基于路测数据的TD-SCDMA网络室外传播模型校正研究

许小婉 李嘉斌 王硕然

（中国移动通信集团广东有限公司江门分公司 江门 529000）

在移动通信系统中，由于移动台不断运动，且实际传播环境复杂多样，电波传播具有多样性和复杂性，严格的理论分析很难实现。直接运用电磁理论计算的确定性模型，由于计算量很大，只适合微蜂窝或微微蜂窝的模型预测。目前传播模型一般通过电磁理论推算和实测数据相结合的方式获得，即针对各个地区不同的地理环境进行测试，通过分析与计算等手段对传播模型的参数进行校正，以提高预测的准确性。

传播模型的校正有两种方法，一种是通用的CW（连续波）测试方法，一种是利用路测数据进行传播模型校正的方法。针对连续波测试传播模型校正方法所存在的低效率和低准确性等问题,提出了一种利用现网路测数据进行传播模型校正的方法.从理论上证明了路测信号可以替代连续波测试信号用于传播模型校正。

本文使用业界普遍认可的SPM模型，根据站点的密集程度，分为密集城区传模和普通城区传模。通过使用江门TD-SCDMA三期路测数据对SPM模型进行校正，为TD-SCDMA四期规划做好准备。

1 室外无线传播模型分析

常用的室外传播模型有COST231-Okumura、COST231-hata、COST231-Walfish-Ikegami、COST231-Hata经验型、COST231-Walfish-Ikegami经验型、Macro Vehicular Environment Deployment Model、J.E.Berg迭代模型、UE-UE模型、BS-BS模型、通用模型。

1.1 COST231-Hata传播模型

1.1.1 模型适用范围[1]

（1）应用频率在1500～2000MHz之间；

（2）适用于小区半径大于1km的宏蜂窝系统；

（3）发射有效天线高度在30～200m之间；

（4）接收有效天线高度在1～10m之间。

1.1.2 经验公式

COST231-Hata模型路径损耗计算的经验公式为[2]：

其中：

各参数定义如下：L（dB）为路径损耗；fc（MHz）为工作频率；hte（m）为基站天线的有效高度；hre（m）为移动台天线的有效高度；d(km）为基站天线合移动台天线的水平距离；a（hre）为移动台有效天线修正因子；CM为大城市中心校正因子。

1.2 通用模型（SPM模型）

1.2.1 模型适用范围为

（1）应用频率在1500～2000MHz之间；

（2）适用于从密集城区、普通城区、郊区、农村的各种无线环境。

1.2.2 经验公式

SPM模型路径损耗计算的经验公式为：

L(dB)＝ K1＋ K2×lg(d)＋ K3×lg(HTxeff)＋K4×Diffration ＋K5×lg(d)×lg(HTxeff)＋K6×(HRxeff)＋Kclutter×f（clutter）

各参数定义如下：

d为接收机与发射机之间的距离(m)；HTxeff为发射天线的有效高度 (m)；Diffraction loss为经过有障碍路径引起的衍射损耗(dB)；HRxeff为接收天线的有效高度(m)；f(clutter): 因地物所引起的平均加权损耗；K1为常数 (dB)；K2为lg(d)的系数；K3为 lg(HTxeff)的系数；K4为衍射损耗的系数；K5:为lg(HTxeff)lg(d)的系数；K6为 HRxeff的系数；Kclutter为f(clutter)的系数。

在一般的无线环境中，K1和K2取值也是非常重要的，对整个结果的准确性影响比较大，因为我们在利用传播模型计算的时候，主要关注的就是离发射机不同位置的情况下，路损是多少，可以得到的信号场强是多少。

