高精度射线追踪模型在LTE网络规划中的应用

LTE作为无线网络下一代演进技术，得到了世界范围内主流通信设备商和运营商的关注。与2G/3G和其他早期技术相比，LTE网络可以提供更高的业务速率和更大的容量。在LTE网络部署的初期，高业务速率和大容量需求的区域将集中于人口及建筑高度密集的城市商业中心，这对LTE技术的网络规划的精度及准确度提出了更高的要求。

传播模型介绍

网络规划中，影响规划结果准确性的一个重要因素就是传播模型。经典的经验传播模型包括 Okumura、COST231-Hata等，这类模型通常是通过对大量测试数据进行统计和拟合，得到的图表或公式。经验性模型统计地考虑所有的环境影响，但对于具体场景来说，都是不准确的。并且传统模型主要考虑了距离、天线高度对于路径损耗的影响，适用于农村、平原等平坦区域。在一般的仿真软件中，也会计算衍射损耗的影响，但一般只是简单地计算垂直面的衍射损耗，并不能很准确地反映城区建筑物对于传播模型的影响。

更加准确的模型是射线追踪模型。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，并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。

射线跟踪模型一般基于下面两项或其中一项的射线路径搜索技术：射线跟踪或射线发射。射线跟踪是基于镜像的电磁理论，它考虑所有的物体作为潜在的发射物并且计算发射源像的位置。射线经过路径按照接收机，发射机和相关的像的位置构成。射线发射是从发射机发射出很多角度离散的测试射线。射线传播时，受当前环境的物体影响而产生功率损耗。当射线功率下降到预先设置值以下时，射线终止传播。射线追踪模型原理如图1所示。

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图1 射线追踪模型原理示意图

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，如Volcano模型、WaveSight模型以及WinProp模型等是其代表，他们都可以集成在多种网络规划软件中。

射线追踪模型在香港LTE网络规划中的应用

在香港的LTE网络规划项目中，中兴通讯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，获得准确的预测结果，使用了Volcano 射线追踪模型。

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3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。

射线跟踪模型需要高精度（至少5m精度）含3D建筑物信息的数字地图，预测的准确性和数字地图的精确性以及站点工程参数（天线位置、天线高度、方向角、下倾角等）设置的准确性密切相关。

在使用了高精度的3D地图（如图2）的基础上，中兴通讯还在香港进行了大量的传播特性测试和模型校正，使得模型的预测结果更准确。

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图2 香港高精度5m 3D地图

此外中兴通讯还对网络中所有站点的信息进行了全面仔细的勘查，掌握了准确的全网站点信息。在这些充分的准备工作基础上，中兴通讯应用射线追踪模型完成了香港地区高精度的LTE网络规划仿真结果（如图3）。

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图3 香港某区域LTE网络仿真结果

测试结果表明，在根据该规划结果建站后，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。在网络优化中，依靠高精度射线追踪模型，可以准确地分析网络性能，采取有针对性的优化措施，这比单纯地依赖于路测和网管数据分析，效率更高，准确度更高。

需要说明的是，采用射线追踪模型仿真时，需要耗费的计算时间较长，可能是普通经验模型的几倍、几十倍。在实际网络规划中，是否采用高精度射线追踪模型要根据项目的实际需求决定。此外，高精度射线追踪模型的准确性是建立在高精度的电子地图及准确的站点信息基础上的，缺乏这些先决条件就无法达到应有的仿真效果。

LTE是一种全新的无线技术，在LTE的网络规划中应用射线追踪模型，能够帮助运营商准确规划优化无线网络，保证网络服务质量，在缺少成熟LTE网络借鉴的情况下帮助运营商打造精品网络。