劉超

摘 要：根據(jù)國際電信聯(lián)盟2015年的報(bào)告，全球仍有42億人無法接入網(wǎng)絡(luò)，消除數(shù)字鴻溝的任務(wù)艱巨。李克強(qiáng)總理在2016年政府工作報(bào)告里也明確提出中國將建成全球最大的4G網(wǎng)絡(luò)。但與此同時(shí)，巨大的建設(shè)量、超短的建設(shè)周期對(duì)無線仿真提出更高要求，而運(yùn)營商由于仿真失當(dāng)造成的損失常高達(dá)其年度預(yù)算近三成，而根因就在于在地勢(shì)復(fù)雜多變的廣覆蓋區(qū)域仿真精度不高。本研究從理論上探討利用頻譜掃描定位干擾源的方法來有效提升基于RSSI的位置感知的精度，以驅(qū)動(dòng)校正無線傳播模型，更高效地提升仿真精度，減輕因仿真精度低導(dǎo)致的在后期網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的資源浪費(fèi)。

關(guān)鍵詞：位置感知 廣覆蓋 無線仿真

中圖分類號(hào)：TP302 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）08（c）-0146-02

根據(jù)國際電信聯(lián)盟2015年的報(bào)告，全球仍有42億人口無法接入網(wǎng)絡(luò)，消除數(shù)字鴻溝的任務(wù)十分艱巨；國內(nèi)來看，截止2013年，三大主流電信業(yè)務(wù)運(yùn)營商已基本完成3G網(wǎng)絡(luò)的商用與優(yōu)化，并開始全面部署4G網(wǎng)絡(luò)，李克強(qiáng)總理在2016年政府工作報(bào)告里也明確提出中國將建成全球最大的4G網(wǎng)絡(luò)。但同時(shí)，巨大的設(shè)施建設(shè)量、超短的驗(yàn)收周期對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)仿真提出了更高要求。而有數(shù)據(jù)表明，移動(dòng)通信運(yùn)營商因無線網(wǎng)絡(luò)仿真失當(dāng)所造成的經(jīng)濟(jì)損失可高達(dá)該運(yùn)營商年度預(yù)算的近三成，其主因是傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)預(yù)測(cè)精度不高，特別是在地形復(fù)雜、地勢(shì)多變的廣覆蓋區(qū)域。

1 傳播環(huán)境與傳播模型

無線規(guī)劃是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的首要環(huán)節(jié)，是開展工程建設(shè)的基礎(chǔ)，它是一個(gè)系統(tǒng)性工作，規(guī)劃的最終目的是為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋和建設(shè)成本之間的平衡[1]。無線仿真的本質(zhì)就是在滿足運(yùn)營商建網(wǎng)性能指標(biāo)前提下利用有限的頻譜帶寬和最小的建網(wǎng)成本達(dá)到最大面積覆蓋、最優(yōu)資源效率和最小系統(tǒng)干擾。根據(jù)無線傳播環(huán)境的差異，目標(biāo)場(chǎng)景一般可以分為密集城區(qū)、普通城區(qū)、郊區(qū)和廣覆蓋區(qū)等四類，其中廣覆蓋區(qū)特指森林、山脈、沙漠等地區(qū)，這些區(qū)域地勢(shì)存在較大高差，無線信號(hào)傳播阻礙大，為這類區(qū)域提供較為準(zhǔn)確的無線仿真一直是較難課題。

而廣覆蓋區(qū)域無線仿真成敗的關(guān)鍵就在于無線傳播模型的校正，因?yàn)樵谠擃I(lǐng)域，雖然更為精確的傳播預(yù)測(cè)方法如射線跟蹤技術(shù)[2-3]等早已獲得深入研究，但經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ图捌湫Ｕ蚴褂贸杀镜?、?jì)算復(fù)雜度低等優(yōu)勢(shì)，仍然在無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中得到普遍使用。眾所周知，暴露的無線信號(hào)本質(zhì)上是電磁波，在傳播中受環(huán)境影響而損耗，這種損耗隨傳播距離而變大，遇到障礙物會(huì)自然衰落。而量化無線信號(hào)的損耗絕非易事，在工程實(shí)踐中常需建立數(shù)學(xué)模型來計(jì)算信道損耗，這就是傳播模型[4]。如適用于宏蜂窩的模型有Okumura模型、Hata模型等，還有適用于微蜂窩的模型如Manhattan Model、Feuerstein PCS等。

選擇了合適的傳播模型之后，在使用之前還必須經(jīng)過校正，而校正數(shù)據(jù)源于CW測(cè)試、路測(cè)和位置感知。而且，廣覆蓋區(qū)的用戶行為較為復(fù)雜且規(guī)律性較差，建筑物缺乏位置數(shù)據(jù)更新，因此位置感知是校正過程的關(guān)鍵輸入。

2 位置感知與位置計(jì)算

地理位置是地理學(xué)探討的常見范式之一，是地物與周圍環(huán)境要素互相作用的總和[5]。但地理位置在目前語義下已超出地理學(xué)的范疇，并在多學(xué)科與多技術(shù)的交叉融合中誕生很多全新的研究視角和科學(xué)問題，如位置感知與位置計(jì)算[6]。

