基于GIS平臺顯示的無線電發(fā)射臺站信號覆蓋

安然

【摘要】本文通過對C.Y.LEE模型進(jìn)行研究，結(jié)合天線增益、天線朝向等無線電發(fā)射臺站參數(shù)，計(jì)算出信號覆蓋邊界值，應(yīng)用GIS平臺，在電子地圖上顯示出其覆蓋局域，為無線電監(jiān)管部門提供直觀的數(shù)據(jù)顯示。

【關(guān)鍵詞】C.Y.LEE模型;天線增益;GIS

The Research of Signal Coverage of Radio Transmitting Stations Based on GIS Platform

School Electronic and Information Engineering，LANZHOU JIAOTONG UNIVERSITY ?An Ran

Abstract：Based on the research of C.Y.LEE Model，combined with the antenna gain，antenna orientation and other parameters of radio transmitting stations，the paper calculates the signal coverage boundary values，and shows its coverage area on the electronic map with the application of GIS platform，in order to provide an intuitive data display for radio regulatory authorities.

Keywords：C.Y.LEE Model;antenna gain;GIS

1.前言

近年來，國際電聯(lián)劃分的43種無線電業(yè)務(wù)已在我國通信、廣電、鐵路、交通、航空、航天、氣象、漁業(yè)、科研等行業(yè)和領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，有力地推動了經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的進(jìn)程。同時(shí)，各種無線電發(fā)射臺站也越來越多，無線電監(jiān)管部門對于發(fā)射臺站的管理也需要新的手段，基于GIS平臺顯示的無線電發(fā)射臺站信號覆蓋應(yīng)運(yùn)而生。

本文主要論述了無線電發(fā)射臺站信號覆蓋范圍的計(jì)算方式，并在GIS平臺中顯示出其覆蓋區(qū)域。

2.發(fā)射臺站覆蓋范圍的計(jì)算

2.1 傳播模型

發(fā)射臺站覆蓋范圍的計(jì)算首先需要確定所使用的傳播模型，本文中使用C.Y.LEE模型。

C.Y.LEE模型與大多數(shù)傳播模型一樣，均是通過分析和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合而產(chǎn)生的。

WILLIAM.C.Y.LEE認(rèn)為：一個(gè)地區(qū)的收信場強(qiáng)通常包括2個(gè)因素。

a.1英里處實(shí)測場強(qiáng)修正值（即截距）pro。

b.路徑損耗斜率γ。

一個(gè)地區(qū)的收信電平pr表示如下：

式（1）

在式（1）中r是英里或公里，英里。在線性表達(dá)式中γ為斜率，在dB表達(dá)式中為dB/dec。修正因子是實(shí)際參數(shù)修正。上式成立的條件是頻率f在30-3000MHZ之間，覆蓋半徑r在1.5英里-20英里。n與地理位置和頻率有關(guān)，在郊區(qū)當(dāng)頻率低于450MHZ時(shí)，n推薦值為20。在市區(qū)當(dāng)頻率高于450MHZ，n推薦值為30。

為了使實(shí)際測得的數(shù)據(jù)都可修正到統(tǒng)一的條件下，假設(shè)基本參數(shù)如下：

頻率，基站天線高度=30.48米，基站發(fā)射功率=10W，基站天線增益=6dB，移動臺天線高度=3米，移動臺天線增益=0dB。

修正因子為5項(xiàng)內(nèi)容，它是實(shí)際參數(shù)與假設(shè)參數(shù)修正的結(jié)果，即：，參數(shù)含義如下：

=實(shí)際基站天線高度米，=實(shí)際移動臺天線高度米，=實(shí)際發(fā)射功率=實(shí)際基站天線增益=移動臺天線增益修正，當(dāng)移動臺天線高度大于10米，當(dāng)移動天臺天線高度小于3米。

故：

式（2）

2.2 計(jì)算方法

首先選定無線電發(fā)射臺站的位置，在電子地圖中標(biāo)出;然后確定天線的朝向，即天線的最大增益指向方向（對定向天線而言，若為全向天線則跳過此步），應(yīng)用C.Y.LEE模型通過發(fā)射站功率、天線增益、天線水平面半功率波瓣寬度等參數(shù)計(jì)算出360°的最大傳輸距離，從而確定邊界范圍，流程圖如圖1所示。

