SPM传播模型校正标准文档V0.93

SPM传播模型校正标准文档V0.93
All rights reserved. Passing on and copying of this document, use and communication of its contents not permitted without written authoriziation from Alcatel.
All rights reserved. Passing on and copying of this document, use and communication of its contents not permitted without written authoriziation from Alcatel.
All rights reserved. Passing on and copying of this document, use and communication of its contents not permitted without
written authoriziation from Alcatel.
3DF 01900 0000 PTZZA ?前言
传播模型校正是进行无线网络规划的一项基础性工作，准确的传播模型对于
合理地设计站间距、准确地进行网络性能仿真有着至关重要的影响，本文档立足
于Alcatel 的标准传播模型（SPM 模型），阐述了模型校正工作的方法和流程。

All rights reserved. Passing on and copying of this document, use and communication of its contents not permitted without written authoriziation from Alcatel.
3DF 01900 0000 PTZZA ?目的
阐明SPM 模型校正的基本原理，澄清模型校正中出现的问题。

通过文档的
制定规范传播模型校正的工作流程，缩短新员工掌握该项技能的时间。

All rights reserved. Passing on and copying of this
document, use and communication of its contents not permitted without written authoriziation from Alcatel.3DF 01900 0000 PTZZA ?内容
本文档主要由四部分内容组成，第一部分描述传播模型校正的基本原理和SPM 模型校正的基本方法，包括第1~3部分；第二部分描述传播模型测试的方法，包括第4部分；第三部分描述使用A955进行数据分析的方法，包括第5~6部分；第四部分为附录，包括模型校正过程中的常见问题，以及进行模型校正工作的文档模板。

