CN107666677B - 电力通信无线专网的阴影衰落测量方法 - Google Patents

电力通信无线专网的阴影衰落测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种电力通信无线专网的阴影衰落测量方法，包括如下步骤：控制无线信号发射机产生无线射频信号并发射；确定测量空间区域，将测量空间区域划分为多个子区域，根据在每个子区域接收到的无线射频信号的功率标定传输路径损失指数αi，将每个子区域划分为K个子测量区域，确定每个子测量区域接收无线射频信号的平均功率
Figure DDA0002514063280000011
计算每个子测量区域的传输路径损失PLi(dk)，根据如下公式计算子区域中第k个子测量区域的阴影衰落功率值
Figure DDA0002514063280000012
有效避免多径效应造成的小尺度衰落影响，提高阴影衰落的准确性，利于对电力通信的组网规划、基站选址、频率分配等实施工作作出准确的指导。

Description

电力通信无线专网的阴影衰落测量方法
技术领域
本发明涉及电力通信领域，尤其涉及一种电力通信无线专网的阴影衰落测量方法。
背景技术
电力通信无线专网组网规划和优化是利用特定的无线通信系统实现既定电力业务通信的重要环节，而传输信道是影响无线专网稳定、高效和正常运行的重要因素之一。此外，在电力通信设备安装之前，需要结合无线通信环境特征对其进行预测、验证和评估，以便根据通信任务的需求确定信号发射功率，配置调制编码模式等。在电力通信无线专网建设完成后，还需要对其进行定点实测和全面仿真，以改进和优化系统的功能和性能。
在无线通信过程中，无线电波会受到信道环境中各种人为和自然障碍物的遮挡、吸收、反射和绕射等影响，产生阴影效应和多径效应。来自各条路径的信号分量具有不同的传输时延和瞬时幅值，在接收端叠加后造成短时间内接收信号出现增强或削弱，导致信号失真、波形展宽、重叠、畸变等衰落特征；因此，准确测量无线通信的阴影衰落对于电力通信的组网规划、基站选址、频率分配起到及其重要的影响；然而，现有的阴影衰落测量中，容易受到小尺度衰落中的快衰落和多径效应的影响，不能准确对阴影衰落进行测量。
因此，为了解决上述技术问题，亟需提出一种新的无线网络的阴影衰落测量方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种电力通信无线专网的阴影衰落测量方法，能够对无线专网覆盖区域内的不同位置的传输路径损失指数进行准确测量，适应不同区域散射体分布的不均匀特性，而且能够对不同位置的测试点的阴影衰落情况进行准确测量，有效避免多径效应造成的小尺度衰落影响，提高阴影衰落的准确性，利于对电力通信的组网规划、基站选址、频率分配等实施工作作出准确的指导。
本发明提供的一种电力通信无线专网的阴影衰落测量方法，包括如下步骤：
S1.控制无线信号发射机产生无线射频信号并发射；
S2.确定测量空间区域：以无线信号发射机的发射天线所在位置为圆心，以拟定的最大传输距离dmax为半径形成圆形的测量空间区域；所述无线信号发射机的发射天线为全向发射天线；
S3.将测量空间区域划分为多个子区域，根据在每个子区域接收到的无线射频信号的功率标定传输路径损失指数αi，其中，i＝1,2，…，I，I为子区域的总的个数；
S4.将每个子区域划分为K个子测量区域，确定每个子测量区域接收无线射频信号的平均功率
Figure GDA0002514063270000021
其中，k表示第k个子区域，k＝1,2,…，K；
S5.计算每个子测量区域的传输路径损失PLi(dk)：
PLi(dk)＝21.98+10×αi×logdk-20logλ；其中，λ为无线射频信号的波长，dk为子测量区域的质心点到无线信号发射机的发射天线的距离；
S6.根据如下公式计算子区域中第k个子测量区域的阴影衰落功率值
Figure GDA0002514063270000022
Figure GDA0002514063270000023
进一步，步骤S3中，根据如下方式将测量空间区域进行子区域划分：
以无线信号发射机的发射天线为圆心，以30°的圆心角将测量空间区域划分为12个扇形的子区域。
进一步，步骤S3中，根据如下方法标定传输路径损失指数：
S301.根据无线射频信号的波长确定标定传输距离
Figure GDA0002514063270000031
S302.在第i子区域内，将无线信号的接收天线放置在距无线发射机的发射天线
Figure GDA0002514063270000032
处并接收无线射频信号，获取接收信号的平均功率
Figure GDA0002514063270000033
其中：
Figure GDA0002514063270000034
L为总的测量次数，Pi(l)为第i子区域的第l次测量所接收到的无线射频信号的功率。
S303.计算在第i子区域内在标定传输距离的传输路径损失为
