CN109561446B - 一种高铁高速场景下无线网络优化的方法及装置 - Google Patents

一种高铁高速场景下无线网络优化的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高铁高速场景下无线网络优化的方法及装置。所述方法包括：获取所述信号接收采样点的参考信号发射功率，计算信号接收采样点的天线增益、发射天线无线电波传播的路径损耗及所述发射天线发射电波的穿透损耗；根据所述参考信号发射功率、所述天线增益、所述路径损耗和所述穿透损耗，得到信号接收端接收的参考信号接收功率RSRP；获取扫频RSRP，将所述扫频RSRP与所述参考信号接收功率RSRP拟合，得到拟合环境因子和拟合路径损耗，构建高铁高速场景的无线电波传输模型；基于所述高铁高速场景的无线电波传输模型，对高铁高速场景下的无线网络进行优化。本发明能精确指导不同场景下的天线类型和工参选择，以进行网络优化。

Description

一种高铁高速场景下无线网络优化的方法及装置
技术领域
本发明实施例涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种高铁高速场景下无线网络优化的方法及装置。
背景技术
目前，在高铁高速、高速场景下的无线网络基站规划中，基站的天线方位角、下倾角、挂高、站间距、站轨距等参数的规划主要是根据基站的选址位置、覆盖距离、铁塔高度通过简单的三角函数来初始确定的。待网络建设完成投入运行后，通过扫频、路测和MR数据分析等手段掌握实际的覆盖情况，并根据实际覆盖情况及覆盖需求对现网工参进行优化调整。在这个过程中，没有一种科学的方法确定最优工参，工参的设置主要依靠经验，往往需要通过多次的优化调整才能达到所需要的信号覆盖状态，耗时耗力。因为不知道怎样设置工参才是最优，有时即使是经过了多次优化，信号覆盖也达不到最优状态。
现有技术提出了一种方案：一是应用于网络规划阶段，在设置网络小区的天线参数初始值、天线参数的目标门限以及约束条件后，通过仿真平台对所述天线参数初始值进行仿真得到仿真结果。如果仿真结果满足所述目标门限，将所述天线参数初始值配置为所述小区的天线参数；如果仿真结果不满足所述目标门限，对所述天线参数初始值采用遗传算法在所述约束条件内进行优化，直至满足所述目标门限或者达到遗传算法的最大迭代次数，将优化得到的天线参数配置为所述小区的天线参数。二是应用于网络运行阶段，根据获取的网络性能参数确定是否启动天线参数优化，若确定需要启动天线参数优化，则确定网络中的待优化区域，对待优化区域的当前天线参数利用遗传算法在设置的约束条件内进行优化，直至满足网络性能参数阈值或者达到遗传算法的最大迭代次数，将优化得到的天线参数配置为待优化区域的天线参数。
此方法主要适用于普通场景下的小区天线的参数设置(面的覆盖)，算法上不能很好的适用于高铁高速这样的特殊场景(线的覆盖)。且该方法只考虑了天线参数的设置，缺乏对基站其他重要因数的考虑和计算，例如天线挂高、天线类型以及站间距、站轨距(基站与铁轨、高速路间垂直距离)等。
现有的高铁高速、高速场景的基站站址规划、基站天线选型、基站工参设置及优化方式存在以下缺点：
1.基站站址的站间距，站轨距规划主要依据经验，对工程师经验的依赖程度较高，但是这些经验不足以判断站间距、站轨距、相对于信号接收端的天线挂高的各种不同组合构成的场景，在规划时不能满足信号覆盖的要求。
2.对基站的天线挂高的合理性判断没有依据，往往用大网的经验来套用，而实际上高铁高速场景的天线挂高有其自身的要求。
3.在以往的链路预算中一般是使用发射天线增益的最大值来估算最远的覆盖距离，而实际上信号接收端所处发射天线坐标系中不同位置上收到的天线增益都是不同的。
发明内容
本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的高铁高速场景下无线网络优化的方法及装置。
根据本发明实施例的一个方面，提供一种高铁高速场景下无线网络优化的方法，包括：
获取所述信号接收采样点的参考信号发射功率，计算信号接收采样点的天线增益、发射天线无线电波传播的路径损耗及所述发射天线发射电波的穿透损耗；
根据所述参考信号发射功率、所述天线增益、所述路径损耗和所述穿透损耗，得到信号接收端接收的参考信号接收功率RSRP；
获取扫频RSRP，将所述扫频RSRP与所述参考信号接收功率RSRP拟合，得到拟合环境因子和拟合路径损耗，构建高铁高速场景的无线电波传输模型；
基于所述高铁高速场景的无线电波传输模型，对高铁高速场景下的无线网络进行优化。
进一步，所述计算信号接收采样点的天线增益，包括：
获取信号接收采样点的发射天线水平360度天线增益数据和垂直360度天线增益数据，计算出所述信号接收采样点在三维空间上的天线增益；
相应的，计算发射天线无线电波传播的路径损耗，包括：
获取所述信号接收采样点到所述发射天线的距离，及所述发射天线发射电波所处的频率，计算出无线电波传播的路径损耗；
相应的，计算所述发射天线发射电波的穿透损耗，包括：
获取所述发射天线发射电波入射角及车型信息，计算出所述发射天线发射电波的穿透损耗。
进一步，所述高铁高速场景的无线电波传输模型中，所述信号接收采样点的天线增益具体为：
Figure BDA0001420982880000031
