專利名稱：一種無線通信中繞射損耗計算的方法
技術領域：
本發明涉及無線通信領域，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：
在無線通信網絡的建設過程中，路徑損耗計算是網絡規劃、優化的基 礎。路徑損耗的準確、高效計算，對最終建成網絡是否滿足容量、覆蓋要 求有著決定性的意義。通過計算機軟件實現路徑損耗的計算是業界通用的 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，刃峰就是從發射機天線到接收 機天線牽一條繃緊的線繩，線繩與山峰或地物的交點集合即為刃峰。在利 用刃峰模型計算繞射損耗的時候，需要首先將當前計算的點與發射機之間 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算。
目前在業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和終點及這兩點之間所有的點，在以 點間的距離為橫軸，點的高度為縱軸的坐標系中，計算每一點與起點的連 線的斜率，將連線斜率最大的點記為一個刃峰，然后再以該刃峰作為起點， 計算起點到終點的刃峰，直到起點與終點間沒有阻擋為止。
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行計算。
目前業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之間刃峰的 共性，沒有在各點的刃峰計算中對結果進行重用，導致算法效率不高。
2、 大幅簡化刃峰的生成過程，導致繞射計算精度難以保證。
發明內容
本發明所要解決的技術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，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) 輸入數字地圖、發射機和接收機的信息，生成從接收機到發射 機之間的地形剖面；
(2) 對地形剖面上的每個采樣點，根據發射機和接收機的信息，采 用重用技術，計算刃峰；
(3) 對地形剖面上的每個采樣點，根據以上生成的刃峰，利用單/ 多刃鋒繞射模型進行繞射損耗計算。
本發明所述的方法，其中，所述步驟(2)包括
(21) 對地形剖面上的每個采樣點，4艮據與發射機的距離，采用重用 技術，由近及遠依次計算刃峰；
(22) 生成的刃峰加入對接收機天線高度的信息，對刃峰重新調整， 生成用于繞射損耗計算的刃峰。
本發明所述的方法，其中，所述步驟(3)進一步包括如果不存在 刃峰，判斷是否存在第一菲涅耳區阻擋，如果存在，則計算該阻擋引起的 繞射損耗。
本發明所述的方法，其中，所述步驟(2)進一步包括設置參數用 以控制刃峰的合并，相互之間距離小于參數的刃峰將被合并。
本發明所述的方法，其中，步驟(l)中所述輸入的信息，包括數 字地圖，發射機天線的位置和高度，接收機天線的高度。
本發明所述的方法，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 射機之間的地形剖面。
本發明所述的方法，其中，所述射線掃描方式是從預測范圍邊緣處的 柵格生成到發射機之間的地形剖面。
本發明所述的方法，其中，所述重用技術，為對每個采樣點計算刃峰 的時候，根據當前采樣點的高度信息對上一采樣點的刃峰計算結果進行調 整，而不需全部重新計算。
本發明所述的方法，其中，步驟(22)中所述調整，進一步是判斷是 否當前的采樣點的高度增加了接收機天線的高度后，需要刪去已有的一個 或數個現有刃峰。
采用本發明所述的方法，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，大幅減少了重復計算并且降低了算法復雜度；同時在 刃峰生成后采用了刃峰合并技術，進一步提高了運算效率；所以相比現有 技術，可以在保證精度的同時，大幅提高運算速度，達到運算精度與速度 間的良好平衡。
圖l為本發明實施例所述的刃峰繞射損耗計算的流程圖； 圖2為本發明實施例所述的刃峰位置的示意圖； 圖3為本發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，對本發明的實施作進一步的詳細描述 步驟IOI、輸入數字地圖和發射機以及接收機等信息。
輸入柵格形式的數字地圖，其中包括地形高度和地物信息，地圖精度 為50M。同時，輸入發射機位置，發射機天線和接收機天線的高度分別為 25M和2M。預測半徑為IOKM。
步驟102、生成地形剖面。
采用射線掃描方式(Radial scanning)生成若干條從發射機到預測范 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，根據采樣點 落在數字地圖上的位置，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，根據與發射機的距離，由近 及遠依次生成刃峰時，將會記錄最后生成的刃峰E與當前的采樣點(如不 存在刃峰，取發射機)之間的各個采樣點的斜率最大值Kl，并記錄Kl 對應的采樣點Nl。首先計算當前采樣點與最后生成的刃峰E (如不存在 刃峰，取發射機)間的斜率K2。隨后將Kl與K2比較，如果Kl> K2 (即 如當前采樣點位于N2位置)，則將N1加為一個刃峰，同時更新斜率最 大值K1及對應的采樣點；如果K1-K2(即如當前采樣點位于N2'位置)， 則斜率最大值不變，只需更新斜率最大值Kl對應的采樣點為N2';如果 KKK2 (即如當前采樣點位于N2'位置)，則需判斷是否需要刪去已有的 一個或數個現有刃峰，即如果當前采樣點與倒數第二個刃峰(如不存在刃