All rights reserved. Passing on and copying of this
document, use and communication of its contents not permitted without written authoriziation from Alcatel.3DF 01900 0000 PTZZA ?参考资料
[1] 3DF 00993 2000 PGZZA Description of Morpho Classes
for Radio
Network Planning
[2] 3DF 00909 0001 PGZZA A954 WA Analogue Measurement System [3] 3DF 00993 4000 PGZZA Prediction Model Calibration Guide Line [4] 3DF 00985 5000 TQZZA A955 RNP V5 Reference Guide:
Propagation Prediction
[5] 3DF 00985 1501 PCZZA A955 Propagation Model Calibration [6] 3DF 01955 6042 DSZZA A955V6_Default_Parameter_Set_ed02 [7] 3DF 01955 6180 PCZZA A955v61_UserManual.pdf [8] 3DF 01955 6180 RKZZA A955v611_T echRefGuide.pdf [9] GuXiaoLian A955V6 SPM 模型校正手册.doc [10] SPM_HELP .HLP [11] A955.HLP
All rights reserved. Passing on and copying of this document, use and communication of its contents not permitted without written authoriziation from Alcatel.
3DF 01900 0000 PTZZA ?目录
前言.....................................................................................................III 目的.....................................................................................................IV 内容......................................................................................................V 参考资料..............................................................................................VI 1 概述...............................................................................................1 1.1 工作任务.......................................................................................2 1.2 基本流程(3)
2
SPM 模型校正的方法 (4)
2.1 SPM 传播模型................................................................................4 2.2
系数校正的基本原理 (5)
2.2.1 单变量校正..........................................................................................5 2.2.2
多变量校正 (6)
2.3 校正的方法 (6)
3
软件和硬件......................................................................................9 3.1 发射机..........................................................................................9 3.2 接收机..........................................................................................9 3.3 天线..............................................................................................9 3.4 数字地图.......................................................................................9 3.5
校正软件 (10)
4 测试.............................................................................................11 4.1 测试站点选择..............................................................................11 4.2 测试路线选择..............................................................................11 4.3 设备安装.....................................................................................12 4.4 测试数据采集..............................................................................13 4.
5 使用 A GILENT E6474进行测试.......................................................14 4.6
测试报告 (15)
5 校正 (1)
6 5.1 数据预处理 (16)
5.2
数据筛选 (16)
All rights reserved. Passing on and copying of this document, use and communication of its contents not permitted without written authoriziation from Alcatel.
3DF 01900 0000 PTZZA ?5.3 校正SPM 模型 (17)
5.3.1 校正Clutter.......................................................................................18 5.3.2 校正k1.............................................................................................19 5.3.3 校正k2.............................................................................................19 5.3.4 校正结果衡量....................................................................................19 5.3.5
特殊情况说明 (19)
5.4 校正报告 (20)
6
A955校正实例..............................................................................21 6.1 新建工程.....................................................................................21 6.2 选择坐标系..................................................................................22 6.3 导入电子地图..............................................................................23 6.4 导入天线数据..............................................................................24 6.5 建立测试站点..............................................................................26 6.6 建立发射机：..............................................................................26 6.7 建立测量文件..............................................................................28 6.8 调整地图.....................................................................................28 6.9 数据筛选.....................................................................................30 6.10 模型校正..................................................................................30 6.11
其他窗口 (33)
7 附录.............................................................................................35 7.1 校正工作步骤..............................................................................35 7.2 校正文档要求..............................................................................36 7.3 校正方案报告模板.......................................................................39 7.4 测试设备列表..............................................................................40 7.5 选站记录.....................................................................................41 7.6 站点架设记录..............................................................................42 7.7 测试记录表..................................................................................43 7.8 校正结果报告模板.......................................................................44 7.9 站点信息汇总表...........................................................................45 7.10 常见问题（Q&A ）. (46)
All rights reserved. Passing on and copying of this document, use and communication of its contents not permitted without written authoriziation from Alcatel.
3DF 01900 0000 PTZZA ?
表 1 SPM 模型系数表.......................................................................................4 表 2 SPM 模型参数表.......................................................................................4 表3 站点信息表............................................................................................26 表 4 测试设备列表........................................................................................40 表 5 站点勘测表............................................................................................41 表 6 站点架设记录表.....................................................................................42 表 7 测试记录表 (43)
图 1 信号无线传播..........................................................................................1 图 2 传播模型校正测试....................................................................................3 图3 传播模型校正基本流程.............................................................................3 图 4 单变量校正..............................................................................................5 图 5 校正变量的取值.......................................................................................7 图6 理想的测试路线.....................................................................................12 图7 不理想的测试路线..................................................................................12 图8 天线安装-1............................................................................................12 图 9 天线安装-2............................................................................................13 图10 发射设备实物. (13)
图11 Agilent E6474采集测试数据...................................................................15 图12 模型校正流程图....................................................................................18 图13 A955模型校正实例流程.........................................................................21 图 14 新建模型校正工程.................................................................................22 图 15 EIRP 设置(2G)........................................................................................22 图 16 设置坐标系...........................................................................................23 图17 导入数字地图-1.....................................................................................24 图18 导入数字地图-2. (24)
图19 导入天线数据........................................................................................25 图 20 天线属性
窗口........................................................................................25 图 21 新建测试站点........................................................................................26 图 22 新建发射机...........................................................................................27 图23 新建测量文件........................................................................................28 图24 测试路径..............................................................................................28 图 25 地图属性窗口........................................................................................29 图26 调整GPS 后测试路径.. (29)
图 27 数据筛选 (30)
图28 选择校正模型和测量文件.......................................................................31 图29 模型系数..............................................................................................31 图 30 地物修正因子........................................................................................32 图 31 A955模型校正窗口...............................................................................32 图 32 M-P 窗口...............................................................................................33 图33 Profile 窗口...........................................................................................33 图34
地貌统计 (33)
All rights reserved. Passing on and copying of this document, use and communication of its contents not permitted without written authoriziation from Alcatel.3DF 01900 0000 PTZZA ?图 35 场强预测..............................................................................................34 图 36 传播模型校正文档目录结构.. (36)
图 37 站点信息汇总. (45)
All rights reserved. Passing on and copying of this document, use and communication of its contents not permitted without written authoriziation from Alcatel.
3DF 01900 0000 PTZZA ?
1
概述
无线信号从发射天线辐射出去以后，经过空间传播，到达接收端。

如图1，由于无线传播环境的恶劣，接收信号变得相当复杂。

在无线网络规划中准确地预测发收之间信号的衰耗，决定了无线网络规划的合理性。

图 1
信号无线传播
概括地说，直射、反射、衍射是无线信号传播的三种基本机制，
也是影响无线信号最关键的因素。

直射：无线信号传播途径上没有障碍物，信号从发射源直接经过自由空间到接收端。

反射：在电波传播的路径上有一个体积远大于电波波长的物体，无线电波在其表面产生反射。

反射发生于地球表面、建筑物和墙壁表面，反射波可能增强或减弱接收点的信号强度。

当多条反射波存在时，接收信号的功率十分不稳定，这也是信号发生快衰落的原因之一。

由于多径的影响，信号的幅度将服从瑞利或者莱斯分布。

衍射：基于惠更斯的波的传播理论，指的是障碍物同无线电波的波长可以比
All rights reserved. Passing on and copying of this
document, use and communication of its contents not permitted without written authoriziation from Alcatel.
3DF 01900 0000 PTZZA ?拟的时候，无线电波可以绕过障碍物的阻挡继续传播。