其中，LantTx(az,el)为所述信号接收采样点的天线三维空间增益，az为所述信号接收采样点的方向角，el为所述信号接收采样点的下倾角，V(el)为所述信号接收采样点的下倾角对应的增益数据，H(az)为所述信号接收采样点的方向角对应的增益数据。
进一步，所述将所述扫频RSRP与所述参考信号接收功率RSRP拟合，得到拟合环境因子，具体包括：
取不同的n值，计算所述扫频RSRP与所述参考信号接收功率RSRP的标准方差，选取标准方差最小值对应的n值为拟合环境因子，其中，发射天线无线电波传播的路径损耗PathLoss＝-27.55+10nlog10dm+20log10fMHz；n为环境因子；dm为采样点到发射天线的距离，单位为米；fMHz为发射电磁波所处的频率，单位为MHZ；
或者，根据获取的单站测试数据，拟合得到单站的拟合环境因子。
进一步，所述基于所述高铁高速场景的无线电波传输模型，对高铁高速场景下的无线网络进行优化，具体包括：
获取多个待优化天线，获取多个基站的覆盖目标、覆盖门限、优劣判决指标参数以及所述基站的建设场景信息；
基于所述高铁高速场景的无线电波传输模型，回溯计算每种建设场景下的所述多个待优化天线是否能够达到覆盖要求；
当所述待优化天线在一种建设场景下达到覆盖要求时，计算出所述多个待优化天线在所述一种建设场景下的最优参数配置和覆盖信息；
根据每种建设场景下各待优化天线的最优配置参数和覆盖信息，根据所述优劣判决指标参数选择出最佳天线及其最优工参。
进一步，所述根据每种建设场景下各待优化天线的最优配置参数和覆盖信息，选择出最佳天线及其最优工参，之后还包括：
基于所述高铁高速场景的无线电波传输模型，根据所述最佳天线及其最优工参，结合信号覆盖的电平要求，获取满足条件的建设场景信息，所述建设场景信息包括站轨距、站间距和天线相对挂高的组合。
进一步，所述根据每种建设场景下各待优化天线的最优配置参数和覆盖信息，选择出最佳天线及其最优工参，之后还包括：
基于所述高铁高速场景的无线电波传输模型，根据所述最佳天线及其最优工参计算基站覆盖路段的左右两个方向上、满足覆盖门限的采样点的最优电平组合和覆盖距离；
计算所述覆盖距离内的每个采样点的信号覆盖强度；对于覆盖相邻路段，选取多副天线在交叠区域所产生的信号的较大值作为多副天线交叠覆盖区域的信号覆盖强度；
根据所述信号覆盖强度得到所述覆盖距离内的信号预测信息。
根据本发明实施例的另一个方面，还提供一种高铁高速场景下无线网络优化的装置，包括：
信息获取模块，用于获取所述信号接收采样点的参考信号发射功率，计算信号接收采样点的天线增益、发射天线无线电波传播的路径损耗及所述发射天线发射电波的穿透损耗；
接收功率模块，用于根据所述参考信号发射功率、所述天线增益、所述路径损耗和所述穿透损耗，得到信号接收端接收的参考信号接收功率RSRP；
模型拟合模块，用于获取扫频RSRP，将所述扫频RSRP与所述参考信号接收功率RSRP拟合，得到拟合环境因子和拟合路径损耗，构建高铁高速场景的无线电波传输模型；以及
优化模块，用于基于所述高铁高速场景的无线电波传输模型，对高铁高速场景下的无线网络进行优化。
根据本发明实施例的另一个方面，还提供一种高铁高速场景下无线网络优化的设备，包括：
至少一个处理器；以及
与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行本发明实施例一种高铁高速场景下无线网络优化的方法及其任一可选实施例的方法。
根据本发明的另一个方面，还提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行本发明实施例所述一种高铁高速场景下无线网络优化的方法及其所有可选实施例的方法。
本发明实施例提出一种高铁高速场景下无线网络优化的方法及装置，通过信号接收采样点的参考信号发射功率，计算信号接收采样点的天线增益、发射天线无线电波传播的路径损耗及所述发射天线发射电波的穿透损耗计算信号接收采样点的参考接收功率，并将参考接收功率预扫频获得的实际接收功率进行拟合，构建高铁高速场景的无线电波传输模型。利用所述无线电波传输模型对高铁高速场景下的无线网络进行优化，能够比传统方法更精确地指导现网站点的相对挂高、天线类型及其工参的优化调整，能够指导新建站址的站轨距、站间距、相对挂高和天线类型及其工参的合理性选择。
附图说明
图1为本发明实施例一种高铁高速场景下无线网络优化的方法流程示意图；
图2为本发明实施例一种类型的天线的水平360度增益分布示意图；
图3为本发明实施例一种类型的天线的垂直360度增益分布示意图；
图4为本发明实施例将采样点从水平坐标系转换到所述发射天线坐标系的原理示意图。
图5为本发明实施例最优工参计算和天线选型方法流程示意图
图6为本发明实施例无线电波传输模型拟合修正方法流程示意图；
图7为本发明实施例覆盖预测方法流程示意图；
图8为本发明实施例一种高铁高速场景下无线网络优化的设备的框架示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，为克服现有技术的不足，本发明实施例提供一种高铁高速场景下无线网络优化的方法，包括：
S100，获取所述信号接收采样点的参考信号发射功率，计算信号接收采样点的天线增益、发射天线无线电波传播的路径损耗及所述发射天线发射电波的穿透损耗；
