一种环境模拟方法及装置与流程

本发明涉及通信领域中的信息管理技术，尤其涉及一种环境模拟方法及装置。

背景技术：

为了获知和验证目标设备在特定隧道的无线环境下的性能和表现，可以通过实地测量和计算机仿真来实施，此外也有通过专门的无线测试场来实施模拟的方案。比如，通过实地测量，调查地铁隧道中2.4GHz和5GHz的主要无线传输频段的信号传播特征，包括信道衰落，根均方扩展，信道稳定性，多普勒扩展和信道容量；或者，分别获取第一外场、第二外场的环境参数，所述第二外场为对所述第一外场进行等比例缩小后的外场，从而实现第二外场对第一外场的模拟。

但是，现有的对等模拟方案仅考虑了场景尺寸的缩小，而本发明专利所涉及的隧道这一特殊场景的问题并不仅含尺寸缩小的问题，原方案没有给出在微缩场景下如何对等模拟不同的用户终端移动速度这一关键物理特征。并且原方案的对等模拟公式具有目标参数和模拟参数拟合度不可互易的缺陷，为对等评估带来了模糊性。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提出一种环境模拟方法及装置，旨在解决现有技术中存在的上述问题。

为实现上述目的，本发明提供的一种环境模拟方法，包括：

获取到目标无线环境的全部区域中每一个区域所对应的统计参数；其中，所述目标无线环境的全部区域中包括有至少两个区域；所述统计参数至少包括有每一个区域的信号强度的差分量；

基于所述目标无线环境的每一个区域所对应的所述统计参数，生成与所述目标无线环境所对应的测试环境，检测得到所述测试环境中的测试参数；其中，所述测试参数中至少包括有测试信号强度的差分量；

基于所述测试信号强度的差分量与信号强度的差分量进行拟合分析，基于拟合分析的结果确定对所述测试环境的调整方式，以得到调整后的测试环境。

本发明提供一种环境模拟装置，所述装置包括：

测试数据统计分析模块，用于获取到目标无线环境的全部区域中每一个区域所对应的统计参数；其中，所述目标无线环境的全部区域中包括有至少两个区域；所述统计参数至少包括有每一个区域的信号强度的差分量；

无线环境对等反馈模块，用于基于所述目标无线环境的每一个区域所对应的所述统计参数，生成与所述目标无线环境所对应的测试环境，检测得到所述测试环境中的测试参数；其中，所述测试参数中至少包括有测试信号强度的差分量；

参数调控模块，用于基于所述测试信号强度的差分量与信号强度的差分量进行拟合分析，基于拟合分析的结果确定对所述测试环境的调整方式，以得到调整后的测试环境。

本发明提出的一种环境模拟方法及装置，就能够利用实际目标无线环境进行信号质量的差分量的统计，基于统计得到的信号质量的差分量，得到测试环境，再基于测试环境中的测试质量差分量与信号质量的差分量进行拟合以调整得到最后的测试环境。如此，能够体现目标无线环境中不同区域信号变化情况，使得测试环境与目标无线环境更加贴合。

附图说明

图1为本发明实施例环境模拟方法流程示意图一；

图2为本发明实施例环境模式方法流程示意图二；

图3为本发明实施例环境模式装置组成结构示意图一；

图4为本发明实施例环境模式装置组成结构示意图二；

图5为本发明实施例环境模式装置组成结构示意图三。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一、

本发明实施例提供了一种环境模拟方法，如图1所示，包括：

步骤101：获取到目标无线环境的全部区域中每一个区域所对应的统计参数；其中，所述目标无线环境的全部区域中包括有至少两个区域；所述统计参数至少包括有每一个区域的信号强度的差分量；

步骤102：基于所述目标无线环境的每一个区域所对应的所述统计参数，生成与所述目标无线环境所对应的测试环境，检测得到所述测试环境中的测试参数；其中，所述测试参数中至少包括有测试信号强度的差分量；

