基于射线跟踪模型的3.5GHz无线传播特性研究

2019年10月基于射线跟踪模型的3.5GHz无线传播特性研究吴（福建省邮电规划设计院有限公司，福建福州350003）昊对3.5GHz的无线传播特性进行了研究，并于1.8GHz进行了对比，提【摘要】本文结合射线跟踪模型，3.5GHz是5G网络部署的重要频段，

出5G网络初期部署的建议。【关键词】射线跟踪模型5G；LTE；3.5GHz；【中图分类号】【文献标识码】【文章编号】（2019）TN92A1006-422210-0014-02

15G网络工作频段5G网络随着MassiveMIMO天线尧复杂天线赋形技术的引入袁相比传统3G/4G网络将更加复杂和立体袁多径建模的重要性凸显袁缺乏多径小尺度信息袁将很难保证网络规划准确性遥传统的传播模型袁例如奥村尧COST231-Hata模型等袁都是针对不超过2GHz设计的袁已经无法用于5G遥因此袁基于高精度电子地图和具备多径建模的射线追踪传播模型在5G无线网络规划中具有不可替代的作用和地位遥所以袁需要引入新的传播模型以适应5G无线波的传播特性袁例如院

渊1冤CI/CIF传播模型和3GPP38.901模型都支持0.5~100GHz的频段遥

渊2冤传统的SPM模型通过参数调整也可以使用于厘米波的传播预测遥

渊3冤3D射线跟踪模型仍然适用于5G遥根据3GPP38.901袁5G的穿透损耗可以由以下的公式计算袁其中High-loss模型适用于大型商业区及居民区等高穿透损耗区域袁Low-loss模型适用于可适用于城区低损耗区域及农村等场景遥

25G系统仿真适用的传播模型为适应和促进5G系统在我国的应用和发展袁根据叶中华人民共和国无线电频率划分规定曳袁结合我国频率使用的实际情况袁2017年11月9日工信部正式发布了5G系统在3000~5000MHz频段渊中低频段冤内的频率使用规划袁我国成为国际上率先发布5G系统在6GHz以下中低频段内频率使用规划的国家遥

工业和信息化部向中国电信尧中国移动尧中国联通发放了5G系统中低频段试验频率使用许可遥其中袁中国电信和中国联通获得3.5GHz频段试验频率使用许可袁中国移动获得2.6GHz和4.9GHz频段试验频率使用许可遥5G系统试验频率使用许可的发放袁将进一步推动我国5G产业链的成熟与发展遥

dB袁3.5GHz穿透损耗为26.85dB袁3.5GHz较1.8GHz穿透损耗约高5.1dB遥

本文采用Atoll仿真软件袁配合Volcano射线模型袁研究1.8GHz与3.5GHz无线传播特性的对比遥

渊1冤Volcano射线模型[1]院传统Okumura尧COST231-Hata等模型为经验模型袁通过大量测试数据统计分析袁考虑环境尧距离尧天线高度对于路径损耗的影响袁对于具体场景来说存在较大的不确定性袁同时不适用于5G时代所需要的立体精确仿真袁不能很准确地反映城区建筑物对于传播模型的影响遥Volcano射线模型基于射线追踪模型袁能够准确地考虑到电磁波的各种传播途径袁包括直射尧反射尧绕射尧透射等袁并考虑到影响电波传播的各种因素袁从而针对不同的具体场景做准确的预测遥

射线跟踪是基于镜像的电磁理论袁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遥射线经过路径按照接收机袁发射机和相关的像的位置构成遥射线发射是从发射机发射出很多角度离散的测试射线遥射线传播时袁受当前环境的物体影响而产生功率损耗遥当射线功率下降到预先设置值以下时袁射线终止传播遥

渊2冤仿真参数设置院本文主要针对3.5GHz的无线传播特性进行研究袁因此都采用LTE进行仿真模拟对比袁按照三种模式进行对比袁如表1所示遥

表1仿真参数

制式发射功率工作频率基站挂高地图精度

1.8GHzLTE46dBm1.8GHz30m5m

3.5GHzLTE46dBm3.5GHz30m5m

3.5GHz增加功率LTE53dBm3.5GHz30m5m

4仿真验证35G频段穿透损耗其中不同材质的参数如下所示院Lglass=2+0.2fLIIRglass=23+0.3fLconcrete=5+4f

f以GHz为单位遥

由以上公式院Low-loss模型下袁1.8GHz穿透损耗为11.65dB袁3.5GHz穿透损耗为12.67dB袁3.5GHz较1.8GHz穿透损耗约高1dB曰High-loss模型下袁1.8GHz穿透损耗为21.74

蓸High-loss模型PL渊High冤=5-10log蓸0.7伊10tw10Low-loss模型PLtw渊Low冤=5-10log100.3伊10-Lglass10-LIIRglass10+0.7伊10+0.3伊10-Lconcrete

