論數(shù)字地圖精度對(duì)無線仿真的影響

【摘要】 國內(nèi)即將迎來無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的新高潮，面對(duì)一張全新的4G網(wǎng)絡(luò)，前期的合理規(guī)劃將對(duì)后期的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量起著決定性的作用。目前指導(dǎo)無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的主要方法就是無線仿真，本文通過實(shí)際仿真對(duì)比，量化分析不同精度數(shù)字地圖對(duì)仿真結(jié)果影響的差距，以指導(dǎo)大家在進(jìn)行無線仿真時(shí)合理選用地圖。

【關(guān)鍵詞】 無線仿真 數(shù)字地圖 地圖精度 仿真誤差

一、概述

根據(jù)國家要求，工信部會(huì)在年內(nèi)發(fā)放4G牌照。伴隨著4G通信牌照的發(fā)放，國內(nèi)將再次掀起一次無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、建設(shè)的大潮。無線仿真，作為指導(dǎo)無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和預(yù)測(cè)的重要方法，將再次引起業(yè)內(nèi)人士的重視。

數(shù)字地圖，作為無線仿真的基礎(chǔ)輸入信息，對(duì)仿真結(jié)果起著極其重要的影響。本文通過實(shí)際仿真對(duì)比，量化分析不同精度數(shù)字地圖對(duì)仿真結(jié)果影響的差距。

二、概念定義

（1）無線仿真。本文中，無線仿真是指利用仿真軟件（比如Planet、Enterprise、Atoll、Aircom等），通過輸入地形地貌數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、業(yè)務(wù)模型、話務(wù)分布情況等數(shù)據(jù)，運(yùn)行輸出目標(biāo)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)覆蓋、質(zhì)量、性能等數(shù)據(jù)。無線仿真主要有兩個(gè)用途，一是用于預(yù)測(cè)或檢驗(yàn)無線接入系統(tǒng)的性能，二是用于無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)規(guī)劃和優(yōu)化。

（2）數(shù)字地圖。數(shù)字地圖是指以數(shù)字形式記錄和存儲(chǔ)的地圖；是利用各種基礎(chǔ)地圖經(jīng)矢量化并與專題信息整合，再經(jīng)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等處理，最終生成電子版的地圖的統(tǒng)稱。按照幾何信息表示方式可以分為柵格地圖和矢量地圖。

三、地圖精度對(duì)無線仿真的影響

3.1 影響無線仿真的因素

實(shí)踐表明，無線仿真結(jié)果與實(shí)際網(wǎng)絡(luò)建成效果總會(huì)存在一些誤差，產(chǎn)生這些誤差的主要因素有：（1）實(shí)際基站參數(shù)信息。比如基站經(jīng)緯度、天線方向角等。（2）傳播模型。傳播模型是軟件進(jìn)行運(yùn)算的重要依據(jù)，但任何傳播模型針對(duì)不同頻段、環(huán)境都不具備良好的移植性。為提高仿真的準(zhǔn)確性，一般在進(jìn)行無線仿真之前會(huì)對(duì)傳播模型結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。（3）數(shù)字地圖精度及新舊度。數(shù)字地圖是仿真運(yùn)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一，完備精確的數(shù)字地圖是取得可信仿真結(jié)果的重要保障。這幾年，中國城市高速發(fā)展，地物變化十分迅速，我們需要及時(shí)更新地圖，以確保減小地圖對(duì)仿真帶來的誤差。（4）系統(tǒng)外干擾。我國目前有三家無線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商，有GSM、CDMA、PHS、WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA等多種制式網(wǎng)絡(luò)，無線環(huán)境復(fù)雜、信號(hào)干擾大，我們?cè)诜抡鏁r(shí)不能列舉和預(yù)料所有的系統(tǒng)外干擾。（5）仿真算法的準(zhǔn)確性。不同的仿真軟件使用的內(nèi)部算法都不盡相同。

3.2 地圖分類

無線仿真時(shí)，為進(jìn)行傳播計(jì)算，主要使用以下四種地圖：海拔高度地圖（DEM）、地物類型地圖（DOM）、線狀地物地圖（LDM）、建筑物空間分布地圖（BDM）。其中，BDM地圖僅存在于5m精度的地圖中，主要配合對(duì)環(huán)境要求較高的射線跟蹤模型使用。

以上地圖，根據(jù)采樣間隔的不同，分為5m精度、20m精度、50m精度和100m精度地圖。比如，5m精度地圖是指地圖中每個(gè)像素塊的大小是5m×5m。

3.3 不同精度地圖仿真對(duì)比

不可否認(rèn)，在其他參數(shù)相同、傳播模型適合的前提下，地圖精度越高，仿真結(jié)果越準(zhǔn)確。本文重點(diǎn)分析不同環(huán)境下不同精度地圖對(duì)仿真結(jié)果的影響，以指導(dǎo)我們合理選用地圖進(jìn)行仿真。

本文僅從信號(hào)覆蓋（RSRP值）角度進(jìn)行對(duì)比分析。

仿真過程采用法國Forsk廠家的Atoll軟件，除地圖精度外，仿真輸入?yún)?shù)一致。

（1）市區(qū)仿真對(duì)比

仿真區(qū)域限定于某城市市區(qū)的部分區(qū)域，面積約8.81km2。仿真采用的地圖精度分別為5m和20m。

仿真結(jié)果如下：

由統(tǒng)計(jì)結(jié)果及圖1可以看出，20m精度地圖與5m精度地圖仿真差距很大。以信號(hào)強(qiáng)度高于-80dBm為例，5m精度地圖下覆蓋比例為89%，而20m地圖精度下，覆蓋比例達(dá)到98%。

偏差產(chǎn)生的原因主要是由于隨著地圖精度的變化，5m精度地圖地物類型更多，更加細(xì)致，標(biāo)準(zhǔn)傳輸模型仿真計(jì)算時(shí)引入了更多的無線傳輸損耗，致使仿真結(jié)果出現(xiàn)了偏差。

（2）郊區(qū)仿真對(duì)比

仿真區(qū)域選定某城市南郊部分區(qū)域，面積約48.87 km2。兩次仿真采用的地圖精度分別為20m和50m，如圖2所示。

從表2數(shù)據(jù)可以看出，在郊區(qū)，50m精度地圖仿真結(jié)果與20m精度仿真結(jié)果差別很小，甚至可以忽略。

3.4 結(jié)論

（1）仿真時(shí)，應(yīng)根據(jù)仿真的目的，選擇不同類型的地圖。如進(jìn)行大面積仿真，采用20m精度以上地圖即可。如選擇小范圍地區(qū)仿真時(shí)，應(yīng)選用盡可能高的精度地圖，如5m精度以上地圖。

（2）采用高精度地圖時(shí)，應(yīng)盡可能的選擇與其匹配的傳播模型，以達(dá)到準(zhǔn)確的仿真結(jié)果。如5米或者更精細(xì)的地圖，可以考慮射線跟蹤模型進(jìn)行仿真。

（3）對(duì)于城市或縣城的城區(qū)，由于建筑物空間分布地圖的影響，20m精度地圖與5m精度地圖仿真結(jié)果差距較大。

（4）對(duì)于郊區(qū)、鄉(xiāng)村、草原等較開闊區(qū)域，20m精度地圖仿真結(jié)果與50m精度地圖仿真結(jié)果差別不大。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] Forsk廠家提供的《Atoll_Getting_Started_LTE_312_Chi》

[2] 百度文庫資料《TD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃仿真》

[3] 百度文庫資料《數(shù)字地圖培訓(xùn)資料》

[4] 《TD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件ANPOP介紹》