峰，取發射機)之間的斜率K3大于等于倒數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，繼續執行上述判斷，直到不需刪除刃峰或已經沒有 刃峰，并同時更新斜率最大值K1及對應的采樣點。 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天線 高度對刃峰的影響.所以在步驟2中需要判斷是否當前的采樣點的高度增 加了接收機天線的高度后，需要刪去已有的一個或數個現有刃峰，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，當重用計算采樣點的刃峰時，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天線高度的，當 重用前一個采樣點的刃峰時，前一個采樣點已經不是接收終點，所以其刃 峰應該是不考慮接收機天線高度的，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分別為發射機天線和接收機天線，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，執行步驟105,如果不存在繞射 刃峰，則執行步驟107。
步驟105、刃峰合并。
參數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，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，根據以上生成的刃峰，再利用單/多刃鋒繞
射模型進行繞射損耗的計算。下列方法是業界較為常用的單/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v，
(61)
，、
式中，q， ^分別為發射機天線和接收機天線到刃峰的水平距離，~為 刃峰垂線在發射機天線和接收機天線連線以上部分的長度。
根據繞射參數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阻擋。 菲涅耳區的定義是設傳輸信號波長為;i,則菲涅耳區是表示從發射 機到接收機次級波路徑長度比總的視距路徑長度大"/2的連續區域，是一 個圍繞從發射點到接收點連線的旋轉橢圓體，以發射點和接收點作為橢圓 焦點。
當上述定義中n-l時，該區域稱為第一菲涅耳區。 第n個菲涅耳區的同心半徑/;可表示為
式中/l表示波長，《，^分別表示發射點到接收點連線上的點，距發 射點和接收點的距離。
步驟108、如存在第一菲涅耳區阻擋，即阻擋位于第一菲涅耳區內，
可利用負模式的單刃繞射模型計算該阻擋引起的繞射損耗。
所謂負模式，是指式(6.1)中/^為負值，相應的v也是負值。 至此，全部刃峰繞射損耗計算流程結束。
盡管以上參照附圖的例子解釋了本發明，但顯然本發明并不局限于 此，在所附權利要求書所公開的創新思想范圍內，可以通過許多方式修改 本發明。
權利要求
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)輸入數字地圖、發射機和接收機的信息，生成從接收機到發射機之間的地形剖面；(2)對地形剖面上的每個采樣點，根據發射機和接收機的信息，采用重用技術，計算刃峰；(3)對地形剖面上的每個采樣點，根據以上生成的刃峰，利用單/多刃鋒繞射模型進行繞射損耗計算。
2、 如權利要求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，根據與發射機的距離，采用重用 技術，由近及遠依次計算刃峰；(22) 生成的刃峰加入對接收機天線高度的信息，對刃峰重新調整， 生成用于繞射損耗計算的刃峰。
3、 如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步驟(3 )進一 步包括如果不存在刃峰，判斷是否存在第一菲涅耳區阻擋，如果存在， 則計算該阻擋引起的繞射損耗。
4、 如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)進一 步包括設置參數用以控制刃峰的合并，相互之間距離小于參數的刃峰將 被合并。
5、 如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中所述輸入的 信息，包括數字地圖，發射機天線的位置和高度，接收機天線的高度。
6、 如權利要求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 逐個柵格生成到發射機之間的地形剖面。
8、 如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述射線掃描方式是從 預測范圍邊緣處的柵格生成到發射機之間的地形剖面。
9、 如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述重用技術，為 對每個采樣點計算刃峰的時候，根據當前釆樣點的高度信息對上一采樣點 的刃峰計算結果進行調整，而不需全部重新計算。
10、 如權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟(22)中所述調整， 進一步是判斷是否當前的采樣點的高度增加了接收機天線的高度后，需要 刪去已有的一個或數個現有刃峰。
全文摘要
本發明公開了一種無線通信中繞射損耗計算的方法，包括輸入數字地圖、發射機和接收機的信息，生成從接收機到發射機之間的地形剖面；對地形剖面上的每個采樣點，根據發射機和接收機的信息，采用重用技術，計算刃峰；對地形剖面上的每個采樣點，根據以上生成的刃峰，利用單/多刃鋒繞射模型進行繞射損耗計算。該方法是基于數字地圖的刃峰繞射算法，可以重用同一地形剖面上采樣點之間的刃峰計算結果，可以大幅提高計算效率；同時，采取刃峰合并技術以降低運算的復雜度，達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 優先權日2006年6月30日
發明者峰 吳, 晟 李, 歐陽俊, 健 陳 申請人:中興通訊股份有限公司