基于GIS平台显示的无线电发射台站信号覆盖

安然

【摘要】本文通过对C.Y.LEE模型进行研究，结合天线增益、天线朝向等无线电发射台站参数，计算出信号覆盖边界值，应用GIS平台，在电子地图上显示出其覆盖局域，为无线电监管部门提供直观的数据显示。

【关键词】C.Y.LEE模型;天线增益;GIS

The Research of Signal Coverage of Radio Transmitting Stations Based on GIS Platform

School Electronic and Information Engineering，LANZHOU JIAOTONG UNIVERSITY  An Ran

Abstract：Based on the research of C.Y.LEE Model，combined with the antenna gain，antenna orientation and other parameters of radio transmitting stations，the paper calculates the signal coverage boundary values，and shows its coverage area on the electronic map with the application of GIS platform，in order to provide an intuitive data display for radio regulatory authorities.

Keywords：C.Y.LEE Model;antenna gain;GIS

1.前言

近年来，国际电联划分的43种无线电业务已在我国通信、广电、铁路、交通、航空、航天、气象、渔业、科研等行业和领域得到广泛应用，有力地推动了经济和社会发展的进程。同时，各种无线电发射台站也越来越多，无线电监管部门对于发射台站的管理也需要新的手段，基于GIS平台显示的无线电发射台站信号覆盖应运而生。

本文主要论述了无线电发射台站信号覆盖范围的计算方式，并在GIS平台中显示出其覆盖区域。

2.发射台站覆盖范围的计算

2.1 传播模型

发射台站覆盖范围的计算首先需要确定所使用的传播模型，本文中使用C.Y.LEE模型。

C.Y.LEE模型与大多数传播模型一样，均是通过分析和实验相结合而产生的。

WILLIAM.C.Y.LEE认为：一个地区的收信场强通常包括2个因素。

a.1英里处实测场强修正值（即截距）pro。

b.路径损耗斜率γ。

一个地区的收信电平pr表示如下：

式（1）

在式（1）中r是英里或公里，英里。在线性表达式中γ为斜率，在dB表达式中为dB/dec。修正因子是实际参数修正。上式成立的条件是频率f在30-3000MHZ之间，覆盖半径r在1.5英里-20英里。n与地理位置和频率有关，在郊区当频率低于450MHZ时，n推荐值为20。在市区当频率高于450MHZ，n推荐值为30。

为了使实际测得的数据都可修正到统一的条件下，假设基本参数如下：

频率，基站天线高度=30.48米，基站发射功率=10W，基站天线增益=6dB，移动台天线高度=3米，移动台天线增益=0dB。

修正因子为5项内容，它是实际参数与假设参数修正的结果，即：，参数含义如下：

=实际基站天线高度米，=实际移动台天线高度米，=实际发射功率=实际基站天线增益=移动台天线增益修正，当移动台天线高度大于10米，当移动天台天线高度小于3米。

故：

式（2）

2.2 计算方法

首先选定无线电发射台站的位置，在电子地图中标出;然后确定天线的朝向，即天线的最大增益指向方向（对定向天线而言，若为全向天线则跳过此步），应用C.Y.LEE模型通过发射站功率、天线增益、天线水平面半功率波瓣宽度等参数计算出360°的最大传输距离，从而确定边界范围，流程图如图1所示。

应用Microsoft Visual Studio 2010，SuperMap Object以及Oracle数据库建立GIS平台。采用C#编程语言进行软件实现，支持多种操作系统，软件架构为CS结构。下面主要介绍计算中的重要步骤，其中C#类详见2.3。

图1 计算流程图

2.3 计算步骤

（1）确定天线朝向（最大增益朝向角），以正北为零度，顺时针方向旋转角度。

（2）以基站为中心，在GIS地图上取出角方向上固定点对应的20个高程。对应关系如下：

固定点与基站距离值（Km）：

d[20]={1，4，7，10.........52，55，58}

对应固定点的高程值（m）：

hm[20]={h1，h2，h3.......h18，h19，h20}

（3）根据输入发射站、接收点参数计算固定点的损耗值

发射站功率Tx，接收点机噪NF，信噪比SN，带宽band，频率f，最大增益Gbmax，接收点高度hb。

式（3）

式（4）

用C.Y.Lee模型计算对应20个固定点的损耗值loss[20]：

for（int i=1;i<20;i++）

{

loss[i]=GetDistence.Cylee（hb，f，Tx，d，hm[i]）;

}

（4）计算最大传播距离

d[20]对应的loss[20];

将最大损耗值Loss赋值到只有一个元素的数组中L[0]=Loss;

最大传播距离dmax=GetDistence.GettriSpline_y（loss，d，20，L，1）;

（5）通过水平面半功率波瓣宽度计算覆盖内其余方向传播距离

i计算天线在每个方向上的增益值Gain[360]，天线朝向为int型，程序如下：

double [] Gain= new double [360];

//角度下的360个增益值

double [] gain[]=new double [360];

//天线正北朝向上的增益值

gain=AntinaGain（double ehp，double maxgain）

for（int i=0;i<360;i++）

{

int x=+i;if（（+i）>359）

{

x=x-360;

}

Gain[i]=gain[x];

}

public static double[] AntinaGain（double ehp，double maxgain）

//ehp为水平面半功率波瓣宽度，正北方向波瓣宽度内的增益

{

double[] gain360=new double[360];

for （int i =0; i<360; i++）

if （i==0）

{

gain360[i]=maxgain;

}

else if （i <= ehp / 2）

{

gain360[i] = maxgain-i * 3/（ehp/2）;

}

else if （i >= 360-ehp/2）

{

gain360[i]=（maxgain-3）+3/（ehp/2）* （i+ehp/2-360）;

}

else

{

gain360[i] = 0;

}

}

return gain360;

}

ii计算各个方向上的传播距离

每个方向传播距离=dmax*每个方向上增益/最大增益值

double [] distence=new double [360];

for（i=0;i<360;i++）

{

distence[i]=dmax*Gain[i]/Gbmax;

}

3.效果显示（如图2、图3所示）

4.结束语

本文应用C.Y.LEE模型计算无线电发射台站的信号覆盖边界距离，并在GIS平台中显示，结果与实际情况较为一致。

参考文献

[1]William C.Y.Lee.移动通信工程理论和应用[M].北京：人民邮电出版社，2002：92-96.

[2]严天峰.基于C.Y.LEE模型的无线通信系统覆盖半径的估算研究[J].通信技术，2008，1：69-70+117.