一种扩展的COST-231-Walfisch-Ikegami传播模型预测室外三维空间场强的方法技术

一种扩展的COST-231-Walfisch-Ikegami传播模型预测室外三维空间信号场强的方法：建立发射基站到预测区域空间的三维场景模型；在预测区域按照一定的分辨率进行现场测量并记录所述区域离地1米高度的无线信号强度信息；获取发射基站到离地1米高度的某一接收点之间的垂直截面，并从中获取平均楼顶高度、平均街道宽度及平均楼宇间距；预测出所述测量点的接收信号强度；根据测量数据和预测结果的差值Δ，校正所述测量点的传播模型；获取发射基站到所述测量点其它高度的接收点的垂直截面，并从中过滤出菲涅尔圈以外的建筑，重新获取平均楼顶高度、平均街道宽度及平均楼宇间距，计算所述测量点其它高度的接收信号强度。

【技术实现步骤摘要】
一种预测室外三维空间场强的方法
本专利技术涉及一种扩展的COST-231-Walfisch-Ikegami传播模型预测室外三维空间场强的方法，属于移动通信的电磁波传播预测领域。
技术介绍
无线传播模型是一组用于预测给定环境中无线电传播特性的数学表达式、图表或算法。一般说来，传播模型可以是经验模型(又称统计模型)，也可以是理论模型(也称确定模型)，或是二者的组合。经验模型隐含地考虑了所有环境因素的影响，不管它们彼此之间是互相独立的或是互相影响的，经验模型的精确程度不仅取决于测量的精确程度，而且还和所分析的环境与模型适应环境二者间的相似程度有关，这类模型的计算效率比较高，常用于室外大场景的无线信号预测。常用的室外经验预测模型包括应用室外宏蜂窝的Okumura-Hata模型[1]，应用与室外微蜂窝的COST-231-Walfisch-Ikegami模型[2]。理论模型基于电波传播的物理原理，根据特定的环境模型，计算电波在特定环境中的传播过程，计算准确度较高，但是计算效率比较低，常用于室内场景的无线信号预测。常用的室内传播模型包括射线跟踪传播模型[3]，有限时域差分传播模型[4]。参考文献[1]M.Hata,"EmpiricalFormulaforPropagationLossinLandMobileRadioServices,"IEEETrans.Vehic.Tech.,vol.29,no.3,1980.[2]"PropagationPredictionModels,"COST231FinalRep.,ch.4,pp.17-21.[3]Gschwendtner,B.E.G.B.Burk,andF.M.Landstorfer,Raytracingvs.raylaunchingin3Dmicrocellmodelling,"1stEuropeanPersonalandMobileCommunicationsConference(EPMCC),74-79,Bologna,Nov.1995.[4]LajosNagy,“FDTDandRayOpticalMethodsforIndoorWavePropagationModeling,”MicrowaveReview,47-53,July,2010.COST-231-Walfisch-Ikegami模型是一种室外经验型的传播模型，它基于详细的街道及建筑物数据信息，根据发射天线和接收天线之间的垂直截面，从中获取平均楼顶高度、平均街道宽度及平均楼宇间距，根据发射天线与接收天线之间是否为视线(LOS)传播，计算出视线传播损耗或者非视线(NLOS)传播损耗(包括自由空间损耗、屋顶绕射损耗、多重屏障绕射损耗)，因为在城区环境中屋顶绕射是信号传播的主要成分，因此该模型在经验模型中预测结果较为准确，由于传统的室外信号预测只关心室外离地高度1米的区域的信号覆盖情况，该模型仅适用于离地高度为1米的室外环境预测。然而，随着无线通信技术的发展，室内外联合网络规划优化已经成为移动运营商网络规划和建设的重点，室内外联合仿真是室内外联合规划的前提，室外基站信号对室内高层建筑的影响是室内外联合仿真需要考虑的一个问题，预测室外信号对室内高层建筑信号的影响，首先需要预测室外基站在室内高层建筑周围产生的信号场强。