丘陵地貌下的2.6GHz传播模型校正

（中国移动通信集团设计院有限公司四川分公司，成都 610041）

丘陵地貌下的2.6GHz传播模型校正

赵明峰， 刘刚， 楚杨

（中国移动通信集团设计院有限公司四川分公司，成都 610041）

从经典的SPM模型及校正流程出发，针对某丘陵地貌城市的2.6 GHz SPM模型校正，进一步结合该城市前期的TD-SCDMA 2 GHz SPM模型校正结果，经过仿真分析和对比，得出了丘陵地貌下的F/D频段传播路径损耗差异，可为有效指导丘陵地貌下的传播模型校正提供参考。

通用传播模型；模型校正；TD-LTE

1 引言

随着移动通信技术的飞速发展，移动通信网络的规划及优化技术将扮演重要的角色。合理的无线网络规划可使得网络在时间与空间上达到最大程度的覆盖。规划的网络质量好坏直接关系到后续用户的体验，而信号质量是影响网络质量的关键因素，信号质量主要取决于发射机和接收机之间的传播条件和特性。路径损耗是体现传播条件和特性的关键指标，它影响覆盖范围、信干比SINR和远近效应等蜂窝网络设计需考虑的因素。无线传播模型是预测路径损耗较为有效的工具。特点环境下的无线传播模型将帮助规划设计人员了解预定站点分布下实际环境的传播效果，是网络规划的重要基础，它将直接决定网络规划的准确性和合理性。目前TD-LTE系统主要采用2.6 GHz频段，由于现有的GSM、TDSCDMA、WCDMA等所采用的频段都远低于该频段，同时由于全球TD-LTE商用较少，TD-LTE试验网相应的传播模型主要针对大型相对平坦城市，这导致目前缺乏针对特定丘陵地貌下的传播模型分析和比较。基于此，本文将针对某丘陵地貌城市，分析其传播模型特性，为TD-LTE后续较为准确而有合理的仿真规划奠定良好基础。

本文首先介绍SPM模型的基本原理和校正方法，在此基础上给出丘陵地貌下的模型校正结果，并与TDSCDMA校正结果进行对比分析，最后给出相应的结论。

2 SPM模型

SPM模型是建立在COST231-HATA模型基础上，简称为通用传播模型。SPM模型的数学表达式为：

其中K1表示与频率相关的因子，默认值通常为12.4；

K2表示距离衰减因子，默认值通常为44.9；

K3表示基站发射天线高度相关因子，默认值通常为5.83；

K4表示与衍射计算相关的因子，默认值通常为0.5；

K5表示与发射天线有效高度和距离相关的因子，默认值为-6.55；

K6表示移动终端高度相关因子，即接收机高度所带来的增益，由于接收机高度较低，相应增益可忽略，因此默认值通常为0；

Kclutter表示地貌相关因子，默认值为1；

d表示收发间的距离；

Kclutter表示基站天线等效高度；

KTexff表示移动台天线等效高度；

Diffraction表示衍射损耗；

Kcluffer表示地貌相关因子；

f(clutter)表示发射点和接收点之间所经历的各种地貌类型的损耗。

由于通常使用的电子地图为 20 m精度，各种地物精细程度不是很充分，绕射因子K4和与HTxeff相关的K3，K5，K6等系数难以准确校正。因此考虑到校正工作的效率和参数的影响，一般情况只对K1、K2、Kclutter值进行校正，K3～K6通常采用上述典型值，即K3=5.83、K4=0.5、K5=-6.55、K6=0。

2.1 SPM校正流程

SPM测试相关设备与参数设置及模型校正软件如表1所示。

SPM校正涉及的站点、测试线路、数据及处理等要求如下。

2．1．1 测试站点选择要求

传播模型测试站址选择原则是要使它能够覆盖足够多的地物类型。它还要满足的第一菲涅尔区（天线主瓣方向100 m以内的区域）必须无障碍物的要求。在实际测试中为便于测试，可按以下标准来确定站址选取是否合适。

