一種快速建立室內(nèi)無線信號指紋數(shù)據(jù)庫的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種快速建立室內(nèi)無線信號指紋數(shù)據(jù)庫的方法，步驟如下：建立目標(biāo)建筑物的室內(nèi)外聯(lián)合的三維場景模型，預(yù)測三維空間的無線信號場強(qiáng)信息，在目標(biāo)建筑物內(nèi)，選擇少量測試點(diǎn)進(jìn)行人工現(xiàn)場測量并記錄無線信號強(qiáng)度信息，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際測量的無線信號強(qiáng)度信息與通過三維射線跟蹤傳播模型理論計算的無線信號強(qiáng)度信息的不同，校正三維射線跟蹤傳播模型參數(shù)，通過校正后的三維射線跟蹤傳播模型參數(shù)預(yù)測并建立室內(nèi)外聯(lián)合的三維場景模型的無線信號指紋數(shù)據(jù)庫。本發(fā)明具有快速建立室內(nèi)無線信號指紋數(shù)據(jù)庫的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種快速建立室內(nèi)無線信號指紋數(shù)據(jù)庫的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種快速建立室內(nèi)無線信號指紋數(shù)據(jù)庫的方法，屬于移動通信的電磁波傳播預(yù)測領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，多種無線通信網(wǎng)絡(luò)共存的局面越來越突出，通常，用戶在一個位置都可以接收到多個無線接入設(shè)備發(fā)出的無線信號，合理利用多個無線接入設(shè)備發(fā)出的無線信號，建立一個室內(nèi)無線信號指紋數(shù)據(jù)庫不僅可以應(yīng)用于判斷無線通信網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)弱覆蓋區(qū)域、定位室外宏基站和室內(nèi)分布式系統(tǒng)的問題器件、分析無線網(wǎng)絡(luò)干擾等無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和維護(hù)領(lǐng)域，還可以應(yīng)用于室內(nèi)定位與導(dǎo)航等其它應(yīng)用領(lǐng)域。然而，現(xiàn)有的建立無線信號指紋數(shù)據(jù)庫的方法大多依靠人工現(xiàn)場測量，對于大型場景和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，這一過程非常繁瑣，特別是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備的數(shù)量和位置發(fā)生變化時，需要重新測量，費(fèi)時費(fèi)力。
[0003]中國發(fā)明專利(申請?zhí)?01310244665.2，專利名稱:基于射線跟蹤傳播模型的室內(nèi)無線信號預(yù)測方法)，利用該專利的技術(shù)方案可以快速預(yù)測三維空間的無線信號場強(qiáng)，但是，該發(fā)明沒有提到建立一個室內(nèi)無線信號指紋數(shù)據(jù)庫的方法。
[0004]中國發(fā)明專利(申請?zhí)?01310244863.9，專利名稱:建筑物材質(zhì)無線傳播損耗參數(shù)數(shù)據(jù)庫的建立和校正方法)，該專利雖然提到了利用實(shí)際測量的三維空間無線信號場強(qiáng)校正建筑物材質(zhì)無線傳播損耗參數(shù)數(shù)據(jù)庫，從而校正射線跟蹤傳播模型參數(shù)的方法，但是，該發(fā)明專利也沒有提到利用校正的傳播模型參數(shù)建立一個室內(nèi)無線信號指紋數(shù)據(jù)庫的方法。
[0005]中國論文《室內(nèi)指紋定位算法中的Radio map重構(gòu)技術(shù)》中提到了一種重構(gòu)Radiomap (Radio map指無線信號指紋)數(shù)據(jù)庫的方法，通過對指紋地圖進(jìn)行異常數(shù)據(jù)去除，結(jié)合傳播模型對Radio map進(jìn)行區(qū)域的劃分，能夠減少室內(nèi)定位運(yùn)算的時間和數(shù)據(jù)庫的容量，但是，該文章沒有提到Radio map數(shù)據(jù)庫的建立和采集方法。