步骤103：基于所述测试信号强度的差分量与信号强度的差分量进行拟合分析，基于拟合分析的结果确定对所述测试环境的调整方式，以得到调整后的测试环境。

本实施例主要解决的技术问题为，在提出的模拟测试装置下，以特定隧道场景的实际测量为基础，于装置内模拟其真实隧道环境的参数，更控制最终的信号发射装置或其他被测装备。从而可以避免在现场进行测试易受干扰和不易增大测试规模等各种麻烦。

在实施例中所提出的信号强度的差分量，用于在有限的测试场景尺寸和测试用户移动速度下，具体描述出用户进入隧道、穿越隧道、穿出隧道这一过程中所经历的信号质量变化，从而比之现有类似方案更能体现出场景的特殊性。

所述目标无线环境为目标隧道的无线环境。

获取到目标无线环境的全部区域中每一个区域所对应的统计参数的方式，可以为进行特定目标隧道环境下的实地测量。该测试的目的是为了获得目标隧道实际环境中，信道衰落的空间分布和信干噪比的统计分布，从而比单纯的计算机仿真模拟的预测具有更加实际的环境参数。该部件集成了速度感应器，用于确定位置。其记录的信息包括信号强度、信干比、多径信息和地理位置以及时间。

所述方法还包括：采集到每一个区域中的至少一个采样点所对应的信号强度以及采样时间；逐个计算所述至少一个采样点中物理位置相邻的两个采样点之间，信号强度的差值，将得到的结果作为所在区域的一信号强度的差分量。

相应的，所述方法还包括：将所述目标隧道划分为三个区域；其中，所述三个区域分别为：与所述目标隧道中的基站距离小于第一距离值的区域、与所述目标隧道中的基站的距离大于第一距离值的区域且小于第二距离值的区域、以及与所述目标隧道的出口之间的距离小于第三距离值的区域。上述第一距离值、第二距离值以及第三距离值均为根据实际情况进行的设置，最终划分出来的三个区域可以组成目标隧道的全部区域。

由于距离隧道内基站位置远近的不同，会有不一样的信道衰落及信道衰落变化值，以及不同的信干噪比分布变化，故按照距基站布设位置地理位置对隧道进行近基站、远基站、隧道出(入)口三种区域划分，使得对特定区域的测量数据有更深刻的把握，并对每个区域进行信道衰落及信干噪比的特征分析和提取。

因为隧道环境的测试点与基站的相对位置不同，会产生不同的信道衰落以及信道衰落变化值，所以需要对实际隧道环境按照距离进行区域划分，以便更精确的实现无线环境的对等。目标隧道的测试数据可以送到测试控制中心，由测试控制模块对测试的数据进行可控的划分。例如可以将基站到隧道出口间由近及远分为三部分，分别代表近基站区、远基站区和隧道出口区，划分后三区域的位置分别标注为：

近基站区：[d0,αL]

远基站区：[αL,L-d1]

隧道出口区：[L-d1,L]

其中，d0为基站周围保护距离，d1为隧道出口区长度，0＜α＜＜1-d1/L，且d1为受到隧道外基站影响的最远距离，可由隧道口附近的隧道外基站测试结果进行确定，或者，对于较长的隧道，可以人为设定为固定值(如50m)。

由于考虑的特定隧道为笔直隧道，三段区域的测试数据比例可近似为一维的距离比例，即(αL-d0):(L-αL-d1):d1，由测试控制中心来决定三种区域的划分。

获取到通过对目标隧道的实地测试，获得目标隧道物理参数、分段测试数据和外部基站信息；首先依据测试数据划分近基站区、远基站区和隧道出口区，而后分段对测试数据进行统计，得到统计参数；其中，所述统计参数至少包括有每一个区域中的信道衰落，信干噪比，信号强度的差分量等参数；

需要指出的是，信号质量的差分量计算可以采用以下公式：

Δx(i,j)＝x(ai,ti)-x(aj,tj)；其中，a表示用户设备所处的位置，比如可以为某一个采样点的位置信息，t表示得到信号强度的时间信息，x()表示信号强度。i、j分别表示相邻两个采样点。

