【关键字】 华为 传播模型是影响无线网络规划准确性关键因素，射线追踪是用来在城市和室内场景中进行准确的传播预测的一种技术。本文简要介绍了射线追踪模型的原理和商用情况，给出了射线追踪模型的适用范围，并以香港网络规划项目为例给出了射线追踪模型与传统经验模型的对比。 射线追踪技术 在移动通信网络规划中，传播预测的结果影响网络规划过程中预测小区半径、容量、覆盖、干扰等指标，因而对规划结果的准确性有决定性的影响。在第三代移动通信中，由于CDMA系统的自干扰特性，准确地预测干扰显得尤为重要。因此，一直以来，精确的传播预测方法和传播模型是移动通信和网络规划研究的关键课题。 电波传播的研究方法分为两类，一类是对大量测试数据进行研究，得到电波传播的统计特性，这类传播模型称为统计模型或经验性传播模型。一类是对电波的传播特性进行理论分析，得到电波传播的特性，这类传播模型被称为理论模型或确定性模型。在实际情况中，也有不少模型综合使用两种研究方法，可以称之为半经验性模型。 更加准确的确定性研究方法是射线追踪技术。射线追踪技术是光学的射线技术在电磁计算领域中的应用，能够准确地考虑到电磁波的各种传播途径，包括直射、反射、绕射、透射等，能够考虑到影响电波传播的各种因素，从而针对不同的具体场景做准确的预测。射线追踪技术在上世纪九十年代以来被广泛地研究，受到众多移动通信运营商和设备制造商的重视，并且出现了较为成熟的商用模型软件。 商用模型介绍 射线追踪技术必须成为能够在规划软件中调用的软件模块才能够在网络规划项目中使用。目前几种商用的射线追踪模型都是由单独的软件开发商开发的，可以集成在多种网络规划软件中。网邻 Volcano是由法国Siradel公司开发的包含了射线追踪技术的传播模型。在该模型中，传播场景根据天线高度和电波的主要传播方式定义为三种，即发射天线高于周围建筑物的宏蜂窝(Macrocell)场景，发射天线低于周围建筑物的微蜂窝(Microcell)场景和发射天线介于两者之间的Mini蜂窝(Minicell)场景。其中的宏蜂窝场景模型是一种传统的垂直面模式传播模型，用刀刃绕射算法(Deygout方法)计算垂直剖面上的绕射损耗。后两种场景模型则是射线追踪模型，采用了垂直面模式和二维发射射线算法射线追踪技术的混合方法，但是采用不同的射线追踪算法。 WinProp是德国AWE公司开发的传播模型软件，其中包含了可以应用于城区、室内和坑道场景的射线追踪算法。WinProp的射线追踪算法有两种，即标准射线追踪(StandardRaTracing，SRT)和智能射线追踪(Intel-ligentRayTracing，IRT)。SRT是传统的镜像射线追踪算法，IRT则是一种改进的镜像算法。在IRT算法中，首先对矢量环境数据库数据文件进行预处理，得到环境数据库中各像素的可视关系，然后根据这些可视关系进行射线追踪运算。预处理过程使IRT同时具备镜像射线追踪算法较高的精度和发射射线法较快的计算速度。WinProp的这两种射线追踪算法都是严格的三维模型，其场景模型和射线追踪算法都是三维的。WinProp也支持使用测试数据进行模型校正。 WaveSight是瑞士Wavecall公司开发的三维射线追踪模型。该模型采用结合垂直面和水平面的射线追踪算法，采用UTD算法计算绕射。Wavecal公司根据大量的测试数据计算得到典型的参数取值，包括反射、绕射截断次数，反射系数、绕射系数等，但也支持模型使用测试数据进行模型校正。WaveSight模型使用的地图包括地形地图和包含建筑物轮廓信息的矢量地图。对于宏蜂窝和微蜂窝，模型使用相同的算法，不加以区分。 综合来说，Volcano模型由于对地图的支持，对模型校正、穿透损耗等方面处理都比较合理，在三种模型中的商用化程度最高。 赤纬角计算公式 模型适用范围 室外电波传播的主要机制可以总结为：(1)垂直面机制，即垂直剖面上地形和地物(主要是建筑物)的绕射，通常采用多刀刃绕射方法计算传播损耗；(2)水平面机制，即水平方向上墙面的反射和墙角的绕射，通常采用射线追踪算法得到传播路径，使用UTD方法计算传播损耗；(3)散射。