高精度射線追蹤模型在LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的應(yīng)用

LTE作為無線網(wǎng)絡(luò)下一代演進(jìn)技術(shù)，得到了世界范圍內(nèi)主流通信設(shè)備商和運營商的關(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(qū)域?qū)⒓杏谌丝诩敖ㄖ叨让芗某鞘猩虡I(yè)中心，這對LTE技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的精度及準(zhǔn)確度提出了更高的要求。

傳播模型介紹

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，影響規(guī)劃結(jié)果準(zhǔn)確性的一個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，這類模型通常是通過對大量測試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和擬合，得到的圖表或公式。經(jīng)驗性模型統(tǒng)計地考慮所有的環(huán)境影響，但對于具體場景來說，都是不準(zhǔn)確的。并且傳統(tǒng)模型主要考慮了距離、天線高度對于路徑損耗的影響，適用于農(nóng)村、平原等平坦區(qū)域。在一般的仿真軟件中，也會計算衍射損耗的影響，但一般只是簡單地計算垂直面的衍射損耗，并不能很準(zhǔn)確地反映城區(qū)建筑物對于傳播模型的影響。

更加準(zhǔn)確的模型是射線追蹤模型。射線追蹤技術(shù)是光學(xué)的射線技術(shù)在電磁計算領(lǐng)域中的應(yīng)用，能夠準(zhǔn)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景做準(zhǔn)確的預(yù)測。

射線跟蹤模型一般基于下面兩項或其中一項的射線路徑搜索技術(shù)：射線跟蹤或射線發(fā)射。射線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。射線經(jīng)過路徑按照接收機(jī)，發(fā)射機(jī)和相關(guān)的像的位置構(gòu)成。射線發(fā)射是從發(fā)射機(jī)發(fā)射出很多角度離散的測試射線。射線傳播時，受當(dāng)前環(huán)境的物體影響而產(chǎn)生功率損耗。當(dāng)射線功率下降到預(yù)先設(shè)置值以下時，射線終止傳播。射線追蹤模型原理如圖1所示。

圖1 射線追蹤模型原理示意圖

射線追蹤技術(shù)必須成為能夠在規(guī)劃軟件中調(diào)用的軟件模塊才能夠在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃項目中使用。目前幾種商用的射線追蹤模型都是由單獨的軟件開發(fā)商開發(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(guī)劃軟件中。

射線追蹤模型在香港LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的應(yīng)用

在香港的LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃項目中，中興通訊考慮到香港地區(qū)復(fù)雜的無線傳播環(huán)境，為了進(jìn)行精確的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，獲得準(zhǔn)確的預(yù)測結(jié)果，使用了Volcano 射線追蹤模型。

Volcano是由法國Siradel公司開發(fā)的包含了射線追蹤技術(shù)的傳播模型。在該模型中，傳播場景根據(jù)天線高度和電波的主要傳播方式定義為3種，即發(fā)射天線高于周圍建筑物的宏蜂窩(Macrocell)場景，發(fā)射天線低于周圍建筑物的微蜂窩(Microcell)場景和發(fā)射天線介于兩者之間的Mini 蜂窩(Minicell)場景。

射線跟蹤模型需要高精度(至少5m精度)含3D建筑物信息的數(shù)字地圖，預(yù)測的準(zhǔn)確性和數(shù)字地圖的精確性以及站點工程參數(shù)(天線位置、天線高度、方向角、下傾角等)設(shè)置的準(zhǔn)確性密切相關(guān)。

在使用了高精度的3D地圖(如圖2)的基礎(chǔ)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(yù)測結(jié)果更準(zhǔn)確。

圖2 香港高精度5m 3D地圖

此外中興通訊還對網(wǎng)絡(luò)中所有站點的信息進(jìn)行了全面仔細(xì)的勘查，掌握了準(zhǔn)確的全網(wǎng)站點信息。在這些充分的準(zhǔn)備工作基礎(chǔ)上，中興通訊應(yīng)用射線追蹤模型完成了香港地區(qū)高精度的LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃仿真結(jié)果(如圖3)。

圖3 香港某區(qū)域LTE網(wǎng)絡(luò)仿真結(jié)果

測試結(jié)果表明，在根據(jù)該規(guī)劃結(jié)果建站后，某些區(qū)域的KPI 指標(biāo)已經(jīng)接近商用網(wǎng)絡(luò)的指標(biāo)，從而降低了優(yōu)化的難度，節(jié)約了大量的優(yōu)化時間。在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中，依靠高精度射線追蹤模型，可以準(zhǔn)確地分析網(wǎng)絡(luò)性能，采取有針對性的優(yōu)化措施，這比單純地依賴于路測和網(wǎng)管數(shù)據(jù)分析，效率更高，準(zhǔn)確度更高。

需要說明的是，采用射線追蹤模型仿真時，需要耗費的計算時間較長，可能是普通經(jīng)驗?zāi)Ｐ偷膸妆?、幾十倍。在實際網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，是否采用高精度射線追蹤模型要根據(jù)項目的實際需求決定。此外，高精度射線追蹤模型的準(zhǔn)確性是建立在高精度的電子地圖及準(zhǔn)確的站點信息基礎(chǔ)上的，缺乏這些先決條件就無法達(dá)到應(yīng)有的仿真效果。

LTE是一種全新的無線技術(shù)，在LTE的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中應(yīng)用射線追蹤模型，能夠幫助運營商準(zhǔn)確規(guī)劃優(yōu)化無線網(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商打造精品網(wǎng)絡(luò)。