本發(fā)明屬于移動通信技術領域，還涉及一種基于可變臨界距離的lte傳播模型校正方法。

背景技術：

移動通信網(wǎng)絡規(guī)劃中的傳播模型是預測基站無線電波傳播路徑損耗的模型。傳播模型是移動通信小區(qū)規(guī)劃的基礎，其準確與否關系到小區(qū)規(guī)劃是否合理?；緹o線傳播環(huán)境對傳播模型的建立起關鍵作用。目前，移動通信小區(qū)規(guī)劃使用的傳播模型主要有okumura-hata模型、cost231-hata模型、spm模型等。

1、okumura-hata模型及其修正

hata模型是根據(jù)okumura曲線圖所做的經(jīng)驗公式，頻率范圍是150～1500mhz，基站有效天線高度為30～300m，移動臺天線高度為1～10m。hata模型以市區(qū)傳播損耗為標準，其他地區(qū)的傳播損耗在此基礎上進行修正。在發(fā)射機和接收機之間的距離超過1km情況下，hata模型的預測結果與原始okumura模型非常接近。

okumuru-hata模型以城市市區(qū)的傳播損耗為標準，其他地區(qū)采用修正因子進行修正。okumura-hata模型的市區(qū)傳播路徑損耗公式如下：

l＝69.55+26.16*log10f-13.82*log10hb-a(hm)+(44.9-6.55*log10hb)*(log10d)(1)

其中，l代表路徑損耗值，a(hm)為移動臺天線高度校正(db)；hb和hm分別為基站天線有效高度、移動臺天線有效高度(m)；d表示距離(km)；f表示中心頻率(mhz)；

移動臺天線高度的校正公式由下式計算。

對于中小城市：

a(hm)＝(1.1*log10(f)`0.7)*hm-(1.56*log10(f)-0.8)(2)

對于大城市：

a(hm)＝8.29*(log10(1.54*hm))²-1.1f≤200mhz(3)

a(hm)＝3.2*(log10(11.75*hm))²-4.97f≥400mhz(4)

在郊區(qū)，okumura-hata經(jīng)驗公式中的路徑損耗l修正為lm：

lm＝l(市區(qū))-2*log10(f/28)²-5.4(5)

在農(nóng)村，路徑損耗l修正為：

lm＝l(市區(qū))-4.78*(log10f)²-18.33*log10f-40.98(6)

2、cost231-hata模型及其修正

cost231-hata是hata模型的擴展版本，它以okumura的測試數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過對較高頻段的okumura傳播曲線進行分析，得到了cost231-hata模型。cost231-hata模型的傳播損耗值lb如下式所示：

lb＝46.3+33.9*log10f-13.82*log10hb-a(hm)+(44.9-6.55*log10hb)*(log10d)+cm(7)

與okumuru-hata模型相比，cost231-hata模型主要增加了一個校正因子cm，對于樹木密度適中的中等城市和郊區(qū)的中心，cm為0db，對于大城市中心，cm為3db。

cost231-hata模型的移動臺天線高度修正因子根據(jù)下式進行調(diào)整。

cost231-hata模型的其他修正因子與okumuru-hata模型一致。

3、spm模型及其修正

在計算機輔助場強預測中，一般以修正的okumura-hata模型為基礎，再利用針對當?shù)氐膶嶋H無線環(huán)境進行連續(xù)波(continuouswave，cw)測試所得的測試數(shù)據(jù)進行修正，最常用的是標準傳播模型(spm，standardpropagationmodel)。spm模型采用了可調(diào)系數(shù)的表達式，增強了模型的靈活性和精確性，模型適用于150mhz到2ghz的頻率范圍，模型表達如下。

ploss＝k1+k2log(d)+k3(hms)+k4log(hms)+k5log(heff)+k6log(heff)log(d)+k7diffn+kclutter

(9)

