天线覆盖仿真方法、装置、设备及介质与流程

本发明涉及通信
技术领域：
，尤其涉及一种天线覆盖仿真方法、装置、设备及介质。
背景技术：
：为了保证楼宇内lte网络的良好覆盖，现网越来越普遍采用射灯天线楼间对打新型覆盖方式。如图1所示，其设计方法是根据射灯天线的水平/垂直主瓣及楼宇的基础信息(楼高、楼宽、楼间距等)，在cad软件上进行设计，只要水平/垂直主瓣角度能够满足目标楼宇的宽度/高度，同时边缘场强大于-110dbm，便认为该设计方案能够满足覆盖。然而，在发明创造的过程中，发明人发现现有的方法缺乏精细覆盖仿真预测，按此设计方法输出的方案，深度覆盖不足及外泄严重问题突出。具体来说存在如下问题：无法实现栅格化的精细仿真：只估算天线水平/垂直主瓣角度及边缘场强是否足够，没法实现栅格化的精细仿真，同时无法评估旁瓣信号带来的影响，因此不能输出针对性解决方案。楼宇内部仿真准确性低：无法评估室内基础楼板对信号的阻隔(只考虑了外墙)，仿真结果与实际情况差距大。外泄信号仿真准确度低：将许多无害或有益的楼宇外信号判定为外泄信号，没有针对有害的外泄信号采取针对性设计，最终导致外泄控制效果差。技术实现要素：本发明实施例提供了一种天线覆盖仿真方法、装置、设备及介质，能够提高仿真的准确性。第一方面，本发明实施例提供了一种天线覆盖仿真方法，方法包括：获取目标楼宇的楼宇基础信息；根据所述楼宇基础信息以及功率密度模型、入射角考量因子模型和/或信号收纳模型对待仿真的五元组组合所对应的覆盖情况进行覆盖仿真；其中，所述功率密度模型用于反映天线各角度发射的能量在目标楼宇的分布信息；所述入射角考量因子模型用于反映因天线入射角不同带来各楼层室内有效覆盖面积的变化；所述信号收纳模型用于指示楼宇外栅格属于外泄栅格还是非外泄栅格。第二方面，本发明实施例提供了一种天线覆盖仿真装置，装置包括：获取模块，用于获取目标楼宇的楼宇基础信息；仿真模块，用于根据所述楼宇基础信息以及功率密度模型、入射角考量因子模型和/或信号收纳模型对待仿真的五元组组合所对应的覆盖情况进行覆盖仿真；其中，所述功率密度模型用于反映天线各角度发射的能量在目标楼宇的分布信息；所述入射角考量因子模型用于反映因天线入射角不同带来各楼层室内有效覆盖面积的变化；所述信号收纳模型用于指示楼宇外栅格属于外泄栅格还是非外泄栅格。第三方面，本发明实施例提供了一种天线覆盖仿真设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器以及存储在存储器中的计算机程序指令，当计算机程序指令被处理器执行时实现如上述实施方式中第一方面的方法。第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，当计算机程序指令被处理器执行时实现如上述实施方式中第一方面的方法。本发明实施例提供的天线覆盖仿真方法、装置、设备及介质，在进行仿真时，引入了功率密度模型、入射角考量因子模型和/或信号收纳模型对带仿真的五元组组合所对应的覆盖情况进行覆盖仿真，能够提高仿真的准确性。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1示出了现有技术中进行仿真设计的方案；图2示出了本发明的实施例提供的天线覆盖仿真方法的主要流程；图3示出了本发明的实施例提供的天线覆盖仿真方法中所采集的楼宇基础信息；图4示出了实验室天线方向图数据；图5示出了本发明的实施例提供的天线覆盖仿真方法中收集天线密度信息时的方式；图6示出了本发明的实施例提供的天线覆盖仿真方法中的天线密度模型；图7和图8示出了本发明的实施例提供的天线覆盖仿真方法中计算接收电平的方式；图9-图12示出了不同场景中天线在现有设计原则下的覆盖情况以及本发明的实施例提供的天线覆盖仿真方法中的覆盖情况；图13示出了本发明的实施例提供的信号收纳模型；图14示出了本发明的实施例提供的天线覆盖仿真方法中进行最优方案筛选时的模型；图15示出了利用本发明的实施例提供的天线覆盖仿真方法的仿真结果；图16示出了本发明的实施例提供的天线覆盖仿真装置的主要结构；图17示出了本发明的实施例提供的天线覆盖仿真设备的主要结构。具体实施方式下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。第一方面，本发明实施例提供了一种天线覆盖仿真方法，如图2所示，该方法包括：s201，获取目标楼宇的楼宇基础信息。