摘  要： 介紹了等高線地形圖的構成和讀圖技巧，以及如何使用等高線地圖指導無線網絡設計，并較為詳細地介紹了借助等高線地圖進行無線網絡設計的幾種常見案例。
關鍵詞： 等高線；無線網絡；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、險或緩坡、懸崖或峭壁，了解這種地圖的構成及其閱讀方法，對于通信工程的勘察設計具有重要的指導意義。因此，掌握有關等高線的知識很有必要。
1 等高線地形圖的構成及讀圖技巧
　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)線不會相合，若地表出現平坦開闊的山坡，曲線之間的距離就相當寬，而其基準線是以海平面的平均海潮位線為準。每張地圖都有制作標示說明，讓使用者方便使用，主要圖示有比例尺、圖號、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示的符號，它是指圖上某線段的長與相應的實地水平距離之比。即：地圖比例尺=圖上長度/相應實地水平距離。需要注意的是，在地圖上量取計算的距離實際上只是水平距離。如果實地的坡度較大時，還應按比例加上適當的坡度和彎曲改正數。
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(地面上任一點磁針所指的南北方向)、方格北(地圖指示北方或稱坐標縱線)之間的關系與彼此偏差的角度。
　地圖的下方標有坐標線(地圖指北方)、真子午線(地球北極)、磁子午線(磁針所指方向)三者之間的關系。這種圖的垂直邊框為真子午線，也稱真北線，如圖1所示。

　從某一點的指北方向線算起，按順時針方向至某目標點的方向線之間的水平夾角，稱之為該目標點的方位角。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”，從坐標系中的縱線算起的稱之為“坐標方位角”，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。用細實線表示，用以顯示地貌的基本形態(tài)；(2)計曲線。用加粗實線表示，從高程面起算，每隔4條首曲線繪粗實線，這是為方便使用者閱讀而設計；(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。
1.4 等高線顯示地貌
　等高線顯示地貌有很多特點：同一條線上各點的高度相等，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移動通信網絡勘察設計
　移動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。在分析移動通信信道時，主要考慮直射波、反射波、繞射波的影響。[1-2]
　在工程設計時，采用空間分集接收技術或使用雙極化天線以達到極化分集目的，可以克服由于反射波的影響而產生的衰落(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、折射和散射等現象而直接到達被接收點的傳播方式[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)。
　當接收機T和發(fā)射機R之間的傳播路徑被尖利的邊緣阻擋時發(fā)射繞射。由各種障礙物對電波傳播所引起的損耗為繞射損耗。
　障礙物與發(fā)射點的相對位置如圖4所示。障礙物引起的繞射損耗與菲涅爾余隙之間的關系如圖5所示，其中x1稱為第一菲涅爾半徑。

　結論1：當橫坐標x/x1>0.577時，則障礙物對直射波的傳播基本沒有影響。當x=0時，TR直射波從障礙物頂點擦過，即0余隙(如圖3中橫坐標0點處)，繞射損耗約為6 dB，TR直線低于障礙物頂點，即處于負余隙，損耗急劇增加。
　在移動通信中，常采用Okummura或COST-Walfish-lkegami等電波傳播模型來預測傳播損耗。Walfish模型示意圖如圖6所示。

