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基于天馈仿真的网络覆盖评估方法研究 　　【摘 要】针对日常网络优化中网络覆盖评估方法的不足，将三维电磁仿真与传播模型相结合，提出了一种基于天馈仿真的网络覆盖评估方法。该方法可快速全面地评估出不同场景下的路径损耗和接收电平，有效提高了日常网络优化工作的效率 【关键词】三维电磁仿真 天馈仿真 网络覆盖 中图分类号：TN929.5 文献标志码：A 文章编号：1006-1010（2016）18-0003-05 1 引言 在移动通信网络优化工作中，与覆盖密切相关的天馈参数有频段、增益、半功率波束宽度、副瓣抑制、天线挂高、发射功率、方向角、下倾角等。其中，发射功率、方向角和下倾角在日常网络优化工作中调整地最为频繁。如何客观科学地评估天馈参数对网络覆盖的影响，从而指导网络优化中的天馈参数调整，这是网络优化工作者一直关注的问题。本文结合日常优化及现有技术的不足，提出了一种基于天馈仿真的网络覆盖评估方法，该方法引入三维电磁仿真，并与链路损耗传播模型相结合，可快速有效指导日常网络优化的天馈调整、功率调整等工作 2 常规网络覆盖评估工具及其局限性分析 Scala Division是日常工作中比较常用的网络覆盖评估工具，该软件主要用于评估天线挂高、下倾角与网络覆盖之间关系，其操作界面如图1所示。软件中Main Beam为天线主波束最大辐射点的覆盖距离，Upper 3 dB为天线主波束上侧半功率点的覆盖距离，Lower 3 dB为天线主波束下侧半功率点的覆盖距离，H为天线的挂高，θ为天线的垂直面半功率波束宽度，β为天线的下倾角 根据给定的天线挂高、垂直面半功率波束宽度和下倾角，Scala Division可通过公式（1）～公式（3）估算出主波束最大辐射点、主波束上侧半功率点和主波束下侧半功率点的覆盖距离 反之，给定天线主波束最大辐射点、主波束上侧半功率点和主波束下侧半功率点的覆盖距离，Scala Division可通过公式（4）～公式（6）估算出天线挂高、垂直面半功率波束宽度和下倾角 根据Scala Division的工作原理，同时结合实际的网络优化工作，发现Scala Division 存在一定的局限性，主要表现在以下几个方面： （1）Scala Division可评估天线垂直面的网络覆盖情况，而实际的网络优化工作中往往需要评估的是天线水平面的网络覆盖情况。同时Scala Division的天线垂直面方向图采用的是最大辐射点和两侧半功率点拟合的曲线，不利于评估天线副瓣干扰和零点的情况 （2）Scala Division可给出特定参数的天线覆盖范围，而实际的网络优化工作中往往需要通过接收电平来评估网络覆盖情况 （3）Scala Division未考虑覆盖场景和路径损耗。天线下倾角的确定不能简单地通过覆盖距离的反正切运算得到，因为即使覆盖距离相同，若覆盖场景和路径损耗不同（如商业区和自然村），天线的下倾角设置也会不同 3 基于天馈仿真的网络覆盖评估方法 基于以上分析，本文将天线三维电磁仿真与路径损耗传播模型相结合，提出了一种针对天馈仿真的网络覆盖评估方法，同时构建可视化网络覆盖分析平台，有效地解决了现有技术的不足 3.1 算法实现步骤 基于天馈仿真的网络覆盖评估方法共分为以下4个步骤： （1）步骤1：现网天线的三维电磁仿真。采用三维电磁仿真软件Ansoft HFSS和波束赋形优化软件AWR Environment对某地市不同型号的基站天线进行仿真，得到三维方向图数据，部分仿真模型如图2所示： 通过对天线模型进行三维电磁仿真，得到不同类型天线的三维电磁仿真方向图，具体如图3所示： （2）步骤2：搭建天线三维方向图数据库。数据来源于步骤1中的仿真结果，其中Theta（标量）、Phi（标量）、rETheta（矢量）、rEPhi（矢量）、rETotal（矢量）为三维电磁仿真直接得到的数据。Co（矢量）、Cx（矢量）和G（θ，φ）（矢量）为公式运算得到的数据。数据库各字段的解释如表1所示： 利用三维电磁仿真的数据代入公式（7）和公式（8）可以得到归一化主极化分量Co和归一化交叉极化分量Cx 将计算得到的Co和Cx代入公式（9）可以得到G（θ，φ），即空间球坐标任意θ和φ的功率密度与平均功率密度的比值，公式（9）中Gain为仿真得到的天线增益 （3）步骤3：计算接收功率。利用公式（10）可以计算得到地面（水平面）内各点的接收功率。其中G（θ，φ）为接收点的功率密度与平均功率密度的比值，在步骤2中已经计算过。θ和φ为接收点在以基站天线为球心的球坐标系中的坐标。Pt为基站天线的发射功率，Gr为接收天线的增益，L为基站天线与接收天线之间的路径损耗 对于路径损耗