CN113573335A - 一种室内信号跟踪方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种室内信号跟踪方法，属于无线通信网络技术领域。本发明主要利用CW传播模型进行仿真，实现对信号传播路径的跟踪，通过跟踪射线还原信号的真实传播路径。将室内场景分为了两个部分，视距通信场景和非视距通信场景。在室内视距通信场景，沿用传统的室内信号跟踪方法；在非视距室内通信场景，利用通信仿真软件Atoll进行测试场景模拟。本发明与传统的模式矩阵方法相比，CW传播模型利用射线跟踪和测试场景校正过程，可以更好的发现测试场景中的信号盲区，避免实地测试带来的人力物力损耗，提高室内通信质量。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信网络技术领域，具体涉及一种室内信号跟踪方法。
背景技术
当前人们的生活已经离不开网络，无论是办公楼，还是在生活住宅区，人们都需要网络在室内环境中进行工作，学习，生活，娱乐。据不完全统计，全国移动通信约60％-70％是在室内进行。
然而，随着城市建设的发展，由于建筑物自身的屏蔽和吸收作用，信号发射出来后，很容易受到室内墙体，沙发，窗户等物体发生反射、折射、绕射现象的影响，造成极大的衰减，使得无法对室内场景进行更好的覆盖；另一方面，在大型商场，会议中心等场景，由于移动通信密度使用过大，局部网络容量不能满足用户需求。当前实现通信覆盖方案主要有两种：一种是通过室内外基站穿透直接覆盖；另一种是通过分布系统覆盖，包括室外分布系统和室内电缆光纤分布系统，这些方案在移动通信室内覆盖建设初期发挥了积极作用。然而，在移动通信网络室内覆盖建设的后期，为了改善通信网络在室内的通信效果，如果能实时对整个室内信号覆盖进行监控观察，具有很多好处，包括：发现室内的信号盲区，提高室内覆盖面，分析不同环境下的传输损耗，以获得更好的室内通信系统。
到目前为止，许多专家也提出了一些室内通信方法。例如：通过构建室内环境模式矩阵，还原室内测试场景，或者，构建发射点与接收端，通过矢网分析仪分析场景的变化，从而满足了室内通信的高容量需求。但是，这些方法在对测试场景进行还原过程，忽略了房间的结构，房间内的布置都会对信号的传播造成影响；同时，在厕所和墙角处，依靠传统的测试仪器根本无法测量到这些信号盲区。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种室内信号跟踪方法，对室内场景分情况进行分析，能够解决现有室内通信中信号传输不确定性问题，利用射线跟踪发现室内信号盲区。
本发明采用如下技术方案：
一种室内信号跟踪方法，包括如下步骤：
S1、结合测试场景的室内情况和周边的室外情况对测试场景进行分析；
S2、根据分析的结果设定收发天线、失网分析仪的参数；
S3、对整个室内的信号覆盖情况进行模拟，当发射点与接收点之间属于视距传播时，采用LEE模型进行模拟，当发射点与接收点之间属于非视距传播时，采用CW模型进行模拟；
S4、将模拟结果与标准数据进行比较，判断模拟结果是否在标准范围内，如果不在标准范围内，则对模型参数进行校正，直至模拟结果达标；
S5、完成室内信号传播跟踪工作，确定信号传播方案。
步骤S1中室内情况包括确认墙体材料，估算空间损耗，勘测已有的信号覆盖情况，信号是否可以直接利用，确认是否有热点覆盖；室外情况包括获取测试场景周边的无线环境情况，分析站点和室内信号覆盖的相互影响，查看天线点位置。
步骤S3中视距传播模拟过程为：
S31、按照设定好的模型参数收集数据，在接收点边缘处放置接收器进行数据记录，通过路径损耗公式计算发射点与接收点之间的路径损耗，得到LEE模型的接收功率；
S32、分析接收功率是否在标准范围内，如果在规定范围内，则达到室内视距传输的覆盖要求，如果不在规定范围内，则未达到室内视距传输的覆盖要求，需改变天线位置和输入功率，继续进行模拟；
路径损耗公式为：
其中，d1为视距传播距离，λ为波长，ha为发射天线高度，hm为接收天线高度，αr为地板介质损耗，B为室内其他物件造成的损耗。
S33、重复步骤S32，直至接收功率达到规定范围，即模拟结果合格。
步骤S3中非视距传播模拟过程为：
S34、设定CW模型参数，选取发送点和接收点进行CW模型射线跟踪，即设置CW传播环境，进行信号跟踪并结合电磁环境得到接收功率；
S35、根据接收点的接收功率进行损耗判断，将接收功率与标准数据比较，如果符合标准，则CW模型跟踪成功，如果不达标，则依据测试点及测试路线图进行CW模型校正；
接收功率为：
