基于无线传播模型的室内分布系统信号外泄初探

2022-09-11

信号外泄能够在很大程度上降低用户的通信质量, 并且会为用户带来不必要经济损失, 所以需要采取相关措施防止这种现象的发生。而建模仿真能够很好地对信号传播和外泄情况进行模拟, 同时通过多种参数的设置找到信号外泄范围的主要影响因素, 所以本文通过建模仿真对无线信号的外泄情况进行研究, 充分保证用户利益。

一、无线传播模型建立

(一) 室内覆盖传播模型的建立

在室内无线信号传播模型建立中, 需要首先基于室内环境进行模型选择, 最终本文采用Motley-Keenan模型进行信号传播的模拟, 该模型原理为在信号传播的自由路径上施加墙体以及地板等穿透损耗对信号传播过程进行模拟, 模型的建立公式如下:

该公式中, PLMK为信号传播过程的功率损耗, a为信号传播距离, p代表信号传播过程中墙体数量, WAF为单层墙体的功率损耗, k为信号传递过程中的地板层数, FAF为单层地板的功率损耗, P0为信号传输1m出的功率, 其计算方法为:

通过该模型的建立, 可以更好地进行室内射频天线位置的确定, 充分提升室内无线信号的传播效率, 另外无线信号的外泄情况模型也需要在该模型的基础上进行建立[1]。

(二) 信号外泄模型建立

在Motley-Keenan模型建立建立的基础上, 本文进行信号外泄建模, 在信号外泄过程中, 需要对各信号外泄方向上的信号功率损耗和信号强度进行研究, 同时在建模过程中需要充分考虑建筑的室内布局情况。在建模过程中, 设计多种参数的设定, 其中主要参数为: (1) 天线与外墙间距。 (2) 天线的垂直半功率角。 (3) 建筑的楼层高度。 (4) 天线与建筑外地面间的楼层层数。 (5) 天线与建筑外地面间的垂直距离。

另外为了能够对建筑外不同点的外泄信号强度进行模拟, 需要在建模过程中在建筑外地面上选取一点, 同时还需要对信号的最大传播范围有所了解, 并利用勾股定理在建筑外地面上设置参考点, 需要保证其余各店在参考点范围之内, 其中外泄信号数学模型如下:

该公式中α为无线信号的损耗因子, 为信号外泄中的损耗功率总和。

信号传输过程的总损耗为:

在该式中, lant为天线与外墙间距, lOB为建筑外某点到建筑的距离, S为建筑层高。对于建筑外某点出的信号强度, 计算公式为:

其中Pt为信号辐射天线的辐射功率, Pr为建筑外某点处的电平, 通常情况下, lOB不低于10m时, 若Pr不低于-85d Bm, 则认为发生了信号外泄[2]。

(三) 信号外泄仿真结果

在进行建模仿真结果分析时, 需要充分保证各种参数的合理性, 并在建模过程进行参数设定, 另外通过以上建模过程可以看出, 信号外泄的主要影响因素为天线与外墙间隔、信源频段和损耗因子, 在建模仿真过程中需要对这三个因素进行充分分析。 (1) 天线与外墙间距对信号外泄情况的影响。在保持其余参数不变的情况下, 将间距参数分别设定为2m和6m, 仿真结果表明, 当间距为2m时, 信号外泄层数为16, 而间距为6m时, 外泄层数为6, 其中每层高度为3m。 (2) 信号频段对信号外泄情况的影响。在进行信号频段对信号外泄影响的建模仿真过程中, 需要保持其余参数相同, 并且天线与外墙间距为2m, 频段为900Hz时, 信号外泄层数为16, 而当频段为2100Hz时, 外泄楼层为8, 另外在该过程中, 外泄的最远距离也大幅降低。 (3) 损耗因子对外泄情况的影响。通过对损耗因子数值的改变可以发现, 在其他参数相同的情况下, 信号外泄强度和距离随着损耗因子的增大而减小[3]。

