CN107155171B - 一种高精度基站传输信号los传播筛选算法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高精度基站传输信号LOS传播筛选算法，属于筛选无线基站信号视距传播技术领域。本发明包括：首先，针对无线基站信号传播，建立完善的无线信号在基站和终端之间传播距离R_N的数据库；然后，针对一个终端所能接收到的N基站的无线信号，建立N个基站位置信息数据库并对N各基站进行1,2,...,N标号处理；接着，根据基站位置数据库得到两两基站之间的物理距离D_m，并由已知数据库信息构造两两基站及终端三者间空间关系等步骤。本发明提供了一种合理、高精度、便捷的筛选方案，不仅克服了难以从测试的实际传输距离数据中判断信号传输路径是NLOS还是LOS的问题，且构造空间关系并对所有基站两两循环比较提高了信号LOS传播的筛选精度。

Description

一种高精度基站传输信号LOS传播筛选算法

技术领域

本发明涉及一种高精度基站传输信号LOS传播筛选算法，属于筛选无线基站信号视距传播技术领域。

背景技术

在当下，对于终端的定位，特别是室内、地下以及无法到达的停车场等终端的定位，都会用到无线基站设备。而我们确定终端的方式一般是测量信号从基站到终端之间的传播时间，但是由于时间不同步、NLOS(非视距)等因素对信号传播时间的测量造成误差。目前很少对无线信号到达时间数据进行预处理，并且也没有从初始测试的数据中准确的分辨出LOS传播和NLOS传播的算法，这严重影响了后续对终端定位、预测终端运动轨迹等问题的准确性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高精度基站传输信号LOS传播筛选算法，不仅克服了难以从测试的实际传输距离数据中判断信号传输路径是NLOS还是LOS的问题，且构造空间关系并对所有基站两两循环比较提高了信号LOS传播的筛选精度。

本发明的技术方案是：一种高精度基站传输信号LOS传播筛选算法，包括如下步骤：

Step1，针对无线基站信号传播，建立完善的无线信号在基站和终端之间传播距离R的数据库；

Step2，针对一个终端所能接收到的N个基站的无线信号，建立N个基站位置信息数据库并对N个基站进行1,2,...,N标号处理；

Step3，根据基站位置数据库得到两两基站之间的物理距离D_m，其中 为N个基站中两两比较的筛选次数，并由Step1建立的数据库信息构造两两基站间及终端三者间空间关系；

Step4，判断上一步构造的空间关系是否满足三角型定理，并由此得到两基站之间相对接近LOS传播的基站；

Step5，再通过次两两基站之间的筛选，得到每个基站出现较优基站的次数记为sum，0≤sum≤N-1，较优基站为两个基站比较时信号传播路径相对接近LOS传播的基站，则sum值最高的基站其无线信号的传播路径最接近LOS传播。

具体地，所述的步骤Step1具体包括：

测量得到N个无线基站分别到终端的信号传播距离R_N，此处限定仅针对N个基站对一个终端发出无线信号的情况；

具体地，所述的步骤Step3中构造两两基站间及终端三者间空间关系的步骤具体包括：

Step3.1：取一个手持终端及对应的基站1和基站2，基站1和基站2分别到手持终端的信号传播距离分别为R₁和R₂(假设R₂＞R₁)，则两个基站到手持终端的信号传播距离差Δr满足(1-1)：

Δr＝R₂-R₁ (1-1)

Step3.2：由Step2建立的基站位置信息数据库可知每个基站的坐标值，即可得到任意两个基站之间的距离，记为D，为了显示Δr与两个基站间的距离D的大小关系，做一个圆心在基站1，半径为Δr的圆。

具体地，所述的步骤Step4具体包括：

Step4.1判断上一步构造的空间关系是否满足三角型定理：

Step4.1.1：由两个基站及终端的空间几何关系图可知，两边之和大于第三边，则理论上应满足关系式(1-2)：

R₂＜R₁+D (1-2)

通过比较发现，若不满足(1-2)式而满足关系式Δr＝(R₂-R₁)＞D；则可知基站2到手持终端的传播距离R₂长于(R₁+D)，也就是满足不等式(1-3)：

R₂＞＞(D+R₁) (1-3)

此时说明信号从基站2到手持终端的传播距离较长；

Step4.1.2：得到相对接近LOS传播的基站：

同样地，可以说基站1到手持终端的信号传播路径相对于基站2更接近于视距传播，那么基站1就是我们筛选出的较优的基站。

本发明的有益效果是：

1、本发明专利通过构造两个基站及终端三者间的空间几何关系，实现了对无线基站传输信号LOS传播的筛选；并且用空间三角形定理作为隐含条件的判断，实现了筛选算法的直观、形象和准确性。