将路径损耗转换为dB，得到发射和接收功率之间的比值为：
其中，K是射线数量，U是发生第一次反射的次数，V发生第二次反射次数，I是绕射次数，d是距离，Pk是第k条射线到达功率，Ru是第u次发生两次反射后接收天线的增益，Rv是第v次发生两次反射后接收天线的增益，Ti是第 i次绕射后发射天线增益。
S36、重复步骤S35直至CW模型跟踪效果达标，即完成信号传播跟踪工作，确定传播方案。
有益效果：本发明采用不同的模型对室内通信环境进行了模拟，可以更清晰的观察到室内布局，在模拟的同时通过校正过程，对整个室内系统传播损耗有了进一步的掌握，运用CW射线模型对信号进行跟踪，发现系统的覆盖情况和信号盲区，为提高室内通信覆盖率，提升室内通信质量提供一个有效的建模方案。经过校正后，CW模型可以很好的还原测试场景中信号的传播过程，而在接收端的数据可以作为一个参考值，这样一来，整体的信号传播跟踪工作就具有较好的结果，对室内信号覆盖情况具备更好的优势。相较于传统的室内测试方法，该方法将室内测试场景细分为室内视距传播场景和室内非视距传播场景，室内非视距传播由于受到的损耗较多，采用CW模型系统更好的发现了信号的盲区，方便研究人员在此基础上建立高精度的室内覆盖系统。
附图说明
图1为本发明的总流程图；
图2为视距传播路线图；
图3为非视距传播路线图；
图4为室内场景还原效果图；
图5为室内场景3D还原效果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明和解释。
实施例1：在本实施例中，室内测试场景位于云南省昆明市某小区低楼层住宅内，小区建筑楼共有10层，每层楼楼高3m，建筑之间相距30m，住户通常采用自己的手机进行通信，在流量使用量较大的区域，例如客厅、工作室等位置建立宏网络与室内网络之间明确的切换区域，因为建筑物彼此靠的很近，重叠覆盖范围会导致干扰，所以还需增加室外对室内信号的抑制。
首先通过发射天线、接收天线、矢网分析仪、馈线、三角支架、测距仪等仪器，对测试场景环境进行判断，从室内来讲，需要确认墙体材料，估算空间损耗，勘测已有的分布系统情况，是否可以直接利用，确认是否有热点覆盖，可以用RoomArranger软件对室内布局情况进行模拟；从测试环境附近的室外场景进行判断，获取楼宇周边的无线环境情况，分析站点和室内覆盖系统的相互影响，拍摄大楼全景照片，查看天线点位置。
室内覆盖模拟测试，为了得到最接近实际的数据和最优的天线位置，对测试的环境进行各项分析，在预设好天线位置后，开始进行传播模拟，
按如图1所示的流程图对上述测试场景进行室内信号跟踪，主要分为视距传播和非视距传播。
视距传播：按照设定好的参数收集收据，估算路径损耗，通过测量发射点与接收点之间的路径距离，矢网分析仪中心频率2.4GHZ，频率步长6MHz,天线高度为1.6m.接收天线高度为0.95m,然后按照提出的路径损耗公式进行计算，得到模型的接收功率。通过多次变换位置及输入功率，得到最适合的天线位置及馈入功率，且在接收点边缘处放置接收器进行数据记录；对接收数据进行判断，判断测量收集来的数据是否达到室内视距传输的覆盖要求，如果达到要求，表明此次模拟数据实验成功；如果未达到要求，表明需要改变天线位置和输入功率，继续进行效果评估。
非视距传播：判断是否达到室内盲区覆盖，通过采用室内外站结合的方法，发现问题区域，根据射线跟踪测试和电磁环境分析得到接收功率；判断CW传播模型对非视距传输的跟踪效果，发送点选用客厅，走廊等具有重要功能的区域，接收点选用卧室、书房、边缘邻窗等重要办公场所，完成天线挂点设计后，启动软件，设置CW传播环境，进行信号跟踪分析；判断CW射线的跟踪效果，综合处理进行非视距传播时所有的样本点，通过原始测试样本点数据进行拟合，对比分析，得出CW模拟测试方案的跟踪效果；对进行CW传播的测试点及测试路线图进行模型校正，使用终端设备随机对室内二十个坐标进行信号测试，即在这种不断测试的过程，对室内的信号覆盖率做进一步的判断，如果当覆盖率达到88％以上，这就说明该传播模型很好的还原了信号的传播过程，如果覆盖率低于88％，则表明该模型的跟踪过程是失败的，需要进行校正过程；改变测试位置，完成信号传播跟踪工作，确定传播方案，判断室内覆盖情况。
其中路径损耗主要由室内家具造成的反射现象，以及发射功率参数设置不合理，天线布放不合理等造成，即使通过调整室内布局以及更换不同材质的家具会对信号传输损耗有一定的影响，但在实际通信过程中，往往把它当作一个定量的损耗加以分析。