对不同设计区域，通过调整K1, K2, K3, K4,K5, K6来校正模型。

大唐移动网规软件NPS通用传播模型：

PL ＝ K1＋ K2×lgd ＋ K3×lgHeff＋K4×lgHms＋K5×Diff＋K6×lgHeff× lgd＋Clutter factor

百林规划软件通用传播模型：

PL ＝ K1+K2×lg (d)＋ K3×lg(Heff)＋ KDiff×Diff_loss＋K4×lg(Heff)＋K5×(hm)＋Clutter_Offset

2 传播模型校正流程

2.1 测试数据导入

校正的结果准确性很大程度上依赖于路测采集数据的可靠性，在进行测量前必须很好的计划，任何错误都会降低校正结果的可信度，并从而影响以后的预测、设计和规划结果，对网络的建设造成不可忽视的负面影响。

2.2 测试数据处理

为了消除路测的系统误差，通常建议采用反复路测的方法如使用不同的站址，不同的测量路径，在不同的时间段进行测量，这样可以减少路测经常发生的偶然误差对模型参数校正的影响；设置好各种数据滤除条件。

2.3 校正及分析

模型校正可分单变量和多变量两种方式，对每个点存在测量路径损耗值和预测路径损耗值，其中的迟滞即为预测误差值。

对路径上预测误差值的统计分析可归纳总结为：均方差、平均值、标准差；这3个值表征了预测的质量，校正的目标是使这些值最小化。拟合后的平均值不大于0.2dB,均方差不大于8dB,传模方可采用。

2.4 模型校正通常是一个实验过程

每次有针对的校准某个模型参数；重新分析修改后的传播模型，看模型是否有改进或恶化；重复之前两个步骤指导误差最小为止；继续修改另一个参数；修改一个参数会影响另一个参数的最佳值，因此所有参数被校准时，这个过程要一直重复直到误差收敛到最小值。

2.5 模型校正有不同的方法

K1可以由整体平均偏差校准；

K2可以认为是校准模型相对距离的斜率；

K3和K5、K6一般不校正，这是因为它们与基站或手机高度有关，这些系数不随环境改变，同时在一般校正方式下无法体现统计的的意思。

K4是衍射因子，不适用与本文的校正方法。

3 传播模型校正例子

3.1 密集城区SPM模型校正

K1、K2值校正前后比较如表1所示。

表1 K1、K2值校正前后比较

校正后的传播损失比较如表2所示。

表2 校正后的传播损失比较

3.2 普通城区SPM模型校正

K1、K2值校正前后比较如表3所示。

表3 K1、K2值校正前后比较

校正后的传播损失比较如表4所示。

3.3 模型校正前后效果评估

基站高度为30m时离基站不同距离传播损耗如表5所示。

表4 校正后的传播损失比较

表5 基站高度为30m时离基站不同距离传播损耗

基站高度为50m时离基站不同距离传播损耗如表6所示。

表6 基站高度为50m时离基站不同距离传播损耗

从上面数据可以看出与基站不同距离算出的路径损耗与网络实际情况比较相符。

5 结束语

良好的网络是各种业务开展的基础，是网络优化的前提。基于TD三期网络的路测数据对本地无线传播模型进行校正，从而得到一套符合本地实际的传播模型，用于对TD四期站点规划进行仿真评估，更加准确地设计出符合无线环境特征的TD网络。

本文提供了一种将路测数据用于传播模型校正的方法，包括：步骤1，获取原始路测数据；步骤2，从原始路测数据中选择满足预设条件的数据作为有效路测数据；步骤3，提取有效路测数据以形成用于传播模型校正的数据文件；步骤4，使用有效路测数据文件进行模型校正。本文利用现有网络的测试数据，大大减少CW测试工作，节约了网络建设成本，同时保证了校正后的模型可以较为准确地反映当地的传播特性，进而最优地部署基站。

[1] 中兴通讯《CDMA网络规划与优化》编写组. CDMA网络规划与优化.北京：电子工业出版社，2005

[2] 韦泉，苏文莉，帅丹. TD-SCDMA无线网络的预规划，移动通信，2006,(5)