CN102883338A - 一种用于td-lte系统中传播模型校正的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于TD-LTE系统中传播模型校正的方法，该方法包括以下步骤：1)选择站点和确定测试路线；2)获取现有3G通信系统网络的路测数据和工程参数，同时获取TD-LTE通信系统网络的工程参数；3)从路测数据中筛选出与TD-LTE共站点共天馈的路测数据；4)将筛选出的路测数据转换为TD-LTE路测数据；5)对TD-LTE路测数据进行筛选和过滤，并对筛选和过滤后的TD-LTE路测数据进行离散和地理平均；6)根据所述路测数据校正传播模型；7)重复步骤2)～6)，完成对四种地形的校正，生成传播模型库。与现有技术相比，本发明具有省时、省力、经济且具有较高准确性等优点。

Description

一种用于TD-LTE系统中传播模型校正的方法

技术领域

本发明涉及无线通讯网络领域，尤其是涉及一种用于TD-LTE系统中传播模型校正的方法。

背景技术

目前，3G(3rd Generation，第三代移动通信系统)网络在国内已经商用并迅速普及，而在4G(4th Generation，第四代移动通信系统)标准方面，拥有我国自主知识产权的TD-LTE标准的商用也已经提上了日程，因此为TD-LTE网络的建设寻找一种高效的规划和优化方法是备受关注的问题。

随着无线网络与无线环境的日渐复杂，传播模型校正成为进行网络规划设计和优化等工作的必要和关键环节，直接影响最终网络覆盖、容量和质量等方面的性能。由于我国幅员辽阔，各省、市的无线传播环境千差万别。例如，处于丘陵地区的城市与处于平原地区的城市相比，其传播环境有很大不同，两者的传播模型也会存在较大差异。因此如果仅仅根据经验而无视各地不同地形、地貌、建筑物、植被等参数的影响，必然会导致所建成的网络或者存在覆盖、质量问题，或者所建基站过于密集，造成资源浪费。随着我国移动通信网络的飞速发展，各运营商越来越重视传播模型与本地区环境相匹配的问题。

由于TD-LTE系统网络正处在布网的初级阶段，因此，一般首先要进行CW(Continuous Wave，连续波)测试，根据CW测试数据来进行传播模型的校正，然后再进行小区的覆盖预测等网络规划。目前业界存在的传播模型主要包括两种，一种是建立在大量测试数据和经验公式基础上的实测统计传播模型(如基于Hata的传播模型)，另一种是基于无线电传播理论的确定的传播模型(如射线跟踪传播模型)。无论哪一种传播模型，都不是万能的，都不能完全符合某一地区的地形特点，因此都需要进行CW测试。而CW测试不仅耗费了运营商的大量成本，而且比较耗时，影响了网络建设的周期，网络覆盖预测的准确性也得不到保证，使得规划的代价和工作量都比较高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种省时、省力、经济且具有较高准确性的用于TD-LTE系统中传播模型校正的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于TD-LTE系统中传播模型校正的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)选择站点和确定测试路线；2)获取现有3G通信系统网络的路测数据和工程参数，同时获取TD-LTE通信系统网络的工程参数；3)根据3G通信系统网络的工程参数和TD-LTE通信系统网络的工程参数，从路测数据中筛选出与TD-LTE共站点共天馈的路测数据；4)将筛选出的路测数据转换为TD-LTE路测数据；5)对TD-LTE路测数据进行筛选和过滤，并对筛选和过滤后的TD-LTE路测数据进行离散和地理平均；6)根据所述路测数据校正传播模型；7)重复步骤2)～步骤6)，完成对密集城区、一般城区、郊区、乡村或远郊四种地形的校正，生成传播模型库。

所述的步骤2)中的路测数据包括测试时间、经纬度、小区号、小区频点及小区接收信号电平。

所述的步骤2)中的工程参数包括站点位置、发射功率和天馈配置。

所述的步骤4)具体包括以下步骤：41)将筛选出的路测数据按照基站的不同分成不同的组；42)对每一组数据，根据当前路测点的3G小区信息，获得与其匹配的TD-LTE小区信息；43)生成包括测试时间、路测点GPS经纬度以及TD-LTE小区接收信号电平的TD-LTE路测数据；

所述的TD-LTE网络数据的测试时间、路测点GPS经纬度与路测数据相同。

所述的TD-LTE小区接收信号电平的获取方法为：

RXLEV-F_TD-LTE＝RXLEV_F_3G

           +(P_Pliot-LTE-P_Pilot-3G)+(G_ant-LTE-G_ant-3G)+(L_miss-3G-L_miss-LTE)

