地球阴影区域的过渡阶段，在基站和终端合并可视 距离点，其附加绕射损耗约为6dB，因此，在保证预测准确性的前提下，华为海面无线传播模型B段无线传播路径损耗计算公式如下：Lp = 32.44 + 20 lg f其中+ 10 lg(dkm ) + 6(dkm d 1) / d 2(10)Lp为海面无线传播路径损耗；dkm 为测试点与基站之间距离，单位为km，d1dkmd1+d2；f 为载波频率，单位为MHz； 为路径损耗斜率， =2.63.4。4.6C段无线传播路径损耗计算公式该段无线传播路径已经处于地球阴影区域，参考绕射损耗模型并加以必要修正，同时考虑海面 传播环境特点和覆盖预测计算的可操作

20、性，华为海面无线传播模型C段无线传播路径损耗计算公式如下：Lp = 32.44 + 20 lg f其中+ 10 lg(dkm ) + 20 lg0.5e( 0.450.62 v ) v (11)Lp为海面无线传播路径损耗；dkm 为测试点与基站之间距离，单位为km，dkmd1+d2；f 为载波频率，单位为MHz； 为路径损耗斜率， =2.63.4； 为波长，单位为km；v = Re 1 sin( + )(sin + sin )2dkm(12)(d 1+ d 2)(dkm (d 1+ d 2)Re 为考虑到大气折射对无线电磁波传播的影响而通常采用的地球等效半径，在标准大气折射 情况下，Re=85

21、00 km；=(d1+d2)/Re ，单位为弧度，为基站和终端合并可视距离对应修正地球模型的夹角；=dkm-(d1+d2)/Re ，单位为弧度，为测试点与基站和终端合并可视距离点之间对应修正地球模 型的夹角；4.7路径损耗斜率 取值说明路径损耗斜率 ，在理想自由空间传播环境，取值为2。实际不同的传播环境，对无线电磁波 的传播损耗不同， 的取值也不一样，传播环境越接近于理想自由空间传播环境， 的值越接近于2。 在实际无线系统的海面传播环境测试验证中，发现 的取值一般在2.6到3.4之间。若基站天线高度 和终端高度较高，如基站高度几百米或上千米，或者终端高度超过10米，传播环境与理想自由空间 传播

22、环境接近， 取值偏小一些；若基站天线高度和终端高度较低，如基站高度几十米，终端高度35米， 取值就相对偏大一些。路径损耗斜率 取值可以参考下表，但对于实际应用环境，建议根据实际测试数据做相应的调整：表3 路径损耗斜率 取值基站高度移动台高度 参考取值5033.410033.320033.230033960032.880032.7100032.6其中，实际测试表明，对于基站天线高度50200米，手机高度35米， 取值3.3的预测结果与实际基本相符。其他建议值有待进一步测试数据验证。5高速公路场景高速公路场景是指高速公路、铁路、国道和省级公路等主要交通干道的覆盖场景。高速

23、公路场 景一般具有车速快，车流量大，话务密度低的特点，但其社会价值高，因此也属于重点覆盖区域。5.1模型公式本文参考文献1，对高速公路场景，推荐采用在COST 231-Hata模型的基础上加上固定修正因子的方法，其公式如下PL= PLCH 28(13)其 中 PLCH表 示 应 用 COST231-Hata 模 型 计 算 得 出 的 路 径 损 耗 ， 即PL CH = 69.55 + 26.16 * log(f) - 13.82 * log(h b ) - a(h m ) + 44.9 - 6.55 * log(h b ) * log(d)a (h m ) = 1.1* log(f) -

24、0.7 * h m - 1.56 * log(f) - 0.8(14)5.2模型公式的适用范围由于高速公路场景的模型公式是基于COST 231-Hata模型，因此所有对COST 231-Hata模型适 用范围的限制也是对本文中高速公路场景传播模型公式适用范围的限制，如下：z频率范围15002000MHzz基站天线高度30200mz移动台天线高度110mz移动台距基站的距离范围120km6室内场景室内覆盖场景是指机场、体育馆、写字楼以及商场等建筑物室内的覆盖，而且发射机本身也位 于室内。对室内场景进行准确的场强预测需要知道具体发射机的位置、建筑物几何形状、建筑材料、 家具摆设等等。本文介绍的是一

25、般意义上的室内场景传播模型，因此它只适用于初始系统规划情况 下粗略估计室内覆盖需要的发射机数量以及发射机对其它系统和服务的干扰估计等。6.1模型公式本文参考文献3，建议采用ITU-R P.1238推荐的室内传播模型。其基本公式如下：LID = 20 * log( f ) + N * log(d ) + L f ( n ) 28dB + X (15)其中：N 表示距离损耗系数，具体取值见表4；f 表示频率，单位是MHz；d 表示移动台离发射机之间的距离， d >1m；L f ( n ) 表示楼层穿透损耗系数，具体取值见表5；X 表示慢衰落余量，具体取值与覆盖概率要求和室内慢衰落标准差有关；

26、表4 距离损耗系数取值距离损耗取值Frequency(GHz)ResidentialOfficeCommercial1.8-2GHz283022表5 楼层穿透损耗系数取值距离损耗取值Frequency(GHz)ResidentialOfficeCommercial1.8-2GHz4n15+4(n-1)6+3(n-1)注：n表示要穿透的楼层，n>=1。6.2模型公式的适用范围z频率范围18002000MHzz移动台距基站的距离范围d>1mz该模型公式适用于非视距传播，对于视距传播场景可以采用下式进行预测：PLLOS= 20 * log( f ) + 20 * log(d ) 28dB

27、 + X (16)7隧道场景对隧道场景，目前普遍采用泄露电缆进行覆盖，也可以采用在隧道口外或隧道内架设天线的方 案进行覆盖，本文参考文献3和文献7，给出后一种方案下电波在隧道中的一般传播特性和经验测 试结果。在微波波段，隧道起着类似波导的作用，随着频率的增高，传播损耗有减小的趋势。实验表明， 多数情况下，隧道中电波传播的损耗小于自由空间的路径损耗。对隧道场景，天线位置对传输损耗 也有很大影响：通常天线架设在隧道内比架设在隧道口外在离天线距离较近的范围内信号要强，但 同时波动也比较大，在离天线距离较远的范围内两者的信号强度和波动是一致的；基站天线位于隧 道横截面中心位置处时，传输损耗最小，偏离中心时损耗加大，紧贴巷道壁时损耗明显增加。此外， 隧道弯曲或传播路径上出现障碍，如车辆等，损耗还会加大。7.1模型公式 本文建议采用文献7中介绍的隧道场景中传播损耗和覆盖长度的估算方法。 该方法首先通过实际测试获取参考点的信号强度 P0 ，参考点的位置计算如下：D 2lcrit = (17)其中 D 表示隧道的直径， 表示自由空间的波长，有了参考点的信号强度后，其他点的信号强度则按下