專利名稱：一種無線電波路徑損耗仿真測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)，提供了一種快速有效的測量無線電波中路徑損耗的方法。
背景技術(shù)：
無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計的質(zhì)量直接影響移動通訊網(wǎng)的各項指標，而電波傳播的復(fù)雜性大大增加了無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃質(zhì)量的不確定性。通過仿真軟件模擬現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，對網(wǎng)絡(luò)性能進行仿真是提高網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃質(zhì)量的有效手段。
仿真的可信度很大程度上依賴于路徑損耗計算的準確度。無線電波在現(xiàn)實傳播環(huán)境中的傳播受到復(fù)雜的地形地物的影響，存在直射、反射、繞射和散射等多種傳播途徑，導(dǎo)致路徑損耗計算非常復(fù)雜。對于宏小區(qū)，目前路徑損耗主要是采用半經(jīng)驗半確定性的傳播模型進行計算，如COSTT231-Hata傳播模型?；诖祟悅鞑ツＰ偷穆窂綋p耗計算涉及到了眾多的因素和算法，需要在數(shù)字地圖中的每一個柵格進行計算，計算量極大，在整個仿真計算中占據(jù)很大的比重。因此，在保證路徑損耗計算準確度的前提下降低路徑損耗算法的時間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度成為仿真研究中的一個主要難題。
目前業(yè)界在傳播模型上進行了很多的研究，也取得了相當多的成果。半經(jīng)驗半確定性的傳播模型幾乎成為目前宏小區(qū)的路徑損耗計算的事實標準。但是在路徑損耗計算中如何設(shè)計時間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度最優(yōu)算法方面，目前還沒有發(fā)現(xiàn)深入的專利研究成果。涉及這方面的專利主要有美國專利，專利號US6985839B1，<System and method for wirelesslocation coverage and prediction>。該專利講述到了路徑損耗計算流程，但該專利進行路徑損耗計算的目的是進行移動臺定位，沒有從時間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度上考慮設(shè)計最優(yōu)的路徑損耗算法。
美國專利，專利號5710758，<Wireless network planning tool>。該專利的主要目的是如何建立無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工具，涉及到了路徑損耗計算方法，其不足之處是沒有深入的從時間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度上考慮設(shè)計最優(yōu)路徑損耗算法，也沒有提到如何通過調(diào)整因子來控制路徑損耗計算的精度/速度比。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種無線電波路徑損耗仿真測量方法。該方法減少了重復(fù)計算，提高了算法效率，可以快速有效的完成路徑損耗的計算，而且通過一系列調(diào)整因子可以靈活控制路損計算的精度/速度比。
為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種無線電波路徑損耗仿真測量方法，主要包括以下步驟(1)輸入數(shù)字地圖、傳播模型和發(fā)射天線參數(shù)，根據(jù)預(yù)測半徑生成路損矩陣；(2)根據(jù)所述發(fā)射天線參數(shù)以及要測量的范圍，生成一系列以發(fā)射天線為起點的分層射線，在每條射線上取一系列取樣點，并根據(jù)取樣點與該點在路損矩陣中對應(yīng)的柵格中心之間的距離確定有效取樣點；(3)根據(jù)所述有效取樣點位置在地圖中對應(yīng)的地理信息，計算發(fā)射天線的有效高度以及繞射損耗，并結(jié)合所述傳播模型，計算有效取樣點的路徑損耗；(4)將有效取樣點的路徑損耗作為與該有效取樣點對應(yīng)的地圖柵格的路徑損耗，保存入路損矩陣中。
本發(fā)明所述方法，還可以進一步包括(5)對于沒有路損值的地圖柵格，根據(jù)其鄰近柵格的路損值，通過插值獲得路損值，并保存入路損矩陣中。
