CN1527633A - 预测电波传播损耗以配置移动通信网络的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种预测电波传播损耗以配置移动通信网络的方法和装置。该方法包括步骤：获取通信网络小区域的地理栅格化特性和基站的特性；获得基站到对应的小区的最外层栅格的径向路径经历的栅格点并记录；从基站所处的点开始，对所有最外层栅格和其对应的径向路径，沿径向路径从里到外逐栅格计算损耗值或/和对应预定发射功率密度(EIRP)的场强值；根据损耗值或/和场强值，确定网络的配置。该装置包括获取装置，径向路径获取装置，计算装置，配置输出装置。利用本发明，能支持栅格计算并显著减少计算时间，可以显著提高效率。

Description

预测电波传播损耗以配置移动通信网络的方法和装置

技术领域

本发明涉及移动通信，尤其涉及预测电波传播损耗以配置移动通信网络的方法和装置。

背景技术

在无线网络中基站与移动台之间通信是以电磁波传播的方式进行信息联系的，由于发射机发射的电磁波到达接收机的信号随着经过的路径上不同的地理环境而产生不同的衰落，地理环境对电波传播特性的影响很大。进而影响到对无线网络的覆盖的研究。无论在建网初期，还是进行扩容、分析网络的问题，都不可避免地需要分析电波传播在实际地理环境下的损耗，判断各基站地覆盖范围，进一步分析移动台在小区中是否可以正常通话。因而路径损耗预测和场强预测来进行网络规划，根据这些预测确定小区与基站的配置。

随着移动通信的发展，移动通信用户的迅猛增长，各移动局不断进行扩容以满足日益增长的通信的需要，但由于电波的衰落特性以及复杂的地理环境，网络存在很多缺陷。因此，能仿真网络情况的各种网络规划软件应运而生。电波传播损耗预测和场强预测是了解网络覆盖，进行合理频率规划最基本的方面。目前，广泛采用的地理数据是基于栅格表征的，因此计算电波传播路径衰减大多采用基于栅格的预测方法，对于微蜂窝，有部分地理数据和损耗预测采用的是基于矢量的方法。

申请号为：99801965，发明名称为：“实现网络规划的方法和设备”的中国专利申请公开了一种计算路径衰减方法是基于矢量的预测方法。这种方法涉及在所需区域中实现无线系统网络规划的一种方法和设备。图1是这个专利申请的示意图。其中，为了确定系统发射机100、116的覆盖区域，使用了描述发射机周围情况的矢量图，前述矢量图包括该区域中反射无线电波的建筑和表面的描述。在所需区域的不同点测量发射机的信号强度。选择区域中点的一个子集，利用射线跟踪方法确定所有子集点之间的路径衰减，在存储器中存储计算得到的值。当在所需区域中进行网络规划时，定位区域中所需点上的发射机100、116和接收机102，利用存储在存储器中的值在发射机和接收机之间的可能的信号传播路径中搜索给定数量的最重要信号路径，利用射线跟踪方法确定接收机位置点上确定的信号路径上发射机的信号强度。这种发明的方法和设备可以减少网络规划所需的计算时间。

电波传播损耗预算速度直接影响网络规划速度，因此，怎样在复杂的地理环境中快速计算损耗是表征网络规划效率的一个很重要的方面。目前大多数规划软件的地理数据是采用基于栅格的数据，因此根据地理数据的预测路径损耗方法也是基于栅格的。而上述专利申请的方法和设备是基于矢量的，这种方法相对射线跟踪法减少了计算时间，但无法应用于栅格计算。而基于栅格的方法采用的损耗预测方法都很耗时，不能让用户非常满意。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的缺点，提供一种快速的基于栅格的网络规划方法和装置。

