运用地理信息系统技术预测3.5GHz无线接入网的覆盖

　　随着信息产业部无线电管理局正式开放3.5GHz频段用于宽带无线接入，3.5GHz无线宽带接入技术正成为新的应用领域和市场增长点，是运营商快速而低成本地向用户提供“最后一公里”的宽带接入的有效途径和重要手段。

　　无线网络规划是整个网络工程实施的第一步，网络规划的好坏将直接影响到运营商对网络的接入，网络所能提供的服务质量以及网络的发展潜力。当前有各种适用于GSM和WCDMA网络的网络规划工具，但还没有专门针对无线宽带接入网络的规划工具。运用地理信息系统技术开发应用程序能够在真实的地图上显示各种系统数据，如网络性能指标、覆盖预测等，使用者可以更直观地发现问题。因此我们运用这种方法开发了专门针对3.5GHz无线宽带接入网络的规划工具，主要实现了对网络的覆盖预测。下面将就该工具的实施目标，实现功能以及开发方法进行介绍。

　　一、3.5GHz固定无线接入的基本特点

　　无线网络规划是根据规划的无线网络的特性以及网络规划的需求，设定相应的工程参数和无线资源参数，在满足一定信号覆盖、系统容量和业务质量要求的前提下，使网络的工程成本最低。因此，要规划好无线网络，首先就需要了解无线网络的特点。

　　3.5GHz固定无线接入系统采用FDD方式，其工作频率为：终端站发射频段为3400~3430MHz，中心站发射频段为3500~3530MHz，同一波道发射频率和接收频率之间的间隔为100MHz。3.5GHz固定无线接入系统可采用的波道配置方案有4种，基本信道带宽分别为：1.75MHz、3.5MHz、7MHz、14MHz。

　　3.5GHz无线接入系统由4部分组成：中心站、终端站、接力站和网管系统，其中心站一般是多扇区的。3.5GHz固定无线接入系统覆盖范围一般可以达到7~8km，属于准视距传输。从业务能力来看，主要提供数据、语音等业务，还可以用于各种移动网站的移动基站的互联。3.5GHz系统具有技术成熟、传输性能好、覆盖范围广（半径可达50km）、良好的抗雨衰性能、扩容性强，组网灵活的优点。它通过无线射频方式向用户提供基于IP的高速数据传输和宽带网接入服务，可作为无线接入运营商向用户提供多种增值服务的基础业务平台，用于为企业、学校，办公楼、住宅小区、IP电话超市、网吧等用户等提供宽带数据接入服务，已成为当前运营商宽带城域网建设中较为理想的无线接入手段。

　　二、3.5GHz固定无线接入网络规划采用的传播模型

　　链路预算给出了远端站天线到中心站天线路径的信号强度损耗。对上行和下行链路都应进行链路预算。链路预算只能提供粗略的路径损耗值，在实际的工程设计中，只能作为参考值，而不能用来指导工程建设。

　　根据我们的实际工程经验，要得到精确的、可以用来指导网络建设的路径损耗值，必须采用合适的传播模型，并且在不同的地形条件中进行模型参数的修正，得到反映不同地区实际无线环境对无线电信号影响情况的模型修正系数。这样才能够比较准确地预测出小区的覆盖范围，进行进一步的链路级仿真计算，控制导频污染等问题。

　　在无线网络规划的过程中，无线传播模型提供了对无线传播模型的模拟和计算，是整个网络规划工作的基础。传播模型的准确与否关系到小区的规划是否合理。当前比较常用的传播模型有Okumura-Hata模型和Cost231-Hata模型等。但上述两个模型一般用于2GHz频段以下的网络。实际上对上述两个模型进行扩展，可将其用于3GHz频段以上的网络。扩展到3GHz以上网络的Cost231-Hata模型需要的天线高度非常小，因此我们采用了改进的Okumura-Hata模型。

