基于LabWindows的3.5G頻段電波傳播測控技術(shù)

1 引言

　　隨著移動(dòng)用戶數(shù)日益增長，數(shù)據(jù)量的需求也呈海量增長，現(xiàn)有的移動(dòng)通信頻段已經(jīng)無法滿足日益增長的寬帶移動(dòng)通信需求[1]。因此，從系統(tǒng)的角度尋找新的、適用于無線通信的頻段變得日益迫切?？紤]到頻段資源、技術(shù)設(shè)備、運(yùn)營成本等多方面因素，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(tǒng)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)未來移動(dòng)通信候選頻段研究對于促進(jìn)我國無線通信自主技術(shù)的演進(jìn)與發(fā)展意義重大。

　　通常，無線傳播模型只是客觀上反映了進(jìn)行模型校正地區(qū)的電波傳播的衰落規(guī)律，而事實(shí)上，由于各個(gè)地區(qū)的地形地貌千差萬別，利用單一的傳播模型已經(jīng)無法進(jìn)行統(tǒng)一的覆蓋計(jì)算，這就決定了當(dāng)要把一個(gè)模型應(yīng)用到其他地區(qū)時(shí)，必須對模型的一些參數(shù)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(tǒng)小區(qū)規(guī)劃和優(yōu)化，需要有一套相適應(yīng)的場強(qiáng)覆蓋測量系統(tǒng)，完成測量場強(qiáng)功率等一系列參數(shù)。

　　因此，實(shí)際環(huán)境對無線信號的覆蓋情況有重要影響，無線信號的衰落與多徑分布情況將直接影響到寬帶無線移動(dòng)通信系統(tǒng)的鏈路預(yù)算和系統(tǒng)性能，所以針對真實(shí)場景的無線傳播信號進(jìn)行測量和統(tǒng)計(jì)就尤為重要。這將為后續(xù)的系統(tǒng)小區(qū)規(guī)劃、鏈路預(yù)算和算法設(shè)計(jì)的重要參數(shù)[3]。

　　對此，我們結(jié)合IMT-Advanced侯選頻段的無線電波環(huán)境特征，開展新一代無線通信系統(tǒng)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(yīng)用。

　　目前，我國4G移動(dòng)通信研究FuTURE計(jì)劃（863計(jì)劃）已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了3.5GHz頻段的寬帶移動(dòng)通信現(xiàn)場試驗(yàn)[4]。此次試驗(yàn)采用了基于分布式無線電技術(shù)有效地克服了電波傳播衰落對寬帶系統(tǒng)性能的影響。本文在此基礎(chǔ)上，通過先進(jìn)的虛擬儀器編程語言LabWindows/CVI，針對未來寬帶無線移動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了3.5GHz電波傳播特性測控系統(tǒng)，為進(jìn)一步獲取了中國該類場景的電波傳播損耗實(shí)測模型提供了大量的實(shí)測數(shù)據(jù)，，以協(xié)助我國無線電頻譜管理權(quán)威部門開展新一代移動(dòng)通信頻譜技術(shù)研究。

　　本文第2節(jié)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(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法；第3節(jié)提出了4G移動(dòng)通信系統(tǒng)IMT-Advanced侯選頻段3.5GHz電波傳播測控技術(shù)的設(shè)計(jì)方法；第4節(jié)給出提取測控系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)，包括海量測量數(shù)據(jù)的存儲技術(shù)等；第5節(jié)測控系統(tǒng)運(yùn)行及測量數(shù)據(jù)結(jié)果；最后給出研究結(jié)論。

2 傳統(tǒng)電波傳播測量與虛擬儀器開發(fā)技術(shù)

　　在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，由于移動(dòng)臺不斷運(yùn)動(dòng)， 傳播信道不僅受到多普勒效應(yīng)的影響，而且還受地形、地物的影響，另外移動(dòng)系統(tǒng)本身的干擾和外界干擾也不能忽視?；谝苿?dòng)通信系統(tǒng)的上述特性，嚴(yán)格的理論分析很難實(shí)現(xiàn)，往往需對傳播環(huán)境進(jìn)行近似、簡化，從而使得理論模型誤差較大。而針對傳統(tǒng)的移動(dòng)通信系統(tǒng)最著名的統(tǒng)計(jì)模型是Okumura模型，它是Okumura以其在日本的大量測量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)出的以曲線圖表示的傳播模型。在Okumura 模型的基礎(chǔ)上，利用回歸方法擬合出便于計(jì)算機(jī)計(jì)算的解析經(jīng)驗(yàn)公式。這些經(jīng)驗(yàn)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(kuò)展公式。另外還有適用于微蜂窩的Walfisch公式及室內(nèi)傳播環(huán)境使用的Keenan-Motley 公式。這些經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算繁瑣并且與實(shí)際環(huán)境之間存在著或大或小的誤差。因此在實(shí)際的場強(qiáng)預(yù)測中，一般都以修正的Okumura-Hata 模型作為預(yù)測模型，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助預(yù)測，在一般測控技術(shù)規(guī)劃中，可以針對當(dāng)?shù)氐膶?shí)際無線環(huán)境作無線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(guī)劃中的射線跟蹤模型如Volcano 模型，WaveSight 模型以及WinProp 模型等就是通過理論分析方法來研究傳播模型的代表，但此類模型需要高精度（至少5m精度）含3D 建筑物信息的數(shù)字地圖，模型預(yù)測的準(zhǔn)確性和數(shù)字地圖的精度和準(zhǔn)確性密切相關(guān)，對于移動(dòng)的車輛等影響無線信號傳播的因素在目前的理論分析方法中也都是無法考慮的，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有獲得大規(guī)模的應(yīng)用。