多点局域网无线通讯效果评估的计算机仿真方法

摘要

本发明公开了一种多点局域网无线通讯效果评估的计算机仿真方法，该方法在确定无线信号特性、天线特性以及障碍物特性参数基础上，通过VC编程建立多点通讯工况三维仿真模型，然后，利用无线信号在自由空间或穿透障碍物的传输模型，以及无线信号传输的覆盖方向，对该局域网内多点通讯效果进行评估，从而辅助工程技术人员对复杂工况下无线信号传输效果的评估，并进行天线选择以及配置。本发明方法利用计算机三维仿真直观地向用户提供对局域网信号传输效果，方便用户对多点通讯系统进行天线的配置与选型，从而辅助工程技术人员的工作。

主权项

一种多点局域网无线通讯效果评估的计算机仿真方法，其特征在于：该方法按照以下步骤实施：步骤1、建立三维仿真环境，用VC编写仿真软件，通过参数设置实现多点通讯局域网工况的可编程，利用图形向用户展示多点通讯局域网工况，展示无线信号传输途径，具体包括以下步骤：步骤1.1）设置局域网中无线通讯点的参数确定局域网中通讯点的数量、每个通讯点的位置以及每个通讯点无线信号的参数以及通讯点发送信号功率、接收信号灵敏度，各个通讯点的位置参数为(xt，yt，zt,θxt,θyt,θzt)，其中(xt，yt，zt)代表通讯点的空间位置；（θxt,θyt,θzt）代表通讯点使用天线的安装空间姿态即天线的放置方向；无线信号的参数为信号的频率；通讯点发送或接收信号灵敏度S，用负数表示，单位为dBm；通讯点发送信号功率，用正数表示，单位为dBm表示；步骤1.2）设置天线特性参数设置发送增益以及天线波瓣分布，R为发送天线的增益；步骤1.3）设置局域网工况中的障碍物参数采用矩形体模拟障碍物，矩形体的几何参数用长L、宽W、高H表示；障碍物的位姿用（xz,yz,zz,θzz）表示，其中θzz代表障碍物在水平面的转角；xz,yz,zz代表障碍物在传输空间中的位置，另外，采用Ay代表障碍物对无线信号的衰减性能；步骤1.4）根据上述通讯点以及障碍物的位姿，利用VC三维图形技术，建立三维仿真模型；步骤2、对信号的传输能量以及无线信号覆盖范围进行评估，具体按照以下步骤实施：步骤2.1）评估局域网内任意点对点的通讯效果2.11）确定点对点无线信号传输的能量损耗在点对点传输中，无线信号能量损耗主要包括如下两部分：Los＝Los1+Los2，其中，Los1为信号在点对点自由空间传输中的能量损耗；Los2为信号穿越障碍物时的能量损耗；通信距离与发射功率、接收灵敏度和工作频率有关，表达式为：[Los1](dB)=32.44+20lgd(Km)+20lgf(MHz)，（1）式（1）中的d为传输距离，单位为Km，频率f的单位为MHz；其次，将障碍物虚拟为一个立方体，它在通讯局域网环境下的位姿由(xz,yz,zz,θzz)确定，因此，在判断两通讯点之间的空间连线是否穿过障碍物时，先将障碍物以及通讯点之间的空间连线投影到XZ平面，判断平面内两线段是否有交点，然后判断高度y方向是否可能相交，设两通讯点为A、B，障碍物为Z，在XZ平面投影AB之间的连线为信号的通讯方向，该连线方程式为：z=ktx+bt；(xtA≤x≤xtB)                （2）其中， k t = z tB - z tA x tB - x tA ; b t = ( z tB + z tA ) - k ( x tB + x tA ) 2 ; 障碍物在XZ平面投影线段方程式为：z＝kzx+bz；(xz≤x≤(xz+Lcosθzz))，    （3）其中，kz=tgθzz；bz＝zz‑tgθzz*xz；L为障碍物长；θzz为障碍物角度；如果XZ平面内线段方程式（2）与方程式（3）无交点，则障碍物对A、 B两点之间的通讯没有阻碍；如果XZ平面内线段方程式（2）与方程式（3）有交点(xm,zm)，然后将该点投影到A、B通讯点空间连线上，得到该点的高度ym；如果ym≤H，H为障碍物高，障碍物对A、B两点之间的通讯有阻碍；反之，如果ym≥H，障碍物对A、B两点之间的通讯无阻碍；在点对点通讯评估中，无线信号能否顺利被接收，要求发送信号的功率L必须满足下列条件，即：L+R‑S≥Los1+Los2，（4）满足上述条件表示两点之间无线信号能量能满足通讯要求；2.12）判断点对点无线信号的传输方向设通讯点A接收信号，在空间位置为（xtA,ytA,ztA），天线空间姿态为(0,0,0)；通讯点B发送信号，空间位置为（xtB,ytB,ztB），天线空间姿态为（0,0,θz）；根据空间位置，A与B之间的连线与水平面的夹角： θ AB = arctg y tB - y tA ( x tB - x tA ) 2 + ( z tB - z tA ) 2 , - - - ( 5 ) B点天线的垂直平面的波瓣角为θE，两实线BB1以及BB2之间夹角为θE，当θAB满足：(θz‑θE/2)≤θAB≤(θz+θE/2)，（6）则接收点A在发送点B的信号覆盖范围，接收点A与发送点B之间的通讯是可行的；否则，接收点A与发送点B之间不能进行通讯；步骤2.2）评估仿真工况所有点的通讯效果按步骤2.1，重复计算工况中两两通讯点的通讯效果，得出所有点相互之间通讯效果的评估结果。