CN107888309B - 一种地铁隧道中无线电传播模型校正的测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种测量方法，属于无线通信技术领域，具体是涉及一种地铁隧道中无线电传播模型校正的测量方法。包括：步骤1，使用至少两套接收机在拥挤车厢内两侧窗边同时采集指定频段某个实际移动通信系统导频的场强数据；步骤2，从场强数据中分离确定性成分和随机性成分，步骤3，从样本确定性成分中截取两组同时开始的、等长的数列；步骤4，获得两组数列的数学期望差值的平均值；步骤5，基于所述平均值计算得到用于计算宽度因子的系数X。该方法不使用CW波全频段模测系统，而在地铁隧道中，使用两套常规接收机同时采集某个实际移动通信系统导频的场强，再经数据处理，来获得L3(宽度因子)中的X参数。

Description

一种地铁隧道中无线电传播模型校正的测量方法
技术领域
本发明涉及一种测量方法，属于无线通信技术领域，具体是涉及一种地铁隧道中无线电传播模型校正的测量方法。
背景技术
预测无线电波覆盖能力是规划设计移动通信系统的基础。移动通信系统在地铁隧道内采用“信号源+漏泄电缆”组网方式，目前预测无线电波覆盖能力的方法中，较典型的是漏泄电缆覆盖模型，如图1所示，信号源从漏泄电缆的一端注入射频信号，经过一定距离的传输衰减，信号逐渐减弱，直到衰减到无法满足覆盖要求为止，该距离即为单信号源的有效覆盖距离，其取值为L＝(Pin–(P0+L1+L2+L3+L4+L5))/S(米)，
式中：
Pin：漏泄电缆输入端注入功率；
P0：最低要求覆盖信号强度；
L1：漏泄电缆耦合损耗，此项为漏泄电缆指标，一般取95％覆盖概率的耦合损耗，与工作频段有关；
L2：人体衰落，与车厢内的拥挤程度有关，一般取3-5dB；
L3：宽度因子，Xlg(d/2)，d为终端距离漏泄电缆的距离，X为系数，一般取值在10-20之间，根据实际项目进行模测校准；
L4：设计衰减余量,一般取3dB；
L5：车体损耗，与车厢类型有关，一般地铁车体损耗在8-12dB左右；
S：每米漏泄电缆传输损耗，此项为漏泄电缆指标，与工作频段有关。
实际项目中隧道宽度、列车宽度、系统工作频段和双工方式均不同，导致无线电传播特性也不同，因此需要对L3(宽度因子)中的X参数进行模测校准——现有方法需要使用如CW波(未经调制的标准正弦波)模测系统等专用设备，设备昂贵、测试代价大而难实现。
因此，一般根据经验取定参数，而导致降低了计算结果的准确度。
另外，因为实际移动通信系统采用了诸如扩频、RAKE接收机等抗衰落技术，而CW波模测系统无法模拟出实际移动通信系统抗衰落能力，因此现有方法的模测校准结果较保守，导致较大的冗余投资。
发明内容
本发明主要是为了降低模测校准工作的门槛，提出了一种地铁隧道中无线电传播模型校正的测量方法。该方法不使用CW波全频段模测系统，而在地铁隧道中，使用两套常规接收机同时采集某个实际移动通信系统导频的场强，再经数据处理，来获得L3(宽度因子)中的X参数。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种地铁隧道中校正无线电传播模型的测量方法，包括：
步骤1，使用至少两套接收机在拥挤车厢内两侧窗边同时采集指定频段某个实际移动通信系统导频的场强数据；
步骤2，从场强数据中分离确定性成分和随机性成分，
步骤3，从样本确定性成分中截取两组同时开始的、等长的数列；
步骤4，获得两组数列的数学期望差值的平均值；
步骤5，基于所述平均值计算得到用于计算宽度因子的系数X。
优选的，上述的一种地铁隧道中校正无线电传播模型的测量方法，所述步骤1中，采样频率为5Hz，获得第j次采样时A点的数据{yAj}以及第j次采样时的B点数据{yBj}。
优选的，上述的一种地铁隧道中校正无线电传播模型的测量方法，所述步骤2中，对采样点数据进行平滑处理，使用等权中心滑动平均法，从场强数据yj中分离确定性成分fj和随机性成分ej：
