一种林区信号传播路径损耗模型构建方法、装置、电子设备及存储介质与流程

1.本发明涉及无线通信领域，具体是一种林区信号传播路径损耗模型构建方法、装置、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.随着5g移动通信技术的兴起，毫米波逐渐进入人们的视野。相比现有频段拥挤的问题，毫米波频段具有大段可用的空闲频率，越来越受到人们的关注。毫米波有关路径损耗的信道模型是5g无线通信系统的关键技术，随着5g技术的深入研究，不同场景下的毫米波信道模型也表现出了不同的特征，因此相关的不同场景下的毫米波信道测量与建模需要迫切开展。
3.林区由于植被丰富，树木遮挡情况较多，在进行毫米波设备的部署前需要进行大量实测，但林区大多属于山地地形，进行实测比较困难，建立林区信号传播的路径损耗模型能够对林区毫米波设备部署提供有力支撑，较大降低在林区进行通信设备部署的难度。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决现有技术的上述问题，提供了一种林区信号传播路径损耗模型构建方法、装置、电子设备及存储介质，本发明构建的模型能够较好地表征不同林区的路径损耗，对林区毫米波通信设备的部署提供有力支撑，较大降低部署难度。
5.第一方面，本发明提供了一种林区信号传播路径损耗模型构建方法，所述方法包括以下步骤：
6.s1，确定信号发射端的初始位置及以信号发射端为中心的测量区域；
7.s2，获取测量区域的总面积s
all
及测量区域内信号发射端的总视距面积s
los
与总非视距面积s
nlos
；
8.s3，根据总视距面积s
los
和总非视距面积s
nlos
中至少一个模型参数及总面积s
all
确定测量区域内信号发射端的平均视距概率p
los
和平均非视距概率p
nlos
；
9.s4，确定测量区域内信号接收端的初始位置，获取信号接收端相对于信号发射端的视距路径损耗l
losj
和非视距路径损耗l
nlosj
；
10.s5，根据包括平均视距概率p
los
、平均非视距概率p
nlos
、视距路径损耗l
losj
和非视距路径损耗l
nlosj
在内的模型参数来构建路径损耗模型。
11.优选地，所述步骤s3中平均非视距概率确定方法为平均视距概率确定方法为
12.优选地，所述步骤s2中测量区域内信号发射端的总非视距面积s
nlos
的获取方法为：
13.获取测量区域内树木的数量m、各树木树冠的半径ri、各树木到信号发射端垂地投影点的距离di、信号发射端的高度h
t
、各树木的高度hi,i＝(1,2,3,...,m)；
14.根据各树木到信号发射端垂地投影点的距离di、信号发射端的高度h
t
、各树木的高度hi确定各树木顶端与信号发射端顶端所在直线与地面交点到信号发射端垂地投影点的距离ri；
15.根据各树木顶端与信号发射端顶端所在直线与地面交点到信号发射端垂地投影点的距离 ri、各树木树冠的半径ri、各树木到信号发射端垂地投影点的距离di确定信号发射端相对于各树木的非视距面积s
nlosi
；
16.根据信号发射端相对于各树木的非视距面积s
nlosi
确定测量区域内信号发射端的总非视距面积s
nlos
。
17.优选地，所述各树木顶端与信号发射端顶端所在直线与地面交点到信号发射端垂地投影点的距离ri确定方法为信号发射端相对于各树木的非视距面积s
nlosi
确定方法为测量区域内信号发射端的总非视距面积s
nlos
确定方法为
18.优选地，所述步骤s4中信号接收端相对于信号发射端的视距路径损耗l
losj
获取方法为信号接收端相对于信号发射端的非视距路径损耗l
nlosj
获取方法为f表示信号载频， n1、n2分别表示视距路损指数和非视距路损指数，τ1、τ2分别表示视距路损指数校正因子和非视距路损指数校正因子，dj表示信号接收端垂地投影点到信号发射端垂地投影点的距离， hj表示信号接收端的高度，h
t
表示信号发射端的高度，表示信号接收端到信号发射端的距离，χ
σ1
、χ
σ2
表示零均值高斯随机变量。
19.优选地，所述步骤s5中模型参数还包括雨衰ar，路径损耗模型表示为l＝p
los
·
l
losj
p
nlos
·
l
nlosj
ar。
20.优选地，所述步骤s1中测量区域为半径为l的圆形区域。
21.第二方面，本发明提供了一种林区信号传播路径损耗模型构建装置，所述装置包括：
22.位置确定单元，用于确定信号发射端的初始位置及以信号发射端为中心的测量区域、测量区域内信号接收端的初始位置；
23.获取单元，用于获取测量区域总面积s