总而言之，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题是：如何快速准确的预测室外基站天线在三维空间产生的信号场强。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种扩展的COST-231-Walfisch-Ikegami传播模型预测室外三维空间信号场强的方法。本专利技术概述：一种扩展的COST-231-Walfisch-Ikegami传播模型预测室外三维空间信号场强的方法，步骤如下：建立发射基站到预测区域空间的三维场景模型；在预测区域按照一定的分辨率进行现场测量并记录所述区域离地1米高度的无线信号强度信息；获取发射基站到离地1米高度的某一接收点之间的垂直截面，并从中获取平均楼顶高度、平均街道宽度及平均楼宇间距；根据COST-231-Walfisch-Ikegami传播模型计算公式，预测出所述测量点的接收信号强度；根据测量数据和预测结果的差值Δ，校正所述测量点的COST-231-Walfisch-Ikegami传播模型；获取发射基站到所述测量点其它高度的接收点的垂直截面，并从中过滤出菲涅尔圈以外的建筑，重新获取平均楼顶高度、平均街道宽度及平均楼宇间距，根据校正后的COST-231-Walfisch-Ikegami传播模型计算所述测量点其它高度的接收信号强度。专利技术详述：一种扩展的COST-231-Walfisch-Ikegami传播模型预测室外三维空间信号场强的方法，包括步骤如下：(1)建立发射基站到预测区域空间的三维场景模型：利用现有建模技术，通过导入GIS格式地图的方法，建立发射基站到预测区域空间的三维场景模型，所述三维场景模型包括发射基站与预测区域范围内的所有建筑物的三维建筑模型及街道信息；其中所述发射基站与预测区域范围内的建筑的确定方法为：在发射基站与预测区域接收点间的第一菲涅尔圈以内的所有建筑；所述第一菲涅尔圈的半径r的计算方法为其中，λ为电磁波的波长、d表示发射基站到接收点之间的距离，S表示垂直于发射点和接收点之间连线的一个无限大的平面，d1和d2分别表示发射基站和接收点与平面S的距离；所述三维建筑模型信息包括建筑物外包络信息，建筑物高度信息hroof，建筑物地理位置信息；所述街道信息包括街道的宽度信息w、街道的地理位置信息；(2)按固定分辨率，利用现有仪器测量预测区域内、高度为1米处的无线信号强度，形成每一个接收点的测量数据(x,y,z,Mrx)：所述每一个接收点的测量数据包括了该接收点的位置信息、无线信号强度信息，其中，x为接收点的经度信息，y为接收点的纬度信息，z为接收点的高度信息，Mrx为接收信号强度；(3)根据COST-231-Walfisch–Ikegami传播模型，预测出1米高度某一个测量点的接收信号强度：获取发射基站到离地1米高度的某一测量点之间的垂直截面，并从中获取COST-231-Walfisch-Ikegami传播模型的关键参数：所述关键参数包括平均楼顶高度hroof、平均街道宽度w、平均楼宇间距b、基站高度htx、接收点高度hrx、基站发射功率W、基站发射信号频率f、基站距离测量点之间的距离d、基站直射波入射方向与测量点所属街道方向的夹角根据COST-231-Walfisch–Ikegami传播模型计算公式，预测出所述接收点的接收信号强度Trx，包括以下步骤(3-1)-(3-3)：(3-1)分别计算基站与测试点间视线传播和非视线传播的传播损耗，依据步骤(3-2)计算视线传播的传播损耗Lblos，依据步骤(3-3)计算非视线传播的传播损耗LbNlos，因此传播损耗Lb表示为如下公式：(3-2)基站与测试点为视线传播时，传播损耗根据公式Lblos＝42.6+26lgd+20lgf计算；(3-3)基站与测试点为非视线传播时，传播损耗根据公式LbNlos＝Lbs+Lrts+Lmsd计算，其中Lbs为自由空间传播损耗，Lrts为屋顶至街道的绕射及散射损耗，Lmsd为多重屏障本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种扩展的COST‑