0、引言

　　TD-SCDMA標準于1998年提交國際電聯，并于2000年5月在土耳其伊斯坦布爾召開的國際電聯大會上，被接納并成為第三代移動通信系統三大主流標準之一。2006年1月20日，信息產業部頒布，TD-SCDMA為我國通信行業標準，標志著這一標準技術方案已經成熟，是具有里程碑意義的事件，此后TD商用的進程被迅速推進，從五城市網絡測試到規模放號，再到友好用戶測試等等，TD商用的大幕，已被緩緩拉開。

　　在TD飛速發展的時刻，網絡規劃成為研究熱點。網絡規劃很大程度上決定了網絡的結構，對網絡投資以及服務質量起著決定性作用，是網絡發展的基礎。移動通信的基礎設備成本非常巨大，尤其是無線接入部分，TD要在競爭中發展，就要設法降低成本；而網絡的質量是網絡發展的重中之重，再好的業務，沒有網絡質量作支撐，也是無法實現的。信號質量是衡量網絡質量的關鍵因素，主要取決于發射端和接收端之間的傳播條件，路徑損耗則是體現傳播條件的關鍵指標，而無線傳播模型是預測路徑損耗的有效工具。

　　在移動通信系統中，由于移動臺不斷運動，且實際傳播環境復雜多樣，電波傳播具有多樣性和復雜性，嚴格的理論分析很難實現。直接運用電磁理論計算的確定性模型，由于計算量很大，只適合微蜂窩或微微蜂窩的模型預測。目前傳播模型一般通過電磁理論推算和實測數據相結合的方式獲得，即針對各個地區不同的地理環境進行測試，通過分析與計算等手段對傳播模型的參數進行校正，以提高預測的準確性。

　　傳播模型的校正有兩種方法[1]，一種是通用的CW（連續波）測試方法，一種是導頻測試方法。導頻測試法一般是利用已有TD-SCDMA基站發射的導頻信號進行測試，由于它導頻強度一般不大，覆蓋半徑較小，難以全面反映無線傳播環境；另外，現有條件下大部分地區還沒有TD網絡可供利用，因此本文選用CW測試方法進行TD無線傳播模型校正測試。

　　本文使用業界普遍認可的COST231-Hata模型，通過CW測試方法，使用最小二乘法對TD系統的頻率參數進行校正。目前發表的文章多集中在WCDMA模型的校正，本文從另一個角度進行TD模型的校正研究，為網絡規劃提供良好的基礎。

1、無線電波的衰落

　　空間中電波的傳播由于阻擋、距離等多種因素使得其必然存在傳播損耗，即衰落。其中最主要的有瑞利衰落和陰影衰落，也就是我們常說的快衰落和慢衰落，有的書上稱為大尺度衰落和小尺度衰落[2]。

　　在陸地移動通信中，我們用3種傳播機制來描述無線信號，這3種傳播機制是根據距離尺度大小來區分的：大尺度的傳播機制用來描述區域均值，它具有冪定律傳播特性，即中值信號功率與距離長度增加的某次冪成反比關系；中尺度的傳播機制描述的是陰影衰落，它是重疊在大尺度傳播特性的中值電平上的平均功率變化，當用分貝表示時，這種變化趨向于正態分布，又稱為對數正態陰影；小尺度的傳播機制用于描述多徑衰落，它通常服從于瑞利概率密度函數，又稱為瑞利衰落。

2、傳播模型介紹

　　如前面所述，信號的傳播方式可以用3種傳播機制來描述，而無線傳播模型研究的是其中的大尺度和中尺度的信號傳播機制，考察信號在不同環境下路徑損耗以及障礙物陰影效應所帶來的慢衰落影響，其表征的是在某種特定環境或傳播路徑下電波的傳播損耗情況。

　　2.1　各種傳播模型適用比較

　　目前應用比較多的宏蜂窩傳播模型包括Okumara-Hata、COST231-Hata、COST231-Walfish-Ikegami （WIM）和LEE模型。如表1所示，列舉出幾種傳播模型適用范圍的區別：

表1　傳播模型適用范圍比較

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　　國內外的有關文獻報道了TD-SCDMA系統應套用的傳播模型，普遍認為應使用COST231-Hata傳播模型，但由于COST231-Hata模型的適用上限頻率為2000MHz，與TD-SCDMA系統頻段稍有差異，所以以COST231-Hata模型為基礎的TD-SCDMA傳播模型在頻率參數上需要進一步校正。

