1、珠海万禾技术有限公司3G产品部 2003.08,传播模型校正技术交流,背景知识 第一部分：传播模型简介 第二部分：模型校正的必要性 第三部分：模型校正的原理和方法 第四部分：模型校正流程 第五部分：佛山模型校正情况 第六部分：模型校正结果分析 第七部分：模型校正的工具介绍,主题,交流会主题,背景知识,无线电波传播方式,直射：自由空间传播；反射：在电波传播的路径上有一个体积远大于电波波长的物体，电波不能绕射过该物体；绕射：在发射机与接收机之间有边缘光滑且不规则的阻挡物体，该物体的尺寸与电波波长接近，电波可以从该物体的边缘绕射过去；衍射：当电磁波的传播路由上存在小于波长的物体、并且单位体积内这种障
2、碍物体的数目非常巨大时，发生衍射。衍射发生在粗糙表面、小物体或其它不规则物体，如：树叶、街道标志和灯柱等,背景知识,无线电波传播方式,几乎任何一次通信的过程，都是这多种传播方式的组合,背景知识,衰落,衰落影响：接收电平下降，影响接收 灵敏度传播时延变化，影响同步波形畸变，产生误码,幅度衰减较大的路径损耗大尺度衰落伴随中等幅度衰减的具有对数正态分布特性的慢变化成分，俗称阴影衰落中尺度衰落多径衰落，又称快衰落小尺度衰落,衰落组成,背景知识,衰落,陆地移动通信中的任何一次通信，其衰落都必然包含这三种成分，传播模型的研究对象是中尺度的慢衰落变化,背景知识,衰落,快衰落和慢衰落,慢衰落在几十个波长的长度
3、上呈现比较慢的变化趋势、快衰落则是叠加在其上的快变化成分,第一部分：传播模型介绍,传播模型表征的是在某种特定环境或传播路径下电波的传播损耗情况 。其主要研究对象是传播路径上障碍物阴影效应带来的慢衰落影响。,在传播模型研究方面主要有如下两种流派：直接应用电磁理论计算的确定性模型基于大量测量数据的统计模型，又称为经验模型,第一部分：传播模型介绍,两种模型的比较确定性模型适合室内或微小区的模型预测，但由于其应用比较复杂，计算量很大，所以目前较少使用，比较有代表性如射线跟踪法；统计模型适用于宏蜂窝信号的预测，它的研究历史悠久是一种比较成熟的技术，它得到了包括国际电联（ITU）、欧洲电信标准化组织（ET
4、SI）以及许多著名通信厂商的认可与采用，目前比较著名的，应用较广泛的模型大多是统计模型，比如 Okumura模型、Hata模型、Egli 模型。,第一部分：传播模型介绍,平坦地面宏蜂窝电波传播模型Okumura-HataCOST 231General Model丘陵与山地Egli微蜂窝电波传播模型Walfish-IkegamiRay-Tracing室内覆盖电波传播模型,传播模型分类,第一部分：传播模型介绍,Okumura-Hata 模型,其中，L(Urban)为平坦市区的中值传播损耗（dB）F为频率，范围150MHz-1500MHzHb为基站天线高度，范围30-200mHm为移动台天线高度，范
5、围1-10md为传播距离，范围1-20kma(Hm)为移动台天线修正因子,Cost231-Hata模型,其中，L(Urban)为平坦市区的中值传播损耗（dB）F为频率，范围1500MHz-2000MHzHb为基站天线高度，范围30-200mHm为移动台天线高度，范围1-10md为传播距离，范围1-20kma(Hm)为移动台天线修正因子Cm = 0dB，对于中小城市、郊区Cm = 3dB，对于大城市,第一部分：传播模型介绍,Ploss=K1+K2logd+K3(Hms)+K4log(Hms)+K5log(Heff)+ K6log(Heff)log(d)+K7diffn+Kclutter Plos
6、s： 路径损耗 (dB) d： 基站到移动台之间的距离（km）Hms： 移动台所在地面上的高度（m）。Heff： 基站天线的有效高度（m）。Diffn： 使用Epstein Peterson、Deygout或Bullington的等效刃形衍射方法计算的衍射损耗。,规划软件中标准宏小区传播模型,第一部分：传播模型介绍,k1 & k2： 截距和斜率 K3： 移动天线的高度因数 K4： Hms的Okumura Hata的Multiplying Factor K5： 有效天线高度增益 K6： Log (Heff)Log(d)。这是log(Heff)log(d)值 的Okumura Hata类型的Mul
