用射線跟蹤算法對不同誤差地圖進行電磁仿真的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于復(fù)雜環(huán)境下電磁仿真預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及室外微小區(qū)場景下的電 波傳播數(shù)值仿真，可用于提高射線跟蹤模型的預(yù)測精度，為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提供理論依據(jù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 移動通信作為無線通信領(lǐng)域最具發(fā)展前途的一種通信方式，從二十世紀八十年代 開始出現(xiàn)，再到當下第四代移動通信技術(shù)投入運營，其發(fā)展僅僅經(jīng)歷三十多年時間。移動無 線通信系統(tǒng)的性能與電波傳播環(huán)境密切相關(guān)。為滿足人們對提高小區(qū)通信系統(tǒng)容量的迫切 需求，在眾多解決方案中，人們提出了微小區(qū)這一概念。電信運營商們?yōu)榱诉x取更好的基站 天線架設(shè)位置等需求，在網(wǎng)絡(luò)架設(shè)前都需要進行網(wǎng)規(guī)網(wǎng)優(yōu)等措施，關(guān)于電波傳播模型的研 究便可為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提供理論依據(jù)，但是，傳播預(yù)測模型的精確度也會對信號覆蓋小區(qū)半徑 估算等造成影響，所以，獲得更加精確的傳播預(yù)測模型就變得非常重要。
[0003] 在最近十年內(nèi)，射線跟蹤已成為研究微小區(qū)傳播建模的主要方法。與傳播模型相 關(guān)的兩個最主要的問題是模型的精確度與敏感度。而射線跟蹤技術(shù)的這一特性與描述環(huán)境 信息的數(shù)據(jù)庫的精確度密切相關(guān)，當采用射線跟蹤算法對特定室外微小區(qū)環(huán)境中的電波傳 播及覆蓋情況進行預(yù)測時，首先需要獲得相應(yīng)環(huán)境的幾何信息，且?guī)缀涡畔⒌臏蚀_性對算 法預(yù)測結(jié)果的精度至關(guān)重要。這里所指的環(huán)境信息主要包括建筑物的幾何信息，也就是說， 在采用射線跟蹤算法來預(yù)測城市微小區(qū)場景下電波傳播情況時，環(huán)境幾何信息是影響模型 精確度的最重要因素之一。獲得環(huán)境幾何信息的一種可行的方法是通過城市數(shù)字地圖來讀 取，此時，所用城市數(shù)字地圖的準確性便會成為影響射線跟蹤模型預(yù)測結(jié)果的精度的關(guān)鍵 因素。
[0004] 現(xiàn)有的關(guān)于環(huán)境幾何信息對射線跟蹤算法預(yù)測結(jié)果影響的研究中，僅針對地圖中 誤差大小對仿真精度的影響情況進行研究，但并未清楚了解環(huán)境幾何信息中不同誤差因素 對射線跟蹤算法仿真結(jié)果影響的強烈程度，因此造成射線跟蹤算法電磁仿真結(jié)果的精度 不滿足要求，無法為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提供指導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對上述已有技術(shù)的不足，提出一種用射線跟蹤算法對不同誤 差地圖進行電磁仿真的方法，以減小仿真結(jié)果與實測結(jié)果的偏差，提高射線跟蹤模型仿真 結(jié)果的精確度，為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提供理論指導(dǎo)。
[0006] 實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案，包括如下步驟：
[0007] (1)獲取需要進行仿真預(yù)測的特定城市室外微小區(qū)環(huán)境的相應(yīng)數(shù)字地圖；
[0008] (2)對所得數(shù)字地圖進行處理，分別產(chǎn)生多組滿足特定條件的兩種不同類型的誤 差地圖：
