作 者:邹广玲 罗跃 中兴通讯
概述
无线网络规划是无线网络建设的基础,无线网络规划方案的好坏、精确与否直接影响了无线网络质量和后期网络优化的工作量。
目前在网络规划工作中,首先针对当地的实际无线环境做无线传播特性测试,然后将所得到的数据导入规划软件,以修正的Hata模型为原型,并根据实测数据对模型公式中的系数进行修正。网络规划中主要考虑的是网络覆盖以及频率复用等,采用上述方法得到的修正后的经验模型以及2D数字地图基本上能够满足网络规划的需要。Hata模型一般适用于平坦郊区和均匀建筑物高度的城区,是一个半经验半确定性模型。
随着现网建设的深入,特别是对密集城区等无线环境复杂的场景的深度覆盖建设的进行,利用精细的网络规划结果指导网络建设和网络优化能够大幅提高优化工作效率,这就对无线网络规划提出了更高的要求。由于楼宇建筑密集的城区无线环境复杂,要精确地进行无线网络规划并有效控制干扰,就需要更多地考虑基站周围建筑物对计算结果的影响。
规划精度因素分析
目前无线网络规划仿真依赖电子地图信息,而实际情况受各种条件影响,不确定因素很多,无法在仿真中完全真实地反映覆盖情况。
目前宏蜂窝无线网络仿真在城区使用的局限性体现在:
电子地图的精度:20m及以下精度地图没有建筑物高度信息,不能准确反映城区复杂楼群环境现状;对于5m精度电子地图,在目前的宏蜂窝建模下,衍射损耗是基于经典的山峰衍射损耗,对城区建筑物/障碍物的简化使得仿真与实际建网存在一定误差;
传播模型:为平均场强传播特性,对特殊场景下(如街道拐角)无线网络性能无法准确反映,另外修正的Hata模型对建筑物的简化也会带来误差影响;
天线安装位置在网络仿真中不能体现,但对实际测试有影响:如天线在天面的位置、周围是否有广告牌遮挡等因素。
在规划中又以前两项对规划精度和结果影响比较大,直接影响网络规划和对网络信号分布的评估。
城区无线环境复杂,站间距密集,精细规划至关重要。为此我们在传播模型建模上考虑引入确定模型中的射线跟踪模型,在此模型基础上采用5m高精度地图进行规划仿真来克服上述所提到的规划精度问题。
射线跟踪模型促进网络规划精细化
移动通信场强覆盖预测计算的模型可分为两大类:一类是统计模型,另一类是确定模型。
统计模型是对不同传播环境下的实测结果进行统计,找出规律、给出修正因子和相关公式等。一般来说它对远距离通信或大蜂窝覆盖计算是相对准确的,计算速度较快。
确定模型是基于几何光学原理,发射机和接收机周围物体的几何尺寸和电参数一经确定,电波传播的路径就被确定下来,对每一条传播路径分别跟踪计算即可得到接收机的复合场强。它充分利用了建筑物与vector等信息来进行预测,体现了建筑物对信号传播的影响,包括强烈的“波导效应”,能精确地计算出场强分布。计算速度相对长,对电子地图精度要求高。
射线跟踪模型为确定模型的一种。图1是射线跟踪模型的一个示例图。
可以看到这里3D传播路径被分为两个平面,一个是垂直平面,一个是水平面,分别对两个平面进行衍射损耗的计算,再在接收天线处合成。
在垂直面主要考虑直接路径的屋顶衍射。
在水平面上,有多条传播路径,包括街道拐角的衍射、高楼侧面的反射、散射信号等。在密集城区水平面的信号比较强,容易形成“波导效应”。影响信号走向的主要是反射,而街道“波导效应”的一个重要形成因素就是楼层侧面反射信号的大量存在。
在射线跟踪模型中,在某个平面内通过模拟不同发射角度射线的传播路径来模拟信号传播。以某一初始角度、角度递增步长来穷举这个平面内所有可能的射线,然后对每条射线进行模拟、跟踪,如果到达接收点,则视为有效信号传播路径,计算其信号强度。
在射线跟踪模型中,一般将衰减(或者说是传播路径)分为三部分:
沿屋顶的衍射,也就是垂直面的传播路径;
沿楼层侧面的反射或衍射,这是水平面的传播路径;
在图1中屋顶衍射前后,接着又沿着楼层侧面的反射或衍射的传播路径。
上述对无线信号的考虑符合实际的信号传播特性和轨迹,再通过高精度的三维电子地图进行信号分布预测,能够更好地预测信号场强分布,并降低预测与将来实测的误差。
为了对其规划精度进行验证,中兴通讯进行了仿真与实测数据对比的测试。在测试中,将测试区域中的实际路测结果与基于射线跟踪模型的PCCPCH-RSCP仿真结果进行对比统计,验证实测数据与仿真结果的吻合程度。
示例区域位于北京海淀区北四环、北五环之间清华东路、志新西路附近,属于一般城区无线环境,站点分布如图2。
图3中左边为场强预测情况,右边为实际路测情况。
对比结果见表1,从信号均值和方差两方面来看,在5m精度地图下,使用确定模型——射线跟踪模型预测的场强与实际吻合度较高,能够为现网信号预测提供较好的参考。
小结
鉴于以上实例中实测与仿真的均值和方差,可以看出,根据射线跟踪模型进行预规划后得到的站点布局以及由此得到的信号场强分布预测等对实际工程实践有很好的指导作用,这些参数能够更大程度地符合实际无线环境情况,将规划结果直接应用于工程建网中,再在此基础上进行无线网络优化,将会节省无线网络优化中工程优化阶段的很多工作,并且有效缩短无线网络优化周期、节省建网成本。
中兴通讯致力于精细化无线网络规划研究,并进行了相关验证。射线跟踪模型的使用能够满足对密集城区精细规划的要求,能够为复杂城区环境规划提供更精确的规划建议和方案。但是射线跟踪模型所需要使用的地图精度高,相应地图成本高、预测周期长,要综合考虑项目成本、需求等情况应用此模型。