傳播模型校正技術(shù)交流.ppt

珠海萬(wàn)禾技術(shù)有限公司3G產(chǎn)品部 2003.08,傳播模型校正技術(shù)交流,背景知識(shí) 第一部分：傳播模型簡(jiǎn)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(huì)主題,背景知識(shí),無(wú)線(xiàn)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(gè)體積遠(yuǎn)大于電波波長(zhǎng)的 物體，電波不能繞射過(guò)該物體； 繞射：在發(fā)射機(jī)與接收機(jī)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(zhǎng)接近，電波可以 從該物體的邊緣繞射過(guò)去； 衍射：當(dāng)電磁波的傳播路由上存在小于波長(zhǎng)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(shí)，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(shù)葉、街道標(biāo)志和燈柱等,背景知識(shí),無(wú)線(xiàn)電波傳播方式,幾乎任何一次通信的過(guò)程，都是這多種傳播方式的組合,背景知識(shí),衰落,衰落影響： 接收電平下降，影響接收 靈敏度 傳播時(shí)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(duì)數(shù)正態(tài)分布特性的 慢變化成分，俗稱(chēng)陰影衰落中尺度衰落 多徑衰落，又稱(chēng)快衰落小尺度衰落,衰落組成,背景知識(shí),衰落,陸地移動(dòng)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(duì)象是中尺度的慢衰落變化,背景知識(shí),衰落,快衰落和慢衰落,慢衰落在幾十個(gè)波長(zhǎng)的長(zhǎng)度上呈現(xiàn)比較慢的變化趨勢(shì)、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(duì)象是傳播路徑上障礙物陰影效應(yīng)帶來(lái)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(yīng)用電磁理論計(jì)算的確定性模型 基于大量測(cè)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)模型，又稱(chēng)為經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?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(yù)測(cè)，但由于其 應(yīng)用比較復(fù)雜，計(jì)算量很大，所以目前較少使用，比 較有代表性如射線(xiàn)跟蹤法； 統(tǒng)計(jì)模型適用于宏蜂窩信號(hào)的預(yù)測(cè)，它的研究歷史悠久 是一種比較成熟的技術(shù)，它得到了包括國(guó)際電聯(lián)（ITU）、 歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化組織（ETSI）以及許多著名通信廠(chǎng)商的 認(rèn)可與采用，目前比較著名的，應(yīng)用較廣泛的模型大 多是統(tǒng)計(jì)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(lèi),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(xiàn)高度，范圍30-200m Hm為移動(dòng)臺(tái)天線(xiàn)高度，范圍1-10m d為傳播距離，范圍1-20km a(Hm)為移動(dòng)臺(tái)天線(xiàn)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(xiàn)高度，范圍30-200m Hm為移動(dòng)臺(tái)天線(xiàn)高度，范圍1-10m d為傳播距離，范圍1-20km a(Hm)為移動(dòng)臺(tái)天線(xiàn)修正因子 Cm = 0dB，對(duì)于中小城市、郊區(qū) Cm = 3dB，對(duì)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(dòng)臺(tái)之間的距離（km） Hms： 移動(dòng)臺(tái)所在地面上的高度（m）。 Heff： 基站天線(xiàn)的有效高度（m）。 Diffn： 使用Epstein Peterson、Deygout或Bullington的 等效刃形衍射方法計(jì)算的衍射損耗。,規(guī)劃軟件中標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)天線(xiàn)的高度因數(shù) K4： Hms的Okumura Hata的Multiplying Factor K5： 有效天線(xiàn)高度增益 K6： Log (Heff)Log(d)。這是log(Heff)log(d)值 的Okumura Hata類(lèi)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(wàn)禾公司目前主要提供對(duì)標(biāo)準(zhǔn)宏小區(qū)的模型校正服務(wù),第二部分：模型校正的必要性,每一個(gè)模型的提出都與提出人/廠(chǎng)商所在的地區(qū)有關(guān)系，每一個(gè)模型都只是客觀上反映了進(jìn)行模型修正的這些地區(qū)，而事實(shí)上由于各個(gè)地區(qū)，各個(gè)不同的城市，其地物地貌有著很大的不同，特別在我國(guó)，地域廣闊，地理類(lèi)型多樣，各地的地形地貌千差萬(wàn)別，這就決定了當(dāng)要把一個(gè)模型應(yīng)用到其他地區(qū)時(shí)，必須對(duì)模型的一些參數(shù)進(jìn)行修改，也就是需要模型校正工作。,統(tǒng)計(jì)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(yù)測(cè)誤差普遍在20dB左右，校正后的模型預(yù)測(cè)誤差大部分都在10dB以?xún)?nèi)。