[0006]中國碩士論文《室內(nèi)Radio-map建立方法和性能分析》提出了基于奇異點(diǎn)過濾的網(wǎng)格插值Radio-map生成算法，該方法可以減少傳統(tǒng)方法一半工作量的前提下，有效保持?jǐn)?shù)據(jù)庫的準(zhǔn)確度。但是，減少一半工作量仍然有很大的工作量，特別是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備的數(shù)量和位置發(fā)生變化時，該方法需要重新進(jìn)行Radio-Map數(shù)據(jù)庫的測量。
[0007]總而言之，目前需要本領(lǐng)域技術(shù)人員迫切解決的一個技術(shù)問題是:如何快速建立室內(nèi)無線信號指紋數(shù)據(jù)庫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的就是為了解決所述問題，提供一種快速建立室內(nèi)無線信號指紋數(shù)據(jù)庫的方法，它具有快速建立室內(nèi)無線信號指紋數(shù)據(jù)庫的優(yōu)點(diǎn)。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0010]一種快速建立室內(nèi)無線信號指紋數(shù)據(jù)庫的方法，步驟如下:建立目標(biāo)建筑物的室內(nèi)外聯(lián)合的三維場景模型，預(yù)測三維空間的無線信號場強(qiáng)信息，在目標(biāo)建筑物內(nèi)，選擇少量測試點(diǎn)進(jìn)行人工現(xiàn)場測量并記錄無線信號強(qiáng)度信息，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際測量的無線信號強(qiáng)度信息與通過三維射線跟蹤傳播模型理論計算的無線信號強(qiáng)度信息的不同，校正三維射線跟蹤傳播模型參數(shù)，通過校正后的三維射線跟蹤傳播模型參數(shù)預(yù)測并建立室內(nèi)外聯(lián)合的三維場景模型的無線信號指紋數(shù)據(jù)庫。
[0011]所述無線信號指紋數(shù)據(jù)庫包括多條無線信號指紋數(shù)據(jù)記錄，每條所述無線信號指紋數(shù)據(jù)記錄包括該條無線信號指紋數(shù)據(jù)記錄的地理位置信息，以及該地理位置上能夠接收到的一個或多個無線接入設(shè)備的標(biāo)示信息和信號強(qiáng)度信息。
[0012]一種快速建立室內(nèi)無線信號指紋數(shù)據(jù)庫的方法，具體步驟如下:
[0013]步驟(I):構(gòu)建目標(biāo)場景的室內(nèi)外聯(lián)合三維空間結(jié)構(gòu)模型，所述場景包括目標(biāo)建筑物的室內(nèi)三維場景以及目標(biāo)建筑周邊的室外三維場景；
[0014]步驟(2):記錄并保存目標(biāo)場景能夠接收到的無線接入設(shè)備的信息；
[0015]步驟(3):在目標(biāo)建筑物的室內(nèi)選取少量測試點(diǎn)現(xiàn)場測量并記錄所選測試點(diǎn)的實(shí)測無線信號指紋信息，所述實(shí)測無線信號指紋信息是指所述步驟(2)的無線接入設(shè)備發(fā)射的無線接入設(shè)備標(biāo)示信息和無線信號強(qiáng)度信息；
[0016]步驟(4):獲取所述步驟(3)所選取的測試點(diǎn)的理論上的無線信號指紋信息，所述理論上的無線信號指紋信息包括無線接入設(shè)備標(biāo)示信息和理論上的無線信號強(qiáng)度信息，所述理論上的無線信號強(qiáng)度信息通過三維射線跟蹤傳播模型算法計算獲??；
[0017]步驟(5):根據(jù)所述步驟(3)實(shí)測的與步驟(4)理論計算的無線信號強(qiáng)度信息的不同，校正三維射線跟蹤傳播模型的參數(shù)；
