芬兰赫尔辛基的城市传播比较

Wireless InSite®最强大的功能之一是能够将最先进的模型和分析方法应用于各种传播问题。本示例展示了如何使用 "城市峡谷 "模型在芬兰赫尔辛基的一个微蜂窝环境中进行城市传播预测。模拟结果与 W.Zhang 最近发表的论文 "Fast Two-Dimensional Diffraction Modeling for Site Specific Propagation Prediction in Urban Microcellular Environments"（《快速二维衍射模型用于城市微蜂窝环境中的特定站点传播预测》）（IEEE Transactions on Vehicular Technology，2000 年 3 月[1]）中的测量结果和分析结果进行了比较。图 1 显示了 [1] 中研究的覆盖区域以及本示例。该区域靠近赫尔辛基的 "参议院广场"，位于 E 位置。

要模拟赫尔辛基这部分地区的传播特性，用户首先要使用 Wireless InSite 用户界面中的 "城市编辑器"（如图 2 所示）或导入 DXF 格式的城市模型来绘制每栋建筑的足迹。使用 "城市编辑器 "只需点击每栋建筑的边界，注意比例和建筑细节。在使用 "城市峡谷 "模型进行城市传播建模时，不需要存储建筑物高度信息；所有建筑物都被视为远高于发射机或接收机位置，允许建筑物高度统一为 50 米。输入建筑物后，WI 可以渲染城市的二维和三维正视图和透视图。图 3 是要建模的赫尔辛基部分的三维正视图。

在不了解特定建筑材料参数的情况下，可以对整个城市使用单一材料，如砖或混凝土。在本分析中，我们使用了介电常数为 5 的统一混凝土建筑材料，这与文献 [1] 中的做法相同。根据更详细的信息，可以为每栋建筑的每个面分配不同的材料参数，如玻璃、钢材等。图 1 中的交叉阴影区域被认为是楼梯。由于这些区域不符合城市峡谷模型的要求，即垂直表面远高于发射器或接收器位置，因此在开始分析时将其移除。文献[1]没有明确说明这些区域是如何建模的。为了确定楼梯的影响，可以在有楼梯和没有楼梯的情况下进行模拟。

城市定义完成后，将根据相关区域的材料参数设置拟合一个地形。在本分析中，地形使用了介电常数为 25 的介电半空间。添加地形的方法是在 "特征 "列表中单击右键，然后新建->特征->地形。地形可以自动与其他特征（本例中为城市）相匹配，也可以按特定区域指定，如陆地和水域。通过图 4 所示的对话框可以更改地形的材质参数。

完成后，接收器列表将如图 6 所示。发射器的放置方式与此类似。图 7 显示了放置在城市中的接收器路线，包括位于 BS 点的发射器和地形。一旦确定了发射器和接收器，就可以为每个发射器和接收器关联一根天线。在本研究中，添加了与 Zhang 论文[1]中使用的天线类似的天线。发射器使用窄波束定向天线，每个接收点使用单极天线。由于分析是在二维平面上进行的，因此接收也可使用垂直极化全向天线。

然后添加研究区，将城市完全包围起来。起初，计算使用的是城市峡谷射线射击模型，包含 4 次反射、2 次衍射和完全相关。其他计算参数的属性均可在 Wireless InSite 的主窗口中通过选择相应选项卡并右键单击项目获得。初始运行时，项目中的所有接收器都处于激活或使用状态。为了对特定街道或分区进行详细研究，可以将特别关注区域以外的接收机设置为非活动状态，以缩短运行时间。运行模拟：现在项目已准备就绪，可以对图 7 所示的发射机和接收机位置进行计算。以适当的文件名保存所有文件后，右键单击 "项目">"运行">"新建 "将启动计算引擎。计算完成后，可以与 [1] 中的结果进行比较。可以绘制路径损耗或接收功率与距离或接收器数量（如果定义了接收器路线）的关系图。沿 AOB 街道的路线如图 9 所示，沿 KDC 街道的路线如图 10 所示。一次运行可对多个频率进行分析。图 11 显示了 1.8 GHz 时沿 LMN 的路径损耗预测。

Wireless InSite 的结果无法再现测量结果的小范围衰减，因为建筑物的位置和形状并不十分准确。尽管如此，两者的一致性还是相当不错的。如果能获得更准确的建筑物数据，则可以在每 50 厘米左右的位置放置接收器，并保存相关的复合电场（在接收器属性对话框中单击 "高级 "即可）。

Zhang 计算和 Wireless Insite 的另一个误差来源是，测量是在街道上有一定程度的交通流量的情况下进行的。公共汽车、卡车和小汽车的影响并不存在于计算中，但确实会对传播产生可测量的动态影响。这一点在 M、O 和 D 交叉路口附近可能最为明显，如果没有交通，视线（LOS）应该在这里占主导地位。Zhang 和 Wireless InSite 的分析都低估了这些地点的路径损耗，部分原因是没有汽车交通。可以在路径上放置一些金属结构（模拟交通），以观察其对准确性的影响。如图 12 所示。使用新的障碍物重新进行分析，并与图 13 中没有交通的结果进行比较。很明显，部分低估的 LOS 路径损耗可能是由于没有交通造成的。

图 12：添加蓝色矩形结构是为了模拟 AOB 十字路口附近的交通情况

为分析图 1 中 DEF 周围台阶（交叉阴影）的影响，可在有和没有定义台阶的子结构的情况下运行模型。可以单独运行来研究街道 BC 区域。通过查看单条射线路径，可以深入了解特定区域的传播机制。图 14 显示了不带台阶的射线路径分析，图 15 显示了带台阶的射线路径分析。

这个例子说明了 Wireless Insite 如何用于城市微蜂窝环境的预测和规划，以及与最先进的分析方法相匹配的能力，以确保首通设计的成功。通常情况下，要获得类似的结果，在 1 GHz 奔腾 4 工作站上进行计算只需几分钟。

参考资料

1. W. Zhang 撰写的 "用于城市微蜂窝环境中特定站点传播预测的快速二维衍射建模"，《电气和电子工程师学会车载技术期刊》，2000 年 3 月。