基于TD-SCDMA系统的传播模型校正的研究*

胡艳丽，李方伟，吴德操

（重庆邮电大学 移动通信技术重点实验室，重庆 400065）

1 引言

近年来，运营商们常常使用一些专门的网络规划软件来完成传播模型的规划，如英国AIRCOM公司研发的ASSET软件和MARCONI公司研发的PLANET软件，以及法国FOSK公司研发的ATOLL软件[1]。尽管这些网络规划软件能很方便地对模型进行校正，但其过分依赖于电子地图，且成本高，特别在一些中小城市，使用软件校正将增加网络规划前期的投资。根据TD-SCDMA网规的要求，笔者提出了一种简单的基于最小二乘理论的线性迭代校正方法，这对TD-SCDMA的无线网络规划具有指导意义。

2 无线传播模型

无线传播模型用来模拟无线传播信道，可以预测接收信号的功率。不同的模型需要计算不同频率的路径损耗，从而可以预测基站的覆盖面积，使得成本最低、干扰最小。基于大量研究，目前4种典型的传播模型如表1所示[2-5]。

3 数据采集与处理

目前模型校正所需的数据可以通过连续波（Con-tinuous Wave，CW）测试获得。在数据采集过程中，基站架设、实测路线选择、车载测试等几个关键步骤需要严格依照测试原则进行。为保证测试数据的有效性，对测量数据进行平均时，应根据李氏定理在本征长度为40倍波长的区间内至少采样50个样本点，以确保测试数据均值与实际本地均值之差小于1 dB[6]。数据的处理包括数据过滤、调整GPS、地理平均和路径损耗计算。之后，将处理后的数据进行模型的校正。

表1 4种传播模型的适用条件

4 TD-SCDMA传播模型校正

在TD-SCDMA网络规划的实际应用中，采用标准的宏小区通用传播模型，其表达式为[7]

式中：K1为参考点损耗常量；K2为地物坡度修正因子；K3为有效天线高度增益（单位：dB）；K4为奥村哈塔乘性修正因子；K5为绕射修正因子；Ld为绕射损耗（单位：dB）；hb，hm为基站、移动台天线有效高度（单位：m）；K6为移动台天线高度修正因子；Kclutter为移动台所处的地物损耗（单位：dB）。由于在实际网络规划区域中并不包含所有种类的地貌，因此，式（1）可表达为

式中：Cluj为第i种地物的损耗；M为规划区域内所包含的地物的种类数目；μi为某处地物校正因子。笔者提出了一种基于最小二乘理论[8]的简单线性迭代方法对提出的模型进行校正。

在标准模型的众多参数中，每个参数对模型的影响程度不同。针对本文的研究对象而言，K1和K5与传播距离、天线高度因素无关，Clui大小可参考文献[9]，M和μi的值取决于当地的电子地图。通常基站和移动台的天线高度是固定的，则K3和K6采用缺省值，那么设K1+K3lg hb+K5Ld+K6hm=f，则式（2）可写为

由于 lg dn=[lg d1,lg d2，…，lg dn]T，Lb城（n）=[L1，L2，…，Ln]T，L＾i用来表示通过式（3）计算出来的路径损耗，Li用来表示通过CW测试所得的对应测试点损耗，将其代入式（2）有

根据最小二乘理论使得 E（K2，K4，f）值最小，分别对K2，K4，f求偏导[10-11]，并使偏导式均为零，则可求得 K2，K4和f的值。

5 性能仿真

5.1 模型校正结果

以某市作为研究对象，运用第4章提出的方法校正传播模型。所采用的参数设置为：测试路径长56.43 km，有效测试数据7555个；发送天线高度30 m，增益4.5 dBi，发射功率10 W；接收端天线高度1.5 m，天线增益0 dBi；规划区域所覆盖的地物有6类，即M=6。基于文中提出的方法，利用路测数据求解出校正系数，模型系数如表2所示。

表2 模型参数

校正前和校正后的模型预测值与路测值的比较曲线如图1所示。

5.2 校正结果验证

5.2.1 校正结果的错误分析

通过CW测试所获得的数据与模型校正前后预测的数据相比较，其错误分布如图2和图3所示。

从图2、图3可以发现，校正前模型的错误率高达27%，校正后最高的错误率仅为6.5%，表明校正后的模型与本地实际环境更加匹配。

5.2.2 校正结果的统计分析

模型校正结果判断准则主要有3个方面[12]：1）信号覆盖预测值与路测数据统计平均误差小于1 dB；2）信号覆盖预测值与路测数据的标准偏差小于8 dB；3）互相关系数范围在0.6～1。

模型校正结果如表3所示。

表3 校正结果验证

[1]YANG Mingjing，SHI Wenxiao.A linear least square method of propagation model tuning for 3G radio network planning[C]//Proc.IEEE Fourth International Conference on Natural Computation.[S.l.]：IEEE Press， 2008：150-154.

[2]龚涛，唐宏.WCDMA无线传播模型校正探讨[J].广东通信技术，2005，25（9）：30-31.

[3]高洁.WCDMA无线网络规划中的传播模型校正[D].西安：西北工业大学，2005.

[4]GREEN M P，WANG S S.Signal propagation model used to predict location accuracy of GSM mobile phones for emergency applications[C]//Proc.Radio and Wireless Conference.[S.l.]：IEEE Press，2000：119-112.

[5] 黄冬青.如何在WCDMA系统无线网络规划中选用合适的传播模型[J].邮电设计技术，2004（9）：7-1.

[6]LEE W C Y.Mobile communications design fundamentals[M].New York：John Wiley&Sons,Inc.，1992.

[7]中兴通讯.网络规划与设计[M].北京：电子工业出版社，2005.

[8]徐涛.数值计算方法[M].长春：吉林科学技术出版社，2002.

[9]韦再雪，张涛，杨大成.一种无线网络规划中的双斜率传播模型校正算法[J].电子与信息学报，2007（10）：2414-2417.

[10]DIETRICH G G，ANDERSON C B，NEWHALL C R.Near-ground channel measurements over line-of-sight and forested paths[J].Microwaves Antennas and Propagation，2005，12（9）：589-596.

[11]曾艳军.移动通信中电波传播特性研究及传播模型校正与应用[D].杭州：浙江工业大学，2003.

[12]韦再雪，杨大成.一种基于聚类分析的传播模型选择策略[J].网络技术，2005，135（12）：20-22.