傳播模型校正技術交流.ppt

珠海萬禾技術有限公司3G產(chǎn)品部 2003.08,傳播模型校正技術交流,背景知識 第一部分：傳播模型簡介 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：佛山模型校正情況 第六部分：模型校正結(jié)果分析 第七部分：模型校正的工具介紹,主題,交流會主題,背景知識,無線電波傳播方式,直射：自由空間傳播； 反射：在電波傳播的路徑上有一個體積遠大于電波波長的 物體，電波不能繞射過該物體； 繞射：在發(fā)射機與接收機之間有邊緣光滑且不規(guī)則的阻擋 物體，該物體的尺寸與電波波長接近，電波可以 從該物體的邊緣繞射過去； 衍射：當電磁波的傳播路由上存在小于波長的物體、并且 單位體積內(nèi)這種障礙物體的數(shù)目非常巨大時，發(fā)生 衍射。衍射發(fā)生在粗糙表面、小物體或其它不規(guī)則 物體，如：樹葉、街道標志和燈柱等,背景知識,無線電波傳播方式,幾乎任何一次通信的過程，都是這多種傳播方式的組合,背景知識,衰落,衰落影響： 接收電平下降，影響接收 靈敏度 傳播時延變化，影響同步 波形畸變，產(chǎn)生誤碼,幅度衰減較大的路徑損耗大尺度衰落 伴隨中等幅度衰減的具有對數(shù)正態(tài)分布特性的 慢變化成分，俗稱陰影衰落中尺度衰落 多徑衰落，又稱快衰落小尺度衰落,衰落組成,背景知識,衰落,陸地移動通信中的任何一次通信，其衰落都必然包含這三種成分，傳播模型的研究對象是中尺度的慢衰落變化,背景知識,衰落,快衰落和慢衰落,慢衰落在幾十個波長的長度上呈現(xiàn)比較慢的變化趨勢、快衰落則是疊加在其上的快變化成分,第一部分：傳播模型介紹,傳播模型表征的是在某種特定環(huán)境或傳播路徑下電波的傳播損耗情況 。其主要研究對象是傳播路徑上障礙物陰影效應帶來的慢衰落影響。,在傳播模型研究方面主要有如下兩種流派： 直接應用電磁理論計算的確定性模型 基于大量測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計模型，又稱為經(jīng)驗模型,第一部分：傳播模型介紹,兩種模型的比較 確定性模型適合室內(nèi)或微小區(qū)的模型預測，但由于其 應用比較復雜，計算量很大，所以目前較少使用，比 較有代表性如射線跟蹤法； 統(tǒng)計模型適用于宏蜂窩信號的預測，它的研究歷史悠久 是一種比較成熟的技術，它得到了包括國際電聯(lián)（ITU）、 歐洲電信標準化組織（ETSI）以及許多著名通信廠商的 認可與采用，目前比較著名的，應用較廣泛的模型大 多是統(tǒng)計模型，比如 Okumura模型、Hata模型、Egli 模型。,第一部分：傳播模型介紹,平坦地面宏蜂窩電波傳播模型 Okumura-Hata COST 231 General Model 丘陵與山地 Egli 微蜂窩電波傳播模型 Walfish-Ikegami Ray-Tracing 室內(nèi)覆蓋電波傳播模型,傳播模型分類,第一部分：傳播模型介紹,Okumura-Hata 模型,其中，L(Urban)為平坦市區(qū)的中值傳播損耗（dB） F為頻率，范圍150MHz-1500MHz Hb為基站天線高度，范圍30-200m Hm為移動臺天線高度，范圍1-10m d為傳播距離，范圍1-20km a(Hm)為移動臺天線修正因子,Cost231-Hata模型,其中，L(Urban)為平坦市區(qū)的中值傳播損耗（dB） F為頻率，范圍1500MHz-2000MHz Hb為基站天線高度，范圍30-200m Hm為移動臺天線高度，范圍1-10m d為傳播距離，范圍1-20km a(Hm)為移動臺天線修正因子 Cm = 0dB，對于中小城市、郊區(qū) Cm = 3dB，對于大城市,第一部分：傳播模型介紹,Ploss=K1+K2logd+K3(Hms)+K4log(Hms)+K5log(Heff)+ K6log(Heff)log(d)+K7diffn+Kclutter Ploss： 路徑損耗 (dB) d： 基站到移動臺之間的距離（km） Hms： 移動臺所在地面上的高度（m）。 Heff： 基站天線的有效高度（m）。 Diffn： 使用Epstein Peterson、Deygout或Bullington的 等效刃形衍射方法計算的衍射損耗。