基于LTE系统的传播模型及模型校正算法研究(6)

Ｏ表２－５部分传播模型的特点分析基于ＬＴＥ系统的传播模型及模型校正算法研究传播模型特点预测了在自由空间中优点Ｌｏｎｇｌｅｙ－Ｒｉｃｅ模型已有通用的计算机程序，以计算大尺度传输损耗该模型预测了大尺度路径损耗，同时也提供了不规则阻挡物体损耗的预测方法为路径损耗预测提供缺点没有考虑接收机附近的环境因素，也没有考虑多径的影响该模型不能精确预测由于树叶、建筑物或其他人造结构造成的传播效应，而且不能消除地面反射之外的多径传播对城区和郊区快速变化的反应很慢。预测与实测的偏差为１０ｄＢ到１４ｄＢ。该模型忽略了很多环境因素，并且散射和阴影等现象也不考虑在内，不适合覆盖距离不到ｌｋｍ的个人通信系统Ｌｏｎｇｌｅｙ－Ｒｉｃｅ模型由地形的非规则性造成的中值传输衰落可以产生信号场强轮Ｄｕｒｋｉｎ模型廓，在几个ｄＢ范围内十分有效Ｏｋｕｍｕｒａ模型预测城区信号时使用最广泛的模型了最精确的解决方法，成为现代陆地移动通信系统规划的标准Ｏｋｕｍｕｒａ－Ｈａｔａ模型Ｏｋｕｍｕｒａ．Ｈａｔａ模型适用于大区制移动系统增加了一个大城市中ＣＯＳＴ－２３１这个模型计算时间非常短，在虽简单的模型中，这个模型被认为是很精确的Ｈａｔａ模型心衰减因子ＣＭ，大城市中心地区路径损耗增加３ｄＢ适用于基站密集的地域适用频率受限ＳＰＭ模型标准的传播模型具有很强大的普遍适应性适用于各种地域该模型考虑了自由空灵敏度不如射线跟踪法Ｗａｌｆｉｓｃｈ．Ｂｅｒｔｏｎｉ模型预测街道的平均信号场强间损耗、沿路径传播的绕射损耗以及屋顶和建筑物高度的影响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，其非常的精确Ｅｇｌｉ模型是一种简化的传播模型，因此在用计算机实现时其计算速度是相当快的ＴＩＲＥＭ可根据数字地图自适应的选择一种传播模式来计算传输损耗的中值适用频率受限广泛用于建筑物高度ＣＯＳＴ２３Ｉ－ＷＩ模型近似一致的郊区和城区环境适用频率受限Ｅｇｌｉ传播模型为一种Ｅｇｌｉ传播模型简化的不规则地形上的无线传播模型基于从发射机到接收ＴＩＲＥＭ模型机的地面起伏来计算传播损耗Ｅｇｌｉ模型不适用于坡面起伏很大的地区过分依赖与数字地图，不考虑多径１６基于ＬＴＥ系统的传播模型及模型校正算法研究表２，５为部分室外传播模型的特性缺点比较，用以分析适宜ＬＴＥ系统密集城区的传播模型。从下表可以看出对于密集城区的ＬＴＥ系统，Ｏｋｕｍｕｒａ．Ｈａｔａ模型具有长时间的商业应用，属于精确的经验模型，ＣＯＳＴ－２３１Ｈａｔａ模型适用于基站密集的区域符合密集城区的特性，另外ＳＰＭ模型是基于ＣＯＳＴ－２３ｌ模型提出的不仅有它的优点而且作为通用传播模型收频率限制较少。Ｏｋｕｍｕｒａ－Ｈａｔａ模型、ＣＯＳＴ－２３１Ｈａｔａ模型以及ＳＰＭ模型相对于其他传播模型在密集城区的ＬＴＥ系统中更有优势。２．２．２微蜂窝传播模型微蜂窝传播模型包括：双线模型、经验模型、准３维ＵＴＤ模型、ＬＥＥ微蜂窝模型、宽带ＰＣＳ微蜂窝模型等【２４】。