231‑Walfisch‑Ikegami传播模型预测室外三维空间信号场强的方法，其特征在于，该方法包括步骤如下：(1)建立发射基站到预测区域空间的三维场景模型：利用现有建模技术，通过导入GIS格式地图的方法，建立发射基站到预测区域空间的三维场景模型，所述三维场景模型包括发射基站与预测区域范围内的所有建筑物的三维建筑模型及街道信息；其中所述发射基站与预测区域范围内的建筑的确定方法为：在发射基站与预测区域接收点间的第一菲涅尔圈以内的所有建筑；所述第一菲涅尔圈的半径r的计算方法为其中，λ为电磁波的波长、d表示发射基站到接收点之间的距离，S表示垂直于发射点和接收点之间连线的一个无限大的平面，d1和d2分别表示发射基站和接收点与平面S的距离；所述三维建筑模型信息包括建筑物外包络信息，建筑物高度信息hroof，建筑物地理位置信息；所述街道信息包括街道的宽度信息w、街道的地理位置信息；(2)按固定分辨率，利用现有仪器测量预测区域内、高度为1米处的无线信号强度，形成每一个接收点的测量数据(x，y，z，Mrx)：所述每一个接收点的测量数据包括了该接收点的位置信息、无线信号强度信息，其中，x为接收点的经度信息，y为接收点的纬度信息，z为接收点的高度信息，Mrx为接收信号强度；(3)根据COST‑231‑Walfisch‑Ikegami传播模型，预测出1米高度某一个测量点的接收信号强度：获取发射基站到离地1米高度的某一测量点之间的垂直截面，并从中获取COST‑231‑Walfisch‑Ikegami传播模型的关键参数：所述关键参数包括平均楼顶高度hroof、平均街道宽度w、平均楼宇间距b、基站高度htx、接收点高度hrx、基站发射功率W、基站发射信号频率f、基站距离测量点之间的距离d、基站直射波入射方向与测量点所属街道方向的夹角根据COST‑231‑Walfisch‑Ikegami传播模型计算公式，预测出所述接收点的接收信号强度Trx，包括以下步骤(3‑1)‑(3‑3)：(3‑1)分别计算基站与测试点间视线传播和非视线传播的传播损耗，依据步骤(3‑2)计算视线传播的传播损耗Lblos，依据步骤(3‑3)计算非视线传播的传播损耗LbNlos，因此传播损耗Lb表示为如下公式：(3‑2)基站与测试点为视线传播时，传播损耗根据公式计算；(3‑3)基站与测试点为非视线传播时，传播损耗根据公式LbNlos＝Lbs+Lrts+Lmsd计算，其中Lbs为自由空间传播损耗，Lrts为屋顶至街道的绕射及散射损耗，Lmsd为多重屏障的绕射损耗，Lbs、Lrts、Lmsd的具体计算方法依据步骤(3‑3‑1)‑(3‑3‑3)：(3‑3‑1)所述步骤(3‑3)中，Lbs的计算公式为Lbs＝32.45+20lgd+20lgf；(3‑3‑2)所述步骤(3‑3)中，Lrts的计算公式为：其中，(3‑3‑3)所述步骤(3‑3)中，Lmsd的计算公式为其中，(3‑4)当发射基站与测试点为视线传播时，所述测试点的接收信号场强Tlos＝W‑Lblos；当发射基站与测试点为非视线传播时，所述测试点的接收信号场强TNlos＝W‑LbNlos，因此，所述测试点的信号场强表示为：(4)根据所述测试点的实际测量场强Mrx和预测场强Trx，计算测量值和预测值的误差Δ＝Mrx‑Trx，校正所述测量点的COST‑231‑Walfisch‑Ikegami传播模型计算公式；(5)获取发射基站到所述测量点的扩展高度hrx′的接收点的垂直截面，并从中过滤出发射点到接收点之间第一菲涅尔圈以外的建筑，重新获取COST‑231‑Walfisch‑Ikegami传播模型的关键参数，根据校正后的COST‑231‑Walfisch‑Ikegami传播模型计算所述测量点的扩展高度hrx′的接收点处的接收信号强度；(6)改变hrx′的高度，重复步骤(5)，利用校正的COST‑231‑Walfisch‑Ikegami传播模型算法计算该接收点上所有扩展高度上的接收信号强度；(7)改变测试点的位置，重复步骤(3)‑(6)，计算所有测试点上的所有扩展高度上的接收信号强度，从而获得预测区域内建筑物某一室外区域三维空间上的预测信号场强。...