,規(guī)劃軟件中標準宏小區(qū)傳播模型,第一部分：傳播模型介紹,k1 & k2： 截距和斜率 K3： 移動天線的高度因數(shù) K4： Hms的Okumura Hata的Multiplying Factor K5： 有效天線高度增益 K6： Log (Heff)Log(d)。這是log(Heff)log(d)值 的Okumura Hata類型的Multiplying Factor K7： 衍射系數(shù) Clutter_Loss： 地物損耗參數(shù),第一部分：傳播模型介紹,參數(shù)含義,珠海萬禾公司目前主要提供對標準宏小區(qū)的模型校正服務,第二部分：模型校正的必要性,每一個模型的提出都與提出人/廠商所在的地區(qū)有關系，每一個模型都只是客觀上反映了進行模型修正的這些地區(qū)，而事實上由于各個地區(qū)，各個不同的城市，其地物地貌有著很大的不同，特別在我國，地域廣闊，地理類型多樣，各地的地形地貌千差萬別，這就決定了當要把一個模型應用到其他地區(qū)時，必須對模型的一些參數(shù)進行修改，也就是需要模型校正工作。,統(tǒng)計模型的先天不足,第二部分：模型校正的必要性,未經(jīng)校正的模型預測誤差普遍在20dB左右，校正后的模型預測誤差大部分都在10dB以內(nèi)。,校正前后的誤差對比,第二部分：模型校正的必要性,有利于對一個新的服務覆蓋地區(qū)的信號進行仿真預測 可以大大降低進行實際路測所需的時間、人力和資金 可以為網(wǎng)絡規(guī)劃提供有力的依據(jù) 可以對現(xiàn)有網(wǎng)絡的信號覆蓋情況進行分析，為網(wǎng)絡的優(yōu)化提 供重要的參考依據(jù) 可以節(jié)省大量的基站建設、運行維護成本 可以提高網(wǎng)絡的服務質(zhì)量,模型校正的意義,第三部分：模型校正原理和方法,模型校正的原理,利用隨機過程的理論分析移動通信的傳播可以表示為,其中：x為距離， r(x)為接收信號, ro(x) 為瑞利衰落, m(x) 為本地均值，也就是長期衰落和空間傳播 損耗的合成,m(x) 可以表示為：,其中, 2L為平均采樣區(qū)間長度也叫本征長度,模型校正的原理,第三部分：模型校正原理和方法,根據(jù)著名的李氏定理，當2L取40個波長，采樣點為3050個時，能有效 “消除快衰落、保留慢衰落”，從而找出本地環(huán)境對信號傳播的慢衰落變化趨勢，達到模型校正的目的。,模型校正的方法,第三部分：模型校正原理和方法,CW波采樣測試 求出區(qū)域的本地均值 再利用本地均值對模型參數(shù)加以校正,第四部分：模型校正流程,模型校正開始,前期準備工作,選點及路線確定,架站和數(shù)據(jù)采集,數(shù)據(jù)處理,模型調(diào)校及結(jié)果輸出,生成報告,我公司完成一個模型校正的流程如右所示：,第四部分：模型校正流程,校正前的準備工作,軟硬件設備的準備,發(fā)射機高精度、大功率 接收機高采樣速率、高靈敏度 配套的天線良好的波瓣特性、準確的天線方向圖 GPS接收機高靈敏度和采樣速率 帶模型調(diào)校的網(wǎng)絡規(guī)劃軟件強大軟件算法 數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理軟件良好的操作界面及靈活性 其他測試工具提供輔助的參數(shù)測試,第四部分：模型校正流程,校正前的準備工作,電子地圖包括的信息包括： 地形高度(必須) 地物覆蓋(必須) 矢量(必須) 建筑物的平面位置和高度數(shù)據(jù)(可選) 文本標注(可選) 電子地圖可有不同的精度 5m 密集城區(qū)，微蜂窩 20m 一般城區(qū)，宏蜂窩 50m 郊區(qū)，宏蜂窩 100m 農(nóng)村，宏蜂窩 更新周期：兩年以內(nèi),電子地圖,模型分類設置,分析當?shù)氐牡匦蔚孛蔡攸c，對模型進行分類設置 根據(jù)人文環(huán)境 密集城區(qū)、一般城區(qū)、郊區(qū)、農(nóng)村、開闊地等 根據(jù)地形地貌 準平坦地形、不規(guī)則地形等 根據(jù)小區(qū)類型 宏蜂窩、微蜂窩、微微蜂窩等 通常都是按照人文環(huán)境來進行分類設置,第四部分：模型校正流程,校正前的準備工作,第四部分：模型校正流程,選點和路線確定,首先應對服務區(qū)域的基站分布進行分析，初步劃分區(qū)域范圍，并大致選定各區(qū)域的站點。然后對初步確定的站點進行現(xiàn)場勘察，進行第二次篩選，對選定的基站進行詳細的記錄，并確定該站的測試路線圖。