專利名稱：確定無線電波多徑衰落影響的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種確定無線系統(tǒng)所需區(qū)域中無線電波多徑衰落平均影響的方法，所述方法使用至少兩維的數(shù)字地圖描述系統(tǒng)基站覆蓋區(qū)域的所需區(qū)域，并且所述方法確定所需區(qū)域的不同子區(qū)域中發(fā)射機(jī)輸出的多徑衰落的平均影響。
在構(gòu)造無線系統(tǒng)時，總是試圖以盡可能少的耗費實現(xiàn)所需區(qū)域覆蓋。在考慮系統(tǒng)基站的位置時，需要考慮所需業(yè)務(wù)量和實現(xiàn)的覆蓋區(qū)。其目標(biāo)是定位基站，使之覆蓋區(qū)域較大并且基站位置有利于無線電波傳播。
目前已經(jīng)為無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃開發(fā)了不同的方法和裝置。在無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，普遍采用的裝置是數(shù)字地圖，它提供了所需區(qū)域中地形和建筑的建模信息。利用數(shù)字地圖，能夠通過計算機(jī)計算出不同基站位置的覆蓋區(qū)域以及網(wǎng)絡(luò)操作參數(shù)。
在確定基站覆蓋區(qū)域時，確定不同區(qū)域中的信號衰落是重要的。因為系統(tǒng)行為是模擬的，所以信號衰落也必須進(jìn)行盡可能實際的建模。尤其是在市區(qū)環(huán)境下，衰落根據(jù)建筑物形狀、墻壁以及其他圍繞基站及終端的散射表面而不斷變化。
衰落通常分成兩種類型，快衰落和慢衰落，但這是一種非常粗略的劃分。在實際中信號的多徑衰落由相位差引起，隨著終端的移動，相位差的變化導(dǎo)致信號強(qiáng)度的來回變化，根據(jù)環(huán)境的不同，其相關(guān)距離一般可以從半個波長到數(shù)百波長。
在現(xiàn)有技術(shù)方案中，在移動無線系統(tǒng)模擬器中，例如在COSSAP實現(xiàn)的鏈路層模擬器中，通過增加發(fā)射信號的衰減和衰落來模擬衰落?？焖ヂ湟话阃ㄟ^模擬按照Rayleigh或Rice分布的靜態(tài)隨機(jī)過程來生成。此后，通過適當(dāng)?shù)臑V波器來平均衰落。
在使用數(shù)字地圖的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件中，例如根據(jù)經(jīng)驗?zāi)Ｐ陀嬎阈盘査p，除了特定的特殊情況之外，在經(jīng)驗?zāi)Ｐ椭胁]有考慮多徑衰落。
但是，現(xiàn)有技術(shù)方法存在著若干問題和缺陷。在例如由COSSAP實現(xiàn)的典型鏈路層模擬器中，接收算法是實際應(yīng)用的算法，但是問題在于信道模型是否符合實際情況。符合實際情況的信道模型可以通過射線跟蹤，即射線搜索信道模型得到。但是問題在于射線跟蹤方法所需計算復(fù)雜性妨礙了該方法的實現(xiàn)。
在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件中，可以增加數(shù)字地圖的解析度以提高精確度，但是在通過地圖解析計算場強(qiáng)時需要考慮衰落。在這種情況下，考慮了多徑衰落的射線跟蹤模型能夠提高精確度而不需要過高的計算量。
本發(fā)明的一個目的是提供一種方法，通過該方法可以以可接受的精度計算出衰落的平均影響，而計算量不會太高。
這通過前序中提出的方法實現(xiàn)，其特征在于，通過射線跟蹤方法確定每個子區(qū)域中某一點的信號衰落參數(shù)，利用所述參數(shù)計算出子區(qū)域中信號多徑衰落的平均影響。
本發(fā)明的方法具有若干優(yōu)點。在本發(fā)明的方案中，計算時間較短，需要的時間僅為采用射線跟蹤方法進(jìn)行全部計算所需時間的一小部分，在后一種情況下，計算子區(qū)域的平均值需要每個子區(qū)域中的若干計算點。射線跟蹤方法是目前所知的獲取衰落和衰減值的實際結(jié)果的最為精確的方法，但是如果適當(dāng)?shù)剡x擇了子區(qū)域的大小，得到的估計結(jié)果的精確度能夠被接受。
下面結(jié)合附圖的例子詳細(xì)描述本發(fā)明，在附圖中

