專利名稱：一種無線通信中繞射損耗計算的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，提供了 一種無線通信路徑損耗計算中繞射 損耗的計算方法。
背景技術(shù)：
在無線通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)過程中，路徑損耗計算是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、優(yōu)化的基 礎(chǔ)。路徑損耗的準(zhǔn)確、高效計算，對最終建成網(wǎng)絡(luò)是否滿足容量、覆蓋要 求有著決定性的意義。通過計算機(jī)軟件實現(xiàn)路徑損耗的計算是業(yè)界通用的 手段，而在路徑損耗計算中，繞射損耗又是其中最為耗時的步驟，常常成 為整個路徑損耗計算的瓶頸制約。
刃峰(Knife Edge)繞射模型，是一種常用的、相對準(zhǔn)確的計算繞射的 方法。所謂"刃峰"是指無線電波在地表傳播時，被山脊或地物阻擋，把這 些阻擋物看成刃型障礙，因此稱為刃峰(嚴(yán)格的講，刃峰包括阻擋無線電 波視距傳播和不阻擋無線電波視距傳播兩種，本發(fā)明中的刃峰特指前一 種，對后一種另做特殊處理)。形象地講，刃峰就是從發(fā)射機(jī)天線到接收 機(jī)天線牽一條繃緊的線繩，線繩與山峰或地物的交點(diǎn)集合即為刃峰。在利 用刃峰模型計算繞射損耗的時候，需要首先將當(dāng)前計算的點(diǎn)與發(fā)射機(jī)之間 所有的刃峰計算出來，隨后利用單或多刃峰繞射模型計算繞射損耗。在這 一系列計算中，刃峰的生成是一項極為耗時的運(yùn)算。
目前在業(yè)界采用的繞射損耗刃峰生成的方法中，一種是采用迭代最大 斜率的方式。即在地形剖面中取起點(diǎn)和終點(diǎn)及這兩點(diǎn)之間所有的點(diǎn)，在以 點(diǎn)間的距離為橫軸，點(diǎn)的高度為縱軸的坐標(biāo)系中，計算每一點(diǎn)與起點(diǎn)的連 線的斜率，將連線斜率最大的點(diǎn)記為一個刃峰，然后再以該刃峰作為起點(diǎn)， 計算起點(diǎn)到終點(diǎn)的刃峰，直到起點(diǎn)與終點(diǎn)間沒有阻擋為止。
另一種是以簡化刃峰、犧牲精度為代價，涉及這方面的專利主要有
美國專利，專利號為US005410736A，名稱〈Method for determining radio transmitter sites with signals that may potentially interfere with an intended signal at a radio receiver site >。該專利涉及到了繞射計算，其方法 是將地形較為平緩時的繞射損耗簡化為單刃鋒的繞射進(jìn)行計算。
目前業(yè)界計算刃峰繞射的方法和專利主要存在以下不足
1、 刃峰的生成過程中，沒有考慮同一地形剖面上采樣點(diǎn)之間刃峰的 共性，沒有在各點(diǎn)的刃峰計算中對結(jié)果進(jìn)行重用，導(dǎo)致算法效率不高。
2、 大幅簡化刃峰的生成過程，導(dǎo)致繞射計算精度難以保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種無線通信中繞射損耗計 算的方法。該方法的目的是為了既能克服現(xiàn)有繞射算法中精確的算法效 率低下的同時，又能克服因簡化的算法精度，造成損失過大的缺點(diǎn)，從而 提出了一種快速精確的計算繞射損耗的算法。
為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種無線通信中繞射損耗計算的方 法，包括以下步驟
(1) 輸入數(shù)字地圖、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的信息，生成從接收機(jī)到發(fā)射 機(jī)之間的地形剖面；
(2) 對地形剖面上的每個采樣點(diǎn)，根據(jù)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的信息，采 用重用技術(shù)，計算刃峰；
(3) 對地形剖面上的每個采樣點(diǎn)，根據(jù)以上生成的刃峰，利用單/ 多刃鋒繞射模型進(jìn)行繞射損耗計算。
本發(fā)明所述的方法，其中，所述步驟(2)包括
(21) 對地形剖面上的每個采樣點(diǎn)，4艮據(jù)與發(fā)射機(jī)的距離，采用重用 技術(shù)，由近及遠(yuǎn)依次計算刃峰；
