室内无线信道模型确定方法及装置

摘要

本发明公开了一种室内无线信道模型确定方法，获取桌椅反射无线信号时对信号强度的吸收率，和/或，获取无线信号透射墙体后墙体对信号强度的吸收率；所述方法还包括：确定终端设备发射的无线信号到达室内各处无线信号所经历的桌椅反射次数和/或透射墙体次数，以所确定反射次数和/或透射次数，以及对应的吸收率，进一步确定室内各处无线信道的信号强度模型。本发明同时公开了一种室内无线信道模型确定装置。本发明可准确快捷地确定出室内无线信道的信号强度模型。实现了对建模的简化，所确定的信号强度模型准确实用。

说明书

技术领域

本发明涉及室内无线信道建模技术，尤其涉及一种室内无线信道模型确定 方法及装置。

背景技术

20世纪90年代宽带无线接入技术的发展非常迅速，以本地多点分配系统 (LMDS，Local Multipoint Distribution Services)和多信道多点分配为代表的无 线技术的市场定位为小型办公室(SOHO)、中/小企业、城市商业中心等用户。 具体的应用如用户室内设备(CPE，Customer Premise Equipment)，家庭基站 (HNB，Home NodeB)等场景。

1999年，电气和电子工程师协会(IEEE，Institute of Electrical and Electronics Engineers)成立了802.16工作组来专门研究宽带无线接入技术规范，目标是要 建立一个全球统一的宽带无线接入标准。目前IEEE802.16主要提及两个标准： 802.16-2004即802.16d的固定宽带无线接入标准和802.16e的支持移动特性的 宽带无线接入标准。IEEE 802.16d规范了固定接入下用户终端同基站系统之间 的空中接口，主要定义了空中接口的物理层和媒体接入控制(MAC，Medium Access Control)层。802.16e标准的最大特点在于对移动性的支持。该标准规定 了可同时支持固定和移动宽带无线接入系统，工作在小于6GHz适宜于移动性 的许可频段，可支持用户终端以车辆速度移动，同时802.16d规定的固定无线 接入用户能力并不因此受到影响。Wi-Fi全称Wireless Fidelity，又称802.11b标 准，它的最大优点就是传输速度较高，可以达到11Mbps，同属于在办公室和家 庭中使用的短距离无线接入技术。

CPE是指位于终端用户驻地的设备，现通常叫做用户终端设备，属于终端 设备的一种类型；CPE不像USB加密狗(USB dongle)、PC(PCMCIA，Personal Computer Memory Card International Association)卡等那样有标准的接口定义， 而是只有标准接口的一种或几种，形态可根据应用场景灵活定义。能提供电话 或其它服务。电话机、有线电视机顶盒和数字用户线路(DSL，Digital Subscriber Line)路由器是最为常见的例子。它主要就是应用上述无线电标准来建立客户 端设备网络，支持移动宽带无线接入。

现在的CPE，服务已从单一的语音发展到数据、视频等多媒体应用领域， 从有线接入及光纤接入发展到了无线接入，应用的网络包括电信、广电、Internet 等，网络电视(IPTV，Internet Protocol Television)、网络电话(VoIP，Voice over Internet Protocol)已逐步成为宽带CPE的普通功能。宽带CPE正从调制解调器 主导型向网关主导型转移，CPE已发展为功能全面的网关，至少能支持后端可 管理家庭网络。

最初的LMDS是作为“最后一公里”解决方案而提出来的，由于现有CPE 的成本还偏高，因此不适合于单独个人用户使用。其主要定位为：LMDS宽带 固定无线接入技术适合于校园、网吧、多层住宅、新建住宅小区和人口密度大 的都市等特定区域内应用。或者针对企业用户和集团用户。面向宽带数据综合 业务。由于LMDS宽带固定无线接入能提供较高的带宽和综合的业务处理能力， 在提供数据接入业务的同时还可以提供宽带数据综合应用。