由于在大尺度传播模型校正多采用经典的宏蜂窝传播模型，所以不对微蜂窝进行详细介绍。表２－６为部分微蜂窝传播模型特性比较：表２－６：部分微蜂窝传播模型特性比较传播模型特点优点该模型可以适用于预测几千米的路径损耗缺点双线模型不适合预测很短距离双线模型其考虑了自由空间传播损耗、屋顶到街道的绕射与散射、多次屏蔽穿透损耗以及树木造成的衰落校正因子经验模型是在大量测量的基础上产生的ＷａｌｆｉｓｃｈＩＫｅｇａｍｉ模型对于小范围内多规则建筑物的场景非常适合主要用于ＧＳＭ系统经验模型中，街道拐角处会有较大的传输损耗需要精确地３Ｄ地图，成本高ＬＥＥ微蜂窝模型在主干道预测误差较大模型适用范围小，只适用于基站附近区域，在小区域内，经验模型也要优于Ｏｋｕｍｕｒａ模型该模型考虑了多种视距传播路径，还考虑了非视距传播路径ＬＥＥ微蜂窝修订模型在ＬＥＥ微蜂窝模型的基础上加入了街道结构及类型因子，因此大大提高了模型的准确度经验模型准３维ＵＴＤ模型准３维ＵＴＤ模型对微蜂窝区域的预测是相当准确的ＬＥＥ微蜂窝模型是基于信号的衰减和传播路径上建筑群的长度相关性提出的ＬＥＥ微蜂窝模型基于ＬＴＥ系统的传播模型及模型校正算法研究２．３经典传播模型仿真由于室外宏基站传播模型使用的主要为经验模型，所以本章的经典传播模型仿真包括：Ｏｋｕｒｎｕｒａ—Ｈａｔａ模型、ＣＯＳＴ－２３１Ｈａｔａ模型以及ＳＰＭ模型。２．３．１Ｏｋｕｍｕｒａ－Ｈａｔａ模型仿真Ｏｋｕｍｕｒａ．Ｈａｔａ模型是预测城市及周边地区路径损耗时使用最为广泛的模型【２０１。工作频率范围为１５０ＭＨｚ到１５００ＭＨｚ之间，并可扩展３０００ＭＨｚ；基站与移动台的距离范围为ｌｋｍＮ２０ｋｒｎ经扩展可延伸至１００ｋｍ；基站天线高度适用于３０ｍ到２００ｍ之间，经扩展可延伸至１０００ｍ；移动台天线高度从适用范围为ｌｍ到１０ｍ。Ｏｋｕｍｕｒａ—Ｈａｔａ模型路径损耗计算的经验公式为：Ｌｐ（ｄ日）＝６９．５５＋２６．１６１９正一１３．８２Ｉｇｈ，ｅ—ａ（ｈ。）＋（４４．９—６．５５１９ｈ。）ｌｇｄ＋Ｃ。Ⅳ＋Ｃ一，。（２?３?１）式中，．不（ＭＨｚ）为工作频率：ｈ据（ｍ）为基站天线有效高度，定义为基站天线实际海拔高度与天线传播范围内的平均地面海拔高度之差；ｈ。（ｍ）为终端有效天线高度，定义为终端天线高出地表的高度；ｄ（ｋｍ）：基站天线和终端天线之间的水平距离；ａ（ｈ咒）为有效天线修正因子，是覆盖区大小的函数，其数字与所处的无线环境相关，参见以下公式。ｆ（１．１ｌｇｆ－０．７）‰一（１．５６１９ｆ一０．８）（地），中、小城市口（九）＝｛８．２９（１９１．５４‰）２—１．１（ｄＢ），１３．２（１９１．７５ｈｍ）２—４．９７（ｄＢ），ｃ翻：小区类型校正因子，即０，ｆ≤３００ＭＨｚ，大城市（２—３—２）厂＞３００ＭＨｚ，大城市城市郊区（２．３—３）Ｃ删＝一２［（１９ｆ／２８）］２—５．４（ｄＢ），一４．７８（１９ｆ）一１８．３３１９ｆ一４０．９８（ｄＢ），乡村Ｃｌ。盯ａｉ。：地形校正因子，地形校正因子反映一些重要的地形环境因素对路径损耗的影响，如水域、树木、建筑等。