基于LTE系统的传播模型及模型校正算法研究(5)

０基于ＬＴＥ系统的传播模型及模型校正算法研究的以曲线图表示的传播模型【２５】。该模型被广泛运用于城区信号的预测当中。平原地区大城市的均值场强作为该模型的参考默认值，当其用于其他的传播环境或者地形条件等情况下需要适当修正校正因子已达到匹配的效果。该模型的第一批数据是由Ｏｋｕｍｕｒａ及其测试组于东京等平坦城区采样得到的，他们从４５０ＭＨｚ到２０００ＭＨｚ当中的四个频段作为测试频率，所以该模型适用于ＶＨＦ和ＵＨＦ频段。Ｏｋｕｍｕｒａ模型经过统计而得出的路径损耗公式，其考虑了环境地形因素。从木村模型的测试结果中可以发现郊区的损耗变化幅度较大，尤其是移动台天线距离不高的情况下更为明显。另外，由于在日本大部分城市都处于平坦的开阔地中，所以该模型总结出的路径损耗公式并不能运用于地形复杂的丘陵山区等传播环境中，所以具有一定的局限性。使用Ｏｋｕｍｕｒａ模型时，首先确定自由空间路径损耗‘２５１，然后从所给曲线中读出中值损耗值，并加入代表环境修正因子：Ｌｏ＝￡仇。＋Ａ（ｆ，ｄ）一Ｇ（吃）一Ｇ（ｋ）一Ｇ（２－２－５）式中，Ｌｏ代表路径损耗的中值，三加。是自由空间传播损耗，Ｇ（吃）是基站天线高度增益因子，Ｇ（以）是移动台天线高度增益因子，Ｇ是环境增益。Ｏｋｕｍｕｒａ．Ｈａｔａ模型Ｏｋｕｍｕｒａ—Ｈａｍ模型【２６】是根据测试数据统计分析得到的经验公式，该模型的频率适用范围为１５０ＭＨｚ到１５００ＭＨｚ之间，其适用于小区半径大于一千米的宏蜂窝系统，基站天线的有效高度在３０ｍ到２００ｍ之间，移动台的有效天线高度为１ｍ到１０ｍ之剐２６１。Ｏｋｕｍｕｒａ－Ｈａｔａ模型是以市区的传播损耗为参考标准，在此基础上对其它地形做了修正。Ｏｋｕｍｒａ．Ｈａｔａ经验路径损耗公式如下：￡。＝６９．５５＋２６．１６１９ＪＺｌ３．８２Ｉｇ（ｈｋ）－ａ（ｈ。）＋【４４．９—６．５５ｌｇ（ｈ。）］ｌｇｄ（２－２—６）式中，／为载波频率：ｈ。为发射天线有效高度：ｈ。为接收天线有效高度：ｄ为发射机与接收机之间的距离：ａ（ｈ。）为移动天线修正因子，该因子由环境所决定。在ＧＳＭ系统中，取频率ｆ＝８７０ＭＨｚ，式（２．２．６）可简化为：Ｌ。＝１４６．４５—１３．８２（ｈ＊）一口（＾。）＋【４４．９—６．５５ｌｏｇｈ。ｌｏｇｄ］（２—２—７）对于中小城市有ａ（ｈ。）＝（１．１Ｉｏｇｆ一０．７）ｈ。一（１．５６ｌｏｇｆ一０．８）ｄＢ（２－２－８）对于大城市有０在郊区，Ｏｋｕｍｒａ－Ｈａｔａ经验公式修正为Ｌ。＝￡（市区）一２［１０９（ｆ／ｚ８）］２—５．４基于ＬＴＥ系统的传播模型及模型校正算法研究口（ｈｒｅ）＝８．２９（１０９１．５４ｈ，．ｅ）２—１．１ｄＢ（厂＜３００ＭＨｚ）（ｆ＞３００ＭＨｚ）口（ｋ）＝３．２（１０９１１．７５ｈｒ。）２—４．９７ｄＢ在农村，Ｏｋｕｍｒａ—Ｈａｔａ经验公式修正为厶＝ｋ区一４．７８（１０９ｆ）２—１８．３３ｌｏｇｆ一４０．９８Ｈａｔａ模型一一ＣＯＳＴ－２３１随着城市发展人口的聚集而出现密集城区，而为了提高话务量，通过小区分裂使得基站之间的距离缩到了几百米，这就造成了模型预测的困难，而在基站密集地区仍采用Ｏｋｕｍｕｒａ—Ｈａｔａ模型会出现预测值比实际测量值明显偏高的问题。