摘  要： 介紹了等高線地形圖的構(gòu)成和讀圖技巧，以及如何使用等高線地圖指導(dǎo)無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，并較為詳細(xì)地介紹了借助等高線地圖進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的幾種常見案例。
關(guān)鍵詞： 等高線；無線網(wǎng)絡(luò)；余隙；無線覆蓋

　等高線圖能顯示地表的高低起伏狀態(tài)，如高山、溪谷、險(xiǎn)或緩坡、懸崖或峭壁，了解這種地圖的構(gòu)成及其閱讀方法，對(duì)于通信工程的勘察設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。因此，掌握有關(guān)等高線的知識(shí)很有必要。
1 等高線地形圖的構(gòu)成及讀圖技巧
　用等高線表示地面的高低起伏的地圖就是等高線地形圖。它是將地表高度相同的點(diǎn)連成一環(huán)線投影在平面形成水平曲線。不同高度的環(huán)線不會(huì)相合，若地表出現(xiàn)平坦開闊的山坡，曲線之間的距離就相當(dāng)寬，而其基準(zhǔn)線是以海平面的平均海潮位線為準(zhǔn)。每張地圖都有制作標(biāo)示說明，讓使用者方便使用，主要圖示有比例尺、圖號(hào)、圖幅接合表、圖例與方位偏角度。
1.1 比例尺
　地圖比例尺是地圖標(biāo)示的符號(hào)，它是指圖上某線段的長與相應(yīng)的實(shí)地水平距離之比。即：地圖比例尺=圖上長度/相應(yīng)實(shí)地水平距離。需要注意的是，在地圖上量取計(jì)算的距離實(shí)際上只是水平距離。如果實(shí)地的坡度較大時(shí)，還應(yīng)按比例加上適當(dāng)?shù)钠露群蛷澢恼龜?shù)。
1.2 方位偏角度
　方位偏角度是表示正北(地球北極或叫真北)、磁北(地面上任一點(diǎn)磁針?biāo)傅哪媳狈较?、方格北(地圖指示北方或稱坐標(biāo)縱線)之間的關(guān)系與彼此偏差的角度。
　地圖的下方標(biāo)有坐標(biāo)線(地圖指北方)、真子午線(地球北極)、磁子午線(磁針?biāo)阜较?三者之間的關(guān)系。這種圖的垂直邊框?yàn)檎孀游缇€，也稱真北線，如圖1所示。

　從某一點(diǎn)的指北方向線算起，按順時(shí)針方向至某目標(biāo)點(diǎn)的方向線之間的水平夾角，稱之為該目標(biāo)點(diǎn)的方位角。從真子午線算起的稱之為“真方位角”，從磁子午線算起的稱之為“磁方位角”，從坐標(biāo)系中的縱線算起的稱之為“坐標(biāo)方位角”，它的角值介于0°~360°之間。
1.3 等高線與等高距
　通常1∶5×104地形圖的等高線呈黃色，按其作用的不同，可分為四種：(1)首曲線。用細(xì)實(shí)線表示，用以顯示地貌的基本形態(tài)；(2)計(jì)曲線。用加粗實(shí)線表示，從高程面起算，每隔4條首曲線繪粗實(shí)線，這是為方便使用者閱讀而設(shè)計(jì)；(3)間曲線。按等高距的1/2繪制的長虛線，用以顯示首曲線不能顯示的局部地貌；(4)助曲線。按等高距的1/4繪制的短虛線，用以顯示間曲線還不能顯示的局部地貌。
　在地圖的圖廓下方，都注明了本幅地圖所采用的基本等高距。等高距指相鄰兩條等高線之間的高度差。同一地形等高距大，等高線就稀，地貌顯示就簡略；等高距小，等高線就密，地貌顯示就越詳細(xì)。
1.4 等高線顯示地貌
　等高線顯示地貌有很多特點(diǎn)：同一條線上各點(diǎn)的高度相等，并各自閉合；等高線多，山就高，如圖2所示。
等高線少，山就低，如圖3(a)所示；等高線稀，坡度就緩，等高線密，坡度就陡如圖3(b)所示?？吹雀呔€的形狀，可確定地貌的類型。