本发明实施例所述信号接收采样点是高铁高速场景下的合适的地点位置，包括多个信号接收采样点，所述信号接收采样点包含经纬度信息。除了获取所述信号接收采样点的参考信号发射功率，本发明实施例对所述信号接收采样点的测试数据还包括采样点的经纬度、频点、基站PCI号、打点时间戳等。
本发明实施例所述天线增益为天线的三维空间增益，是指从发射天线发出的信号到采样点的接收到的信号在三维空间的天线增益。请参考图2本发明实施例一种类型的天线的水平360度增益分布示意图和图3本发明实施例一种类型的天线的垂直360度增益分布示意图。
无线电波从车厢外穿透车厢进入车体内时，其信号强度发送衰减，因而产生损耗。本发明实施例所述穿透损耗是指某种类型的天线发射的无线电波的穿透车体是的功率损耗，是基于多个同一类型的单副发射天线的测试数据而获取；基于所测试的多副天线数据，依次获取每一副天线的无线电波入射车厢的不同角度的车体损耗，从而获取一种经验值，然后根据经验值拟合具有普适性的穿透损耗公式。
S200，根据所述参考信号发射功率、所述天线增益、所述路径损耗和所述穿透损耗，得到信号接收端接收的参考信号接收功率RSRP；
本发明实施例根据公式RSRP＝PCRS+AntGain-PathLoss-TrainLoss计算接收端接收的参考信号接收功率RSRP，其中PCRS是CRS信号发射功率，AntGain为天线的三维空间天线增益，PathLoss为路径损耗，TrainLoss为穿透损耗。
S300，获取扫频RSRP，将所述扫频RSRP与所述参考信号接收功率RSRP拟合，得到拟合环境因子和拟合路径损耗，构建高铁高速场景的无线电波传输模型；
本发明实施例通过公式计算的参考信号接收功率RSRP与扫频的RSRP进行拟合，构建高铁高速场景的无线电波传输模型。当参考信号接收功率RSRP与扫频的RSRP的标准方差最小时，得到最佳拟合模型。
S400，基于所述高铁高速场景的无线电波传输模型，对高铁高速场景下的无线网络进行优化。
基于上述步骤构建了高铁高速场景的无线电波传输模型后，可以利用所述无线电波传输模型对高铁高速场景下的无线网络进行优化。所述高铁高速场景包括高铁场景和高速公路场景。无论是高铁场景还是高速公路场景，其场景都包括站间距(基站与基站之间的距离)、站轨距(基站与铁轨的距离，或基站与高速公路的距离)、相对于信号接收点的天线挂高(即采样点或实际的信号接收点)这三种数据所组合的场景，其中每一种数据都可以变化，三种数据进行不同的变化可以得到不同的组合场景，即下述的不同场景。本发明实施例所述不同场景包括站间距、站轨距、相对于信号接收点的天线挂高的多种组合的场景。
本发明实施例提出一种高铁高速场景下无线网络优化的方法及装置，通过信号接收采样点的参考信号发射功率，计算信号接收采样点的天线增益、发射天线无线电波传播的路径损耗及所述发射天线发射电波的穿透损耗计算信号接收采样点的参考接收功率，并将参考接收功率预扫频获得的实际接收功率进行拟合，构建高铁高速场景的无线电波传输模型。利用所述无线电波传输模型对高铁高速场景下的无线网络进行优化，能够比传统方法更精确地指导现网站点的相对挂高、天线类型及其工参的优化调整，能够指导新建站址的站轨距、站间距、相对挂高和天线类型及其工参的合理性选择。
在一个可选的实施例中，所述计算信号接收采样点的天线增益，包括：
S100.1，获取信号接收采样点的发射天线水平360度天线增益数据和垂直360度天线增益数据，计算出所述信号接收采样点在三维空间上的天线增益；
相应的，计算发射天线无线电波传播的路径损耗，包括：
S100.2，获取所述信号接收采样点到所述发射天线的距离，及所述发射天线发射电波所处的频率，计算出无线电波传播的路径损耗；
相应的，计算所述发射天线发射电波的穿透损耗，包括：
S100.3，获取所述发射天线发射电波入射角及车型信息，计算出所述发射天线发射电波的穿透损耗。
本发明实施例的步骤S100.1、S100.2和S100.3之间没有先后顺序关系，仅用于标识。
现有技术在高铁高速场景，未能考虑无线信号的入射角度与穿透损耗的变化关系，并且方向角、下倾角设置没有理论依据，主要凭经验确定，以不断试错的方式进行优化调整，不但耗时耗力而且有时不知道怎样优化到合理状态。本发明实施例通过步骤S100.3解决现有技术。
具体的，本发明实施例通过公式计算的参考信号接收功率RSRP与扫频的RSRP进行拟合对无线电波传输模型的环境因子n进行校正时，当参考信号接收功率RSRP与扫频的RSRP的标准方差最小时，可以获得无线电波入射车厢的车体穿透损耗经验公式，如下：
Figure BDA0001420982880000101
其中，TrainLoss为车体损耗，单位为dB；θ为入射角；K为常量且根据车型的不同而变化。
具体的，对于CRH380BL车型，K＝13是合适的，CRH380BL车型也是一种穿损较大的车型，可以作为一个通用值使用。
基于上述实施例获取了高铁高速场景的无线电波传输模型和无线电波入射车厢的车体穿透损耗，可以为新站点的规划和现有网络的优化提高良好的理论依据，避免了以往靠人工经验的不确定性和不准确，提高了高铁、高速场景下网络规划和优化的准确性和工作效率。
