CN101924594B

CN101924594B - 一种外场条件下判定无线电测试环境的方法

Info

Publication number: CN101924594B
Application number: CN2010102829815A
Authority: CN
Inventors: 莫益军; 傅韬; 冷琪; 饶佳; 徐利
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2030-09-16
Also published as: CN101924594A

Abstract

本发明涉及一种外场条件下判定无线电测试环境的方法，包括步骤：划定一定待测区域并确定至少三个待测点；视线观察无遮挡物；先后对每个待测点，测量目标通信频率的噪声信号，计算噪声信号的平均接收功率、方差接收功率，当平均接收功率大于-90dBm或接收功率值方差大于9dBm²时，该区域属于NLOS环境；测量接收信号功率，若接收路径数大于1并且路径1的功率过小，该区域属于NLOS环境；计算发射信号的实际衰减值与理论衰减值，当实际衰减值减去理论衰减值的结果大于5dBm时，则该区域属于NLOS环境；否则，该区域属于LOS环境。本发明提供了一种可定量的精确判定外场条件下无线信号传播环境的方法，克服了现有的目测经验判定所存在的不准确的缺陷，值得推广应用。

Description

一种外场条件下判定无线电测试环境的方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别地，涉及一种外场条件下判定无线信号传播环境为视距的方法。

背景技术

在外场测试条件下，无线电磁波在传播过程中受到气候、地形、建筑物和植被覆盖等因素干扰，将沿着多条路径到达接收机，即产生多径效应。各路径的信道特征随时间变化，参与干涉的各分量场之间的相互关系也将变化，由于各个路径的信号分量到达接收机的时间不同，接收信号的相位也不同，当不同相位的多径信号相位相同时，在接收端叠加得到的有效信号被加强；当各径信号的相位相反时，接收信号将会被减弱，由于接收信号幅度的急剧变化而引起的信道衰落即为快衰落；而区域位置和气象的变化引起的接收功率中值的缓慢变化为慢衰落，这些效应的存在导致了外场条件的复杂性，使得无线设备在外场测试过程中难以保证测试环境的一致性，并给特定性能指标的测试带来障碍。

外场条件下的无线信号传播环境一般分为两类：视距（LOS）环境和非视距（NLOS）环境。其中LOS环境指在发射机和接收机之间的若干条到达路径之中存在一条直达径，直达径的功率分量占接收信号功率的主要部分，且其传播方向和衰减损耗可被预测；而NLOS环境下各径信号的到达受复杂地形和天气、人为等因素影响，传播过程和信道特征难以预测。当对各个厂商生产的无线设备进行比较性测量时，尽管信号衰减、赋形增益等指标可以在LOS或NLOS环境下通过海量数据统计获取，但是对于一些特定的无线设备性能指标，如天线发射方向、波达角（DOA）等，它们与阵列校准、天线位置、终端位置等因素密切相关，只有在LOS环境下测量才能确保测量指标值的准确性和测量过程的可复制性。

目前判定无线信号视距传播的方法主要依靠工程师的经验和目测，然而大量的研究资料表明，无线电外场环境中，视线观察到的发射机和接收机之间的直达并不代表信号传播处于LOS环境，因此需要更加精确的判定外场条件下无线信号传播环境的方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种外场条件下判定无线信号传播环境为视距的方法。根据本发明实施例的外场条件下判定无线信号传播环境为视距的方法包括以下步骤：

第一步骤，通过定位工具测量发射天线的地理位置，以发射天线为中心，以50米到300米的固定距离为半径，以发射天线所指方向为中线，划定比发射天线的覆盖角大20°到40°的角度的扇形区域为待测区域；

第二步骤，通过视线观察，当待测区域内存在建筑物或明显遮挡物时，判定该区域属于NLOS环境；否则，继续以下步骤；

第三步骤，在所述扇形待测区域内选定三个待测点A、B、C，设发射天线所在点为O点，则直线OA为扇形的中线，直线OB、OC点分别位于OA两侧，且OB、OC分别与OA的夹角相等，线段OA、OB、OC的距离相等，计算三个待测点的地理位置；

第四步骤，对待测点A，采用外接信标天线的信号测量工具测量目标通信频率的噪声信号，以获得一组测试数据，该组测试数据包含N条测试数据记录，每条所述测试数据记录包括，信号采集时间戳、若干到达路径、与该若干到达路径分别对应的信号接收功率、信号到达的时间、路径编号，所述路径编号反映信号到达的时间先后顺序；