差分的时间间隔可以根据测试需求可调整，统计分析模块将对数据进行处理，统计出基础该差分量的概率分布。

所述基于所述目标无线环境的每一个区域所对应的所述统计参数，生成与所述目标无线环境所对应的测试环境，包括：

基于所述目标无线环境的每一个区域所对应的所述统计参数、所述目标无线环境的物理参数、以及所述测试环境的物理参数，确定所述测试环境中的主基站的发射功率。

所述统计参数中还包括每一个区域的至少一个采样点中，每一个采样点的噪声值以及频率偏移值；

相应的，确定所述测试环境中的主基站的发射功率，所述方法还包括：

基于所述目标无线环境所对应的所述统计参数，针对所述测试环境中每一个测试区域，添加噪声值以及频率偏移值。

所述检测得到所述测试环境中的测试参数，包括：

获取到测试终端在所述测试环境中的位置信息、以及移动速度；并获取到所述测试终端上报的信号测试结果；

基于所述测试终端的信号测试结果、以及所述测试终端的位置信息以及移动速度，确定所述测试环境在至少一个测试区域中所对应的测试参数。

具体实现的框图如图2所示：

测试环境内的主基站以特定的统计参数为基础，对测试场进行初步的无线环境覆盖；

在测试环境的主基站产生的覆盖下，依托测试统计参数，添加噪声、干扰、特定位置频率偏移等，实现整个无线环境的初步生成；

将生成的所述初步环境信息输入到无线环境对等输出模块，由所述对等输出模块进行拟合检验；具体的，所述拟合检验可以包括：将测试场中信道衰落，信干噪比，信号强度的差分量等参数的统计及分析结果，与真实测试结果的统计值进行拟合度分析，并将拟合检验结果输入无线环境对等反馈模块。

该模块将根据测试场景数据以及测试数据分析处理的结果，进行对等的参数映射。依照模拟测试场的长度(远小于目标隧道)，通过与目标隧道的基站到测试点距离、测试装置移动速度等成比例对比，以及动态调整测试场中基站的发射功率，来实现目标隧道真实场景无线环境的对等测试环境，以达到将目标设备或目标场景放入测试场中，便可模拟出特定隧道的相同环境并用来测试的效果。

通过目标隧道测量值的特征分析和提取，得到隧道无线环境的基本参数，将其作为本装置的输入，结合隧道的已知物理参数(如基站位置，基站到隧道出(入)口的距离等无需实地测量的已知信息)，对特定距离处的信道衰落、信干噪比等进行模拟生成。

所述基于所述测试信号强度的差分量与信号强度的差分量进行拟合分析，包括：

确定所述测试环境以及目标无线环境中匹配的至少一个采样点；

分别获取到所述测试环境以及目标无线环境中匹配的每一个采样点所对应的测试参数以及统计参数；

分别根据所述测试环境以及目标无线环境中匹配的测试参数以及统计参数，获取匹配的所述测试信号强度的差分量与信号强度的差分量；

基于所述测试信号强度的差分量与信号强度的差分量，计算得到拟合值。

所述基于拟合分析的结果确定对所述测试环境的调整方式，以得到调整后的测试环境，包括：

判断所述测试环境中每一个测试区域所对应的拟合值，是否满足预设拟合阈值；

若满足，则确定不对所述测试区域进行调整；若不满足，则针对所述测试区域的主基站进行发射功率的调整，以得到调整后的测试环境。

在实行动态功率控制时，最主要的是按比例调整测试场环境，使之与真实场景中的大尺度衰落对等，同时依据测试数据中信号强度、信号强度的差分量与速度的关系，在测试场的短距离内模拟整个目标隧道的无线环境。