Figure GDA0002514063270000035
Figure GDA0002514063270000036
其中，Pt为无线信号发射机的天线发射信号的功率；
S304.根据如下公式计算第i子区域的传输路径损失指数αi：
Figure GDA0002514063270000037
进一步，步骤S4中，通过如下方法确定每个子测量区域接收无线射频信号的平均功率
Figure GDA0002514063270000038
S401.在每个子区域中选择N个测试点，并在每个测试点进行M次无线射频信号的接收功率的测量，并将每个子区域所测得的测试点接收信号功率值形成测量样本矩阵
Figure GDA0002514063270000039
Figure GDA0002514063270000041
其中，
Figure GDA0002514063270000042
为第i子区域在第n测试点第m次测量获得接收无线射频信号的功率值，其中，n＝1,2，…，N；m＝1,2，…，M；
S402.在第i子区域的第n个测试点进行功率时间平均处理，得到第i子区域第n个测试点的平均功率
Figure GDA0002514063270000043
S403.在第i子区域中，以40×λ为边长构成的正方形对子区域进行空间区域划分形成K个子测量区域，对第k个子测量区域中各测试点所接收到的功率值做空间平均处理作为该子测量区域的平均接收功率
Figure GDA0002514063270000044
Figure GDA0002514063270000045
其中，
Figure GDA0002514063270000046
Figure GDA0002514063270000047
为第k个子测量区域的平均功率，k＝1,2，…，K，K为第i子区域中子测量区域的总数，Nk表示第k个子测量区域中的测试点总数。
进一步，在对测试点进行接收到的无线射频信号功率测量时，同一测试点相邻两次测量时间间隔大于信道相干时间。
进一步，所述无线信号发射机的发射天线为全向发射天线。
本发明的有益效果：通过本发明，能够对无线专网覆盖区域内的不同位置的传输路径损失指数进行准确测量，适应不同区域散射体分布的不均匀特性，而且能够对不同位置的测试点的阴影衰落情况进行准确测量，有效避免多径效应造成的小尺度衰落影响，提高阴影衰落的准确性，利于对电力通信的组网规划、基站选址、频率分配等实施工作作出准确的指导。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的流程图。
图2为本发明本发明接收信号二维测量示意图。
图3为本发明接收信号三维测量示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明作出进一步地详细说明：
本发明提供的一种电力通信无线专网的阴影衰落测量方法，包括如下步骤：
S1.控制无线信号发射机产生无线射频信号并发射；其中，无线发射机按照Q/GDW376.1技术规范发射无线射频信号，其中，该技术规范中，发射频段为230MHz频段，波长λ≈1.3m，发射功率Pt＝3W或者Pt＝35dBm；通过这种方式，使得测量结果更接近于电力通信无线专网的实际运行工况，从而利于提升对阴影衰落测量的准确性；
S2.确定测量空间区域：以无线信号发射机的发射天线所在位置为圆心，以拟定的最大传输距离dmax为半径形成圆形的测量空间区域；其中，最大传输距离dmax根据发射机发射功率Pt和接收机接收灵敏度Ps，再结合无线电波传播的地形地物环境遮挡因素进行确定，确定的最大传输距离dmax需满足如下条件：
21.98+10×αi×logdk-20logλ<Pt-Ps；也就是说，根据经验发射机的功率和接收机的灵敏度确定一个dmax，然后计算传输路径损失指数等相关参数，然后带入到上式中判断是否满足该条件，将满足该条件的所有dmax中进行大小排序，挑选其中的最大值作为最终的最大传输距离dmax；
S3.将测量空间区域划分为多个子区域，根据在每个子区域接收到的无线射频信号的功率标定传输路径损失指数αi，其中，i＝1,2，…，I，I为子区域的总的个数，在标定传输路径损失指数αi时，是对每个子区域都要标定，然后才进入到下一步中，由于本实施例中划分为12个扇形子区域，因此，传输路径损失指数有12个；
S4.将每个子区域划分为K个子测量区域，确定每个子测量区域接收无线射频信号的平均功率
Figure GDA0002514063270000061
其中，k表示第k个子区域，k＝1,2,…，K；
S5.计算每个子测量区域的传输路径损失PLi(dk)：
PLi(dk)＝21.98+10×αi×logdk-20logλ；其中，λ为无线射频信号的波长，dk为子测量区域的质心点到无线信号发射机的发射天线的距离；在实际测量中，子测量区域的质心点选择为以40×λ的正方形的质心点处或者最靠近该正方形的质心点的测试点，如图2所示；事实上，在测量过程中还可以三维的方式，即以40×λ为边长的正方体，而质心点选取为处于该正方体的质心点或者最靠近正方体质心点的测试点，如图3所示；
