專利名稱：一種輕軌沿線道路傳感器網絡路徑損耗模型建立方法
技術領域：
本發(fā)明涉及傳感器網絡信道建模技術領域，特別是涉及一種輕軌沿線道路傳感器網絡路徑損耗模型建立方法。
背景技術：
傳感器網絡是一種新生的信息網絡系統(tǒng)，它作為物物互聯(lián)的重要支撐技術，將為移動通信帶來全新的業(yè)務，在智能交通、軍事偵察、公共安全、工業(yè)監(jiān)控、精準農業(yè)、環(huán)境監(jiān)控、醫(yī)療衛(wèi)生、智能家居等領域具有巨大的應用價值，將能為經濟發(fā)展與和諧社會建設提供強大助力。
在具體的應用環(huán)境中布設傳感器網絡，需要得到該環(huán)境下的實際無線信道模型。而路徑損耗模型是無線信道模型的主體部分。對于地表低空的傳感器網絡來說，傳統(tǒng)蜂窩路徑損耗模型如自由模型、地面反射模型、Hata模型、Cost模型，由于使用條件不同，導致傳統(tǒng)蜂窩路徑損耗模型不一定適用于傳感器網絡。因此，為了不影響傳感器網絡的設計效果，需實地環(huán)境下進行傳感器網絡路徑損耗傳播特性的測試，并分析數(shù)據(jù)，依據(jù)一定的算法得到合適的路徑損耗模型。軌道交通是城市現(xiàn)代化發(fā)展的標志之一。采用傳感器網絡與傳統(tǒng)方法相結合，可以更好的實現(xiàn)軌道交通的智能和安全管理，為城市建設和現(xiàn)代化向前一步發(fā)展提供了重要保障。現(xiàn)有技術中有做過基于室內、地下、水下以及野外環(huán)境下的傳感器網絡路徑損耗模型的測試，但尚未在典型城市環(huán)境下進行。由于不同環(huán)境下傳感器網絡信道傳播特性各不一樣。因此，針對實際應用需求，亟需一種輕軌沿線道路傳感器網絡路徑損耗模型的建立及方法。
發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種輕軌沿線道路傳感器網絡路徑損耗模型建立方法，可為該環(huán)境下的無線傳感器網絡的設計提供重要依據(jù)。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是提供一種輕軌沿線道路傳感器網絡路徑損耗模型建立方法，包括以下步驟
(I)布設收發(fā)節(jié)點，在百米范圍之內實地采集輕軌沿線環(huán)境中接收端無線信號的功率大小，得到真實反映路徑損耗傳播特性的測量數(shù)據(jù)；(2)根據(jù)所得數(shù)據(jù)觀察樣本分布走勢，選取與樣本分布走勢相接近的模型采用最小二乘法進行回歸處理，得到模型；(3)將得到的模型與各種路徑損耗模型進行比較，選取性能最佳的模型。所述步驟(I)還包括以下子步驟(11)在輕軌沿線道路環(huán)境中布設收發(fā)節(jié)點；(12)選定發(fā)射信號的指標中心頻率、調制方式、符號速率、帶寬以及發(fā)射功率；
(13)確定數(shù)據(jù)測量采集的方式，選取待測定信號數(shù)據(jù)接收測試點位置；(14)采集各個測試點的測量數(shù)據(jù)。所述步驟(13)中選取待測定信號數(shù)據(jù)接收測試點位置如下收發(fā)天線距離在O Im階段，每O. 25米選取一測試點，在I IOm階段，每O. 5米選取一測試點，在10 30m階段，每I米選取一測試點，在30 70m階段，每2米選取一測試點，在70 IOOm階段，每3米選取一測試點。所述步驟(14)中所述節(jié)點的收發(fā)天線處于靜止狀態(tài)。所述步驟(14)中各個測試點連續(xù)采集兩百次，取平均值作為該測試點的測試值。所述步驟(3)中的各種路徑損耗模型包括自由模型、地面反射模型、Hata模型、 Cost模型、單折線對數(shù)距離模型和雙折線對數(shù)距離模型。有益效果由于采用了上述的技術方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果由于在近距離時，信號對距離變化衰減有明顯起伏，本發(fā)明數(shù)據(jù)測量采集方式近距離時步進小，隨著距離增大，逐漸增大步進距離，所測數(shù)據(jù)能更加真實反應軌道交通沿線的信道傳播特性。在測試過程中，輕軌沿線道路車輛的來往以及輕軌列車對信號會產生突變影響，為了降低這種突變的小尺度衰落影響，本發(fā)明對每個測試點連續(xù)測量二百次，取其平均值，作為該測試點的測量值。本發(fā)明為了避免盲目套用各種現(xiàn)有傳統(tǒng)模型對數(shù)據(jù)進行分析，在分析之前先觀察樣本走勢圖，然后再選取相近模型進行擬合，這樣不但能大大減少工作量，同時能更好的把握選取模型的方向性。本發(fā)明采用最小二乘法對數(shù)據(jù)進行回歸擬合，使得擬合數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)之間誤差的平方和為最小，很大程度的保證了擬合曲線逼近實際樣本數(shù)據(jù)。