　　2.2　COST231-Hata傳播模型

　　下面的章節我們詳細介紹COST231-Hata傳播模型。

　　2.2.1　適用范圍

　　模型適用范圍為[2]：

　?。?）應用頻率在1 500－2 000 MHz之間；

　?。?）適用于小區半徑大于1 km的宏蜂窩系統；

　?。?）發射有效天線高度在30－200 m之間；

　?。?）接收有效天線高度在1-10 m之間。

　　2.2.2　經驗公式

　　COST231-Hata模型路徑損耗計算的經驗公式為[3]：

　　各參數定義如下：L（dB）為路徑損耗；fc（MHz）為工作頻率；hte（m）為基站天線的有效高度；hre（m）為移動臺天線的有效高度；d(km）為基站天線合移動臺天線的水平距離；a（hre）為移動臺有效天線修正因子；CM為大城市中心校正因子。

3、傳播模型校正

　　如前所述，無線傳播環境是非常復雜的，而且COST231-Hata傳播模型的頻率與TD網絡不盡相同，所以我們不能直接套用COST231-Hata模型，有必要進行模型校正，以便得到一個與實際無線傳播環境相吻合的傳播模型[4]。

　　本位采用CW測試方法進行模型校正。CW測試是通過連續波，采用全向天線發射信號，接收機在服務區內各個方向的道路上進行測試，以得到不同方向、距離的場強值。采用CW測試方法一般分為CW測試、CW數據分析與模型校正。

　　3.1　CW測試

　　3.1.1　站點選擇

　　CW測試的目的是為了獲得符合本地區實際環境的無線傳播模型，提高覆蓋預測的準確性[5]。在進行測試之前首先需要確定測試站址及其數量。一般在人口稠密的城市，測試站址應不少于5個，中等規模的城市選取3個，中小城市1個就夠了。站址選擇的原則是要使它能夠覆蓋足夠多的地貌類型，這些地貌類型由數字地圖提供。測試站點的選取需要滿足一定的條件，如它的第一菲涅爾區必須無障礙物。在實際測試中為便于測試，可按以下標準來確定站址是否合適：

　?。?）天線高度大于20 m（可視周圍建筑物高度具體來定）；

　?。?）天線的垂直距離高于最近的障礙物5 m以上；

　?。?）周圍無太多新建的建筑物（因為電子地圖的更新是有周期的）。

　　3.1.2　測試路線選擇

　　應選取包含各種地物類型的測試路徑作隨機驅車測試。同時，由于存在街道的波導效應，在距離基站半徑3km以內的街道上測試時，縱向和橫向的街道最好采樣同樣數量的樣本。

　　3.1.3　數據采集速度

　　數據采集的速度必須服從李氏定理[6]。

　　場強測試就是要獲取測試區域各測試點的本地均值，即要從接收信號中濾除快衰落的影響。William C.Y.Lee認為，在2L為40個波長間隔內，采集36或最多50個抽樣點能有效去除快衰落的影響。由此可以得出合理的車速，設車速為v，測試設備每秒n個采樣點，波長為λ，則有：

　　由λf=C，其中發射功率f取2150 MHz，C為光速，可以得到λ=0.14 m。設采樣周期為20 ms，代入（3），則車速為20.16～28.08km/h。

　　3.2　CW數據分析

　　數據處理主要包括以下3個方面：

　?。?）濾除信號強度異常數據點：由于設備異常或其他原因，采集得到的數據中可能存在一些信號異常點，例如接收機斷線。

　　（2）濾除近場數據點：這部分信號強度受建筑物形狀及街道走向的影響很大，需要濾除。

　?。?）修正GPS誤差。

　　3.3　模型校正

　　3.3.1　COST231-Hata中小城市傳播模型

　　TD-SCDMA系統的頻率COST231-Hata模型不是完全匹配，下面我們針對頻率參數對TD-SCDMA系統傳播模型進行修正，以得到其在2010-2025MHz[7]頻段上的傳播模型。傳播模型的其他參數的校正可以類推。