[0009] (2a)使建筑物頂點發(fā)生偏移，且各頂點偏移量相同，偏移角度滿足均勻分布的誤 差地圖，生成5組偏移量分別為0. 5m、I. 0m、l. 5m、2.Om和2. 5m的建筑物頂點偏移誤差地 圖，每組頂點偏移誤差地圖又包括25幅誤差地圖，這25幅誤差地圖具有相同的偏移量；
[0010] (2b)使建筑物墻壁在其法線方向上向建筑物內(nèi)部或外部平移，并保持建筑物各墻 壁走向不變，生成5組平移量分別為0. 5m、I. 0m、I. 5m、2.Om和2. 5m的建筑物墻壁平移誤差 地圖，與步驟（2a)中類似，每組墻壁平移誤差地圖又包括25幅誤差地圖，這25幅誤差地圖 具有相同的偏移量；
[0011] (3)在步驟（1)所得的數(shù)字地圖所示區(qū)域內(nèi)，以5m為間隔在建筑物外側(cè)選取測 試點，并采用射線跟蹤模型進行電波傳播仿真，計算該數(shù)字地圖各測試點處的路徑損耗值 Pi (測試點i);
[0012] (4)在步驟（2)所得的10組共計250幅誤差地圖所示區(qū)域內(nèi)，以5m為間隔在建筑 物外側(cè)選取測試點，采用射線跟蹤模型進行電波傳播仿真，計算該誤差地圖各測試點處的 路徑損耗值PijE;
[0013] 其中，i表示測試點；j的取值為1或2,j=1表示地圖誤差類型為第一類，即頂 點偏移誤差，j= 2則表示地圖誤差類型為第二種類型，即建筑物墻壁平移誤差；e則表示 每種誤差地圖的偏移量。
[0014] (5)將步驟（4)所得10組共計250幅誤差地圖中各測試點處的路徑損耗值PijE分 別與步驟（3)所得數(shù)字地圖相同測試點處的路徑損耗值Pi作差，對每幅誤差地圖所對應(yīng)的 這些差值分別求均值和均方根值，得到10組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)包括25個均值和25個均方根 值；再對每組數(shù)據(jù)中的25個均值和25個均方根值分別求平均，得到10個均值的均值和10 個均方根值的均值。
[0015] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
[0016] 第一，本發(fā)明在已有數(shù)字地圖的基礎(chǔ)上生成了建筑物頂點偏移誤差地圖和建筑物 墻壁平移誤差地圖，相比較以往數(shù)字地圖中各種誤差因素混亂不清的情況，區(qū)分開了誤差 地圖中的不同誤差因素，為分析不同誤差因素對仿真結(jié)果的影響提供了便利。
[0017] 第二，本發(fā)明采用射線跟蹤模型對兩種誤差地圖分別進行大量仿真，并與已有數(shù) 字地圖對應(yīng)仿真結(jié)果作對比，明確了不同誤差因素對仿真結(jié)果精度的影響強烈程度，減小 了仿真結(jié)果與實測結(jié)果的偏差，為提高射線跟蹤模型仿真結(jié)果的精確度提供了指導(dǎo)。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明的實現(xiàn)流程圖；
[0019] 圖2是本發(fā)明中使用的建筑物存儲方式示意圖；
[0020] 圖3是本發(fā)明中使用的建筑物幾何信息存儲格式示意圖；
[0021] 圖4是本發(fā)明中的頂點偏移誤差地圖示意圖；
[0022] 圖5是本發(fā)明中的墻壁平移誤差地圖示意圖；
[0023] 圖6是本發(fā)明仿真使用的渥太華市區(qū)中心地圖；
[0024] 圖7是以渥太華市區(qū)中心地圖為例在不同發(fā)射天線位置時，采用本發(fā)明進行電波 傳播仿真后所得結(jié)果圖；
【具體實施方式】
[0025] 參照圖1，本發(fā)明的具體實現(xiàn)步驟如下：
[0026] 步驟一：讀取所需仿真的室外微小區(qū)場景的數(shù)字地圖。
[0027] 本實例讀取的室外微小區(qū)場景的數(shù)字地圖是渥太華市區(qū)中心地圖，該地圖中標記 有建筑物；
[0028] 將建筑物水平面頂點按照逆時針方式存儲，建筑物存儲方式如圖2所示；
[0029] 存儲建筑物頂點時，多存儲一個點，使最后一個點與第一個點重合，形成閉合面， 以滿足射線跟蹤模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，該建筑物頂點的幾何信息存儲格式如圖3所示。
[0030] 步驟二：對所得數(shù)字地圖進行處理，分別產(chǎn)生多組頂點偏移誤差地圖和建筑物墻 壁平移誤差地圖。
[0031] (2a)產(chǎn)生多組頂點偏