第五步骤，对上述每一条测试数据记录，将含有的所有路径的接收功率数据相加，以获得该条数据记录对应的接收功率总和，然后对上述N条数据对应的接收功率总和进行统计时间平均，当统计平均的结果大于-90dBm时，判定该区域属于NLOS环境；否则，继续以下步骤；

第六步骤，计算上述N条数据对应的接收功率总和的方差，当方差大于9dBm²时，判定该区域属于NLOS环境；否则，继续以下步骤；

第七步骤，配置发射天线的相关参数，待发射天线预热且稳定工作后，在待测点A，使用扫频仪记录一组对应发射信号的接收信号功率数据，所述接收信号功率数据的格式与第四步骤中获得的测试数据的格式相同；

第八步骤，对第七步骤中获得的一组接收信号功率数据进行统计，根据路径编号，对该组数据中包含的所有路径对应的接收信号功率进行统计平均；当该组数据包含的路径编号数大于1，并且路径1对应的接收功率统计平均值小于其它任一条路径对应的接收功率统计平均值加上10dBm时，判定该区域属于NLOS环境；否则，继续以下步骤；所述路径1为信号最先到达的路径；

第九步骤，根据第七步骤中获得的一组接收功率数据，对各条数据中包含的路径1对应的接收功率进行时间统计平均，根据该统计平均的结果和发射天线的发射功率，计算得到第一发射信号的衰减值；

第十步骤，根据待测点A和发射天线之间的距离，计算得到第二发射信号的衰减值；用第一发射信号的衰减值减去第二发射信号的衰减值，当所得到的结果大于5dBm时，判定该区域属于NLOS环境；否则，继续以下步骤；

第十一步骤，针对待测点B和待测点C，分别重复实施第四步骤至第十步骤，当所有步骤全部通过时，则判定该区域属于LOS环境。

本发明提供了一种可定量的精确判定外场条件下无线信号传播环境的方法，克服了现有的目测经验判定所存在的不准确的缺陷，值得推广应用。

附图说明

此处所说明的附图用了提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1是根据本发明实施例的外场条件下判定无线信号视距传播环境的方法的流程图；

图2是基于本发明的实施例示出的一个外场条件下的无线信号传播场景；

图3是基于本发明的实施例示出的一个外场条件下的无线信号传播场景。

具体实施方式

在下面的描述中，给出了某些具体细节以便对本发明多个实施例的充分理解。不过，本领域技术人员可知，没有这些细节也能实现本发明。在其他情况下，没有详细表示或描述与计算机、传输介质、测量设备、记录设备等设备有关的公知结构，以避免不必要的干扰对本发明实施例的描述。

除非内容需要，否则在说明书和权利要求书中，词语“包括”及其变化被理解成开方的“包含”的意思，即“包括，但不限于”。

本发明提出了一种结合理论分析和实际测量的传播环境判定方法，用以在外场条件下判定无线信号传播环境。如图1所示，根据本发明实施例的外场条件下判定无线信号传播环境为视距的方法包括以下步骤：

步骤S01，通过定位工具测量发射天线的地理位置，以发射天线为中心，以50米到300米的固定距离为半径，以发射天线所指方向为中线，划定比发射天线的覆角大20°到40°的角度的扇形区域为待测区域，如图2所示，图中的[1]表示扇形区域的弧角，[2]表示扇形区域的半径，[3]和[4]表示扇形区域的两个顶点；

步骤S02，通过视线观察，当待测区域内存在建筑物或明显遮挡物时，判定该区域属于NLOS环境；否则，继续以下步骤；

步骤S03，选定三个待测点，该三个待测点均位于待测区域内，且分别位于扇形待测区域的中线，以及与中线相隔相同角度的左右两条直线上，该三点与发射天线之间的距离相同计算三个待测点的地理位置，分别设为A、B、C，如图3所示，其中[5]为待测点与发射天线之间的距离，[6]为三个待测点与发射天线构成的小扇形区域的弧角，[7]、[8]、[9]分别对应A、B、C三点；

其中，在步骤S03中，各个待测点与待测区域外边界之间均留有20米到200米的富余距离，这是为了减少待测区域以外可能存在的建筑物或遮挡物导致的反射信号干扰。

步骤S04，对待测点A，采用外接信标天线的信号测量工具（如频谱分析仪）测量目标通信频率的噪声信号，以获得一组测试数据，该组测试数据包含N条测试数据记录，每条所述测试数据记录包括，信号采集时间戳、若干到达路径、与该若干到达路径分别对应的信号接收功率、信号到达的时间、路径编号；