[0018]步驟(6):利用校正后的三維射線跟蹤傳播模型的參數(shù)，重新計算所述步驟(2)所述無線接入設(shè)備在步驟(I)所述的室內(nèi)外聯(lián)合三維空間結(jié)構(gòu)模型的無線信號強(qiáng)度信息；
[0019]步驟(7):以建筑空間樓層面積為依據(jù)，在建筑物每層樓內(nèi)，在設(shè)定的高度平面，以設(shè)定的采樣密度，確定采樣點(diǎn)個數(shù)和采樣點(diǎn)位置；將一個采樣點(diǎn)所處的位置信息、該位置的無線接入設(shè)備的標(biāo)示信息及所對應(yīng)的步驟(6)中計算的該采樣點(diǎn)的無線信號強(qiáng)度信息數(shù)據(jù)組成一條數(shù)據(jù)記錄，保存在無線信號指紋數(shù)據(jù)庫中；以同樣的方法獲得其他所有采樣點(diǎn)的無線信號指紋數(shù)據(jù)記錄，形成無線信號指紋數(shù)據(jù)庫。
[0020]當(dāng)步驟(I)的室內(nèi)外聯(lián)合三維空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，需要利用所述步驟(I)-步驟
(7)重新計算并更新無線信號指紋數(shù)據(jù)庫；
[0021]當(dāng)步驟(2)中的無線接入設(shè)備的發(fā)射天線頻率發(fā)生變化時(比如在該區(qū)域建設(shè)新的制式的無線網(wǎng)絡(luò)、原有制式無線網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)頻)，需要重新利用步驟(2)-步驟(7)重新計算并更新無線信號指紋數(shù)據(jù)庫；
[0022]當(dāng)步驟(2)中的無線接入設(shè)備的發(fā)射天線頻率外的其它參數(shù)發(fā)生改變時，需要重新利用所述步驟(6)和步驟(7)重新計算并更新無線信號指紋數(shù)據(jù)庫，所述其它參數(shù)包括發(fā)射天線數(shù)量、發(fā)射天線位置、發(fā)射功率、發(fā)射天線三維輻射參數(shù)、發(fā)射天線傾角。
[0023]所述步驟(I)的具體步驟如下:將目標(biāo)建筑物CAD格式的建筑物圖紙轉(zhuǎn)化為建筑物三維空間結(jié)構(gòu)模型，將建筑物周邊的GIS地圖轉(zhuǎn)化為室外三維空間結(jié)構(gòu)模型，將目標(biāo)建筑物的室內(nèi)三維空間結(jié)構(gòu)模型與建筑周邊的室外三維空間結(jié)構(gòu)模型聯(lián)合組成場景的室內(nèi)外聯(lián)合三維空間結(jié)構(gòu)模型，記錄并保存三維空間結(jié)構(gòu)模型數(shù)據(jù)，所述三維空間結(jié)構(gòu)模型數(shù)據(jù)包括建筑物的大小、布局結(jié)構(gòu)、建筑材質(zhì)和建筑材質(zhì)的無線傳播損耗參數(shù)。
[0024]所述步驟(2)的無線接入設(shè)備包括無線通信基站(NodeB)或無線局域網(wǎng)接入點(diǎn)(Access Point, AP)；
[0025]所述步驟(2)的所述無線接入設(shè)備的信息包括每一個無線接入設(shè)備所對應(yīng)的發(fā)射天線數(shù)據(jù)，所述發(fā)射天線數(shù)據(jù)包括發(fā)射天線個數(shù)，發(fā)射天線所在的具體位置信息、發(fā)射天線的信號頻率、發(fā)射天線的發(fā)射功率、發(fā)射天線的三維輻射參數(shù)和發(fā)射天線的傾角。
[0026]所述步驟(3)的少量測試點(diǎn)的位置根據(jù)建筑物模型的復(fù)雜程度、建筑物大小、現(xiàn)場測量的難易程度選擇；測試點(diǎn)位置之間有距離間隔，保證不同的無線信號指紋數(shù)據(jù)信息能夠區(qū)分；
[0027]所述步驟(4)的無線接入設(shè)備標(biāo)示信息從無線接入設(shè)備的參數(shù)中讀取，所述理論上的無線信號強(qiáng)度信息通過三維射線跟蹤傳播模型算法計算獲取。具體步驟如(4-1) - (4-8)。
[0028]利用射線跟蹤傳播模型算法預(yù)測出目標(biāo)建筑物內(nèi)一個接收點(diǎn)接收到的某一個發(fā)射天線的信號強(qiáng)度，具體步驟如(4-1)- (4-6):