由于穿透损耗是针对单副天线的，在实测信号时，往往测到的是多幅天线的综合信号，因此本发明实施在纯单副天线测试数据的获取上，采用了选取现网小区间路段测试的方法，再用频点和PCI筛选所需的数据，解决了纯单副天线信号覆盖数据获取困难的问题。
基于上述实施例，步骤S100.1，获取信号接收采样点的发射天线水平360度天线增益数据和垂直360度天线增益数据，计算出所述信号接收采样点在三维空间上的天线增益，进一步包括：
S100.1.1，将所述信号接收采样点在水平坐标系所处的位置转换到所述发射天线坐标系中所处的位置，请参考图4；
Figure BDA0001420982880000111
和
Figure BDA0001420982880000112
分别是发射天线Tx在坐标系
Figure BDA0001420982880000113
中的方位角和下倾角。
Figure BDA0001420982880000114
和
Figure BDA0001420982880000115
分别是采样点Rx在坐标系
Figure BDA0001420982880000116
中的方向角和下倾角。d是发射天线Tx和采样点Rx之间的距离。
在坐标系
Figure BDA0001420982880000117
中，所述采样点的坐标如下：
Figure BDA0001420982880000118
令az和el分别为发射天线坐标系
Figure BDA0001420982880000119
中所述采样点的方向角和下倾角，因此，在坐标系
Figure BDA00014209828800001110
中所述采样点的坐标为：
Figure BDA00014209828800001111
根据图4，我们可以得到如下关系：
Figure BDA0001420982880000121
和
Figure BDA0001420982880000122
因此，坐标系
Figure BDA0001420982880000123
和发射天线坐标系
Figure BDA0001420982880000124
之间的关系如下：
Figure BDA0001420982880000125
可以得到，
Figure BDA0001420982880000126
Figure BDA0001420982880000131
然后，方程式(1)、(2)代入方程式(6)，从而计算出满足两种可能性的解。
第一种解：如果
Figure BDA0001420982880000132
则az＝0，且
Figure BDA0001420982880000133
第二种解：如果
Figure BDA0001420982880000134
则
Figure BDA0001420982880000135
且
Figure BDA0001420982880000136
如果
Figure BDA0001420982880000137
则az＝az+π。
S100.1.2，基于所述发射天线的水平360度天线增益数据和垂直360度天线增益数据，获取采样点方向角az对应的增益数据H(az)和采样点下倾角el对应的增益数据V(el)，然后计算无线电波在所述采样点的三维空间的天线增益。具体计算时，可使用插值法。
Figure BDA0001420982880000138
其中LantTx(az,el)为信号接收端接收的RSRP公式中AntGain，az为所述信号接收采样点的方向角，el为所述信号接收采样点的下倾角，V(el)为所述信号接收采样点的下倾角对应的增益数据，H(az)为所述信号接收采样点的方向角对应的增益数据。
在实际实施时，可事先存储不同类型的天线文件数据，供其他模块调用计算的水平360度增益数据、垂直360度增益数据，请参考图2本发明实施例一种类型的天线的水平360度增益分布示意图和图3本发明实施例一种类型的天线的垂直360度增益分布示意图。
在一个可选的实施例中，步骤S300中，所述将所述扫频RSRP与所述参考信号接收功率RSRP拟合，得到拟合环境因子，具体包括：
S300.1，取不同的n值，计算所述扫频RSRP与所述参考信号接收功率RSRP的标准方差，选取标准方差最小值对应的n值为拟合环境因子，其中，发射天线无线电波传播的路径损耗PathLoss＝-27.55+10nlog10dm+20log10fMHz；n为环境因子；dm为采样点到发射天线的距离，单位为米；fMHz为发射电磁波所处的频率，单位为MHZ；或者
S300.2，根据获取的单站测试数据，拟合得到单站的拟合环境因子。
本发明实施例的步骤S300.1和S300.2之间没有先后顺序关系，仅用于标识。
本发明实施例中，高铁高速场景所处的无线传播环境绝大部分是视距的环境。本发明实施例对随环境因子n变化的自由空间传播模型、SPM模型、COST231模型等模型在理论研究后，把上述模型得到的理论数据与测试数据分别进行拟合比较，得到的结果是：随环境因子n变化的自由空间传播模型的拟合标准方差较低、相关性较强、效果较好，因此本发明实施例最终选择自由空间传播模型作为本发明实施例的无线电波传输模型的基础。
本发明实施例高铁高速场景时的无线电波传输模型为PathLoss＝-27.55+10nlog10dm+20log10fMHz，其中环境因子n的取值根据环境而变化，一般在2-4之间取值。