CPE的应用类型通常可分为包括室内型和室外型。室外型包括室外单元 (ODU，Outdoor Unit)和室内单元(IDU，Indoor Unit)，ODU及IDU通过特 定的方式连接。CPE适合固定应用，通常是将室外单元置于室外的屋顶等场所， 由于采用高增益的定向天线，在发射功率较低的情况下，也能达到较长的传输 距离，在视距和非视距的情况下均能达到较好的传输效果。室内型CPE一般置 于桌面，外形结构可根据用户和设备生产商的定义，样式非常多。大体分为立 式和卧式。

由此可见，CPE的应用场景中，室内场景占据了重要的部分。因为不管CPE 置于室内还是室外，都存在室内单元，都有重要部分需要在室内工作。

室外传播模型的发展已经经历了漫长的时期，且已形成一些公知的，广泛 应用的模型，如Hata模型，Cost模型等。相比之下，室内信道模型由于其成千 上万各不相同的室内环境和复杂的无线电传播路径，发展一直相对缓慢。室内 环境的多样性在于：各个房间的大小各不相同，室内器件摆设和位置各不相同； 室内物体的材料各不相同；被考察物体置于室内的位置各不相同。这些因素决 定了无线电辐射会在室内进行反射、折射、衍射和散射等，从而导致路径和信 号强度各不相同。

由于室内环境的复杂性，室内无线电模型的构建一直是无线研究中的重点 和难点。目前，尚未有较佳的室内无线电模型供参考或使用的。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种室内无线信道模型确定方法及 装置，能准确快捷地建立室内无线信道的信号强度模型。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种室内无线信道模型确定方法，获取桌椅反射无线信号时对信号强度的 吸收率，和/或，获取无线信号透射墙体后墙体对信号强度的吸收率；所述方法 还包括：

确定终端设备发射的无线信号到达室内各处无线信号所经历的桌椅反射次 数和/或透射墙体次数，以所确定反射次数和/或透射次数，以及对应的吸收率， 进一步确定室内各处无线信道的信号强度模型。

优选地，所述获取桌椅反射无线信号时对信号强度的吸收率具体为：

以各种材质的桌椅反射无线信号时的信号强度吸收率的平均值作为建立信 号强度模型用的吸收率；

或者，设置吸收率的级别，为每一级别的吸收率设置相应的吸收率数值； 计算出各种材质的桌椅反射无线信号时的信号强度吸收率数值，并按所计算出 的吸收率数值确定所述各种材质的桌椅对应的吸收率级别。

优选地，所述获取无线信号透射墙体后墙体对无线信号的吸收率具体为：

以无线信号透射各种墙体后所述各种墙体对信号强度的吸收率的平均值作 为建立信号强度模型用的吸收率；

或者，设置吸收率的级别，为每一级别的吸收率设置相应的吸收率数值； 计算出无线信号透射各种墙体后所述各种墙体对信号强度的吸收率数值，并按 所计算出的吸收率数值确定所述各种墙体对应的吸收率级别。

优选地，桌椅反射无线信号时对信号强度的吸收率为a，无线信号透射墙 体后墙体对信号强度的吸收率b；所述确定室内某处无线信道的信号强度模型 具体为：E×(1-a)ⁿ×(1-b)^m；其中，E为所述终端设备所发射无线信号时的 信号强度；n为所述终端设备的无线信号到达室内某处所经历的桌椅反射次数， 未经桌椅反射时n为0；m为所述终端设备的无线信号到达室内某处所经历的 透射墙体的次数，未透射墙体时m为0。

