基于OGRE无线通信基站覆盖范围仿真
第22卷第6期Vol. 22No. 6湖 北 工 业 大 学 学 报 Journal of Hubei University of Technology 2007年12月
Dec. 2007
[文章编号]1003-4684(2007) 06 0051 03
基于OGRE 无线通信基站覆盖范围仿真
王正源1, 密新武1, 常兆选2
(1武汉大学城市设计学院, 湖北武汉430072; 2十堰市电力设计院, 湖北十堰430000)
[摘 要]在三维城市模型下预测基站覆盖范围, 用O GRE 进行基站覆盖范围仿真. 这种由三维城市模型数据仿真得到的基站覆盖范围可为移动通信部门进行基站选址提供直观的参考. [关键词]O GRE; 基站覆盖范围; 三维城市模型; 仿真[中图分类号]T P 391. 41
[文献标识码]:A
移动通信信号由发射机(基站) 提供, 基站覆盖范围主要受地形和建筑物的影响, 如何选择一个尽量少受阻挡, 能够保证话务质量的站址, 目前还没有形成一个比较科学的基站选址方法. 利用三维城市模型结合电磁波传播损耗预测模型仿真基站覆盖范围, 形象直观, 有助于基站选址, 有效地扩大基站无线覆盖范围, 做到无缝连接, 降低建设成本, 提高收益, 无论在技术实现上还是在市场运作上都有很大的意义.
2. 1 地形地物分类
2. 1. 1 地形特征定义 从电波传播角度来看, 有关地形特征的两个基本问题必须给以明确说明. 其中一个是传播路径中地形变形, 地形起伏高度描述了电波传播路径中地形起伏变化程度. 天线高度计算在于天线架设在高度不同的地形上, 天线有效高度是不一样的.
2. 1. 2 地形分类 为计算移动信道中信号传播损耗中值, 可将地形分为地形起伏高度在20m 以内,
蜂窝移动通信系统是用许多小功率的发射机(小覆盖区) 来代替单个的大功率发射机(大覆盖区) , 每一个小覆盖区只提供服务范围内的一小部分覆盖. 每个基站分配整个系统可用信道中的一部分, 相邻基站则分配另外一些不同的信道, 这样所有的可用信道就分配给了相对较小数目的相邻的基站. 给相邻的基站分配不同的信道组, 则基站之间(以及在它们控制下的移动用户之间) 的干扰就最小.
GSM 移动通信系统由移动台子系统、基站子系统、移动网子系统和操作支持子系统组成. 移动网子系统完成GSM 的主要交换功能, 由移动交换中心、归属位置寄存器、访问位置寄存器、网关移动交换中心组成, 负责GSM 用户与其他电信网络用户之间的通信, 并完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能.
而且起伏缓慢, 峰点与谷点之间距离大于地形起伏高度即为准平坦地形. 不规则地形是指除准平坦地形之外其它地形, 并以准平坦地形作为传播基准. 2. 1. 3 地物分类 影响电波传播的因素不但有地形条件, 还有人工建筑以及高大树木等. 不同地物环境其传播条件不同, 按照地物的密集程度不同可分为开阔地区、郊区和市区. 2. 2 电波传播的路径损耗预测
预测基站覆盖范围时, 首要问题就是在给定条件下如何计算出接收信号场强, 或接收信号中值. 这些给定的条件包括发射机天线高度、位置、工作频率、接收天线高度以及收发信机之间的距离等. 这就是所谓的电波传播路径损耗预测问题, 又称传播损耗中值预测.
在大量场强测试基础上, 经过对数据的分析与统计处理, 找出各种地形地物下的传播损耗(或接收
[收稿日期]2007-10-30
[]() , 男, , , 2 预测基站覆盖范围的基本方法
1 移动通信系统
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湖 北 工 业 大 学 学 报2007年第6期
信号场强) 与距离、频率以及天线高度关系, 给出传播特性的各种图表和计算公式, 建立传播预测模型, 能用较简单的方法预测接收信号中值.
4 仿真结果
4. 1 丘陵地形仿真结果
适宜选用Okumura H ata 模型来预测基站覆盖范围. 根据区域的情况, 选择适当的公式和移动台高度修正因子a(h m ) , 将根据下式计算得到的L 带入相应的计算公式, 既可算出覆盖范围d . 图中黑点为基站放置位置, 白线所示区域即为预测的基站覆盖范围.
L =EI RP -SS des =P BTS -L hadl +G dl -SS des .