表1 测试设备、软件及参数设置

（1）站点周围不能有明显的遮挡。

（2）站点的天线挂高应和适用该区域模型大致需要的天线挂高接近。

（3）各测试站点周围的地形地貌应与需要测试模型代表的环境地形地貌一致。

（4）测试点周围环境应包含足够多的地物类型，尽量包含所代表类型区域内的各种地物类型。

（5）测试站点周围该类型区域足够大，有足够区域进行测试，保证测试数据量的要求。

（6）密集城区、一般城区要求测试点周围测试类型环境以测试点为半径不少于3 km。

（7）测试站点所在楼面不能太大。如果楼面比较大，天线需要增高，否则楼面（尤其是女儿墙）对测试信号传播影响较大。

（8）测试站点周围避免较大的河流、山体、坡地、矿区。

（9）密集城区、一般城区类型选取2～4个测试点。

2．1．2 测试路线选择要求

测试路线选择主要基于以下几点：

（1） 规划的测试路线应包括测试点周围所有方向。如某一小方向内有山体、河流阻隔，可在满足测试数据量的前提下避免。

（2） 规划测试路线应尽量包括该测试点所代表的类型区域内的所有地物类型。

（3） 规划测试路线尽量避免重复道路，避免反复测试。同一条道路上反复跑时，只记录第一次的数据。测试过程中停车时（如红灯）不记录数据（使用测试软件中的暂停功能）。

（4）规划测试路线以2～4车道道路为主。尽量规避大路或过小的道路。

（5）规划测试路线尽量避免坡地、高架桥、海/湖/河滨路、较大较长的桥梁。

2．1．3 CW测试数据及要求

CW测试数据是模型校正的依据，它的准确有效是模型校正质量好坏的关键，对CW测试，有以下基本要求：

（1) 测试站点条件必须能代表典型传播环境。这里的条件包括天线挂高、周围地物地貌类型等信息。

（2) GPS定位要准确，在市区最好能采取辅助手段以避免在无可视天空条件下准确定位。

（3) 距天线太近或太远的数据需要滤除。

（4) 信号太弱的数据要滤除。

（5) 测试数据量要充分，以消除统计误差及快衰落的影响。根据业界广泛接受的Lee氏定理，测试数据密度应达到 36～50样点/40 λ以消除快衰落的影响，车速控制在30～40 km/h。

（6） 测试数据应在覆盖区域内均匀分布。

2．1．4 数据处理及要求

（1) 基于测量值的过滤：高于-45 dBm和低于-110 dBm的数据需要滤除。

（2）基于Clutter类别的过滤：其它Clutter类别如果没有足够的样点数（通常100为门限），应当在分析中去除。对未校正的clutter offset使用缺省值。

（3）基于距离的过滤：主城区域高于2 000 m和低于150 m的数据需要滤除。

（4）数据的地理平均处理：在进行路测数据采集时，由于车速难以保持恒定，导致在某些地方采集点过密，从而可能对分析结果产生一定的影响，对此可以对路测数据进行地理平均处理。根据李氏定理，地理平均长度为6 m。

2.2 校正结果及分析

为了与前期的TD-SCDMA模校进行对比与分析，我们在某丘陵城市密集城区内选择了相同的两个站点作为TD-LTE 2.6 GHz密集城区的模型校正。两个站点的情况如表2所示。

表2 测试站点情况

原TD-SCDMA 2 GHz、TD-LTE 2.6 GHz测试路线及区域分别如图1和图2所示。

基于2.1节的校正流程，均采用SPM校正，校正结果均满足均方差小于8 dB，均值接近于0，其中TD-SCDMA 2 GHz采用华为U-Net软件进行校正，U-Net软件主要针对K1、K2、K4、K6进行校正；而TD-LTE2.6 GHz主要采用中国移动设计院的ANPOP软件进行校正，ANPOP软件主要针对K1和K2进行校正。采用对应结果分别如表3和表4所示。

