高速铁路质量提升技术方案-高速铁路专网设计与优化方案(上海)(3)

2019-02-15 12:34

K2是反映模型校正区域内总体无线环境特征的参数,能普遍适用于模型校正区域。如果应用场景属于K2对应的无线环境,K2可以取相应的默认值。

K3是与天线有效高度相关的因子,由于天线挂高在测试过程中保持不变,而且测试的距离通常在3km范围内,天线覆盖区域内的地形变化通常并不明显。因此在整个测试过程中K3对模型的准确性影响较小,不建议对K3进行校正。

K4是与衍射计算相关的因子。如果测试区域内,圆锥体(劈尖)或圆柱体物体(建筑)所占比例较少,边缘绕射或曲面绕射对总场波传播的损耗有限,因此建议K4取为0。

K5是对K2和K3两个影响因子的综合,建议取默认值。

K6是与移动台天线有效高度相关的因子。类似于K3因子,不建议K5进行校正。

Kclutter是地形地貌因子。无线网络规划的对象之一是不同的无线环境,而无线环境的表现载体是丰富的地形地貌。现阶段对GSM传播模型校正的主要任务集中在Kclutter的确认和修正。

3.4.2.2 SPM校正流程 ? 测试数据采集

模型校正结果的准确性很大程度上依赖于路测采集数据的可靠性。数据采集的原则包括:

(1)测试采集数据应至少包括经度、纬度和场强信息。

(2)测试采集数据应当能很好地反映测试信号的中值,避免因采集数据中所包含的快衰落未被滤去而影响校正的准确性,并注意测量数据的突然变化。 (3)单位时间、单位距离内的采样点数可参考李氏定理。

(4)移动台接收天线高度为1-2m,接收机及GPS采用外接天线置于车顶,以避免因测试车与基站相对位置的不同而导致的车体损耗差异及人体损耗。 (5)隧道或桥梁等特殊场景的数据应进行标记,便于事后筛选。 (6)与本地地貌明显不符的地方应进行标记,便于事后筛选。 (7)当接收信号不满足以下条件时,测试不应当再向远处延伸。

接收信号-接收机灵敏度>10dB 接收信号-底噪>20dB

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? 数据预处理

由于数据采集设备测到的场强数据为信号的瞬时值,其中包含着快衰落成分,需要进行数据预处理。

当接收机距离发射机比较远时,接收信号强度很低,因接收机灵敏度的影响,其测量值往往不准确;对于测试信号,底部噪声在远端接收信号中的比例比较大,不利于模型校正,所以远端的测试点应予以去除。

当接收机位于基站附近时,由于受天线垂直方向图的影响,接收信号的功率主要受到基站附近建筑物和街道走向的影响,因此离基站很近的测试数据不能用于传播模型校正。

在测试过程中,由于人为失误或设备故障,可能会出现偏差很大的测量数据,另外由于测试中行车路线受路况限制,可能偏离测试方案预定的测试区域。为了防止这些数据对模型校正的影响,在模型校正之前应予以滤除。

数据预处理可以采用算术平均法,对于经纬度信息相同的场强数据,求算术均值;也可以采用统计平均法,对于经纬度信息相同的场强数据,采用中值作为测试数据。

另外,由于GPS设备信息更新的速度有限。如果在同一GPS上聚集了大量的数据,可以对得到的测试数据在两个相邻的GPS信息点上进行插值处理,将测试到的数据平均分配到相邻的GPS信息点的连线上。 ? 传播模型校正方法

在铁路专网设计中,模型校正主要是对地形地貌因子Kclutter进行校正。为了便于说明问题,当基站天线有效高度(Heff)和移动台天线有效高度(Hmeff)确定后,SPM模型可以表示为:

L?PL50?C1?C2log(d)?C1?C2D (式2)

其中,C1?K1?K3log(Heff)?K4Diffraction?K6(Hmeff)?Kclutter

C2?K2?K5log(Heff)

当C2已知,C1得到校正值后,即能计算出地形地貌因子(Kclutter)的校正值。

如果借用最小二乘法对C1进行校正,则根据式2的表达形式,对于一组有效的测试数据Li(i=1,2,…N)和di(i=1,2,…N),有:

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NNiC1??Li?1?C2?Di?L?C2D (式3-1)

i?1N?DLii?1NNiNi?D?Li?1i?1N2C2?i?1N2(?Di)?i?11N (式3-2)

(?Di)i?1使得L的预测误差最小。

3.4.3传播模型应用

考虑到地貌的纯粹度,以及避免测试过程中建筑物阻挡等影响,在沪宁铁路(上海段)沿线原有站点中选择符合地貌测试要求的3个站点(分别是锦星、翔黄和红湖基站),进行实地测试。

表11:传播模型校正实测点

站点序号 站址 1 2 3 锦星 翔黄 红湖 经度 纬度 天线挂高(m) EIRP 45.75 45.75 45.75 15 32 121.39204 31.262682 29 121.29412 31.28767 121.159 31.30326 其中基站EIRP=发射机输出功率(41.1dBm)-馈线损耗(3.5dB)+天线增益(8.15dB),计算结果为45.75dBm。

表12:测试设备

工具名称 发射机 接收机 天线 馈线 数字地图 GPS 笔记本电脑

型号 IFR 2025 signal generator E6474A(software) E6455C(hardware) K751664 1/2” 20m*20m GARMIN X21 Dell D610 厂家 IFR Agilent kathrein 测试结果描述

测试中一共测试了三个点:锦星、翔黄和红湖。在具体的测试路线选择以及数据的采集上都达到了要求,路线基本在所需测试地貌内,地貌所需数据量也足够用于分析,最后的校正结果也达到了起初的目的,能根据测试地区的地貌情况,

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给出了一个推荐的数据。以下是这次测试的一个总体分析。 各个站点的路测结果分别如下图所示:

图5:模型校正路测图

对测试所经过的采样点进行统计,本次测试共3个站点,采样点一共有

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27038个(经纬度信息相同的场强数据进行统计平均),其中地貌“空旷市区(urban open area)”所收集到的采样点占总数据的62%,其他各种地貌所占的采样点都在6%左右,如下图所示。前以提级,本次模型校正主要针对urban open area地貌因子进行校正。

表13:模型校正采样点

地貌类型 water sea wet_land suburban open area urban open area green_land forest high_buildings(height>40m) ordinary regular buildings(heights 40m-20m) parallel regular buildings(heights<20m) irregular large(h<20m,a>20*40m) irregular buildings(height<20m) suburban village park 合计 采样点数 199 0 2012 1879 16797 1215 0 27 190 1059 1789 1808 63 0 27038 校正结果

采用最小二乘法对单个地貌因子进行校正或对所有地貌因子进行联合校正,经过多次校正,得到如下结果:

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