圖1說明了一個可以應(yīng)用本發(fā)明方法進(jìn)行規(guī)劃的無線系統(tǒng)；圖2說明了能夠通過射線跟蹤方法得到的參數(shù)；圖3說明了可以估計衰落的區(qū)域，以及圖4a和4b說明了計算結(jié)果。
因此，本發(fā)明的方法最好應(yīng)用于無線系統(tǒng)規(guī)劃。它尤其適合對市區(qū)環(huán)境中實現(xiàn)的無線系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃。圖1說明了一些典型的無線系統(tǒng)。該圖示出了典型蜂房無線網(wǎng)絡(luò)的小區(qū)100。該蜂房無線網(wǎng)絡(luò)的基站102位于包含多個用戶終端104-108的建筑物之外，其中的一些終端104、106可以位于戶外，而一些終端108位于建筑物110內(nèi)。用戶終端具有到基站的雙向連接。
本發(fā)明的方案基于下述事實多徑衰落由從發(fā)射機(jī)到達(dá)接收機(jī)的多徑傳播信號分量的不同相位差引起。因此，其目標(biāo)是確定所需區(qū)域的不同子區(qū)域中發(fā)射機(jī)輸出的平均衰落強(qiáng)度。子區(qū)域可以是例如正方形區(qū)域，其大小與數(shù)字地圖解析度一致。
在本發(fā)明方案中，通過射線跟蹤方法確定所需區(qū)域的某個子區(qū)域中某一點的信號衰落參數(shù)。計算所述點上信號分量的振幅、相移以及到達(dá)角。接著，假定在整個子區(qū)域中信號的衰減和到達(dá)角是恒定的，利用所述參數(shù)，通過綜合計算確定子區(qū)域的平均信號強(qiáng)度。如果待考察的區(qū)域的大小與周圍散射表面的大小，例如墻壁大小相比較小，則恒定參數(shù)的假設(shè)是成立的。
讓我們詳細(xì)考察一個例子，假定采用射線跟蹤方法確定到達(dá)某一點的射線i的振幅ai、相位φi以及到達(dá)角αi。根據(jù)下式可以計算出線段的平均有效信號強(qiáng)度。Pave=1b∫-b/2b/2|Σm=1Mame-jφm+jkxcosαm|2dx]]>=Σm=1M|am|2+4kbΣm,n=1n>mMamancos(φm-φn)]]>*sin[kb2(cosαm-cosαn)cosαm-cosαn]]>正方形象素的平均有效信號強(qiáng)度則可以由下式算出Pave=1b12∫-b12b12∫-b12b12|Σm=1Mame-jφm+jk(xcosα1m+ysinα1m)|2dxdy]]>=Σm=1M|am|2+4k2b12Σm,n=1n>mMamancos(φm-φn)]]>*sin[kb12(cosα1m-cosα1n)]sin[kb12(sinα1m-sinα1n)](cosα1m-cosα1n)(sinα1m-sinα1n)]]>
其中M=觀察點上有效射線的數(shù)量ai=射線i的振幅φi=觀察點上第i條射線的相位αi=第i條射線相對于終端方向矢量的角度α1i=第i條射線相對于象素側(cè)的角度k=波形數(shù)(2π/λ)b=平均長度或瞬時終端速度乘上平均時間b1=象素寬度圖2說明了正方形象素情況下的值。
這樣，通過本發(fā)明可以計算出窄帶無線系統(tǒng)中的衰落，在窄帶無線系統(tǒng)中使用平均信號強(qiáng)度或信號功率作為規(guī)劃參數(shù)。如果在移動無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的模擬器中采用本發(fā)明的方法，則僅需要以平均間隔在一點上采用射線跟蹤方法。該平均間隔通常較短，例如對GSM而言是480ms，意味著到達(dá)角和衰減保持恒定的默認(rèn)前提是成立的。因為信道模型的基礎(chǔ)是建筑物和墻壁的正確形狀，所以可以進(jìn)行符合實際情況的模擬。
在現(xiàn)有技術(shù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件中，除了地面反射，一般不考慮多徑衰落。但是如果需要高精度，那么考慮反射就顯得相當(dāng)重要。