(22) 生成的刃峰加入對接收機(jī)天線高度的信息，對刃峰重新調(diào)整， 生成用于繞射損耗計算的刃峰。
本發(fā)明所述的方法，其中，所述步驟(3)進(jìn)一步包括如果不存在 刃峰，判斷是否存在第一菲涅耳區(qū)阻擋，如果存在，則計算該阻擋引起的 繞射損耗。
本發(fā)明所述的方法，其中，所述步驟(2)進(jìn)一步包括設(shè)置參數(shù)用 以控制刃峰的合并，相互之間距離小于參數(shù)的刃峰將被合并。
本發(fā)明所述的方法，其中，步驟(l)中所述輸入的信息，包括數(shù) 字地圖，發(fā)射機(jī)天線的位置和高度，接收機(jī)天線的高度。
本發(fā)明所述的方法，其中，步驟(1)中所述生成地形剖面的方式有 柵格掃描(Raster scanning)和射線掃描(Radial scanning)。
本發(fā)明所述的方法，其中，所迷柵格掃描方式是對逐個柵格生成到發(fā) 射機(jī)之間的地形剖面。
本發(fā)明所述的方法，其中，所述射線掃描方式是從預(yù)測范圍邊緣處的 柵格生成到發(fā)射機(jī)之間的地形剖面。
本發(fā)明所述的方法，其中，所述重用技術(shù)，為對每個采樣點(diǎn)計算刃峰 的時候，根據(jù)當(dāng)前采樣點(diǎn)的高度信息對上一采樣點(diǎn)的刃峰計算結(jié)果進(jìn)行調(diào) 整，而不需全部重新計算。
本發(fā)明所述的方法，其中，步驟(22)中所述調(diào)整，進(jìn)一步是判斷是 否當(dāng)前的采樣點(diǎn)的高度增加了接收機(jī)天線的高度后，需要刪去已有的一個 或數(shù)個現(xiàn)有刃峰。
采用本發(fā)明所述的方法，因為在刃峰繞射計算中最為耗時的刃峰生成 中采用了重用技術(shù)，大幅減少了重復(fù)計算并且降低了算法復(fù)雜度；同時在 刃峰生成后采用了刃峰合并技術(shù)，進(jìn)一步提高了運(yùn)算效率；所以相比現(xiàn)有 技術(shù)，可以在保證精度的同時，大幅提高運(yùn)算速度，達(dá)到運(yùn)算精度與速度 間的良好平衡。


圖l為本發(fā)明實施例所述的刃峰繞射損耗計算的流程圖； 圖2為本發(fā)明實施例所述的刃峰位置的示意圖； 圖3為本發(fā)明實施例所述的刃峰生成的示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，對本發(fā)明的實施作進(jìn)一步的詳細(xì)描述 步驟IOI、輸入數(shù)字地圖和發(fā)射機(jī)以及接收機(jī)等信息。
輸入柵格形式的數(shù)字地圖，其中包括地形高度和地物信息，地圖精度 為50M。同時，輸入發(fā)射機(jī)位置，發(fā)射機(jī)天線和接收機(jī)天線的高度分別為 25M和2M。預(yù)測半徑為IOKM。
步驟102、生成地形剖面。
采用射線掃描方式(Radial scanning)生成若干條從發(fā)射機(jī)到預(yù)測范 圍邊緣的射線，在每條射線上相隔一定距離取若干個采樣點(diǎn)，根據(jù)采樣點(diǎn) 落在數(shù)字地圖上的位置，得到地形高度和地物信息，從而生成地形剖面以 用于刃峰繞射損耗的計算。
步驟103、生成刃峰。本實施例中，該步驟具體分為以下2個小步驟
步驟l、生成用于重用的刃峰。
如圖2所示，在對一條射線上的采樣點(diǎn)，根據(jù)與發(fā)射機(jī)的距離，由近 及遠(yuǎn)依次生成刃峰時，將會記錄最后生成的刃峰E與當(dāng)前的采樣點(diǎn)(如不 存在刃峰，取發(fā)射機(jī))之間的各個采樣點(diǎn)的斜率最大值Kl，并記錄Kl 對應(yīng)的采樣點(diǎn)Nl。首先計算當(dāng)前采樣點(diǎn)與最后生成的刃峰E (如不存在 刃峰，取發(fā)射機(jī))間的斜率K2。隨后將Kl與K2比較，如果Kl> K2 (即 如當(dāng)前采樣點(diǎn)位于N2位置)，則將N1加為一個刃峰，同時更新斜率最 大值K1及對應(yīng)的采樣點(diǎn)；如果K1-K2(即如當(dāng)前采樣點(diǎn)位于N2'位置)， 則斜率最大值不變，只需更新斜率最大值Kl對應(yīng)的采樣點(diǎn)為N2';如果 KKK2 (即如當(dāng)前采樣點(diǎn)位于N2'位置)，則需判斷是否需要刪去已有的 一個或數(shù)個現(xiàn)有刃峰，即如果當(dāng)前采樣點(diǎn)與倒數(shù)第二個刃峰(如不存在刃