all
、测量区域内树木的数量m、各树木树冠的半径ri、各树木到信号发射端垂地投影点的距离di、信号发射端的高度h
t
、各树木的高度hi；获取信号载频f、视距路损指数n1、非视距路损指数n2、视距路损指数校正因子τ1、非视距路损指数校正因子τ2、信号接收端垂地投影点到信号发射端垂地投影点的距离dj、信号接收端的高度hj、信号发射端的高度h
t
、零均值高斯随机变量χ
σ1
和χ
σ2
；获取雨衰ar；
24.计算单元，用于根据测量区域总面积s
all
、树木的数量m、各树木树冠的半径ri、各
树木到信号发射端垂地投影点的距离di、信号发射端的高度h
t
、各树木的高度hi计算测量区域内信号发射端的平均视距概率p
los
和平均非视距概率p
nlos
；根据信号载频f、视距路损指数n1、非视距路损指数n2、视距路损指数校正因子τ1、非视距路损指数校正因子τ2、信号接收端垂地投影点到信号发射端垂地投影点的距离dj、信号接收端的高度hj、信号发射端的高度h
t
、零均值高斯随机变量χ
σ1
和χ
σ2
计算信号接收端相对于信号发射端的视距路径损耗l
losj
和非视距路径损耗l
nlosj
；
25.建模单元，用于根据包括平均视距概率p
los
、平均非视距概率p
nlos
、视距路径损耗l
losj
、非视距路径损耗l
nlosj
、雨衰ar在内的模型参数来构建路径损耗模型。
26.第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括存储器及存储于其上的计算机程序、处理器，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的林区信号传播路径损耗模型构建方法。
27.第四方面，本发明提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器加载并执行时，实现上述的林区信号传播路径损耗模型构建方法。
28.综上所述，本发明具有以下有益效果：基于林区通常树木分布均匀的特性，以有限范围为测量区域构建的路径损耗模型，近似表征林区范围的路径损耗模型，减少了林区范围路径损耗建模的工作量。引入测量区域内树木数量m、树木高度hi、树木树冠半径ri来计算信号发射端在测量区域内的总非视距面积s
nlos
，再根据测量区域总面积s
all
和总非视距面积s
nlos
来计算平均视距概率p
los
和平均非视距概率p
nlos
，基于上述平均视距概率p
los
、平均非视距概率p
nlos
构建的林区路径损耗模型，一方面便于评判信号发射端在林区内的合理覆盖范围，为毫米波设备在林区内的合理部署提供支撑，另一方面能够较好地表征不同林区的路径损耗。
29.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
31.图1为本发明一个具体实施例的方法流程图。
32.图2为本发明一个具体实施例的测量区域示意图。
33.图3为本发明一个具体实施例的信号发射端与树木的正视示意图。
34.图4为本发明一个具体实施例的信号发射端与树木在俯视平面的投影示意图。
35.图5为本发明一个具体实施例的树木树冠半径对路径损耗影响的仿真结果示意图。
36.图6为本发明一个具体实施例的树木高度对路径损耗影响的仿真结果示意图。
37.图7为本发明一个具体实施例的树木数量对路径损耗影响的仿真结果示意图。
具体实施方式
38.为了使本发明实施例公开的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
39.需要说明的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或服务器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
40.本技术实施例提供一种林区信号传播路径损耗模型构建方法，如图1所示，包括以下步骤：
41.s1，确定信号发射端的初始位置及以信号发射端为中心的测量区域。在本技术的一些实施例中，如图2所示，步骤s1中测量区域为半径为l的圆形区域。
42.s2，获取测量区域的总面积s
all
及测量区域内信号发射端的总视距面积s
los
与总非视距面积s
nlos
。
43.在本技术的一些实施例中，步骤s2中测量区域内信号发射端的总非视距面积s
nlos
的获取方法为：
44.s21，获取测量区域内树木的数量m、各树木树冠的半径ri、各树木到信号发射端垂地投影点的距离di、信号发射端的高度h