其中：ploss為路徑損耗；d是基站到移動臺之間的距離；hms是移動臺相對地面的高度；heff是基站天線的有效高度；

diffn是使用等效刃形衍射方法計算的衍射損耗；

k1&k2是截距和斜率，這些因數(shù)對應于一個固定偏移量和基站與移動臺之間距離對數(shù)值的系數(shù)；

k3&k4是移動臺天線的高度系數(shù)因子，系數(shù)用來修正移動臺有效天線高度的影響；

k5是基站有效天線高度系數(shù)因子，用來修正基站天線有效高度的影響；

k6是log(heff)log(d)的系數(shù)因子；

k7是衍射系數(shù)；

kclutter是地物類型附加損耗。

利用用戶可定義的系數(shù)，傳播模型可以進行定制。以上8個參數(shù)中，k2值的取定對模型影響最為重要，他反映了信號傳播隨距離增大而衰減的程度，稱之為斜率。

在spm傳播模型應用中，k3～k7，kclutter參數(shù)一般采用默認值，僅校正k1與k2這兩個參數(shù)。

現(xiàn)有技術的缺點及技術問題：

lte(longtermevolution，長期演進)網(wǎng)絡部署在800m至2600mhz的不同頻段上。尤其是部署在2000mhz以上的高頻段時，小區(qū)覆蓋距離較小，信號傳播受基站周圍環(huán)境影響更大。傳統(tǒng)的應用于宏小區(qū)規(guī)劃的單斜率spm模型在應用于高頻段的lte網(wǎng)絡規(guī)劃時，誤差較大。

移動通信基站小區(qū)無線信號覆蓋離基站較近時，信號隨距離的衰減規(guī)律與離基站較遠區(qū)域的衰減規(guī)律不一致，可將之分為“近場”和“遠場”。在3g及以前網(wǎng)絡的規(guī)劃中，由于規(guī)劃小區(qū)的邊緣一般都是在遠場中，且離近場與遠場的分界(臨界距離點)較遠，一般可以忽略近場的影響，選用適合遠場的單斜率spm模型即可。但是在lte規(guī)劃中，規(guī)劃小區(qū)半徑與臨界距離可比擬，甚至基站覆蓋區(qū)大部分都是在無線覆蓋的近場區(qū)，必須考慮近場區(qū)的影響并對近場區(qū)進行良好的預測擬合。

在一些規(guī)劃軟件中，支持雙斜率spm模型。雙斜率spm模型支持兩個k1、k2系數(shù)和用戶定義的臨界距離變換點。即近場區(qū)采用一套k1～k7參數(shù)，遠場區(qū)采取另一套k1～k7參數(shù)，從模型擬合的效果看，信號衰減預測體現(xiàn)為兩條不同斜率的曲線。但是臨界距離值并未給出，由規(guī)劃人員根據(jù)經(jīng)驗設定的分界點往往難以真實反映實際無線信號分布特點。因此需要實現(xiàn)在合理復雜度的前提下，提出具有更好擬合無線信號空間分布特征的傳播模型參數(shù)校正方法。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及一種基于可變臨界距離的lte傳播模型校正方法。該方法對連續(xù)波測試數(shù)據(jù)進行優(yōu)化處理，提取包括臨界距離在內(nèi)的雙斜率spm模型的設置參數(shù)，提升模型預測的準確性。