合理的地形校正因子可以通过传播模型的测试和校正得到，也可以由用户指定。该模型的仿真是根据ＬＴＥ系统下密集城区的ＣＷ测试进行数据设置，通过ｍａｔｌａｂ基于ＬＴＥ系统的传播模型及模型校正算法研究Ｏｋｕｍｕｒａ—Ｈａｔａｍｏｄｅ２５０２００．—１５０一∞刁—ｓｍａｌｌ５０，．ａｎｄｍｅｄｉｕｍ－ｓｉｚｅｄｃｉｔｉｅｓ器１００。Ｏ～一…ｌａｒｇｅｃｉｔｉｅｓ（仁２９５３ＭＨｚ）上ｍ一一与一Ｓｕｂｕｒｂ———蓄—Ｃｏｕｎｔｒｙｓｉｄｅ乱．５０…一————————Ｌ————————Ｌ———————Ｊ————————Ｊ————————Ｌ————————～————Ｏ１０２０３０４０５０６０７０８０９０＂Ｉ＇－Ｒ１００ｄｉｓｔａｎｃｅ（ｋｍ）图２－３Ｏｋｕｍｕｒａ．Ｈａｔａ模型仿真图２．３．２ＣＯＳＴ－２３１Ｈａｔａ模型仿真ＣＯＳＴ．２３１Ｈａｍ模型的频率适用范围为１５００ＭＨｚ到２０００ＭＨｚ之间，基站天线高度大致为３０ｍ到２００ｍ之间，移动台的天线高度为１ｍ到１０ｍ之间，收发端的距离范围为ｌｋｍ到２０ｋｍ之间。ＣＯＳＴ２３１．Ｈａｍ模型路径损耗计算的经验公式为‘２０】：厶（招）＝４６?３＋３３?９ｌｇ厂一１３?８２ｌｇ加一日（办ｍ）＋（４４?９—６?５５ｌ咖）ｌｇｄ式中，ａ（ｈ。）为移动台天线高度修正因子，由下式给出：即（２．３．４）ｆ（１．１ｌｇｆ—ｏ．７）‰一（１．５６１９ｆ一０．８）（ｄＢ），中、小城市ａ（ｈｍ）＝｛８．２９（１９１．５４‰）２－１．１（ｄＢ），３．２（１９１．５４ｈ．，）一４．９７（ｄＢ），Ｃ。。为小区类型校．ｔ－Ｅｌ园子，由下式给出：即ｆ≤ＭＨｚ，大城市ｆ＞３００ＭＨｚ，大城市（２—３—５）１９ｍｎｎ一”Ｏ肇事天学１０，基于ＬＴＥ系统的传播模型及模型校正算法研究城市郊区（２－３?６）Ｃｃ洲＝｛－２［１９ｆ／２８１２—５．４（ｄＢ），ｌ－４．７８（１９ｆ）一１８．３３１９ｆ一４０．９８（ｄＢ），乡村ＣＭ为大城市中心校正因子，由下式给出：即Ｇ，：ｊｏ（ｄＢ），专冀警粤和郊区大城市中心３（ｄＢ），。Ｍ（２—３．７）’…。ｆ：信号载频；‰：基站天线高度：‰：移动台天线高度ｄ：基站和移动台问的距离；Ｇ。，栅：地形校正因子；其中地形校正因子所反映的是地形地貌等环境因素对信号传播过程中路径损耗的影响反映了，如建筑物、湖泊、树木等等。地形校正因子的值可以通过传播模型校正过程中得出，或者设定为某一指定的要求值。在ｍａｔｌａｂ上运行结果如图２４所示：ｍ伽伽Ⅲ啪∞ｐ∞∞ｏ啪１—————ｌａｒｇｅｃｉｔｉｅｓ，ｆ＝２６００ＭＨｚ，Ｈｂ：１００ｍ，Ｈｍ＝３ｍ～卜一‘ｓｍａｌｌ／ｍｉｄｉｕｍ－ｓｉｚｅｄ１０一一二Ｉ二＿＿二二＝＝二二二工＝二二ｊ＝＝二二匕二二＝二＝二＝＝＝二＝＝［二二一０２４６８１０１２１４１６１８Ｔ－Ｒｄｉｓｔａｎｃｅｋｍ——ｒｓｕｂｕＩｂ．仁２６００ＭＨｚ。Ｈｂ＝１００ｍ，Ｈｍ＝３ｍｃｉｔｉｅｓ．仁２６００ＭＨｚ，Ｈｂ＝１００ｍ．Ｈｍ＝３ｍ２０图２－４ＣＯＳＴ．２３１Ｈａｔａ模型仿真图２０