圖I是本發(fā)明的實現(xiàn)過程原理圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。本發(fā)明的實施方式涉及一種輕軌沿線道路傳感器網絡路徑損耗模型建立方法，包括以下步驟(1)布設收發(fā)節(jié)點，在百米范圍之內實地采集輕軌沿線環(huán)境中接收端無線信號的功率大小，得到真實反映路徑損耗傳播特性的測量數(shù)據(jù)；(2)根據(jù)所得數(shù)據(jù)，觀察樣本分布走勢，選取與樣本分布走勢相接近的模型采用最小二乘法進行回歸處理，得到模型；
(3)將得到的模型與各種路徑損耗模型進行比較，選取性能最佳的模型。如圖I所示，具體步驟如下I)在輕軌沿線道路環(huán)境中，發(fā)射端采用信號發(fā)生器(Agilent E4438C)，選取中心頻點為780MHZ，調制方式為JI/4DQPSK，符號速率為175kbps，帶寬為240KHZ，發(fā)射功率為IOdBm0接收端采用手持式頻譜分析儀(H600)進行接收顯示，收發(fā)天線均為λ/4單極全向天線，天線高度均為45cm。確定數(shù)據(jù)測量采集的方式，選取待測定信號數(shù)據(jù)接收測試點位置收發(fā)天線距離在O Im內時，選取O. Im,O. 25m,O. 5m,O. 75m四個點，在I IOm內采用O. 5m的測量步進，SP 選取 I. 5m、2m、2. 5m、3m、3. 5m、4m、4. 5m、5m、5. 5m、6m、6. 5m、7m、7. 5m、8m、8. 5m、9m、9. 5m、IOm ;在 10 30m 內時，米用 Im 的步進，即 11m、12m、13m、14m、15m、16m、17m、18m、19m、20m、21m、22m、23m、24m、25m、26m、27m、28m、29m、30m ;在 30 70m 內時，米用 2m 的步進，32m、34m、36m、38m、40m、42m、44m、46m、48m、50m、52m、54m、56m、58m、60m、62m、64m、66m、68m、70m ；在 70 100m 內時，采用 3111的步進，73111、76111、79111、82111、85111、88111、91111、94111、97111、100111。由于在近距離時，信號對距離變化衰減有明顯起伏，本發(fā)明數(shù)據(jù)測量采集方式近距離時步進小，隨著距離增大，逐漸增大步進距離，所測數(shù)據(jù)能更加真實反應軌道交通沿線的信道傳播特性。采用手持式頻譜分析儀(H600)進行采集各個測試點的測量數(shù)據(jù)，每個測試點連續(xù)采集兩百次數(shù)據(jù)，取平均值作為該點的測試值，在測試時保持收發(fā)天線處于靜止狀態(tài)。在測試過程中，輕軌沿線道路車輛的來往以及輕軌列車對信號會產生突變影響，為了降低這種突變的小尺度衰落影響，本發(fā)明對每個測試點連續(xù)測量二百次，取其平均值，作為該測試 點的測量值。2)使用Matlab軟件，觀察測量樣本對數(shù)距離分布走勢圖；發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)走勢與雙折線對數(shù)距離模型比較接近，使用最小二乘法對數(shù)據(jù)進行回歸處理，得到雙折線模型的參數(shù)，兩段折線的斜率，及損耗因子分別為2. 2764與2. 9386。由此可見，本發(fā)明為了避免盲目套用各種現(xiàn)有傳統(tǒng)模型對數(shù)據(jù)進行分析，在分析之前先觀察樣本走勢圖，然后再選取相近模型進行擬合，這樣不但能大大減少工作量，同時能更好的把握選取模型的方向性。本發(fā)明采用最小二乘法對數(shù)據(jù)進行回歸擬合，使得擬合數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)之間誤差的平方和為最小，很大程度的保證了擬合曲線逼近實際樣本數(shù)據(jù)。