电波传播预测模型的仿真方法与流程

文档序号:22971016发布日期:2020-11-19 21:55阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种电波传播预测模型的仿真方法,其特征在于,包括:

根据接收点位置将场景分为室内场景和室外场景,将所述室内场景和所述室外场景根据电波传播路径分为无线信号的视线传输los区域和无线信号的非视线传输nlos区域;

针对室外场景的nlos区域,采用了o2o透射模型与改进后的lee’s尖峰绕射模型相结合方法计算电波传播的路径损耗值;

针对室内场景的los区域和nlos区域,根据计算得到的o2i边界点分为两个区域:一个是室外站到o2i边界点传播区域,另一个是o2i边界点到室内接收点传播区域,采用所述两个区域分段计算的方式进行电波传播的路径损耗的计算。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的根据接收点位置将场景分为室内场景和室外场景,将所述室内场景和所述室外场景根据电波传播路径分为无线信号的视线传输los区域和无线信号的非视线传输nlos区域,包括:

导入电波传播对应的电子地图、天线、基站参数、发射机和接收机信息,根据电波传播对应的电子地图、发射机和接收机信息判断接收机是否被建筑物所包围,进而将场景划分为室内场景和室外场景,针对所述室内场景根据计算得到的o2i边界点分为两个区域,一个是室外站到o2i边界点传播区域,另一个是o2i边界点到室内接收点传播区域。

对于室外场景根据收发信机之间是否存在直射径,对于室内场景则根据发射机与o2i边界点之间是否存在直射径,根据判断结果将电波传播区域分为los区域和nlos区域,所述los区域的传播机制包括:直射、反射、地物损耗的自地物损耗,所述nlos区域的传播机制包括绕射、透射、地物损耗的自地物损耗。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的针对室外场景的nlos区域,采用了o2o透射模型与改进后的lee’s尖峰绕射模型相结合方法计算电波传播的路径损耗值,包括:

针对接收机位于室外场景下的nlos区域的o2o透射,电波传播的路径损耗值的计算过程包括:

步骤301:根据几何追踪的透射路径及仿真频率触发o2o透射计算;

步骤302,计算收发信机之间的直射径传播电场强度,根据收发信机之间的位置,先进行直射径的计算,当收发信机之间的距离大于规定的透射半径时,将视距传播情况下的多径损耗系数a-b替换为非视距传播情况下多径损耗系数anlos-bnlos进行直射径的计算,即:

anlos,bnlos表示在非视距情况下的多径损耗系数,anlos越大代表多径损耗越小,bnlos越大多径损耗越大;

步骤303,根据透射路径与场景障碍物相交点的材质损耗值计算透射系数,透射系数的计算公式为:

strans_coeff代表此条透射路径的透射系数,i代表透射路径与场景的相交点编号,ltrans_i代表穿透障碍时,电磁波的损耗,coeffi表示多径经过相交点材质的透射系数,n+1表示相交点个数;

步骤304,根据透射系数计算最终的电场强度值etotal,并得到路径损耗值pl[db]:

pl[db]=-20log10(|etotal|)(9)

4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的针对室外场景的nlos区域,采用了o2o透射模型与改进后的lee’s尖峰绕射模型相结合方法计算电波传播的路径损耗值,包括:

针对接收机位于室外场景下的nlos区域的lee’s尖峰绕射,电波传播的路径损耗值的计算过程包括:

步骤401,导入绕射路径及频率参数;

步骤402,对于lee’s单峰绕射,计算三个单峰:前峰l1、主峰l2和后峰l3的绕射损耗,l1表示当只有fronthk阻挡时,tx到hk之间的损耗,l2表示只有mainhk阻挡时,tx到rx之间的损耗,l3表示只有backhk阻挡时,hk到rx之间的损耗;c1,c2表示causebrook修正因子;

li的绕射损耗的计算公式为:

li[db]=-gi*ki(12)

其中,d1,d2分别代表收发信机距离单峰的距离,h代表单峰尖端到收发信机之间连线的距离,v代表尖峰绕射系数,i=1,2或3,表示三个单峰的编号,gi表示尖端绕射损耗,ki代表附加的材料衰减因子;