峰，取發(fā)射機(jī))之間的斜率K3大于等于倒數(shù)第二個刃峰與最后生成的刃 峰之間的斜率K4，那么將刪去最后生成的刃峰，本例中需要刪去刃峰E。 如果刪去一個刃峰后，繼續(xù)執(zhí)行上述判斷，直到不需刪除刃峰或已經(jīng)沒有 刃峰，并同時更新斜率最大值K1及對應(yīng)的采樣點(diǎn)。 步驟2、生成用于繞射計算的刃峰。
步驟1中生成的刃峰尚不能用于繞射計算，因為還未考慮接收機(jī)天線 高度對刃峰的影響.所以在步驟2中需要判斷是否當(dāng)前的采樣點(diǎn)的高度增 加了接收機(jī)天線的高度后，需要刪去已有的一個或數(shù)個現(xiàn)有刃峰，方法如 步驟1中KKK2的情況所述，至此，已得到用于計算繞射損耗的刃峰。 需要說明的是，當(dāng)重用計算采樣點(diǎn)的刃峰時，所重用的刃峰是步驟l中生 成的刃峰，這是因為步驟2中生成的刃峰是考慮了接收機(jī)天線高度的，當(dāng) 重用前一個采樣點(diǎn)的刃峰時，前一個采樣點(diǎn)已經(jīng)不是接收終點(diǎn)，所以其刃 峰應(yīng)該是不考慮接收機(jī)天線高度的，也就是步驟l中生成的刃峰。
用于繞射計算的刃峰在地形剖面上的位置，如圖3所示。圖中陰影部 分為地形剖面，Tx、 Rx分別為發(fā)射機(jī)天線和接收機(jī)天線，El、 E2、 E3 為用于繞射計算的刃峰。
步驟104、判斷如果存在繞射刃峰，執(zhí)行步驟105,如果不存在繞射 刃峰，則執(zhí)行步驟107。
步驟105、刃峰合并。
參數(shù)M用以控制刃峰的合并，相互之間距離小于M的刃峰將被合并。 具體方法可以是合并后的刃峰其位置為合并前兩個刃峰的中點(diǎn)，高度為兩 個刃峰中較高的刃峰的高度。
步驟106、計算繞射損耗。
對射線上的每個采樣點(diǎn)，根據(jù)以上生成的刃峰，再利用單/多刃鋒繞
射模型進(jìn)行繞射損耗的計算。下列方法是業(yè)界較為常用的單/多刃鋒繞射 計算的方法。
以下先描述單刃繞射的計算。 首先計算繞射參數(shù)v，
(61)
，、
式中，q， ^分別為發(fā)射機(jī)天線和接收機(jī)天線到刃峰的水平距離，~為 刃峰垂線在發(fā)射機(jī)天線和接收機(jī)天線連線以上部分的長度。
根據(jù)繞射參數(shù)v，繞射損耗L(dB)由如下公式得到近似解
〖=0 v" 丄-201g(0.5 —0.6v) —1SvS0
"20 lg(0.5 exp(—0.95v)) 0 S " 1
丄=20lg(0.4-如184-(0.38-0.lv)2 ) 1S"2.4 f 0 225、
、v
(6.2a)
(6.2b)
(6.2c)
(6.2d)
(6.2e)
以下是描述多刃繞射的計算。
對于多個刃峰存在的情況，工程上常將其簡化為每個單刃峰平面上的 雙重菲涅耳積分，利用近似方法求解。常用的近似法有Bullington、 Epstein-Peterson 、 Atlas 、 Deygout等。
步驟107、如果不存在繞射刃峰，則判斷是否存在第一菲涅耳區(qū)阻擋。 菲涅耳區(qū)的定義是設(shè)傳輸信號波長為;i,則菲涅耳區(qū)是表示從發(fā)射 機(jī)到接收機(jī)次級波路徑長度比總的視距路徑長度大"/2的連續(xù)區(qū)域，是一 個圍繞從發(fā)射點(diǎn)到接收點(diǎn)連線的旋轉(zhuǎn)橢圓體，以發(fā)射點(diǎn)和接收點(diǎn)作為橢圓 焦點(diǎn)。
當(dāng)上述定義中n-l時，該區(qū)域稱為第一菲涅耳區(qū)。 第n個菲涅耳區(qū)的同心半徑/;可表示為
式中/l表示波長，《，^分別表示發(fā)射點(diǎn)到接收點(diǎn)連線上的點(diǎn)，距發(fā) 射點(diǎn)和接收點(diǎn)的距離。
步驟108、如存在第一菲涅耳區(qū)阻擋，即阻擋位于第一菲涅耳區(qū)內(nèi)，
可利用負(fù)模式的單刃繞射模型計算該阻擋引起的繞射損耗。
所謂負(fù)模式，是指式(6.1)中/^為負(fù)值，相應(yīng)的v也是負(fù)值。 至此，全部刃峰繞射損耗計算流程結(jié)束。
盡管以上參照附圖的例子解釋了本發(fā)明，但顯然本發(fā)明并不局限于 此，在所附權(quán)利要求書所公開的創(chuàng)新思想范圍內(nèi)，可以通過許多方式修改 本發(fā)明。
權(quán)利要求