简单假设实地测试时，测试点移动速度为匀速v0，测试设备记录的时间间隔为t0，则每s0＝v0t0距离获得一个采样点；假定隧道内基站位置到隧道出口长度为L0，则整个测试过程中共获得了n0＝L0/s0个采样点；依据上一小节中三种区域的划分，将采样点按比例分布在三个区域内。

同时，假定测试装置的总长度为L1，则可将测试场内每s1＝L1/n0距离对应一个真实采样点，即对于任意c·s1(c≥1,c∈N^*)距离，均有真实场景的测试值对应；依据真实场景的采样点，以及测试场中测试主基站与测试点的实际距离，动态地调整测试发射装置或者控制受测装备的发射功率，使测试点的信号强度及测试点前后信号强度的变化量，与真实场景采样点的真实值(或经数据分析的大尺度衰落后的接收值)所对应，亦可据此相应的调整测试场中目标设备的移动速度。

对于拟合检验部分的实现，则是需要对测试场内三个区域的信道衰落、信干噪比、接收信号强度的差分量等统计值，与目标隧道实地测试的统计值间，进行拟合度的计算，公式为：

拟合度公式的物理意义为以两条待拟合曲线的平均曲线作为拟合的基准，拟合度的值域为[0,1]，两条曲线越相似，拟合度越高，完全相同的两条曲线拟合度为1。

实施例二、

本发明实施例提供了一种环境模拟装置，如图3所示，包括：

测试数据统计分析模块31，用于获取到目标无线环境的全部区域中每一个区域所对应的统计参数；其中，所述目标无线环境的全部区域中包括有至少两个区域；所述统计参数至少包括有每一个区域的信号强度的差分量；

无线环境对等反馈模块32，用于基于所述目标无线环境的每一个区域所对应的所述统计参数，生成与所述目标无线环境所对应的测试环境，检测得到所述测试环境中的测试参数；其中，所述测试参数中至少包括有测试信号强度的差分量；

参数调控模块33，用于基于所述测试信号强度的差分量与信号强度的差分量进行拟合分析，基于拟合分析的结果确定对所述测试环境的调整方式，以得到调整后的测试环境。

所述装置还包括：

数据采集模块34，用于采集到每一个区域中的至少一个采样点所对应的信号强度以及采样时间；

相应的，测试数据统计分析模块，用于逐个计算所述至少一个采样点中物理位置相邻的两个采样点之间，信号强度的差值，将得到的结果作为所在区域的一信号强度的差分量。

本发明装置包含可分离前端数据采集模块，测试数据统计分析模块，无线环境对等反馈模块和参数调控模块。各模块需要按照预设的流程工作，如图4所示，包括目标场景数据采集，参数自动提取分析，以及设备参数调控，从而最终实现隧道场景的模拟。具体过程为：首先要选取能够合理描述隧道无线信道环境的特征参数和指标，然后有针对性的对目标隧道进行测量工作，获取目标隧道的真实无线信道环境的数据，通过数据分析和建模提取出特征参数，并作为相应的测试数据统计分析模块的输入，然后由测试装置实现与特定隧道的真实无线环境的对等环境。

可以理解的是，上述几个模块可以均设置在一个服务器中；也可以将数据采集模块单独分离出来放在实际的目标环境中进行数据监测以及收集，剩余三个模块放在服务器中。具体的实现场景这里不进行穷举。

数据采集模块，为可分离部件，可以用于进行特定目标隧道环境下的实地测量。该测试的目的是为了获得目标隧道实际环境中，信道衰落的空间分布和信干噪比的统计分布，从而比单纯的计算机仿真模拟的预测具有更加实际的环境参数。该部件集成了速度感应器，用于确定位置。其记录的信息包括信号强度、信干比、多径信息和地理位置以及时间。

测试数据分析处理模块。该模块将对采测数据进行相应的归类：由于距离隧道内基站位置远近的不同，会有不一样的信道衰落及信道衰落变化值，以及不同的信干噪比分布变化，故按照距基站布设位置地理位置对隧道进行近基站、远基站、隧道出(入)口三种区域划分，使得对特定区域的测量数据有更深刻的把握，并对每个区域进行信道衰落及信干噪比的特征分析和提取。

