孫海洋，王一博，彭冬華，夏子杰，湯曉安

（1.湖南交通工程學院，湖南 衡陽 421099；2.湖南信息學院，湖南 長沙 410100）

0 引 言

復雜地形環(huán)境下的無線傳播信道特性分析，對移動通信工程規(guī)劃中的諸多環(huán)節(jié)，如基站選址[1]、設備參數(shù)預判[2]以及網(wǎng)絡優(yōu)化[3]等具有重要意義。程芳[4]等人利用拋物方程（Parabolic Equation，PE）模型，結合電子地圖對電波傳播預測進行研究，其中考慮了地形起伏對電波傳播的影響。蔡圣龍[5]等考慮了復雜地形環(huán)境的影響，應用Rice 和Rayleigh 衰落模型對Helmholtz 波動方程進行旁軸近似，得到了拋物型方程的信道建模方法。白瑞杰[6]等從實際工程應用的角度出發(fā)，預估了地理信息數(shù)據(jù)分割對于無線信道仿真計算的影響。

除了上述理論研究外，GSI 軟件也在無線電信道仿真中得到了越來越廣泛的應用。孫紅云[7]等結合地理信息系統(tǒng)（Geographic Information Sciences，GIS）的空間數(shù)據(jù)管理、數(shù)字地形分析等技術，構建了臺站與發(fā)射機賓體對象，基于地理空間信息環(huán)境實現(xiàn)了典型電波傳播場強分析模型，提高了場強計算的效率和空間位置精度。楊迪[8]以Mapobjects為開發(fā)平臺構建了城市地區(qū)地理信息系統(tǒng)，設計完成了適合城市地形的信道模型庫，并在此基礎上運用信道模型庫中的各種信道模型，完成了有關單一基站的覆蓋分析、多基站情況下的覆蓋分析以及不同基站之間的干擾問題的分析。孫威[9]在Mapobjects 平臺上構建了一個多山地區(qū)的地理信息系統(tǒng)（GIS）。在多山地形環(huán)境下，結合Deygout 模型分析多重刃峰的繞射問題，結果與工程用Egli 模型比較，證明了其正確性。楊衛(wèi)星[10]基于ArcGIS Engine 平臺開發(fā)出能夠支持通用的TIF 格式地圖的數(shù)字地圖軟件，并在此基礎上通過Cost231-Walfisch-Ikegami 模型、Egli 模型、Longley- Rice 模型的構建，實現(xiàn)了城區(qū)、丘陵、群島等不同地形環(huán)境路徑二維剖面數(shù)據(jù)下的傳播路徑損耗仿真的分析，最終集成研制了基于數(shù)字地圖的電波傳播預測集成仿真計算系統(tǒng)軟件。

由此可見，結合地理信息技術（GIS）的計算機仿真已經成為無線電傳播信道分析的重要手段之一。目前，國際上已經出現(xiàn)了一些成熟的基于GIS 的無線電場強預測分析軟件，如ICS、ELLIPSE、RAP等。但是，它們價格昂貴，地形數(shù)據(jù)接口也多為專有，地圖數(shù)據(jù)需要經過轉換才能應用。Radio Mobile[11]是一款來自于加拿大的無線信道仿真自由軟件，建立在不規(guī)則地形傳播模型（Longley- Rice）基礎上，適用于20 MHz ～20 GHz、傳播距離1 ～2 000 km 的基本工況。在地理信息接口方面，Radio Mobile 可以識別包括SRTM、DTED、GTOPO30、GLOBE 以及BIL等格式在內的多種地形數(shù)據(jù)。遺憾的是，筆者發(fā)現(xiàn)，Radio Mobile 并不能識別當今精度最高且國內廣為流行的免費地形數(shù)據(jù)ASTER GDEM（精度可達30 m）。本文的基本目的就是要解決Radio Mobile 識別ASTER GDEM 格式地形數(shù)據(jù)的問題。

1 ASTER GDEM 格式地形數(shù)據(jù)的轉化

當前，互聯(lián)網(wǎng)上可得的我國地形數(shù)據(jù)中（免費），ASTER GDEM 格式（*.tiff）無疑最全面、最精確。這些數(shù)據(jù)已經以省為單位，被歸納成30多個壓縮包。以筆者所在的湖南省長沙市為例，首先將“湖南.zip”解壓到某個非中文名目錄下，如圖1 所示。

以圖1為例，湖南省的ASTER GDEM數(shù)據(jù)包（湖南.zip）里有很多以經緯度命名的小zip 文件。筆者發(fā)現(xiàn)，不需要自己手動進一步解壓這些小Zip 文件，Global Mapper 軟件會幫忙將它們批量轉換為Radio Mobile 所能識別的DTED 格式。

在此之前，首先新建一個非中文目錄用于安放轉換后的DTED 文件，注意不要命名為簡單的”DTED”。以筆者所在的湖南省為例，Global Mapper 轉換出來DTED 數(shù)據(jù)可以存放在“DTED_HuNan”文件夾中，如圖2 所示。