t
、各树木的高度hi,i＝(1,2,3,...,m)。
45.s22，根据各树木到信号发射端垂地投影点的距离di、信号发射端的高度h
t
、各树木的高度hi确定各树木顶端与信号发射端顶端所在直线与地面交点pi到信号发射端垂地投影点o 的距离ri。
46.在本技术的一些实施例中，如图3所示，各树木和其对应的pi点构成的三角形、与信号发射端和对应的pi点构成的三角形为相似三角形，相似三角形对应边成正比，即从而得到所述各树木顶端与信号发射端顶端所在直线与地面交点到信号发射端垂地投影点o 的距离为
47.s23，根据各树木顶端与信号发射端顶端所在直线与地面交点pi到信号发射端垂地投影点 o的距离ri、各树木树冠的半径ri、各树木到信号发射端垂地投影点o的距离di确定信号发射端相对于各树木的非视距面积s
nlosi
。
48.在本发明的一些实施例中，如图4所示，将信号发射端与各树木投影至俯视平面，信号发射端相对于各树木的非视距面积s
nlosi
可视为：基于信号发射端垂地投影点o、pi点、各树木树冠的半径ri构成的散形总面积减去信号发射端相对于各树木的三角形视距面积，即而得到从而得到
49.s24，根据信号发射端相对于各树木的非视距面积s
nlosi
确定测量区域内信号发射端的总非视距面积s
nlos
。
50.在本技术的一些实施例中，测量区域内信号发射端的总非视距面积s
nlos
确定方法为
51.s3，根据总视距面积s
los
和总非视距面积s
nlos
中至少一个模型参数及总面积s
all
确定测量区域内信号发射端的平均视距概率p
los
和平均非视距概率p
nlos
。
52.在本技术的一些实施例中，所述步骤s3中平均非视距概率确定方法为平均视距概率确定方法为
53.s4，确定测量区域内信号接收端的初始位置，获取信号接收端相对于信号发射端的视距路径损耗l
losj
和非视距路径损耗l
nlosj
。
54.在本技术的一些实施例中，基于ci模型，所述步骤s4中信号接收端相对于信号发射端的视距路径损耗l
losj
获取方法为信号接收端相对于信号发射端的非视距路径损耗l
nlosj
获取方法为f表示信号载频，n1、n2分别表示视距路损指数和非视距路损指数，τ1、τ2分别表示视距路损指数校正因子和非视距路损指数校正因子，dj表示信号接收端垂地投影点到信号发射端垂地投影点的距离，hj表示信号接收端的高度，h
t
表示信号发射端的高度，表示信号接收端到信号发射端的距离，χ
σ1
、χ
σ2
表示零均值高斯随机变量。
55.s5，根据包括平均视距概率p
los
、平均非视距概率p
nlos
、视距路径损耗l
losj
和非视距路径损耗l
nlosj
在内的模型参数来构建路径损耗模型。
56.在本技术的一些实施例中，所述步骤s5中模型参数还包括雨衰ar。基于itu-r确定雨衰r(p)为降雨率，单位mm/h，k、α为极化相关系数，在信号为60ghz毫米波的情况下，查询itu-r雨衰建议书可得r雨衰建议书可得其中δ为雨水倾斜角，η为极化角度，kh,kv,αh,αv为极化参数，在60ghz毫米波情况下kh＝0.707,kv＝0.642,αh＝0.826,αv＝0.824。
57.在本技术的一些实施例中，步骤s5中路径损耗模型表示为l＝p
los
·
l
losj
p
nlos
·
l
nlosj
ar。
58.对本技术方法构建的林区信号传播路径损耗模型及现有自由空间路径损耗模型的仿真情况如下。
59.为考虑树冠半径对路径损耗的影响，在保持其余参数不变的情况下，分别设置树
冠半径为1-2/3-4/5-6米，随机生成ri的三个矩阵，r
i1
＝(r
11
,r
21
,...,r
m1
),r
i1
∈[1,2]， r
i2
＝(r
12
,r
22
,...,r
m2
),r
i2
∈[3,4]，r
i3
＝(r
13
,r
23
,...,r
m3
),r
i3
∈[5,6]，对应的仿真结果如图5所示，结果表明树冠半径越大，路径损耗损越大；在相同路径损耗情况下，树冠半径越大，信号接收端距信号发射端距离需要更近。
[0060]
为考虑树木高度对路径损耗的影响，在保持其余参数不变的情况下，分别设置树木高度为2-4/5-7/8-10米，随即生成hi的三个矩阵，h
i1
＝(h
11
,h
21
,...,h
m1
),h
i1
∈[2,4]， h
i2
＝(h
12
,h
22
,...,h
m2
),h
i2
∈[5,7]，h
i3
＝(h
13
,h
23
,...,h
m3
),h
i3