(1)
式中:基站的等效各向同性辐射功率EI RP ; P BT S 是基站和移动台的发射功; L ha d l 是下行的设备损耗; G dl 是下行的增益; SS des 是设计的接收强度. 4. 2 城区仿真结果
在城区环境下, 适宜选用COST231 Walfish Ikeg ami 模型来预测基站覆盖范围. 由于COST231 Walfish Ikeg ami 模型中涉及到地形、建筑等参数, 即L =F (d, b, w , h r ) . 所以不能将计算得到的L 直接带入公式.
4. 2. 1 使用模型的默认参数 COST 231推荐使用下述缺省值:
w =b/2(20m b 50m ) ; =90 ;
h Roof =3! (楼层数) +
30
斜顶平顶
3 创建三维场景模型
3. 1 OGRE 简介
OGRE(面向对象图形渲染引擎) 是一个用C++开发的面向场景、非常灵活的3D 引擎, 它旨在让开发人员更容易、更直接地利用硬件加速的3D 图形系统开发应用. 这个类库隐藏了底层系统库的所有细节, 提供了一个基于世界对象和其他直观类的接口.
3. 2 创建三维地形
创建三维地形, 把OGRE 中的SceneM anager 设置为TerrainSceneManag er, 使用下面的命令:
m SceneM gr =mRoot->createSceneM an ager;
其中, mRoot 是对象的一个实例, 它是OGRE 的核心部分. OGRE 中所有资源都是通过Roo t 对象进行管理的, 通过SceneManager 对象的函数读取地形数据.
m SceneM gr->setW orldGeometry("terrain. cfg" )
;
图1 丘陵环境仿真结果
通过统计研究方法得到COST231 Walfish Ikeg ami 模型的一个通用简化公式[4]:
L =133. 7+381lg d -18lg (1+h Base -15) +
20lg (15-h Mobile ) -0. 114!
[tan
-1
terrain. cfg 文件包含有地形的所有数据及属性信息, 其中的H eig htm aps 包含有地形的三维坐标, 通过H eightmaps 来建立地形图(图1).
3. 3 创建三维城市模型
采用3dsm ax 制作出城市三维建筑模型, 然后再使用OGRE 的插件将其导出, 生成OGRE 可使用的. m esh 格式文件. 首先创建地型图, 即生成O GRE 中的Plane 对象, 在此基础上再创建三维城市模型, 图2所示的城市假设为平地
.
Mobile -1Base Mobile
-tan
13d ]
4. 2. 2 按照下述算法计算预测覆盖范围 将式(1) 得到的L 带入相应的计算公式, 计算出LOS 情况下的预测范围d, 该范围也是基站的最大覆盖范围. 以
基站坐标为中心, d 为半径在三维城市模型内进行球体查找, 得到该范围内的所有建筑物信息. 用凸包算法对建筑物数据进行处理, 得到范围内建筑物的凸包集. 处理凸包集内的建筑数据, 得到相关的建筑高度, 街道宽度, 建筑物中心距离、街道方向因子等数据, 通过计算得到预测的覆盖范围.
5 结语
图2 三维城市环境下仿真结果
预测基站覆盖范围是进行科学基站选址的前.
第22卷第6期 王正源等 基于OG RE 无线通信基站覆盖范围仿真
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以三维城市模型为基础的数码城市GIS 技术, 为城市规划设计与管理提供了更加方便、快捷的技术手段, 增加了信息量, 提高了分析问题和解决问题的能力. 随着数码城市各种技术逐步完善和在城市规划与管理中的应用, 必将带来城市规划设计与管理的重大变革.
[1] 王正源. 基于三维城市模型的基站覆盖范围预测研究
及仿真[D]. 武汉大学城市设计学院, 2007.
[2] 张立立, 王康弘, 潘朝裕. 基于地理信息技术的山区农
村无线通信基站选址研究[J]. 电信工程与技术标准化, 2004(3) :20-23.
[3] 赵如兵. 关于移动通信系统中蜂窝的几个概念[J]. 移
动通信, 1999(5) :58-59.
[ 参 考 文 献 ]
On Prediction of Base Station Coverage Areabased on 3D City Model
WANG Zheng y uan 1, MI Xin w u 1, CH ANG Zhao xuan 2
(1T he Urban D esig n I nstitute of W uhan Univ. , Wuhan 430072, China; 2The Shiy an Electric Pow er Design I nstitute, Wuhan 430081, China)
Abstract:Sev eral H ertzian Waves T ransmit Wastage Forecast M odels are used to forecast the cov erag e are a of the basestations in the 3D City Mo del and m akes em ulate experim ent in OGRE. Based on the authen ticity o f the data fr om 3D City M odel, the coverage area m easured from the em ulation is ex act and credible, w hich can provide infer ence for M obile Phone Department to cho ose the positions of the stations. Keywords:mobile co mmunication; base statio n location; coverage ar ea; 3D city model
[责任编辑:张岩芳]