如图2-3所示的路线图：在预设好天线位置后，开始进行传播模拟，若在T 时刻进行信号发射，而在该情况下，可能存在两种传播方式，一种是视距传播，另一种是非视距传播。所述的视距传播表明发射点与接收点之间主要存在直射波，以及室内家具或窗户等物品造成的反射波；所述的非视距传播表明发射点与接收点之间存在较大的遮挡物，例如墙壁，门、柜子等物品造成的绕射波和反射波，所述的传播路径需要对这些波形的损耗做进一步分析。
针对情况一即视距传播：
使用镜像法在空房间中进行射线传播测试，传播过程如图2所示。
发射、接收天线均为垂直化全向天线，房间由三面墙和一面玻璃窗组成，由于房间较为空旷，考虑直射和反射路径的接收功率；
增加沙发、桌子、电视等家具，利用射线交汇法对接收点的路径进行分析，寻找所有的镜像射线，忽略人员走动的影响。
针对情况二即非视距传播：
使用的是Atoll仿真软件，并进行模型校正，软件在进行信号跟踪时能够准确的对真实原信号进行还原，可以对电波传播进行预测的环境包括室内、山区等复杂电磁环境，传播过程如图3所示。
射线的发射，电波以半径r开始进行传播，波前处于圆形边缘表面；
射线的接收，进行反射和绕射射线到达接收点的步骤，定义镜面，射线在传播过程与镜面存在相交点，且为有效交点，判断存在反射或绕射，接着，通过交会运算的方法判断两个点是否处于一条线段的同一侧，满足上述条件，认为射线可以到达接收点；
射线的跟踪，通过CW射线跟踪方法可以找出发射点到接收点之间所有的传播路径，进行交会运算求取射线属于直射、反射还是绕射，从而可以掌握射线传播过程的情况，实现信号跟踪。两者跟踪的效果如图4-5所示。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (6)
1.一种室内信号跟踪方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、结合测试场景的室内情况和周边的室外情况对测试场景进行分析；
S2、根据分析的结果设定收发天线、失网分析仪的参数；
S3、对整个室内的信号覆盖情况进行模拟，当发射点与接收点之间属于视距传播时，采用LEE模型进行模拟，当发射点与接收点之间属于非视距传播时，采用CW模型进行模拟；
S4、将模拟结果与标准数据进行比较，判断模拟结果是否在标准范围内，如果不在标准范围内，则对模型参数进行校正，直至模拟结果达标；
S5、完成室内信号传播跟踪工作，确定信号传播方案。
2.根据权利要求1所述的一种室内信号跟踪方法，其特征在于，所述步骤S1中室内情况包括确认墙体材料，估算空间损耗，勘测已有的信号覆盖情况，信号是否可以直接利用，确认是否有热点覆盖；室外情况包括获取测试场景周边的无线环境情况，分析站点和室内信号覆盖的相互影响，查看天线点位置。
3.根据权利要求1所述的一种室内信号跟踪方法，其特征在于，所述步骤S3中视距传播模拟过程为：
S31、按照设定好的模型参数收集数据，在接收点边缘处放置接收器进行数据记录，通过路径损耗公式计算发射点与接收点之间的路径损耗，得到LEE模型的接收功率；
S32、分析接收功率是否在标准范围内，如果在规定范围内，则达到室内视距传输的覆盖要求，如果不在规定范围内，则未达到室内视距传输的覆盖要求，需改变天线位置和输入功率，继续进行模拟；
S33、重复步骤S32，直至接收功率达到规定范围，即模拟结果合格。
4.根据权利要求1所述的一种室内信号跟踪方法，其特征在于，所述步骤S3中非视距传播模拟过程为：
S34、设定CW模型参数，选取发送点和接收点进行CW模型射线跟踪，即设置CW传播环境，进行信号跟踪并结合电磁环境得到接收功率；
S35、根据接收点的接收功率进行损耗判断，将接收功率与标准数据比较，如果符合标准，则CW模型跟踪成功，如果不达标，则依据测试点及测试路线图进行CW模型校正；
S36、重复步骤S35直至CW模型跟踪效果达标，即完成信号传播跟踪工作，确定传播方案。
5.根据权利要求3所述的一种室内信号跟踪方法，其特征在于，所述步骤S31中路径损耗公式为：
其中，d1为视距传播距离，λ为波长，ha为发射天线高度，hm为接收天线高度，αr为地板介质损耗，B为室内其他物件造成的损耗。
6.根据权利要求4所述的一种室内信号跟踪方法，其特征在于，所述步骤S35中接收功率为：
将路径损耗转换为dB，得到发射和接收功率之间的比值为：
其中，K是射线数量，U是发生第一次反射的次数，V发生第二次反射次数，I是绕射次数，d是距离，Pk是第k条射线到达功率，Ru是第u次发生两次反射后接收天线的增益，Rv是第v次发生两次反射后接收天线的增益，Ti是第i次绕射后发射天线增益。
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