本發(fā)明包括如下步驟：

步驟1，進行連續(xù)波cw測試，獲取測試數(shù)據(jù)；

步驟2，對測試數(shù)據(jù)進行預處理；

步驟3，構建擬合方差函數(shù)并求解臨界距離；

步驟4，以求得的臨界距離作為近場、遠場分界，構成用于網(wǎng)絡規(guī)劃的雙斜率傳播模型參數(shù)。

步驟1包括：進行連續(xù)波測試，得到本地均值作為測試數(shù)據(jù)。連續(xù)波測試是現(xiàn)有技術。連續(xù)波測試時，射頻信號源將特定頻點上的連續(xù)波信號按照某一功率通過天饋部分發(fā)射出去，通過滿足一定要求的路測方式，在接收端通過接收平臺采集路測數(shù)據(jù)。根據(jù)無線電波的傳播理論，信號在幾十個波長的距離上經(jīng)歷慢的隨機變化，其統(tǒng)計規(guī)律服從對數(shù)正態(tài)分布。當在40個波長的空間距離上取平均，就可以得到其均值包絡，這個量通常稱作本地均值，其和特定地點上的平均值相對應。連續(xù)波測試就是要取得特定長度上的本地均值，從而利用這些本地均值來對該區(qū)域的傳播模型進行校正。

步驟2包括：

步驟2-1，過濾掉因測試路線選擇明顯不當所對應的測試數(shù)據(jù)記錄，通過將原始測試數(shù)據(jù)展現(xiàn)在數(shù)字地圖上對明顯不當?shù)臏y試點記錄進行刪除；

步驟2-2，對過濾后的測試數(shù)據(jù)做地理化的平均處理，以40倍測試信號波長為1個區(qū)間長度，對每個區(qū)間長度上的多個接收信號電平值進行平均得到1個均值，作為一個有效測試數(shù)據(jù)點；

步驟2-3，按步驟2-2最終得到n個有效測試數(shù)據(jù)點，n取值為自然數(shù)，將第i個有效測試數(shù)據(jù)點記為(ploss-i，di)，其中i取值范圍為1～n，ploss-i表示第i個有效測試數(shù)據(jù)點的路徑損耗，di表示第i個有效測試數(shù)據(jù)點與基站的距離。

步驟3包括：

步驟3-1，確定臨界距離d的取值范圍[dmin，dmax]，dmin表示臨界距離d的最小值，dmax表示臨界距離d的最大值；

步驟3-2，對于每個臨界距離d∈[dmin，dmax]，篩選出與基站距離小于d的測試數(shù)據(jù)點對有m個，與基站距離大于等于d的測試數(shù)據(jù)點對有n-m個；

步驟3-3，標準傳播模型spm如下：

ploss＝k1+k2log(d)+k3(hms)+k4log(hms)+k5log(heff)+k6log(heff)log(d)+k7diffn+kclutter

(1)

其中，ploss為路徑損耗；d是基站到移動臺之間的距離；hms是移動臺相對地面的高度；heff是基站天線的有效高度，k1表示截距，k2表示斜率，k3和k4分別是移動臺天線的高度系數(shù)因子和對數(shù)高度系數(shù)因子，k5是基站有效天線高度系數(shù)因子，k6是log(heff)log(d)的系數(shù)因子，k7是衍射系數(shù)；kclutter是地物類型附加損耗；diffn是使用epstein，peterson、deygout或bullington的等效刃形衍射方法計算的衍射損耗；

對于與基站距離小于d的m個測試數(shù)據(jù)點對，根據(jù)公式(1)，當k3～k7以及kclutter參數(shù)采用默認值后，公式(1)變形為：

ploss-k3(hms)-k4log(hms)-k5log(heff)-k6log(heff)log(d)-k7diffn-kclutter＝k1+k2log(d)

(2)

對于每一個測試數(shù)據(jù)點，公式(2)中等號左邊構成定值，令：

x＝ploss-k3(hms)-k4log(hms)-k5log(heff)-k6log(heff)log(d)-k7diffn-kclutter(3)

則有：

x＝k1+k2log(d)(4)

由式(4)看出，變量x與變量log(d)構成線性關系，其中k1和k2是該線性方程的系數(shù)，根據(jù)m個有效測試數(shù)據(jù)點對，通過線性最小二乘法求出近場的k1和k2的值。最小二乘法是一種數(shù)學優(yōu)化技術，最早由高斯發(fā)表于1809年他的著作《天體運動論》中，它通過最小化誤差的平方和尋找數(shù)據(jù)的最佳函數(shù)匹配，利用最小二乘法可以簡便地求得未知的數(shù)據(jù)，并使得這些求得的數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)之間誤差的平方和為最??；