具体来说，楼宇基础信息收集包含目标楼宽、目标楼高、楼间距等9项数据，详见下图3以及表1：表1楼宇基础信息表收集信息收集信息编号备注目标楼宽(米)1激光测距仪测试天线点位楼宽(米)2激光测距仪测试左侧起点_目标楼左边距(米)3左侧起点-目标楼楼顶/激光测距仪测试左侧起点_目标楼右边距(米)4左侧起点-目标楼楼顶/激光测距仪测试天线安装楼方位角(度)5姿态仪测试/罗盘测试目标楼方位角(度)6姿态仪测试/罗盘测试天线安装楼高(米)7激光测距仪测试目标楼高(米)8激光测距仪测试目标楼哪边临街(左/右/无/都临街)9正对目标楼，标明哪边临街在具体实施时，可以按照表1中备注的采集的方式进行采集，采集之后输入到系统，完成楼宇基础信息的采集。s202，根据所述楼宇基础信息以及功率密度模型、入射角考量因子模型和/或信号收纳模型对待仿真的五元组组合所对应的覆盖情况进行覆盖仿真。功率密度模型功率密度模型用于反映天线各角度发射的能量在目标楼宇的分布信息；天线功率密度模型为(天线角度、天线信号能量衰减值)的集合，来源于实验室方向图数据和现场测试修正数据。实验室天线方向图数据可以参见图4，包括不同的角度与衰减强度的对应关系表。现场实测收集天线各方向能量数据对方向图数据进行修正，测试方法参见图5，包括：首先测试人不动，通过调整天线角度来记录相关数据，保证路损不变，增加收集信息准确性。具体来说，如图5(a)所示，首先天线正对测试人，记录最大rsrp值；接着如图5(b)所示，顺时针旋转天线，调整rsrp比图5(a)低6db，记录方位角度数；最后如图5(c)所示，逆时针旋转天线，rsrp比图5(a)低6db，记录方位角度数。然后根据现场收集数据对实验室天线能量辐射方向图数据进行修正，拟合得到各类型天线(大张角、矩形波束、双频单极化天线)每一个角度的天线功率密度模型，具体可以为如图6所示的天线角度与天线信号能量衰减值的对应关系。功率密度模型的应用基于天线功率密度模型，并根据无线链路衰减模型和墙体衰减模型，计算天线在目标楼宇的接收电平；根据所述接收电平确定有效覆盖面积。具体可以图7和图8，图7中包括：1、将天线各角度发射的能量信息；2、通过无线链路衰减和墙体衰减；3、天线各方向“能量点”在目标楼投射成为“能量面”。图8中确定能量最强点，以1度为步长向4个方向扩散，直到信号强度小于第一预设强度(例如-110dbm)，并且在评估的时候是分为内外两个部分进行评估。具体算法如下：接收电平(dbm)＝天线口功率-无线链路损耗(db)+天线能量衰减-障碍衰减。天线口功率＝天线入口功率(dbm)+天线增益(dbi)无线链路损耗(db)＝39.4+10*衰减因子(n)+log(距离(m)/1)距离是根据收集的楼宇基础信息、1度步长，通过三角函数计算得到，该处不加详述。天线能量衰减：根据拓展角度从上述的功率密度模型中得到。障碍衰减＝(墙体多选一)+人体阻挡(db)+多径衰减(db)；在具体实施时，衰减因子(n)可以通过查表得出，比如表格可以为表2中所描绘的表格。表2链路损耗因素与障碍衰减情况入射角考量因子模型入射角考量因子模型用于反映因天线入射角不同带来各楼层室内有效覆盖面积的变化。现有的设计原则明确了半功率角、位置、方位角，确保波瓣正对目标楼宇，默认了波瓣覆盖范围内各楼层覆盖相同，忽略了信号传播特性。实际入射角对深度覆盖影响很大，因此在楼宇内部深度覆盖仿真上，引入了入射角考量因子模型，它能准确反映因天线入射角不同带来各楼层室内有效覆盖面积的变化，极大提升了室内覆盖仿真准确性。具体见下图9，最左侧为现有的设计中不考虑入射角的影响，而经过实际的测试发现，如中间图所示的，入射角对于深度覆盖有较大的影响；参见图9中的最右侧部分，可以看出，具体实施时，通过调整入射角的大小能够有效的调整有效覆盖的面积。图10—12进一步描绘了一些具体的场景中，现有的设计中不考虑入射角的情况下的覆盖以及实际的覆盖情况和在一些优化策略对应的方案下天线的覆盖情况。图10描绘的是高打高场景下的特征、影响及优化策略：特征：天线安装楼与目标楼均大于25层and垂直入射角<60度。影响：低层穿一堵墙覆盖面积锐减，深度覆盖效果差。优化策略：采用组合覆盖方式，在底商平台或采用灯杆方式增加一根天线，改善低层覆盖。图11描绘的是水平错位场景下的特征、影响及优化策略：特征：天线点位与目标楼夹角<60度。影响：远端穿一堵墙覆盖面积锐减，深度覆盖效果差。优化策略：天线位置选择确保入射角。根据现场情况尽量选取垂直于目标楼的天线安装位置，入射角不能小于60度。图12描绘的是高打低场景下的特征、影响及优化策略：特征：天线安装高度与目标楼高度差>7层and垂直入射角<60度。影响：1、信号外泄不可控。2、穿一堵墙覆盖面积锐减，深度覆盖效果差。优化策略：降低天线高度，在底商平台或采用灯杆方式安装天线，入射角小于60度，既能控制外泄，又可改善深度覆盖。