,校正前后的誤差對(duì)比,第二部分：模型校正的必要性,有利于對(duì)一個(gè)新的服務(wù)覆蓋地區(qū)的信號(hào)進(jìn)行仿真預(yù)測(cè) 可以大大降低進(jìn)行實(shí)際路測(cè)所需的時(shí)間、人力和資金 可以為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提供有力的依據(jù) 可以對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)覆蓋情況進(jìn)行分析，為網(wǎng)絡(luò)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(shè)、運(yùn)行維護(hù)成本 可以提高網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)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(jī)過(guò)程的理論分析移動(dòng)通信的傳播可以表示為,其中：x為距離， r(x)為接收信號(hào), ro(x) 為瑞利衰落, m(x) 為本地均值，也就是長(zhǎng)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(zhǎng)度也叫本征長(zhǎng)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(dāng)2L取40個(gè)波長(zhǎng)，采樣點(diǎn)為3050個(gè)時(shí)，能有效 “消除快衰落、保留慢衰落”，從而找出本地環(huán)境對(duì)信號(hào)傳播的慢衰落變化趨勢(shì)，達(dá)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(cè)試 求出區(qū)域的本地均值 再利用本地均值對(duì)模型參數(shù)加以校正,第四部分：模型校正流程,模型校正開(kāi)始,前期準(zhǔn)備工作,選點(diǎn)及路線(xiàn)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(bào)告,我公司完成一個(gè)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(zhǔn)備工作,軟硬件設(shè)備的準(zhǔn)備,發(fā)射機(jī)高精度、大功率 接收機(jī)高采樣速率、高靈敏度 配套的天線(xiàn)良好的波瓣特性、準(zhǔn)確的天線(xiàn)方向圖 GPS接收機(jī)高靈敏度和采樣速率 帶模型調(diào)校的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件強(qiáng)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(cè)試工具提供輔助的參數(shù)測(cè)試,第四部分：模型校正流程,校正前的準(zhǔn)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(biāo)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?xún)?nèi),電子地圖,模型分類(lèi)設(shè)置,分析當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛蔡攸c(diǎn)，對(duì)模型進(jìn)行分類(lèi)設(shè)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(kāi)闊地等 根據(jù)地形地貌 準(zhǔn)平坦地形、不規(guī)則地形等 根據(jù)小區(qū)類(lèi)型 宏蜂窩、微蜂窩、微微蜂窩等 通常都是按照人文環(huán)境來(lái)進(jìn)行分類(lèi)設(shè)置,第四部分：模型校正流程,校正前的準(zhǔn)備工作,第四部分：模型校正流程,選點(diǎn)和路線(xiàn)確定,首先應(yīng)對(duì)服務(wù)區(qū)域的基站分布進(jìn)行分析，初步劃分區(qū)域范圍，并大致選定各區(qū)域的站點(diǎn)。然后對(duì)初步確定的站點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察，進(jìn)行第二次篩選，對(duì)選定的基站進(jìn)行詳細(xì)的記錄，并確定該站的測(cè)試路線(xiàn)圖。詳細(xì)的流程見(jiàn)下圖：,第四部分：模型校正流程,選點(diǎn)和路線(xiàn)確定,盡可能選擇服務(wù)區(qū)內(nèi)具有代表性的傳播環(huán)境，對(duì)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(shè)置站點(diǎn)，而不能在同一個(gè)站點(diǎn)完成多種人文環(huán)境的測(cè)試； 測(cè)試站點(diǎn)條件必須能代表典型基站條件。這里的條件包括天線(xiàn)掛高、周?chē)匚锏孛差?lèi)型等等； 選定的站址要使它能覆蓋足夠多的地物類(lèi)型，以使得每一種地物類(lèi)型通過(guò)模型校正后都能得到一個(gè)相應(yīng)的offset值（此點(diǎn)要求電子地圖分類(lèi)是足夠精確的）； 路線(xiàn)選擇上要求盡可能經(jīng)過(guò)各種地物、測(cè)試數(shù)據(jù)分布盡量均勻、測(cè)試距離主要由信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)來(lái)決定，對(duì)于定位不準(zhǔn)，路面有起伏的路線(xiàn)不能選擇； 路線(xiàn)選擇還應(yīng)該充分考慮掘棄測(cè)試站點(diǎn)中特性的東西，而保留該類(lèi)模型中共性的東西。,選點(diǎn)和路線(xiàn)確定的要求,第四部分：模型校正流程,站點(diǎn)架設(shè)和數(shù)據(jù)采集,站點(diǎn)架設(shè)和數(shù)據(jù)采集是整個(gè)模型校正工作中至為重要的一步，站點(diǎn)架設(shè)的合理與否、采集的數(shù)據(jù)是否達(dá)到要求將直接對(duì)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(cè)試數(shù)據(jù)密度達(dá)到3050樣點(diǎn)/40，才能有效達(dá)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(diǎn)架設(shè)和數(shù)據(jù)采集,數(shù)據(jù)采集頻率,根據(jù)李氏定理，我們?cè)O(shè)定數(shù)據(jù)采樣密度為50個(gè)樣點(diǎn)/40， 那么，當(dāng)： f=2150M（即0.139m）， 接收機(jī)每秒的采樣點(diǎn)數(shù)是n=120個(gè)時(shí)， 由公式40n/v50，得到車(chē)速為48.038km/h。 