步骤S300.1中，取不同的n值进行计算拟合时，可以以预定值为步长修改环境因子n，其中预定值为任意设置的值，可以为0.05，0.1，0.15，0.2，0.25，0.3等；优选的，所述预定值为0.1。
本发明实施例采用第一校正方式或第二校正方式对所述无线电波传输模型进行校正：
所述第一校正方式为：取不同的n值进行计算拟合后，选取环境因子n＝2.8作为通用值；
所述第二校正方式为：根据获取的单站测试数据，拟合得到单站的拟合环境因子。即分别采集单个基站发射天线在接收信号采样点的扫RSRP及经纬度，并与理论计算的RSRP进行拟合，分别获取单个基站的n的取值。
本发明实施例提供的两种模型校正的方式，可以根据实际情况任选其中一种：第一校正方式是n＝2.8的通用模型；在选取多个代表性的场景进行测试和拟合后，当取n＝2.8时，标准方差较小，总体拟合效果最好。第二校正方式是根据测试数据拟合的单个基站的n取值；虽然高铁场景大部分站点总体上都是视距的环境，但是每个站点的环境在地貌上会有所区别，在能取到较为准确的单站测试数据的情况下，可以单站拟合取到合理的n值，每个基站根据各自的环境因子n使用各自的无线电波传输模型。
在一个可选的实施例中，步骤S400，所述基于所述高铁高速场景的无线电波传输模型，对高铁高速场景下的无线网络进行优化，具体包括：
获取多个待优化天线，获取多个基站的覆盖目标、覆盖门限、优劣判决指标参数以及所述基站的建设场景信息；
基于所述高铁高速场景的无线电波传输模型，回溯计算每种建设场景下的所述多个待优化天线是否能够达到覆盖要求；
当所述待优化天线在一种建设场景下达到覆盖要求时，计算出所述多个待优化天线在所述一种建设场景下的最优参数配置和覆盖信息；
根据每种建设场景下各待优化天线的最优配置参数和覆盖信息，根据所述优劣判决指标参数选择出最佳天线及其最优工参。
如前所述，本发明实施例所述不同场景包括站间距、站轨距、相对于信号接收采样点的天线挂高的每一种组合的场景。所述最佳天线类型也可以是指定的天线类型。由于高铁高速场景的信号覆盖的强弱是由站间距(基站与基站之间的距离)、站轨距(基站与铁轨的距离，或基站与高速公路的距离)、天线相对于信号接收点(即采样点或实际的信号接收点)的挂高、天线类型、天线工参这些因素综合作用的结果，因此本发明实施例通过构建的无线电波传输模型对不同场景的输入数据进行计算，可获得满足条件的高铁或高速上无线网络的最佳天线及其最优工参，从而能够比传统方法更精确地指导对无线网络站点工参的优化调整工作。
所述不同场景的输入数据包括：规划中的无线网络的站间距、站轨距和天线相对挂高的不同组合，以及不同天线类型的三维空间增益数据；现网站点的站间距、站轨距、信号接收点的天线相对挂高以及不同天线类型的三维空间增益数据。
其中，基于规划中的无线网络的站间距、站轨距和天线相对挂高的不同组合，以及不同天线类型的三维空间增益数据，可以获取新建站点的站间距、站轨距、天线挂高、最佳天线类型及最佳天线工参；基于现网站点的站间距、站轨距、信号接收点的天线相对挂高以及不同天线类型的三维空间增益数据，可以获取最佳天线类型及最佳天线工参；基于现网站点的站间距、站轨距、信号接收点的天线相对挂高以及目标天线的三维空间增益数据，可以对所述目标天线的方位角和下倾角的工参进行优化。
基于上述实施例，所述根据每种建设场景下各待优化天线的最优配置参数和覆盖信息，选择出最佳天线及其最优工参，之后还包括：
基于所述高铁高速场景的无线电波传输模型，根据所述最佳天线及其最优工参，结合信号覆盖的电平要求，获取满足条件的建设场景信息，所述建设场景信息包括站轨距、站间距和天线相对挂高的组合。
本发明实施例在获取不同场景的无线网络的最佳天线类型及其最优工参后，进一步通过最佳天线类型及其最优工参，以及信号覆盖的电平要求来校正或调整基站的站轨距、站间距和天线相对挂高，从而获取最优的站轨距、站间距和天线相对挂高。
具体的，对于补增的新建站址或新建高铁的网络规划，通过对不同站间距、站轨距、相对于信号接收点的天线挂高的每一种组合的场景，在使用不同类型天线时进行工参的迭代计算，进而得出满足覆盖条件的站间距、站轨距、相对于信号接收点的天线挂高的合理规划建议；对于现网站点的弱覆盖网络优化，采用一站一方案的方式对弱覆盖站点的路测数据进行数据拟合和传播模型校正后，得出最佳拟合情况下该问题站点的修正传播模型，进而利用该修正模型计算出该站点的最优工参设置方案，可大大减少其依赖性于工程师经验判断的不确定性，并切实有效地提高了高铁、高速场景下网络规划和优化的准确性和工作效率。
在一个可选的实施例中，所述根据每种建设场景下各待优化天线的最优配置参数和覆盖信息，选择出最佳天线及其最优工参，之后还包括：
基于所述高铁高速场景的无线电波传输模型，根据所述最佳天线及其最优工参计算基站覆盖路段的左右两个方向上、满足覆盖门限的采样点最优电平组合和覆盖距离；
计算所述覆盖距离内的每个采样点的信号覆盖强度；对于覆盖相邻路段，选取多副天线在交叠区域所产生的信号的较大值作为多副天线交叠覆盖区域的信号覆盖强度；
根据所述信号覆盖强度得到所述覆盖距离内的信号预测信息。
现有技术对不同类型天线覆盖效果的比较与评估，没有一套科学的方法进行分场景的系统研究，而仅仅是建立在个别场景的实际应用效果上，没有系统性的认知和不知道其效果差异的原因，无法较为准确地预测整个高铁高速(车厢内)覆盖路段的信号强度。
