專利名稱：一種無線信號傳播的非線性插值預測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線通信的技術領域，尤其涉及對無線信號的覆蓋傳播進行預測的技
術領域。
背景技術：
目前國內外已有的無線信號傳播預測方法主要分兩大類，即經(jīng)驗預測方法和理論預測方法。它們都是把信號場強中值分布覆蓋預測作為一個正問題來處理，即預先建立傳播模型及其參數(shù)，進而經(jīng)由不同的技術手段計算信號場強中值的衰減。這些研究各有特色與長處，但也都存在一些固有的不足和局限性。經(jīng)驗方法主要是通過對傳播規(guī)律和傳播環(huán)境的先驗的了解，建立一組關于傳播損耗的經(jīng)驗公式，然后通過實測數(shù)據(jù)進行擬合，來確定和逐步修正不同傳播環(huán)境的模式參數(shù)，在移動通信網(wǎng)初創(chuàng)時期，經(jīng)驗預測方法在工程應用中獲得巨大的成功。但是隨著移動通信網(wǎng)絡的發(fā)展，它也顯現(xiàn)出其預測精度低和環(huán)境適應性不夠等固有局限性。很顯然，從一個地區(qū)得到的簡單的經(jīng)驗表達式只代表了對該地區(qū)傳播規(guī)律的一種抽象，而不同地區(qū)的傳播環(huán)境差異性非常大，當這種固定化的表達式應用到其它地區(qū)時，必然帶有很大的不確定性進而導致很大的預測誤差。 理論預測方法則幾乎全部是從傳播環(huán)境抽象出來的已知條件出發(fā)，依據(jù)電磁波傳播理論和計算電磁學方法建立傳播損耗預測模型。它通過不同復雜程度的計算來預測傳播損耗，根據(jù)電磁波理論，在給定了適當?shù)陌l(fā)射源參數(shù)、傳播環(huán)境的物理性質和邊界條件之后，必定能求出其解，它的精度遠遠高于經(jīng)驗模型，因此理論模型或稱確定性模型，成為目前移動通信網(wǎng)電波傳播問題理論研究或室內覆蓋預測的主要發(fā)展方向。但是理論預測方法的實現(xiàn)和實際應用非常困難，其面臨的首要問題就是對每一特定的傳播環(huán)境，需要建立高精度的地形地物數(shù)據(jù)庫，做到這一點不僅算法耗時長且耗資巨大。此外，即使有一個非常高精度的地形地物數(shù)據(jù)庫，也不可能包括進所有的細節(jié)，特別是環(huán)境中存在很多時變因素，而往往正是這樣的一些細節(jié)會相當大地影響理論模型的預測結果。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是提供一種對無線信號的傳播預測精度高、成本低的無線信號傳播的非線性插值預測方法。 本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術方案 —種無線信號傳播的非線性插值預測方法，包括如下步驟 第一步分析包含位置和中值場強信息的路測數(shù)據(jù)，根據(jù)測試點所在區(qū)域的路測數(shù)據(jù)分布密度確定每個數(shù)據(jù)點對傳播路徑上其他點的影響權重因子； 路測數(shù)據(jù)點的總數(shù)rv預測區(qū)域的面積^，得出單位預測面積上的數(shù)據(jù)點密度為4 = ni/Sl ;以發(fā)射天線位置和實測數(shù)據(jù)點之間的連線為傳播路徑，傳播路徑兩側5米距離內的實測數(shù)據(jù)均視為該路徑上的數(shù)據(jù)點，在該路徑上的數(shù)據(jù)點的數(shù)量為n2，則該傳播路徑上所有點對其周圍點的影響權重因子定義為f = n2/ni ;
第二步對目標預測區(qū)域進行幾何劃分，構造離散化的預測區(qū)域模型，根據(jù)需求將 預測區(qū)域劃分為無縫拼接的三角形微小區(qū)域； 以實測數(shù)據(jù)點為給定點集，運用德洛內三角剖分算法對預測區(qū)域進行三角形劃 分；計算每個三角形的面積，對于大于預測區(qū)域最大尺寸的三角形，計算其幾何中心點，連 接中心點和各個定點，將三角形再次劃分為3個三角形，重復此過程直至最大面積的三角 形小于給定的最大預測區(qū)域尺寸； 第三步根據(jù)第一步得到的權重因子對第二步需要預測的三角形微小區(qū)域內進行 非線性插值，獲得該區(qū)域的預測場強值； 對于劃分完畢的所有三角形，如果有實測數(shù)據(jù)是其頂點，則以這些數(shù)據(jù)的中值場 強平均值作為預測數(shù)據(jù)；如果沒有實測數(shù)據(jù)落入其內，則以如下方法對其插值首先計算 其1階鄰域的3個三角形是否有實測數(shù)據(jù)和預測數(shù)據(jù)，如果有，則以各點的中值場強乘以其 權重因子f，再乘以系數(shù)1/100(f，然后求和作為該三角形的場強預測值，其中d表示該三角 形中心和鄰域三角形中心西的距離；如果其1階鄰域的3個三角形都沒有，則計算其2階鄰 域的三角形是否有預測數(shù)據(jù)，如果有，按照上述方法進行插值，如果仍然沒有，則該三角形