步骤403,计算整个绕射损耗:

c1=|(6-l2+l1)*cosα1|(14)

c2=|(6-l2+l3)*cosα2|(15)

5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的针对所述los区域和所述nlos区域的室内场景,根据计算得到的o2i边界点分为两个区域:一个是室外站到o2i边界点传播区域,另一个是o2i边界点到室内接收点传播区域,采用所述两个区域分段计算的方式进行电波传播的路径损耗的计算,包括:

针对接收机位于室内的所述los区域和所述nlos区域的室内场景,根据计算得到的o2i边界点分为两个区域:一个是室外站到o2i边界点传播区域,采用与室外场景相同的电磁计算模型来计算路径损耗;第二区域是o2i边界点到室内接收机的传播区域,该区域的电波传播的路径损耗的计算过程包括:

步骤501,选取透射路径的最后一条subpath作为o2i边界点到接收机的路径,而最后一条subpath的起点也将成为o2i边界点;

步骤502,将o2i边界点作为接收点,按照室外场景的路径损耗计算方法计算发射机到o2i边界点的路径损耗lout;

步骤503,计算o2i边界点到室内接收点的路径损耗,根据室内传播的损耗值计算出o2i边界点到室内接收点的室内路径损耗,室内路径损耗的计算公式如下:

lin[db]=lo2ihordh+lo2iverdv+lo2i(18)

其中,dh,dv分别为o2i边界点到接收机的水平距离和垂直距离;lo2i,lo2iver,lo2ihor分别为材料的外墙穿损,楼宇内部每米垂直损耗和水平损耗,lin表示由o2i边界点到室内接收点之间的室内路径损耗;

步骤504,将步骤502计算得到的发射点到o2i边界点的路径损耗,与步骤503计算得到的o2i边界点到室内接收点的室内路径损耗相加,得到所述los区域和所述nlos区域的室外发射机到室内接收机的透射损耗。

6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的方法还包括:

对于los区域,包含的多径类型有:直射、反射、地物损耗和自地物损耗,对于反射、地物损耗和自地物损耗径,采用电磁模型进行计算,采用friis公式计算直射径的路径损耗,计算公式为:

pl[db]=-20log10(|etotal|)(4)

es代表垂直面上的电场分量,ep代表水平面上的电场分量,etotal代表合成的电场量,a,b代表los区域的损耗系数,g代表天线增益,l代表收发信机之间的电波传播距离,pl代表路径损耗。

7.根据权利要求1至6任一项所述的方法,其特征在于,所述的方法还包括:

los区域的接收功率计算公式为:

plosout[db]=gsys+20log10hlos(f)-lc-lsc(19)

室内los区域的接收功率计算公式:

plosin[db]=plosout-lin(20)

其中,gsys为涵盖发射功率和线损影响的系统增益,是直射、反射叠加的频率响应,为第k条径的幅值,φk为相位,lc为传播过程经过的地物累积损耗,lsc为当前接收机位置所处的地物类型自身的损耗;

室外nlos区域的接收功率计算公式为:

室内nlos区域的接收功率计算公式:

pnlosin[db]=pnlosout-lin(22)

其中,是o2i透射、反射叠加的频率响应,ldiff为改进后的lee’s尖峰绕射损耗。


技术总结
本发明提供了一种电波传播预测模型的仿真方法。包括:根据电波传播路径将电波传播场景分为LOS区域和NLOS区域,根据接收点位置将所述LOS区域和所述NLOS区域分为室内场景和室外场景;针对所述NLOS区域的室外场景,采用了O2O透射模型与改进后的Lee’s尖峰绕射模型相结合方法计算电波传播的路径损耗值;针对所述LOS区域和所述NLOS区域的室内场景,根据计算得到的O2I边界点分为两个区域:一个是室外站到O2I边界点传播区域,另一个是O2I边界点到室内接收点传播区域,采用所述两个区域分段计算的方式进行电波传播的路径损耗的计算。本发明依据射线跟踪仿真平台,结合经典的经验模型,提出了一种新型电波传播预测模型,提升了射线跟踪仿真精度和效率。

技术研发人员:官科;何丹萍;艾渤;钟章队
受保护的技术使用者:北京交通大学
技术研发日:2020.08.21
技术公布日:2020.11.17
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