專利名稱：一種外場條件下判定無線電測試環(huán)境的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線通信領域，特別地，涉及一種外場條件下判定無線信號傳播環(huán)境 為視距的方法。
背景技術：
在外場測試條件下，無線電磁波在傳播過程中受到氣候、地形、建筑物和植被覆蓋 等因素干擾，將沿著多條路徑到達接收機，即產生多徑效應。各路徑的信道特征隨時間變 化，參與干涉的各分量場之間的相互關系也將變化，由于各個路徑的信號分量到達接收機 的時間不同，接收信號的相位也不同，當不同相位的多徑信號相位相同時，在接收端疊加得 到的有效信號被加強；當各徑信號的相位相反時，接收信號將會被減弱，由于接收信號幅度 的急劇變化而引起的信道衰落即為快衰落；而區(qū)域位置和氣象的變化引起的接收功率中值 的緩慢變化為慢衰落，這些效應的存在導致了外場條件的復雜性，使得無線設備在外場測 試過程中難以保證測試環(huán)境的一致性，并給特定性能指標的測試帶來障礙。外場條件下的無線信號傳播環(huán)境一般分為兩類視距(LOS)環(huán)境和非視距(NLOS) 環(huán)境。其中LOS環(huán)境指在發(fā)射機和接收機之間的若干條到達路徑之中存在一條直達徑，直 達徑的功率分量占接收信號功率的主要部分，且其傳播方向和衰減損耗可被預測；而NLOS 環(huán)境下各徑信號的到達受復雜地形和天氣、人為等因素影響，傳播過程和信道特征難以預 測。當對各個廠商生產的無線設備進行比較性測量時，盡管信號衰減、賦形增益等指標可以 在LOS或NLOS環(huán)境下通過海量數(shù)據(jù)統(tǒng)計獲取，但是對于一些特定的無線設備性能指標，如 天線發(fā)射方向、波達角(DOA)等，它們與陣列校準、天線位置、終端位置等因素密切相關，只 有在LOS環(huán)境下測量才能確保測量指標值的準確性和測量過程的可復制性。目前判定無線信號視距傳播的方法主要依靠工程師的經驗和目測，然而大量的研 究資料表明，無線電外場環(huán)境中，視線觀察到的發(fā)射機和接收機之間的直達并不代表信號 傳播處于LOS環(huán)境，因此需要更加精確的判定外場條件下無線信號傳播環(huán)境的方法。
發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種外場條件下判定無線信號傳播環(huán)境為視距的方 法。根據(jù)本發(fā)明實施例的外場條件下判定無線信號傳播環(huán)境為視距的方法包括以下步驟
第一步驟，通過定位工具測量發(fā)射天線的地理位置，以發(fā)射天線為中心，以50米到300 米的固定距離為半徑，以發(fā)射天線所指方向為中線，劃定比發(fā)射天線的覆蓋角大20°到 40°的角度的扇形區(qū)域為待測區(qū)域；
第二步驟，通過視線觀察，當待測區(qū)域內存在建筑物或明顯遮擋物時，判定該區(qū)域屬于 NLOS環(huán)境；否則，繼續(xù)以下步驟；
第三步驟，在所述扇形待測區(qū)域內選定三個待測點A、B、C，設發(fā)射天線所在點為0點， 則直線OA為扇形的中線，直線0B、0C點分別位于OA兩側，且0B、0C分別與OA的夾角相等， 線段OA、OB、OC的距離相等，計算三個待測點的地理位置；第四步驟，對待測點A，采用外接信標天線的信號測量工具測量目標通信頻率的噪聲信 號，以獲得一組測試數(shù)據(jù)，該組測試數(shù)據(jù)包含N條測試數(shù)據(jù)記錄，每條所述測試數(shù)據(jù)記錄包 括，信號采集時間戳、若干到達路徑、與該若干到達路徑分別對應的信號接收功率、信號到 達的時間、路徑編號，所述路徑編號反映信號到達的時間先后順序；