本发明提供一种预测电波传播损耗以配置移动通信网络的方法，其中，包括步骤：

获取所述通信网络小区域的地理栅格化特性和基站的特性；

获得所述基站到对应的小区的最外层栅格的径向路径经历的栅格点并记录；

从所述基站所处的点开始，对所有最外层栅格和其对应的径向路径，沿所述径向路径从里到外逐栅格计算损耗值或/和对应预定发射功率密度(EIRP)的场强值；

对所有要配置的基站重复上述步骤；

根据所述损耗值或/和场强值，确定所述网络的配置。

可选地，所述获取所述通信网络小区域的地理栅格化特性和基站的特性的步骤包括：获取各栅格的标定损耗率和基站的功率、天线方向图。

优选地，还包括步骤，判断所述基站是否位于需要进行网络配置的区域，如果位于所述区域，进行配置，否则，判断下一基站，对在所述区域的基站进行配置。

可选地，所述沿所述径向路径从里到外逐栅格计算损耗值的步骤包括按照基站设置的预测模型计算损耗。

优选地，所述沿所述径向路径从里到外逐栅格计算损耗值的步骤包括：计算沿所述路径的最靠近所述基站的栅格的损耗；重复计算当前栅格到下一栅格的损耗，并与已计算的到当前栅格的损耗叠加，直到计算最外层栅格的损耗。

可选地，所述计算最靠近所述基站的栅格(通常为一英里)的损耗满足：

P_r＝P_r0α₀    r＝1.6km

式中：P_r：预测移动台接收的功率；

P_r0：一英里截距的功率；

α₀：关于天线高度、增益及发射功率的调整系数。

优选地，所述重复计算当前栅格到下一栅格的损耗满足：

下一栅格的损耗为当前一栅格的损耗加下一栅格处地形增加的损耗；其中，初始距离为基站到当前栅格的距离，初始损耗斜率为下一栅格的损耗斜率；

$P_{r(i+1)}=P_{\mathrm{ri}}{\left(\frac{r}{r_i}\right)}^{-r_{(i+1)}}--------r_i\≤r\≤r_{(i+1)}$

式中：P_r(i+1)：预测移动台在下一栅格接收的功率；

P_ri：预测移动台在当前栅格接收的功率；

γ_(i+1)：预测下一栅格的路径损耗斜率；

r_i：预测当前栅格距离；

r：下一栅格的边缘以内。

可选地，方法还包括步骤：计算栅格中的建筑物密度的损耗修正。

本发明还提供一种预测电波传播损耗以配置移动通信网络的装置，所述移动通信网络包括基站和其服务的分为栅格的小区，所述装置包括：

获取装置，用于获取所述通信网络小区域的地理栅格化特性和基站的特性；

径向路径获取装置，用于根据所述获取装置中的基站到对应的小区的最外层栅格，建立其径向路径，获得所述径向路径经历的栅格点；

计算装置，用于计算所有所述径向路径从里到外逐栅格的损耗值或/和对应预定发射功率密度(EIRP)的场强值；

配置输出装置，用于根据所述损耗值或/和场强值，输出所述网络的配置状态。

可选地，装置还包括：判断装置，用于判断所述基站是否位于需要进行网络配置的区域。

利用本发明的基于栅格方法和径向方法结合的损耗预测的网络预测方法和装置，能支持栅格计算并显著减少计算时间，可以显著提高效率，在较短时间内完成路径衰减的计算，实现网络规划。

附图说明

图1描绘了现有技术的描述发射机周围情况的矢量图的示意图；

图2描绘了信号在两种环境混合传播时的损耗示意图；

图3示出了本发明实施例中的栅格和径向预测的区域的示意图；

图4描绘了对图3的栅格和径向预测的区域的预测以进行网络规划的方法的流程图。

具体实施方式

为了便于本领域一般技术人员实施与理解本发明，下面分别参照附图通过实施例描述本发明。在本发明中，传播模型选取路径损耗斜率算法，下面通过示例说明栅格和径向结合的计算方法。

1.路径损耗斜率算法：

基站和移动台之间的电波传播经常跨越多种地理环境，由于不同的地理环境对电波传播的影响不同，即路径损耗斜率不同，因此，计算基站和移动台之间的路径损耗需要考虑他们之间具体的地理环境。Okumura等人曾于1962年及1965年在东京郊区用UHF频段作了大量的场强测试，并利用这些测试数据的统计分析结果和E.Shimizu等人先前在VHF频段(200MHZ)的测试结果提出了一套较为完整的陆地移动无线电波传播设计曲线及各种地形修正因子。

