基于LabWindows的3.5G频段电波传播测控技术

1 引言

　　随着移动用户数日益增长，数据量的需求也呈海量增长，现有的移动通信频段已经无法满足日益增长的宽带移动通信需求[1]。因此，从系统的角度寻找新的、适用于无线通信的频段变得日益迫切。考虑到频段资源、技术设备、运营成本等多方面因素，3.5GHz频段作为国际ITU频谱大会上第四代（4G）移动通信系统IMT-Advanced侯选频段之一，成为了研究的热点频段[2]，基于侯选频段传播模型的研究也提到非常重要的高度，积极推进未来移动通信候选频段研究对于促进我国无线通信自主技术的演进与发展意义重大。

　　通常，无线传播模型只是客观上反映了进行模型校正地区的电波传播的衰落规律，而事实上，由于各个地区的地形地貌千差万别，利用单一的传播模型已经无法进行统一的覆盖计算，这就决定了当要把一个模型应用到其他地区时，必须对模型的一些参数进行修正，也就是传播模型校正。同时，要完成蜂窝式移动通信系统小区规划和优化，需要有一套相适应的场强覆盖测量系统，完成测量场强功率等一系列参数。

　　因此，实际环境对无线信号的覆盖情况有重要影响，无线信号的衰落与多径分布情况将直接影响到宽带无线移动通信系统的链路预算和系统性能，所以针对真实场景的无线传播信号进行测量和统计就尤为重要。这将为后续的系统小区规划、链路预算和算法设计的重要参数[3]。

　　对此，我们结合IMT-Advanced侯选频段的无线电波环境特征，开展新一代无线通信系统电波传播特性测量和建模研究。该研究将促进宽带移动通信关键技术在实际环境下的组网应用。

　　目前，我国4G移动通信研究FuTURE计划（863计划）已经成功实现了3.5GHz频段的宽带移动通信现场试验[4]。此次试验采用了基于分布式无线电技术有效地克服了电波传播衰落对宽带系统性能的影响。本文在此基础上，通过先进的虚拟仪器编程语言LabWindows/CVI，针对未来宽带无线移动系统设计并实现了3.5GHz电波传播特性测控系统，为进一步获取了中国该类场景的电波传播损耗实测模型提供了大量的实测数据，，以协助我国无线电频谱管理权威部门开展新一代移动通信频谱技术研究。

　　本文第2节首先介绍了虚拟仪器技术以及2G、3G的电波传播测量系统的实现方法；第3节提出了4G移动通信系统IMT-Advanced侯选频段3.5GHz电波传播测控技术的设计方法；第4节给出提取测控系统的功能结构，包括海量测量数据的存储技术等；第5节测控系统运行及测量数据结果；最后给出研究结论。

2 传统电波传播测量与虚拟仪器开发技术

　　在移动通信系统中，由于移动台不断运动， 传播信道不仅受到多普勒效应的影响，而且还受地形、地物的影响，另外移动系统本身的干扰和外界干扰也不能忽视。基于移动通信系统的上述特性，严格的理论分析很难实现，往往需对传播环境进行近似、简化，从而使得理论模型误差较大。而针对传统的移动通信系统最著名的统计模型是Okumura模型，它是Okumura以其在日本的大量测量数据为基础统计出的以曲线图表示的传播模型。在Okumura 模型的基础上，利用回归方法拟合出便于计算机计算的解析经验公式。这些经验公式有适用于GSM900 宏蜂窝的Okumura-Hata公式、适用于GSM1800宏蜂窝的Hata扩展公式。另外还有适用于微蜂窝的Walfisch公式及室内传播环境使用的Keenan-Motley 公式。这些经验公式计算繁琐并且与实际环境之间存在着或大或小的误差。因此在实际的场强预测中，一般都以修正的Okumura-Hata 模型作为预测模型，利用计算机进行辅助预测，在一般测控技术规划中，可以针对当地的实际无线环境作无线传播特性测量后对上述公式进行修正。

　　目前可商用的集成到测控规划中的射线跟踪模型如Volcano 模型，WaveSight 模型以及WinProp 模型等就是通过理论分析方法来研究传播模型的代表，但此类模型需要高精度（至少5m精度）含3D 建筑物信息的数字地图，模型预测的准确性和数字地图的精度和准确性密切相关，对于移动的车辆等影响无线信号传播的因素在目前的理论分析方法中也都是无法考虑的，而且一般的理论分析方法都需要对传播环境进行一定的近似和简化，从而也引入了一定的误差，目前基于理论分析方法的传播模型并没有获得大规模的应用。