本發(fā)明所述方法，步驟(2)中進一步包括(21)在以發(fā)射天線的位置為圓心，以預(yù)測半徑為半徑的圓內(nèi)生成一系列分層射線，通過調(diào)整射線層數(shù)以及每層射線中相鄰兩條射線的夾角控制路損計算的精度/速度比；(22)在每一條射線上，取一系列的取樣點，使得取樣點在整個預(yù)測范圍內(nèi)分布均勻，通過調(diào)整取樣點的稀疏程度控制路損計算的精度/速度比；(23)針對每個取樣點的位置，從所述地圖矩陣中獲取對應(yīng)的地理信息；(24)根據(jù)該地理信息，計算取樣點與該點在路損矩陣中對應(yīng)的柵格中心之間的距離，取距離最短的點為該柵格的有效取樣點。
本發(fā)明所述方法，步驟(3)中進一步包括(31)將所述一系列分層射線進行合并后，依次獲得所有合并后的射線與射線上的取樣點；(32)計算發(fā)射天線的有效高度；(33)根據(jù)取樣點位置對應(yīng)的地理信息確定刃峰；(34)如果當前取樣點為有效取樣點，且該點對應(yīng)的地圖柵格沒有計算路損值，則根據(jù)所述刃峰信息計算繞射損耗，并根據(jù)所采用的傳播模型，計算當前取樣點的路徑損耗；步驟(4)中進一步包括確定當前取樣點對應(yīng)的地圖柵格，將計算獲得的路損加上發(fā)射天線方向增益作為該柵格的路徑損耗保存入相應(yīng)的路損矩陣中。
本發(fā)明所述方法中，步驟(33)中所述地理信息包括高程信息。
本發(fā)明所述方法中，步驟(33)中所述地理信息進一步包括地物類型信息，使用地物類型信息來補償高程信息，用以確定刃峰。
本發(fā)明所述方法，步驟(1)中進一步包括獲得接收天線參數(shù)與地球半徑信息；本發(fā)明所述方法，步驟(33)中，進一步根據(jù)所述接收天線參數(shù)與地球半徑信息，計算地球曲率對地理高程信息的影響，用以確定刃峰。
本發(fā)明所述方法，步驟(3)中進一步包括根據(jù)所述有效取樣點位置在地圖中對應(yīng)的地理信息，計算地物損耗，并在計算當前取樣點的路徑損耗時考慮所述地物損耗的影響。
其中，所述地物損耗由兩部分組成地物補償因子與穿透損耗。
本發(fā)明上述的技術(shù)方案，著眼于路徑損耗算法的時間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度上，設(shè)計了一種快速有效的路徑損耗的測量方法；同時，也設(shè)計了一系列調(diào)整因子可以很方便的控制路徑損耗測量的精度/速度比。


圖1為本發(fā)明所述無線電波路徑損耗仿真測量方法的流程圖；圖2為本發(fā)明實施例所述的方法中生成射線及取樣點的示意圖；圖3為本發(fā)明實施例所述的方法中地球曲率對地理高程信息的影響示意圖；圖4為本發(fā)明實施例所述的方法中計算穿透損耗的示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，通過以某具體網(wǎng)絡(luò)為實施例進一步闡述本發(fā)明的方法。
步驟1、輸入數(shù)字地圖、傳播模型、發(fā)射天線參數(shù)、接收天線參數(shù)與地球半徑等信息。根據(jù)數(shù)字地圖生成地圖矩陣，根據(jù)預(yù)測半徑生成路徑矩陣。
本實施例中，網(wǎng)絡(luò)包含一個發(fā)射天線，采用COSTT231-Hata傳播模型。下傾角均為θ度。數(shù)字地圖精度為20米，地圖包括高程信息和地物信息。取虛擬地球半徑a＝4r/3＝8493km。
步驟2、根據(jù)所述發(fā)射天線參數(shù)以及要測量的范圍，生成一系列以發(fā)射天線為起點的分層射線，在每條射線上取一系列取樣點，并根據(jù)地圖矩陣中與取樣點位置對應(yīng)的地圖柵格確定有效取樣點。
本實施例中，該步驟具體分為以下4個小步驟步驟201、在以發(fā)射天線的位置為圓心，以預(yù)測半徑為半徑的圓內(nèi)生成一系列分層射線。
如圖2所示，本實施例采用雙層射線，第一層R1和第二層R2射線長度均為10公里，其和為20公里，即預(yù)測半徑長度。首先要確定每層射線中相鄰兩條射線之間的夾角R。實際計算的時候可以采用將周長分成若干份等長線的方式來確定射線數(shù)，進而確定夾角R。假設(shè)第一層R1射線將周長劃分成20米長一份，則第一層R1射線總數(shù)為2*π*r/20＝2*3.1416*10000/20＝3141.6，往上取整，取3142條射線。第一層R1射線之間的夾角為360/3142度。第二層R2射線也將周長等分成20米長一份，射線總數(shù)為2*π*r/20＝2*3.1416*20000/20＝6283.2，往上取整，取6284條射線。射線之間的夾角為360/6284度。外層和內(nèi)層射線數(shù)比例為2。
步驟202、在每一條射線上，取一系列的取樣點，使得取樣點在整個預(yù)測范圍內(nèi)分布均勻。
如圖2所示，本實施例在每一條射線上，取一系列的點。相鄰兩點之間的距離為Di。取點可以均勻分布，也可以不均勻分布。不均勻分布時，可以采用靠近發(fā)射天線Di值較大，遠離發(fā)射天線Di值較小等策略。通過調(diào)整Di值，可以使得取樣點在整個圓內(nèi)均勻分布，同時通過調(diào)整射線層數(shù)，每層射線中相鄰兩條射線的夾角，以及每條射線上取樣點的稀疏程度可以調(diào)整路徑損耗計算的精度/速度比。在本實施例中，每隔20米取一個取樣點。
