CN103391557B - 一种基于网格自动取定室内天线需求及布置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于网格自动取定室内天线需求及布置的方法，该方法包括：首先，利用网格建模模块构建天线位置网格和目标用户位置网格；其次，计算出目标覆盖区域的场强与覆盖率；最后，通过迭代循环后最终自动确定满足用户覆盖要求的天线数量及每个天线的位置。该方法可以自动的确定为满足室内无线网络建设要求时所需的最小天线数量和天线布放的最佳位置提高了工程技术人员的设计效率和质量，节省了设计人工，避免投资浪费现象；而且该方法实用有效、易实现推广。

Description

一种基于网格自动取定室内天线需求及布置的方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种取定室内天线分布情况的方法，尤其涉及了一种基于网格化可自动取定室内天线需求及布置的方法。

背景技术

室内是移动通信业务发生的主要场景，室内无线通信网络承载了用户的大部分话音和数据等通信业务量。多天线的室内分布系统的信号源较为纯净，干扰相对较小，信源功率在室内分布比较均匀，可以吸引室内用户业务量，因此是目前电信运营商最主要的室内无线网络解决方案之一。

室内分布系统工程设计的一个主要问题是如何设计室内分布系统中各个天线的数量和位置，这直接决定和影响无线信号在室内空间的覆盖及质量。其中工程设计的一种方法就是，由工程技术人员进行现场踏勘，人为地预先判断天线适合放置的位置，然后测试信号源和天线来模拟测试了解无线信号的效果。显然，这种人工的方法存在以下不足。首先，天线位置的人工判断与工程技术人员的技术水平有较大相关性。其次，需要工程技术人员现场踏勘，为了更全面的模拟测试覆盖效果，需要不断的改变天线的位置，因此工程量是非常艰巨的。为了减少模拟测试的人工，提高工程设计效率，业内提出了基于室内无线传播模型的场强预测仿真。但是目前这种方法中，天线数量以及各个天线的最佳位置仍然是由技术人员来确定，只是利用仿真工具来评估无线信号覆盖效果。通过多次人工的改变布放的天线数量和位置，尽可能保证室内无线信号覆盖效果满足电信运营商的需求，所以这种方法也存在工作量巨大的不足，而且无法保证最终确定的天线数量和布放位置是最佳的，仅是满足网络建设需求。据发明人查阅资料，目前未见有记载着可以自动取定室内天线分布情况的方法的文献公开。因此，市场上急需一种省工省力、且效率高的取定室内天线分布情况的方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种实用有效、易实现推广、省工省力且效率高的基于网格自动取定室内天线需求及布置的方法；该方法可以自动的确定为满足室内无线网络建设要求时所需的最小天线数量，避免人工确定带来的天线过多造成投资浪费，同时提高了工程技术人员的设计效率，节省了设计人工；可以自动的确定室内无线网络天线布放的最佳位置，避免了无线工程技术人员根据自身的工程经验来人工取定，保证了在满足网络建设要求的前提下最小的天线数量可以实现的最佳无线信号覆盖效果，提高了工程技术人员的设计质量，节省了设计人工；在室内无线网络天线需求数量及其位置的确定与无线信号的场强覆盖效果之间建立了简单明晰的逻辑关系，保证了网络建设实施后的网络质量。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于网格自动取定室内天线需求及布置的方法，

该方法包括：

首先，利用网格建模模块构建天线位置网格和目标用户位置网格；

其次，计算出目标覆盖区域的场强与覆盖率；

最后，通过迭代循环后最终自动确定满足用户覆盖要求的天线数量及每个天线的位置。

基于网格自动取定室内天线需求及布置的方法具体包括以下步骤：步骤一，利用网格建模模块在室内天线所处平面构建天线位置网格，在目标覆盖区域平面构建目标用户位置网格；所述的天线位置网格共设有M个网格，对每个天线位置网格依次进行编号为L_i；所述的目标用户位置网格共设有N个网格，对每个目标用户位置网格依次进行编号为O_j；其中i=1,…,M；j=1,…,N；

