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《移动通信》2006 年第 8 期
使用射线追踪模型进行精确的无线传播预测

卢鹏华为技术有限公司

【摘要】文章简要介绍了射线追踪模型的原理和商用情况,给出了射线追踪模型的适用范围,
并以香港网络规划项目为例给出了射线追踪模型与传统经验模型的对比。

【关键词】移动通信无线网络规划传播模型射线追踪 Volcano


1 概述
在移动通信网络规划中,传播预测的结果将影响网络规划过程中预测小区半径、容量、
覆盖、干扰等指标,因而对规划结果的准确性有决定性的影响。在第三代移动通信中,由于
CDMA 系统的自干扰特性,准确地预测干扰显得尤为重要。因此,一直以来,精确的传播
预测方法和传播模型是移动通信和网络规划研究的关键课题。
电波传播的研究方法分为两类,一类是对大量测试数据进行研究,得到电波传播的统计
特性,这类传播模型称为统计模型或经验性传播模型。一类是对电波的传播特性进行理论分
析,得到电波传播的特性,这类传播模型被称为理论模型或确定性模型。在实际情况中,也
有不少模型综合使用两种研究方法,可以称之为半经验性模型。
经典的经验传播模型包括 Okumura、COST231-Hata、Keenan-Motley(室内)等,这类
模型通常是通过对大量测试数据进行统计和拟合,得到的图表或公式。经验性模型统计地考
虑所有的环境影响,但对于具体场景来说,都是不准确的,同时,预测环境与为构造模型做
测量环境的相似程度也很大程度地影响模型的准确性。常见确定性模型是垂直面模式,也即
使用刀刃分析方法计算发射天线与接收天线之间垂直剖面上的绕射损耗。垂直面模式常用在
半经验的传播模型中,比如华为规划工具 UNET 中使用的 SPM 传播模型,这类模型在经验
模型的统计公式中增加了刀刃分析方法。但垂直面模式只考虑到电磁波在屋顶的绕射传播,
因此,这类半经验模型只在室外宏蜂窝场景中使用。
更加准确的确定性研究方法是射线追踪技术。射线追踪技术是光学的射线技术在电磁计
算领域中的应用,能够准确地考虑到电磁波的各种传播途径,包括直射、反射、绕射、透射
等,能够考虑到影响电波传播的各种因素,从而针对不同的具体场景做准确的预测。射线追
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《移动通信》2006 年第 8 期
踪技术在上世纪九十年代以来被广泛地研究,受到众多移动通信运营商和设备制造商的重
视,并且出现了较为成熟的商用模型软件。
射线追踪技术的基本原理基于电磁波的高频假设,即认为在频率较高的情况下,电磁波
可被简化为射线,从而使用光的理论比如反射定律、折射定律、光程定律等研究电磁传播特
性。同时,在障碍物的边缘,引入绕射理论对电磁波的绕射情况进行分析,常用的是一致性
绕射理论(UTD)。射线追踪技术采用特定的算法计算射线的轨迹,常用的两类算法是镜像
法和发射射线法。镜像法利用几何光学的镜像原理求解真实源的多级镜像点,得到镜像树,
然后根据镜像树中的镜像点得到射线的轨迹。发射射线法把发射场简化为离散的射线,然后
计算每一条射线的轨迹。镜像法具有较高的计算精度,但是发射射线法则具有较快的计算速
度。在得到到达接收点的每条射线的轨迹之后,就可以计算出它们的幅相和时延特性,将这
些场分量叠加,就得到接收点的场。由于计