为解决现有技术问题，本发明实施例在构建了以无线电波传输模型、车体穿透损耗及天线三维空间增益为核心的方法获取最佳天线及其最优工参后，可以根据最佳天线及其最优工参进一步对不同的基站建设场景下的信号覆盖的参数进行预测。
本发明实施例在解决两副天线交叠覆盖区域的信号覆盖情况的问题时，采用了取两副天线在交叠区域所产生的信号的较大值的方法，用该方法在解决预测塔下信号问题时取得了很好的效果。
综上所述，本发明实施例所述高铁高速场景下无线网络优化的方法，对于补增的新建站址或新建高铁的网络规划，通过对不同站间距、站轨距、相对于信号接收点的天线挂高的每一种组合的场景，在使用不同类型天线时进行工参的迭代计算，进而得出满足覆盖条件的站间距、站轨距、相对于信号接收点的天线挂高的合理规划建议。
对于现网站点的弱覆盖网络优化，采用一站一方案的方式对弱覆盖站点的路测数据进行数据拟合和传播模型校正后，得出最佳拟合情况下该问题站点的修正传播模型，进而利用该修正模型计算出该站点的最优工参设置方案，从而能够比传统方法更精确地指导对现网站点工参的优化调整工作。
基于本发明实施例所述高铁高速场景下无线网络优化的方法的所有可选实施例，下面以具体流程来描述本发明实施例最优工参计算和天线选型方法流程、本发明实施例无线电波传输模型拟合修正方法流程以及本发明实施例覆盖预测方法流程。
图5为本发明实施例最优工参计算和天线选型方法流程示意图。在一个具体的实施例中，最优工参计算和天线选型方法的主要流程包括：
步骤51.选择两款需要进行覆盖效果比较的天线；
步骤52.设置基站的覆盖目标、覆盖门限、优劣判决指标等参数以及基站的建设场景。若基站的建设场景保存在文件中也可以通过加载该文件的方式批量加载建设场景和上述参数设置；所述基站的建设场景即前述实施例所述不同场景。
步骤53.计算每种场景下的两款天线是否能够达到覆盖要求。若能达到覆盖要求则进一步计算出两款天线在各自最优覆盖情况下的参数配置，若两款天线都不能达到覆盖要求则进入下一场景的计算，并循环上述过程直至完成所有场景的计算；
步骤54.输出计算结果，得到各场景下每种天线的最优配置参数及覆盖情况，并根据覆盖情况得出推荐使用的、覆盖效果更好的天线类型。
图6为本发明实施例无线电波传输模型拟合修正方法流程示意图。在一个具体的实施例中，无线电波传输模型拟合修正方法的主要流程包括：
步骤61.设置基站经纬度、选择天线，并设置基站工参；
步骤62.导入该站点的路测扫频数据；
步骤63.以0.1为步长修改环境因子，并根据基站和扫频测试点的经纬度信息使用每种环境因子的传播模型计算出所有测试点的理论信号强度；
步骤64.根据步骤63的计算结果，计算每种环境因子模型下，所有测试点的理论信号强度与实测信号强度的标准差与相关系数，得到最拟合情况下的环境因子；
步骤65.输出最拟合环境因子模型下的实测信号强度和理论信号强度的对比信号强度曲线图。
图7为本发明实施例覆盖预测方法流程示意图。在一个具体的实施例中，覆盖预测方法的主要流程包括：
步骤71.选择天线，并设置基站工参、站轨距、覆盖门限、环境因子等参数；
步骤72.计算覆盖路段的两个方向上满足覆盖门限的两端最远覆盖距离；
步骤73.计算覆盖距离内线路上每个接收点的信号强度，并计算该覆盖距离内满足覆盖门限的有效覆盖率；
步骤74.根据步骤73的计算结果画出覆盖距离内的信号预测图。
本发明实施例还提供一种高铁高速场景下无线网络优化的装置，包括：
信息获取模块，用于获取所述信号接收采样点的参考信号发射功率，计算信号接收采样点的天线增益、发射天线无线电波传播的路径损耗及所述发射天线发射电波的穿透损耗；
接收功率模块，用于根据所述参考信号发射功率、所述天线增益、所述路径损耗和所述穿透损耗，得到信号接收端接收的参考信号接收功率RSRP；
模型拟合模块，用于获取扫频RSRP，将所述扫频RSRP与所述参考信号接收功率RSRP拟合，得到拟合环境因子和拟合路径损耗，构建高铁高速场景的无线电波传输模型；以及
优化模块，用于基于所述高铁高速场景的无线电波传输模型，对高铁高速场景下的无线网络进行优化。
本发明实施例所述的高铁高速场景下无线网络优化的装置，是与本发明实施例所述的高铁高速场景下无线网络优化的方法完全对应的装置权利要求，具有本发明实施例所述的高铁高速场景下无线网络优化的方法完全相同的技术特征和技术效果，在此不再赘述。
综上所述，相比现有技术，本发明实施例具有以下有益效果：
1.在理论上构建了站间距、站轨距、相对于信号接收采样点的天线挂高、天线类型、天线工参这些因素的互相作用机制，为高铁高速的网络规划和优化提供了有力的理论依据，大大减少目前依赖性于工程师经验判断的不确定性，和大大提高了高铁高速网络规划和优化的准确性和工作效率。
2.引入了天线比较选型的功能，很好地解释了目前很多高铁场景下宽波瓣天线比窄波瓣天线覆盖效果好的原因，为高铁高速不同场景选择合适的天线提供了理论依据。
3.现有技术只是计算满足门限要求的配置参数，而本发明实施例能够计算出覆盖效果最佳的最优配置参数；
4.现有技术在仿真时所有站点都是采用统一的传播模型进行计算的，而本发明实施例能够通过弱覆盖站点的测试数据对通用的传播模型进行单站校正，使得传播模型能够更符合该站点的实际情况，从而在做后期的优化、规划工作时能够更加精确；