图1 原TD-SCDMA 2GHz测试线路

图2 TD-LTE 2.6 GHz测试线路

表3 TD-SCDMA 2 GHzSPM校正结果

表4 TD-LTE 2.6 GHz SPM校正结果

基于上述模型校正的结果，为了得出丘陵地貌下的TD-LTE 2.6 GHz和TD-SCDMA 2 GHz路径损耗之间的对应关系，我们给出该两种模式下的路径损耗随收发信机距离的变化情况，并与COST 231-HATA模型进行相应对比，其中，路径损耗中暂不考虑绕射因子K4和地貌相关因子 对路径损耗的影响，其对应结果如图3所示。从图3可知，该丘陵地貌城市下的TD-LTE 2.6 GHz校正后SPM模型路径损耗与前期的TD-SCDMA 2 GHz校正后SPM模型路径损耗相比，随着收发信机之间的距离增加，SPM 2.6 GHz所对应的路径损耗与SPM 2GHz所对应的路径损耗差值逐渐增大，其对应在不同距离下的路损值及差值如表5所示。基于表5的分析，我们可以得出在该丘陵地貌下，TD-LTE 2.6 GHz采用SPM模型校正后的路损值相对于TDSCDMA 2 GHz校正后的路损值平均差异4.89 dBm。这与目前TD-LTE试验网实际测试结果F/D频段传播损耗差异约4～5 dBm相一致。为此，我们可以得到该丘陵城市等效的F频段传播模型，即将TD-LTE 2.6 GHz校正后SPM模型参数k1降低4.89，其余值保持不变，相应的路径损耗如图4所示。

图3 路径损耗对比

表5 SPM和COST 231模型（2 GHz/2.6 GHz）不同距离下的路径损耗

图4 等效的F频段路径损耗与其余模型对比

从图4可知，该丘陵地貌城市下的TD-LTE 等效F频段SPM模型路径损耗与前期的TD-SCDMA 2 GHz校正后SPM模型路径损耗基本保持相当，略高于前期的TD-SCDMA结果，这与该区域内的建筑物改造等城市发展相吻合，也说明在该丘陵地貌城市下的2.6 GHz模型校正的合理性和有效性。

3 结论

针对特定的无线环境和采用的频率，选择良好的传播模型是准确进行网络规划的基础。本文针对丘陵地貌下某地市的2.6 GHz模型校正结论，并结合前期的TD-SCDMA 2 GHz模型校正结果，通过仿真对比，验证了F/D频段的传播路损差异，验证了丘陵地貌下的传播模型特性。基于该结论，可有效提供丘陵地貌下TD-LTE相应F/D频段组网较为准确而有合理的传播模型，并可为后续合理的网络规划和仿真奠定良好基础。

[1] 张华， 李懿， 尧文彬， 等． 2．6 GHz频段传播模型校正及分析[J]．电信工程技术与标准化， 2011，24(9)：5-8．

[2] 王庆扬， 陈晓冬． 2．5 GHz和3．5 GHz频段的WiMAX传播模型研究与校正[J]． 电信科学，2008，24(6)：52-54．

[3] Noman Shabbir， Muhammad T． Sadiq， Hasnain Kashif etc． Comparison of radio Propagation models for Long Term Evolution (LTE) network[J]． International Journal of Next-Generation Networks (IJNGN)，2011，3(3)：25-41．

2.6 GHz propagation model calibration for hilly city

ZHAO Ming-feng, LIU Gang, CHU Yang
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Sichuan Branch, Chengdu 610041, China)

Based on the classic SPM propagation model and the process of model calibration, the 2.6GHz SPM propagation model calibration is presented for the hilly city. Combining with early TD-SCDMA 2GHz SPM model calibration results, the difference of 2.6/2GHz SPM model is listed from the conclusion of simulation. It can be provided some reference for the hilly city propagation model calibration based on this strategy.

SPM; propagation model calibration; TD-LTE

TN915.1

A

1008-5599（2014）10-0020-05

2014-07-16