內場強預測值設為0 ; 第四步對第三步插值后不能獲得預測值的區(qū)域，利用包含該三角形區(qū)域的傳播 路徑上已有的實測或者預測值，運用曲線擬合的方法得到該傳播路徑的路徑損耗公式，根 據(jù)公式計算出該區(qū)域的中值場強； 對于預測值為0的三角形，以發(fā)射天線位置和該三角形幾何中心連線為傳播路 徑，傳播路徑兩側5米距離內的預測測數(shù)據(jù)均視為該路徑上的數(shù)據(jù)點，用哈特公式擬合這 些數(shù)據(jù)，得出公式的參數(shù)，以得出的參數(shù)計算預測值為0的三角形的中值場強作為預測值； 重復此過程直到所有的三角形均有預測值；
第五步輸出整個預測區(qū)域的場強覆蓋結果。 本發(fā)明采用上述技術方案，與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點本發(fā)明是從路測數(shù)據(jù) 中隱式提取預測區(qū)域內地物和地貌對無線信號傳播的影響，同時考慮無線電波傳播的基本 特點，構建非線性預測公式對預測區(qū)域進行插值。這里的實測數(shù)據(jù)，相對于整個區(qū)域的分 布是稀疏的，獲得這些數(shù)據(jù)的成本低廉。本發(fā)明綜合了經(jīng)驗預測算法和理論預測算法的 特點，充分利用了稀疏的路測數(shù)據(jù)，用經(jīng)驗預測算法的成本獲得了接近理論預測算法的性 能。根據(jù)多個實例的預測結果，其預測精度達到絕對誤差平均值小于4. 5dBm，標準差小于 5. 5dBm，預測精度高。


圖1是本發(fā)明預測方法的流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明 如圖1所示，一種無線信號傳播的非線性插值預測方法，包括如下步驟 第一步分析路測數(shù)據(jù)，獲得每個路測數(shù)據(jù)點對傳播路徑上其他點的影響的權重
因子；
第二步將預測區(qū)域劃分為無縫拼接的三角形微小區(qū)域； 第三步根據(jù)權重因子對需要預測的三角形區(qū)域進行非線性插值，獲得該區(qū)域的預測場強值； 第四步利用實測和預測值，運用曲線擬合的方法計算出其他三角形區(qū)域的中值場強； 第五步輸出整個預測區(qū)域的場強覆蓋預測結果。
上述每個步驟具體實現(xiàn)的方法如下 第一步的實現(xiàn)方法假定路測數(shù)據(jù)點的總數(shù)r^預測區(qū)域的面積S"得出單位預測面積上的數(shù)據(jù)點密度為4 = ni/Sl。以發(fā)射天線位置和實測數(shù)據(jù)點之間的連線為傳播路徑，傳播路徑兩側5米距離內的實測數(shù)據(jù)均視為該路徑上的數(shù)據(jù)點，在該路徑上的數(shù)據(jù)點的數(shù)量為rv則該傳播路徑上所有點對其周圍點的影響權重因子定義為f = n2/ni ;
第二步的實現(xiàn)方法以實測數(shù)據(jù)點為給定點集，運用德洛內三角剖分算法對預測區(qū)域進行三角形劃分。德洛內三角剖分算法的最大優(yōu)點是滿足"最大最小角"優(yōu)化準則，即所有三角形單元中最小角之和最大，對于任意給定點集它具有唯一性和三角形正則化特點，這樣對于預測區(qū)域的劃分可以盡最大可能保證每個小的區(qū)域有盡可能多的實測數(shù)據(jù)。計算每個三角形的面積，對于大于預測區(qū)域最大尺寸的三角形，計算其幾何中心點，連接中
心點和各個定點，將三角形再次劃分為3個三角形，重復此過程直至最大面積的三角形小于給定的最大預測區(qū)域尺寸。舉例，如果定義預測區(qū)域尺寸為10mX10m，那么對于面積大于100m2的區(qū)域就需要再次劃分直至所有的三角形面積小于100m2。 第三步的實現(xiàn)方法對于劃分完畢的所有三角形，如果有實測數(shù)據(jù)是其頂點，則以這些數(shù)據(jù)的中值場強平均值作為預測數(shù)據(jù)。如果沒有實測數(shù)據(jù)落入其內，則以如下方法對其插值首先計算其1階鄰域的3個三角形是否有實測數(shù)據(jù)和預測數(shù)據(jù)，如果有，則以各點的中值場強乘以其權重因子f，再乘以系數(shù)l/100d2，然后求和作為該三角形的場強預測值，其中d表示該三角形中心和鄰域三角形中心西的距離；如果其1階鄰域的3個三角形都沒有，則計算其2階鄰域的三角形是否有預測數(shù)據(jù)，如果有，按照上述方法進行插值，如果仍