　　以COST231-Hata中小城市傳播模型為例（式1中Cm取0），則損耗為：

　　我們所要校正的主要是基于截距的校正因子K1（dB）和基于log10fc的校正因子K2，開始可選擇該頻率上的缺省值進行設置，也可以是其它地方類似地形的校正參數；然后以該模型進行無線傳播預測，并將預測值與路測數據作比較，得到一個差值；再根據所得差值的統計結果反過來修改模型參數。經過不斷的迭代處理，直到預測值與路測數據的均方差及標準差達到最小，則此時得到的模型各參數值就是所需的校正值。

　　3.3.2　最小二乘法

　　上面小節中所利用的原理為最小二乘法原型[6]，理論如下：

　　平面直線(即一元回歸)配合，設理論直線為y=a+bx，有n組實測值為(x1，y1)，　(x2，y2)，…，(xn，yn)，它們在平面坐標上呈近直線分布。

　　最小二乘法原理指出：若各實測值與理論值之差的平方和為最小，那么，這條理論直線就是最能反映實測值的回歸直線。

　　用偏導數法求出回歸系數a及b，容易得出：

　　解方程（5）及（6），求出回歸系數a及b。實用中都是先求出系數b后，再代入a=y-bx，求出a。其中a和b即為模型中的K值。

　　3.3.3　校正過程分析

　　對于中小城市的COST231-Hata模型，首先我們定義以下參數：L為理論損耗值；L1為實際損耗值；△L=L1-L為實際值與理論值的差值；K1為基于截距的修正因子；K2為基于lgfc的修正因子。

　　經系統的采樣計算后，得到關于頻率的矩陣lgf(n)為：

　　實際值與理論值的差值矩陣△L(n)為：

　　定義修正因子向量K=（K1，K2），　則有

　　則K=△L(n)/A，可以根據4.3.2的介紹求得向量K的最小二乘解，進而得到修正后的TD-SCDMA系統傳播模型損耗值公式為：

　　一般，傳播模型有多個校正參數，可以仿照上述方法進行計算，區別在于矩陣的維數上，本文不再展開。

　　3.3.4　校正結果分析

　　在分析所設模型與實測數據的擬合程度時，需要到預測值和實際路測值的統計平均差Mean Error、預測值和路測數據的均方差RMS Error以及預測值和路測數據的標準差Std.Dev.Error。

　　其具體含義為：設X1i為某測試點的預測值，X2i為該點的實測值，令yt=X1i-X2i，N為總測試點數，可以得到下面結論[6]：

　　可見，當=0時，RMS Error=Std.Dev.Error,模型校正的結果就是要使得RMS Error和Std.Dev.Error的值最小，并由此來判斷模型的結果和實際環境的擬和情況。

　　移動通信網絡規劃的工程經驗證明：在準平坦地形條件下，Std.Dev.Error不大于8 dB；丘陵地形條件下，Std.Dev.Error不大于11 dB，可認為該模型是可用的。

4、結束語

　　傳播模型的準確性對TD-SCDMA無線網絡的規劃有著至關重要的作用，而網絡規劃的好壞又影響著網絡的性能及建設成本，因此我們應該認真做好傳播模型的校正，為網絡規劃提供良好的基礎。隨著TD-SCDMA商用進程的進一步推進，TD傳播模型校正以及無線網絡規劃的方法和流程將越來越完善。

　　參考文獻

　　1　李毅.WCDMA無線傳播模型校正與分析[J]，電信工程技術與標準化，2006.9：45-49

　　2　中興通信《CDMA網絡規劃與優化》編寫組.CDMA網絡規劃與優化[M].北京：電子工業出版社，2005.11：6-20

　　3　韋泉，蘇文莉，帥丹.TD-SCDMA無線網絡的預規劃[J]，移動通信，2006.5：69-72

　　4　彭木根，王文博.3G無線資源管理與網絡規劃優化[M].北京：人民郵電出版社，2006.1：281-284

　　5　嚴彬.WCDMA無線網絡規劃中的傳播模型校正[J].電信工程技術與標準化，2006.7：43-47

　　6　蔣招金.3G無線傳播模型校正[J].郵電設計技術，2006.5(5)：24-27

　　7　李世鶴.TD-SCDMA第三代移動通信系統標準[M].北京：人民郵電出版社，2004.9：119