无线环境对等反馈模块。该模块将根据测试场景数据以及测试数据分析处理的结果，进行对等的参数映射。依照模拟测试场的长度(远小于目标隧道)，通过与目标隧道的基站到测试点距离、测试装置移动速度等成比例对比，以及动态调整测试场中基站的发射功率，来实现目标隧道真实场景无线环境的对等测试环境，以达到将目标设备或目标场景放入测试场中，便可模拟出特定隧道的相同环境并用来测试的效果。

然后是特定隧道无线环境模拟生成装置的实现。通过目标隧道测量值的特征分析和提取，得到隧道无线环境的基本参数，将其作为本装置的输入，结合隧道的已知物理参数(如基站位置，基站到隧道出(入)口的距离等无需实地测量的已知信息)，对特定距离处的信道衰落、信干噪比等进行模拟生成。

整个装置的框图如图5所示，所述目标无线环境为目标隧道的无线环境；相应的，测试数据统计分析模块，用于将所述目标隧道划分为三个区域；其中，所述三个区域分别为：与所述目标隧道中的基站距离小于第一距离值的区域、与所述目标隧道中的基站的距离大于第一距离值的区域且小于第二距离值的区域、以及与所述目标隧道的出口之间的距离小于第三距离值的区域。因为隧道环境的测试点与基站的相对位置不同，会产生不同的信道衰落以及信道衰落变化值，所以需要对实际隧道环境按照距离进行区域划分，以便更精确的实现无线环境的对等。目标隧道的测试数据可以送到测试控制中心，由测试控制模块对测试的数据进行可控的划分。例如可以将基站到隧道出口间由近及远分为三部分，分别代表近基站区、远基站区和隧道出口区，划分后三区域的位置分别标注为：

近基站区：[d0,αL]

远基站区：[αL,L-d1]

隧道出口区：[L-d1,L]

其中，d0为基站周围保护距离，d1为隧道出口区长度，0＜α＜＜1-d1/L，且d1为受到隧道外基站影响的最远距离，可由隧道口附近的隧道外基站测试结果进行确定，或者，对于较长的隧道，可以人为设定为固定值(如50m)。

由于考虑的特定隧道为笔直隧道，三段区域的测试数据比例可近似为一维的距离比例，即(αL-d0):(L-αL-d1):d1，由测试控制中心来决定三种区域的划分。

无线环境对等处理中心的作用是以特定隧道实地测试为基准，在测试装置产生的测试场中，模拟实现与目标隧道真实环境对等的无线环境，并在此对等环境中实现对目标设备或目标场景测试工作。

无线环境对等实现装置各模块功能解释如下：

测试数据统计分析模块，获取到通过对目标隧道的实地测试，获得目标隧道物理参数、分段测试数据和外部基站信息；

测试数据统计分析模块，首先依据测试数据划分近基站区、远基站区和隧道出口区，而后分段对测试数据进行统计，得到统计参数；其中，所述统计参数至少包括有每一个区域中的信道衰落，信干噪比，信号强度的差分量等参数；

测试装置主基站以特定的统计参数为基础，对测试场进行初步的无线环境覆盖；

特定隧道无线环境生成模块，在测试装置主基站产生的覆盖下，依托测试统计参数，添加噪声、干扰、特定位置频率偏移等，实现整个无线环境的初步生成；

生成模块完成初步环境的生成后，将生成的所述初步环境信息输入到无线环境对等输出模块，由所述对等输出模块进行拟合检验；具体的，所述拟合检验可以包括：将测试场中信道衰落，信干噪比，信号强度的差分量等参数的统计及分析结果，与真实测试结果的统计值进行拟合度分析，并将拟合检验结果输入无线环境对等反馈模块。

