维普资讯 http://www.cqvip.com
计算机科学2006Vo1.33NQ.2 基于MapObjects的移动通信传播模型算法设计 毛凯 (重庆工商大学计算机科学与信息工程学院 重庆400067) 摘要随着我国移动通信事业的快速发展,运营商越来越重视无线网络规划与优化工作,侍播模型是移动通信网中 小区规划的基础,根据给出的侍播模型经验公式,提出了具体的解决方案,设计了相应的基于Mapobjects算法,并用 vB程序语言编程实现。 关键词传播模型,算法设计 Arithmetic Design of Mobile Communication Radiated Model Based on MapObjects MAO Kai (College of oCmputer Science and Information Engineering。Chongqing Fechnology and Business University,Chongqing 400067) Abstract With the rapid development of mobile communication projects in our country,the management take more and more notice on wireless network plan and optimization.Radiated model is the basis of cell plan in mobile communication network.According experineced formula of radiated model,the paper provides solved scheme and designs arithmetic based on Mapobjects and programs with VB. Keywords Radiated model,Arithmetic design 1 算法设计的理论基础 街道、绿地、树林、公园、各种高度、密度的建构筑物,采用 COST231一wI模型对无线信号传播损耗进行分析和计算。 众所周知,移动通信系统的无线电波在传播过程中既受 COST231-wI模型适用于城区环境微蜂窝,既考虑了自由空 到地形结构的影响,又受到人为环境的影响。在基站至移动 间损耗,也考虑了电波多屏绕射损耗以及从建构筑物顶到街 台之间的传播路径其距离可以是几百米至几十公里,通过环 面的损耗和街道方向的影响。对于100米以上小比例尺地图 境可能有城市、郊区或者农村,通过的地形可能有平地、丘陵 的城区环境、郊区、乡村宏蜂窝,采用Okumura-Hata模型进 或者山区。由于移动信道中电波传播的条件十分复杂,在移 行分析和计算,Okumura ̄Hata模型是根据测试数据统计分 动通信网络规划中要准确地计算信号场强和传播损耗是很 析得出的经验公式,较适用于宏蜂窝的路径预测。 难的。目前还没有一种预测模型既能适用于各种环境和地形 2 MapObjects在算法设计中的应用 叉与实际的测量值十分接近,为了分析和预测无线电波在传 播过程中所受到的影响和干扰,预测各种传播条件下无线信 MapObjects是由全球最大的GIS厂商ESRI推出的一套 号接收点的场强值,通常在分析现有的网络系统时,采用利用 基于I)C()M的GIS组件,通过MapObjects组件可灵活地建 电磁场理论的传播模型来进行场强的预测,并将地形结构分 立适合用户的地图接口,本文正是联合使用MapObjects与 为:开阔地(open area)、平滑地形(flat terrain)、丘陵地形 Visual Basic来实现地图与网络规划系统的联系,进行无线传 (hilly terrain)、山区(montain area)等;将人为环境分为:乡村 播模型的软件算法设计和编程实现。 地区(rural area)、准郊区(quasi suburban)、郊区(suburban 3 COST23 1一Wl模型和Okumura_Hata模型算法公 area)、市区(ruban area)等。计算出各个接收点信号的传播 式 损耗,找出移动通信运营商所关心的信号盲区、接收信号强度 不好地区等。 