专利名称：确定无线电波多径衰落影响的方法
技术领域：
本发明涉及一种确定无线系统所需区域中无线电波多径衰落平均影响的方法，所述方法使用至少两维的数字地图描述系统基站覆盖区域的所需区域，并且所述方法确定所需区域的不同子区域中发射机输出的多径衰落的平均影响。
在构造无线系统时，总是试图以尽可能少的耗费实现所需区域覆盖。在考虑系统基站的位置时，需要考虑所需业务量和实现的覆盖区。其目标是定位基站，使之覆盖区域较大并且基站位置有利于无线电波传播。
目前已经为无线网络规划开发了不同的方法和装置。在无线网络规划中，普遍采用的装置是数字地图，它提供了所需区域中地形和建筑的建模信息。利用数字地图，能够通过计算机计算出不同基站位置的覆盖区域以及网络操作参数。
在确定基站覆盖区域时，确定不同区域中的信号衰落是重要的。因为系统行为是模拟的，所以信号衰落也必须进行尽可能实际的建模。尤其是在市区环境下，衰落根据建筑物形状、墙壁以及其他围绕基站及终端的散射表面而不断变化。
衰落通常分成两种类型，快衰落和慢衰落，但这是一种非常粗略的划分。在实际中信号的多径衰落由相位差引起，随着终端的移动，相位差的变化导致信号强度的来回变化，根据环境的不同，其相关距离一般可以从半个波长到数百波长。
在现有技术方案中，在移动无线系统模拟器中，例如在COSSAP实现的链路层模拟器中，通过增加发射信号的衰减和衰落来模拟衰落。快衰落一般通过模拟按照Rayleigh或Rice分布的静态随机过程来生成。此后，通过适当的滤波器来平均衰落。
在使用数字地图的网络规划软件中，例如根据经验模型计算信号衰减，除了特定的特殊情况之外，在经验模型中并没有考虑多径衰落。
但是，现有技术方法存在着若干问题和缺陷。在例如由COSSAP实现的典型链路层模拟器中，接收算法是实际应用的算法，但是问题在于信道模型是否符合实际情况。符合实际情况的信道模型可以通过射线跟踪，即射线搜索信道模型得到。但是问题在于射线跟踪方法所需计算复杂性妨碍了该方法的实现。
在网络规划软件中，可以增加数字地图的解析度以提高精确度，但是在通过地图解析计算场强时需要考虑衰落。在这种情况下，考虑了多径衰落的射线跟踪模型能够提高精确度而不需要过高的计算量。
本发明的一个目的是提供一种方法，通过该方法可以以可接受的精度计算出衰落的平均影响，而计算量不会太高。
这通过前序中提出的方法实现，其特征在于，通过射线跟踪方法确定每个子区域中某一点的信号衰落参数，利用所述参数计算出子区域中信号多径衰落的平均影响。
本发明的方法具有若干优点。在本发明的方案中，计算时间较短，需要的时间仅为采用射线跟踪方法进行全部计算所需时间的一小部分，在后一种情况下，计算子区域的平均值需要每个子区域中的若干计算点。射线跟踪方法是目前所知的获取衰落和衰减值的实际结果的最为精确的方法，但是如果适当地选择了子区域的大小，得到的估计结果的精确度能够被接受。
下面结合附图的例子详细描述本发明，在附图中
图1说明了一个可以应用本发明方法进行规划的无线系统；图2说明了能够通过射线跟踪方法得到的参数；图3说明了可以估计衰落的区域，以及图4a和4b说明了计算结果。
因此，本发明的方法最好应用于无线系统规划。它尤其适合对市区环境中实现的无线系统进行规划。图1说明了一些典型的无线系统。该图示出了典型蜂房无线网络的小区100。该蜂房无线网络的基站102位于包含多个用户终端104-108的建筑物之外，其中的一些终端104、106可以位于户外，而一些终端108位于建筑物110内。用户终端具有到基站的双向连接。
本发明的方案基于下述事实多径衰落由从发射机到达接收机的多径传播信号分量的不同相位差引起。因此，其目标是确定所需区域的不同子区域中发射机输出的平均衰落强度。子区域可以是例如正方形区域，其大小与数字地图解析度一致。
在本发明方案中，通过射线跟踪方法确定所需区域的某个子区域中某一点的信号衰落参数。计算所述点上信号分量的振幅、相移以及到达角。接着，假定在整个子区域中信号的衰减和到达角是恒定的，利用所述参数，通过综合计算确定子区域的平均信号强度。如果待考察的区域的大小与周围散射表面的大小，例如墙壁大小相比较小，则恒定参数的假设是成立的。