步骤二，设定目标覆盖区域的覆盖率目标C₀，初始化室内无线网络天线需求数量Anum=0；

步骤三，增加1个天线，即天线数量Anum加1，形成新的天线组{A_k}；其中k=1,…,Anum；

步骤四，初始化天线组{A_k}中各个天线的位置LA_k=L₁；其中k=1,…,Anum；

步骤五，将天线组位置在室内天线所处平面的天线位置网格中执行一个位置调整；

步骤六，计算目标覆盖区域的覆盖率C；具体为：

（1）室内无线网络用户正常通信的目标场强大小为E₀，根据室内无线网络传播模型计算求得目标覆盖区域每个网格的场强大小为E_j，那么网格O_j的覆盖情况为

，其中排除F′=1的网格O_j（xˊ/2，yˊ/2，Fˊ）；

（2）目标覆盖区域的覆盖率C为；

步骤七，判断目标覆盖区域的覆盖率C是否满足覆盖率目标C₀；如果C＜C₀，则转到步骤八继续执行；如果C≥C₀，则转到步骤九继续执行；

步骤八，判断天线组中天线的所有网格位置组合是否已遍历；如果已遍历，则转到步骤三继续执行；如果未遍历，则转到步骤五继续执行；

步骤九，输出天线组的天线数量Anum和每个天线的位置信息LA_k，从而取定室内无线网络的天线需求量及其相应的位置。

作为本发明进一步说明，以上所述的步骤六中室内无线网络传播模型采用马特内-马恩纳室内无线传播模型，所述的场强E_j为：E_j=Pt+Ga-L-（32.4+20lg(f)+20lg(d)）–Ld；其中E_j为预测点的场强，Pt为天线输出口电平，Ga为天线增益，L为介质衰减，32.45+20lg(f)+20lg(d)为自由空间损耗，Ld为自由因子衰减，20lg(f)中的f为室内天线频率，20lg(d)中的d为天线与目标覆盖区域的距离。

作为本发明进一步说明，以上所述的步骤一中“利用网格建模模块在室内天线所处平面构建天线位置网格”是将室内天线所处的平面位置进行网格化，并线性编号L_i；具体为：

1）在天线位置的二维平面中，利用两条相互垂直的直线（H₀、V₀）分别相切室内天线可能所处的位置范围边缘，从而形成一个二维坐标系X轴和Y轴；

2）沿着X轴和Y轴，按照步长α将天线所处的平面范围划分成M个网格，以网格中心的坐标代表整个网格的坐标，记为L_i（x/2，y/2，F）；其中x=1,3,5,…；y=1,3,5,…；F=0表示网格中没有障碍物，可以作为天线位置，F=1表示网格中有障碍物，不可以作为天线位置；

所述的步骤一中“利用网格建模模块在目标覆盖区域平面构建目标用户位置网格”是将用户所处的平面范围，即室内目标覆盖区域进行网格化，并线性编号为O_j；具体为：

1）在目标覆盖区域的二维平面中，利用两条相互垂直的直线（H₀、V₀）分别相切室内目标覆盖区域的范围边缘，从而形成一个二维坐标系X轴和Y轴；

2）沿着X轴和Y轴，按照步长β将用户所处的平面范围划分成若干网格，以网格中心的坐标代表整个网格的坐标，记为O_j（xˊ/2，yˊ/2，Fˊ），其中xˊ=1,3,5,…；yˊ=1,3,5,…；Fˊ=0表示网格中没有障碍物，可能出现用户，F=1表示网格中有障碍物，不会出现用户。

作为本发明进一步说明，以上所述的天线与目标覆盖区域的距离d通过步骤一种利用网格建模模块构建的天线位置网格和目标用户位置网格这两张网格确定，具体为：。

作为本发明进一步说明，以上所述的步骤五中“将天线组位置在室内天线所处平面的天线位置网格中执行一个位置调整”是对步骤三中构建的天线组{A_k}中的所有天线在天线平面网格中的位置组合进行遍历。具体的工作过程描述如下，为了叙述简便，假定{A_k}中Anum个天线具有相同的射频特性，以2个天线组成的天线组（即Anum=2）为例进行示意说明：

步骤1：初始化{A_k}中2个天线的位置，即LA_k=L₁（k=1，2）；

步骤2：如果不满足目标覆盖率要求，将{A_k}位置在天线平面网格中执行一个位置调整，即A₁天线置于L₁网格，A2天线置于L₂网格；

步骤3：如果不满足目标覆盖率要求，将{A_k}位置在天线平面网格中执行一个位置调整，即A₁天线置于L₁网格，A₂天线置于L₃网格，如此循环直至A₂天线遍历L₁…L_M所有网格位置；