优选地，所述方法还包括：

进一步确定无线信号经玻璃折射时对信号强度的吸收率c，确定所述终端 设备发射的无线信号到达室内某处无线信号所经历的经玻璃折射次数p；

所述确定室内某处无线信道的信号强度模型具体为：E×(1-a)ⁿ×(1-b)^m× (1-c)^p，未经玻璃折射时p为0。

优选地，所述方法还包括：

进一步确定无线信号经墙体反射时对信号强度的吸收率d，确定所述终端 设备发射的无线信号到达室内某处无线信号所经历的墙体反射次数q；

所述确定室内某处无线信道的信号强度模型具体为：E×(1-a)ⁿ×(1-b)^m× (1-c)^p×(1-d)^q，未经墙体反射时q为0。

一种室内无线信道模型确定装置，包括获取单元、第一确定单元和第二确 定单元；其中，

获取单元，用于获取桌椅反射无线信号时对信号强度的吸收率，和/或无线 信号透射墙体后墙体对信号强度的吸收率；

第一确定单元，用于确定终端设备发射的无线信号到达室内各处无线信号 所经历的桌椅反射次数和/或透射墙体次数；

第二确定单元，用于以所述第一确定单元所确定反射次数和/或透射次数， 以及对应的吸收率，进一步确定室内各处无线信道的信号强度模型。

优选地，所述获取单元进一步包括计算子单元和确定子单元；其中，

计算子单元，用于计算各种材质的桌椅反射无线信号时的信号强度吸收率； 或计算无线信号透射各种墙体后所述各种墙体对信号强度的吸收率；

确定子单元，以所述计算子单元所计算的吸收率的平均值作为建立信号强 度模型用的吸收率。

优选地，所述获取单元进一步包括设置子单元、计算子单元、确定子单元 和获取子单元；其中，

设置子单元，用于设置吸收率的级别，为每一级别的吸收率设置相应的吸 收率数值；

计算子单元，用于计算出各种材质的桌椅反射无线信号时的信号强度吸收 率数值，或计算无线信号透射各种墙体后所述各种墙体对信号强度的吸收率数 值；

确定子单元，按所计算出的吸收率数值确定所述各种材质的桌椅或所述各 种墙体对应的吸收率级别；

获取子单元，用于以具体的桌椅或墙体确定对应的吸收率。

优选地，桌椅反射无线信号时对信号强度的吸收率为a，无线信号透射墙 体后墙体对信号强度的吸收率b；所述第二确定单元确定室内某处无线信道的 信号强度模型为：E×(1-a)ⁿ×(1-b)^m；其中，E为所述终端设备所发射无线 信号时的信号强度；n为所述终端设备的无线信号到达室内某处所经历的桌椅 反射次数，未经桌椅反射时n为0；m为所述终端设备的无线信号到达室内某 处所经历的透射墙体的次数，未透射墙体时m为0。

优选地，所述第一确定单元进一步确定无线信号经玻璃折射时对信号强度 的吸收率c，确定所述终端设备发射的无线信号到达室内某处无线信号所经历 的经玻璃折射次数p；

所述第二确定单元进一步确定室内某处无线信道的信号强度模型具体为： E×(1-a)ⁿ×(1-b)^m×(1-c)^p，未经玻璃折射时p为0。

优选地，所述第一确定单元进一步确定无线信号经墙体反射时对信号强度 的吸收率d，确定所述终端设备发射的无线信号到达室内某处无线信号所经历 的墙体反射次数q；

所述第二确定单元进一步确定室内某处无线信道的信号强度模型具体为： E×(1-a)ⁿ×(1-b)^m×(1-c)^p×(1-d)^q，未经墙体反射时q为0。

本发明中，通过获取室内各设置物品对无线信号的信号强度的吸收率，进 一步确定终端设备发射的无线信号到达室内各处时，无线信号所经历的各设置 物品状况，即可准确快捷地确定出室内无线信道的信号强度模型。本发明实现 了对建模的简化，所确定的信号强度模型准确实用。

附图说明

图1为CPE置于房间内的无线信号路径示意图；

图2为CPE置于房间外的无线信号路径示意图；

图3为本发明室内无线信道模型确定装置的组成结构示意图。

具体实施方式

本发明的基本思想为，通过获取室内各设置物品对无线信号的信号强度的 吸收率，进一步确定终端设备发射的无线信号到达室内各处时，无线信号所经 历的各设置物品状况，例如无线信号经桌椅或墙体的反射，透射过墙体等，本 发明只要确定出经反射或透射的次数，即可确定出室内各处的无线信号的信号 强度的模型。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举实施例并参照 附图，对本发明进一步详细说明。