需要指出的是，信号质量的差分量计算可以采用以下公式：

Δx(i,j)＝x(ai,ti)-x(aj,tj)；

差分时间间隔可以根据测试需求可调整，统计分析模块将对数据进行处理，统计出基础该差分量的概率分布。

在对等模拟测试时，移动用户将实时汇报自身的位置信息和速度信息，无线对等反馈模块将根据测试场内移动用户的位置和瞬时速度信息，进行对等映射。根据目标隧道物理参数与测试装置环境的物理参数，对应不同的测试点，按比例地调整测试装置主基站的发射功率，将动态功率控制信息反馈给测试装置主基站，当拟合度达到阈值Th时，将输出判决置1；无线环境对等输出模块收到输出判决为1的信息后，将当前生成的无线环境作为目标隧道的对等环境输出。

这样我们就实现了特定隧道无线环境的模拟输出，此时便可进行目标设备或目标场景的测试，测试效果等同于特定隧道真实环境中的实地测试。

下面对动态功率控制和拟合检验进行原理性说明。

在实行动态功率控制时，最主要的是按比例调整测试场环境，使之与真实场景中的大尺度衰落对等，同时依据测试数据中信号强度、信号强度的差分量与速度的关系，在测试场的短距离内模拟整个目标隧道的无线环境。

简单假设实地测试时，测试点移动速度为匀速v0，测试设备记录的时间间隔为t0，则每s0＝v0t0距离获得一个采样点；假定隧道内基站位置到隧道出口长度为L0，则整个测试过程中共获得了n0＝L0/s0个采样点；依据上一小节中三种区域的划分，将采样点按比例分布在三个区域内。

同时，假定测试装置的总长度为L1，则可将测试场内每s1＝L1/n0距离对应一个真实采样点，即对于任意c·s1(c≥1,c∈N^*)距离，均有真实场景的测试值对应；依据真实场景的采样点，以及测试场中测试主基站与测试点的实际距离，动态地调整测试发射装置或者控制受测装备的发射功率，使测试点的信号强度及测试点前后信号强度的变化量，与真实场景采样点的真实值(或经数据分析的大尺度衰落后的接收值)所对应，亦可据此相应的调整测试场中目标设备的移动速度。

对于拟合检验部分的实现，则是需要对测试场内三个区域的信道衰落、信干噪比、接收信号强度的差分量等统计值，与目标隧道实地测试的统计值间，进行拟合度的计算，公式为：

拟合度公式的物理意义为以两条待拟合曲线的平均曲线作为拟合的基准，拟合度的值域为[0,1]，两条曲线越相似，拟合度越高，完全相同的两条曲线拟合度为1。

测量数据中提取出接收信号强度的差分量为基准，来表征信号强度的变化与测试点移动速度的关系，以此来对测试装置中测试点的速度进行动态控制，实现短测试距离内，测试点不同移动速度时，目标隧道无线环境对等模拟和测试工作。

本提案中，提出了一个测试装置，基于新提出的拟合度评估公式，来动态控制测试装置的发射功率，从而实现在用户端经历的信号状况如同通过一个指定特征的隧道的目的。

在现有技术方案中，若要得知目标设备在特定隧道无线环境下的性能，需要将目标设备携带进入特定隧道中，而本方案中，利用特定隧道无线环境模拟测试装置，便可在目标隧道基准测量的基础上，模拟生成目标隧道的无线环境，省去了将目标设备进行携带的麻烦，同时还可用来测试其他目标设备及目标场景，做到了简单和高效的进行测试。

现有技术方案中的计算机仿真实现无线环境模拟的模型比较单一，尤其对于隧道无线环境这种特殊场景更是缺少合适的仿真模型，本方案利用现网测试数据，基于真实的网络环境进行测试场环境的对等模拟和生成，并采用了关键参数差分量的新型变量，以此为基础进行统计分析，可以清楚地描述信号在空间上的个体分布差别，有别于传统的统计分析，

需要说明的是，在本文中，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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

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上述实施例方法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，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的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，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，装置，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。