绕射和散射的理论基础都是衍射，不同之处在于绕射是在大尺寸的物体边缘
由于衍射理论引起的信号再传播，而散射是在小尺度物体的边缘由于衍射机制引起的信号再传播。

此外信号在传播过程中还可能经历多普勒频移等其他传播机制的影响，如此复杂的传播环境，使得无线信号经历的损耗无法进行确定的描述，对于陆地无线通信，通常我们使用中值、阴影衰落、快衰落三个部分来描述一个无线信号所经历的路径损耗，即：
210501
10γγ××=PL PL
（式 1）
其中：
50PL : 路径损耗的中值
1γ: 阴影衰落（对数正态衰落）。

符合正态分布，均值为0，方差为1σ。

2γ：快衰落，服从瑞利分布或莱斯分布。

在无线网络规划中，我们对于路径损耗的预测，限于对损耗中值的预测。

到目前为止，在传播预测的研究方面主要有两种不同的做法。

一种是直接应用电磁理论计算的确定性模型，比如射线跟踪技术，其适合室内或微小区的模型预测，但由于其应用比较复杂，计算量很大，所以目前较少使用；另一种是基于大量测量数据的统计模型，本文所讨论的传播模型校正就指的是对于这种统计模型的修正，它是一种比较成熟的技术，适用于宏蜂窝信号的预测，在这些模型中，影响电波传播的一些主要因素的，如收发天线距离、天线高度和地物类型等，都以变量函数在路径损耗公式中反映出来。

1.1 工作任务
常用的模型有Hata 模型、CCIR 模型和Lee 模型等，但是在不同的地区，地形起伏、建筑物高度和密度以及气候等因素对传播影响的程度不尽相同，所以，这些传播模型在具体环境下应用时，对应的变量函数式应该各不相同，需要找到合理的函数形式。

这个函数式可以通过多种方式得到，常用的方法是通过车载测试，得到本地的路径损耗测试数据，然后用这些数据对原始传播模型公式的各个系数项和地物因子进行校正，使得校正以后公式的预测值和实测数据误差最小，这样，经过校正以后的传播模型路径损耗预测的准确性将大大提高，能够比较好的反映本地无线传播环境的特点。

不同的经典传播模型有各自不同的特点，他们适用于不同的范围，在对不同
All rights reserved. Passing on and copying of this document, use and communication of its contents not permitted without written authoriziation from Alcatel.
3DF 01900 0000 PTZZA ?的传播模型进行校正的时候，应该根据其建立模型的思想细化校正的方法。

本文所描述的校正方法适用于对Alcatel 的SPM 模型进行校正。

1.2 基本流程
传播模型校正工作主要分为数据采集测试和数据后期处理分析两大部分。

测试指的是在选定站点架设好发射设备后，在天线周围的典型环境中采集场强数据的过程。

如下图2所示：
图 2
传播模型校正测试
数据后期处理是在计算机的辅助下通过对测试数据的分析，得到最优的模型拟和参数。

传播模型校正基本的工作流程描述如下图3所示：
图 3
传播模型校正基本流程
All rights reserved. Passing on and copying of this document, use and communication of its contents not permitted without
written authoriziation from Alcatel.
All rights reserved. Passing on and copying of this document,
use and communication of its contents not permitted without written authoriziation from Alcatel.
All rights reserved. Passing on and copying of this document, use and communication of its contents not permitted without written authoriziation from Alcatel.
3DF 01900 0000 PTZZA ?
其中相关性等于：
当绝对值接近于1时，认为满足相关性。

否则，校正结果不稳定，可靠性会较低。

当变量被校正并应用后，相关性归零，因为测量值和预测值之间的差值不再依赖于计算值。

2.2.2 多变量校正
我们可以为一组变量的N 个相关系数建立回归线：
由此可推出：
其中：
通过矩阵转换，可得到相关系数i a 。

2.3 校正的方法
给定一个实际的场强数据M ，和预测场强的公式AX ，其中X 是预测场强公式中的各个系数，A 是一组与预测场强相关的变量，比如说距离，天线高度等参数，然后根据2.2节所述的方法，求解X 。