10-Lconcrete10蔀渊1冤蔀渊2冤

其中3.5GHz增加功率参照5G宏站AAU的典型发射功率进行设置袁其他无线工程参数一致袁建筑物穿透损耗参照以上第三节内容进行设置遥

渊3冤仿真结果遥

结合仿真结果袁对不同地物RSRP值进行采样袁共选取了6处进行对比袁各类场景取值如表2所示遥

从表2的对比来看袁在发射功率相同的情况下袁3.5GHz相比1.8GHz袁在室外相同位置的接收电平要低4dB左右袁在室内相同位置的接收电平要低10dB左右袁增加发射功率后可以达到接近的覆盖效果袁同时3.5GHz的绕射能力较1.8GHz要弱遥

5结论根据基于射线跟踪模型的研究袁可以确定3.5GHz无线

2019年10月通信设计与应用15

城市轨道交通双主时钟系统同步问题研究陕西西安7100）（中铁西安勘察设计研究院，秦崇尧【摘要】随着LTE、OTN等高精度低时延通信技术的应用，城市轨道交通中原本采用的NTP网络时间协议已经不能满足要求，而由基于

线路需在主用控制中心和备用控制中心均设置主用同步时钟。本文对基于IEEE1588V2IEEE1588V2的PTP协议取代。在全自动驾驶条件下，

（简称PTP协议）的高精度时间同步协议原理进行介绍，并以一、二级母钟的体系为基础详细论述了采用BMC算法以及借鉴电网时钟源比较

法在双主时钟系统中进行同步信号选择的方法。【关键词】时钟；高精度时间同步；时钟源比较法PTP；IEEE1588V2；BMC算法；【中图分类号】【文献标识码】【文章编号】（2019）U284A1006-422210-0015-02

城市轨道交通中袁一般由通信系统设置的一级母钟为各系统提供统一的时钟信号遥一级母钟设置在控制中心袁通过GPS或北斗卫星天线获取外部同步时钟信号袁确保地铁时钟与全国标准时间同步遥一级母钟通常采用网络时间协议渊NTP冤向二级母钟以及其他系统提供时钟信号袁随着城市轨道交通通信系统的发展袁LTE尧OTN等设备对时间同步精度要求达到了微秒级袁而NTP协议毫秒级的同步精度已经不能满足需求遥

随着全自动驾驶技术在城市轨道交通中的应用越来越广泛袁通信以及其他系统对时钟同步的可靠性要求也越来越高袁原本在常规线路中设置在唯一控制中心的主时钟设备在全自动驾驶体系下需分别在主用控制中心和备用控制中心设置主时钟设备袁因此袁全自动驾驶条件下袁各系统可以同时获取来自两个主用时钟的时间同步信号遥

本文首先介绍了基于IEEE1588V2的高精度时间同步协议渊简称PTP协议冤原理袁指出其相较于NTP协议更能满足城市轨道交通需求遥其次袁本文以常用的一尧二级母钟的体系为基础详细论述了在双主时钟系统中基于PTP协议进行同步信号选择的方法遥

PTP协议的系统由多个节点设备组成袁每个节点设备都有自己的时钟系统袁时钟之间通过网络相连袁通过周期性地发布带有时间戳的报文袁使各个节点设备的时钟能够同步遥

在以太网中采用PTP协议袁首先要形成一个主从时钟架构渊Master-Slave冤袁系统中最精确的时钟即为主时钟渊即Mas鄄ter冤袁主时钟通过传输PTP协议报文来同步所有从时钟节点设备渊即Slave冤的时间袁通过主从设备间传递PTP报文来计算时间偏移渊Offset冤和路径时延渊Delay冤袁最终实现整个系统的时间

0引言同步遥

在单一主时钟的城市轨道交通时钟系统中袁默认选择一级母钟为主时钟袁其他各车站的二级母钟为从时钟袁采用PTP协议同步时的原理如下[1]袁见图1遥

1PTP协议原理图1PTP协议时钟同步基本原理

渊1冤t1时刻主时钟发送时间同步报文渊SyncMessage冤袁该报文携带t1时刻信息遥

渊2冤t2时刻从时钟接收到SyncMessage报文遥

渊3冤t3时刻从时钟发送延迟请求报文渊Delay_ReqMessage冤遥渊4冤t4时刻主时钟发送延迟响应请求报文渊Delay_RespMes鄄sage冤袁该报文携带t4时刻信息遥

通过PTP报文传递过程可进一步算出时间偏移和路径

表2仿真结果对比

序号132场景

距离200m的高层建筑视距传播300m1.8GHz-90dBm3.5GHz3.5GHz增加功率-94dBm-127dBm-88dBm6距离400m的不规则大型建筑-128dBm-137dBm有阻挡情况下的室外空地基站背面零星普通住宅-114dBm-128dBm-68dBm-78dBm距离200m的多排建筑-125dBm-134dBm-128dBm-134dBm-127dBm-129dBm-120dBm-71dBm右袁增加发射功率后可以达到接近的覆盖效果袁同时3.5GHz的绕射能力较1.8GHz要弱遥在5G网络的建设初期袁现有的4G网络的1.8GHz基站布局袁对于使用宏站AAU部署3.5GHz的5G基站具有可参考性遥

[1]南作用.基于三维射线跟踪模型的无线网络仿真研究[J].邮电设计技术袁2015渊2冤院47-51.

参考文献

传播特性袁3.5GHz相比1.8GHz袁在室外相同位置的接收电平要低4dB左右袁在室内相同位置的接收电平要低10dB左

收稿日期：2019-08-12