2 利用等高線地圖指導(dǎo)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)勘察設(shè)計(jì)
　移動(dòng)通信中傳播的方式有直射波、反射波、繞射波、散射波和地表波等。在分析移動(dòng)通信信道時(shí)，主要考慮直射波、反射波、繞射波的影響。[1-2]
　在工程設(shè)計(jì)時(shí)，采用空間分集接收技術(shù)或使用雙極化天線以達(dá)到極化分集目的，可以克服由于反射波的影響而產(chǎn)生的衰落(反射波的影響在此不另贅述)。
　直射波的傳播特性：在自由空間中，電波沿直線傳播而不被吸收，也不發(fā)生反射、折射和散射等現(xiàn)象而直接到達(dá)被接收點(diǎn)的傳播方式[3]。直射波的傳播損耗可看成自由空間傳播損耗為：

　其中，d為距離(km)，f為工作頻率(MHz)。
　當(dāng)接收機(jī)T和發(fā)射機(jī)R之間的傳播路徑被尖利的邊緣阻擋時(shí)發(fā)射繞射。由各種障礙物對(duì)電波傳播所引起的損耗為繞射損耗。
　障礙物與發(fā)射點(diǎn)的相對(duì)位置如圖4所示。障礙物引起的繞射損耗與菲涅爾余隙之間的關(guān)系如圖5所示，其中x1稱為第一菲涅爾半徑。

　結(jié)論1：當(dāng)橫坐標(biāo)x/x1>0.577時(shí)，則障礙物對(duì)直射波的傳播基本沒有影響。當(dāng)x=0時(shí)，TR直射波從障礙物頂點(diǎn)擦過，即0余隙(如圖3中橫坐標(biāo)0點(diǎn)處)，繞射損耗約為6 dB，TR直線低于障礙物頂點(diǎn)，即處于負(fù)余隙，損耗急劇增加。
　在移動(dòng)通信中，常采用Okummura或COST-Walfish-lkegami等電波傳播模型來預(yù)測(cè)傳播損耗。Walfish模型示意圖如圖6所示。

　此項(xiàng)損耗主要與街道寬度Ｗ、工作頻率ｆ、Δhm有關(guān)(通常hm取1.5 m)，當(dāng)覆蓋區(qū)及頻率給定后，設(shè)計(jì)中就無法改變，因此，式(5)可看作常數(shù)項(xiàng)。Lstr是與電波入射角有關(guān)的值。
?、跮msd是多重屏蔽的繞射損耗，代表電波傳播從基站越過許多建筑物的屋頂?shù)竭_(dá)接收機(jī)所在的街道旁建筑物屋頂處的額外附加損耗值。