第五步驟，對上述每一條測試數(shù)據(jù)記錄，將含有的所有路徑的接收功率數(shù)據(jù)相加，以獲 得該條數(shù)據(jù)記錄對應的接收功率總和，然后對上述N條數(shù)據(jù)對應的接收功率總和進行統(tǒng)計 時間平均，當統(tǒng)計平均的結果大于_90dBm時，判定該區(qū)域屬于NLOS環(huán)境；否則，繼續(xù)以下步 驟；
第六步驟，計算上述N條數(shù)據(jù)對應的接收功率總和的方差，當方差大于9dBm2時，判定 該區(qū)域屬于NLOS環(huán)境；否則，繼續(xù)以下步驟；
第七步驟，配置發(fā)射天線的相關參數(shù)，待發(fā)射天線預熱且穩(wěn)定工作后，在待測點A，使用 掃頻儀記錄一組對應發(fā)射信號的接收信號功率數(shù)據(jù)，所述接收信號功率數(shù)據(jù)的格式與第四 步驟中獲得的測試數(shù)據(jù)的格式相同；
第八步驟，對第七步驟中獲得的一組接收信號功率數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，根據(jù)路徑編號，對該 組數(shù)據(jù)中包含的所有路徑對應的接收信號功率進行統(tǒng)計平均；當該組數(shù)據(jù)包含的路徑編號 數(shù)大于1，并且路徑1對應的接收功率統(tǒng)計平均值小于其它任一條路徑對應的接收功率統(tǒng) 計平均值加上IOdBm時，判定該區(qū)域屬于NLOS環(huán)境；否則，繼續(xù)以下步驟；所述路徑1為信 號最先到達的路徑；
第九步驟，根據(jù)第七步驟中獲得的一組接收功率數(shù)據(jù)，對各條數(shù)據(jù)中包含的路徑1對 應的接收功率進行時間統(tǒng)計平均，根據(jù)該統(tǒng)計平均的結果和發(fā)射天線的發(fā)射功率，計算得 到第一發(fā)射信號的衰減值；
第十步驟，根據(jù)待測點A和發(fā)射天線之間的距離，計算得到第二發(fā)射信號的衰減值；用 第一發(fā)射信號的衰減值減去第二發(fā)射信號的衰減值，當所得到的結果大于5dBm時，判定該 區(qū)域屬于NLOS環(huán)境；否則，繼續(xù)以下步驟；
第十一步驟，針對待測點B和待測點C，分別重復實施第四步驟至第十步驟，當 所有步驟全部通過時，則判定該區(qū)域屬于LOS環(huán)境。本發(fā)明提供了一種可定量的精確判定外場條件下無線信號傳播環(huán)境的方法，克服 了現(xiàn)有的目測經驗判定所存在的不準確的缺陷，值得推廣應用。
此處所說明的附圖用了提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發(fā) 明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的外場條件下判定無線信號視距傳播環(huán)境的方法的流程圖； 圖2是基于本發(fā)明的實施例示出的一個外場條件下的無線信號傳播場景； 圖3是基于本發(fā)明的實施例示出的一個外場條件下的無線信號傳播場景。
具體實施例方式在下面的描述中，給出了某些具體細節(jié)以便對本發(fā)明多個實施例的充分理解。不 過，本領域技術人員可知，沒有這些細節(jié)也能實現(xiàn)本發(fā)明。在其他情況下，沒有詳細表示或描述與計算機、傳輸介質、測量設備、記錄設備等設備有關的公知結構，以避免不必要的干 擾對本發(fā)明實施例的描述。除非內容需要，否則在說明書和權利要求書中，詞語“包括”及其變化被理解成開 方的“包含”的意思，即“包括，但不限于”。本發(fā)明提出了一種結合理論分析和實際測量的傳播環(huán)境判定方法，用以在外場條 件下判定無線信號傳播環(huán)境。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的外場條件下判定無線信號 傳播環(huán)境為視距的方法包括以下步驟