二、基于无线传播模型的仿真结果分析

在进行模拟仿真结果的分析过程中可以发现, 在其余条件不变的情况下, 天线与外墙的间距能够对信号外泄情况造成很大影响, 体现在间距增加外泄信号的强度和距离会变小, 这与信号频段对外泄信号的影响情况相似, 即:当信号频段提升时, 外泄信号的强度和传播距离都会降低, 这就为降低无线信号外泄强度提供了指导, 可以通过相关参数的改变缩小信号外泄范围。另外损耗因子的建模仿真结果表明, 仿真因子能够在很大程度上降低无线信号的外泄程度, 要更好地降低无线信号的外泄情况, 需要根据以上三个因素采取相关措施。

三、降低无线信号外泄程度的措施

(一) 选择合理信源频段

通过建模仿真结果可以发现, 无线网络信源频段能够对信号外泄情况造成很大影响, 为了降低信号的外泄程度, 可以通过增加信源频段的方式达到目的。但是需要注意的是, 在该过程中需要对信源频段进行合理选择, 另外, 当前的无线网络天线无法进行信源更换, 这就需要相关设施生产过程中能够逐渐提升信号的频率, 并且要形成信号频率与信号接收设备相匹配的模式, 这就要求各相关行业需要能够感召信号频率的改变进行自身行业的变革, 显然这种方式具有很强的限制性, 短期内无法实现。

(二) 适当增加损耗因子

损耗因子对信号外泄有很大影响, 并且信号外泄程度将会随着损耗因子的增加而增加, 增加无线信号外泄损耗可以通过以下方式实现: (1) 增加信号衰减器。当前的信号衰减器有两种形式, 这两种形式都能够在一定程度上降低天线发射的信号强度, 达到了增加损耗因子的目的, 充分降低无线信号的外泄程度, 但是需要注意的是, 在增加信号衰减器时, 需要对信号衰减器进行合理选择, 防止信号衰减器对信号的正常使用过程造成干扰。 (2) 增加天线阻隔。建筑墙体和地板能够让外泄信号发生衰减, 合理的建筑布局能够在很大程度上提升信号外泄过程中的阻隔, 降低信号的外泄程度, 这就要求在建筑设计过程中, 需要优化建筑内的布局, 以对显现进行更好的阻隔, 降低无线信号的外泄程度。另外在建筑建设过程中, 也可以采取相应措施增加墙体和地板的单层功率损耗强度, 进一步增加损耗因子。 (3) 降低信号发射功率。信号发射功率对无线信号的强度影响很大, 在信号外泄中, 信号发射功率的增加会导致信号外泄范围和强度的增加。

(三) 加大天线与建筑外墙的间距

建模仿真结果表明, 天线与外墙距离的增加能够降低无线信号的外泄程度, 所以对于天花板吸附使信号天线架设来说, 需要在建筑建设以及装修过程中合理确定天线安装位置与建筑外墙间的距离, 要将天线与外墙的距离适当增加。而对于普通用户来说, 在无线信号发射天线的位置选择过程中, 需要对天线与房间外墙距离进行合理选择, 对于普通用户来说, 由于建筑中房间涉及墙体较多, 为了降低无线信号外泄程度, 可以将信号发射装置放置于房间的中心位置, 以充分降低信号的外泄范围和强度。

四、结论

综上所述, 在进行无线信号外泄情况的探究中, 需要先采用Motley-Keenan模型对无线信号的传输情况进行建模, 在此基础上进行外泄信号的建模和仿真, 探究天线与建筑外墙距离、损耗因子以及信号频率对信号外泄程度的影响。建模仿真结果表明, 可以通过增加损耗因子、进行建筑空间和天线位置的合理布局达到降低信号外泄强度和范围的目的。

摘要：随着通信技术的发展, 当前无线信号取得广泛应用, 但是在无线信号使用过程中会发生外泄现象, 为用户和运营商带来经济损失。为了能够降低无线信号的外泄范围, 本文基于对无线信号传播过程的了解和研究, 建立了无线传播过程中的信号传播和外泄模型, 通过对模型的研究提出降低信号外泄范围和程度的措施。

关键词：无线传播,信号外泄,建模仿真,室内分布