步骤4：如果不满足目标覆盖率要求，将{A_k}位置在天线平面网格中执行一个位置调整，即A₁天线置于L₂网格，A₂天线置于L₂网格；

步骤5：如果不满足目标覆盖率要求，将{A_k}位置在天线平面网格中执行一个位置调整，即A₁天线置于L₂网格，A₂天线置于L₃网格，如此循环直至A₂天线遍历L₂…L_M所有网格位置；

……

依照上述迭代循环，即可遍历天线组{A_k}所有天线在天线平面网格中的各种位置分布组合，对于{A_k}所有天线相同的情形，天线组共有M(M-1)/2种位置分布情形,其中要排除F=1的网格L_i（x/2，y/2，F）。

本发明在构建网格的过程中，步长α根据工程实际需要进行调整，但是必须大于天线尺寸；步长β也是可以根据目标覆盖区域的覆盖率预测精度要求进行调整，大于单个用户占用的最小空间面积即可；通过上述的天线平面和用户平面两个平面的网格化建模，构建了天线位置网格和目标用户位置网格，结合场强预测，从而将天线数量和位置的取定转化为多次迭代遍历的数学过程。天线平面和目标覆盖区域平面可以采用相同的二维坐标原点，也可以根据实际情况采取不同的坐标原点，如果是后一种情形则在下面将要说明的两个平面中网格的距离计算过程中考虑一个固定的位置偏差。

在本发明中，其将室内的天线平面和目标覆盖区域平面进行网格划分，通过若干天线组成的天线组在天线平面网格中位置遍历以及相应的目标覆盖区域覆盖率的判定来自动确定室内无线网络的最小天线数量需求以及各个天线在天线平面网格中所处的位置

本发明的优点：

（1）基于网格的方法可以自动的确定为满足室内无线网络建设要求时所需的最小天线数量，避免人工确定带来的天线过多造成投资浪费，同时提高了工程技术人员的设计效率，节省了设计人工；

（2）基于网格的方法可以自动的确定室内无线网络天线布放的最佳位置，避免了无线工程技术人员根据自身的工程经验来人工取定，保证了在满足网络建设要求的前提下最小的天线数量可以实现的最佳无线信号覆盖效果，提高了工程技术人员的设计质量，节省了设计人工；

（3）基于网格的方法在室内无线网络天线需求数量及其位置的确定与无线信号的场强覆盖效果之间建立了简单明晰的逻辑关系，保证了网络建设实施后的网络质量。

（4）该方法实用有效、易实现推广、省工省力且效率高。

附图说明

图1是本发明的工作流程图。

图2是本发明中在室内天线所处平面构建的天线位置网格示意图。

图3是本发明中在目标覆盖区域平面构建的目标用户位置网格示意图。

图4是本发明中天线组进行位置调整的流程示意图。

图5是本发明中天线与目标覆盖区域网格的距离计算的示意图。

在图5中，上层网格是天线位置网格，下层网格是目标用户位置网格，d1是房屋楼层垂直距离，d2是天线在目标覆盖区域平面的投影与目标覆盖网格的距离。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但这些实施例不限制本发明的保护范围。

实施例：

一种利用网格建模模块构建的天线位置网格和目标用户位置网格这两张网格，结合目标覆盖区域的场强与覆盖率计算，通过迭代循环后最终自动确定满足用户覆盖要求的天线数量及每个天线的位置的方法，依次包括以下步骤：

步骤一，利用网格建模模块在室内天线所处平面构建天线位置网格，在目标覆盖区域平面构建目标用户位置网格；所述的天线位置网格共设有M个网格，对每个天线位置网格依次进行编号为L_i；所述的目标用户位置网格共设有N个网格，对每个目标用户位置网格依次进行编号为O_j；其中i=1,…,M；j=1,…,N；具体为

1）在天线位置的二维平面中，利用两条相互垂直的直线（H₀、V₀）分别相切室内天线可能所处的位置范围边缘，从而形成一个二维坐标系X轴和Y轴；

2）沿着X轴和Y轴，按照步长α将天线所处的平面范围划分成M个网格，以网格中心的坐标代表整个网格的坐标，记为L_i（x/2，y/2，F）；其中x=1,3,5,…；y=1,3,5,…；F=0表示网格中没有障碍物，可以作为天线位置，F=1表示网格中有障碍物，不可以作为天线位置；