[0029](4-1)根據(jù)發(fā)射天線和接收點(diǎn)的位置，確定由發(fā)射天線發(fā)射的射線到達(dá)接收點(diǎn)i的所有傳播路徑=N為發(fā)射天線到接收點(diǎn)i的傳播路徑的總數(shù)；
[0030](4-2)計算每條傳播路徑在自由空間的傳播損耗，其中第k條路徑在自由空間傳播的損耗值為Lp (f，dh) (I ^ k ^ N), f是信號頻率(MHz)，dk是第k條路徑在自由空間傳輸?shù)木嚯x(km);則第k條路徑在自由空間的損耗值(dB)在不考慮透射、反射和衍射現(xiàn)象的情況下，其計算公式表示如下:
[0031 ] Lp (f, dk) =201ogl0 (f) +201ogl0 (dk) +32.45
[0032](4-3)計算每條傳播路徑受建筑物材質(zhì)影響的損耗，其中LmTT(f)是第k條路徑上由建筑材質(zhì)引起的透射、反射和衍射的衰落總和；T為目標(biāo)建筑物內(nèi)所有建筑材質(zhì)的總數(shù)，第j種材質(zhì)表示為Mj (1< j<T)，5t, 5d, δr分別為第k條路徑上的無線信


號與建筑材質(zhì)是否存在透射、衍射、反射的關(guān)系系數(shù)，
【權(quán)利要求】
1.一種快速建立室內(nèi)無線信號指紋數(shù)據(jù)庫的方法，其特征是，步驟如下:建立目標(biāo)建筑物的室內(nèi)外聯(lián)合的三維場景模型，預(yù)測三維空間的無線信號場強(qiáng)信息，在目標(biāo)建筑物內(nèi)，選擇少量測試點(diǎn)進(jìn)行人工現(xiàn)場測量并記錄無線信號強(qiáng)度信息，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際測量的無線信號強(qiáng)度信息與通過三維射線跟蹤傳播模型理論計算的無線信號強(qiáng)度信息的不同，校正三維射線跟蹤傳播模型參數(shù)，通過校正后的三維射線跟蹤傳播模型參數(shù)預(yù)測并建立室內(nèi)外聯(lián)合的三維場景模型的無線信號指紋數(shù)據(jù)庫。
2.如權(quán)利要求1所述的一種快速建立室內(nèi)無線信號指紋數(shù)據(jù)庫的方法，其特征是，具體步驟如下: 步驟(1):構(gòu)建目標(biāo)場景的室內(nèi)外聯(lián)合三維空間結(jié)構(gòu)模型，所述場景包括目標(biāo)建筑物的室內(nèi)三維場景以及目標(biāo)建筑周邊的室外三維場景； 步驟(2):記錄并保存目標(biāo)場景能夠接收到的無線接入設(shè)備的信息； 步驟(3):在目標(biāo)建筑物的室內(nèi)選取少量測試點(diǎn)現(xiàn)場測量并記錄所選測試點(diǎn)的實(shí)測無線信號指紋信息，所述實(shí)測無線信號指紋信息是指所述步驟(2)的無線接入設(shè)備發(fā)射的無線接入設(shè)備標(biāo)示信息和實(shí)際的無線信號強(qiáng)度信息； 步驟(4):獲取所述步驟(3)所選取的測試點(diǎn)的理論上的無線信號指紋信息，所述理論上的無線信號指紋信息包括無線接入設(shè)備標(biāo)示信息和理論上的無線信號強(qiáng)度信息，所述理論上的無線信號強(qiáng)度信息通過三維射線跟蹤傳播模型算法計算獲??； 步驟(5):根據(jù)所述步驟(3)實(shí)測的與步驟(4)理論計算的無線信號強(qiáng)度信息的不同，校正三維射線跟蹤傳播模型的參數(shù)； 步驟(6):利用校正后的三維射線跟蹤傳播模型的參數(shù)，重新計算所述步驟(2)所述無線接入設(shè)備在步驟(1)所述的室內(nèi)外聯(lián)合三維空間結(jié)構(gòu)模型的無線信號強(qiáng)度信息； 步驟(7):以建筑空間樓層面積為依據(jù)`，在建筑物每層樓內(nèi)，在設(shè)定的高度平面，以設(shè)定的采樣密度，確定采樣點(diǎn)個數(shù)和采樣點(diǎn)位置；將一個采樣點(diǎn)所處的位置信息、該位置的無線接入設(shè)備的標(biāo)示信息及所對應(yīng)的步驟(6)中計算的該采樣點(diǎn)的無線信號強(qiáng)度信息數(shù)據(jù)組成一條數(shù)據(jù)記錄，保存在無線信號指紋數(shù)據(jù)庫中；以同樣的方法獲得其他所有采樣點(diǎn)的無線信號指紋數(shù)據(jù)記錄，形成無線信號指紋數(shù)據(jù)庫。