詳細的流程見下圖：,第四部分：模型校正流程,選點和路線確定,盡可能選擇服務區(qū)內(nèi)具有代表性的傳播環(huán)境，對不同的人文環(huán)境如密集城區(qū)、一般城區(qū)、郊區(qū)等等，需分別設置站點，而不能在同一個站點完成多種人文環(huán)境的測試； 測試站點條件必須能代表典型基站條件。這里的條件包括天線掛高、周圍地物地貌類型等等； 選定的站址要使它能覆蓋足夠多的地物類型，以使得每一種地物類型通過模型校正后都能得到一個相應的offset值（此點要求電子地圖分類是足夠精確的）； 路線選擇上要求盡可能經(jīng)過各種地物、測試數(shù)據(jù)分布盡量均勻、測試距離主要由信號的場強來決定，對于定位不準，路面有起伏的路線不能選擇； 路線選擇還應該充分考慮掘棄測試站點中特性的東西，而保留該類模型中共性的東西。,選點和路線確定的要求,第四部分：模型校正流程,站點架設和數(shù)據(jù)采集,站點架設和數(shù)據(jù)采集是整個模型校正工作中至為重要的一步，站點架設的合理與否、采集的數(shù)據(jù)是否達到要求將直接對模型結(jié)果產(chǎn)生影響。按照前面所提的校正原理，必須保證測試數(shù)據(jù)密度達到3050樣點/40，才能有效達到“消除快衰落、保留慢衰落” 的目的。具體的數(shù)據(jù)采集流程圖如右：,流程圖,第四部分：模型校正流程,站點架設和數(shù)據(jù)采集,數(shù)據(jù)采集頻率,根據(jù)李氏定理，我們設定數(shù)據(jù)采樣密度為50個樣點/40， 那么，當： f=2150M（即0.139m）， 接收機每秒的采樣點數(shù)是n=120個時， 由公式40n/v50，得到車速為48.038km/h。 則要求在測試中，車速需控制在48km/h左右,第四部分：模型校正流程,站點架設和數(shù)據(jù)采集,數(shù)據(jù)采集要求,站點發(fā)射天線的安裝高度要求比天面高出5米以上，天線的安裝 位置在近距離內(nèi)（150米）沒有明顯阻擋，或者至少保證在測試 方向上沒有阻擋 橫縱向的街道盡量采集同樣數(shù)量的標本，同時盡量避免以同心圓 的方式進行測試 接收機的天線需放置到車頂，以消除人體或者車體對信號接收的 影響 對每一個模型的測試，盡量考慮在同等條件下進行測試，具體是： 同種車輛、天氣相同，測試時間段相同 盡量選取路面的中間車道進行測試，且車速盡量恒定、不變道,第四部分：模型校正流程,數(shù)據(jù)處理,數(shù)據(jù)處理流程圖,數(shù)據(jù)處理最主要的目的是將測試中帶入的不合理數(shù)據(jù)進行濾除，完成地理化平均的和數(shù)據(jù)偏移修正的處理操作，然后轉(zhuǎn)換成模型調(diào)校所需要的文件格式。其具體的流程圖如右所示：,第四部分：模型校正流程,數(shù)據(jù)處理,數(shù)據(jù)過濾,沒有經(jīng)緯度的數(shù)據(jù) 經(jīng)緯度出現(xiàn)漂移的數(shù)據(jù) signal-40dBm和signal-120dBm數(shù)據(jù),該處理由軟件DTISCAN完成,第四部分：模型校正流程,數(shù)據(jù)處理,數(shù)據(jù)離散,由于GPS的采樣頻率比數(shù)據(jù)的采樣頻率慢，這樣在同一個經(jīng)緯度點上就有多個數(shù)據(jù)，通過按采樣時間順序?qū)?shù)據(jù)進行內(nèi)插，從而將同一點上的多個數(shù)據(jù)平鋪到取樣時間所走的路線上，即完成了數(shù)據(jù)的離散操作,該處理由軟件DTISCAN完成,第四部分：模型校正流程,數(shù)據(jù)處理,數(shù)據(jù)地理平均,目的：獲取本地均值 方法：將測試路線分段，每段取6米，將該6米內(nèi)的數(shù)據(jù)取均值，并將取得的均值作為該路段中心點的場強值 （注：平均的長度通常稱作本征長度、通常認為在115米內(nèi)都是合理的，但通常都是取6米；取得的均值稱為本地均值）,該處理由軟件DTISCAN后臺數(shù)據(jù)處理完成,第四部分：模型校正流程,數(shù)據(jù)處理,數(shù)據(jù)偏移修正,目的：修正數(shù)據(jù)的地理屬性 方法：通過在專用的修正軟件內(nèi)，手動搬移那些出現(xiàn)偏移的數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)達到與地圖的最佳匹配,第四部分：模型校正流程,模型調(diào)校,模型調(diào)校流程圖,利用規(guī)劃軟件對模型進行調(diào)校的流程圖：,第四部分：模型校正流程,模型調(diào)校,模型調(diào)校方法,首先選定一個模型并設置各參數(shù)值K1K7值，通?？