則要求在測(cè)試中，車(chē)速需控制在48km/h左右,第四部分：模型校正流程,站點(diǎn)架設(shè)和數(shù)據(jù)采集,數(shù)據(jù)采集要求,站點(diǎn)發(fā)射天線(xiàn)的安裝高度要求比天面高出5米以上，天線(xiàn)的安裝 位置在近距離內(nèi)（150米）沒(méi)有明顯阻擋，或者至少保證在測(cè)試 方向上沒(méi)有阻擋 橫縱向的街道盡量采集同樣數(shù)量的標(biāo)本，同時(shí)盡量避免以同心圓 的方式進(jìn)行測(cè)試 接收機(jī)的天線(xiàn)需放置到車(chē)頂，以消除人體或者車(chē)體對(duì)信號(hào)接收的 影響 對(duì)每一個(gè)模型的測(cè)試，盡量考慮在同等條件下進(jìn)行測(cè)試，具體是： 同種車(chē)輛、天氣相同，測(cè)試時(shí)間段相同 盡量選取路面的中間車(chē)道進(jìn)行測(cè)試，且車(chē)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(cè)試中帶入的不合理數(shù)據(jù)進(jìn)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(guò)濾,沒(méi)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(gè)經(jīng)緯度點(diǎn)上就有多個(gè)數(shù)據(jù)，通過(guò)按采樣時(shí)間順序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插，從而將同一點(diǎn)上的多個(gè)數(shù)據(jù)平鋪到取樣時(shí)間所走的路線(xiàn)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(cè)試路線(xiàn)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(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)值 （注：平均的長(zhǎng)度通常稱(chēng)作本征長(zhǎng)度、通常認(rèn)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(chēng)為本地均值）,該處理由軟件DTISCAN后臺(tái)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(guò)在專(zhuān)用的修正軟件內(nèi)，手動(dòng)搬移那些出現(xiàn)偏移的數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)達(dá)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(duì)模型進(jìn)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(gè)模型并設(shè)置各參數(shù)值K1K7值，通?？蛇x擇該頻率上的缺省值進(jìn)行設(shè)置，也可以是其它地方類(lèi)似地形的校正參數(shù)，然后以該模型進(jìn)行無(wú)線(xiàn)傳播預(yù)測(cè)，并將預(yù)測(cè)值與路測(cè)數(shù)據(jù)作比較，得到一個(gè)差值，再根據(jù)所得差值的統(tǒng)計(jì)結(jié)果反過(guò)來(lái)修改模型參數(shù)，經(jīng)過(guò)不斷的迭代處理，直到預(yù)測(cè)值與路測(cè)數(shù)據(jù)的均方差及標(biāo)準(zhǔn)差達(dá)到最小，則此時(shí)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(shè)模型與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的擬合程度時(shí)用到了這么幾個(gè)統(tǒng)計(jì)分析值：Mean Error、RMS Error、Std.Dev.Error、Corr. Coeff。其中Mean Error表示預(yù)測(cè)值和實(shí)際路測(cè)值的統(tǒng)計(jì)平均差，RMS Error表示預(yù)測(cè)值和路測(cè)數(shù)據(jù)的均方差，Std.Dev Error.表示預(yù)測(cè)值和路測(cè)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差，Corr. Coeff.是互相關(guān)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(dá)到最小，并由此來(lái)判斷模型的結(jié)果和實(shí)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(gè)參數(shù),模型校正軟件要求導(dǎo)入的數(shù)字地圖是選擇WGS84基準(zhǔn)面和UTM投影方式的，但我國(guó)的數(shù)字地圖（特別是國(guó)家地理信息中心提供的數(shù)字地圖）通常都不使用WGS84基準(zhǔn)面和UTM投影方式，這樣導(dǎo)入之后的地圖由于投影方式變了，其和我們的測(cè)試數(shù)據(jù)就有了偏差。因此我們需要對(duì)地圖進(jìn)行修正。（這項(xiàng)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(biāo)的四個(gè)參數(shù)（即index.txt文件里的四個(gè)參數(shù)），使之與測(cè)試數(shù)據(jù)達(dá)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(lèi)設(shè)置,不規(guī)則密集城區(qū)： 佛山同濟(jì)、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(chǎng) 不規(guī)則的普通城區(qū)： 大瀝新風(fēng)路、三水中旅社、鹽步賓館 城中村： 南海疊北基站 城區(qū)開(kāi)闊地： 佛山大福路、佛山佛陳大橋 工業(yè)園區(qū)： 佛山彩洲廠(chǎng) 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(duì)比,第五部分：佛山模型校正情況,密集城區(qū),信號(hào)預(yù)測(cè)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(duì)比,第五部分：佛山模型校正情況,高樓密集的商業(yè)街,信號(hào)預(yù)測(cè)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(duì)比,第五部分：佛山模型校正情況,規(guī)則普通城區(qū),信號(hào)預(yù)測(cè)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(hào)預(yù)測(cè)誤差圖,黃歧城區(qū),大量的工程實(shí)際證明 在準(zhǔn)平坦地形的條件下，標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于8dB； 丘陵地形條件下，標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于11dB； 均值偏差不大于3dB； 即可認(rèn)為該模型是可用的。 標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于8dB不意味預(yù)測(cè)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