本发明主要是针对CPE建立信号强度模型而言的，CPE主要是应用于写字 楼、企业等集团用户，其应用环境主要是室内。具体到室内，每个房间的设施 及物品摆放的位置都不一样，有些桌椅摆放比较密集，有些比较松散。但总体 来说，室内的无线电干扰主要来自室内的桌椅、玻璃、墙等的反射、折射，衍 射和散射。桌椅产生的主要是反射，玻璃产生反射和折射，墙面在这种情况下 也主要是反射。CPE发射的无线信号的传播路径随这些物体的不同的摆放位置 的不同而各不相同。假如室内空间比较大时，相对比较空旷，无线信号传播的 干扰相对较小，假如室内空间比较小，物体布置比较密集，则无线信号传播干 扰相对较大，较难评估。

图1为CPE置于房间内的无线信号路径示意图，如图1所示，作为在小型 办公室、中小企业、城市商业中心应用的CPE，在置于室内的情况下，最主要 的是桌椅、墙体及玻璃等产生的反射和折射等。

本发明的室内无线信道模型确定方法，首先需要获取桌椅反射无线信号时 对信号强度的吸收率，无线信号透射墙体后墙体对信号强度的吸收率，以及无 线信号经玻璃折射时对信号强度的吸收率。这里，可以通过以下方式确定上述 吸收率。

以各种材质的桌椅反射无线信号时的信号强度吸收率的平均值作为建立信 号强度模型用的吸收率；这里，可以对各种材质的桌椅在反射无线信号时测定 其对无线信号的吸收率；或者，通过相关的手册查找出已测量的各种材质的桌 椅在反射无线信号时对信号强度的吸收率。本领域技术人员应当理解，通过相 关的仿真系统或专用的测量手段，确定出各种桌椅在反射无线信号时对无线信 号的吸收率是容易实现的。本发明不再赘述确定各材质桌椅对无线信号吸收率 的实现细节。

或者，设置吸收率的级别，为每一级别的吸收率设置相应的吸收率数值； 计算出各种材质的桌椅反射无线信号时的信号强度吸收率数值，并按所计算出 的吸收率数值确定所述各种材质的桌椅对应的吸收率级别。这种方式，相当于 按材质建立桌椅吸收率的对照表，即将对无线信号吸收率差别不大的材质归为 一组，对于归为一组的桌椅，使用相同的吸收率数值。

对于墙体的反射，以各种墙体反射无线信号时的信号强度吸收率的平均值 作为建立信号强度模型用的吸收率；或者，设置吸收率的级别，为每一级别的 吸收率设置相应的吸收率数值；计算出各种墙体反射无线信号时的信号强度吸 收率数值，并按所计算出的吸收率数值确定所述各种材质的桌椅对应的吸收率 级别。一般而言，各种墙体对无线信号的反射情况基本相同，可以普通墙体反 射无线信号时对无线信号的吸收率作为各种墙体对无线信号的吸收率。

对于玻璃，由于各种玻璃对无线信号的吸收率较低，可以不必按玻璃材质 的不同而差异化处理。可以将普通玻璃对无线信号的吸收率作为各种材质玻璃 对无线信号的吸收率。

假设CPE所发射的无线信号强度为E，桌椅反射无线信号时对无线信号的 吸收率为a，如图1所示，桌椅附近的用户终端接收到的无线信号的信号强度 将为E×(1-a)。即认为桌椅附近的移动终端接收到的无线信号是经过了桌椅的 一次反射。图1为最简化的室内信道模型，阴影部分桌子为一排。较复杂的如 无线信号所经历的路径中需经桌椅反射两次以上时，如反射n次时，对应室内 无线信号的信号强度将为E×(1-a)ⁿ。