蛇x擇該頻率上的缺省值進行設置，也可以是其它地方類似地形的校正參數(shù)，然后以該模型進行無線傳播預測，并將預測值與路測數(shù)據(jù)作比較，得到一個差值，再根據(jù)所得差值的統(tǒng)計結(jié)果反過來修改模型參數(shù)，經(jīng)過不斷的迭代處理，直到預測值與路測數(shù)據(jù)的均方差及標準差達到最小，則此時得到的模型各參數(shù)值就是我們所需的校正值。,在分析所設模型與實測數(shù)據(jù)的擬合程度時用到了這么幾個統(tǒng)計分析值：Mean Error、RMS Error、Std.Dev.Error、Corr. Coeff。其中Mean Error表示預測值和實際路測值的統(tǒng)計平均差，RMS Error表示預測值和路測數(shù)據(jù)的均方差，Std.Dev Error.表示預測值和路測數(shù)據(jù)的標準差，Corr. Coeff.是互相關系數(shù)。 模型校正的結(jié)果就是要使得RMS Error和Std.Dev.Error的值達到最小，并由此來判斷模型的結(jié)果和實際環(huán)境的擬合情況。,第四部分：模型校正流程,模型調(diào)校,數(shù)據(jù)校正中幾個參數(shù),模型校正軟件要求導入的數(shù)字地圖是選擇WGS84基準面和UTM投影方式的，但我國的數(shù)字地圖（特別是國家地理信息中心提供的數(shù)字地圖）通常都不使用WGS84基準面和UTM投影方式，這樣導入之后的地圖由于投影方式變了，其和我們的測試數(shù)據(jù)就有了偏差。因此我們需要對地圖進行修正。（這項工作需要在校正前做好） 修正方法：修改數(shù)字地圖的直角坐標的四個參數(shù)（即index.txt文件里的四個參數(shù)），使之與測試數(shù)據(jù)達到最優(yōu)匹配；,第四部分：模型校正流程,模型調(diào)校,數(shù)字地圖的修正,第五部分：佛山模型校正情況,模型分類設置,不規(guī)則密集城區(qū)： 佛山同濟、佛山名苑 高樓密集的商業(yè)區(qū)： 佛山金城酒店 規(guī)則的普通城區(qū)： 禪城區(qū)政府、南海教育中心、黃歧城區(qū)、 南海東駿廣場 不規(guī)則的普通城區(qū)： 大瀝新風路、三水中旅社、鹽步賓館 城中村： 南海疊北基站 城區(qū)開闊地： 佛山大福路、佛山佛陳大橋 工業(yè)園區(qū)： 佛山彩洲廠 農(nóng)村： 三水三溪基站 山區(qū): 高明光明基站,第五部分：佛山模型校正情況,地物照片,密集城區(qū),校正前的平均誤差和方差,校正后的平均誤差和方差,第五部分：佛山模型校正情況,密集城區(qū),模型校正對比,第五部分：佛山模型校正情況,密集城區(qū),信號預測誤差圖,第五部分：佛山模型校正情況,高樓密集的商業(yè)街,地物照片,校正前的方差,校正后的方差,第五部分：佛山模型校正情況,高樓密集的商業(yè)街,模型校正對比,第五部分：佛山模型校正情況,高樓密集的商業(yè)街,信號預測誤差圖,第五部分：佛山模型校正情況,規(guī)則普通城區(qū),地物照片,禪城區(qū)政府,南海教育中心,第五部分：佛山模型校正情況,規(guī)則普通城區(qū),地物照片,南海教育中心,黃歧城區(qū),校正前的方差,校正后的方差,第五部分：佛山模型校正情況,規(guī)則普通城區(qū),模型校正對比,第五部分：佛山模型校正情況,規(guī)則普通城區(qū),信號預測誤差圖,區(qū)府及南海教育中心,第五部分：佛山模型校正情況,規(guī)則普通城區(qū),信號預測誤差圖,黃歧城區(qū),大量的工程實際證明 在準平坦地形的條件下，標準偏差不大于8dB； 丘陵地形條件下，標準偏差不大于11dB； 均值偏差不大于3dB； 即可認為該模型是可用的。 標準偏差不大于8dB不意味預測的最大偏差不大于8dB。,第六部分：模型校正結(jié)果分析,精度要