           -3G与TD-LTE系统之间频率差引起的路径损耗差

RXLEV_F_TD-LTE表示TD-LTE小区接收信号电平；

RXLEV_F_3G表示G的接收信号电平；

P_Pliot-LTE-P_Pilot-3G表示TD-LTE与3G小区导频信道发射功率之差

G_ant-LTE-G_ant-3G表示TD-LTE与3G接收点的天线增益之差；

L_miss-3G-L_miss-LTE表示TD-LTE与3G接收点的天线馈线损耗之差。

所述的步骤6)根据所述路测数据校正传播模型具体包括以下步骤：61)基于COST231-Hata传播模型，对其参数进行校正；62)通过RMS Error参数来评估判断校正后的模型与实测数据的拟合程度是否合理，如果判断为合理则进行步骤63)，否则结束；63)输出校正后的传播模型。

与现有技术相比，本发明在TD-LTE网络中的传播模型校正可以直接利用3G网络中的路测数据，避免了繁琐的CW(Continuous Wave，连续波)测试，极大的节省了人力物力，而且通过对不同地理环境模型的校正，丰富了模型库，为之后的网络规划提供了可靠的参考。

附图说明

图1为为本发明的流程图；

图2为本发明的3G路测数据转换为TD-LTE数据的流程图；

图3为本发明的传播模型校正流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种用于TD-LTE系统中传播模型校正的方法，包括以下7个步骤：

步骤1、选择站点和确定测试路线。

一般来说，对于一个地区，密集城区、一般城区、郊区、乡村或远郊，这四个模型是最基本的，都要分别进行传播模型的校正。为此，在站点选择时，首先要求我们对服务区域的基站进行分析，初步划分区域范围，并大致选定各类型站点所在的区域。

在具体的站点选择和路线确定上，按照如下的要求来进行：

尽可能选择服务区内具有代表性的传播环境，对不同的人文环境如密集城区、一般城区、郊区等，需要分别设置站点进行测试；

测试站点条件必须能代表典型基站条件。这里的条件包括天线挂高、周围地物地貌类型等等，而且选定的站点要使它能覆盖足够多的地物类型(由于是使用基站发射进行路测，基站的建立已经充分满足了此条件)；

测试站点周围应有相当数量的道路以便测试时各种地物都能到达；

路线选择上要求东西南北方向的道路都应包括，各种距离的位置都应跑到，各种地物附近区域都应跑到；

应尽量以一般道路为主，多跑小道，同时避免在同样的路线反复测试；

测试数据分布尽量均匀。

步骤2、获取3G和TD-LTE网络数据。

该数据包括3G的路测数据，以及3G和TD-LTE网络的工程参数。其中，3G路测数据应包括如下路测信息：路测点的测试时间、经纬度、小区号、小区频点、小区接收信号电平等。另外，工程参数包括站点位置、发射功率和天馈配置等。

步骤3、对3G路测数据进行预处理。

从所有的3G路测数据中筛选出与TD-LTE共站点的3G站点的路测数据。这些数据的特征是天馈的地理位置(经纬度)和天线高度都与3G站点相同，但由于是不同的系统网络，频段、天线类型等参数是不同的。预处理后的3G路测数据所包括的信息如表1所示。

表1 3G路测数据信息

路测信息	说明
		TIME	测试时间
LON	路测点的经度
		LAT	路测点的纬度
CI_j	路测点小区号
		BSIC_j	路测点小区基站识别码
PILOT_j	路测点小区导频信道工作频点
		RXLEV_F	路测点小区导频信道接收信号电平(dBm)

步骤4、将3G路测数据转换为TD-LTE数据。

读取如表1中所描述的3G路测数据，将各个小区数据转换为对应的TD-LTE小区数据。如图2所示，具体步骤包括：

1)将3G路测数据按照基站的不同分成不同的组。

2)获得与3G小区匹配的TD-LTE小区。

对每一组数据，根据当前路测点的3G小区号、小区基站识别码等信息，获得该小区基站的天线参数信息、导频信道发射功率等。同时根据3G小区的地理经纬度，找到与3G小区共站点的TD-LTE小区的信息。

3)生成TD-LTE路测数据。

测量点信息包括测试时间、路测点GPS经纬度，以及TD-LTE小区接收信号电平。其中，测试时间、经纬度与3G的路测数据相同，TD-LTE小区的接收信号电平由3G的接收信号电平加上二者之间基站发射功率之差，加上二者之间接收点天线增益之差，加上二者之间天线馈线损耗之差，再加上一个补偿因子得到，具体公式表示如下：

RXLEV_F_TD-LTE＝RXLEV_F_3G

           +(P_Pliot-LTE-P_Pilot-3G)+(G_ant-LTE-G_ant-3G)+(L_miss-3G-L_miss-LTE)