∈[8,10]，对应的仿真结果如图6所示，结果表明树木越高，路径损耗越大，在相同路径损耗情况下，树木越高，信号接收端距信号发射端距离需要更近。
[0061]
为考虑树木数量对路径损耗的影响，在保持其余参数不变的情况下，分别设置测量区域内树木数量分别为10/50/100棵，对应的仿真结果如图7所示，结果表明树木越多，路径损耗越大，在相同路径损耗情况下，测量区域内树木越多，基于林区通常树木分布均匀的情况，相当于林区树木密度越大，信号接收端需要距信号发射端更近。
[0062]
本技术基于林区通常树木分布均匀的特性，以有限范围为测量区域构建的路径损耗模型，近似表征林区范围的路径损耗模型，减少了林区范围路径损耗建模的工作量。引入测量区域内树木数量m、树木高度hi、树木树冠半径ri来计算信号发射端在测量区域内的总非视距面积 s
nlos
，再根据测量区域总面积s
all
和总非视距面积s
nlos
来计算平均视距概率p
los
和平均非视距概率p
nlos
，基于上述平均视距概率p
los
、平均非视距概率p
nlos
构建的林区路径损耗模型，一方面便于评判信号发射端在林区内的合理覆盖范围，为毫米波设备在林区内的合理部署提供支撑，另一方面能够较好地表征不同林区的路径损耗。
[0063]
本技术实施例还提供一种林区信号传播路径损耗模型构建装置，包括：
[0064]
位置确定单元，用于确定信号发射端的初始位置及以信号发射端为中心的测量区域、测量区域内信号接收端的初始位置；
[0065]
获取单元，用于获取测量区域总面积s
all
、测量区域内树木的数量m、各树木树冠的半径ri、各树木到信号发射端垂地投影点的距离di、信号发射端的高度h
t
、各树木的高度hi；获取信号载频f、视距路损指数n1、非视距路损指数n2、视距路损指数校正因子τ1、非视距路损指数校正因子τ2、信号接收端垂地投影点到信号发射端垂地投影点的距离dj、信号接收端的高度hj、信号发射端的高度h
t
、零均值高斯随机变量χ
σ1
和χ
σ2
；获取雨衰ar；
[0066]
计算单元，用于根据测量区域总面积s
all
、树木的数量m、各树木树冠的半径ri、各树木到信号发射端垂地投影点的距离di、信号发射端的高度h
t
、各树木的高度hi计算测量区域内信号发射端的平均视距概率p
los
和平均非视距概率p
nlos
；根据信号载频f、视距路损指数n1、非视距路损指数n2、视距路损指数校正因子τ1、非视距路损指数校正因子τ2、信号接收端垂地投影点到信号发射端垂地投影点的距离dj、信号接收端的高度hj、信号发射端的高度h
t
、零均值高斯随机变量χ
σ1
和χ
σ2
计算信号接收端相对于信号发射端的视距路径损耗l
losj
和非视距路径损耗l
nlosj
；
[0067]
建模单元，用于根据包括平均视距概率p
los
、平均非视距概率p
nlos
、视距路径损耗l
losj
、非视距路径损耗l
nlosj
、雨衰ar在内的模型参数来构建路径损耗模型。
[0068]
本技术实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，存储器和处理器可以通过总线或其它方式连接。存储器可用于存储软件程序、计算机程序及模块，如上述林区信号
传播路径损耗模型构建方法对应的程序/模块；处理器通过执行存储器中的计算机程序及模块，实现上述的林区信号传播路径损耗模型构建方法。
[0069]
处理器可以为中央处理器、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列等，存储器可以为高速随机存取存储器、非暂态存储器等。
[0070]
本技术实施例还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器加载并执行时，实现上述的林区信号传播路径损耗模型构建方法。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体、随机存储记忆体、快闪存储器、硬盘等中的一种或多种的组合。
[0071]
需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述，其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
[0072]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
[0073]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。