5.本发明实施例把信号接收采样点即采样点从水平坐标系中所处的位置转换到发射天线坐标系中所处的位置，并查找从天线厂家官方提供的水平360度天线增益数据和垂直360度天线增益数据，再通过插值法或其他三维计算方法，计算出信号接收采样点在三维空间上的天线增益；
6.现有技术都是采用固定的穿透损耗，而本发明实施例引入了车体穿透损耗随信号入射角度变化的关系，使得理论计算数据和实测数据更加接近；
7.本发明实施例可以精确预测整个覆盖路段的信号强度分布情况，以及满足门限指标的有效覆盖率。
图8示出了本发明实施例高铁高速场景下无线网络优化的设备的结构框图。
参照图8，所述设备，包括：处理器(processor)601、存储器(memory)602和总线603；
其中，所述处理器601和存储器602通过所述总线603完成相互间的通信；
所述处理器601用于调用所述存储器602中的程序指令，以执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：获取所述信号接收采样点的参考信号发射功率，计算信号接收采样点的天线增益、发射天线无线电波传播的路径损耗及所述发射天线发射电波的穿透损耗；根据所述参考信号发射功率、所述天线增益、所述路径损耗和所述穿透损耗，得到信号接收端接收的参考信号接收功率RSRP；获取扫频RSRP，将所述扫频RSRP与所述参考信号接收功率RSRP拟合，得到拟合环境因子和拟合路径损耗，构建高铁高速场景的无线电波传输模型；基于所述高铁高速场景的无线电波传输模型，对高铁高速场景下的无线网络进行优化。
本发明另一实施例公开一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：获取所述信号接收采样点的参考信号发射功率，计算信号接收采样点的天线增益、发射天线无线电波传播的路径损耗及所述发射天线发射电波的穿透损耗；根据所述参考信号发射功率、所述天线增益、所述路径损耗和所述穿透损耗，得到信号接收端接收的参考信号接收功率RSRP；获取扫频RSRP，将所述扫频RSRP与所述参考信号接收功率RSRP拟合，得到拟合环境因子和拟合路径损耗，构建高铁高速场景的无线电波传输模型；基于所述高铁高速场景的无线电波传输模型，对高铁高速场景下的无线网络进行优化。
本发明另一实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：获取所述信号接收采样点的参考信号发射功率，计算信号接收采样点的天线增益、发射天线无线电波传播的路径损耗及所述发射天线发射电波的穿透损耗；根据所述参考信号发射功率、所述天线增益、所述路径损耗和所述穿透损耗，得到信号接收端接收的参考信号接收功率RSRP；获取扫频RSRP，将所述扫频RSRP与所述参考信号接收功率RSRP拟合，得到拟合环境因子和拟合路径损耗，构建高铁高速场景的无线电波传输模型；基于所述高铁高速场景的无线电波传输模型，对高铁高速场景下的无线网络进行优化。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述设备实施例或方法实施例仅仅是示意性的，其中所述处理器和所述存储器可以是物理上分离的部件也可以不是物理上分离的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种高铁高速场景下无线网络优化的方法，其特征在于，包括：
获取信号接收采样点的参考信号发射功率，计算信号接收采样点的天线增益、发射天线无线电波传播的路径损耗及所述发射天线发射电波的穿透损耗；
根据所述参考信号发射功率、所述天线增益、所述路径损耗和所述穿透损耗，得到信号接收端接收的参考信号接收功率RSRP；
获取扫频RSRP，将所述扫频RSRP与所述参考信号接收功率RSRP拟合，得到拟合环境因子和拟合路径损耗，构建高铁高速场景的无线电波传输模型；
基于所述高铁高速场景的无线电波传输模型，对高铁高速场景下的无线网络进行优化；
所述将所述扫频RSRP与所述参考信号接收功率RSRP拟合，得到拟合环境因子，具体包括：
取不同的n值，计算所述扫频RSRP与所述参考信号接收功率RSRP的标准方差，选取标准方差最小值对应的n值为拟合环境因子，其中，发射天线无线电波传播的路径损耗PathLoss＝-27.55+10nlog10dm+20log10fMHz；n为环境因子；dm为采样点到发射天线的距离，单位为米；fMHz为发射电磁波所处的频率，单位为MHZ；
或者，根据获取的单站测试数据，拟合得到单站的拟合环境因子，所述根据获取的单站测试数据，拟合得到单站的拟合环境因子，包括：分别采集单个发射天线在接收信号采样点的扫频 RSRP及经纬度，并与理论计算的RSRP进行拟合，分别获取单个基站的n的取值；
所述基于所述高铁高速场景的无线电波传输模型，对高铁高速场景下的无线网络进行优化，具体包括：
获取多个待优化天线，获取多个基站的覆盖目标、覆盖门限、优劣判决指标参数以及所述基站的建设场景信息；
基于所述高铁高速场景的无线电波传输模型，回溯计算每种建设场景下的所述多个待优化天线是否能够达到覆盖要求；
当所述待优化天线在一种建设场景下达到覆盖要求时，计算出所述多个待优化天线在所述一种建设场景下的最优参数配置和覆盖信息；
