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(wú)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(yùn)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(qū)域?qū)⒓杏谌丝诩敖ㄖ叨让芗某鞘猩虡I(yè)中心，這對(duì)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(gè)重要因素就是傳播模型。經(jīng)典的經(jīng)驗(yàn)傳播模型包括 Okumura、COST231-Hata等，這類(lèi)模型通常是通過(guò)對(duì)大量測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和擬合，得到的圖表或公式。經(jīng)驗(yàn)性模型統(tǒng)計(jì)地考慮所有的環(huán)境影響，但對(duì)于具體場(chǎng)景來(lái)說(shuō)，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(duì)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(huì)計(jì)算衍射損耗的影響，但一般只是簡(jiǎn)單地計(jì)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(duì)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(jì)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(duì)不同的具體場(chǎng)景做準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。

射線跟蹤模型一般基于下面兩項(xiàng)或其中一項(xiàng)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(jì)算發(fā)射源像的位置。射線經(jīng)過(guò)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(cè)試射線。射線傳播時(shí)，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(shí)，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(xiàng)目中使用。目前幾種商用的射線追蹤模型都是由單獨(dú)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(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(xiàng)目中，中興通訊考慮到香港地區(qū)復(fù)雜的無(wú)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(cè)結(jié)果，使用了Volcano 射線追蹤模型。

Volcano是由法國(guó)Siradel公司開(kāi)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(chǎng)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?chē)ㄖ锏暮攴涓C(Macrocell)場(chǎng)景，發(fā)射天線低于周?chē)ㄖ锏奈⒎涓C(Microcell)場(chǎng)景和發(fā)射天線介于兩者之間的Mini 蜂窩(Minicell)場(chǎng)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(cè)的準(zhǔn)確性和數(shù)字地圖的精確性以及站點(diǎn)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(cè)試和模型校正，使得模型的預(yù)測(cè)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(duì)網(wǎng)絡(luò)中所有站點(diǎn)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(diǎn)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(cè)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(shí)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(duì)性的優(yōu)化措施，這比單純地依賴(lài)于路測(cè)和網(wǎng)管數(shù)據(jù)分析，效率更高，準(zhǔn)確度更高。

需要說(shuō)明的是，采用射線追蹤模型仿真時(shí)，需要耗費(fèi)的計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)，可能是普通經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膸妆?、幾十倍。在?shí)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(xiàng)目的實(shí)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(diǎn)信息基礎(chǔ)上的，缺乏這些先決條件就無(wú)法達(dá)到應(yīng)有的仿真效果。

LTE是一種全新的無(wú)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(yùn)營(yíng)商準(zhǔn)確規(guī)劃優(yōu)化無(wú)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(yùn)營(yíng)商打造精品網(wǎng)絡(luò)。