3）在目标覆盖区域的二维平面中，利用两条相互垂直的直线（H₀、V₀）分别相切室内目标覆盖区域的范围边缘，从而形成一个二维坐标系X轴和Y轴；

4）沿着X轴和Y轴，按照步长β将用户所处的平面范围划分成若干网格，以网格中心的坐标代表整个网格的坐标，记为O_j（xˊ/2，yˊ/2，Fˊ），其中xˊ=1,3,5,…；yˊ=1,3,5,…；Fˊ=0表示网格中没有障碍物，可能出现用户，F=1表示网格中有障碍物，不会出现用户；

步骤二，设定目标覆盖区域的覆盖率目标C₀，初始化室内无线网络天线需求数量Anum=0；

步骤三，增加1个天线，即天线数量Anum加1，形成新的天线组{A_k}；其中k=1,…,Anum；

步骤四，初始化天线组{A_k}中各个天线的位置LA_k=L₁；其中k=1,…,Anum；

步骤五，将天线组位置在室内天线所处平面的天线位置网格中执行一个位置调整；

步骤六，计算目标覆盖区域的覆盖率C；具体为：

（1）室内无线网络用户正常通信的目标场强大小为E₀，根据室内无线网络传播模型计算求得目标覆盖区域每个网格的场强大小为E_j，那么网格O_j的覆盖情况为

，其中排除F′=1的网格O_j（xˊ/2，yˊ/2，Fˊ）；

所述的E_j采用马特内-马恩纳室内无线传播模型计算求得，具体为：E_j=Pt+Ga-L-（32.4+20lg(f)+20lg(d)）–Ld；其中E_j为预测点的场强，Pt为天线输出口电平，Ga为天线增益，L为介质衰减，32.45+20lg(f)+20lg(d)为自由空间损耗，Ld为自由因子衰减，20lg(f)中的f为室内天线频率，20lg(d)中的d为天线与目标覆盖区域的距离；

所述的天线与目标覆盖区域的距离d通过步骤一种利用网格建模模块构建的天线位置网格和目标用户位置网格这两张网格确定，具体为：；

（2）目标覆盖区域的覆盖率C为；

步骤七，判断目标覆盖区域的覆盖率C是否满足覆盖率目标C₀；如果C≥C₀，则转到步骤九继续执行；如果C＜C₀，则转到步骤八继续执行；

步骤八，判断天线组中天线的所有网格位置组合是否已遍历；如果已遍历，则转到步骤三继续执行；如果未遍历，则转到步骤五继续执行；

步骤九，输出天线组的天线数量Anum和每个天线的位置信息LA_k，从而取定室内无线网络的天线需求量及其相应的位置。

上述的步骤五中“将天线组位置在室内天线所处平面的天线位置网格中执行一个位置调整”是对步骤三中构建的天线组{A_k}中的所有天线在天线平面网格中的位置组合进行遍历。

Claims (5)

1.一种基于网格自动取定室内天线需求及布置的方法，其特征在于，该方法包括：

首先，利用网格建模模块构建天线位置网格和目标用户位置网格；

其次，计算出目标覆盖区域的场强与覆盖率；

最后，通过迭代循环后最终自动确定满足用户覆盖要求的天线数量及每个天线的位置；

所述的基于网格自动取定室内天线需求及布置的方法具体包括以下步骤：

步骤一，利用网格建模模块在室内天线所处平面构建天线位置网格，在目标覆盖区域平面构建目标用户位置网格；所述的天线位置网格共设有M个网格，对每个天线位置网格依次进行编号为L_i；所述的目标用户位置网格共设有N个网格，对每个目标用户位置网格依次进行编号为O_j；其中i＝1,…,M；j＝1,…,N；