让我们详细考察一个例子，假定采用射线跟踪方法确定到达某一点的射线i的振幅ai、相位φi以及到达角αi。根据下式可以计算出线段的平均有效信号强度。Pave=1b∫-b/2b/2|Σm=1Mame-jφm+jkxcosαm|2dx]]>=Σm=1M|am|2+4kbΣm,n=1n>mMamancos(φm-φn)]]>*sin[kb2(cosαm-cosαn)cosαm-cosαn]]>正方形象素的平均有效信号强度则可以由下式算出Pave=1b12∫-b12b12∫-b12b12|Σm=1Mame-jφm+jk(xcosα1m+ysinα1m)|2dxdy]]>=Σm=1M|am|2+4k2b12Σm,n=1n>mMamancos(φm-φn)]]>*sin[kb12(cosα1m-cosα1n)]sin[kb12(sinα1m-sinα1n)](cosα1m-cosα1n)(sinα1m-sinα1n)]]>
其中M=观察点上有效射线的数量ai=射线i的振幅φi=观察点上第i条射线的相位αi=第i条射线相对于终端方向矢量的角度α1i=第i条射线相对于象素侧的角度k=波形数(2π/λ)b=平均长度或瞬时终端速度乘上平均时间b1=象素宽度图2说明了正方形象素情况下的值。
这样，通过本发明可以计算出窄带无线系统中的衰落，在窄带无线系统中使用平均信号强度或信号功率作为规划参数。如果在移动无线网络系统的模拟器中采用本发明的方法，则仅需要以平均间隔在一点上采用射线跟踪方法。该平均间隔通常较短，例如对GSM而言是480ms，意味着到达角和衰减保持恒定的默认前提是成立的。因为信道模型的基础是建筑物和墙壁的正确形状，所以可以进行符合实际情况的模拟。
在现有技术网络规划软件中，除了地面反射，一般不考虑多径衰落。但是如果需要高精度，那么考虑反射就显得相当重要。
让我们通过例子详细考察本发明的方法。图3说明了其中需要定位无线系统小区的典型环境中的数字地图。该地图包括影响无线电波传播的区域结构部分。其目标是将基站定位在该区域中，使得该区域的不同部分能够达到最佳可听度。实际上，选出可以设置基站的一些可能位置，利用这些默认值进行计算。最后，选出最佳方案作为基站的最终位置。在图3中，基站位置标记成字母Tx，并假定终端沿着点线所标记的路径移动。
在该例中，当终端沿着地图所示环境中标记的路径移动时，为了进行比较，同时采用本发明的方法以及通过测量计算衰落。图4a示出了采样间隔为11.1ms，终端速度为5-10km/h时接收的信号功率。距离在垂直轴上示出。为了能够与模拟曲线402比较，基于测量结果的曲线400被升高了40dB。相应地，图4b示出了平均间隔为0.5s时接收的信号功率。为了能够与模拟曲线406比较，这里也将基于测量结果的曲线404升高了40dB。在计算图4b中的模拟结果时，每个平均间隔仅包括由射线跟踪方法算出的一点的参数。这是指200射线跟踪计算。如果数据点的数量超过9000，与通过射线跟踪方法计算所有数据的方法相比，计算量大幅度减少。该图表明很难预测单个衰落孔，但是统计结果良好。
本发明的方法也可以应用于宽带无线系统。除了使用平均信号强度或信号功率作为系统参数的无线系统之外，本发明的方法还可以应用于平均功率具有其它含义的系统。
尽管以上结合附图的例子描述了本发明，但显然本发明并不局限于此，在后附权利要求书所公开的创新思想的范围内可以通过多种方式进行修改。
权利要求
1．一种确定无线系统所需区域中无线电波多径衰落平均影响的方法，所述方法使用至少两维的数字地图描述系统基站覆盖区域的所需区域，并且所述方法确定所需区域的不同子区域中发射机输出的多径衰落的平均影响，其特征在于，通过射线跟踪方法确定每个子区域中某一点的信号衰落参数，以及利用所述参数计算出子区域中信号多径衰落的平均影响。
2．根据权利要求1的方法，其特征在于，在所需区域的每个子区域的某一点采用射线跟踪方法计算到达所述点的射线的振幅、相移以及到达角。
3．根据权利要求1的方法，其特征在于，利用通过射线跟踪方法算出的参数确定所需区域的不同子区域中的平均信号强度。
4．根据权利要求1的方法，其特征在于，在确定信号多径衰落的平均影响时，在每个平均间隔时段中采用射线跟踪方法计算一点。
5．根据权利要求1的方法，其特征在于，该无线系统是一个蜂房无线系统。
全文摘要
本发明涉及一种确定无线系统所需区域中无线电波多径衰落平均影响的方法。系统基站覆盖区域的所需区域由数字地图描述。在所需区域的不同子区域中确定发射机输出的多径衰落的平均影响。为了减少计算量,通过射线跟踪方法确定每个子区域中某一点的信号衰落参数,并且利用所述参数计算出子区域中信号多径衰落的平均影响。
文档编号H04B7/26GK1227018SQ98800463
公开日1999年8月25日 申请日期1998年4月9日 优先权日1997年4月11日
发明者凯利·辛皮拉 申请人:诺基亚电信公司