步驟3-4，對于與基站距離大于等于d的(n-m)個測試數(shù)據(jù)點對，通過線性最小二乘法求出遠場的k1和k2的值；

步驟3-5，以求得的近場與遠場兩組k1和k2的值作為spm模型參數(shù)，計算以該模型預測的擬合方差，在臨界距離d可能的取值范圍[dmin，dmax]內(nèi)，以臨界距離d為自變量，計算不同d值下的擬合方差，構建如下擬合方差函數(shù)σ²(d)：

其中xi為根據(jù)公式(3)推導出的第i個有效測試數(shù)據(jù)點電平值的實際測試記錄值；根據(jù)公式(4)計算出的對應于第i個有效測試數(shù)據(jù)點電平值xi的預測值，記做xi'；

步驟3-6，取擬合方差函數(shù)σ²(d)最小值對應的自變量dcritical，作為臨界距離。

步驟4包括：以求得的臨界距離dcritical作為近場、遠場分界，結合求得的近場與遠場兩組k1和k2的值，構成用于網(wǎng)絡規(guī)劃的雙斜率傳播模型參數(shù)。

有益效果：本發(fā)明具有以下技術優(yōu)點：

1、提高傳播模型擬合準確度

本方案采取自適應調(diào)整的臨界距離，可以根據(jù)連續(xù)波測試數(shù)據(jù)動態(tài)修正模型擬合參數(shù)，使得對實際電波傳播特征的擬合更為精確。

2、與現(xiàn)有規(guī)劃軟件兼容

現(xiàn)有網(wǎng)絡規(guī)劃軟件一般支持雙折線spm傳播模型。依據(jù)本方案獲取的模型參數(shù)，可直接應用于現(xiàn)有軟件規(guī)劃中，不需要其他任何修改，應用方便。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做更進一步的具體說明，本發(fā)明的上述或其他方面的優(yōu)點將會變得更加清楚。

圖1為本發(fā)明流程圖。

圖2是原始測試數(shù)據(jù)圖。

圖3是過濾后的測試數(shù)據(jù)圖。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步說明。

如圖1所示，本發(fā)明具體實施方案如下：

步驟一、cw測試

cw測試包括站點選定、設備連接與運行、測試數(shù)據(jù)采集。

(1)站點選定。選擇的站點用于測試時架設連續(xù)波信號發(fā)射設備。選擇站點時注意所選擇的建筑高度與未來4g站點架設高度相近，建筑樓頂周圍無明顯高大遮擋物。

(2)設備連接與運行。在所選擇的站點建筑樓頂架設連續(xù)波信號發(fā)射機及發(fā)射天線，接通電源，發(fā)送lte頻段的連續(xù)波信號。在測試車上連接信號接收設備，做好記錄準備。

(3)測試數(shù)據(jù)采集。測試路線注意橫向、縱向均勻分布；測試半徑不能太小，也不能太大，通常取將來小區(qū)半徑的三倍；測試時車速保持均勻，最高速度不能超過根據(jù)李氏定律計算出的速度，即40個波長距離內(nèi)采樣點保持在36～50個。對于lte常用的2ghz頻段，在測試采樣頻率為100次/秒時，車速建議為43.2～60公里/小時。測試時采樣車在道路上行駛，以采樣頻率連續(xù)記錄數(shù)據(jù)。每條采樣數(shù)據(jù)記錄兩個值：采樣點經(jīng)緯度、采樣點接收信號強度值。