【技术特征摘要】
1.一种扩展的COST-231-Walfisch-Ikegami传播模型预测室外三维空间信号场强的方法，其特征在于，该方法包括步骤如下：(1)建立发射基站到预测区域空间的三维场景模型：利用现有建模技术，通过导入GIS格式地图的方法，建立发射基站到预测区域空间的三维场景模型，所述三维场景模型包括发射基站与预测区域范围内的所有建筑物的三维建筑模型及街道信息；其中所述发射基站与预测区域范围内的建筑的确定方法为：在发射基站与预测区域接收点间的第一菲涅尔圈以内的所有建筑；所述第一菲涅尔圈的半径r的计算方法为其中，λ为电磁波的波长、d表示发射基站到接收点之间的距离，S表示垂直于发射点和接收点之间连线的一个无限大的平面，d1和d2分别表示发射基站和接收点与平面S的距离；所述三维建筑模型信息包括建筑物外包络信息，建筑物高度信息hroof，建筑物地理位置信息；所述街道信息包括街道的宽度信息w、街道的地理位置信息；(2)按固定分辨率，利用现有仪器测量预测区域内、高度为1米处的无线信号强度，形成每一个接收点的测量数据(x,y,z,Mrx)：所述每一个接收点的测量数据包括了该接收点的位置信息、无线信号强度信息，其中，x为接收点的经度信息，y为接收点的纬度信息，z为接收点的高度信息，Mrx为接收信号强度；(3)根据COST-231-Walfisch–Ikegami传播模型，预测出1米高度某一个测量点的接收信号强度：获取发射基站到离地1米高度的某一测量点之间的垂直截面，并从中获取COST-231-Walfisch-Ikegami传播模型的关键参数：所述关键参数包括平均楼顶高度hroof、平均街道宽度w、平均楼宇间距b、基站高度htx、接收点高度hrx、基站发射功率W、基站发射信号频率f、基站距离测量点之间的距离d、基站直射波入射方向与测量点所属街道方向的夹角根据COST-231-Walfisch–Ikegami传播模型计算公式，预测出所述接收点的接收信号强度Trx，包括以下步骤(3-1)-(3-3)：(3-1)分别计算基站与测试点间视线传播和非视线传播的传播损耗，依据步骤(3-2)计算视线传播的传播损耗Lblos，依据步骤(3-3)计算非视线传播的传播损耗LbNlos，因此传播损耗Lb表示为如下公式：(3-2)基站与测试点为视线传播时，传播损耗根据公式Lblos＝42.6+26lgd+20lgf计算；(3-3)基站与测试点为非视线传播时，传播损耗根据公式LbNlos＝Lbs+Lrts+Lmsd计算，其中Lbs为自由空间传播损耗，Lrts为屋顶至街道的绕射及散射损耗，Lmsd为多重屏障的绕射损耗，Lbs、Lrts、Lmsd的具体计算方法依据步骤(3-3-1)—(3-3-3)：(3-3-1)所述步骤(3-3)中，Lbs的计算公式为Lbs＝32.45+20lgd+20lgf；(3-3-2)所述步骤(3-3)中，Lrts的计算公式为：其中，(3-3-3)所述步骤(3-3)中，Lmsd的计算公式为其中，(3-4)当发射基站与测试点为视线传播时，所述测试点的接收信号场强Tlos＝W-Lb...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏冰，赖智华，秦春霞，
申请(专利权)人：山东润谱通信工程有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37