7、tiplying Factor K7： 衍射系数 Clutter_Loss： 地物损耗参数,第一部分：传播模型介绍,参数含义,珠海万禾公司目前主要提供对标准宏小区的模型校正服务,第二部分：模型校正的必要性,每一个模型的提出都与提出人/厂商所在的地区有关系，每一个模型都只是客观上反映了进行模型修正的这些地区，而事实上由于各个地区，各个不同的城市，其地物地貌有着很大的不同，特别在我国，地域广阔，地理类型多样，各地的地形地貌千差万别，这就决定了当要把一个模型应用到其他地区时，必须对模型的一些参数进行修改，也就是需要模型校正工作。,统计模型的先天不足,第二部分：模型校正的必要性,未经校正的模型预测误差
8、普遍在20dB左右，校正后的模型预测误差大部分都在10dB以内。,校正前后的误差对比,第二部分：模型校正的必要性,有利于对一个新的服务覆盖地区的信号进行仿真预测可以大大降低进行实际路测所需的时间、人力和资金可以为网络规划提供有力的依据可以对现有网络的信号覆盖情况进行分析，为网络的优化提供重要的参考依据可以节省大量的基站建设、运行维护成本可以提高网络的服务质量,模型校正的意义,第三部分：模型校正原理和方法,模型校正的原理,利用随机过程的理论分析移动通信的传播可以表示为,其中：x为距离，r(x)为接收信号,ro(x) 为瑞利衰落,m(x) 为本地均值，也就是长期衰落和空间传播损耗的合成,m(x)
9、可以表示为：,其中, 2L为平均采样区间长度也叫本征长度,模型校正的原理,第三部分：模型校正原理和方法,根据著名的李氏定理，当2L取40个波长，采样点为3050个时，能有效 “消除快衰落、保留慢衰落”，从而找出本地环境对信号传播的慢衰落变化趋势，达到模型校正的目的。,模型校正的方法,第三部分：模型校正原理和方法,CW波采样测试 求出区域的本地均值再利用本地均值对模型参数加以校正,第四部分：模型校正流程,模型校正开始,前期准备工作,选点及路线确定,架站和数据采集,数据处理,模型调校及结果输出,生成报告,我公司完成一个模型校正的流程如右所示：,第四部分：模型校正流程,校正前的准备工作,软硬件设备的
10、准备,发射机高精度、大功率 接收机高采样速率、高灵敏度 配套的天线良好的波瓣特性、准确的天线方向图 GPS接收机高灵敏度和采样速率 带模型调校的网络规划软件强大软件算法 数据采集和数据处理软件良好的操作界面及灵活性 其他测试工具提供辅助的参数测试,第四部分：模型校正流程,校正前的准备工作,电子地图包括的信息包括：地形高度(必须)地物覆盖(必须)矢量(必须)建筑物的平面位置和高度数据(可选)文本标注(可选) 电子地图可有不同的精度 5m 密集城区，微蜂窝 20m 一般城区，宏蜂窝 50m 郊区，宏蜂窝 100m 农村，宏蜂窝 更新周期：两年以内,电子地图,模型分类设置,分析当地的地形地貌特点，对
11、模型进行分类设置根据人文环境密集城区、一般城区、郊区、农村、开阔地等根据地形地貌准平坦地形、不规则地形等根据小区类型宏蜂窝、微蜂窝、微微蜂窝等通常都是按照人文环境来进行分类设置,第四部分：模型校正流程,校正前的准备工作,第四部分：模型校正流程,选点和路线确定,首先应对服务区域的基站分布进行分析，初步划分区域范围，并大致选定各区域的站点。然后对初步确定的站点进行现场勘察，进行第二次筛选，对选定的基站进行详细的记录，并确定该站的测试路线图。详细的流程见下图：,第四部分：模型校正流程,选点和路线确定,尽可能选择服务区内具有代表性的传播环境，对不同的人文环境如密集城区、一般城区、郊区等等，需分别设置站