当上述的无线信号还需经墙体反射或需透射过玻璃时，只要确定出经墙体 反射时墙体对无线信号的信号强度的吸收率以及透射过玻璃时玻璃对无线信号 的吸收率，即可轻易地确定出室内各处的信号强度的模型。

假设无线信号经玻璃折射时对信号强度的吸收率c，确定所述CPE发射的 无线信号到达室内某处无线信号所经历的经玻璃折射次数p；确定无线信号经 墙体反射时对信号强度的吸收率d，确定所述CPE发射的无线信号到达室内某 处无线信号所经历的墙体反射次数q；

所述确定室内各处无线信道的信号强度模型具体为：E×(1-a)ⁿ×(1-c)^p× (1-d)^q。其中，未经桌椅反射时n为0，未经玻璃折射时p为0，未经墙体反 射时q为0。

本发明仅需确定出室内某处的无线信号所经历的物品及可能的次数即可， 无线信号经过某物品的反射或透射某物体后，确定出相应物体对无线信号的吸 收率，然后通过上述的强度模型，即可确定出室内任意一处的信号强度。

当CPE置于房间外时。这种情况下无线信号的干扰主要在通过墙体时，以 及无线信号遭遇的折射和衍射。这样透过墙体发送到墙另一边的房间之后的无 线电波就弱得多了。再加上房间内的设施千变万化。但总体来说，室内的无线 电干扰与CPE直接置于室内的情况一样，主要来自室内的桌椅、墙体、玻璃等 的反射、折射，衍射和散射等。桌椅产生的主要是反射，玻璃产生反射和折射， 墙面在这种情况下也主要是反射。无线信号的传播路径由于这些物体的摆放位 置不同而各不相同。

图2为CPE置于房间外的无线信号路径示意图，如图2所示，CPE置于房 间外，因此，对于室内的无线信号，主要是CPE发射的无线信号首先透射过墙 体，进入室内后其信号强度模型与上述室内的无线信号强度模型的确定方式完 全相同。

与前述确定图1情形下的室内无线信道模型的方法相同，本示例也是首先 确定出室内各种材质对无线信号的吸收率，通过所确定的各吸收率，以及CPE 发射的无线信号到达室内各处所经历的物体的次数，确定出室内某处的无线信 道的信号强度模型。

对于CPE置于房间外的情况，对于无线信号的影响，主要是无线信号透射 过墙体后墙体对无线信号的吸收。因此，需确定出无线信号透射墙体后，墙体 对无线信号的吸收率，具体确定方式如下：

以无线信号透射各种墙体后所述各种墙体对信号强度的吸收率的平均值作 为建立信号强度模型用的吸收率；或者，设置吸收率的级别，为每一级别的吸 收率设置相应的吸收率数值；计算出无线信号透射各种墙体后所述各种墙体对 信号强度的吸收率数值，并按所计算出的吸收率数值确定所述各种墙体对应的 吸收率级别。这里对墙体吸收率的确定方式与前述在对无线信号反射或折射时 确定对应物体对无线信号的吸收率的方式相同。不再赘述其实现细节。

假设桌椅反射无线信号时对信号强度的吸收率为a，无线信号透射墙体后 墙体对信号强度的吸收率b；则确定室内某处无线信道的信号强度模型具体为： E×(1-a)ⁿ×(1-b)^m；其中，E为所述CPE所发射无线信号时的信号强度；n 为所述CPE的无线信号到达室内某处所经历的桌椅反射次数，未经桌椅反射时 n为0；m为所述CPE的无线信号到达室内某处所经历的透射墙体的次数，未 透射墙体时m为0。

假设无线信号经玻璃折射时对信号强度的吸收率c，确定所述CPE发射的 无线信号到达室内某处无线信号所经历的经玻璃折射次数p；确定无线信号经 墙体反射时对信号强度的吸收率d，确定所述CPE发射的无线信号到达室内某 处无线信号所经历的墙体反射次数q；