3.1 COST231-WI模型参数 无线网络规划需要建立在数字化的地理信息数据库 电 子地图基础之上,电子地图是进行传播模型分析以及基站选 址、业务密度预测、网络模拟等各项功能的基础数据平台。其 精度越高能反映的地理信息就越详尽,相应根据其进行分析 所得到的结果也会越准确。但是电子地图精度越高,同样的 范围内所含的数据量就越大,相应的成本就越高,进行分析时 运算量就越大 这就需要认真权衡成本、运算量和规划的不 注:(建筑物高度h ,;天线高度h ;移动台高度h ;街道 同需求,在城区等建筑物密集的地方,使用精度较高的大比例 宽度 ;建筑物间隔6;(相对于直射波的街道)方向妒;移 尺地图,进行微蜂窝规划;而在郊区等开阔的地区,使用精度 动台距基站的距离 )。 较低的小比例尺地图,进行宏蜂窝规划。 本文正是根据网络规划的一般过程,应用ITu组织所认 3.2 CIN1231一WI模型基本公式 可并推荐的场强预测模型。对于用的最广的20m大比例尺 3.2.1视通 视线传播,基本传输损耗可采用下式计 精度数字地图,其典型地物可分为:城区开阔地、郊区开阔地、 算 毛凯硕士,工程师。主要从事信息系统研究。 ・7O・ 维普资讯 http://www.cqvip.com
一42.6+26lgd ̄,,+201gfMu 其中: 为基站至移动台之间的距离。 3.2.2非视通非视线传播,在街道、公路旁有建筑物 阻挡视线,基本传输损耗由__项组成: Lh—L()+L +L 4模型算法设计 为完成C()ST231一WI模型和Okumura Hata模型算法 设计,主要的工作是提取模型中所使用到的各种数据。其中 c() 231一WI模型需要提取的数据包括:基站与移动台是否 其中: 为自由空间传输损耗;L 为屋顶至街道的绕射 视通;建筑物高度h 和街道宽度w以及建筑物间隔b;移动 及散射损耗;L 为多屏障的绕射损耗。其中: Lo一32.4+201g&.,+201gf ̄ L 一一16.9~101gw+101gfM. +201g(hu--h )+L hroof ̄h 一0 L <0 L…一10+0.354∞ 0<7 ̄35。 一2.5+0.075( ̄--35) 35。<。<55。 一4.O—O.114( ̄--55) 55。<v<90。 L d—l h+K +KdLgd +KflgJ -91gb . 0 LM一181gC1+hh一 ,) 0 < , , 一0 Kn一54 54一O.8*( 一 ,) ≥O+5km及^6≤ , , 一54 O.8*(hh一 ,)* /O.5 <O.5km及 ≤ r Ka一18 h6> , =18 15*(hh一 , )/ ≤^ , K,一0.7*( ,_MH /925—1) 中等城市 一4+1.5*( H /925—1) 大城市中心 其中:h 和^ 是基站和建筑物的相对高度(单位为: 米),JM. 是中心频率(单位为:MHz),(D是基站和移动台的连 线与建筑物走向的夹角。 3.3 Okumu ̄_Hata模型参数 -_ 广 I d __l二__ h^ 1 r … 一 I=l 3.4 Okumura_Hata模型基本公式 L(dB)一69.55+26.161og,o/ 一13.821ogl0h6--.(h ) +(4 9--6.551ogl0h )loglo巩 +C ff+C … a(hM)一(1.1llogl0/ 一0.7) 一(1.561og,0h —0.8) 中小城市 一8.29(1ogl。1.54h ) 一1.1大城市、郊区、乡村、 ^仍 ≤ 3OOMHz 一3.2(1ogl011.75h )。一4.7大城市、郊区、乡村、 JMH ≥300MHz C 一0 城市 一-2Elogl0(_, /28)] 一5.4 郊区 一-4.78[1oglc1( )]。-t-18.331og1。(_,’MH )--40.98 乡村 其巾h 和h 是基站和移动台天线的相对高度(单位为:米), d 是基站至移动台距离(单位为:千米), 是中心频率(单 位为:MHz),a(hz)是天线高度增益校正因子,C‘ 是小区类 型校正因子, 是地形校正因子。 台是否在建筑物内部;移动台和基站的距离 ;基站与移动台 连线同楼房走向夹角妒等。Okumura Hata模型数据提取算 法较为简单,只需提取移动台和基站的距离d即可满足要 求。下面给出这两种模型中数据提取的具体算法和步骤,用 VB编程实现。 