步驟二、數(shù)據(jù)預處理

測試得到的數(shù)據(jù)，需要一定處理之后才能用于模型校正。數(shù)據(jù)預處理最主要的目的是將測試中帶入的不合理數(shù)據(jù)進行濾除，完成地理化平均處理操作，然后轉換成模型校正所需要的文件格式。數(shù)據(jù)預處理由過濾預處理和地理平均兩步組成。過濾預處理是完成不合理數(shù)據(jù)的過濾操作，如圖2所示為原始測試數(shù)據(jù)，其中上方部分測試路線因受到高大建筑物遮擋導致接收信號明顯偏弱，在圖中顯示為灰色測試點部分，需要刪除這部分測試數(shù)據(jù)，刪除后的測試數(shù)據(jù)見圖3；地理平均是對數(shù)據(jù)做地理化的平均處理，以求得特定長度上的區(qū)域均值。

數(shù)據(jù)預處理后，獲得n個有效測試數(shù)據(jù)點對(ploss-i，di)，其中i∈(1,2,......n)。

步驟三、構建擬合方差函數(shù)并求解臨界距離

(1)、確定臨界距離d的取值范圍[dmin，dmax]。對于lte網(wǎng)絡，dmin可以取30米，dmax取2倍的預規(guī)劃小區(qū)半徑。

(2)、對于每個d∈[dmin，dmax]，篩選出測試點與基站距離小于d的數(shù)據(jù)點有m個，測試點與基站距離大于等于d的數(shù)據(jù)點有n-m個。

(3)對于與基站距離小于d的m個測試數(shù)據(jù)點對(ploss-i，di)，根據(jù)公式(9)，當k3～k7以及kclutter參數(shù)采用默認值后，公式可變形為：

ploss-k3(hms)-k4log(hms)-k5log(heff)-k6log(heff)log(d)-k7diffn-kclutter＝k1+k2log(d)

(10)

對于每一個測試數(shù)據(jù)點，公式(10)左邊構成定值，令：

x＝ploss-k3(hms)-k4log(hms)-k5log(heff)-k6log(heff)log(d)-k7diffn-kclutter(11)

則有：

x＝k1+k2log(d)(12)

由式(12)看出，變量x與變量log(d)構成線性關系，其中k1和k2是該線性方程的系數(shù)。根據(jù)m個實測值xi與log(di)，通過線性最小二乘法可求出近場的k1和k2。

(4)對于與基站距離大于等于d的(n-m)個測試數(shù)據(jù)點對(ploss-i，di)，通過線性最小二乘法可求出遠場的k1和k2。

(5)、以求得的近場與遠場兩組k1和k2作為spm模型參數(shù)，計算以該模型預測的擬合方差。在臨界距離d可能的取值范圍[dmin，dmax]內(nèi)，以臨界距離d為自變量，計算不同d值下的擬合方差，構建擬合方差函數(shù)：

其中xi為根據(jù)公式(11)推導出的第i個有效測試點的實測值，xi'為根據(jù)公式(12)計算出的對應于第i個有效測試點的預測理論值。

(6)、取擬合方差函數(shù)σ²(d)最小值對應的自變量dcritical，作為臨界距離。

步驟四、以求得的臨界距離dcritical作為近場、遠場分界，結合對應的兩組k值參數(shù)，構成用于網(wǎng)絡規(guī)劃的雙斜率傳播模型參數(shù)。

本發(fā)明采取自適應調(diào)整的臨界距離，可以根據(jù)連續(xù)波測試數(shù)據(jù)動態(tài)修正模型擬合參數(shù)，使得對實際電波傳播特征的擬合更為精確，降低擬合預測方差。下面給出一個依據(jù)本發(fā)明方案的實例。依據(jù)本發(fā)明方法校正出的雙斜率傳播模型，對測試數(shù)據(jù)的擬合預測方差為7.7db，而按照標準spm方法校正出來的模型對數(shù)據(jù)的擬合預測方差為8.2db，本發(fā)明的擬合方差優(yōu)于標準方案0.5db，擬合精度更為準確。

表1模型校正結果表

本發(fā)明提供了一種基于可變臨界距離的lte傳播模型校正方法，具體實現(xiàn)該技術方案的方法和途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。本實施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術加以實現(xiàn)。