[发明专利]基于射线跟踪传播模型的室内三维空间无线信号预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于射线跟踪传播模型的室内三维空间无线信号预测方法，属于通信领域的电波传播预测技术领域。

背景技术

在2G时代，主要靠增加室外基站来提供室内的覆盖。这种方法在3G/B3G/4G/B4G网络中提供优质的室内业务和覆盖将变得越来越困难，因为高速数据等服务需要更好的无线信道，而只利用室外基站进行室内服务，不可能达到好的室内效果。近年来，随着3G、3.5G移动通信网络及WLAN的发展，室内无线通信网络的规划和优化工作已经得到广泛重视，例如在越来越多的大中型楼宇、体育场馆、娱乐和购物场所、车站、机场、地铁等已经铺设了室内分布系统。

由于室内传播环境复杂多变，室内分布式系统的设计通常需要运用无线传播模型来预测无线信号的传播和路径损耗，从而确定信号的覆盖场强、信噪比、载干比等，实现对网络信号质量以及容量的分析与优化。此处所说的无线传播模型，是一组用于表示给定环境中无线电传播特性的数学表达式、图表或算法。一般说来，无线传播模型可以是经验模型（又称统计模型），也可以是理论模型（也称确定模型），或是二者的组合（又称半经验模型）。射线跟踪传播模型是一种确定模型，射线跟踪传播模型预测室内场景时，需要根据室内建筑物的具体结构，预测信号在建筑物内的传播特性，因此其预测结果准确，但是计算量大。多墙模型，是一种经验模型，它根据发射点到接收点所需穿透的墙的个数和每堵墙的穿透损耗估计接收位置的场强，该方法计算量小，但是由于忽略反射、折射等发射点到接收点得多径效应，因此其预测结果不够准确。

发明内容

发明概述

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于射线跟踪传播模型的室内三维空间无线信号预测方法。

首先，本发明根据室内建筑结构的特点：多楼层主体结构具有相似性，因此对建筑物建模时采用分楼层逐层建模的方式，每个楼层的建筑物数据单独保存和处理，在应用射线跟踪传播模型进行无线信号预测时，逐楼层进行预测，由于各楼层的布局具有相似，室内三维场景的计算都可以被简化，即逐楼层的把天线映射到该楼层并在该楼层进行计算。另外天线都具有一定的覆盖范围，因此可以根据天线在水平方向的覆盖范围和垂直方向的影响楼层数分别在对应的范围内进行计算。从而可以减少不必要的计算量，节省计算时间和所需要的内存。

其次，本发明简化了射线跟踪传播模型，传统的射线跟踪传播模型，需要跟踪每条射线，当射线遇到障碍物时，需要根据障碍物的电磁特性，计算射线通过障碍物后的损耗，具有计算量大的缺点，本发明提出一种简化的射线跟踪传播模型，引入建筑材质无线传播损耗参数数据库，不需要根据建筑材质的电磁特性计算射线通过障碍物的损耗，直接读取建筑材质无线传播损耗参数数据库中的数据，进行计算，从而进一步减少了计算量，节省时间和所需内存。

发明详述

本发明的技术方案如下：

一种基于射线跟踪传播模型的室内三维空间无线信号预测方法，该方法包括如下步骤：

（1）建立或更新建筑材质的无线传播损耗参数数据库，该数据库包括各种建筑材质的无线传播损耗参数：建筑材质的穿透损耗参数、建筑材质的反射损耗参数和建筑材质的衍射损耗参数；所述建筑材质的无线传播损耗参数数据库在创建之后，可以供以后多次预测使用，当预测不同的室内传播模型时，如果建筑材质可以在所述的数据库中找到，就可以直接使用该种建筑材质的无线传播损耗参数，当遇到所述数据库中不存在的新建筑材质时，则以更新的方式在数据库中添加新建筑材质的无线传播损耗参数；

（2）提取需要进行无线信号预测的目标建筑物的三维空间建筑数据：根据目标建筑物的CAD格式图纸，按照现有建模技术，将所述CAD格式图纸分楼层进行三维空间建模，并单独保存每个楼层的三维空间建筑数据，所述三维空间建筑数据包括楼层的垂直层高、楼层的水平面积、楼层的建筑材质数据和楼层的布局结构数据，其中所述第θ楼层的建筑结构数据记为F_θ,θ∈[n,m]，其中n和m为楼层索引的最小和最大值；

（3）记录并保存目标建筑物中发射天线数据，所述发射天线数据包括每一个发射天线在每层建筑物内的具体位置信息和每个发射天线的三维辐射参数、发射天线的发射功率、发射天线在垂直方向所能影响的楼层数、发射天线在水平方向的最大辐射半径；

（4）根据步骤（3）所述目标建筑物中发射天线数据计算发射天线的影响区域，所述发射天线的影响区域包括垂直方向影响区域和水平方向影响区域；