4.1 a I'23 1-Wl模型数据提取算法 设定所使用的电子地图有高度属性height和街道宽度 属性street,单位m;点ptl表示基站所在的位置,其屏幕位置 坐标为X1和Y1;点pt2表示移动台所在的位置,其屏幕位置 坐标为X2和Y2,对其进行初始化。 , M Dim ptl As MapObjects2.Point iDm pt2 As MapObjects2.Point ptl—Map1.ToMapPoint(X1。Y1) pt2一Map1.ToMapPoint(X2,Y2) 4.1.1判断是否视通LOS算法判断基站与移动台是 否视通,可通过判断基站与移动台的连线是否与建筑物相交 完成,如果连线与建筑物存在相交情况,则非视通,即L()s— false,否则视通,即LOS=true。 Dim lnl As New MapObjects2. Dim ptsl As New MapObjects2 pts1.Add ptl pts1.Add pt2 ln1.Parts.Add ptsl ptsl=Nothing ptsl—ln1.GetCrossing If ptsl Is Nothing Then LOS Else LOs false EndIf 4.1.2提取建筑物高度hB和街道宽度w算法 在非 视通情况下,可通过找出和基站与移动台的连线相交的建筑 物多中距移动台最近的那个建筑物,然后取其建筑物高度和 街道宽度属性。 Dim 一selected1 As MapObiects2.Recordset iDm polyl As MapObjects.Polygon Dim hb As Float Dim bAs Float iDm distancel As Float iDm distance2 As Float g-一selected1一Nothing g—selected1=Map1.Layers(“height”).SearchShape(moShape TypePolygon,oAreaIntersect,--) g selected1.MoveFirst polyl=g selectedl(“shape”) distance1一pt1.DistanceTo(poly1) hb=g selected1(“height”) b—g—selected1(“street”) Do While Not g-selecteel1.EOF g-selected1.MoveNext polyl g-selected1(“shape”) distance2:pt1.DistanceTo(poly1) If distance2<distancel Then hb=g seleetedl(“height”) b—g-一selected1(“street”) distance2一distance1 Loop 4.1.3判断移动台是否在建筑物内部IB算法移动台 是否在建筑物内部IB(in building),可通过在4.1.2算法中 得到距移动台最近的那个建筑物polyl,判断移动台是否在其 里面即可完成。 If(poly1.IsPointIn(pt1))Then IB—true Else Set IB—false EndIf ・ 7l ・ 维普资讯 http://www.cqvip.com
4.1.4提取建筑物间隔b算法一般情况下可缺省设 和Y1;点pt2表示移动台所在的位置,其屏幕位置坐标为x2 定建筑物间隔b为街道宽度叫的2倍。 和Y2,则相应算法可表示为: 6—2*叫 Dim ptl As MapObjects2.Point 4.1.5提取移动台和基站的距离d算法存确定丁基 Dim pt2 As MapObjeets2.Point p1 1一Map1.ToMapPoint(Xl,Y1) 站所在的位置pt1和移动台所在的位置pt2后,可通过求得 pt2=-Map1.ToMapPoint(X2,Y2) d—pt1.DistanceTo(pt2) 两点间的距离完成。 —pt1.DistanceTo(pt2) 参考文献 4.1.6提取基站与移动台连线同楼房走向夹角(p算法 l 刘光、地理信息系统二次开发教程[M].北京:清华大学出版社, 一般情况下可通过求m基站与移动台连线同楼房基本走r口J 2003 的夹角‘D完成。 2 张卫钢.通信原理与通信技术[M].