步驟S01，通過定位工具測量發(fā)射天線的地理位置，以發(fā)射天線為中心，以50米到300 米的固定距離為半徑，以發(fā)射天線所指方向為中線，劃定比發(fā)射天線的覆角大20°到40° 的角度的扇形區(qū)域為待測區(qū)域，如圖2所示，圖中的[1]表示扇形區(qū)域的弧角，[2]表示扇 形區(qū)域的半徑，[3]和[4]表示扇形區(qū)域的兩個頂點；
步驟S02，通過視線觀察，當待測區(qū)域內存在建筑物或明顯遮擋物時，判定該區(qū)域屬于 NLOS環(huán)境；否則，繼續(xù)以下步驟；
步驟S03，選定三個待測點，該三個待測點均位于待測區(qū)域內，且分別位于扇形待測區(qū) 域的中線，以及與中線相隔相同角度的左右兩條直線上，該三點與發(fā)射天線之間的距離相 同計算三個待測點的地理位置，分別設為A、B、C，如圖3所示，其中[5]為待測點與發(fā)射天 線之間的距離，[6]為三個待測點與發(fā)射天線構成的小扇形區(qū)域的弧角，[7]、[8]、[9]分別 對應A、B、C三點；
其中，在步驟S03中，各個待測點與待測區(qū)域外邊界之間均留有20米到200米的富余 距離，這是為了減少待測區(qū)域以外可能存在的建筑物或遮擋物導致的反射信號干擾。步驟S04，對待測點A，采用外接信標天線的信號測量工具(如頻譜分析儀)測量目 標通信頻率的噪聲信號，以獲得一組測試數(shù)據(jù)，該組測試數(shù)據(jù)包含N條測試數(shù)據(jù)記錄，每條 所述測試數(shù)據(jù)記錄包括，信號采集時間戳、若干到達路徑、與該若干到達路徑分別對應的信 號接收功率、信號到達的時間、路徑編號；
步驟S05，對上述每一條包含時間戳的數(shù)據(jù)記錄，將含有的所有路徑的接收功率數(shù)據(jù)相 加，以獲得該條數(shù)據(jù)記錄對應的接收功率總和，然后對上述N條數(shù)據(jù)對應的接收功率總和 進行統(tǒng)計時間平均，當統(tǒng)計平均的結果大于_90dBm時，判定該區(qū)域屬于NLOS環(huán)境；否則，繼 續(xù)以下步驟；
步驟S06，計算上述N條數(shù)據(jù)對應的接收功率總和的方差，當方差大于9dBm2時，判定該 區(qū)域屬于NLOS環(huán)境；否則，繼續(xù)以下步驟；
步驟S07，配置發(fā)射天線的相關參數(shù)，待發(fā)射天線預熱且穩(wěn)定工作后，在待測點A，使用 掃頻儀記錄一組對應發(fā)射信號的接收信號功率數(shù)據(jù)，其中該組數(shù)據(jù)的格式與第四步驟中獲 得的數(shù)據(jù)的格式相同；
其中，步驟S07中，發(fā)射天線的相關參數(shù)包括天線的發(fā)射功率，例如30dBm、通信頻率、 通信時隙；
步驟S08，對步驟中S07獲得的一組接收信號功率數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，根據(jù)路徑編號，對該 組數(shù)據(jù)中包含的所有路徑對應的接收信號功率進行統(tǒng)計平均，當該組數(shù)據(jù)包含的路徑編號 數(shù)大于1，并且路徑1對應的接收功率統(tǒng)計平均值小于其它任一條路徑對應的接收功率統(tǒng) 計平均值加上IOdBm時，判定該區(qū)域屬于NLOS環(huán)境；否則，繼續(xù)以下步驟；
5其中，在步驟S08中，由于兩點之間直線最短，在LOS環(huán)境下直射路徑到達的時間將最 早，且即便存在其它路徑，該路徑對應的接收功率也將明顯高于其它路徑，這是判定LOS環(huán) 境的一個標準。 例如，該組接收信號功率數(shù)據(jù)包含3條數(shù)據(jù)記錄，分別為