于是为了适应密集城区ＥＵＲＯ．ＣＯＳＴ（科学和技术研究欧洲协会）组成的ＣＯＳＴ－２３ｌ工作委员会，在Ｏｋｕｍｕｒａ－Ｈａｔａ的基础上提出了其扩展模型，即ＣＯＳＴ－２３１Ｈａｔａ模型‘２６１。ＣＯＳ％２３１Ｈａｔａ模型路径损耗【２８】的计算公式为Ｌｍ（ｄ）＝４６?３＋３３?９１０９ｆ—１３?８２１０９玩一口（ｋ）（２－２－１１）＋（４４．９—６．５５ｌｏｇ玩）ｌｏｇｄ＋％式中，ｃＭ为大城市中心校正因子。在中等城市和郊区，ＣＭ＝０ｄＢ，在市中心，ＣＭ＝３ｄＢ。接收到的场强为：ＪｏＬｇｌｐ，．ｄｒｅｆ）Ｊ＋儿，，棚％）一工，ｐ）ｄＢｍ（２—２—１２）式中，Ｌｍｐ）就是式（２—２一１３）中的Ｌｍ０）。当取定ｅｐ一）＝１０。６Ｗ，ｄ一＝ｌｋｍ，ｆ＝１８００ＭＨｚ，ｈｂ，＝４０ｍ，ｈ。＝３ｍ时，，可以得到表２—１：表２－１不同距离下的只０）取值ｄ（ｋｍ）２５１０２０ｚ（ａ）（ｄＢｍ）．４０．３５．５４．０５．６４．５１．７４．７７ＣＯＳＴ－２３１Ｈａｔａ模型适用于表２．２范围参数：０表２－２ＣＯＳＴ－２３１基于ＬＴＥ系统的传播模型及模型校正算法研究Ｈａｔａ模型适用条件１５００ＭＨＺ。２３００ＭＨＺ１ｋｍ．２０ｋｍ１ｍ．１０ｍ３０ｍ．２００ｍ适用频率收发端距离基站天线高度移动台天线高度ＣＯＳＴ－２３１Ｈａｔａ模型同Ｏｋｕｍｕｒａ．Ｈａｔａ模型最大的区别在于两者有不同的频ＣＯＳＴ－２３１率衰减系数。Ｈａｔａ模型中的频率衰减系数为３３．９，而Ｏｋｕｍｕｒａ—Ｈａｔａ模型中的频率衰减系数为２４．１６。此外，ＣＯＳＴ－２３１Ｈａｔａ模型还新增了一个大城市中心衰减因子ｃＭ，对于大城市中心地区而言路径损耗增加３ｄＢ。Ｗａｌｆｉｓｃｈ．Ｂｅｒｔｏｎｉ模型该模型公式主要考虑三个部分：、自由空间损耗、电波传播过程中的绕射损耗以及建筑物高度造成的影响１２７】该模型是通过绕射来计算街道的平均信号场强。Ｓ表示路径损耗，Ｓ＝ＰｏＱ２Ｂｆ２－２．１３）式中，Ｒ代表全向天线自由空间的路径损耗，Ｑ２是基于建筑物的信号衰减，另是从建筑物屋顶到街道的基于绕射的信号衰减。路径衰减为Ｓ（ｄＢ）＝Ｌｏ＋上ｍ＋上，。ｆ２．２．１４１式中，三。是自由空间损耗，￡。是从建筑物屋项到街道的绕射和散射损失，上。是建筑物的多屏绕射损耗。该模型的使用条件如下表所示：表２－３Ｗａｌｆｉｓｅｈ—Ｂｅｒｔｏｎｉ模型适用条件参数适用频率ＴＲ距离基站高度移动台高度数值８００ＭＨｚ－２０００ＭＨｚ０．２ｋｍ．５ｋｍｌｍ．３ｍ４ｍ．５０ｍ基于ＬＴＥ系统的传播模型及模型校正算法研究ＣＯＳＴ２３１．ＷＩ模型１．ＷＩ模型广泛用于建筑物高度近似一致的郊区和城区环境【２４１。它ＣＯＳＴ２３是基于Ｗａｌｆｉｓｃｈ—Ｂｅｒｔｏｎｉ模型和Ｉｋｅｇａｍｉ模型得到的。在使用高基站天线时模型采用理论的Ｗａｌｆｉｓｃｈ．Ｂｅｒｔｏｎｉ模型计算多屏绕射损耗；在使用低基站天线时采用测试数据。该模型也考虑了自由空间损耗、从建筑物顶到街面的损耗以及街道方向的影响。ＣＯＳＴ２３１－ＷＩ模型适用的范围为：８００ＭＨｚ≤ｆ≤２０００ＭＨｚ，Ｏ．０２ｋｍ≤ｄ≤５ｋｉｎ，４ｍ墨ｈ，≤５０ｍ。