入射角考量因子模型的应用入射角考量因子模型的应用主要体现在：得到栅格内穿一堵墙面积。(为避免射灯天线信号过强、与宏站互相干扰，设计原则是信号穿一堵墙对室内进行覆盖，穿两堵墙及以上就会产生弱覆盖，因此穿一堵墙的面积是其有效覆盖面积)栅格穿一堵墙覆盖面积：根据天线安装位置与基础楼板的相对位置信息，经三角函数换算得到，详见上文中关于入射角考量因子模型的相关介绍。信号收纳模型所述信号收纳模型用于指示楼宇外栅格属于外泄栅格还是非外泄栅格。在信号外泄控制上，本发明的实施例引入了冗余信号收纳法，可有效提升外泄仿真的准确性。天线性能是固定的，但覆盖目标楼样式众多，当目标楼无法完全承载天线发出的信号时，就会产生冗余信号导致外泄，本发明的实施例引入了“冗余信号收纳”策略来提升外泄仿真的准确性。参见图13，4种信号收纳策略：居民小区内部收纳(水平)：临街场景，把信号收纳在居民小区内部。楼面信号交叉收纳(水平)：多天线组合覆盖，把信号收纳在楼面，防止水平外泄。楼面信号交叉收纳(垂直)：多天线组合覆盖，把信号收纳在楼面，防止水平外泄。楼宇间信号收纳(垂直)：将信号收纳在楼宇间，防止信号从楼顶出去。基于上述策略，可有效判断楼宇外信号的属性，是属于外泄栅格还是非外泄栅格(小区内部、楼宇间、楼宇内叠加的楼宇外栅格均判断为非外泄栅格，否则为外泄栅格)，提升了外泄仿真的准确性。信号收纳模型的应用如以上所述的，信号收纳模型的作用是主要用于提升了外泄仿真的准确性，能有提高所计算的外泄面积的准确性。本发明以上任意一种实施例中，针对目前楼间对打设计没有在精细覆盖仿真预测的基础上进行设计、导致深度覆盖不足及外泄问题突出的状况，提出一种楼间对打覆盖精细仿真方法，它基于功率密度、入射角考虑因子、信号收纳法实现了栅格化精细仿真，能够准确仿真出射灯天线在楼宇内各区域深度覆盖及楼宇外信号外泄的情况，应用于外打设计，能增强楼宇深度覆盖、同时有效控制信号外泄。在一些实施例中，上述的方法还可以包括最优方案筛选的过程。此时上述的待仿真的五元组组合可以为多个，相应的仿真过程可以是指对各个五元组分别进行仿真。下面进行详细说明。最优方案筛选不同五元素组合(天线类型、天线数量、安装位置、方位角、下倾角)产生不同仿真预测图。一个楼宇通过仿真可生成1296000张覆盖候选方案。需要从中找出最优覆盖作为天线设计方案，参见图14，具体算法原理为：楼宇内有效覆盖面积＝sum(信号强度>第一预设强度(比如-110dbm)的栅格有效覆盖面积)外泄面积＝sum(信号强度>第二预设强度(比如-105dbm)的外泄栅格面积)整体覆盖面积＝楼宇面积+外泄面积有效覆盖占比＝楼宇内有效覆盖面积/整体覆盖面积外泄占比＝外泄面积/整体覆盖面积方案优劣系数＝有效覆盖占比-外泄占比方案优劣系数最大值为1，越接近1，表示方案效果越好。最优方案系数最大值对应的天线类型、安装点位、下倾角、方位角即为最优方案。最后输出的结果如下图15，其中阴影部分为最优方案。第二方面，本发明的实施例提供了一种天线覆盖仿真装置，参见图16，包括：获取模块1601，用于获取目标楼宇的楼宇基础信息；仿真模块1602，用于根据所述楼宇基础信息以及功率密度模型、入射角考量因子模型和/或信号收纳模型对待仿真的五元组组合所对应的覆盖情况进行覆盖仿真；其中，所述功率密度模型用于反映天线各角度发射的能量在目标楼宇的分布信息；所述入射角考量因子模型用于反映因天线入射角不同带来各楼层室内有效覆盖面积的变化；所述信号收纳模型用于指示楼宇外栅格属于外泄栅格还是非外泄栅格。在一些实施例中，所述功率密度模型包括天线角度与天线信号能量衰减值的对应关系。在一些实施例中，所述入射角考量因子模型包括：不同的入射角与实际的覆盖面积的对应关系。在一些实施例中，所述信号收纳模型包括：小区内部栅格、楼宇间栅格、楼宇内叠加的楼宇外栅格均判断为非外泄栅格，其他为外泄栅格。在一些实施例中，所述仿真模块1602，用于根据所述楼宇基础信息以及功率密度模型、入射角考量因子模型和/或信号收纳模型对待仿真的五元组组合所对应的覆盖情况进行覆盖仿真，包括：根据所述楼宇基础信息以及功率密度模型、入射角考量因子模型和/或信号收纳模型对待仿真的多个五元组组合所对应的覆盖情况分别进行覆盖仿真。所述装置还包括：最优方案筛选模块，用于将最优的仿真结果所对应的五元组组合确定为最优天线选址方案。在一些实施例中，所述仿真结果为有效覆盖占比和外泄占比的比值；所述最优仿真结果为有效覆盖占比和外泄占比的比值最接近1的仿真结果；其中，有效覆盖占比为楼宇内有效覆盖面积/整体覆盖面积；外泄占比为外泄面积/整体覆盖面积。