步骤S05，对上述每一条包含时间戳的数据记录，将含有的所有路径的接收功率数据相加，以获得该条数据记录对应的接收功率总和，然后对上述N条数据对应的接收功率总和进行统计时间平均，当统计平均的结果大于-90dBm时，判定该区域属于NLOS环境；否则，继续以下步骤；

步骤S06，计算上述N条数据对应的接收功率总和的方差，当方差大于9dBm²时，判定该区域属于NLOS环境；否则，继续以下步骤；

步骤S07，配置发射天线的相关参数，待发射天线预热且稳定工作后，在待测点A，使用扫频仪记录一组对应发射信号的接收信号功率数据，其中该组数据的格式与第四步骤中获得的数据的格式相同；

其中，步骤S07中，发射天线的相关参数包括天线的发射功率，例如30dBm、通信频率、通信时隙；

步骤S08，对步骤中S07获得的一组接收信号功率数据进行统计，根据路径编号，对该组数据中包含的所有路径对应的接收信号功率进行统计平均，当该组数据包含的路径编号数大于1，并且路径1对应的接收功率统计平均值小于其它任一条路径对应的接收功率统计平均值加上10dBm时，判定该区域属于NLOS环境；否则，继续以下步骤；

其中，在步骤S08中，由于两点之间直线最短，在LOS环境下直射路径到达的时间将最早，且即便存在其它路径，该路径对应的接收功率也将明显高于其它路径，这是判定LOS环境的一个标准。

例如，该组接收信号功率数据包含3条数据记录，分别为：

路径1接收功率路径2接收功率路径3接收功率

-65dBm -75dBm -80dBm

-64dBm -73dBm 无

-66dBm -76dBm -79dBm

则对该3条路径对应的接收信号功率统计平均值依次为：-65dBm、-74.67dBm、-79.5dBm，虽然比较路径1和路径3可得，但是比较路径1和路径2可得

，因此，判定该区域属于NLOS环境。

步骤S09，根据步骤S07中获得的一组接收功率数据，对各条数据中包含的路径1对应的接收功率进行时间统计平均，根据统计平均的结果和发射天线的发射功率，计算第一发射信号的衰减值即发射信号的实际衰减值；

例如，该组接收信号功率数据包含3条数据记录，其中路径1对应的接收信号功率分别为-65dBm、-64dBm、-66dBm，则统计平均的结果为-65dBm；当发射天线的发射功率为30dBm时，发射信号的实际衰减值为

Figure 2010102829815100002DEST_PATH_IMAGE003

dBm。

步骤S10，根据待测点A和发射天线之间的距离，计算第二发射信号的衰减值即发射信号的理论衰减值，用发射信号的实际衰减值减去发射信号的理论衰减值，当所得到的结果大于5dBm时，判定该区域属于NLOS环境；否则，继续以下步骤；

其中，在步骤S10中，根据待测点与发射天线之间的距离计算衰减值的方法可以用下面的公式（1）表示：

(1)

其中，

Figure 2010102829815100002DEST_PATH_IMAGE005

为经验常数，单位为dBm；L为所求的传播损耗，单位也是dBm；d为传播距离，单位是km；f为传播频率，单位为MHZ；和

Figure 2010102829815100002DEST_PATH_IMAGE007

分别为经验常数。

例如，待测点与发射天线之间的距离为200米时，无线电传播频率为2000MHZ，，

和分别依次为26和20，则计算出的理论衰减值为

Figure 2010102829815100002DEST_PATH_IMAGE009

dBm，当步骤S09中计算出的发射信号的实际衰减值为95dBm时，由于95dBm－90.45dBm＞5dBm，因而，不能判定该区域属于NLOS环境，应继续以下步骤。

步骤S11，针对待测点B和待测点C，分别重复实施第四步骤至第十步骤，当所有步骤全部通过时，判定该区域属于LOS环境。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种外场条件下判定无线电测试环境的方法，其特征在于包括以下步骤：

第二步骤，通过视线观察，当待测区域内存在建筑物或明显遮挡物时，判定该区域属于非视距NLOS环境；否则，继续以下步骤；

第八步骤，对第七步骤中获得的一组接收信号功率数据进行统计，根据路径编号，对该组数据中包含的所有路径对应的接收信号功率进行统计平均；当该组数据包含的路径编号数大于1，并且路径1对应的接收功率统计平均值小于其它任一条路径对应的接收功率统计平均值加上10dBm时，判定该区域属于NLOS环境，所述路径1为信号最先到达的路径；否则，继续以下步骤；

第十一步骤，针对待测点B和待测点C，分别重复实施第四步骤至第十步骤，当所有步骤全部通过时，则判定该区域属于视距LOS环境。