图2为信号在两种环境混合传播时的损耗(功率)示意图。其中，A区损耗较B区小，如：信号由设在郊区A区的基站发射，传播到市区(B区)由移动台接收。

则功率 $P_r=P_{r0}{\left(r_1\right)}^{-{\mathrm{\γ}}_1}{\left(\frac{r}{r_1}\right)}^{{-\mathrm{\γ}}_2}{\mathrm{\α}}_0----r_1\≤r{\≤r}_2$

式中：P_r：预测移动台接收的功率。

P_r0：一英里截距的功率。

γ₁：预测A区(郊区)的路径损耗斜率。

γ₂：预测B区(市区)的路径损耗斜率。

r：位于B区边缘以内。

α₀：关于天线高度、增益及发射功率的调整系数。

类似地，可以得到沿N种不同环境传播的计算公式：

$P_r=P_{r0}\·{\mathrm{\α}}_0\·{\left(r_1\right)}^{-{\mathrm{\γ}}_1}\·{\left(\frac{r_2}{r_1}\right)}^{-{\mathrm{\γ}}_2}\·{\left(\frac{r_3}{r_2}\right)}^{-{\mathrm{\γ}}_3}\mathrm{\Λ\Λ}\·{\left(\frac{r}{r_{N-1}}\right)}^{-{\mathrm{\γ}}_N}---r_{N-1}\≤r\≤r_N$

图3示出了本发明实施例中的栅格和径向预测的区域的示意图。图4描绘了对图3的栅格和径向预测的区域的预测以进行网络规划的方法的流程图。

(1)在步骤405，把地理数据栅格化，装载栅格化的地理数据和基站数据于处理装置中；在步骤410，选择要预测的基站；然后，在步骤415，读取天线文件，获得天线的特性，如方向图等。

(2)在步骤420，基站或扇区循环，在循环中，在步骤425，根据当前计算的基站或扇区的数据，计算基站的栅格位置，在步骤430，判断每个基站或扇区是否位于规划区(用户要分析的地理区域)内，如果不在规划区内，则在步骤435，转到下一个基站或扇区，返回步骤420，对该下一个基站进行循环；如果在规划区内，则进入下一层循环(3)。

(3)在步骤440，从规划区的最外层栅格循环，在此循环中，在步骤445，找出从基站到外层栅格点的径向路径经历的栅格点并记录下来。

(4)在步骤450，从径向路径的栅格点依次循环，此循环从基站开始，到外层栅格点逐点进行，其中，计算最靠近所述基站的栅格(一英里)的损耗满足：

P_r＝P_r0α₀    r＝1.6km

式中：P_r：预测移动台接收的功率；

P_r0：一英里截距的功率；

α₀：关于天线高度、增益及发射功率的调整系数。

先在步骤455，判断待计算的栅格点是否已有损耗值，如果有损耗值，转到下一个径向栅格点，返回步骤450；如果没有损耗值，在步骤465，根据前一个栅格的损耗计算结果、地理数据、基站数据和传播模型计算该点的电波传播损耗。前一点的损耗可作为后一点的损耗的迭代基础。在该步骤中，径向循环中逐点计算满足如下条件：

对两种混合路径的损耗斜率公式为：

$P_r=P_{r0}{\left(r_1\right)}^{-{\mathrm{\γ}}_1}{\left(\frac{r}{r_1}\right)}^{-{\mathrm{\γ}}_2}{\mathrm{\α}}_0---r_1\≤r\≤r_2$

两边取对数，得到：

10log₁₀(Pr)＝10log₁₀(P_r0·α₀)-γ₁·10log₁₀(r₁)+γ₂·10log₁₀(r₁)-γ₂·10log₁₀(r)