　式(5)中，Kflgf表示多屏蔽繞射損耗對(duì)頻率的依賴關(guān)系。當(dāng)f給定后，可把它看作常數(shù)項(xiàng)。同樣9lgb也可以看作是常數(shù)項(xiàng)，因?yàn)楫?dāng)覆蓋區(qū)域給定后，其建筑物距離b即為固定值。
　結(jié)論2：由式(7)、(8)可以看出：當(dāng)hb>hroof時(shí)，兩式中的多重屏蔽繞射損耗分別為54和18，一旦基站天線低于建筑物時(shí)，其繞射損耗呈曲線增加。
　由以上兩點(diǎn)結(jié)論再次說明，自由空間傳播狀態(tài)下，障礙物對(duì)傳輸不產(chǎn)生繞射損耗，隨著負(fù)余隙的加大(?駐hb為負(fù)值)，繞射損耗急劇增加。因此，在無線網(wǎng)絡(luò)基站選址及設(shè)計(jì)時(shí)，特別是在城區(qū)，要合理選取?駐hb的數(shù)值，即合適的天線高度，以實(shí)現(xiàn)近區(qū)乃至深度的良好覆蓋，并且不出現(xiàn)越區(qū)覆蓋，從而避免干擾。
對(duì)于各種公路及農(nóng)村的覆蓋，要讓基站盡量設(shè)置在高坡或半山腰甚至山頭上，取得較大余隙，使基站基本處于自由空間傳播狀態(tài)，最大限度地減少附加損耗，這樣，才能達(dá)到“少站點(diǎn)、大覆蓋”的目標(biāo)，以獲得好的投資效益。
3 工程實(shí)施中典型覆蓋實(shí)例
　根據(jù)無線傳播理論，參照等高線圖，利用地形地物情況，在工程勘察中精心選取站點(diǎn)，可以取得良好的覆蓋效果，下面是工程實(shí)施中的幾種典型覆蓋案例。
3.1 各種公路的最佳覆蓋
　隨著我國汽車工業(yè)和交通業(yè)的迅猛發(fā)展，公路車流加大，所以對(duì)各種類型的公路覆蓋成為移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。
3.1.1 對(duì)丘陵、山區(qū)地帶的公路覆蓋
　丘陵、山區(qū)地形復(fù)雜，道路曲折，信號(hào)受地勢(shì)阻擋，盲區(qū)多，覆蓋難度大。位于207國道的某市西南舁至東會(huì)里段就屬于這種情況，因此，在設(shè)計(jì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，根據(jù)地形圖選擇山坡或拐角高坡建設(shè)基站，選擇定向天線等擴(kuò)大覆蓋范圍。對(duì)207國道該段公路進(jìn)行實(shí)際勘察并查閱1∶5×104軍用地圖，先后在沿207國道的西南舁、東林尖及白土坡村北建了基站。西南舁基站選在村西邊臨近公路的高坡上，207國道沿東林尖一段的公路迂回曲折如圖8所示，選在東林尖東南向孤獨(dú)的小山丘上(海拔1 050 m)，以H桿方式建設(shè)基站如圖9所示，雖然該處與周邊地勢(shì)相比不算最高點(diǎn)，但它對(duì)于曲折又長的沿線公路為視距傳播，使得覆蓋距離最遠(yuǎn)。

3.1.2 兼顧公路與村莊的覆蓋
　某地市從盂縣經(jīng)北峪口到河北的運(yùn)煤公路，途經(jīng)長條形的龍華及河谷平原，中間時(shí)有高出路面30~50 m的陸地“半島”，其西面連山，東面臨路，南北均有村莊，形成了建設(shè)基站的“經(jīng)典”站點(diǎn)，神泉基站、中社基站都屹立在這些“島嶼”之上，如圖10所示。

　因其地勢(shì)“突出”并具有良好的傳播空間，所以一旦建成基站，覆蓋效果良好，比如中社基站，依靠地勢(shì)高差，只建了30 m的鐵塔。采用雙向天線(增益14 dB)，除能覆蓋8 km~9 km公路外，還能較好地覆蓋沿路的中社村、黃沙口及樊家莊。
3.2 實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村的廣覆蓋，獲取高效益
　覆蓋和投資是運(yùn)營商考慮的首要問題，而農(nóng)村的特點(diǎn)是地域大、村莊分布廣、人口相對(duì)較少。所以，在建設(shè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)盡量做到少站點(diǎn)大覆蓋，才能獲得較好的收益。天鎮(zhèn)下陰山基站就是按照這種指導(dǎo)思想建設(shè)的，如圖11(a)所示，下陰山位于過家屯村、小井溝村、韓小屯、西陽坡村中間，下陰山基站選在該村東面緊鄰公路的山上，實(shí)地勘察時(shí)，在山頂上能看見周圍幾個(gè)村莊，四周地勢(shì)近似丘陵。根據(jù)實(shí)測(cè)經(jīng)緯度，在軍用地圖中找到該點(diǎn)，其海拔高度為1 265 m，相對(duì)附近地勢(shì)為高點(diǎn)，如圖11(b)所示。根據(jù)查看站點(diǎn)周圍各村莊的海拔高度，經(jīng)計(jì)算，在該處建設(shè)48 m的鐵塔，選用天線掛高為45 m，可使周邊幾個(gè)村莊都處于視通狀態(tài)，再加上采用17 dB的增益和90°半功率角，這樣就能夠達(dá)到較好的覆蓋。