ＣＯＳＴ２３１．ＷＩ模型分视距传播（ＬＯＳ）和非视距传播（ＮＬＯＳ）两种情况计算路（２—２－１５）径损耗。对于视距（ＬＯＳ）传播环境，其路径损耗为ＬＬ砸＝４２．６４＋２０ｌｇｆ＋２６Ｉｇｄ式中，厂的单位为ＭＨｚ，ｄ的单位为ｋｍ。Ｃａｒｅｙ传播模型Ｃａｒｅｙ模型给出了在平坦地面上，当移动台天线平均高度为１．８ｍ，基站天线高度为３０～１５００ｍ，覆盖范围小于１３０ｋｍ时的接收场强．距离曲线［２３１。￡：ＩＩ．ｌｌｇｈ＋５５１９ｄ８≤ｄ＜９６１８９８４＜４８＜ｄ１８１９ｈ＋６６１９ｄ【＾１０?：７一－１９（２．２．１６）式中，￡是接收到的场强，单位为ｄＢ；ｈ是基站天线的高度；ｄ是发送天线和接收天线之问的距离。Ｃａｒｅｙ模型是从ＣＣＩＲ曲线推广得到的，并被ＦＣＣ（ＦｅｄｅｒａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎ，美国联邦通信委员会）收录为标准模型之一。Ｂｅｒｔｏｎｉ．Ｘｉａ模型在Ｂｅｒｔｏｎｉ．Ｘｉａ模型中，定义屋顶以下区域的传播损耗【２３】：小圳ｋｌ嚣。（石ｌ一上２ｎ＋Ｏ］２｜（２－２－１７）式中，Ｇ。（目）是接收天线增益，ｈ。是接收天线高度，ｈ是屋顶高度，Ｗ是屋顶和接收机之间的水平距离。当前到达的是第七个波，０是建筑物屋顶和移动台接收机之间的角度，满足０：ａｒｃｔａｎ（些１屋顶上的场强损耗为（２．２．１８）＼ｄ／１４Ｏ上２…１０ｌｇ（Ｇ６．喀）式中，Ｑｅ为基于ＬＴＥ系统的传播模型及模型校正算法研究（２．２．１９）蚪粥?卜（砉、１０９／Ｊｌ｜（２－２—２０）因此，Ｂｅｒｔｏｎｉ—Ｘｉａ模型给出的总传输损耗为三＝３２．４４十２。ｌｇ厂＋２。ｌｇｄ＋三。。。＋三，＋￡：＋１８?ｌｇｆ！ｚ争；：王！】式中，三雠是视距传播损耗。（２－２?２１）根据上述传播模型的特性及特点，总结分析出宏蜂窝传播模型的特性比较表，表２－４为部分宏蜂窝传播模型的特性比较，表中只能够给出了部分经典传播模型的适用条件，ＬＴＥ系统的载频为２．６ＧＨＺ，而密集城区的小区半径大致在５ｋｍ左右，基站天线高度较高。表２．４：传播模型部分宏蜂窝传播模型适用条件比较ＴＸ与ＲＸ的距适用频率（Ｈｚ）离ｌｋｍ一２０００ｋｍ基站（发射站）天线高度１０～１５００ｍ移动台（接收站）天线高度１－９ｍＬｏｎｇｌｅｙ—Ｒｉｃｅ模型２０Ｍ—４０ＧＯｋｕｍｕｒａ模型４５０Ｍ－２０００Ｍ１ｋｍ一１００ｋｍ２００ｍ３ｍＯｋｕｍｕｒａ．Ｈａｔａ模型１５０Ｍ～１５００Ｍ（可扩展到３０００Ｍ）ｌｋｍ－２０ｋｍ（可扩展至１００ｋｉｎ）３０ｍ－２００ｍ（经扩展可至１０００ｍ）１ｍ～１０ｍＣＯＳＴ－２３１Ｈａｔａ模型ｌ５００Ｍ－２３００Ｍ１ｋｍ－２０ｋｍ３０ｍ～２００ｍ１ｍ～１０ｍＳＰＭ模型ＷａＩｆｉｓｃｈ—Ｂｅｒｔｏｎｉ８００Ｍ～２０００Ｍ０．２ｋｍ－５ｋｍ４ｍ．５０ｍ（可扩展）１ｍ．３ｍ８００Ｍ—２０００Ｍ０．０２ｋｍ－５ｋｍ４ｍ．５０ｍ１ｍ．３ｍ模型ＣＯＳＴ２３１．ＷＩ模型８００Ｍ－２０００Ｍ０．０２ｋｍ－５ｋｍ４ｍ．５０ｍ１ｍ．３ｍＥｇｌｉ模型Ｃａｒｅｙ传播模型４０－，－９１０Ｍｄ＜５０ｋｍ未限定３０￣１５００ｍ未限定１．８ｍ未限定＜１３０ｋｍ