步驟203、針對每個取樣點的位置，從所述地圖矩陣中獲取對應(yīng)的地理信息。
本實施例中，計算射線上的每個取樣點的坐標，根據(jù)坐標從地圖矩陣中獲取對應(yīng)的地形高度和地物類型等相關(guān)地理信息。
步驟204、根據(jù)該地理信息，計算取樣點與該點在路損矩陣中對應(yīng)的柵格中心之間的距離，取距離最短的點為該柵格的有效取樣點。
步驟3、根據(jù)所述有效取樣點位置在地圖中對應(yīng)的地理信息，計算發(fā)射天線的有效高度以及繞射損耗，并結(jié)合所述傳播模型，計算有效取樣點的路徑損耗。
本實施例中，該步驟具體分為以下11個小步驟步驟301、將所述一系列分層射線進行合并后，依次獲得所有合并后的射線與射線上的取樣點。
本實施例中，將內(nèi)層和外層的射線進行合并，內(nèi)層射線每條對應(yīng)外層兩條射線。合并后依次取每一條射線。合并原則是相鄰兩層射線和水平線夾角差最小的兩條線合并成一條線；然后對每條射線，從圓心開始，依次取202步中生成的取樣點，進行以下計算。步驟302至306對所有的取樣點都需要進行計算。
步驟302、根據(jù)所述接收天線參數(shù)與地球半徑信息，計算地球曲率對地理高程信息的影響，用以確定刃峰。
如圖3所示，本實施例中，a為虛擬地球半徑，取8493km。Tx為發(fā)射天線即射線起點，Rx為接收天線即當前點。A為射線中的某一點，需要求地球曲率對A點的高度的增加值HP，計算公式為HP(x)=a2-x2-h=a2-x2-a2-(d2)2]]>步驟303、所述地理信息進一步包括地物類型信息，使用地物類型信息來補償高程信息，用以確定刃峰。
本實施例中，如果需要考慮地物高度影響，則將地物類型的高度加到當前點的地形高度上。對于從射線起點到當前點之前的點的地物高度，重新運用已有的計算結(jié)果。
步驟304、計算發(fā)射天線有效高度。
本實施例中，均采用絕對高度。針對當前點，計算對應(yīng)的發(fā)射天線有效高度。
步驟305、根據(jù)取樣點位置對應(yīng)的地理信息確定刃峰。
本實施例中，計算從射線起點到當前點的刃峰是根據(jù)步驟303和304補償過的高程信息。在這里，刃峰的計算原則是從發(fā)射天線到接收天線牽一條線，這條線與山峰的交點集合即為刃峰集合。
步驟306、判斷當前點是否需要計算出路徑損耗。
本實施例中，如果當前點為有效取樣點，而且該點對應(yīng)的路損矩陣柵格沒有路徑損耗值，則繼續(xù)進行步驟307至309的計算。否則直接進入步驟301取下一取樣點。
步驟307、根據(jù)所述刃峰信息計算繞射損耗。
本實施例中，根據(jù)步驟305計算出的刃峰列表，計算繞射損耗。
步驟308、根據(jù)所述有效取樣點位置在地圖中對應(yīng)的地理信息，計算地物損耗。
本實施例中，對當前點，分別加上地物補償因子和穿透損耗。
地物補償因子針對每種地物事先設(shè)定一個補償因子(dB)，然后根據(jù)當前點所處的地物類型，在路徑損耗中加上該補償因子即可。
穿透損耗如圖4所示，假設(shè)從Tx發(fā)射天線(即射線起點)到Rx接收天線(即當前點)的路徑長度為D，該路徑上有n段連續(xù)的地物。其中某一段連續(xù)地物長度為V公里，該段地物中心點離接收天線距離為S公里，該類型地物穿透損耗因子為Ki(dB/km)。F(S)為變量S的函數(shù)，該函數(shù)體現(xiàn)地物離接收天線越近對信號衰減越大的趨勢，且該函數(shù)可隨傳播環(huán)境變化而不同。則該段地物的穿透損耗為ViF(Si)Ki。整個穿透損耗為n段連續(xù)地物穿透損耗之和，計算公式為L=Σi=1nViF(Si)Ki]]>步驟309、本實施例根據(jù)所采用的傳播模型以及以上步驟的計算結(jié)果，計算出當前點的路徑損耗。
步驟310、確定當前取樣點對應(yīng)的地圖柵格，將計算獲得的路徑損耗加上發(fā)射天線方向增益作為該柵格路徑損耗保存在入相應(yīng)的路損矩陣中。
步驟311、判斷所有有效取樣點是否均計算完成，如果所有都計算完成，則繼續(xù)進行步驟4的計算，否則直接進入步驟301中取下一取樣點。
步驟4、本實施例中，對于部分沒有路損值的地圖柵格，采用最近鄰插值法進行插值獲得路損值，并保存入路損矩陣中。
上面給出的僅僅是本發(fā)明的一個典型案例，用于說明本發(fā)明，而非用于限定本發(fā)明。同樣，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案還可擴展到其它無線電波覆蓋預(yù)測中，如廣播，電視等。
權(quán)利要求
