高精度射線(xiàn)追蹤模型在LTE網(wǎng)絡(luò )規劃中的應用

LTE作為無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )下一代演進(jìn)技術(shù)，得到了世界范圍內主流通信設備商和運營(yíng)商的關(guān)注。與2G/3G和其他早期技術(shù)相比，LTE網(wǎng)絡(luò )可以提供更高的業(yè)務(wù)速率和更大的容量。在LTE網(wǎng)絡(luò )部署的初期，高業(yè)務(wù)速率和大容量需求的區域將集中于人口及建筑高度密集的城市商業(yè)中心，這對LTE技術(shù)的網(wǎng)絡(luò )規劃的精度及準確度提出了更高的要求。

傳播模型介紹

網(wǎng)絡(luò )規劃中，影響規劃結果準確性的一個(gè)重要因素就是傳播模型。經(jīng)典的經(jīng)驗傳播模型包括 Okumura、COST231-Hata等，這類(lèi)模型通常是通過(guò)對大量測試數據進(jìn)行統計和擬合，得到的圖表或公式。經(jīng)驗性模型統計地考慮所有的環(huán)境影響，但對于具體場(chǎng)景來(lái)說(shuō)，都是不準確的。并且傳統模型主要考慮了距離、天線(xiàn)高度對于路徑損耗的影響，適用于農村、平原等平坦區域。在一般的仿真軟件中，也會(huì )計算衍射損耗的影響，但一般只是簡(jiǎn)單地計算垂直面的衍射損耗，并不能很準確地反映城區建筑物對于傳播模型的影響。

更加準確的模型是射線(xiàn)追蹤模型。射線(xiàn)追蹤技術(shù)是光學(xué)的射線(xiàn)技術(shù)在電磁計算領(lǐng)域中的應用，能夠準確地考慮到電磁波的各種傳播途徑，包括直射、反射、繞射、透射等，并考慮到影響電波傳播的各種因素，從而針對不同的具體場(chǎng)景做準確的預測。

射線(xiàn)跟蹤模型一般基于下面兩項或其中一項的射線(xiàn)路徑搜索技術(shù)：射線(xiàn)跟蹤或射線(xiàn)發(fā)射。射線(xiàn)跟蹤是基于鏡像的電磁理論，它考慮所有的物體作為潛在的發(fā)射物并且計算發(fā)射源像的位置。射線(xiàn)經(jīng)過(guò)路徑按照接收機，發(fā)射機和相關(guān)的像的位置構成。射線(xiàn)發(fā)射是從發(fā)射機發(fā)射出很多角度離散的測試射線(xiàn)。射線(xiàn)傳播時(shí)，受當前環(huán)境的物體影響而產(chǎn)生功率損耗。當射線(xiàn)功率下降到預先設置值以下時(shí)，射線(xiàn)終止傳播。射線(xiàn)追蹤模型原理如圖1所示。

圖1 射線(xiàn)追蹤模型原理示意圖

射線(xiàn)追蹤技術(shù)必須成為能夠在規劃軟件中調用的軟件模塊才能夠在網(wǎng)絡(luò )規劃項目中使用。目前幾種商用的射線(xiàn)追蹤模型都是由單獨的軟件開(kāi)發(fā)商開(kāi)發(fā)的，如Volcano模型、WaveSight模型以及WinProp模型等是其代表，他們都可以集成在多種網(wǎng)絡(luò )規劃軟件中。

射線(xiàn)追蹤模型在香港LTE網(wǎng)絡(luò )規劃中的應用

在香港的LTE網(wǎng)絡(luò )規劃項目中，中興通訊考慮到香港地區復雜的無(wú)線(xiàn)傳播環(huán)境，為了進(jìn)行精確的網(wǎng)絡(luò )規劃，獲得準確的預測結果，使用了Volcano 射線(xiàn)追蹤模型。

Volcano是由法國Siradel公司開(kāi)發(fā)的包含了射線(xiàn)追蹤技術(shù)的傳播模型。在該模型中，傳播場(chǎng)景根據天線(xiàn)高度和電波的主要傳播方式定義為3種，即發(fā)射天線(xiàn)高于周?chē)ㄖ锏暮攴涓C(Macrocell)場(chǎng)景，發(fā)射天線(xiàn)低于周?chē)ㄖ锏奈⒎涓C(Microcell)場(chǎng)景和發(fā)射天線(xiàn)介于兩者之間的Mini 蜂窩(Minicell)場(chǎng)景。

射線(xiàn)跟蹤模型需要高精度(至少5m精度)含3D建筑物信息的數字地圖，預測的準確性和數字地圖的精確性以及站點(diǎn)工程參數(天線(xiàn)位置、天線(xiàn)高度、方向角、下傾角等)設置的準確性密切相關(guān)。

在使用了高精度的3D地圖(如圖2)的基礎上，中興通訊還在香港進(jìn)行了大量的傳播特性測試和模型校正，使得模型的預測結果更準確。

圖2 香港高精度5m 3D地圖

此外中興通訊還對網(wǎng)絡(luò )中所有站點(diǎn)的信息進(jìn)行了全面仔細的勘查，掌握了準確的全網(wǎng)站點(diǎn)信息。在這些充分的準備工作基礎上，中興通訊應用射線(xiàn)追蹤模型完成了香港地區高精度的LTE網(wǎng)絡(luò )規劃仿真結果(如圖3)。

圖3 香港某區域LTE網(wǎng)絡(luò )仿真結果

測試結果表明，在根據該規劃結果建站后，某些區域的KPI 指標已經(jīng)接近商用網(wǎng)絡(luò )的指標，從而降低了優(yōu)化的難度，節約了大量的優(yōu)化時(shí)間。在網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化中，依靠高精度射線(xiàn)追蹤模型，可以準確地分析網(wǎng)絡(luò )性能，采取有針對性的優(yōu)化措施，這比單純地依賴(lài)于路測和網(wǎng)管數據分析，效率更高，準確度更高。

需要說(shuō)明的是，采用射線(xiàn)追蹤模型仿真時(shí)，需要耗費的計算時(shí)間較長(cháng)，可能是普通經(jīng)驗模型的幾倍、幾十倍。在實(shí)際網(wǎng)絡(luò )規劃中，是否采用高精度射線(xiàn)追蹤模型要根據項目的實(shí)際需求決定。此外，高精度射線(xiàn)追蹤模型的準確性是建立在高精度的電子地圖及準確的站點(diǎn)信息基礎上的，缺乏這些先決條件就無(wú)法達到應有的仿真效果。

LTE是一種全新的無(wú)線(xiàn)技術(shù)，在LTE的網(wǎng)絡(luò )規劃中應用射線(xiàn)追蹤模型，能夠幫助運營(yíng)商準確規劃優(yōu)化無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，保證網(wǎng)絡(luò )服務(wù)質(zhì)量，在缺少成熟LTE網(wǎng)絡(luò )借鑒的情況下幫助運營(yíng)商打造精品網(wǎng)絡(luò )。