【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线通信，具体涉及一种室外的物联网终端传输模型及路径损耗优化方法与系统。
技术介绍
1、作为5g时代的新兴技术，物联网应用近年来呈现爆发式增长。物联网(internetof things,iot)信号传输特性是指物联网中设备之间进行数据交换和通信时的相关特征和性质。这些特性对于确保物联网系统的可靠性、安全性和效率至关重要。低功耗、高可靠性、自组网能力等是一些常见的物联网信号传输特性。在不同的物联网应用场景中，可能会有不同的要求和重点，因此选择合适的通信技术对于构建高效可靠的物联网系统至关重要。
2、物联网应用场景多种多样，特定组网的布置环境复杂，周围会对信号产生干扰的因素多。而当物联网信号载波频率由5g时代(sub-1ghz)向设想的6g时代(sub-6ghz)演进的过程中，更小波长的信号更容易也会受到更多环境因素的干扰。因此，对于小区域精细化b5g\6g物联网信号传输特性的研究显得尤为重要。但目前此领域的研究仍集中于室内环境、规则建筑环境、以及远距离简单空旷室外环境。
3、双线地面反射路径损耗模型是一种用于计算无线通信系统中信号在地面上反射时的损耗模型。这种模型通常适用于室外环境，特别是在城市或开阔地区，其中地面表面可以反射信号到接收器。该模型基于双线传播路径，考虑了直射路径和地面反射路径。在这个模型中，信号从发射器发出，沿直射路径到达接收器，同时信号也会在地面上发生反射，然后再到达接收器。这两条路径的信号将干涉并形成总的接收信号。该模型使用以下参数来计算路径损耗：1)距离：发射器到接收器
4、具体的双线地面反射路径损耗模型方程式可能因研究或应用而异。实际应用中，可能需要考虑更多的因素，如多径传播、地形变化、信号衰减等。因此，更复杂的模型和工具通常会用于真实场景中的路径损耗预测和无线通信系统设计。本专利技术聚焦于野外环境小范围双线地面反射路径损耗模型，着重考虑以往类似模型中被忽略的三维地理位置修正影响。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术目的在于提供一种基于三维地理位置的物联网终端路径损耗优化方法与系统，通过考虑物联网终端的修正三维地理位置信息，精确接收信号强度，掌握环境影响因素。利用地理信息参数等因素，使用mlsl算法进行迭代，实现更精确的路径损耗模型的目的。
2、技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于三维地理位置的物联网终端路径损耗优化方法，包括以下步骤：
3、步骤1：在户外场地进行点对点传输实验的过程中，通过实验方式获取每一处信号接收位置与信号发射位置的相对距离rd、接收端和发射端的海拔高度h(i)和h(0)、接收端和发射端连线在地面平面投影与正东方向的相对角度φ；
4、步骤2：确定三维地理位置物理量，包括：接收端天线底座与发射端的相对高度δh；接收端天线底座相对于发射端的倾斜角度α；每个测量点和天线基座之间的矢量长度d0；接收端和发射端的连线矢量和水平方向矢量之间在垂直平面的角度θ；每个测量点水平和地面反射射线路径之间的角度δ；地面的入射/反射光线角度v和反射光线相对于接收天线水平方向的角度ξ以及反射光线路径长度rr；
5、步骤3：确定增强型双线地面反射模型：
6、
7、其中，pr为接收端信号强度，pt为发射端信号强度，ga为接收端放大器增益，gt(θ,φ)表示在角度θ与角度φ方向上分解后的发射端直射电磁波增益，gr(θ,φ)表示在角度θ与角度φ方向上分解后的接收端直射电磁波增益，λ为信号的波长，l为标准系统损耗，ρ(υ)为垂直偏振入射辐射的反射系数，gt(δ,φ)表示在角度δ与角度φ方向上分解后的发射端反射电磁波增益，gr(ξ,φ)表示在角度ξ与角度φ方向上分解后的接收端反射电磁波增益，j表示虚数，γ＝β(rd-rr)，β为波印廷矢量公式中的系数；
8、步骤4：根据具体使用的天线型号，确定传输天线耦合度对测量信号的具体影响范围，得到直射电磁波最大增益归一化耦合系数dd(θ,φ)以及反射电磁波最大增益归一化耦合系数dr(δ,ξ,φ)，并代入所述增强型双线地面反射模型；
9、步骤5：利用mlsl算法与三维地理位置修正信息获取步骤4中增强型双线地面反射模型的优化曲线，确定正向解的公式；
10、步骤6：在三维可行性空间上的多个位置重复评估正向解，选取n个测量点处的相关物理量进行迭代，获得数据集的最佳拟合，确定最终的优化路径损耗模型。
11、作为优选，所述步骤1中使用spyglass app、gps定位或北斗定位方式，确定每一个测量点处的三维信息物理量。
12、作为优选，所述步骤2中接收端天线底座与发射端的相对高度δh＝h(i)-h(0)；接收端天线底座相对于发射端的倾斜角度α＝tan-1(δh/d0)；每个测量点和天线基座之间的矢量长度其中，ht为发射端天线高度，hr为接收端天线高度；接收端和发射端的连线矢量和水平方向矢量之间在垂直平面的角度θ＝tan-1[(ht-hr+d0tan(α))/d0]；每个测量点水平和地面反射射线路径之间的角度δ＝tan-1([ht+hrcos(2α)+d0tan(α)]/d0)；地面的入射/反射光线角度υ＝δ-α；反射光线相对于接收天线水平方向的角度ξ＝δ-2α；反射光线路径长度
13、
14、作为优选，垂直偏振入射辐射的反射系数ρ(υ)表示为：
15、
16、其中，ε′为地平面复介电常数的实部，ε″为地平面复介电常数的虚部。
17、作为优选，所述步骤4中直射电磁波最大增益归一化耦合系数dd(θ,φ)以及反射电磁波最大增益归一化耦合系数dr(δ,ξ,φ)表示为：
18、
19、
20、其中，gt(0,0)表示发射端的天线峰值增益，gr(0,0)表示接收端的天线峰值增益；分别为发射端天线垂直和水平方向孔径宽度；分别为接收端天线垂直和水平方向孔径宽度。
21、作为优选，所述步骤4中基于归一化耦合系数的增强型双线地面反射模型表示为：
22、
23、作为优选，所述步骤5中使用mlsl算法，选取n个测量点处的相关物理量进行迭代，优化拟合曲线；在考虑三维地理位置修正的情况后，主要参数为发射天线耦合度参数a0、地平面复介电常数的实部ε′、地平面复介电常数的虚部ε″，mlsl算法正向解表达式为：
24、
25、
26、其中上标或下标n表示第n个测量点的数据，rms误差函数是合成生成的正向解和所有n点上的测量数据之间的“最小二乘”差。
27、基于相同的专利技术构思，本专利技术提供一种基于三维地理位置的物联网终端路径损耗优化系统，包括：...