位置計(jì)算是實(shí)現(xiàn)空間智能的關(guān)鍵技術(shù)，是指通過一種或多種定位系統(tǒng)獲取特定個(gè)體或物品的位置過程[7]，又可依據(jù)關(guān)鍵技術(shù)不同而分為室內(nèi)定位和室外定位，它以定位技術(shù)為基礎(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航和位置服務(wù)為目標(biāo)，已經(jīng)成功應(yīng)用于國土資源調(diào)查、精細(xì)農(nóng)業(yè)作業(yè)、車輛位置監(jiān)控導(dǎo)航、鐵道機(jī)車監(jiān)控、實(shí)時(shí)位移檢測(cè)等方面，并已成為智慧城市、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)行業(yè)的迫切需求和全球信息產(chǎn)業(yè)新競(jìng)爭的制高點(diǎn)。位置感知方法眾多，如美國的全球定位系統(tǒng)（Global Positioning system，GPS）[8]，以及基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)輔助的A-GPS、偽衛(wèi)星（Pseudolite）、無線局域網(wǎng)（WLAN）等解決方案。不同的位置感知技術(shù)各有其優(yōu)勢(shì)與缺陷：比如GPS，雖然可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地?zé)o縫覆蓋，但對(duì)民用領(lǐng)域的開放精度有限，而且衛(wèi)星本身就意味著巨額的部署成本和能量消耗，信號(hào)在地形復(fù)雜地勢(shì)多變的廣覆蓋區(qū)域也更容易被屏蔽，不適用本研究場(chǎng)景，因此需要研究衛(wèi)星定位以外的方式。目前，國家正大力建設(shè)無線基站、無線熱點(diǎn)等通信基礎(chǔ)設(shè)施，越來越多的手持設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施之間已實(shí)現(xiàn)日常通信，而這些設(shè)備之間也已實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。利用這些無線通信模塊，在提供數(shù)據(jù)服務(wù)的同時(shí)，借助終端RSSI（Receive d Signal Strength Indication）進(jìn)行定位，既方便又可節(jié)約大量成本，是本研究一種較為理想的定位方式。RSSI描述的是信號(hào)強(qiáng)度，然后依據(jù)場(chǎng)強(qiáng)結(jié)果來估算發(fā)射端和接收端的距離以實(shí)現(xiàn)定位。現(xiàn)階段基于RSSI的定位算法的主要問題是在廣覆蓋環(huán)境下接收端的RSSI容易受到外界干擾而不穩(wěn)定，所以導(dǎo)致定位誤差大，而造成干擾的原因較多，如輔助通信設(shè)備對(duì)無線信號(hào)的透?jìng)鳌１狙芯康闹饕繕?biāo)正是通過干擾源的有效定位找出誤差存在的具體原因，并通過實(shí)測(cè)與模擬修正基于RSSI的節(jié)點(diǎn)定位算法。這不但能實(shí)現(xiàn)較高精度的定位，同時(shí)也將優(yōu)化無線網(wǎng)絡(luò)的商用質(zhì)量。

3 高精度仿真驅(qū)動(dòng)模式

通過研究不同地域尺度、不同地勢(shì)高差、不同話務(wù)模型對(duì)仿真結(jié)果的影響，可建立廣覆蓋下基于修正RSSI的位置感知新方案，驅(qū)動(dòng)高精度無線仿真。同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)采用更便捷、經(jīng)濟(jì)的定位技術(shù)以達(dá)到該特定場(chǎng)景的無縫覆蓋，提升無線仿真平臺(tái)在廣覆蓋下的仿真精度，降低資源浪費(fèi)。下圖是本研究的驅(qū)動(dòng)模式圖。

4 結(jié)語

當(dāng)前，探索廣覆蓋環(huán)境下輔助通信設(shè)備對(duì)網(wǎng)絡(luò)和定位精度的影響，修正位置感知算法，反演傳播模型，驅(qū)動(dòng)無線覆蓋仿真，并綜合考慮通視域、用戶行為、話務(wù)分布等諸多因素進(jìn)行模型校正，建立可時(shí)空回溯的多尺度場(chǎng)強(qiáng)仿真數(shù)據(jù)庫，可以更高效地提升無線仿真的精度，減輕后期網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的資源浪費(fèi)。

參考文獻(xiàn)

[1] 沈嘉，索士強(qiáng).3GPP長期演進(jìn)（LTE）技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[2] 胡曉宇，劉元安.城市微蜂窩通信中場(chǎng)強(qiáng)預(yù)測(cè)的一種方法[J].北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，21（4）：79-82.

[3] Huang Yong ming，Lu Ying hua，XuLi，etal.I m provingahy bridmethodofin door propagation modeling for wireless communicationssy stems[J].The Journal of China Universities of Postsand Telecommunications，2003，10（3）：41-45.

[4] 吳志忠.移動(dòng)通信無線電波傳播[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[5] 胡兆亮.論地理位置.中原地理研究，1985（2）：9-16.

[6] 周成虎，朱欣焰，王蒙，等.全息位置地圖研究[J].科學(xué)進(jìn)展，2011，30（11）：1332.

[7] 劉瑜，肖昱，高松，等.基于位置感知設(shè)備的人類移動(dòng)研究綜述[J].地理與地理信息科學(xué)，2011，27（4）：8-13.

[8] McNeff J G.The Global Positioning System[J].IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，2002，50（3）：645-652.endprint