3)與其他模型進行比較。自由空間模型、地面反射模型、Hata模型與Cost模型擬合結果與實際樣本數(shù)據(jù)偏差較大。單折線對數(shù)距離模型對樣本數(shù)據(jù)整體能較好擬合，但對部分數(shù)據(jù)擬合較差，沒有雙折線模型效果好，而且其回歸剩余標準差比雙折線模型要大O. 54。4)最終選擇雙折線對數(shù)距離模型作為路徑損耗模型。不難發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明采用合理數(shù)據(jù)測量采集方式和多次測量取平均值，采集的數(shù)據(jù)能全面真實的反映具體環(huán)境下的信道傳播特性；采用先觀察樣本分布然后再選取相似的模型進行擬合，能更好更快的模型對數(shù)據(jù)進行擬合，大大減少了工作量。
權利要求
1.一種輕軌沿線道路傳感器網絡路徑損耗模型建立方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)布設收發(fā)節(jié)點，在百米范圍之內實地采集輕軌沿線環(huán)境中接收端無線信號的功率大小，得到真實反映路徑損耗傳播特性的測量數(shù)據(jù)； (2)根據(jù)所得數(shù)據(jù)觀察樣本分布走勢，選取與樣本分布走勢相接近的模型采用最小二乘法進行回歸處理，得到模型； (3)將得到的模型與各種路徑損耗模型進行比較，選取性能最佳的模型。
2.根據(jù)權利要求I所述的輕軌沿線道路傳感器網絡路徑損耗模型建立方法，其特征在于，所述步驟(I)還包括以下子步驟 (11)在輕軌沿線道路環(huán)境中布設收發(fā)節(jié)點； (12)選定發(fā)射信號的指標中心頻率、調制方式、符號速率、帶寬以及發(fā)射功率； (13)確定數(shù)據(jù)測量采集的方式，選取待測定信號數(shù)據(jù)接收測試點位置； (14)采集各個測試點的測量數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權利要求2所述的輕軌沿線道路傳感器網絡路徑損耗模型建立方法，其特征在于，所述步驟(13)中選取待測定信號數(shù)據(jù)接收測試點位置如下收發(fā)天線距離在O Im階段，每O. 25米選取一測試點，在I IOm階段，每O. 5米選取一測試點，在10 30m階段，每I米選取一測試點，在30 70m階段，每2米選取一測試點，在70 IOOm階段，每3米選取一測試點。
4.根據(jù)權利要求2所述的輕軌沿線道路傳感器網絡路徑損耗模型建立方法，其特征在于，所述步驟(14)中所述節(jié)點的收發(fā)天線處于靜止狀態(tài)。
5.根據(jù)權利要求2所述的輕軌沿線道路傳感器網絡路徑損耗模型建立方法，其特征在于，所述步驟(14)中各個測試點連續(xù)采集兩百次，取平均值作為該測試點的測試值。
6.根據(jù)權利要求I所述的輕軌沿線道路傳感器網絡路徑損耗模型建立方法，其特征在于，所述步驟(3)中的各種路徑損耗模型包括自由模型、地面反射模型、Hata模型、Cost模型、單折線對數(shù)距離模型和雙折線對數(shù)距離模型。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種輕軌沿線道路傳感器網絡路徑損耗模型建立方法，包括以下步驟布設收發(fā)節(jié)點，在百米范圍之內實地采集輕軌沿線環(huán)境中接收端無線信號的功率大小，得到真實反映路徑損耗傳播特性的測量數(shù)據(jù)；根據(jù)所得數(shù)據(jù)，觀察樣本分布走勢，選取與樣本分布走勢相接近的模型采用最小二乘法進行回歸處理，得到模型；將得到的模型與各種路徑損耗模型進行比較，選取性能最佳的模型。本發(fā)明采用合理數(shù)據(jù)測量采集方式和多次測量取平均值，采集的數(shù)據(jù)能全面真實的反映具體環(huán)境下的信道傳播特性。
文檔編號H04B17/00GK102739329SQ20121020982
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月25日 優(yōu)先權日2012年6月25日
發(fā)明者張 誠, 朱建鋼, 王營冠, 田文強, 羅炬鋒, 高丹 申請人:中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所