　此項損耗主要與街道寬度Ｗ、工作頻率ｆ、Δhm有關(通常hm取1.5 m)，當覆蓋區(qū)及頻率給定后，設計中就無法改變，因此，式(5)可看作常數項。Lstr是與電波入射角有關的值。
?、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到達接收機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頻率的依賴關系。當f給定后，可把它看作常數項。同樣9lgb也可以看作是常數項，因為當覆蓋區(qū)域給定后，其建筑物距離b即為固定值。
　結論2：由式(7)、(8)可以看出：當hb>hroof時，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，其繞射損耗呈曲線增加。
　由以上兩點結論再次說明，自由空間傳播狀態(tài)下，障礙物對傳輸不產生繞射損耗，隨著負余隙的加大(?駐hb為負值)，繞射損耗急劇增加。因此，在無線網絡基站選址及設計時，特別是在城區(qū)，要合理選取?駐hb的數值，即合適的天線高度，以實現近區(qū)乃至深度的良好覆蓋，并且不出現越區(qū)覆蓋，從而避免干擾。
對于各種公路及農村的覆蓋，要讓基站盡量設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，才能達到“少站點、大覆蓋”的目標，以獲得好的投資效益。
3 工程實施中典型覆蓋實例
　根據無線傳播理論，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，可以取得良好的覆蓋效果，下面是工程實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，所以對各種類型的公路覆蓋成為移動通信網絡設計的要點。
3.1.1 對丘陵、山區(qū)地帶的公路覆蓋
　丘陵、山區(qū)地形復雜，道路曲折，信號受地勢阻擋，盲區(qū)多，覆蓋難度大。位于207國道的某市西南舁至東會里段就屬于這種情況，因此，在設計移動通信網絡時，根據地形圖選擇山坡或拐角高坡建設基站，選擇定向天線等擴大覆蓋范圍。對207國道該段公路進行實際勘察并查閱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的小山丘上(海拔1 050 m)，以H桿方式建設基站如圖9所示，雖然該處與周邊地勢相比不算最高點，但它對于曲折又長的沿線公路為視距傳播，使得覆蓋距離最遠。

3.1.2 兼顧公路與村莊的覆蓋
　某地市從盂縣經北峪口到河北的運煤公路，途經長條形的龍華及河谷平原，中間時有高出路面30~50 m的陸地“半島”，其西面連山，東面臨路，南北均有村莊，形成了建設基站的“經典”站點，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“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 實現鄉(xiāng)村的廣覆蓋，獲取高效益
　覆蓋和投資是運營商考慮的首要問題，而農村的特點是地域大、村莊分布廣、人口相對較少。所以，在建設網絡時盡量做到少站點大覆蓋，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思想建設的，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，實地勘察時，在山頂上能看見周圍幾個村莊，四周地勢近似丘陵。根據實測經緯度，在軍用地圖中找到該點，其海拔高度為1 265 m，相對附近地勢為高點，如圖11(b)所示。根據查看站點周圍各村莊的海拔高度，經計算，在該處建設48 m的鐵塔，選用天線掛高為45 m，可使周邊幾個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、信號不易穿透、維護難度大等特點。針對這種特殊情況，通常建站方式有兩種：(1)信號源+泄漏電纜。通過沿線開口的泄漏電纜讓信號均勻分布在隧道內。但造價很高，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，在忻州的雁門關隧道的覆蓋中就是采用這種方式。
　雁門關隧道是我國高速公路第一長隧道，跨于恒山屋脊地段，頗有險要雄偉之勢。隧道內公路稍有坡度，但是直線延伸。隧道南出口外的高速公路沿山坡鋪設，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，隧道內外的公路是信號盲區(qū)，因而成為通信設計的覆蓋目標，根據隧道內外地形的詳細勘察，借助軍用地圖，在距隧道南口不遠的九龍村北邊選了站點。該基站距隧道口不遠，位于坡度較高且臨近公路的地方，該站點基本朝向隧道洞口，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，同時還為隧道內提供信號源。
　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，又可兼顧對隧道內的信號延伸覆蓋。
在隧道內，同樣采用了便于架設的高增益(14 dB)八木天線，同時，在同一個設備點，利用二公分器，對信號源引接，實現了兩個方向的天線輻射，這樣便能達到更長路段的覆蓋。
　雁門關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，及合理選擇高增益天線，對隧道內的信號覆蓋約能延伸800 m左右，在對隧道內進行覆蓋設計時，根據隧道內電波傳播模型進行鏈路計算，每條單向隧道CDMA網只需使用一個射頻拉遠設備(設備在中間)，GSM網使用兩個光纖直放站，這樣既可節(jié)省投資，又可到達良好的覆蓋。

　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無線網絡勘察及基站選址，能使無線網絡設計達到更高的水平。
參考文獻
[1] 姚彥，梅順良，高葆新，等.數字微波中繼通信工程(第三版)[M].北京：人民郵電出版社，1993.
[2] 紀越峰.現代通信技術[M].北京：北京郵電大學出版社，2003.
[3] 中國通信網.http：//www.c114.net，2010-10-03.