讓我們通過例子詳細(xì)考察本發(fā)明的方法。圖3說明了其中需要定位無線系統(tǒng)小區(qū)的典型環(huán)境中的數(shù)字地圖。該地圖包括影響無線電波傳播的區(qū)域結(jié)構(gòu)部分。其目標(biāo)是將基站定位在該區(qū)域中，使得該區(qū)域的不同部分能夠達(dá)到最佳可聽度。實際上，選出可以設(shè)置基站的一些可能位置，利用這些默認(rèn)值進(jìn)行計算。最后，選出最佳方案作為基站的最終位置。在圖3中，基站位置標(biāo)記成字母Tx，并假定終端沿著點線所標(biāo)記的路徑移動。
在該例中，當(dāng)終端沿著地圖所示環(huán)境中標(biāo)記的路徑移動時，為了進(jìn)行比較，同時采用本發(fā)明的方法以及通過測量計算衰落。圖4a示出了采樣間隔為11.1ms，終端速度為5-10km/h時接收的信號功率。距離在垂直軸上示出。為了能夠與模擬曲線402比較，基于測量結(jié)果的曲線400被升高了40dB。相應(yīng)地，圖4b示出了平均間隔為0.5s時接收的信號功率。為了能夠與模擬曲線406比較，這里也將基于測量結(jié)果的曲線404升高了40dB。在計算圖4b中的模擬結(jié)果時，每個平均間隔僅包括由射線跟蹤方法算出的一點的參數(shù)。這是指200射線跟蹤計算。如果數(shù)據(jù)點的數(shù)量超過9000，與通過射線跟蹤方法計算所有數(shù)據(jù)的方法相比，計算量大幅度減少。該圖表明很難預(yù)測單個衰落孔，但是統(tǒng)計結(jié)果良好。
本發(fā)明的方法也可以應(yīng)用于寬帶無線系統(tǒng)。除了使用平均信號強(qiáng)度或信號功率作為系統(tǒng)參數(shù)的無線系統(tǒng)之外，本發(fā)明的方法還可以應(yīng)用于平均功率具有其它含義的系統(tǒng)。
盡管以上結(jié)合附圖的例子描述了本發(fā)明，但顯然本發(fā)明并不局限于此，在后附權(quán)利要求書所公開的創(chuàng)新思想的范圍內(nèi)可以通過多種方式進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
1．一種確定無線系統(tǒng)所需區(qū)域中無線電波多徑衰落平均影響的方法，所述方法使用至少兩維的數(shù)字地圖描述系統(tǒng)基站覆蓋區(qū)域的所需區(qū)域，并且所述方法確定所需區(qū)域的不同子區(qū)域中發(fā)射機(jī)輸出的多徑衰落的平均影響，其特征在于，通過射線跟蹤方法確定每個子區(qū)域中某一點的信號衰落參數(shù)，以及利用所述參數(shù)計算出子區(qū)域中信號多徑衰落的平均影響。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在所需區(qū)域的每個子區(qū)域的某一點采用射線跟蹤方法計算到達(dá)所述點的射線的振幅、相移以及到達(dá)角。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，利用通過射線跟蹤方法算出的參數(shù)確定所需區(qū)域的不同子區(qū)域中的平均信號強(qiáng)度。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在確定信號多徑衰落的平均影響時，在每個平均間隔時段中采用射線跟蹤方法計算一點。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該無線系統(tǒng)是一個蜂房無線系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種確定無線系統(tǒng)所需區(qū)域中無線電波多徑衰落平均影響的方法。系統(tǒng)基站覆蓋區(qū)域的所需區(qū)域由數(shù)字地圖描述。在所需區(qū)域的不同子區(qū)域中確定發(fā)射機(jī)輸出的多徑衰落的平均影響。為了減少計算量,通過射線跟蹤方法確定每個子區(qū)域中某一點的信號衰落參數(shù),并且利用所述參數(shù)計算出子區(qū)域中信號多徑衰落的平均影響。
文檔編號H04B7/26GK1227018SQ98800463
公開日1999年8月25日 申請日期1998年4月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月11日
發(fā)明者凱利·辛皮拉 申請人:諾基亞電信公司