无线电固定监测站覆盖范围测试范文

《上海信息化杂志》2014年第十二期

一、基于无线传播模型校正的新方法

通过理论研究和实际测试，产生了一种基于无线传播模型校正的固定站覆盖范围评估方法。该方法的基本工作原理是通过移动信号源发射和固定监测站接收的相关数据来校正固定站所处位置的传播模型参数，根据更为精确和符合实际情况的传播模型来计算固定站覆盖范围，测试系统总体框架如图2所示。该方法结合了两个传统方法中的优点并加以改进而成。通过外信号源的移动发射和固定监测站的接收，获得校正传播模型需要的数据。并结合校正后的传播模型和实测电平数据，绘制固定站的覆盖范围。该测试方法主要解决了困扰传统固定站覆盖评估方法中的自动测试、精确计算和覆盖绘制等难题。

自动化CW测试系统。一般情况下，采用CW发射机作为传播模型校正的信号源。本测试方法搭建了一套经过校准的CW宽带发射系统。该系统主要通过功率计的校准，使得由宽带发射机（内置信号源和功放）、天线和馈线组成的发射系统在测试频点的EIRP功率为1W，即30dBm。该校准的理论公式为：P=P信号源+G内置功放+L电缆+G天线。其中P信号源为发射机信号源功率，单位为dBm；G内置功放为发射机内置功放增益，单位为dB；L电缆为电缆损耗，单位为dB；G天线为天线增益，单位为dB。经过实验室校准，为保证天线口功率为30dBm，在重要无线电业务频段，测得发射系统参数校正。同时，发射系统和监测系统控制软件都与GPS相连。通过GPS的时间信息，将发射机所在位置的经纬度和监测系统所监测到的电平值进行关联，自动生成时间、经纬度和电平值的数据记录，供后期数据分析所用。

传播模型校正原理。基于无线电电波传播路径可逆原理，可以将覆盖距离的问题等效于传播损耗的研究。因此，通过测试数据对电波传播模型的修正，可以得到适用于固定站实际地理环境的传播模型，为计算覆盖距离打好基础。在自由空间传播模型的基础上，发展出了许多适用于城市环境的无线传播模型。各个无线传播模型都有其适用的频率范围和地理环境，表2总结了常用的无线传播模型。选择合适的传播模型往往受到两个条件的约束，即测试频点和适用环境。在固定站覆盖范围测试中，测试频点往往在100MHz到2GHz之间选取，城市中的固定站往往处于高楼密布环境。因此，最适合选取基于Okumura-Hata的传播模型作为模型校正的基础。模型校正的原理如图4所示。根据实测数据，算出pi和bi，代入x的估计值的表达式，即可得出所求的系数值。对于f的系数，可以同理求得。对于ClLoss，在以上系数均已经校正完毕的情况下，依据最小均方误差准则进行进一步调整。模型校正的计算过程可以在模型校正软件中进行。

绕射模型的应用。无线电波在空中的损耗一般由路径损耗、慢衰落和快衰落构成。通过上述的传播模型校正原理，我们可以较为精确地计算出大尺度的路径损耗，并且在校正实测中，通过符合李氏定理的测试要求，去除快衰落的影响。但是，城市中高楼林立，慢衰落的影响必须要考虑在模型中。因此，新方法引进了描述慢衰落的电波传播绕射模型——Deygout模型对菲涅耳区被阻挡的情况进行补充计算，用于增加Hata模型的校正精度。Deygout模型通过寻找发射和接收链路上菲涅尔区中最突出的点，把该点作为第一干扰，然后再分析被该点分成的两端中的干扰点，依次类推直至没有干扰点出现，最后将结果进行加权。该模型的损耗计算可以在EMC软件中直接完成。通过准确的三维电子地图，在菲涅耳区被阻挡的情况下，本方法先通过Deygout模型计算绕射损耗，再将此补偿至实测电平值用于Hata模型的校正，这样能比传播模型理论计算更为精确地绘制出覆盖区域边界（见图5）。

二、实际测试情况

测试频点选择及参数设置。通过对测试频率及周围频段进行扫描分析，避开合法台站频率，共选择了五个底噪情况良好测试频率：153.5MHz、396.5MHz、990MHz、1760MHz、2401MHz。分别代表了V/UHF，900M/1800M和2.4GHz几个重要的无线电业务频段。测试过程中的系统参数设置如表3所示。测试路径规划和采集要求。根据上海道路情况，通过测试软件绘制，对某一固定监测站的测试路径图规划，如图6所示。同时，为了消除快衰落对信号采集的影响，车载信号源的移动速度必须符合李氏定律要求，即40波长，采样50个样点，可使测试数据与本地均值之差小于1dB。因此，最大测试车速计算公式为。模型校正。以153.5MHz为例，图7和图8分别显示了校正前后的模型计算曲线与实测电平值曲线接近程度。红色曲线为路测收集的实测电平值数据曲线，绿色曲线为模型计算的电平值数据曲线。校正前后的均值差从12.5dB下降到了5.5dB，明显改善了模型计算的准确程度，使其更符合实际情况下的测试值，为下一步覆盖区域的绘制打下了良好基础。覆盖范围绘制。通过在模型软件中调用校正参数后的Okumura-Hata模型和deygout模型，绘制出在153.5MHz频点上测试的固定监测站覆盖范围约为半径6公里，具体覆盖如图9所示。与传统的固定监测站覆盖范围评估方法相比，基于传播模型校正的新方法具有三个主要优势，即更准确的固定监测站覆盖范围计算、更有效率的自动化测试过程和更为标准化的测试方法。只要选择符合固定站周边实际情况的传播模型，就能对各种类型和地貌的固定监测站进行覆盖范围测试，便于标准化和推广。

作者：徐弘良