基于LabWindows/CVI的3.5G頻段電波傳播測(cè)控技術(shù)

1 引言

　　隨著移動(dòng)用戶數(shù)日益增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)量的需求也呈海量增長(zhǎng)，現(xiàn)有的移動(dòng)通信頻段已經(jīng)無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)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(wú)線通信的頻段變得日益迫切。考慮到頻段資源、技術(shù)設(shè)備、運(yùn)營(yíng)成本等多方面因素，3.5GHz頻段作為國(guó)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(lái)移動(dòng)通信候選頻段研究對(duì)于促進(jìn)我國(guó)無(wú)線通信自主技術(shù)的演進(jìn)與發(fā)展意義重大。

　　通常，無(wú)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(wàn)別，利用單一的傳播模型已經(jīng)無(wú)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(duì)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(chǎng)強(qiáng)覆蓋測(cè)量系統(tǒng)，完成測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)功率等一系列參數(shù)。

　　因此，實(shí)際環(huán)境對(duì)無(wú)線信號(hào)的覆蓋情況有重要影響，無(wú)線信號(hào)的衰落與多徑分布情況將直接影響到寬帶無(wú)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(duì)真實(shí)場(chǎng)景的無(wú)線傳播信號(hào)進(jìn)行測(cè)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(duì)此，我們結(jié)合IMT-Advanced侯選頻段的無(wú)線電波環(huán)境特征，開展新一代無(wú)線通信系統(tǒng)電波傳播特性測(cè)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(guó)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(chǎng)試驗(yàn)[4]。此次試驗(yàn)采用了基于分布式無(wú)線電技術(shù)有效地克服了電波傳播衰落對(duì)寬帶系統(tǒng)性能的影響。本文在此基礎(chǔ)上，通過(guò)先進(jìn)的虛擬儀器編程語(yǔ)言LabWindows/CVI，針對(duì)未來(lái)寬帶無(wú)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(cè)控系統(tǒng)，為進(jìn)一步獲取了中國(guó)該類場(chǎng)景的電波傳播損耗實(shí)測(cè)模型提供了大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，，以協(xié)助我國(guó)無(wú)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(cè)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(cè)控技術(shù)的設(shè)計(jì)方法；第4節(jié)給出提取測(cè)控系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)，包括海量測(cè)量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)技術(shù)等；第5節(jié)測(cè)控系統(tǒng)運(yùn)行及測(cè)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(cè)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(tái)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(duì)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(duì)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(cè)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(chǎng)強(qiáng)預(yù)測(cè)中，一般都以修正的Okumura-Hata 模型作為預(yù)測(cè)模型，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助預(yù)測(cè)，在一般測(cè)控技術(shù)規(guī)劃中，可以針對(duì)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際無(wú)線環(huán)境作無(wú)線傳播特性測(cè)量后對(duì)上述公式進(jìn)行修正。

　　目前可商用的集成到測(cè)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(guò)理論分析方法來(lái)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(cè)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(duì)于移動(dòng)的車輛等影響無(wú)線信號(hào)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(duì)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(guī)模的應(yīng)用。