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種快速建立室內(nèi)無線信號指紋數(shù)據(jù)庫的方法，其特征是，所述無線信號指紋數(shù)據(jù)庫包括多條無線信號指紋數(shù)據(jù)記錄，每條所述無線信號指紋數(shù)據(jù)記錄包括該條無線信號指紋數(shù)據(jù)記錄的地理位置信息，以及該地理位置上能夠接收到的一個或多個無線接入設(shè)備的標(biāo)示信息和信號強(qiáng)度信息。
4.如權(quán)利要求2所述的一種快速建立室內(nèi)無線信號指紋數(shù)據(jù)庫的方法，其特征是， 當(dāng)步驟(1)的室內(nèi)外聯(lián)合三維空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，需要利用所述步驟(1)-步驟(7)重新計算并更新無線信號指紋數(shù)據(jù)庫。
5.如權(quán)利要求2所述的一種快速建立室內(nèi)無線信號指紋數(shù)據(jù)庫的方法，其特征是， 當(dāng)步驟(2)中的無線接入設(shè)備的發(fā)射天線頻率發(fā)生變化時，需要重新利用步驟(2)-步驟(7)重新計算并更新無線信號指紋數(shù)據(jù)庫； 當(dāng)步驟(2)中的無線接入設(shè)備的發(fā)射天線頻率外的其它參數(shù)發(fā)生改變時，需要重新利用所述步驟(6)和步驟(7)重新計算并更新無線信號指紋數(shù)據(jù)庫，所述其它參數(shù)包括發(fā)射天線數(shù)量、發(fā)射天線位置、發(fā)射功率、發(fā)射天線三維輻射參數(shù)、發(fā)射天線傾角。
6.如權(quán)利要求2所述的一種快速建立室內(nèi)無線信號指紋數(shù)據(jù)庫的方法，其特征是， 所述步驟(1)的具體步驟如下:將目標(biāo)建筑物CAD格式的建筑物圖紙轉(zhuǎn)化為建筑物三維空間結(jié)構(gòu)模型，將建筑物周邊的GIS地圖轉(zhuǎn)化為室外三維空間結(jié)構(gòu)模型，將目標(biāo)建筑物的室內(nèi)三維空間結(jié)構(gòu)模型與建筑周邊的室外三維空間結(jié)構(gòu)模型聯(lián)合組成場景的室內(nèi)外聯(lián)合三維空間結(jié)構(gòu)模型，記錄并保存三維空間結(jié)構(gòu)模型數(shù)據(jù)，所述三維空間結(jié)構(gòu)模型數(shù)據(jù)包括建筑物的大小、布局結(jié)構(gòu)、建筑材質(zhì)和建筑材質(zhì)的無線傳播損耗參數(shù)。
7.如權(quán)利要求2所述的一種快速建立室內(nèi)無線信號指紋數(shù)據(jù)庫的方法，其特征是， 所述步驟(2)的無線接入設(shè)備包括無線通信基站或無線局域網(wǎng)接入點(diǎn)。
8.如權(quán)利要求2所述的一種快速建立室內(nèi)無線信號指紋數(shù)據(jù)庫的方法，其特征是， 所述步驟(2)的所述無線接入設(shè)備的信息包括每一個無線接入設(shè)備所對應(yīng)的發(fā)射天線數(shù)據(jù)，所述發(fā)射天線數(shù)據(jù)包括發(fā)射天線個數(shù)，發(fā)射天線所在的具體位置信息、發(fā)射天線的信號頻率、發(fā)射天線的發(fā)射功率、發(fā)射天線的三維輻射參數(shù)和發(fā)射天線的傾角。
9.如權(quán)利要求2所述的一種快速建立室內(nèi)無線信號指紋數(shù)據(jù)庫的方法，其特征是， 所述步驟(3)的少量測試點(diǎn)的位置根據(jù)建筑物模型的復(fù)雜程度、建筑物大小、現(xiàn)場測量的難易程度選擇；測 試點(diǎn)位置之間有距離間隔，保證不同的無線信號指紋數(shù)據(jù)信息能夠區(qū)分。
【文檔編號】H04W16/22GK103702338SQ201310724675
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】張 杰, 秦春霞, 賴智華, 武玉花 申請人:山東潤譜通信工程有限公司