圖2 存放DTED 格式文件的目錄命名

運行GIS 軟件Global Mapper，菜單欄選擇File →Open All Files in a Directory tree，然后選擇剛才解壓（“湖南.zip”）完成的、用于存放ASTER GDEM 數(shù)據(jù)的文件夾，如圖3 所示。

兩次默認OK 后，開始數(shù)據(jù)導入，只需要1 min左右。然后，菜單欄File →Export →Export Elevation Grid Format，在彈出的菜單欄選擇DTED，如圖4 所示。

點擊OK 后，在隨后的彈出對話框中的參數(shù)設置界面保持默認，然后選擇用于存放DTED 的文件夾（DTED_HuNan）和設定文件前綴名（HuNan），如圖5 所示。

點擊確認后，一個省的ASTER GDEM 數(shù)據(jù)轉換為DTED 格式通常需要十幾分鐘。轉換完成后，將會生成一系列的dt2 文件。這些文件需重組后才能為Radio Mobile 所讀取。

2 DTED 格式文件的重組

筆者發(fā)現(xiàn)，Global Mapper 轉換出來的DETD 文件的命名方式仍然不能被Radio Mobile 直接識別和讀取，如圖6 所示。

經過研究發(fā)現(xiàn)，這些DTED 數(shù)據(jù)需要整理在以經度命名的文件夾內，每個文件按照緯度命名。唯有如此，DTED 數(shù)據(jù)才能被Radio Mobile 正確導入。為此，筆者專門編制了相應的文件重命名和重組程序，如圖7 所示。

圖3 Global Mapper 導入ASTER GDEM 數(shù)據(jù)

圖4 Global Mapper 選擇導出數(shù)據(jù)格式（DTED）

圖5 導出數(shù)據(jù)參數(shù)設定界面保持默認

圖6 轉換而來的DETD 文件的命名方式

先運行Get_DTED_File_Name.bat 會生成一個文件列表，然后運行Rename_DTED_File_ for_Radio_Mobile.exe，可以將這些dt2 文件剪貼到以經度命名的文件夾中，并重命名為可以被Radio Mobile 所識別的文件名，如圖8 所示。

經過重組后，這些DTED 格式的地形文件被轉移到一個名為“DTED”的子目錄中。在Radio Mobile 中，只要選中包含這個DTED 子目錄的上級目錄（本例中的DTED_HuNan），就可以完成地形文件的識別與導入。

圖7 用于DETD 文件重組的自制程序

3 Radio Mobile 中的地形建模與仿真

打開Radio Mobile，菜單欄中選擇文件→地圖屬性，如圖9 所示。

這里首先需要設定好模擬地域中心的經緯度，以筆者所在的長沙為例，設定緯度28.4，經度112.6。然后，設定好像素大小和模擬域大小，設定數(shù)據(jù)類型為DTED。在路徑中設定好文件重組，包含“DTED”子目錄的上級目錄（DTED_HuNan）。讀入的地形如圖10 所示，岳麓山、湘江以及橘子洲依稀可見。

此后，按照《淺談無線電傳播模擬軟件之Radio Mobile》[12]所述的操作步驟，建立移動網(wǎng)絡及收發(fā)電臺參數(shù)。這里僅簡要介紹其中的一些關鍵步驟。

圖8 DETD 文件重組的結果

圖9 Radio Mobile 載入DETD 文件

①文件→單元屬性：設置收發(fā)點的地理參數(shù)；

②文件→網(wǎng)絡屬性→“參數(shù)”標簽頁：設置傳播環(huán)境，這里主要設置傳播網(wǎng)絡的預期運行頻率，最高20 GHz；

③文件→網(wǎng)絡屬性→“系統(tǒng)”標簽頁：設置收發(fā)設備（電臺或基站）參數(shù)，包括功率、接收靈敏度和天線增益等；

④文件→網(wǎng)絡屬性→“會員”標簽頁：收發(fā)設備（電臺）與收發(fā)點（即第①步中的單元）綁定；

本例假設岳麓山上有一個發(fā)射基站，河東某處高地的迎山、背山處各有一個接收用戶。完成上述傳播網(wǎng)絡的設置后，可得到如圖11 所示的地形環(huán)境中的傳播路徑。

點擊工具欄上的“天線鏈路”按鈕，可以得到如圖12 所示的路徑損耗仿真結果。

圖10 Radio Mobile 中導入的長沙地形數(shù)據(jù)

圖11 Radio Mobile 所建立的地形傳播路徑

圖12 Radio Mobile 所得的路徑損耗仿真結果

4 結 語

通過Global Mapper 轉換為DTED 格式及文件名重組，ASTER GDEM 格式的我國地形數(shù)據(jù)可以被Radio Mobile 所識別和讀取，成為無線信道仿真中的重要支撐數(shù)據(jù)。