12、点，而不能在同一个站点完成多种人文环境的测试；测试站点条件必须能代表典型基站条件。这里的条件包括天线挂高、周围地物地貌类型等等；选定的站址要使它能覆盖足够多的地物类型，以使得每一种地物类型通过模型校正后都能得到一个相应的offset值（此点要求电子地图分类是足够精确的）；路线选择上要求尽可能经过各种地物、测试数据分布尽量均匀、测试距离主要由信号的场强来决定，对于定位不准，路面有起伏的路线不能选择；路线选择还应该充分考虑掘弃测试站点中特性的东西，而保留该类模型中共性的东西。,选点和路线确定的要求,第四部分：模型校正流程,站点架设和数据采集,站点架设和数据采集是整个模型校正工作中至为重要的一步，站
13、点架设的合理与否、采集的数据是否达到要求将直接对模型结果产生影响。按照前面所提的校正原理，必须保证测试数据密度达到3050样点/40，才能有效达到“消除快衰落、保留慢衰落” 的目的。具体的数据采集流程图如右：,流程图,第四部分：模型校正流程,站点架设和数据采集,数据采集频率,根据李氏定理，我们设定数据采样密度为50个样点/40， 那么，当： f=2150M（即0.139m）， 接收机每秒的采样点数是n=120个时， 由公式40n/v50，得到车速为48.038km/h。 则要求在测试中，车速需控制在48km/h左右,第四部分：模型校正流程,站点架设和数据采集,数据采集要求,站点发射天线的安装高
14、度要求比天面高出5米以上，天线的安装 位置在近距离内（150米）没有明显阻挡，或者至少保证在测试 方向上没有阻挡 横纵向的街道尽量采集同样数量的标本，同时尽量避免以同心圆 的方式进行测试 接收机的天线需放置到车顶，以消除人体或者车体对信号接收的 影响 对每一个模型的测试，尽量考虑在同等条件下进行测试，具体是：同种车辆、天气相同，测试时间段相同 尽量选取路面的中间车道进行测试，且车速尽量恒定、不变道,第四部分：模型校正流程,数据处理,数据处理流程图,数据处理最主要的目的是将测试中带入的不合理数据进行滤除，完成地理化平均的和数据偏移修正的处理操作，然后转换成模型调校所需要的文件格式。其具体的流程图
15、如右所示：,第四部分：模型校正流程,数据处理,数据过滤,没有经纬度的数据经纬度出现漂移的数据signal-40dBm和signal-120dBm数据,该处理由软件DTISCAN完成,第四部分：模型校正流程,数据处理,数据离散,由于GPS的采样频率比数据的采样频率慢，这样在同一个经纬度点上就有多个数据，通过按采样时间顺序对数据进行内插，从而将同一点上的多个数据平铺到取样时间所走的路线上，即完成了数据的离散操作,该处理由软件DTISCAN完成,第四部分：模型校正流程,数据处理,数据地理平均,目的：获取本地均值方法：将测试路线分段，每段取6米，将该6米内的数据取均值，并将取得的均值作为该路段中心点的
16、场强值 （注：平均的长度通常称作本征长度、通常认为在115米内都是合理的，但通常都是取6米；取得的均值称为本地均值）,该处理由软件DTISCAN后台数据处理完成,第四部分：模型校正流程,数据处理,数据偏移修正,目的：修正数据的地理属性方法：通过在专用的修正软件内，手动搬移那些出现偏移的数据，使数据达到与地图的最佳匹配,第四部分：模型校正流程,模型调校,模型调校流程图,利用规划软件对模型进行调校的流程图：,第四部分：模型校正流程,模型调校,模型调校方法,首先选定一个模型并设置各参数值K1K7值，通常可选择该频率上的缺省值进行设置，也可以是其它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，
17、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，则此时得到的模型各参数值就是我们所需的校正值。,在分析所设模型与实测数据的拟合程度时用到了这么几个统计分析值：Mean Error、RMS Error、Std.Dev.Error、Corr. Coeff。其中Mean Error表示预测值和实际路测值的统计平均差，RMS Error表示预测值和路测数据的均方差，Std.Dev Error.表示预测值和路测数据的标准差，Corr. Coeff.是互相关系数。 模型校正的结果就是要使得RMS Err