参见式，已知有效天线发射，求解X 的过程，可以转化为对传播模型共识spm
Y 的求解。

变量校正是模型校正的基本数学原理，如果要校正SPM 模型中的因子K2，那么采集到的信号距离d 应当有足够多的不同取值，若d 的
取值少，取值范围
∑∑∑=Y X XY
r
（式 5）
（式 6）
（式 7）
（式 8）
spm AY EIRP AX P ?==
（式 9）
All rights reserved. Passing on and copying of this document, use and communication of its contents not permitted without written authoriziation from Alcatel.
3DF 01900 0000 PTZZA ?小，校正的结果将是不可信的。

在A955Calibration 窗口右边的子窗口中，水平轴表征了某一变量取值的大
小，垂直轴表征了实测值和预测值之间的误差。

如图5(a)沿水平方向，我们可以看到距离d
取值是丰富的，是而在图5(b)中发射天线有效高度heff 只有很少的几个离散取值，在此并不适于对发射天线有效高度的因子K3实施校正。

(a)
(b)
图 5
校正变量的取值
因此尽管SPM 模型的各个因子都是可以进行校正的，但是由于所能采集到的数据有限，并不是所有的因子在现阶段的模型校正过程中都能够进行准确的校正。

All rights reserved. Passing on and copying of this
document, use and communication of its contents not permitted without written authoriziation from Alcatel.
3DF 01900 0000 PTZZA ?其中与天线有效高度有关的K3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，地形的变化通常并不明显，因此在整个测
试过程中天线有效高度的变化不大，建议不对K3进行校正。

K4是与衍射计算相关的因子，目前由于缺少建筑物的高度信息，衍射损耗算以地面高度为依据来计算的。

由于测试范围较小，地形的
变化在我们测试的过程中通常比较平缓，与衍射损耗的计算方法中韧形物体有较大区别，衍射损耗的计算并不准确。

近几次的模型校正也了支持这一观点，因此建议K4取为0。

关于这一项参数有待进一步的研究。

与K3的因子类似，建议不对K5进行校正。

K6是与移动台有效发射高度相关的因子，由于在测试过程中移动台一直作为接收设备，取该因子值为0，不考虑其影响。

综上，模型校正的主要任务集中在对K1,K2,clutter i 进行修正，由此在测试过程中我们应当保证采集到的数据在距离上分布均匀，且在需要校正的地貌类型中采集到足够多的数据。

就Hata 模型本身而言，系数K1和K2是与地貌无关的参数，在电子地图对于地貌定义准确的情况下，如果无线传播大环境（经度，纬度，平均海拔，气候条件，大气湿度）相似，我们校正得出一个传播模型，该传播模型的具有位已确定的K1~K7和一组对应的地貌修正因子cltter i 。

All rights reserved. Passing on and copying of this document, use and communication of its contents not permitted without written authoriziation from Alcatel.
3DF 01900 0000 PTZZA ?3 软件和硬件
3.1 发射机
进行传播模型校正理想的发射机是CW 发射机，也可以选用WCDMA 的发射机。

要求发射机的最低输出功率不低于43dBm,且在3G 的频段范围内可自由设置频率。

3.2 接收机
能够进行RF 射频接收的宽带扫频接收机，能完成干扰测试及CW 波的数据采集，要求对CW 波的接收灵敏度不低于-120dBm.
目前使用的接收设备是Agilent E6474路测设备。

3.3 天线
进行传播模型测试最适合的天线是全向天线，全向所指的不仅是
水平面全向，要求垂直面也是全向，这样可避免因采用定向天线而存在的一些不确定因素，如定向天线的方向性、各方向增益的准确性，从而不能精确计算基站的EIRP ，影响传播模型校正的精度。

若采用有增益的全向天线，由于垂直面是具有方向性的，基站的EIRP 同样不能准确的计算，尽管现在的校正软件都对所用的天线的方向图做了一定的处理，但实际上是不准确的。

如果要选择有增益的全向天线，增益系数越小越好。

若采用定向天线进行传播模型测试，需对测试区域进行严格要求（最好选择天线主瓣覆盖的区域进行测试），尽量减小天线因素的影响，得到更加贴近于实际的测试效果。

3.4 数字地图
移动通信用数字地图主要是指规划使用的电子数字地图。

目前，从数据格式来说，移动通信规划软件多种多样，其数字地图的格式也多种多样，国外主要有Motolola 公司的Netplan ，NOKIA 公司的NPS/X ，MSI 公司的Plannet 等，从数据内容来分类，数字地图是由反映地形高度的DEM 数据、反映地面覆盖种类的DOM 数据、反映地面线状的LDM 数据及反映建筑物高度的BDM 数据等构成。

DOM 的种类一般根据地物对无线电波的传播损耗分为十几种类型，数字地图的。