S6.根据如下公式计算子区域中第k个子测量区域的阴影衰落功率值
Figure GDA0002514063270000062
Figure GDA0002514063270000063
通过上述方法，能够对无线专网覆盖区域内的不同位置的传输路径损失指数进行准确测量，适应不同区域散射体分布的不均匀特性，而且能够对不同位置的测试点的阴影衰落情况进行准确测量，有效避免多径效应造成的小尺度衰落影响，提高阴影衰落的准确性，利于对电力通信的组网规划、基站选址、频率分配等实施工作作出准确的指导。
本实施例中，步骤S3中，根据如下方式将测量空间区域进行子区域划分：
以无线信号发射机的发射天线为圆心，以30°的圆心角将测量空间区域划分为12个扇形的子区域。
本实施例中，步骤S3中，根据如下方法标定传输路径损失指数：
S301.根据无线射频信号的波长确定标定传输距离
Figure GDA0002514063270000071
且
Figure GDA0002514063270000072
Figure GDA0002514063270000073
根据经验确定，一般俩说，将
Figure GDA0002514063270000074
确定为100米；
S302.在第i子区域内，将无线信号的接收天线放置在距无线发射机的发射天线
Figure GDA0002514063270000075
处并接收无线射频信号，获取接收信号的平均功率
Figure GDA0002514063270000076
其中：
Figure GDA0002514063270000077
L为总的测量次数，Pi(l)为第i子区域的第l次测量所接收到的无线射频信号的功率。
S303.计算在第i子区域内在标定传输距离的传输路径损失为
Figure GDA0002514063270000078
Figure GDA0002514063270000079
其中，Pt为无线信号发射机的天线发射信号的功率；
S304.根据如下公式计算第i子区域的传输路径损失指数αi：
Figure GDA00025140632700000710
在上述方法中，由于划分了不同的子区域，即12个扇形区域，从而能够表征不同子区域中散射体分布的不均匀性对能量扩散的遮挡，从而利于提高传输路径损失计算的准确性，确保最终的阴影衰落的测量结果。
本实施例中，步骤S4中，通过如下方法确定每个子测量区域接收无线射频信号的平均功率
Figure GDA00025140632700000711
S401.在每个子区域中选择N个测试点，并在每个测试点进行M次无线射频信号的接收功率的测量，并将每个子区域所测得的测试点接收信号功率值形成测量样本矩阵
Figure GDA00025140632700000712
Figure GDA0002514063270000081
其中，
Figure GDA0002514063270000082
为第i子区域在第n测试点第m次测量获得接收无线射频信号的功率值，其中，n＝1,2，…，N；m＝1,2，…，M；测试点N和测量次数可以根据实际的工况选择，比如每个子区域选取5000个测试点，并对每个测试进行200次测量；
其中，在对测试点进行接收到的无线射频信号功率测量时，同一测试点相邻两次测量时间间隔大于信道相干时间，从而避免相邻两次测量样本之间具有相关性，防止相邻两次测量样本之间的相关性对无线信道的变化特征造成影响，确保最终结果的精度；
S402.在第i子区域的第n个测试点进行功率时间平均处理，得到第i子区域第n个测试点的平均功率
Figure GDA0002514063270000083
S403.在第i子区域中，以40×λ为边长构成的正方形对子区域进行空间区域划分形成K个子测量区域，对第k个子测量区域中各测试点所接收到的功率值做空间平均处理作为该子测量区域的平均接收功率
Figure GDA0002514063270000084
Figure GDA0002514063270000085
其中，
Figure GDA0002514063270000086
Figure GDA0002514063270000087
为第k个子测量区域的平均功率，k＝1,2，…，K，K为第i子区域中子测量区域的总数，Nk表示第k个子测量区域中的测试点总数，通过上述方法，由于在本实施例中采用了进一步自测量区域的划分以及时间平均和空间平均对测量点的多次测量的功率值进行处理，能够有效减少小尺度衰落中的快衰落以及多径效应对测量结果的影响，有效提升最终的测量精度。
在测量完成后，通过子测量区域的阴影衰落功率值形成阴影衰落功率测量矩阵：
Figure GDA0002514063270000091
由于阴影衰落通常采用一个服从对数正态的随机过程描述，因此，可以采用两种方法来验证阴影衰落是从路径损耗和快衰落中分离出来的，并可以检查测试设备标校是否准确，第一种是回执对数正态分布的阴影衰落分位数-分位数图，第二种方法是根据获得的阴影衰落功率值测量矩阵拟合其边际分布是否服从正态分布，上述的两种方法均是现有技术。
