運(yùn)用地理信息系統(tǒng)技術(shù)預(yù)測(cè)3.5GHz無線接入網(wǎng)的覆蓋

　　隨著信息產(chǎn)業(yè)部無線電管理局正式開放3.5GHz頻段用于寬帶無線接入，3.5GHz無線寬帶接入技術(shù)正成為新的應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng)增長點(diǎn)，是運(yùn)營商快速而低成本地向用戶提供“最后一公里”的寬帶接入的有效途徑和重要手段。

　　無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)施的第一步，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的好壞將直接影響到運(yùn)營商對(duì)網(wǎng)絡(luò)的接入，網(wǎng)絡(luò)所能提供的服務(wù)質(zhì)量以及網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展?jié)摿�。�?dāng)前有各種適用于GSM和WCDMA網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工具，但還沒有專門針對(duì)無線寬帶接入網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃工具。運(yùn)用地理信息系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)應(yīng)用程序能夠在真實(shí)的地圖上顯示各種系統(tǒng)數(shù)據(jù)，如網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)、覆蓋預(yù)測(cè)等，使用者可以更直觀地發(fā)現(xiàn)問題。因此我們運(yùn)用這種方法開發(fā)了專門針對(duì)3.5GHz無線寬帶接入網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃工具，主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋預(yù)測(cè)。下面將就該工具的實(shí)施目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)功能以及開發(fā)方法進(jìn)行介紹。

　　一、3.5GHz固定無線接入的基本特點(diǎn)

　　無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是根據(jù)規(guī)劃的無線網(wǎng)絡(luò)的特性以及網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的需求，設(shè)定相應(yīng)的工程參數(shù)和無線資源參數(shù)，在滿足一定信號(hào)覆蓋、系統(tǒng)容量和業(yè)務(wù)質(zhì)量要求的前提下，使網(wǎng)絡(luò)的工程成本最低。因此，要規(guī)劃好無線網(wǎng)絡(luò)，首先就需要了解無線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)。

　　3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)采用FDD方式，其工作頻率為：終端站發(fā)射頻段為3400~3430MHz，中心站發(fā)射頻段為3500~3530MHz，同一波道發(fā)射頻率和接收頻率之間的間隔為100MHz。3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)可采用的波道配置方案有4種，基本信道帶寬分別為：1.75MHz、3.5MHz、7MHz、14MHz。

　　3.5GHz無線接入系統(tǒng)由4部分組成：中心站、終端站、接力站和網(wǎng)管系統(tǒng)，其中心站一般是多扇區(qū)的。3.5GHz固定無線接入系統(tǒng)覆蓋范圍一般可以達(dá)到7~8km，屬于準(zhǔn)視距傳輸。從業(yè)務(wù)能力來看，主要提供數(shù)據(jù)、語音等業(yè)務(wù)，還可以用于各種移動(dòng)網(wǎng)站的移動(dòng)基站的互聯(lián)。3.5GHz系統(tǒng)具有技術(shù)成熟、傳輸性能好、覆蓋范圍廣（半徑可達(dá)50km）、良好的抗雨衰性能、擴(kuò)容性強(qiáng)，組網(wǎng)靈活的優(yōu)點(diǎn)。它通過無線射頻方式向用戶提供基于IP的高速數(shù)據(jù)傳輸和寬帶網(wǎng)接入服務(wù)，可作為無線接入運(yùn)營商向用戶提供多種增值服務(wù)的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)平臺(tái)，用于為企業(yè)、學(xué)校，辦公樓、住宅小區(qū)、IP電話超市、網(wǎng)吧等用戶等提供寬帶數(shù)據(jù)接入服務(wù)，已成為當(dāng)前運(yùn)營商寬帶城域網(wǎng)建設(shè)中較為理想的無線接入手段。

　　二、3.5GHz固定無線接入網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃采用的傳播模型

　　鏈路預(yù)算給出了遠(yuǎn)端站天線到中心站天線路徑的信號(hào)強(qiáng)度損耗。對(duì)上行和下行鏈路都應(yīng)進(jìn)行鏈路預(yù)算。鏈路預(yù)算只能提供粗略的路徑損耗值，在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，只能作為參考值，而不能用來指導(dǎo)工程建設(shè)。

　　根據(jù)我們的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，要得到精確的、可以用來指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的路徑損耗值，必須采用合適的傳播模型，并且在不同的地形條件中進(jìn)行模型參數(shù)的修正，得到反映不同地區(qū)實(shí)際無線環(huán)境對(duì)無線電信號(hào)影響情況的模型修正系數(shù)。這樣才能夠比較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出小區(qū)的覆蓋范圍，進(jìn)行進(jìn)一步的鏈路級(jí)仿真計(jì)算，控制導(dǎo)頻污染等問題。

　　在無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的過程中，無線傳播模型提供了對(duì)無線傳播模型的模擬和計(jì)算，是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工作的基礎(chǔ)。傳播模型的準(zhǔn)確與否關(guān)系到小區(qū)的規(guī)劃是否合理。當(dāng)前比較常用的傳播模型有Okumura-Hata模型和Cost231-Hata模型等。但上述兩個(gè)模型一般用于2GHz頻段以下的網(wǎng)絡(luò)。實(shí)際上對(duì)上述兩個(gè)模型進(jìn)行擴(kuò)展，可將其用于3GHz頻段以上的網(wǎng)絡(luò)。擴(kuò)展到3GHz以上網(wǎng)絡(luò)的Cost231-Hata模型需要的天線高度非常小，因此我們采用了改進(jìn)的Okumura-Hata模型。