所述确定室内各处无线信道的信号强度模型具体为：E×(1-a)ⁿ×(1-b)^m× (1-c)^p。其中，未经桌椅反射时n为0，未经玻璃折射时p为0。

假设无线信号经墙体反射时对信号强度的吸收率d，确定所述CPE发射的 无线信号到达室内某处无线信号所经历的墙体反射次数q；则室内某处无线信 道的信号强度模型具体为：E×(1-a)ⁿ×(1-b)^m×(1-c)^p×(1-d)^q，未经墙体 反射时q为0。

本发明中，也可以以上述同样的方式确定出HNB的室内无线信道的信号 强度模型。本发明不再赘述其确定过程。本发明中的终端设备可以是任何具有 信号发射能力的终端，并不限于CPE及HNB。

图3为本发明室内无线信道模型确定装置的组成结构示意图，如图3所示， 本发明室内无线信道模型确定装置包括获取单元30、第一确定单元31和第二 确定单元32；其中，

获取单元30，用于获取桌椅反射无线信号时对信号强度的吸收率，和/或无 线信号透射墙体后墙体对信号强度的吸收率；

第一确定单元31，用于确定CPE发射的无线信号到达室内各处无线信号所 经历的桌椅反射次数和/或透射墙体次数；

第二确定单元32，用于以第一确定单元31所确定反射次数和/或透射次数， 以及对应的吸收率，进一步确定室内各处无线信道的信号强度模型。

上述获取单元30进一步包括计算子单元(未图示)和确定子单元(未图示)； 其中，

计算子单元，用于计算各种材质的桌椅反射无线信号时的信号强度吸收率； 或计算无线信号透射各种墙体后所述各种墙体对信号强度的吸收率；

确定子单元，以所述计算子单元所计算的吸收率的平均值作为建立信号强 度模型用的吸收率。

上述获取单元30进一步包括设置子单元(未图示)、计算子单元(未图示)、 确定子单元(未图示)和获取子单元(未图示)；其中，

设置子单元，用于设置吸收率的级别，为每一级别的吸收率设置相应的吸 收率数值；

计算子单元，用于计算出各种材质的桌椅反射无线信号时的信号强度吸收 率数值，或计算无线信号透射各种墙体后所述各种墙体对信号强度的吸收率数 值；

确定子单元，按所计算出的吸收率数值确定所述各种材质的桌椅或所述各 种墙体对应的吸收率级别；

获取子单元，用于以具体的桌椅或墙体确定对应的吸收率。

桌椅反射无线信号时对信号强度的吸收率为a，无线信号透射墙体后墙体 对信号强度的吸收率b；第二确定单元32确定室内某处无线信道的信号强度模 型为：E×(1-a)ⁿ×(1-b)^m；其中，E为所述CPE所发射无线信号时的信号强 度；n为所述CPE的无线信号到达室内某处所经历的桌椅反射次数，未经桌椅 反射时n为0；m为所述CPE的无线信号到达室内某处所经历的透射墙体的次 数，未透射墙体时m为0。

第一确定单元31进一步确定无线信号经玻璃折射时对信号强度的吸收率 c，确定所述CPE发射的无线信号到达室内某处无线信号所经历的经玻璃折射 次数p；

第二确定单元32进一步确定室内某处无线信道的信号强度模型具体为：E× (1-a)ⁿ×(1-b)^m×(1-c)^p，未经玻璃折射时p为0。

第一确定单元31进一步确定无线信号经墙体反射时对信号强度的吸收率 d，确定所述CPE发射的无线信号到达室内某处无线信号所经历的墙体反射次 数q；

第二确定单元32进一步确定室内某处无线信道的信号强度模型具体为：E× (1-a)ⁿ×(1-b)^m×(1-c)^p×(1-d)^q，未经墙体反射时q为0。

本领域技术人员应当理解，本发明图3所示的室内无线信道模型确定装置 是为实现前述的室内无线信道模型确定方法而设计的，上述各处理单元的实现 功能可参照前述方法的相关描述而理解。图中的各处理单元的功能可通过运行 于处理器上的程序而实现，也可通过具体的逻辑电路而实现。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范 围。