基于CW数据的传播模型校正

杨常清

本文首先对传播模型进行介绍，并且根据无线信号在空间中传播的特点，指出了无线传播模型校正的重点，并且给出了一种基于测试数据的传播模型校正的方法，通过实际测试数据对标准传播模型进行校正，结合仿真数据，验证传播模型校正的准确度。

【关键词】CW波 传播模型校正 仿真预测

1 引言

当今无线通信系统已经演进到宽带移动互联网通信时代，移动通信的用户数大规模增长，并且通信从传统的人与人之间的通信，延伸到人与机器，机器与机器之间的通信，网络承载的数据量将会出现爆发式的增长，这就对网络质量的要求越来越高，甚至前移到在网络建设前，就需要对网络进行更为精准的设计，在网络运营过程中，对于网络优化方案进行更为精准的评估。

影响无线通信系统性能的主要是空间中不同用户，不同基站信号产生的相互干扰，对不同基站和用户之间的无线信号的电平强度进行建模和计算是评估干扰的核心。

传播模型就是对无线信号在空间中传播特征的数学建模。通用的传播模型适合的场景比较广泛，但其对于特定场景的匹配度会相对偏低，需要通过校正使其与目标场景的空间特征相匹配。

2 传播模型基本概念和相关公式

2.1 传播模型定义

无线信号在空间中传播，会受到多方面因素的影响，在自由空间传播的基础上，考虑反射、绕射、散射等因素的影响，信号强度随着传播距离、频率等因素发生变化。这种变化描述为数学公式被称为传播模型。

当在测量信号强度的变化时候，总体会显示如图1所示：

无线信号的影响，主要表征为以下三个组成部分：

（1）快衰落，又称为瑞利衰落，其是由多径干扰引起的，不同相位的反射信号在接收端互相叠加，当发射机和接收机之间存在较多阻挡信号视距传播的障碍物的城区场景尤其突出。

（2）慢衰落，又叫阴影衰落，信号强度的变化主要是受到，发射机和接收机之间的遮挡物的阴影效应影响，符合对数正态分布，一般标准差在6～12dB之间

（3）路径损耗，也就是信号均值随着距离降低的程度，是无线信号在空间传播的重要组成部分

2.2 传播模型分类

传播模型可分为经验模型和理论模型。

经验模型是通过对大量的实际测试数据进行归纳总结，得出的统计模型。

理论模型是从电磁传播理论推导出的确定性模型，比如射线追踪模型。

当前比较常用的经验模型是SPM模型，一个建立在COST 231-Hata经验模型基础上的通用模型：

如公式（1）所示。

· K1：模型常数（dB）

· K2：距离衰减系数

· d：发射机和接收机之间的距离（米）

· K3：发射机高度系数，反映了发射机天线高度对路径损耗的影响

· ：发射机有效天线高度，即，天线距离地面的高度 （米）

· K4：衍射系数

· K5：发射机高度和传播距离综合系数，此系数反映了发射机天线有效高度和传播对数距离的综合影响

· K6：接收机高度系数，反应了接收机天线距离地面高度对于传播损耗的影响

·：接收机有效天线高度，即，天线距离地面的高度 （米）

· K7：地物衰耗系数

本文传播模型校正就是基于SPM模型進行的校正。

2.3 传播模型校正和评价方法

传播模型校正的目的，是为了验证和改进传播模型的准确程度。校正的准确度可以使用对比测量数据和预测数据的方法来进行判断。

校正后的传播模型是基于实测数据对标准传播模型中的相关参数进行修正，得出调整后的传播模型。而校正结果的评价方法，则是采用反推的方法，选取一个未在校正时候使用的站点，然后用校正后的传播模型针对该站点区域内的信号电平强度进行预测，然后再用路测设备在此站点进行实地测量，然后对比实测数据和仿真预测数据在相同位置上信号差值的均值统计以及方差，从统计学角度如图2示意：

ei代表测试数据和基于传播模型的仿真预测电平强度差值，统计均值为公式（2），

基于校正的传播模型仿真预测结果与实测数据差值的均值接近0，标准方差越小（一般认为当标准方差小于8dB以内），则传播模型的结果较好，和实际无线信号的传播匹配度较高。

3 传播模型校正方法及流程

3.1 路径规划

对于备选站点，进行测试数据路径的规划，需要遵循以下原则：

（1）高速，隧道，有较大坡度的路应该避免。

（2）路线应该尽可能的密集，测试路线长度约100到200千米，以保证有足够的测试点。

（3）距离测试点200米以内的区域应该比避免。

（4）距离测试点太远的区域也应该被避免，比如超过5公里以外。

（5）路线尽可能多的涵盖当地的各种地物类型

3.2 测试数据收集

测试数据是希望得到场强分布的本地均值。但实际的无线测试环境中存在快衰落的影响，测试时能够遵循李氏准则，则可以最大化过滤快衰落对测试数据的影响。

根据李氏准则，在测试中通常要求：

（1）本征长度不超过40λ。

（2）本征长度内要保证不少于36个采样点。

根据以上要求，可以得出最高车速（m/s）和接收机采样速度的关系，即：

Vmax=0.8*λ*f

公式4 最高车速和接收机采样频率

这里的f为测试接收机的采样频率。

3.3 测试数据过滤

测试文件需要进一步本征长度内进行平均化处理，过滤掉测试时未完全消除的快衰落影响。