無線電固定監測站覆蓋范圍測試范文

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《上海信息化雜志》2014年第十二期

一、基于無線傳播模型校正的新方法

通過理論研究和實際測試，產生了一種基于無線傳播模型校正的固定站覆蓋范圍評估方法。該方法的基本工作原理是通過移動信號源發射和固定監測站接收的相關數據來校正固定站所處位置的傳播模型參數，根據更為精確和符合實際情況的傳播模型來計算固定站覆蓋范圍，測試系統總體框架如圖2所示。該方法結合了兩個傳統方法中的優點并加以改進而成。通過外信號源的移動發射和固定監測站的接收，獲得校正傳播模型需要的數據。并結合校正后的傳播模型和實測電平數據，繪制固定站的覆蓋范圍。該測試方法主要解決了困擾傳統固定站覆蓋評估方法中的自動測試、精確計算和覆蓋繪制等難題。

自動化CW測試系統。一般情況下，采用CW發射機作為傳播模型校正的信號源。本測試方法搭建了一套經過校準的CW寬帶發射系統。該系統主要通過功率計的校準，使得由寬帶發射機（內置信號源和功放）、天線和饋線組成的發射系統在測試頻點的EIRP功率為1W，即30dBm。該校準的理論公式為：P=P信號源+G內置功放+L電纜+G天線。其中P信號源為發射機信號源功率，單位為dBm；G內置功放為發射機內置功放增益，單位為dB；L電纜為電纜損耗，單位為dB；G天線為天線增益，單位為dB。經過實驗室校準，為保證天線口功率為30dBm，在重要無線電業務頻段，測得發射系統參數校正。同時，發射系統和監測系統控制軟件都與GPS相連。通過GPS的時間信息，將發射機所在位置的經緯度和監測系統所監測到的電平值進行關聯，自動生成時間、經緯度和電平值的數據記錄，供后期數據分析所用。

傳播模型校正原理。基于無線電電波傳播路徑可逆原理，可以將覆蓋距離的問題等效于傳播損耗的研究。因此，通過測試數據對電波傳播模型的修正，可以得到適用于固定站實際地理環境的傳播模型，為計算覆蓋距離打好基礎。在自由空間傳播模型的基礎上，發展出了許多適用于城市環境的無線傳播模型。各個無線傳播模型都有其適用的頻率范圍和地理環境，表2總結了常用的無線傳播模型。選擇合適的傳播模型往往受到兩個條件的約束，即測試頻點和適用環境。在固定站覆蓋范圍測試中，測試頻點往往在100MHz到2GHz之間選取，城市中的固定站往往處于高樓密布環境。因此，最適合選取基于Okumura-Hata的傳播模型作為模型校正的基礎。模型校正的原理如圖4所示。根據實測數據，算出pi和bi，代入x的估計值的表達式，即可得出所求的系數值。對于f的系數，可以同理求得。對于ClLoss，在以上系數均已經校正完畢的情況下，依據最小均方誤差準則進行進一步調整。模型校正的計算過程可以在模型校正軟件中進行。

繞射模型的應用。無線電波在空中的損耗一般由路徑損耗、慢衰落和快衰落構成。通過上述的傳播模型校正原理，我們可以較為精確地計算出大尺度的路徑損耗，并且在校正實測中，通過符合李氏定理的測試要求，去除快衰落的影響。但是，城市中高樓林立，慢衰落的影響必須要考慮在模型中。因此，新方法引進了描述慢衰落的電波傳播繞射模型——Deygout模型對菲涅耳區被阻擋的情況進行補充計算，用于增加Hata模型的校正精度。Deygout模型通過尋找發射和接收鏈路上菲涅爾區中最突出的點，把該點作為第一干擾，然后再分析被該點分成的兩端中的干擾點，依次類推直至沒有干擾點出現，最后將結果進行加權。該模型的損耗計算可以在EMC軟件中直接完成。通過準確的三維電子地圖，在菲涅耳區被阻擋的情況下，本方法先通過Deygout模型計算繞射損耗，再將此補償至實測電平值用于Hata模型的校正，這樣能比傳播模型理論計算更為精確地繪制出覆蓋區域邊界（見圖5）。

二、實際測試情況

測試頻點選擇及參數設置。通過對測試頻率及周圍頻段進行掃描分析，避開合法臺站頻率，共選擇了五個底噪情況良好測試頻率：153.5MHz、396.5MHz、990MHz、1760MHz、2401MHz。分別代表了V/UHF，900M/1800M和2.4GHz幾個重要的無線電業務頻段。測試過程中的系統參數設置如表3所示。測試路徑規劃和采集要求。根據上海道路情況，通過測試軟件繪制，對某一固定監測站的測試路徑圖規劃，如圖6所示。同時，為了消除快衰落對信號采集的影響，車載信號源的移動速度必須符合李氏定律要求，即40波長，采樣50個樣點，可使測試數據與本地均值之差小于1dB。因此，最大測試車速計算公式為。模型校正。以153.5MHz為例，圖7和圖8分別顯示了校正前后的模型計算曲線與實測電平值曲線接近程度。紅色曲線為路測收集的實測電平值數據曲線，綠色曲線為模型計算的電平值數據曲線。校正前后的均值差從12.5dB下降到了5.5dB，明顯改善了模型計算的準確程度，使其更符合實際情況下的測試值，為下一步覆蓋區域的繪制打下了良好基礎。覆蓋范圍繪制。通過在模型軟件中調用校正參數后的Okumura-Hata模型和deygout模型，繪制出在153.5MHz頻點上測試的固定監測站覆蓋范圍約為半徑6公里，具體覆蓋如圖9所示。與傳統的固定監測站覆蓋范圍評估方法相比，基于傳播模型校正的新方法具有三個主要優勢，即更準確的固定監測站覆蓋范圍計算、更有效率的自動化測試過程和更為標準化的測試方法。只要選擇符合固定站周邊實際情況的傳播模型，就能對各種類型和地貌的固定監測站進行覆蓋范圍測試，便于標準化和推廣。

作者：徐弘良