最后说明的是，以上实施例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宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种电力通信无线专网的阴影衰落测量方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1.控制无线信号发射机产生无线射频信号并发射；
S2.确定测量空间区域：以无线信号发射机的发射天线所在位置为圆心，以拟定的最大传输距离dmax为半径形成圆形的测量空间区域；
S3.将测量空间区域划分为多个子区域，根据在每个子区域接收到的无线射频信号的功率标定传输路径损失指数αi，其中，i＝1,2，…，I，I为子区域的总的个数；
S4.将每个子区域划分为K个子测量区域，确定每个子测量区域接收无线射频信号的平均功率
Figure FDA0002514063260000011
其中，k表示第k个子区域，k＝1,2,…，K；
S5.计算每个子测量区域的传输路径损失PLi(dk)：
PLi(dk)＝21.98+10×αi×log dk-20logλ；其中，λ为无线射频信号的波长，dk为子测量区域的质心点到无线信号发射机的发射天线的距离；
S6.根据如下公式计算子区域中第k个子测量区域的阴影衰落功率值
Figure FDA0002514063260000012
Figure FDA0002514063260000013
步骤S3中，根据如下方法标定传输路径损失指数：
S301.根据无线射频信号的波长确定标定传输距离
Figure FDA0002514063260000014
S302.在第i子区域内，将无线信号的接收天线放置在距无线发射机的发射天线
Figure FDA0002514063260000015
处并接收无线射频信号，获取接收信号的平均功率
Figure FDA0002514063260000016
其中：
Figure FDA0002514063260000021
L为总的测量次数，Pi(l)为第i子区域的第l次测量所接收到的无线射频信号的功率。
S303.计算在第i子区域内在标定传输距离的传输路径损失为
Figure FDA0002514063260000022
Figure FDA0002514063260000023
其中，Pt为无线信号发射机的天线发射信号的功率；
S304.根据如下公式计算第i子区域的传输路径损失指数αi：
Figure FDA0002514063260000024
步骤S4中，通过如下方法确定每个子测量区域接收无线射频信号的平均功率
Figure FDA0002514063260000025
S401.在每个子区域中选择N个测试点，并在每个测试点进行M次无线射频信号的接收功率的测量，并将每个子区域所测得的测试点接收信号功率值形成测量样本矩阵
Figure FDA0002514063260000026
Figure FDA0002514063260000027
其中，
Figure FDA0002514063260000028
为第i子区域在第n测试点第m次测量获得接收无线射频信号的功率值，其中，n＝1,2，…，N；m＝1,2，…，M；
S402.在第i子区域的第n个测试点进行功率时间平均处理，得到第i子区域第n个测试点的平均功率
Figure FDA0002514063260000029
Figure FDA00025140632600000210
S403.在第i子区域中，以40×λ为边长构成的正方形对子区域进行空间区域划分形成K个子测量区域，对第k个子测量区域中各测试点所接收到的功率值做空间平均处理作为该子测量区域的平均接收功率
Figure FDA0002514063260000031
Figure FDA0002514063260000032
Figure FDA0002514063260000033
为第k个子测量区域的平均功率，k＝1,2，…，K，K为第i子区域中子测量区域的总数，Nk表示第k个子测量区域中的测试点总数。
2.根据权利要求1所述电力通信无线专网的阴影衰落测量方法，其特征在于：步骤S3中，根据如下方式将测量空间区域进行子区域划分：
以无线信号发射机的发射天线为圆心，以30°的圆心角将测量空间区域划分为12个扇形的子区域。
3.根据权利要求1所述电力通信无线专网的阴影衰落测量方法，其特征在于：在对测试点进行接收到的无线射频信号功率测量时，同一测试点相邻两次测量时间间隔大于信道相干时间。
4.根据权利要求1所述电力通信无线专网的阴影衰落测量方法，其特征在于：所述无线信号发射机的发射天线为全向发射天线。
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