由于目前包括射线追踪模型在内的所有传播模型都没有确定性的考虑散射，因此，这里只讨论水平面机制和垂直面机制。在不同的场景下，这两种机制对电波传播的影响也大不相同。在宏蜂窝场景下，天线通常架设在所覆盖区域中最高或较高的建筑上，远高于平均建筑物高度周围有较少的遮挡，垂直面机制占主导地位。而在一些微蜂窝场景，天线通常架设在非最高建筑物顶甚至安装在墙面上，天线高度接近或低于平均建筑物高度，周围遮挡物很多，水平面机制则占主导地位。 射线追踪模型使用了确定性的计算方法计算水平面机制和垂直面机制，因此原理上可以在任何场景下给出更准确的预测结果。但是射线追踪模型需要更高精度的地图和更准确的站点参数，也需要更多的计算时间(往往数百倍于传统模型)。对于普通的宏蜂窝场景，由于电波传播的水平面机制并不占主导地位，因此射线追踪模型在此类场景的精度优势并不明显因此，从经济和人力代价考虑，射线追踪模型并非适用于所有的场景，而适合于在复杂的密集城区或室内场景中使用。国内的很多大中型城市的中心区域，人口密集，高楼林立，障碍物很多，小区半径通常在500米以下，在这样的情形下，使用射线追踪模型是合适也是必要的。华为公司已经在香港北京和江苏等地的无线网络规划项目中成功地使用了射线追踪模型。 优于传统模型 在香港的UMTS网络规划项目中，华为公司考虑到香港地区复杂的无线传播环境，为了进行精确的网络规划，获得准确的干扰预测，使用了Volcano射线追踪模型。华为公司在该地区进行了传播特性测试和模型校正，使得模型的预测结果更准确。下面选取位于香港岛的一个测试站点为例，对使用COST231-Hata、SPM和olcanoMini模型进行模型校正和预测的结果进行对比，结果可以看出，VolcanoMini模型具有非常明显的优势。 对比所选用的地区的建筑物高度和站点位置的剖面图可见，该地区是一个高楼林立的密集市区，平均建筑物高度40米左右。发射天线安装在建筑物的墙面上，高度仅为12米。这是一个典型的微蜂窝场景。测试所使用的天线为增益12.5dBi，半功率波束宽度为65度，无电下倾，机械下倾角度为0度。天线的方位角度是倾斜于街道方向，夹角大约为20度。 由于COST231-Hata模型不能考虑到地物(主要是建筑物)的绕射，因此其预测结果是较为规则的方向图形状。只在站点的左下侧，可以看到地形对信号的遮挡。SPM则使用刀刃绕射算法，计算垂直剖面上的绕射损耗。但实际上，由于天线高度远低于周围建筑物，垂直剖面的绕射损耗非常大，因此校正结果中的绕射系数非常小(0.02)，显得非常不合理。最后是VolcanoMini模型的预测结果，其中可以明显地看到墙面反射、绕射造成的街道效应，其预测结果显然更加符合实际情况。 从三个校正模型的标准差可以看到VolcanoMini模型的标准差比SPM小2.84dB，比COST231-Hata小5.67dB。这说明射线追踪模型的性能远优于SPM和COST231-Hata。对所有测试站点的校正结果进行评估的结果表明，与SPM相比，VolcanoMini模型的标准差小0.4-3.14不等。 在普通的PC电脑上，使用VolcanoMini模型计算单个小区所需的时间在3-10分钟之间，大于使用SPM和 COST231-Hata所需的时间(10秒钟以下)，但这在网络规划工程中是可以接受的。可以使用多CPU的高性能工作站进行并行计算，加快计算速度。 在该项目的规划过程中，华为公司根据射线跟踪模型的预测结果并结合一定的话务分布，在尽可能利用该运营商原有2G站点和天馈配置的基础上给出了WCDMA网络站点和天馈调整建议。测试结果表明，在根据规划结果建站后，某些区域的KPI指标已经接近商用网络的指标，从而降低了优化的难度，节约了大量的优化时间。 射线追踪技术作为无线传播预测中的一项新技术，在移动通信网络规划领域得到了越来越多的应用。本文介绍了射线追踪技术的原理，对射线追踪模型的现状和适用场景也进行了总结。另外文章还给出了射线追踪模型应用于网络规划中的实例，结果表明，射线追踪模型是精确进行城区网络规划的有效技术。 | 
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