路徑1接收功率路徑2接收功率路徑3接收功率-65dBm-75dBm-80dBm-64dBm-73dBm無-66dBm-76dBm-79dBm則對該3條j珞徑對應的接收信號功率統(tǒng)計平均值依次為-65dBm、-74. 67dBm、-79. 5dBm,雖然比較路徑1禾口 路徑3可得-60 >-79.5+10 ,但是比較路徑1和路徑2可得)<--74.67 + 10 ,因此，判定該區(qū)域屬于
NLOS環(huán)境。步驟S09，根據(jù)步驟S07中獲得的一組接收功率數(shù)據(jù)，對各條數(shù)據(jù)中包含的路徑1 對應的接收功率進行時間統(tǒng)計平均，根據(jù)統(tǒng)計平均的結果和發(fā)射天線的發(fā)射功率，計算第 一發(fā)射信號的衰減值即發(fā)射信號的實際衰減值；
例如，該組接收信號功率數(shù)據(jù)包含3條數(shù)據(jù)記錄，其中路徑1對應的接收信號功率分別 為-65dBm、-64dBm、_66dBm，則統(tǒng)計平均的結果為_65dBm ；當發(fā)射天線的發(fā)射功率為30dBm
時，發(fā)射信號的實際衰減值為30-65) = 95 dBm。步驟S10，根據(jù)待測點A和發(fā)射天線之間的距離，計算第二發(fā)射信號的衰減值即發(fā) 射信號的理論衰減值，用發(fā)射信號的實際衰減值減去發(fā)射信號的理論衰減值，當所得到的 結果大于5dBm時，判定該區(qū)域屬于NLOS環(huán)境；否則，繼續(xù)以下步驟；
其中，在步驟SlO中，根據(jù)待測點與發(fā)射天線之間的距離計算衰減值的方法可以用下 面的公式(1)表示
(1)
其中ι為經驗常數(shù)，單位為dBm ;L為所求的傳播損耗，單位也是dBm ;d為傳播距離， 單位是km ；f為傳播頻率，單位為MHZ ； Cd和Cf分別為經驗常數(shù)。例如，待測點與發(fā)射天線之間的距離為200米時，無線電傳播頻率 為2000MHZ, ^ =42.6, Cii和Cj分別依次為26和20，則計算出的理論衰減值為 42.6+ 26log0.2+ 20log2000 = 90.45 dBm，當步驟S09中計算出的發(fā)射信號的實際衰減值為 95dBm時，由于95dBm — 90. 45dBm > 5dBm,因而，不能判定該區(qū)域屬于NLOS環(huán)境，應繼續(xù)以 下步驟。步驟S11，針對待測點B和待測點C，分別重復實施第四步驟至第十步驟，當所有步 驟全部通過時，判定該區(qū)域屬于LOS環(huán)境。最后所應說明的是，以上具體實施方式
僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制， 盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對 本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
權利要求
一種外場條件下判定無線電測試環(huán)境的方法，其特征在于包括以下步驟第一步驟，通過定位工具測量發(fā)射天線的地理位置，以發(fā)射天線為中心，以50米到300米的固定距離為半徑，以發(fā)射天線所指方向為中線，劃定比發(fā)射天線的覆蓋角大20°到40°的角度的扇形區(qū)域為待測區(qū)域；第二步驟，通過視線觀察，當待測區(qū)域內存在建筑物或明顯遮擋物時，判定該區(qū)域屬于NLOS環(huán)境；否則，繼續(xù)以下步驟；第三步驟，在所述扇形待測區(qū)域內選定三個待測點A、B、C，設發(fā)射天線所在點為O點，則直線OA為扇形的中線，直線OB、OC點分別位于OA兩側，且OB、OC分別與OA的夾角相等，線段OA、OB、OC的距離相等，計算三個待測點的地理位置；第四步驟，對待測點A，采用外接信標天線的信號測量工具測量目標通信頻率的噪聲信號，以獲得一組測試數(shù)據(jù)，該組測試數(shù)據(jù)包含N條測試數(shù)據(jù)記錄，每條所述測試數(shù)據(jù)記錄包括，信號采集時間戳、若干到達路徑、與該若干到達路徑分別對應的信號接收功率、信號到達的時間、路徑編號，所述路徑編號反映信號到達的時間先后順序；第五步驟，對上述每一條測試數(shù)據(jù)記錄，將含有的所有路徑的接收功率數(shù)據(jù)相加，以獲得該條數(shù)據(jù)記錄對應的接收功率總和，然后對上述N條數(shù)據(jù)對應的接收功率總和進行統(tǒng)計時間平均，當統(tǒng)計平均的結果大于 