yj＝fj+ej j＝1,2,…,N (1)
其中，所述等权中心滑动平均方法是沿全长的N个数据,不断逐个滑动地取2n+1＝m个相邻数据作加权平均来表示平滑数据,其基于以下公式实现：
Figure GDA0002970654790000031
优选的，上述的一种地铁隧道中校正无线电传播模型的测量方法，所述步骤3中利用系统时间实现确定性成分{fAj}、和确定性成分{fBj}“同步”。
优选的，上述的一种地铁隧道中校正无线电传播模型的测量方法，所述步骤4中，对换两台接收机位置，重复计算两组数列数学期望差值，并最终求得位置对换前后的平均值。
优选的，上述的一种地铁隧道中校正无线电传播模型的测量方法，所述步骤5中，基于下式计算X系数：
X＝(|FA-FB|’-L2)/∣lg(dA/dB)∣
L2：人体衰落，与车厢内的拥挤程度有关，取3-5dB；两套接收机在车厢内两侧窗边到漏泄电缆距离为dA和dB，|FA-FB|’为两组数列的数学期望差值的平均值。
因此，本发明具有如下优点：1.使用CW波模测系统，而是使用较易获得的装备，去测量某个实际移动通信系统导频场强，可操作性较强。
2.本发明涉及的方法考虑了实际移动通信系统抗衰落能力，所获得的结果较准确。
附图说明
附图1是漏泄电缆覆盖模型示意图；
附图2是使用两套常规测试设备的位置A和位置B测量时的示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1
本发明的目的是通过如下措施来达到的：
1、使用两套接收机采集数据
使用两套常规接收机，在拥挤车厢内两侧窗边(如图2的位置A和位置B)，在地铁隧道中，同时采集指定频段某个实际移动通信系统导频的场强数据，采样频率为5Hz，获得两组样本{yAj}、{yBj}。
2、数据平滑处理
使用等权中心滑动平均法，从场强数据yj中分离确定性成分fj和随机性成分ej：yj＝fj+ej j＝1,2,…,N (1)
等权中心滑动平均方法是沿全长的N个数据,不断逐个滑动地取2n+1＝m个相邻数据作加权平均来表示平滑数据,其一般算式为
Figure GDA0002970654790000041
在动态测试数据处理中应用较多的是最简单的5-11点等权中心平滑。
3、做“同步”处理：
从两组样本确定性成分中截取两组同时开始的、等长的数列{fAj}、{fBj}。目前大部分公用移动通信系统的测试接收机能够同时记录场强数据和系统时间，利用系统时间即可实现{fAj}、{fBj}“同步”。
4、计算参数|FA-FB|取值
|FA-FB|表达了在车厢内部的无线路径传播损耗、以及人体阻挡引起的阴影衰落的总和；FA为{fAj}的数学期望、FB为{fBj}的数学期望，|FA-FB|为两者之差的绝对值。重复步骤1～4，将获得的N个|FA-FB|值取平均值，得|FA-FB|1。
5、考虑两台接收机性能存在差异，对掉两台接收机位置，重复以上步骤1～4，获得|FA-FB|2。
6、最终|FA-FB|’＝(|FA-FB|1+|FA-FB|2)/2。
7、计算获得X值：
因为接收场强中值F＝Pin–(P0+L1+L2+L3+L4+L5),式中
Pin：漏泄电缆输入端注入功率；
P0：最低要求覆盖信号强度；
L1：漏泄电缆耦合损耗，此项为漏泄电缆指标，一般取95％覆盖概率的耦合损耗，与工作频段有关；
L2：人体衰落，与车厢内的拥挤程度有关，一般取3-5dB；
L3：宽度因子，Xlg(d/2)，d为终端距离漏泄电缆的距离，X为系数，一般取值在10-20之间，根据实际项目进行模测校准；
L4：设计衰减余量,一般取3dB；
L5：车体损耗，与车厢类型有关，一般地铁车体损耗在8-12dB左右；
所以，|FA-FB|-L2＝∣L3A-L3B∣＝∣Xlg(dA/2)-Xlg(dB/2)∣＝∣Xlg(dA/dB)∣，可以得到
X＝(|FA-FB|’-L2)/∣lg(dA/dB)∣
