基于LabWindows/CVI的3.5G頻段電波傳播測控技術(shù)

1 引言

　　隨著(zhù)移動(dòng)用戶(hù)數日益增長(cháng)，數據量的需求也呈海量增長(cháng)，現有的移動(dòng)通信頻段已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足日益增長(cháng)的寬帶移動(dòng)通信需求[1]。因此，從系統的角度尋找新的、適用于無(wú)線(xiàn)通信的頻段變得日益迫切?？紤]到頻段資源、技術(shù)設備、運營(yíng)成本等多方面因素，3.5GHz頻段作為國際ITU頻譜大會(huì )上第四代（4G）移動(dòng)通信系統IMT-Advanced侯選頻段之一，成為了研究的熱點(diǎn)頻段[2]，基于侯選頻段傳播模型的研究也提到非常重要的高度，積極推進(jìn)未來(lái)移動(dòng)通信候選頻段研究對于促進(jìn)我國無(wú)線(xiàn)通信自主技術(shù)的演進(jìn)與發(fā)展意義重大。

　　通常，無(wú)線(xiàn)傳播模型只是客觀(guān)上反映了進(jìn)行模型校正地區的電波傳播的衰落規律，而事實(shí)上，由于各個(gè)地區的地形地貌千差萬(wàn)別，利用單一的傳播模型已經(jīng)無(wú)法進(jìn)行統一的覆蓋計算，這就決定了當要把一個(gè)模型應用到其他地區時(shí)，必須對模型的一些參數進(jìn)行修正，也就是傳播模型校正。同時(shí)，要完成蜂窩式移動(dòng)通信系統小區規劃和優(yōu)化，需要有一套相適應的場(chǎng)強覆蓋測量系統，完成測量場(chǎng)強功率等一系列參數。

　　因此，實(shí)際環(huán)境對無(wú)線(xiàn)信號的覆蓋情況有重要影響，無(wú)線(xiàn)信號的衰落與多徑分布情況將直接影響到寬帶無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信系統的鏈路預算和系統性能，所以針對真實(shí)場(chǎng)景的無(wú)線(xiàn)傳播信號進(jìn)行測量和統計就尤為重要。這將為后續的系統小區規劃、鏈路預算和算法設計的重要參數[3]。

　　對此，我們結合IMT-Advanced侯選頻段的無(wú)線(xiàn)電波環(huán)境特征，開(kāi)展新一代無(wú)線(xiàn)通信系統電波傳播特性測量和建模研究。該研究將促進(jìn)寬帶移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)在實(shí)際環(huán)境下的組網(wǎng)應用。

　　目前，我國4G移動(dòng)通信研究FuTURE計劃（863計劃）已經(jīng)成功實(shí)現了3.5GHz頻段的寬帶移動(dòng)通信現場(chǎng)試驗[4]。此次試驗采用了基于分布式無(wú)線(xiàn)電技術(shù)有效地克服了電波傳播衰落對寬帶系統性能的影響。本文在此基礎上，通過(guò)先進(jìn)的虛擬儀器編程語(yǔ)言LabWindows/CVI，針對未來(lái)寬帶無(wú)線(xiàn)移動(dòng)系統設計并實(shí)現了3.5GHz電波傳播特性測控系統，為進(jìn)一步獲取了中國該類(lèi)場(chǎng)景的電波傳播損耗實(shí)測模型提供了大量的實(shí)測數據，，以協(xié)助我國無(wú)線(xiàn)電頻譜管理權威部門(mén)開(kāi)展新一代移動(dòng)通信頻譜技術(shù)研究。

　　本文第2節首先介紹了虛擬儀器技術(shù)以及2G、3G的電波傳播測量系統的實(shí)現方法；第3節提出了4G移動(dòng)通信系統IMT-Advanced侯選頻段3.5GHz電波傳播測控技術(shù)的設計方法；第4節給出提取測控系統的功能結構，包括海量測量數據的存儲技術(shù)等；第5節測控系統運行及測量數據結果；最后給出研究結論。

2 傳統電波傳播測量與虛擬儀器開(kāi)發(fā)技術(shù)

　　在移動(dòng)通信系統中，由于移動(dòng)臺不斷運動(dòng)， 傳播信道不僅受到多普勒效應的影響，而且還受地形、地物的影響，另外移動(dòng)系統本身的干擾和外界干擾也不能忽視?；谝苿?dòng)通信系統的上述特性，嚴格的理論分析很難實(shí)現，往往需對傳播環(huán)境進(jìn)行近似、簡(jiǎn)化，從而使得理論模型誤差較大。而針對傳統的移動(dòng)通信系統最著(zhù)名的統計模型是Okumura模型，它是Okumura以其在日本的大量測量數據為基礎統計出的以曲線(xiàn)圖表示的傳播模型。在Okumura 模型的基礎上，利用回歸方法擬合出便于計算機計算的解析經(jīng)驗公式。這些經(jīng)驗公式有適用于GSM900 宏蜂窩的Okumura-Hata公式、適用于GSM1800宏蜂窩的Hata擴展公式。另外還有適用于微蜂窩的Walfisch公式及室內傳播環(huán)境使用的Keenan-Motley 公式。這些經(jīng)驗公式計算繁瑣并且與實(shí)際環(huán)境之間存在著(zhù)或大或小的誤差。因此在實(shí)際的場(chǎng)強預測中，一般都以修正的Okumura-Hata 模型作為預測模型，利用計算機進(jìn)行輔助預測，在一般測控技術(shù)規劃中，可以針對當地的實(shí)際無(wú)線(xiàn)環(huán)境作無(wú)線(xiàn)傳播特性測量后對上述公式進(jìn)行修正。

　　目前可商用的集成到測控規劃中的射線(xiàn)跟蹤模型如Volcano 模型，WaveSight 模型以及WinProp 模型等就是通過(guò)理論分析方法來(lái)研究傳播模型的代表，但此類(lèi)模型需要高精度（至少5m精度）含3D 建筑物信息的數字地圖，模型預測的準確性和數字地圖的精度和準確性密切相關(guān)，對于移動(dòng)的車(chē)輛等影響無(wú)線(xiàn)信號傳播的因素在目前的理論分析方法中也都是無(wú)法考慮的，而且一般的理論分析方法都需要對傳播環(huán)境進(jìn)行一定的近似和簡(jiǎn)化，從而也引入了一定的誤差，目前基于理論分析方法的傳播模型并沒(méi)有獲得大規模的應用。