2、本发明专利针对一个终端对应的N个基站采取两两循环比较筛选的方法，并比较出N个基站中最接近LOS传播的基站，实现了高精度的LOS信号传播方式的筛选算法。

附图说明

图1为本发明中的流程图；

图2为本发明两两基站及终端空间关系图；

图3为本发明四基站及终端空间关系图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

实施例1：如图1-3所示，一种高精度基站传输信号LOS传播筛选算法，首先，针对无线基站信号传播，建立完善的无线信号在基站和终端之间传播时间TOA和距离L的数据库；然后，针对一个终端所能接受到的N基站的无线信号，建立N个基站位置信息数据库并对N各基站进行1,2,...,N标号处理；其次，根据基站位置数据库得到两两基站之间的物理距离D_m；其次，并由Step1建立的数据库信息构造两两基站间空间关系；其次，判断两两基站间是否满足三角型定理，并由此得到两基站之间相对接近LOS传播的基站；其次，通过次两两基站之间的筛选，得到每个基站出现较优基站的次数记为sum；最后，sum值最高的基站其无线信号的传播路径越接近LOS传播。

本发明中的参数设定：

N为一个终端能够接受的无线基站信号的基站数目；

D_m为两两基站之间的物理距离，其中

也为N个基站中两两比较的筛选次数；

较优基站为两个基站比较时信号传播路径相对接近LOS传播的基站；

sum为每个基站在次基站筛选比较中出现较优基站的次数，且0≤sum≤N-1；

R_N为N个无线基站分别到终端的信号传播距离。

本发明所述方法的具体步骤为：

Step1：建立完善的信号传播距离数据库：

测量得到N个无线基站分别到终端的信号传播距离R_N，R_N即为基站和终端之间传播距离R的数据库，此处我们只考虑多个基站对一个终端发出无线信号的情况，不考虑多个终端的情况；

Step2：建立基站位置信息数据库并对基站依次标号处理：

针对一个终端所能接收到的N基站的无线信号，建立N个基站位置信息数据库并对N个基站进行1,2,...,N标号处理；相对于给每一个基站一个身份，以便后面的循环比较筛选；

Step3：根据基站位置数据库得到两两基站之间的物理距离D_m，其中 为N个基站中两两比较的筛选次数，并由Step1建立的数据库信息构造两两基站间及终端三者间空间关系：

其中构造两两基站间及终端三者间空间关系的步骤具体包括：

Step3.1：取一个手持终端及对应的基站1和基站2，基站1和基站2分别到到手持终端的信号传播距离分别为R₁和R₂(假设R₂＞R₁)，则两个基站到手持终端的信号传播距离差Δr满足(1-1)：

Δr＝R₂-R₁ (1-1)

Step3.2：由Step2建立的基站位置信息数据库可知每个基站的坐标值，即可得到任意两个基站之间的距离，记为D，为了显示Δr与两个基站间的距离D的大小关系，可做一个圆心在基站1，半径为Δr的圆，参见图2。

Step4：判断上一步(即Step3)构造的空间关系是否满足三角型定理，并由此得到两基站之间相对接近LOS传播的基站；

Step4.1：判断上述空间几何关系是否满足三角形定理：

Step4.1.1：由两个基站及终端的空间几何关系图(如图2所示)可知，两边之和大于第三边，则理论上应满足关系式(1-2)：

R₂＜R₁+D (1-2)

若通过比较发现，不满足(1-2)式而满足关系式Δr＝(R₂-R₁)＞D；则可知基站2到手持终端的传播距离R₂比(R₁+D)长很多，长的越多，后面筛选精度越高，也就是满足不等式(1-3)：

R₂＞＞(D+R₁) (1-3)

此时可以说信号从基站2到手持终端的传播距离较长，中间经过了相对复杂的折射、反射、多径传播等非视距传播过程；

Step4.1.2：得到相对接近LOS传播的基站；

由此，可以说基站1到手持终端的信号传播路径相对于基站2更接近于视距传播，那么基站1就是我们筛选出的较优的基站。

Step5：通过次两两基站之间的循环比较筛选，得到每个基站出现较优基站的次数，并记为sum，且0≤sum≤(N-1)；sum值最高的基站传播信号的路径越接近LOS传播，即可从最初的复杂无线信号传播距离数据中筛选出接近LOS信号传播的基站。

距离说明，见附图3：

若已知一个终端可以接受到四个无线基站的信号，通过查阅资料可得到四个基站和终端的三维空间坐标信息及基站之间的距离(D₁,D₂,D₃,D₄,D₅,D₆)，以及四个基站到终端的信号传播时间(t₁,t₂,t₃,t₄)和传播距离(R₁,R₂,R₃,R₄)的相关信息；

Step2：建立基站位置信息数据库并对基站依次标号处理：

针对一个终端所能接受到的4基站的无线信号，建立4个基站和终端之间传播距离R的数据库，然后建立4个基站位置信息数据库并对4各基站进行1,2,3,4标号处理；相对于给每一个基站一个身份，以便后面的循环比较筛选；