步骤二，设定目标覆盖区域的覆盖率目标C₀，初始化室内无线网络天线需求数量Anum＝0；

步骤三，增加1个天线，即天线数量Anum加1，形成新的天线组{A_k}；其中k＝1,…,Anum；

步骤四，初始化天线组{A_k}中各个天线的位置LA_k＝L₁；其中k＝1,…,Anum；

步骤五，将天线组位置在室内天线所处平面的天线位置网格中执行一个位置调整；

步骤六，计算目标覆盖区域的覆盖率C；具体为：

(1)室内无线网络用户正常通信的目标场强大小为E₀，根据室内无线网络传播模型计算求得目标覆盖区域每个网格的场强大小为E_j，那么网格O_j的覆盖情况为

其中排除F′＝1的网格O_j(xˊ/2，yˊ/2，Fˊ)；

以网格中心的坐标代表整个网格的坐标，记为O_j(xˊ/2，yˊ/2，Fˊ)，其中xˊ＝1,3,5,…；yˊ＝1,3,5,…；Fˊ＝1表示网格中有障碍物，不会出现用户；

(2)目标覆盖区域的覆盖率C为

步骤七，判断目标覆盖区域的覆盖率C是否满足覆盖率目标C₀；如果C＜C₀，则转到步骤八继续执行；如果C≥C₀，则转到步骤九继续执行；

步骤八，判断天线组中天线的所有网格位置组合是否已遍历；如果已遍历，则转到步骤三继续执行；如果未遍历，则转到步骤五继续执行；

步骤九，输出天线组的天线数量Anum和每个天线的位置信息LA_k，从而取定室内无线网络的天线需求量及其相应的位置。

2.根据权利要求1所述的基于网格自动取定室内天线需求及布置的方法，其特征在于，所述的步骤六中室内无线网络传播模型采用马特内-马恩纳室内无线传播模型，所述的场强E_j为：E_j＝Pt+Ga-L-(32.45+20lg(f)+20lg(d))–Ld；其中E_j为预测点的场强，Pt为天线输出口电平，Ga为天线增益，L为介质衰减，32.45+20lg(f)+20lg(d)为自由空间损耗，Ld为自由因子衰减，20lg(f)中的f为室内天线频率，20lg(d)中的d为天线与目标覆盖区域的距离。

3.根据权利要求2所述的基于网格自动取定室内天线需求及布置的方法，其特征在于：所述的步骤一中“利用网格建模模块在室内天线所处平面构建天线位置网格”是将室内天线所处的平面位置进行网格化，并线性编号L_i；具体为：

1)在天线位置的二维平面中，利用两条相互垂直的直线(H₀、V₀)分别相切室内天线可能所处的位置范围边缘，从而形成一个二维坐标系X轴和Y轴；

2)沿着X轴和Y轴，按照步长α将天线所处的平面范围划分成M个网格，以网格中心的坐标代表整个网格的坐标，记为L_i(x/2，y/2，F)；其中x＝1,3,5,…；y＝1,3,5,…；F＝0表示网格中没有障碍物，可以作为天线位置，F＝1表示网格中有障碍物，不可以作为天线位置；

所述的步骤一中“利用网格建模模块在目标覆盖区域平面构建目标用户位置网格”是将用户所处的平面范围，即室内目标覆盖区域进行网格化，并线性编号为O_j；具体为：

3)在目标覆盖区域的二维平面中，利用两条相互垂直的直线(H₀、V₀)分别相切室内目标覆盖区域的范围边缘，从而形成一个二维坐标系X轴和Y轴；

4)沿着X轴和Y轴，按照步长β将用户所处的平面范围划分成若干网格，以网格中心的坐标代表整个网格的坐标，记为O_j(xˊ/2，yˊ/2，Fˊ)，其中xˊ＝1,3,5,…；yˊ＝1,3,5,…；Fˊ＝0表示网格中没有障碍物，可能出现用户，Fˊ＝1表示网格中有障碍物，不会出现用户。

4.根据权利要求3所述的基于网格自动取定室内天线需求及布置的方法，其特征在于，所述的天线与目标覆盖区域的距离d通过步骤一中利用网格建模模块构建的天线位置网格和目标用户位置网格这两张网格确定，具体为：d₁是天线位置网格和目标用户位置网格的垂直距离。

5.根据权利要求1-4任一所述的基于网格自动取定室内天线需求及布置的方法，其特征在于：所述的步骤五中“将天线组位置在室内天线所处平面的天线位置网格中执行一个位置调整”是对步骤三中构建的天线组{A_k}中的所有天线在天线平面网格中的位置组合进行遍历。