1.一種無線電波路徑損耗的仿真測量方法，其特征在于，包括以下步驟(1)輸入數(shù)字地圖、傳播模型和發(fā)射天線參數(shù)，根據(jù)預(yù)測半徑生成路損矩陣；(2)根據(jù)所述發(fā)射天線參數(shù)以及要測量的范圍，生成一系列以發(fā)射天線為起點的分層射線，在每條射線上取一系列取樣點，并根據(jù)取樣點與該點在路損矩陣中對應(yīng)的柵格中心之間的距離確定有效取樣點；(3)根據(jù)所述有效取樣點位置在地圖中對應(yīng)的地理信息，計算發(fā)射天線的有效高度以及繞射損耗，并結(jié)合所述傳播模型，計算有效取樣點的路徑損耗；(4)將有效取樣點的路徑損耗作為與該有效取樣點對應(yīng)的地圖柵格的路徑損耗，保存入路損矩陣中。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括(5)對于沒有路損值的地圖柵格，根據(jù)其鄰近柵格的路損值，通過插值獲得路損值，并保存入路損矩陣中。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)包括(21)在以發(fā)射天線的位置為圓心，以預(yù)測半徑為半徑的圓內(nèi)生成一系列分層射線，通過調(diào)整射線層數(shù)以及每層射線中相鄰兩條射線的夾角控制路損計算的精度/速度比；(22)在每一條射線上，取一系列的取樣點，使得取樣點在整個預(yù)測范圍內(nèi)分布均勻，通過調(diào)整取樣點的稀疏程度控制路損計算的精度/速度比；(23)針對每個取樣點的位置，從所述地圖矩陣中獲取對應(yīng)的地理信息；(24)根據(jù)該地理信息，計算取樣點與該點在路損矩陣中對應(yīng)的柵格中心之間的距離，取距離最短的點為該柵格的有效取樣點。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)包括(31)將所述一系列分層射線進行合并后，依次獲得所有合并后的射線與射線上的取樣點；(32)計算發(fā)射天線的有效高度；(33)根據(jù)取樣點位置對應(yīng)的地理信息確定刃峰；(34)如果當前取樣點為有效取樣點，且該點對應(yīng)的地圖柵格沒有計算路損值，則根據(jù)所述刃峰信息計算繞射損耗，并根據(jù)所采用的傳播模型，計算當前取樣點的路徑損耗；步驟(4)包括確定當前取樣點對應(yīng)的地圖柵格，將計算獲得的路損加上發(fā)射天線方向增益作為該柵格的路徑損耗保存入相應(yīng)的路損矩陣中。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟(33)所述地理信息包括高程信息。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟(33)所述地理信息進一步包括地物類型信息，使用地物類型信息來補償高程信息，用以確定刃峰。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(1)進一步包括獲得接收天線參數(shù)與地球半徑信息。
8.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟(33)中，進一步根據(jù)所述接收天線參數(shù)與地球半徑信息，計算地球曲率對地理高程信息的影響，用以確定刃峰。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)進一步包括根據(jù)所述有效取樣點位置在地圖中對應(yīng)的地理信息，計算地物損耗，并在計算當前取樣點的路徑損耗時考慮所述地物損耗的影響。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無線電波路徑損耗仿真測量方法，包括輸入數(shù)字地圖，確定地圖矩陣與路損矩陣，并獲得傳播模型和發(fā)射天線參數(shù)；根據(jù)所述發(fā)射天線參數(shù)以及要測量的范圍，生成一系列以發(fā)射天線為起點的分層射線，在每條射線上取一系列取樣點，并根據(jù)地圖矩陣中與取樣點位置對應(yīng)的地圖柵格確定有效取樣點；根據(jù)所述有效取樣點位置在地圖中對應(yīng)的地理信息，計算發(fā)射天線的有效高度以及繞射損耗，并結(jié)合所述傳播模型，計算有效取樣點的路徑損耗；將有效取樣點的路徑損耗作為與該有效取樣點對應(yīng)的地圖柵格的路徑損耗，保存入路損矩陣中。本發(fā)明著眼于路徑損耗算法的時間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度上，設(shè)計了一種快速有效的路徑損耗測量的方法。
文檔編號H04B7/005GK101090301SQ200610087149
公開日2007年12月19日 申請日期2006年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月13日
發(fā)明者歐陽俊, 吳峰, 李晟, 陳健 申請人:中興通訊股份有限公司