根据每种建设场景下各待优化天线的最优配置参数和覆盖信息，根据所述优劣判决指标参数选择出最佳天线及其最优工参；
所述根据每种建设场景下各待优化天线的最优配置参数和覆盖信息，根据所述优劣判决指标参数选择出最佳天线及其最优工参，之后还包括：
基于所述高铁高速场景的无线电波传输模型，根据所述最佳天线及其最优工参，结合信号覆盖的电平要求，获取满足条件的建设场景信息，所述建设场景信息包括站轨距、站间距和天线相对挂高的组合。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算信号接收采样点的天线增益，包括：
获取信号接收采样点的发射天线水平360度天线增益数据和垂直360度天线增益数据，计算出所述信号接收采样点在三维空间上的天线增益；
相应的，计算发射天线无线电波传播的路径损耗，包括：
获取所述信号接收采样点到所述发射天线的距离，及所述发射天线发射电波所处的频率，计算出无线电波传播的路径损耗；
相应的，计算所述发射天线发射电波的穿透损耗，包括：
获取所述发射天线发射电波入射角及车型信息，计算出所述发射天线发射电波的穿透损耗。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述高铁高速场景的无线电波传输模型中，所述天线增益具体为：
Figure FDA0003231505880000031
其中，LantTx(az,el)为所述信号接收采样点的天线三维空间增益，az为所述信号接收采样点的方向角，el为所述信号接收采样点的下倾角，V(el)为所述信号接收采样点的下倾角对应的增益数据，H(az)为所述信号接收采样点的方向角对应的增益数据。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据每种建设场景下各待优化天线的最优配置参数和覆盖信息，根据所述优劣判决指标参数选择出最佳天线及其最优工参，之后还包括：
基于所述高铁高速场景的无线电波传输模型，根据所述最佳天线及其最优工参计算基站覆盖路段的左右两个方向上、满足覆盖门限的采样点的最优电平组合和覆盖距离；
计算所述覆盖距离内的每个采样点的信号覆盖强度；对于覆盖相邻路段，选取多副天线在交叠区域所产生的信号的较大值作为多副天线交叠覆盖区域的信号覆盖强度；
根据所述信号覆盖强度得到所述覆盖距离内的信号预测信息。
5.一种高铁高速场景下无线网络优化的装置，其特征在于，所述装置包括：
信息获取模块，用于获取信号接收采样点的参考信号发射功率，计算信号接收采样点的天线增益、发射天线无线电波传播的路径损耗及所述发射天线发射电波的穿透损耗；
接收功率模块，用于根据所述参考信号发射功率、所述天线增益、所述路径损耗和所述穿透损耗，得到信号接收端接收的参考信号接收功率RSRP；
模型拟合模块，用于获取扫频RSRP，将所述扫频RSRP与所述参考信号接收功率RSRP拟合，得到拟合环境因子和拟合路径损耗，构建高铁高速场景的无线电波传输模型；以及
优化模块，用于基于所述高铁高速场景的无线电波传输模型，对高铁高速场景下的无线网络进行优化；
所述模型拟合模块具体用于：
取不同的n值，计算所述扫频RSRP与所述参考信号接收功率RSRP的标准方差，选取标准方差最小值对应的n值为拟合环境因子，其中，发射天线无线电波传播的路径损耗PathLoss＝-27.55+10nlog10dm+20log10fMHz；n为环境因子；dm为采样点到发射天线的距离，单位为米；fMHz为发射电磁波所处的频率，单位为MHZ；
或者，根据获取的单站测试数据，拟合得到单站的拟合环境因子，所述根据获取的单站测试数据，拟合得到单站的拟合环境因子，包括：分别采集单个发射天线在接收信号采样点的扫频 RSRP及经纬度，并与理论计算的RSRP进行拟合，分别获取单个基站的n的取值；
所述优化模块具体用于：
获取多个待优化天线，获取多个基站的覆盖目标、覆盖门限、优劣判决指标参数以及所述基站的建设场景信息；
基于所述高铁高速场景的无线电波传输模型，回溯计算每种建设场景下的所述多个待优化天线是否能够达到覆盖要求；
当所述待优化天线在一种建设场景下达到覆盖要求时，计算出所述多个待优化天线在所述一种建设场景下的最优参数配置和覆盖信息；
根据每种建设场景下各待优化天线的最优配置参数和覆盖信息，根据所述优劣判决指标参数选择出最佳天线及其最优工参；
所述优化模块还用于：在所述根据每种建设场景下各待优化天线的最优配置参数和覆盖信息，根据所述优劣判决指标参数选择出最佳天线及其最优工参之后，基于所述高铁高速场景的无线电波传输模型，根据所述最佳天线及其最优工参，结合信号覆盖的电平要求，获取满足条件的建设场景信息，所述建设场景信息包括站轨距、站间距和天线相对挂高的组合。
6.一种高铁高速场景下无线网络优化的设备，其特征在于，所述设备包括：
至少一个处理器；以及
与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1至4任一所述的方法。
7.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如权利要求1至4任一所述的方法。
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