應(yīng)用Microsoft Visual Studio 2010，SuperMap Object以及Oracle數(shù)據(jù)庫建立GIS平臺。采用C#編程語言進(jìn)行軟件實(shí)現(xiàn)，支持多種操作系統(tǒng)，軟件架構(gòu)為CS結(jié)構(gòu)。下面主要介紹計(jì)算中的重要步驟，其中C#類詳見2.3。

圖1 計(jì)算流程圖

2.3 計(jì)算步驟

（1）確定天線朝向（最大增益朝向角），以正北為零度，順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)角度。

（2）以基站為中心，在GIS地圖上取出角方向上固定點(diǎn)對應(yīng)的20個(gè)高程。對應(yīng)關(guān)系如下：

固定點(diǎn)與基站距離值（Km）：

d[20]={1，4，7，10.........52，55，58}

對應(yīng)固定點(diǎn)的高程值（m）：

hm[20]={h1，h2，h3.......h18，h19，h20}

（3）根據(jù)輸入發(fā)射站、接收點(diǎn)參數(shù)計(jì)算固定點(diǎn)的損耗值

發(fā)射站功率Tx，接收點(diǎn)機(jī)噪NF，信噪比SN，帶寬band，頻率f，最大增益Gbmax，接收點(diǎn)高度hb。

式（3）

式（4）

用C.Y.Lee模型計(jì)算對應(yīng)20個(gè)固定點(diǎn)的損耗值loss[20]：

for（int i=1;i<20;i++）

{

loss[i]=GetDistence.Cylee（hb，f，Tx，d，hm[i]）;

}

（4）計(jì)算最大傳播距離

d[20]對應(yīng)的loss[20];

將最大損耗值Loss賦值到只有一個(gè)元素的數(shù)組中L[0]=Loss;

最大傳播距離dmax=GetDistence.GettriSpline_y（loss，d，20，L，1）;

（5）通過水平面半功率波瓣寬度計(jì)算覆蓋內(nèi)其余方向傳播距離

i計(jì)算天線在每個(gè)方向上的增益值Gain[360]，天線朝向?yàn)閕nt型，程序如下：

double [] Gain= new double [360];

//角度下的360個(gè)增益值

double [] gain[]=new double [360];

//天線正北朝向上的增益值

gain=AntinaGain（double ehp，double maxgain）

for（int i=0;i<360;i++）

{

int x=+i;if（（+i）>359）

{

x=x-360;

}

Gain[i]=gain[x];

}

public static double[] AntinaGain（double ehp，double maxgain）

//ehp為水平面半功率波瓣寬度，正北方向波瓣寬度內(nèi)的增益

{

double[] gain360=new double[360];

for （int i =0; i<360; i++）

if （i==0）

{

gain360[i]=maxgain;

}

else if （i <= ehp / 2）

{

gain360[i] = maxgain-i * 3/（ehp/2）;

}

else if （i >= 360-ehp/2）

{

gain360[i]=（maxgain-3）+3/（ehp/2）* （i+ehp/2-360）;

}

else

{

gain360[i] = 0;

}

}

return gain360;

}

ii計(jì)算各個(gè)方向上的傳播距離

每個(gè)方向傳播距離=dmax*每個(gè)方向上增益/最大增益值

double [] distence=new double [360];

for（i=0;i<360;i++）

{

distence[i]=dmax*Gain[i]/Gbmax;

}

3.效果顯示（如圖2、圖3所示）

4.結(jié)束語

本文應(yīng)用C.Y.LEE模型計(jì)算無線電發(fā)射臺站的信號覆蓋邊界距離，并在GIS平臺中顯示，結(jié)果與實(shí)際情況較為一致。

參考文獻(xiàn)

[1]William C.Y.Lee.移動通信工程理論和應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2002：92-96.

[2]嚴(yán)天峰.基于C.Y.LEE模型的無線通信系統(tǒng)覆蓋半徑的估算研究[J].通信技術(shù)，2008，1：69-70+117.