　　IEEE802.1b采用的一類信道模型也適用于3G以上的頻段的無線網(wǎng)絡(luò)。Okumura-Hata模型主要適用于建筑比較密集的城市，如東京類型的城市。IEEE802.1b采用的一類信道模型主要是針對(duì)建筑密度不大，自然環(huán)境空曠的地方，如美國的城市。由于我們所在的城市是屬于建筑密集的城市，因此在這里采用了Okumura-Hata模型。

　　但無線信道是一種傳輸特性很差的信道。首先是信道的衰減大而且衰減的情況非常復(fù)雜，既有和距離有關(guān)的衰減，還有陰影衰落和多徑衰落。其次無線傳播路徑既存在直線傳播路徑，也存在由于建筑物、山脈的阻擋而反射和散射的傳播路徑等等，無線信道的偶然性很難分析，甚至是相對(duì)移動(dòng)速度也極大地影響衰落的程度。因而這就要求在實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合傳播模型并根據(jù)傳播環(huán)境的特點(diǎn)加以修正，自動(dòng)擬合出適合當(dāng)前覆蓋預(yù)測(cè)的無線傳播模型。因此在該軟件中也提供了對(duì)傳播模型修正的功能。

　　三、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件實(shí)現(xiàn)功能

　　地理信息系統(tǒng)（GIS）是集圖形學(xué)、數(shù)據(jù)庫、分析技術(shù)為一體的較為復(fù)雜的應(yīng)用平臺(tái)。它是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)硬件、軟件環(huán)境下，對(duì)空間相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、管理、操作、分析、模擬和顯示，采用地理模型分析方法，適時(shí)提供多種空間和動(dòng)態(tài)的地理信息，為地理研究、綜合評(píng)價(jià)、管理、定量分析和決策服務(wù)而建立的一類計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。

　　對(duì)3.5GHz無線接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，采用地理信息系統(tǒng)的方法，可以更直觀顯示出網(wǎng)絡(luò)中的終端站的信號(hào)的覆蓋情況，幫助我們調(diào)整中心站的相關(guān)參數(shù)，從而得到最合理的網(wǎng)絡(luò)預(yù)規(guī)劃。

　　MapInfo是由美國MapInfo公司推出的一個(gè)地理信息系統(tǒng)軟件。它有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析與處理能力，將地圖與數(shù)據(jù)信息巧妙靈活地結(jié)合在一起，并且可以利用其二次開發(fā)工具M(jìn)apBasic擴(kuò)展系統(tǒng)功能。

　　我們采用MapInfo軟件開發(fā)了3.5GHz網(wǎng)絡(luò)的覆蓋規(guī)劃工具，首先采用MapInfo軟件的圖象配準(zhǔn)功能將紙質(zhì)地圖生成對(duì)應(yīng)的電子地圖，然后利用MapBasic開發(fā)語言結(jié)合MapInfo軟件實(shí)現(xiàn)了如下功能。

　　1．中心站參數(shù)的輸入和修改

　　利用MapInfo的ODBC的遠(yuǎn)程調(diào)用功能調(diào)用MicrosoftAccess數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)中心站參數(shù)的輸入和修改。

　　2．傳播模型的選擇以及參數(shù)的修正

　　選擇適當(dāng)?shù)膫鞑ツＰ褪歉采w預(yù)測(cè)好壞最重要的一步。雖然我們只采用了改進(jìn)的Okumura-Hata模型，但添加這一功能可以便于以后我們?cè)黾悠渌�的傳播模型擴(kuò)展該軟件功能。選擇合適的傳播模型，同時(shí)提供了對(duì)傳播模型參數(shù)的修正功能，從而方便使用者可以根據(jù)實(shí)際路測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析調(diào)整傳播模型的參數(shù)，使預(yù)測(cè)更合理。

　　3．在電子地圖上顯示終端站的覆蓋情況

　　小區(qū)的覆蓋范圍取決于無線信號(hào)所覆蓋的區(qū)域，而信號(hào)傳播距離取決于該地區(qū)的無線傳播特性。無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃者往往要求網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)在某一地區(qū)達(dá)到100%的覆蓋，但該要求一般是無法實(shí)現(xiàn)的。因此，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中所做的努力在于設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)能夠覆蓋那些有話務(wù)量的區(qū)域。

　　不同于GSM和CDMA的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，3.5GHz無線接入網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的是固定無線接入，使用者將終端站的位置參數(shù)和天線參數(shù)輸入數(shù)據(jù)庫，在地圖上顯示出各個(gè)終端站的覆蓋情況，在電子地圖上以直觀的方式了解固定終端站的覆蓋情況。通過覆蓋情況的顯示，便于發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的問題，從而調(diào)整網(wǎng)絡(luò)中的各項(xiàng)參數(shù)。

　　利用地理信息技術(shù)的直觀性，我們可以清楚地獲得無線網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)終端站的覆蓋情況。但覆蓋規(guī)劃只是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的其中一步，在此基礎(chǔ)上我們還可以增加其余的內(nèi)容，如干擾分析、網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)測(cè)分析或網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的內(nèi)容，為3.5GHz無線接入網(wǎng)的規(guī)劃和使用提供工具。無線接入網(wǎng)是未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一個(gè)重要方面。對(duì)3.5G無線接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的研究可以作為以后對(duì)其它的無線接入網(wǎng)，如5.8GHz無線接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的研究參考，開發(fā)用于多種無線接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件。


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