3.3 隧道覆蓋
　山區(qū)隧道覆蓋和市區(qū)地鐵覆蓋同屬交通沿線覆蓋范疇，都有不易建站、信號(hào)不易穿透、維護(hù)難度大等特點(diǎn)。針對(duì)這種特殊情況，通常建站方式有兩種：(1)信號(hào)源+泄漏電纜。通過沿線開口的泄漏電纜讓信號(hào)均勻分布在隧道內(nèi)。但造價(jià)很高，主要適用于城區(qū)地鐵覆蓋或超高摩天大樓的電梯覆蓋。(2)直放站方式。它具有施工容易，成本較低等優(yōu)點(diǎn)，在忻州的雁門關(guān)隧道的覆蓋中就是采用這種方式。
　雁門關(guān)隧道是我國高速公路第一長隧道，跨于恒山屋脊地段，頗有險(xiǎn)要雄偉之勢(shì)。隧道內(nèi)公路稍有坡度，但是直線延伸。隧道南出口外的高速公路沿山坡鋪設(shè)，延伸至平原地帶，隧道北出口為一長廊，類似峽谷，長約4 km，出口一段建有高架橋，隧道外的公路沿橋而過，順峽谷延伸。
　起初，隧道內(nèi)外的公路是信號(hào)盲區(qū)，因而成為通信設(shè)計(jì)的覆蓋目標(biāo)，根據(jù)隧道內(nèi)外地形的詳細(xì)勘察，借助軍用地圖，在距隧道南口不遠(yuǎn)的九龍村北邊選了站點(diǎn)。該基站距隧道口不遠(yuǎn)，位于坡度較高且臨近公路的地方，該站點(diǎn)基本朝向隧道洞口，這樣，既可很好地覆蓋洞外的高速路段，又能很好覆蓋附近的九龍村、馬寨村等，同時(shí)還為隧道內(nèi)提供信號(hào)源。
　為覆蓋隧道外北段公路，選擇在高架橋的左邊高山上建設(shè)白草口基站，天線正好朝向隧道口。采用窄波束高增益(21 dB)的板狀定向天線，既可很好地覆蓋洞外狹長的路段，又可兼顧對(duì)隧道內(nèi)的信號(hào)延伸覆蓋。
在隧道內(nèi)，同樣采用了便于架設(shè)的高增益(14 dB)八木天線，同時(shí)，在同一個(gè)設(shè)備點(diǎn)，利用二公分器，對(duì)信號(hào)源引接，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)方向的天線輻射，這樣便能達(dá)到更長路段的覆蓋。
　雁門關(guān)隧道的覆蓋案例如圖12右所示。由于隧道外代縣白草口基站和代縣九龍基站選址恰當(dāng)，及合理選擇高增益天線，對(duì)隧道內(nèi)的信號(hào)覆蓋約能延伸800 m左右，在對(duì)隧道內(nèi)進(jìn)行覆蓋設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)隧道內(nèi)電波傳播模型進(jìn)行鏈路計(jì)算，每條單向隧道CDMA網(wǎng)只需使用一個(gè)射頻拉遠(yuǎn)設(shè)備(設(shè)備在中間)，GSM網(wǎng)使用兩個(gè)光纖直放站，這樣既可節(jié)省投資，又可到達(dá)良好的覆蓋。

　總的來說，掌握等高線地圖的讀圖技巧，利用等高線地圖指導(dǎo)無線網(wǎng)絡(luò)勘察及基站選址，能使無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)達(dá)到更高的水平。
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