假设基站所处的坐标为(x_b，y_b)到外层栅格点的坐标为(x_m，y_m)，从基站到外层栅格径向路径上一英里的栅格点坐标为(x₀，y₀)，从基站一英里处到外层栅格径向路径距离为r₁的栅格点坐标为(x₁，y₁)，路径损耗斜率为γ₁。从基站一英里处到外层栅格径向路径距离为r₂的栅格点坐标为(x₂，y₂)，路径损耗斜率为γ₂。.....(1.6km＜r₁＜r₂＜.......对应径向路径上相邻的栅格点)，下面分两种情况分析已知前一栅格(从基站到外层栅格径向路径距离为r₂的栅格)的损耗，计算下一栅格(从基站到外层栅格径向路径路径距离为r₃的栅格)的损耗。

●    当γ₂≠γ₃时：

前一栅格(基站到外层栅格径向路径距离为r₂(x₂，y₂))的损耗计算公式为：

10log₁₀(P_r2)＝10log₁₀(P_r0·α₀)-γ1·10log₁₀(r₁)+γ₂·10log₁₀(r₁)-γ₂·10log₁₀(r₂)

后一栅格(基站到外层栅格径向路径距离为r₃(x₃，y₃))的损耗计算公式为：

10log₁₀(P_r3)＝10log₁₀(P_r0·α₀)-γ₁·10log₁₀(r₁)+γ₂·10log₁₀(r₁)-γ₂·10log₁₀(r₂)+γ₃·10log₁₀(r₂)-γ₃·10log₁₀(r₃)

所以，

10log₁₀(P_r3)＝10log₁₀(P_r2)+γ₃·10log₁₀(r₂)-γ₃·10log₁₀(r₃)

即后一栅格的损耗为前一栅格的损耗加上后一栅格处地形增加的损耗。只要设初始距离为基站到前一栅格的距离，初始损耗斜率为当前栅格的损耗斜率。

●    当γ₂＝γ₃时：

前一栅格(基站到外层栅格径向路径距离为r₂(x₂，y₂))的损耗计算公式为：

10log₁₀(P_r2)＝10log₁₀(P_r0·α₀)-γ₁·10log₁₀(r₁)+γ₂·10log₁₀(r₁)-γ₂·10log₁₀(r₂)后一栅格(基站到外层栅格径向路径距离为r₃(x₃，y₃))的损耗计算公式为：

10log₁₀(Pr₃)＝10log₁₀(P_r0·α₀)-γ₁·10log₁₀(r₁)+γ₂·10log₁₀(r₁)-γ₂·10log₁₀(r₃)

所以，

10log₁₀(P_r3)＝10log₁₀(P_r2)+γ₂·10log₁₀(r₂)-γ₂·10log₁₀(r₃)

即后一栅格的损耗为前一栅格的损耗加上后一栅格处地形增加的损耗。只要设初始距离为基站到前一栅格的距离，初始损耗斜率为当前栅格的损耗斜率。

从上面的推导可知，已知前一栅格的损耗，则后一栅格的损耗为前一栅格的损耗加上后一栅格处地形增加的损耗。只要设初始距离为基站到前一栅格的距离，初始损耗斜率为当前栅格的损耗斜率。即：

$P_{r(i+1)}=P_{\mathrm{ri}}{\left(\frac{r}{r_i}\right)}^{-{\mathrm{\γ}}_{(i+1)}}-----r_i\≤r\≤r_{(i+1)}$

式中：P_r(i+1)：预测移动台在后一栅格接收的功率；

P_ri：预测移动台在前一栅格接收的功率；

γ_(i+1)：预测后一栅格的路径损耗斜率；

r_i：预测前一栅格距离；

r：后一栅格的边缘以内；

因此，在径向循环中可以从基站到最外层的栅格逐栅格计算，充分利用前面的结果。

(5)在步骤470，判断径向循环是否完毕，没有则返回(4)从步骤450循环。完毕则继续下一步骤475。

(6)在步骤475，判断规划区最外层栅格是否循环完毕，没有，则在步骤480，进入下一个外层栅格，返回步骤440，重复(3)。所有外层栅格完毕则继续下一步骤485。

(7)在步骤485，判断基站或扇区的循环是否完毕，没有则在步骤490，处理下一个基站，返回步骤420，重复(2)。全部基站完毕后在步骤492、494、496进行通常的逐栅格循环、计算建筑物密度的损耗修正和计算场强和判断是否所有栅格循环完毕，以全部循环。最后，在步骤498保存计算结果，至此，方法结束。