西安:西安电子科技大学出版 (D—Arctg((pt1.X—pt2.X)/(pt1.y--pt2.Y)) 奉j:,2002 4.2 Okumura-Ham模型数据提取算法 3 啜钢、CDMA无线网络规划[M].北京:机械工业出版社,2005 设定点ptl表示基站所在的位置,其屏幕位置坐标为X1 (上接第6O页) 分配状态报告。 识分组将不能保证被转发,很有可能被看作是尽力服务分组。 ARCF和ER/AN之间的接口(C1和C3)应该满足下面 如果业务是双向的,ER与AN执行同样的过程。 的需求: 资源释放过程如图5所示。 (1)允许ARCF指示边缘路由器/接入节点为一个IP业 (1)ik务释放请求。一个终端或应用网关/N务器发送给 务流执行流标识和特定的Qos处理。 SCF一个业务释放请求并触发资源释放请求。 (2)允许ARCF指示边缘路由器/接入节点为IP业务流 (2)资源释放请求。ScF发送给ARCF一个资源释放请 修改特定的QoS处理。 求,该请求包括源终端的IP地址和流描述参数。 (3)允许ARCF来指示ER/AN为IP业务流取消特定的 (3)资源释放 由流占用的资源重新在网络拓扑和资源 QoS处理。 数据库中标识为空闲,并且送回SCF一个确认。 (4)允许ER/AN发送给ARCF一个QoS安装/修改/取 (4)QoS参数配置的移除。一个包括流标识的消息发送 消指令的QoS配置应答。 给AN,然后该设备移除该流的标识和分类。该流义转变为 小结基于以太网IP接入网络的QoS的控制体系结构 尽力服务流量。如果业务是双向的,ER执行与AN一样的 是NGN的一个重要的研究内容。国际电联ITU NGN专题 过程。 组NGNFG正在针对此问题进行大力研究,本文具体阐述了 5接口需求 基于以太网IP接入网络的QoS问题,并具体提出相关的接 下面对图3中介绍的不同接口的需求进行分析: LJ和需求,随着标准的推出和技术的成熟,此问题必将解决, ARCF和接人网络节点之间的接口(C2)应该满足下面 基 f:以太网IP接人网络必将在未来的NGN通信网络中得 的需求: 到广泛的应用。 (1)应该能够及时地收集链路层拓扑结构和资源状态。 参考文献 (2)应该能够及时并准确地跟踪链路层拓扑和资源状态 改变及状况。 1 接入网技术的发展趋势和发展策略.http://www.chinaitlab. (3)应该具有拓扑收集功能。 com/www/news/ SCF和ARcF之间的接口(S1)应该满足下面的需求: 2 ITU—T.Y.e2eqos.1.FGNGN-OD-00076.Requirements and framework for end to end QoS architecture in NGN (1)允许scF为一个IP业务流发起一个资源分配请求 3 强磊,解冲锋,叶华.下一代网络中以太网接人技术分析.信息网 给ARCF。该请求可能包含流标识,QoS参数。 络,2002,3 (2)允许SCF在、 务流运行期间为一个IP业务流发送 4 敖立.下一代电信网的接入网.电信科学,2004,3 给ARCF资源修改请求。 5 IrrU,r.Y.1231.IP access network architecture (3)允许ARCF发送给SCF一个资源分配请求或资源修 6 ITU—T Y.1 23.QoS FGN( N OD-oOOlO A Qos eontrol arehitee— 改清求的接受应答。 ture for Ethernet—based IP access network (4)允许ARCF发送给SCF一个资源分配请求或者带宽 7 IPQoSNGN薅待破解的技术难题.http;//www.chinanetcom. 修改请求的拒绝应答。 corn,cn/rni/dxjs.asp?Unid=2172 (5)允许SCF为一个IP业务流向ARCF发起一个资源 8 Y.NGN.QoS FGNGN一()D-45 General Aspects of Quality of 释放请求。 Service and Network Performance in the Next Generation Net— (6)允许SCF为一个lP业务流发送给ARCF一个资源 works 分配状态查询。 9 ITU—T(;.902 Framework recommendation on functional access networks(AN) (7)允许ARCF为一个lP业务流发送给SCF一个资源 ・ 72 ・