18、or和Std.Dev.Error的值达到最小，并由此来判断模型的结果和实际环境的拟合情况。,第四部分：模型校正流程,模型调校,数据校正中几个参数,模型校正软件要求导入的数字地图是选择WGS84基准面和UTM投影方式的，但我国的数字地图（特别是国家地理信息中心提供的数字地图）通常都不使用WGS84基准面和UTM投影方式，这样导入之后的地图由于投影方式变了，其和我们的测试数据就有了偏差。因此我们需要对地图进行修正。（这项工作需要在校正前做好）修正方法：修改数字地图的直角坐标的四个参数（即index.txt文件里的四个参数），使之与测试数据达到最优匹配；,第四部分：模型校正流程,模型调校,数字地图的
19、修正,第五部分：佛山模型校正情况,模型分类设置,不规则密集城区： 佛山同济、佛山名苑高楼密集的商业区： 佛山金城酒店规则的普通城区： 禅城区政府、南海教育中心、黄歧城区、南海东骏广场不规则的普通城区： 大沥新风路、三水中旅社、盐步宾馆城中村： 南海叠北基站城区开阔地： 佛山大福路、佛山佛陈大桥工业园区： 佛山彩洲厂农村： 三水三溪基站山区: 高明光明基站,第五部分：佛山模型校正情况,地物照片,密集城区,校正前的平均误差和方差,校正后的平均误差和方差,第五部分：佛山模型校正情况,密集城区,模型校正对比,第五部分：佛山模型校正情况,密集城区,信号预测误差图,第五部分：佛山模型校正情况,高楼密集的商
20、业街,地物照片,校正前的方差,校正后的方差,第五部分：佛山模型校正情况,高楼密集的商业街,模型校正对比,第五部分：佛山模型校正情况,高楼密集的商业街,信号预测误差图,第五部分：佛山模型校正情况,规则普通城区,地物照片,禅城区政府,南海教育中心,第五部分：佛山模型校正情况,规则普通城区,地物照片,南海教育中心,黄歧城区,校正前的方差,校正后的方差,第五部分：佛山模型校正情况,规则普通城区,模型校正对比,第五部分：佛山模型校正情况,规则普通城区,信号预测误差图,区府及南海教育中心,第五部分：佛山模型校正情况,规则普通城区,信号预测误差图,黄歧城区,大量的工程实际证明 在准平坦地形的条件下，标准偏差
21、不大于8dB； 丘陵地形条件下，标准偏差不大于11dB； 均值偏差不大于3dB； 即可认为该模型是可用的。标准偏差不大于8dB不意味预测的最大偏差不大于8dB。,第六部分：模型校正结果分析,精度要求,排除工程设计方案和人为因素外，通常影响模型精度有如下几个方面： 发射机和接收机的精度以及工作的稳定性 模型校正软件采用的算法 数字地图的精度 数据采集的数量及其代表性 数据处理的合理性 地形地貌以及建筑物分布的复杂程度,第六部分：模型校正结果分析,影响模型精度的因素,第七部分：模型校正工具介绍,CW信号发射机,频率： 2110MHz-2170MHz 输出功率： 13dBm43dBm 频率稳定度：1
22、ppm 2055 带外抑制： 60dB VSWR ： 1.5,便携设计、过温保护、 驻波比保护,发射机,频率：2110MHz-2170MHz 扫频速度 ： 500 Channel/Second(CW); 250 Channel/Second(Wide) 接收灵敏度：-116dBm通信速率：115kbps,第七部分：模型校正工具介绍,WCDMA无线扫频接收机,接收机,RSSI（实时信号强度指示）扫频测试频谱分析按距离选样（Distance BasedSampling option）Rake Finger 功能多导频同时测试时隙（SCH）扫频测试导频（CPICH）扫频测试前N个导频号测试内置GPS,第七部分：模型校正工具介绍,操作模式,接收机,珠海万禾服务指南,陈瑞 万禾技术有限公司 Tel: 0756-2299988 Fax: 0756-2299988/2299388 mail: http:/ 珠海市香洲翠微东路48号宏辉大厦6F,谢谢！,珠海万禾技术有限公司3G产品部,