然沒有，則該三角形內場強預測值設為0 ; 第四步的實現(xiàn)方法對于預測值為0的三角形，以發(fā)射天線位置和該三角形幾何中心連線為傳播路徑，傳播路徑兩側5米距離內的預測測數(shù)據(jù)均視為該路徑上的數(shù)據(jù)點，用哈特公式擬合這些數(shù)據(jù)，得出公式的參數(shù)，以得出的參數(shù)計算預測值為0的三角形的中值場強作為預測值。重復此過程直到所有的三角形均有預測值；
第五步輸出整個預測區(qū)域的場強覆蓋預測結果。
權利要求
一種無線信號傳播的非線性插值預測方法，其特征在于包括如下步驟第一步分析包含位置和中值場強信息的路測數(shù)據(jù)，根據(jù)測試點所在區(qū)域的路測數(shù)據(jù)分布密度確定每個數(shù)據(jù)點對傳播路徑上其他點的影響權重因子；路測數(shù)據(jù)點的總數(shù)n1，預測區(qū)域的面積s1，得出單位預測面積上的數(shù)據(jù)點密度為d1＝n1/s1；以發(fā)射天線位置和實測數(shù)據(jù)點之間的連線為傳播路徑，傳播路徑兩側5米距離內的實測數(shù)據(jù)均視為該路徑上的數(shù)據(jù)點，在該路徑上的數(shù)據(jù)點的數(shù)量為n2，則該傳播路徑上所有點對其周圍點的影響權重因子定義為f＝n2/n1；第二步對目標預測區(qū)域進行幾何劃分，構造離散化的預測區(qū)域模型，根據(jù)需求將預測區(qū)域劃分為無縫拼接的三角形微小區(qū)域；以實測數(shù)據(jù)點為給定點集，運用德洛內三角剖分算法對預測區(qū)域進行三角形劃分；計算每個三角形的面積，對于大于預測區(qū)域最大尺寸的三角形，計算其幾何中心點，連接中心點和各個定點，將三角形再次劃分為3個三角形，重復此過程直至最大面積的三角形小于給定的最大預測區(qū)域尺寸；第三步根據(jù)第一步得到的權重因子對第二步需要預測的三角形微小區(qū)域內進行非線性插值，獲得該區(qū)域的預測場強值；對于劃分完畢的所有三角形，如果有實測數(shù)據(jù)是其頂點，則以這些數(shù)據(jù)的中值場強平均值作為預測數(shù)據(jù)；如果沒有實測數(shù)據(jù)落入其內，則以如下方法對其插值首先計算其1階鄰域的3個三角形是否有實測數(shù)據(jù)和預測數(shù)據(jù)，如果有，則以各點的中值場強乘以其權重因子f，再乘以系數(shù)1/1ood2，然后求和作為該三角形的場強預測值，其中d表示該三角形中心和鄰域三角形中心西的距離；如果其1階鄰域的3個三角形都沒有，則計算其2階鄰域的三角形是否有預測數(shù)據(jù)，如果有，按照上述方法進行插值，如果仍然沒有，則該三角形內場強預測值設為0；第四步對第三步插值后不能獲得預測值的區(qū)域，利用包含該三角形區(qū)域的傳播路徑上已有的實測或者預測值，運用曲線擬合的方法得到該傳播路徑的路徑損耗公式，根據(jù)公式計算出該區(qū)域的中值場強；對于預測值為0的三角形，以發(fā)射天線位置和該三角形幾何中心連線為傳播路徑，傳播路徑兩側5米距離內的預測測數(shù)據(jù)均視為該路徑上的數(shù)據(jù)點，用哈特公式擬合這些數(shù)據(jù)，得出公式的參數(shù)，以得出的參數(shù)計算預測值為0的三角形的中值場強作為預測值；重復此過程直到所有的三角形均有預測值；第五步輸出整個預測區(qū)域的場強覆蓋結果。
全文摘要
一種無線信號傳播的非線性插值預測方法，涉及無線通信的技術領域，尤其涉及對無線信號的覆蓋傳播進行預測的技術領域。本發(fā)明包括如下步驟分析路測數(shù)據(jù)，獲得每個路測數(shù)據(jù)點對傳播路徑上其他點的影響的權重因子；將預測區(qū)域劃分為無縫拼接的三角形微小區(qū)域；根據(jù)權重因子對實測數(shù)據(jù)鄰近的三角形區(qū)域進行非線性插值，獲得這些區(qū)域的預測場強值；利用實測和預測值，運用曲線擬合的方法計算出其他三角形區(qū)域的中值場強；輸出整個預測區(qū)域的場強覆蓋預測結果。本發(fā)明以低成本實現(xiàn)了無線信號傳播的高精度預測，適合無線移動通信運用。
文檔編號H04W24/00GK101784064SQ201010108308
公開日2010年7月21日 申請日期2010年2月8日 優(yōu)先權日2010年2月8日
發(fā)明者代苒, 王少尉 申請人:王少尉;代苒