1、一種無線通信中繞射損耗計算的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)輸入數(shù)字地圖、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的信息，生成從接收機(jī)到發(fā)射機(jī)之間的地形剖面；(2)對地形剖面上的每個采樣點(diǎn)，根據(jù)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的信息，采用重用技術(shù)，計算刃峰；(3)對地形剖面上的每個采樣點(diǎn)，根據(jù)以上生成的刃峰，利用單/多刃鋒繞射模型進(jìn)行繞射損耗計算。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)包括(21) 對地形剖面上的每個采樣點(diǎn)，根據(jù)與發(fā)射機(jī)的距離，采用重用 技術(shù)，由近及遠(yuǎn)依次計算刃峰；(22) 生成的刃峰加入對接收機(jī)天線高度的信息，對刃峰重新調(diào)整， 生成用于繞射損耗計算的刃峰。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步驟(3 )進(jìn)一 步包括如果不存在刃峰，判斷是否存在第一菲涅耳區(qū)阻擋，如果存在， 則計算該阻擋引起的繞射損耗。
4、 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)進(jìn)一 步包括設(shè)置參數(shù)用以控制刃峰的合并，相互之間距離小于參數(shù)的刃峰將 被合并。
5、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中所述輸入的 信息，包括數(shù)字地圖，發(fā)射機(jī)天線的位置和高度，接收機(jī)天線的高度。
6、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中所述生成地 形剖面的方式有柵格掃描和射線掃描。
7、 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述柵格掃描方式是對 逐個柵格生成到發(fā)射機(jī)之間的地形剖面。
8、 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述射線掃描方式是從 預(yù)測范圍邊緣處的柵格生成到發(fā)射機(jī)之間的地形剖面。
9、 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述重用技術(shù)，為 對每個采樣點(diǎn)計算刃峰的時候，根據(jù)當(dāng)前釆樣點(diǎn)的高度信息對上一采樣點(diǎn) 的刃峰計算結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，而不需全部重新計算。
10、 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟(22)中所述調(diào)整， 進(jìn)一步是判斷是否當(dāng)前的采樣點(diǎn)的高度增加了接收機(jī)天線的高度后，需要 刪去已有的一個或數(shù)個現(xiàn)有刃峰。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無線通信中繞射損耗計算的方法，包括輸入數(shù)字地圖、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的信息，生成從接收機(jī)到發(fā)射機(jī)之間的地形剖面；對地形剖面上的每個采樣點(diǎn)，根據(jù)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的信息，采用重用技術(shù)，計算刃峰；對地形剖面上的每個采樣點(diǎn)，根據(jù)以上生成的刃峰，利用單/多刃鋒繞射模型進(jìn)行繞射損耗計算。該方法是基于數(shù)字地圖的刃峰繞射算法，可以重用同一地形剖面上采樣點(diǎn)之間的刃峰計算結(jié)果，可以大幅提高計算效率；同時，采取刃峰合并技術(shù)以降低運(yùn)算的復(fù)雜度，達(dá)到計算速度與精度之間的良好平衡。
文檔編號H04B17/00GK101098537SQ20061009076
公開日2008年1月2日 申請日期2006年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者峰 吳, 晟 李, 歐陽俊, 健 陳 申請人:中興通訊股份有限公司