在一些实施例中，楼宇内有效覆盖面积为信号强度大于第一预设强度的栅格有效覆盖面积的和)。外泄面积为信号强度大于第二预设强度的外泄栅格面积的和。整体覆盖面积为楼宇面积与外泄面积的和。在一些实施例中，所述装置还包括：第一有效覆盖面积确定模块，用于基于天线功率密度模型，并根据无线链路衰减模型和墙体衰减模型，计算天线在目标楼宇的接收电平；根据所述接收电平确定有效覆盖面积。第二有效覆盖面积确定模块，用于根据天线安装位置与基础楼板的相对位置信息，计算信号穿一堵墙的面积；根据所确定的穿一堵墙的面积确定有效覆盖面积。外泄面积确定模块，用于根据所述信号收纳模型确定外泄栅格面积。另外，结合图2描述的本发明实施例的天线覆盖仿真方法可以由天线覆盖仿真设备来实现。图17示出了本发明实施例提供的天线覆盖仿真设备的硬件结构示意图。天线覆盖仿真设备可以包括处理器1701以及存储有计算机程序指令的存储器1702。具体地，上述处理器1701可以包括中央处理器(cpu)，或者特定集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)，或者可以被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。存储器1702可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器1702可包括硬盘驱动器(harddiskdrive，hdd)、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(universalserialbus，usb)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器1702可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器1702可在数据处理装置的内部或外部。在特定实施例中，存储器1702是非易失性固态存储器。在特定实施例中，存储器1702包括只读存储器(rom)。在合适的情况下，该rom可以是掩模编程的rom、可编程rom(prom)、可擦除prom(eprom)、电可擦除prom(eeprom)、电可改写rom(earom)或闪存或者两个或更多个以上这些的组合。处理器1601通过读取并执行存储器1702中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的任意一种天线覆盖仿真方法。在一个示例中，天线覆盖仿真设备还可包括通信接口1703和总线1710。其中，如图17所示，处理器1701、存储器1702、通信接口1703通过总线1710连接并完成相互间的通信。通信接口1703，主要用于实现本发明实施例中各模块、装置、单元和/或设备之间的通信。总线1710包括硬件、软件或两者，将天线覆盖仿真设备的部件彼此耦接在一起。举例来说而非限制，总线可包括加速图形端口(agp)或其他图形总线、增强工业标准架构(eisa)总线、前端总线(fsb)、超传输(ht)互连、工业标准架构(isa)总线、无限带宽互连、低引脚数(lpc)总线、存储器总线、微信道架构(mca)总线、外围组件互连(pci)总线、pci-express(pci-x)总线、串行高级技术附件(sata)总线、视频电子标准协会局部(vlb)总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线1710可包括一个或多个总线。尽管本发明实施例描述和示出了特定的总线，但本发明考虑任何合适的总线或互连。另外，结合上述实施例中的天线覆盖仿真方法，本发明实施例可提供一种计算机可读存储介质来实现。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；该计算机程序指令被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种天线覆盖仿真方法。需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(asic)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、rom、闪存、可擦除rom(erom)、软盘、cd-rom、光盘、硬盘、光纤介质、射频(rf)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。当前第1页12