两套接收机在拥挤车厢内两侧窗边(如图2的位置A和位置B),它们到漏泄电缆距离为dA和dB(单位：米)。
实施例2
在某市地铁隧道中，使用两套接收机(测试软件：鼎利PIONNER v9.1；测试终端：中兴MF91S)，同时采集中国移动TD-LTE系统导频场强数据，采样频率为5Hz，获得两套数据{yAj}、{yBj}。使用等权中心滑动平均法(m＝11)，从场强数据yj中分离确定性成分fj。
根据接收机记录的系统时间，从两套样本确定性成分中截取两个同时开始的、等长的数列，A处场强确定成分{fAj}(图中红线)与B处场强确定成分{fBj}(图中蓝线)。△E为{fAj}、{fBj}数学期望之差的绝对值。
表1第一组测试16段场强数据计算结果
Figure GDA0002970654790000061
Figure GDA0002970654790000071
第一组测试16段场强数据计算得到16对△E，以各段样本的数量比例为权重，加权平均得到|FA-FB|1＝10.5dB。
考虑两台接收机性能存在差异，对掉两台接收机测试位置，重复以上步骤。根据接收机记录的系统时间，截取同时开始的等长数据，A处场强确定成分(图中红线)与B处场强确定成分(图中蓝线)。
表2第二组测试16段场强数据计算结果
Figure GDA0002970654790000072
第二组测试16段场强数据计算得到16对△E，以各段样本的数量比例为权重，加权平均得到|FA-FB|2＝11.9dB。
将获取的两组测试值平均，可得：|FA-FB|’＝11.2dB
两套接收机在拥挤车厢内两侧窗边(如图2的位置A和位置B),它们到漏泄电缆距离为dA＝1.1m和dB＝3.7m。
如果取L2＝3dB，则X＝(|FA-FB|’-L2)/∣lg(dA/dB)∣＝(11.2-3)/∣lg(3.7/1.1)∣＝15.6。
因此地铁隧道中2.3-2.4GHz TDD频段，无线电传播模型校正结果是：如果取人体损耗L2＝3dB，则X＝15.6。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (2)

1.一种地铁隧道中无线电传播模型校正的测量方法，其特征在于，包括：
步骤1，使用两套接收机在拥挤车厢内两侧窗边同时采集指定频段某个实际移动通信系统导频的场强数据；获得两组样本{yAj}、{yBj}，j＝1，2，…N；
步骤2，对采样点数据进行平滑处理，使用等权中心滑动平均法分别从场强数据{yAj}、{yBj}中分离确定性成分和随机性成分；等权中心滑动平均方法是沿全长的N个数据，不断逐个滑动地取2n+1＝m个相邻数据作加权平均来表示平滑数据；
步骤3，对采样点数据进行平滑处理，使用等权中心滑动平均法从两组样本确定性成分中截取两组同时开始的、等长的数列{fAj}和{fBj}；
步骤4，计算参数|FA-FB|的取值，|FA-FB|表示在车厢内部的无线路径传播损耗、以及人体阻挡引起的阴影衰落的总和；FA为{fAj}的数学期望、FB为{fBj}的数学期望，|FA-FB|为两者之差的绝对值；
步骤5，重复步骤1-4，将获得的N个|FA-FB|值取平均值，得到|FA-FB|1；
步骤6，考虑两台接收机性能存在差异，对掉两台接收机位置，重复以上步骤1-5，获得|FA-FB|2；
步骤7，计算得到|FA-FB|’＝(|FA-FB|1+|FA-FB|2)/2；
步骤8，基于所述平均值计算得到用于计算宽度因子的系数X，具体为：基于下式计算X系数：
X＝(|FA-FB|’-L2)/|lg(dA/dB)|；
L2：人体衰落，与车厢内的拥挤程度有关，取3-5dB；两套接收机在车厢内两侧窗边到漏泄电缆距离为dA和dB，|FA-FB|’为两组数列的数学期望差值的平均值。
2.根据权利要求1所述的一种地铁隧道中无线电传播模型校正的测量方法，其特征在于，所述步骤1中，采样频率为5Hz。
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