90dBm時，判定該區(qū)域屬于NLOS環(huán)境；否則，繼續(xù)以下步驟；第六步驟，計算上述N條數(shù)據(jù)對應的接收功率總和的方差，當方差大于9dBm2時，判定該區(qū)域屬于NLOS環(huán)境；否則，繼續(xù)以下步驟；第七步驟，配置發(fā)射天線的相關參數(shù)，待發(fā)射天線預熱且穩(wěn)定工作后，在待測點A，使用掃頻儀記錄一組對應發(fā)射信號的接收信號功率數(shù)據(jù)，所述接收信號功率數(shù)據(jù)的格式與第四步驟中獲得的測試數(shù)據(jù)的格式相同；第八步驟，對第七步驟中獲得的一組接收信號功率數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，根據(jù)路徑編號，對該組數(shù)據(jù)中包含的所有路徑對應的接收信號功率進行統(tǒng)計平均；當該組數(shù)據(jù)包含的路徑編號數(shù)大于1，并且路徑1對應的接收功率統(tǒng)計平均值小于其它任一條路徑對應的接收功率統(tǒng)計平均值加上10dBm時，判定該區(qū)域屬于NLOS環(huán)境，所述路徑1為信號最先到達的路徑；否則，繼續(xù)以下步驟； 第九步驟，根據(jù)第七步驟中獲得的一組接收功率數(shù)據(jù)，對各條數(shù)據(jù)中包含的路徑1對應的接收功率進行時間統(tǒng)計平均，根據(jù)該統(tǒng)計平均的結果和發(fā)射天線的發(fā)射功率，計算得到第一發(fā)射信號的衰減值；第十步驟，根據(jù)待測點A和發(fā)射天線之間的距離，計算得到第二發(fā)射信號的衰減值；用第一發(fā)射信號的衰減值減去第二發(fā)射信號的衰減值，當所得到的結果大于5dBm時，判定該區(qū)域屬于NLOS環(huán)境；否則，繼續(xù)以下步驟； 第十一步驟，針對待測點B和待測點C，分別重復實施第四步驟至第十步驟，當所有步驟全部通過時，則判定該區(qū)域屬于LOS環(huán)境。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種外場條件下判定無線電測試環(huán)境的方法，包括步驟劃定一定待測區(qū)域并確定至少三個待測點；視線觀察無遮擋物；先后對每個待測點，測量目標通信頻率的噪聲信號，計算噪聲信號的平均接收功率、方差接收功率，當平均接收功率大于-90dBm或接收功率值方差大于9dBm2時，該區(qū)域屬于NLOS環(huán)境；測量接收信號功率，若接收路徑數(shù)大于1并且路徑1的功率過小，該區(qū)域屬于NLOS環(huán)境；計算發(fā)射信號的實際衰減值與理論衰減值，當實際衰減值減去理論衰減值的結果大于5dBm時，則該區(qū)域屬于NLOS環(huán)境；否則，該區(qū)域屬于LOS環(huán)境。本發(fā)明提供了一種可定量的精確判定外場條件下無線信號傳播環(huán)境的方法，克服了現(xiàn)有的目測經驗判定所存在的不準確的缺陷，值得推廣應用。
文檔編號G01S11/06GK101924594SQ20101028298
公開日2010年12月22日 申請日期2010年9月16日 優(yōu)先權日2010年9月16日
發(fā)明者傅韜, 冷琪, 徐利, 莫益軍, 饒佳 申請人:華中科技大學