　　IEEE802.1b采用的一类信道模型也适用于3G以上的频段的无线网络。Okumura-Hata模型主要适用于建筑比较密集的城市，如东京类型的城市。IEEE802.1b采用的一类信道模型主要是针对建筑密度不大，自然环境空旷的地方，如美国的城市。由于我们所在的城市是属于建筑密集的城市，因此在这里采用了Okumura-Hata模型。

　　但无线信道是一种传输特性很差的信道。首先是信道的衰减大而且衰减的情况非常复杂，既有和距离有关的衰减，还有阴影衰落和多径衰落。其次无线传播路径既存在直线传播路径，也存在由于建筑物、山脉的阻挡而反射和散射的传播路径等等，无线信道的偶然性很难分析，甚至是相对移动速度也极大地影响衰落的程度。因而这就要求在实测数据的基础上，结合传播模型并根据传播环境的特点加以修正，自动拟合出适合当前覆盖预测的无线传播模型。因此在该软件中也提供了对传播模型修正的功能。

　　三、网络规划软件实现功能

　　地理信息系统（GIS）是集图形学、数据库、分析技术为一体的较为复杂的应用平台。它是以地理空间数据库为基础，在计算机硬件、软件环境下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究、综合评价、管理、定量分析和决策服务而建立的一类计算机应用系统。

　　对3.5GHz无线接入网的网络规划，采用地理信息系统的方法，可以更直观显示出网络中的终端站的信号的覆盖情况，帮助我们调整中心站的相关参数，从而得到最合理的网络预规划。

　　MapInfo是由美国MapInfo公司推出的一个地理信息系统软件。它有强大的数据分析与处理能力，将地图与数据信息巧妙灵活地结合在一起，并且可以利用其二次开发工具MapBasic扩展系统功能。

　　我们采用MapInfo软件开发了3.5GHz网络的覆盖规划工具，首先采用MapInfo软件的图象配准功能将纸质地图生成对应的电子地图，然后利用MapBasic开发语言结合MapInfo软件实现了如下功能。

　　1．中心站参数的输入和修改

　　利用MapInfo的ODBC的远程调用功能调用MicrosoftAccess数据库，实现中心站参数的输入和修改。

　　2．传播模型的选择以及参数的修正

　　选择适当的传播模型是覆盖预测好坏最重要的一步。虽然我们只采用了改进的Okumura-Hata模型，但添加这一功能可以便于以后我们增加其他的传播模型扩展该软件功能。选择合适的传播模型，同时提供了对传播模型参数的修正功能，从而方便使用者可以根据实际路测数据统计分析调整传播模型的参数，使预测更合理。

　　3．在电子地图上显示终端站的覆盖情况

　　小区的覆盖范围取决于无线信号所覆盖的区域，而信号传播距离取决于该地区的无线传播特性。无线网络规划者往往要求网络设计在某一地区达到100%的覆盖，但该要求一般是无法实现的。因此，在网络设计中所做的努力在于设计的网络能够覆盖那些有话务量的区域。

　　不同于GSM和CDMA的网络规划，3.5GHz无线接入网实现的是固定无线接入，使用者将终端站的位置参数和天线参数输入数据库，在地图上显示出各个终端站的覆盖情况，在电子地图上以直观的方式了解固定终端站的覆盖情况。通过覆盖情况的显示，便于发现网络规划中的问题，从而调整网络中的各项参数。

　　利用地理信息技术的直观性，我们可以清楚地获得无线网络中各个终端站的覆盖情况。但覆盖规划只是网络规划的其中一步，在此基础上我们还可以增加其余的内容，如干扰分析、网络性能监测分析或网络优化的内容，为3.5GHz无线接入网的规划和使用提供工具。无线接入网是未来网络发展的一个重要方面。对3.5G无线接入网网络规划的研究可以作为以后对其它的无线接入网，如5.8GHz无线接入网网络规划的研究参考，开发用于多种无线接入网的网络规划软件。

----《通信世界》

作者：上海交通大学电子工程系 杨晓源 蒋铃鸽