Step3：得到两两基站之间的物理距离：

根据基站位置信息数据库得到空间坐标系下两两基站之间的物理距离(D₁,D₂,D₃,D₄,D₅,D₆)；

构造两两基站及终端三者间空间关系，参见图2：

Step3.1：取一个手持终端及对应的基站1和基站2，基站1和基站2分别到到手持终端的信号传播距离分别为R₁和R₂(假设R₂＞R₁)，则两个基站到手持终端的信号传播距离差Δr满足(1-1)：

Δr＝R₂-R₁ (1-1)

Step3.2：由Step2建立的基站位置信息数据库可知每个基站的坐标值，即可得到任意两个基站之间的距离，记为D，为了显示Δr与两个基站间的距离D的大小关系，可做一个圆心在基站1，半径为Δr的圆。

Step4.1判断上一步构造的空间关系是否满足三角型定理：

Step4.1.1：由两个基站及终端的空间几何关系图2可知，两边之和大于第三边，则理论上应满足关系式(1-2)：

R₂＜R₁+D (1-2)

若通过比较发现，不满足(1-2)式而满足关系式Δr＝(R₂-R₁)＞D；则可知基站2到手持终端的传播距离R₂比(R₁+D)长且长很多，也就是满足不等式(1-3)：

R₂＞＞(D+R₁) (1-3)

此时可以说信号从基站2到手持终端的传播距离较长，中间经过了相对复杂的折射、反射、多径传播等非视距传播过程；

Step4.1.2：得到相对接近LOS传播的基站；

由此，可以说基站1到手持终端的信号传播路径相对于基站2更接近于视距传播，那么基站1就是我们筛选出的较优的基站。

Step5：两两基站循环比较，得四个基站出现较优基站次数：

通过次两两基站之间的循环比较筛选，得到四个基站分别出现较优基站的次数，并记为sum且0≤sum≤3；比较可得四个基站出现较优基站的次数如表1所示：

表1：

取sum值最高的基站

由表1可知，sum值最高的基站为基站3，则基站3的信号传播路径越接近LOS传播。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (1)

1.一种高精度基站传输信号LOS传播筛选算法，其特征在于：包括如下步骤：

Step1，针对无线基站信号传播，建立完善的无线信号在基站和终端之间传播距离R的数据库；

Step2，针对一个终端所能接收到的N个基站的无线信号，建立N个基站位置信息数据库并对N个基站进行1,2,...,N标号处理；

Step3，根据基站位置数据库得到两两基站之间的物理距离D_m，其中 为N个基站中两两比较的筛选次数，并由Step1建立的数据库信息构造两两基站间及终端三者间空间关系；

Step4，判断上一步构造的空间关系是否满足三角型定理，并由此得到两基站之间相对接近LOS传播的基站；

Step5，再通过次两两基站之间的筛选，得到每个基站出现较优基站的次数记为sum，0≤sum≤N-1，较优基站为两个基站比较时信号传播路径相对接近LOS传播的基站，则sum值最高的基站其无线信号的传播路径最接近LOS传播；

所述的步骤Step1具体包括：

测量得到N个无线基站分别到终端的信号传播距离R_N，此处限定仅针对N个基站对一个终端发出无线信号的情况；

所述的步骤Step3中构造两两基站间及终端三者间空间关系的步骤具体包括：

Step3.1：取一个手持终端及对应的基站1和基站2，基站1和基站2分别到手持终端的信号传播距离分别为R₁和R₂(假设R₂＞R₁)，则两个基站到手持终端的信号传播距离差Δr满足(1-1)：

Δr＝R₂-R₁ (1-1)

Step3.2：由Step2建立的基站位置信息数据库可知每个基站的坐标值，即可得到任意两个基站之间的距离，记为D，为了显示Δr与两个基站间的距离D的大小关系，做一个圆心在基站1，半径为Δr的圆；

所述的步骤Step4具体包括：

Step4.1判断上一步构造的空间关系是否满足三角型定理：

Step4.1.1：由两个基站及终端的空间几何关系图可知，两边之和大于第三边，则理论上应满足关系式(1-2)：

R₂＜R₁+D (1-2)

通过比较发现，若不满足(1-2)式而满足关系式Δr＝(R₂-R₁)＞D；则可知基站2到手持终端的传播距离R₂长于(R₁+D)，也就是满足不等式(1-3)：

R₂＞＞(D+R₁) (1-3)

此时说明信号从基站2到手持终端的传播距离较长；

Step4.1.2：得到相对接近LOS传播的基站：

同样地，可以说基站1到手持终端的信号传播路径相对于基站2更接近于视距传播，那么基站1就是我们筛选出的较优的基站。