           -3G与TD-LTE系统之间频率差引起的路径损耗差

其中主要的修正是：

P_Pliot-LTE-P_Pilot-3G，TD-LTE与3G小区导频信道发射功率之差；

3G与TD-LTE系统之间频率差引起的路径损耗差。

次要的修正是：

(G_ant-LTE-G_ant-3G)+(L_miss-3G-L_miss-LTE)，代表TD-LTE与3G接收点的天线增益之差以及天线馈线损耗之差。

在上述公式中，天线增益是根据网络的天线类型、天线角度，以及天线和接收点的地理位置等信息计算获得。3G网络与TD-LTE网络之间的频率差引起的链路损耗差可以来自经验值，也可以根据一些已知的传播模型推导。在基于COST231-Hata传播模型下，3G与TD-LTE系统之间频率差引起的路径损耗差可以表示为如表2所示：

表2 3G与TD-LTE系统之间频率差引起的路径损耗差

4)对所有路测点都按照如上步骤进行处理，并判断3G路测数据是否处理结束，若已经结束则整个流程完成。

步骤5、对转换后的数据进行处理。

为了提高数据准确性，需要对转换后的数据进行处理。数据处理最主要的目的是将测试中带入的不合理数据进行滤除，完成数据离散和数据地理平均的操作。具体流程图如图3所示。

1)数据的筛选和过滤。

根据测试数据的特性，可以将数据绘制到以距离的对数为横轴，接收信号电平为纵轴的直角坐标系中，根据数据走势图，确定基于距离和基于电平的过滤范围。

基于距离的过滤。根据线性关系过滤数据，过滤掉距离基站过近或过远的点(例如删除＜150m和＞3000m的点)。当接收机距离基站较远时，接收到的信号强度太低，因受接收机灵敏度的影响，其测量值往往不准确；且对于测试信号，本底噪声在远端接收信号中的比例加大，不利于模型校正，所以远端的测试点数据应予以去除。而距离基站太近时，由于容易存在视距传输(视距传输与非视距传输的信号强度有较大的差值)，会出现较大的测量误差，使测试数据偏离。

基于电平的过滤。根据强度设置门限过滤数据(例如滤除＜-110dBm和＞-40dBm的点)，这里主要考虑的是对超出接收机灵敏度以外的野值点进行滤除。在距离过滤完后，仍可能有少量强度过小或过大的点，这些有可能在某些高架桥上或高架桥下等特殊地段获取的信号场强值，在测量准确度方面可信度不高。

2)数据的离散。

由于GPS的采样速率比接收机的采样速率慢，这样在同一个经纬度点上按时间顺序排列着很多个数据。假定每两个GPS采样点之间车速是均匀的，且每两个数据之间的时间间隔也相等，则可以按时间顺序对数据进行内插，从而将同一点上的多个数据平铺到取样时间所走的路线上，即完成了数据的离散操作。

根据李氏定理，在移动通信中，当本征长度取40个波长，采样点为36-50个时，能有效达到“消除快衰落，保留慢衰落”的目的。例如，在TD-LTE系统中，频率为2.6GHz，发射波长则为0.115米，40个波长就是4.6米。我们取50个采样点/40个波长，也就是需要将至少50个数据离散到4.6米的距离内。

3)数据的地理平均。

地理平均主要是为了获取本征长度上的区域均值，其作平均的范围就是本征长度。在TD-LTE下，本征长度为4.6米，按照目前普遍采用的处理方法是：将测试路线分段，每段取4.6米，将该4.6米内的数据取均值，并将取得的均值作为该路段中心点的场强值。

步骤6、校正传播模型参数，流程图如图3所示。

1)校正传播模型参数。

本专利基于COST231-Hata传播模型，对其参数进行校正。模型公式为：

PL_dB＝46.33+33.9log(f_MHz)-13.82log(h_bs)-a(h_ms)

      +(44.9-6.55log(h_bs))log(d_km)+C

其中，

a(h_ms)＝(1.1log(f_MHz)-0.7)h_ms-1.56log(f_MHz)+0.8(dB)；

f：发射频率(MHz)；

h_bs；发射天线有效高度(m)；

h_ms：接收天线有效高度(m)；

d_km：接收机和发射机之间的距离(km)。

用于校正传播模型参数的数据序列可以表示为：

S＝{(x_ij，y_ij)，i＝1，2，…，n；j＝1，2，…)

其中，x_ij＝log(d_ij)是接收机和发射机间距离的对数，y_ij是在距离d_ij下测得的路径损耗，i是路测数据个数，j是发射信号的基站数，具体个数由路测数据整理得到。

令U＝46.33+33.9log(f_MHz)-13.82log(h_bs)-a(h_ms)+C，V＝44.9-6.55log(h_bs)，原模型公式可变为：

PL_dB＝U+Vlog(d_km)