【技术保护点】
1.一种基于三维地理位置的物联网终端路径损耗优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于三维地理位置的物联网终端路径损耗优化方法，其特征在于，所述步骤1中使用Spyglass App、GPS定位或北斗定位方式，确定每一个测量点处的三维信息物理量。
3.根据权利要求1所述的基于三维地理位置的物联网终端路径损耗优化方法，其特征在于，所述步骤2中接收端天线底座与发射端的相对高度Δh＝H(i)-H(0)；接收端天线底座相对于发射端的倾斜角度α＝tan-1(Δh/D0)；每个测量点和天线基座之间的矢量长度其中，hT为发射端天线高度，hR为接收端天线高度；接收端和发射端的连线矢量和水平方向矢量之间在垂直平面的角度θ＝tan-1[(hT-hR+D0tan(α))/D0]；每个测量点水平和地面反射射线路径之间的角度δ＝tan-1([hT+TRCos(2α)+D0tan(α)]/D0)；地面的入射/反射光线角度υ＝δ-α；反射光线相对于接收天线水平方向的角度ξ＝δ-2α；反射光线路径长度
4.根据权利要求1所述的基于三维地理位置的物联网终端
5.根据权利要求1所述的基于三维地理位置的物联网终端路径损耗优化方法，其特征在于，所述步骤4中直射电磁波最大增益归一化耦合系数DD(θ，φ)以及反射电磁波最大增益归一化耦合系数DR(δ，ξ，φ)表示为：
6.根据权利要求1所述的基于三维地理位置的物联网终端路径损耗优化方法，其特征在于，所述步骤4中基于归一化耦合系数的增强型双线地面反射模型表示为：
7.根据权利要求6所述的基于三维地理位置的物联网终端路径损耗优化方法，其特征在于，所述步骤5中使用MLSL算法，选取N个测量点处的相关物理量进行迭代，优化拟合曲线；在考虑三维地理位置修正的情况后，主要参数为发射天线耦合度参数A0、地平面复介电常数的实部ε′、地平面复介电常数的虚部ε″，MLSL算法正向解表达式为：
8.一种基于三维地理位置的物联网终端路径损耗优化系统，其特征在于，包括：
9.一种计算机系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被加载至处理器时实现根据权利要求1-7任一项所述的基于三维地理位置的物联网终端路径损耗优化方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现根据权利要求1-7任一项所述的基于三维地理位置的物联网终端路径损耗优化方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种基于三维地理位置的物联网终端路径损耗优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于三维地理位置的物联网终端路径损耗优化方法，其特征在于，所述步骤1中使用spyglass app、gps定位或北斗定位方式，确定每一个测量点处的三维信息物理量。
3.根据权利要求1所述的基于三维地理位置的物联网终端路径损耗优化方法，其特征在于，所述步骤2中接收端天线底座与发射端的相对高度δh＝h(i)-h(0)；接收端天线底座相对于发射端的倾斜角度α＝tan-1(δh/d0)；每个测量点和天线基座之间的矢量长度其中，ht为发射端天线高度，hr为接收端天线高度；接收端和发射端的连线矢量和水平方向矢量之间在垂直平面的角度θ＝tan-1[(ht-hr+d0tan(α))/d0]；每个测量点水平和地面反射射线路径之间的角度δ＝tan-1([ht+trcos(2α)+d0tan(α)]/d0)；地面的入射/反射光线角度υ＝δ-α；反射光线相对于接收天线水平方向的角度ξ＝δ-2α；反射光线路径长度
4.根据权利要求1所述的基于三维地理位置的物联网终端路径损耗优化方法，其特征在于，垂直偏振入射辐射的反射系数ρ(υ)表示为：
5.根据权利要求1所述的基于三维地理位置的物联网终端路径损耗优化方...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋铁成，耿钰，胡静，夏玮玮，燕锋，沈连丰，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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