应该说明的是，在步骤450中，从基站开始到外层栅格径向循环时，如果某栅格损耗值大于预定值或场强小于预定值，则表明该基站就只能覆盖该径向的该某栅格内的栅格。

本发明适用于损耗计算及场强计算，因为损耗和场强的差别仅在于发射机功率、天线增益和各种损耗，二者都可采用相同的循环方法。

本发明将栅格方法和径向方法结合，克服了遍历栅格速度慢的缺点，从外围栅格大循环，又克服了径向计算向外发散从而产生遗漏的缺点，重复点可通过判断去除。径向由内向外循环可重复利用已有的结果，不用多次迭代，减少计算量。从而节省大量时间。

虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims (10)

1.一种预测电波传播损耗以配置移动通信网络的方法，其中，包括步骤：

获取所述通信网络小区域的地理栅格化特性和基站的特性；

获得所述基站到对应的小区的最外层栅格的径向路径经历的栅格点并记录；

从所述基站所处的点开始，对所有最外层栅格和其对应的径向路径，沿所述径向路径从里到外逐栅格计算损耗值或/和对应预定发射功率密度(EIRP)的场强值；

对所有要配置的基站重复上述步骤；

根据所述损耗值或/和场强值，确定所述网络的配置。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述获取所述通信网络小区域的地理栅格化特性和基站的特性的步骤包括：获取各栅格的标定损耗率和基站的功率、天线方向图。

3.如权利要求1所述的方法，其中，还包括步骤，判断所述基站是否位于需要进行网络配置的区域，如果位于所述区域，进行配置，否则，判断下一基站，对在所述区域的基站进行配置。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述沿所述径向路径从里到外逐栅格计算损耗值的步骤包括按照基站设置的预测模型计算损耗。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述沿所述径向路径从里到外逐栅格计算损耗值的步骤包括：计算沿所述路径的最靠近所述基站的栅格的损耗；重复计算当前栅格到下一栅格的损耗，并与已计算的到当前栅格的损耗叠加，直到计算最外层栅格的损耗。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述计算最靠近所述基站的栅格(通常为一英里)的损耗满足：

P_r＝P_r0α₀    r＝1.6km

式中：P_r：预测移动台接收的功率；

P_r0：一英里截距的功率；

α₀：关于天线高度、增益及发射功率的调整系数。

7.如权利要求5所述的方法，其中，所述重复计算当前栅格到下一栅格的损耗满足：

下一栅格的损耗为当前一栅格的损耗加下一栅格处地形增加的损耗；其中，初始距离为基站到当前栅格的距离，初始损耗斜率为下一栅格的损耗斜率；

$P_{r(i+1)}=P_{\mathrm{ri}}{\left(\frac{r}{r_i}\right)}^{-{\mathrm{\γ}}_{(i+1)}};r_i\≤r\≤r_{(i+1)}$

式中：P_r(i+l)：预测移动台在下一栅格接收的功率；

P_ri：预测移动台在当前栅格接收的功率；

γ_(i+l)：预测下一栅格的路径损耗斜率；

r_i：预测当前栅格距离；

r：下一栅格的边缘以内。

8.如前述权利要求之一所述的方法，还包括步骤：计算栅格中的建筑物密度的损耗修正。

9.一种预测电波传播损耗以配置移动通信网络的装置，所述移动通信网络包括基站和其服务的分为栅格的小区，所述装置包括：

获取装置，用于获取所述通信网络小区域的地理栅格化特性和基站的特性；

径向路径获取装置，用于根据所述获取装置中的基站到对应的小区的最外层栅格，建立其径向路径，获得所述径向路径经历的栅格点；

计算装置，用于计算所有所述径向路径从里到外逐栅格的损耗值或/和对应预定发射功率密度(EIRP)的场强值；

配置输出装置，用于根据所述损耗值或/和场强值，输出所述网络的配置状态。

10.如权利要求9所述的装置，还包括：判断装置，用于判断所述基站是否位于需要进行网络配置的区域。

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