采用最小二乘拟合算法对每个组的数据进行拟合，使得误差的平方和最小，具体公式为：

$\min \underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(y_{\mathrm{ij}}-{\mathrm{PL}}_{\mathrm{dB}})}^2=\min \underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(y_{\mathrm{ij}}-U_j-V_j{x}_{\mathrm{ij}})}^2$

通过上式，对U_j和V_j分别求偏导，并令偏导式等于零，可求出U_j和V_j的表达式。

继续令U＝a₁+b₁log(h_bs)，V＝a₂+b₂log(h_bs)，则模型公式变为：

PL_dB＝a₁+b₁log(h_bs)+(a₂+b₂log(h_bs))log(d_km)

进而有U_j＝a₁+b₁log(h_bsj)，V_j＝a₂+b₂log(h_bsj)，令H_j＝log(h_bsj)，按照上述拟合方法，再进行第二次最小二乘拟合，可求出a₁，b₁，a₂，b₂。

2)判断模型与实测数据拟合程度是否合理。用RMS Error这个值来评估，其表示预测值和路测数据的均方差，若用e表示二者之间的误差，则RMS

目前业界普遍认为，若其小于8dB，则说明所校正模型是贴合实际环境的，即该模型的校正结果是准确的，可以用作网络规划的依据。

3)输出校正后的传播模型。

步骤7、对所有的四种地形(密集城区、一般城区、郊区、乡村或远郊)重复以上的2-6步骤，生成传播模型库。

通过使用上述实施例提供的传播模型校正方法，实现了直接利用3G现有的大量路测数据进行传播模型校正，并结合不同地区的地形地貌，不仅提高了校正准确性，也提高了应用范围。

Claims (7)

1.一种用于TD-LTE系统中传播模型校正的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)选择站点和确定测试路线；

2)获取现有3G通信系统网络的路测数据和工程参数，同时获取TD-LTE通信系统网络的工程参数；

3)根据3G通信系统网络的工程参数和TD-LTE通信系统网络的工程参数，从路测数据中筛选出与TD-LTE共站点共天馈的路测数据；

4)将筛选出的路测数据转换为TD-LTE路测数据；

5)对TD-LTE路测数据进行筛选和过滤，并对筛选和过滤后的TD-LTE路测数据进行离散和地理平均；

6)根据所述路测数据校正传播模型；

7)重复步骤2)～步骤6)，完成对密集城区、一般城区、郊区、乡村或远郊四种地形的校正，生成传播模型库。

2.根据权利要求1所述的一种用于TD-LTE系统中传播模型校正的方法，其特征在于，所述的步骤2)中的路测数据包括测试时间、经纬度、小区号、小区频点及小区接收信号电平。

3.根据权利要求1所述的一种用于TD-LTE系统中传播模型校正的方法，其特征在于，所述的步骤2)中的工程参数包括站点位置、发射功率和天馈配置。

4.根据权利要求1所述的一种用于TD-LTE系统中传播模型校正的方法，其特征在于，所述的步骤4)具体包括以下步骤：

41)将筛选出的路测数据按照基站的不同分成不同的组；

42)对每一组数据，根据当前路测点的3G小区信息，获得与其匹配的TD-LTE小区信息；

43)生成包括测试时间、路测点GPS经纬度以及TD-LTE小区接收信号电平的TD-LTE路测数据；

5.根据权利要求4所述的一种用于TD-LTE系统中传播模型校正的方法，其特征在于，所述的TD-LTE网络数据的测试时间、路测点GPS经纬度与路测数据相同。

6.根据权利要求4所述的一种用于TD-LTE系统中传播模型校正的方法，其特征在于，所述的TD-LTE小区接收信号电平的获取方法为：

RXLEV-F_TD-LTE＝RXLEV_F_3G

           +(P_Pliot-LTE-P_Pilot-3G)+(G_ant-LTE-G_ant-3G)+(L_miss-3G-L_miss-LTE)

           -3G与TD-LTE系统之间频率差引起的路径损耗差

RXLEV_F_TD-LTE表示TD-LTE小区接收信号电平；

RXLEV_F_3G表示G的接收信号电平；

P_Pliot-LTE-P_Pilot-3G表示TD-LTE与3G小区导频信道发射功率之差；

G_ant-LTE-G_ant-3G表示TD-LTE与3G接收点的天线增益之差；

L_miss-3G-L_miss-LTE表示TD-LTE与3G接收点的天线馈线损耗之差。

7.根据权利要求1所述的一种用于TD-LTE系统中传播模型校正的方法，其特征在于，所述的步骤6)根据所述路测数据校正传播模型具体包括以下步骤：

61)基于COST231-Hata传播模型，对其参数进行校正；

62)通过RMS Error参数来评估判断校正后的模型与实测数据的拟合程度是否合理，如果判断为合理则进行步骤63)，否则结束；

63)输出校正后的传播模型。

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