基于3D建模和射線跟蹤算法的5G室內深度覆蓋預測方法研究

蔡邦壽

（中國移動通信集團設計院有限公司陜西分公司，陜西 西安 710077）

引言：在進行5G室內深度覆蓋預測的過程中，將其與射線跟蹤算法，以及建筑物3D建模進行有機的融合，是有效的提升5G室內深度覆蓋的重要途徑之一。在應用的過程中，能夠高效快速的實現對5G室內覆蓋的計劃，進行合理性以及經濟收益方面的分析和研究，有效的避免一些不合理的規范方案，在實施后對建設工程的日后維護，造成較大的成本投入。

1 研究意義

現階段我國信息技術高速的發展當中，并且伴隨著5G商用的不斷發展和建設，使得5G技術已經影響到人們在生活和生產當中的諸多環節當中。其中一些在應用的過程中，不僅僅應用與一些固定的環境當中，同時也能夠應用于一些高移動的場景當中，但是市場當中主要將其運用到一些室內網絡方面的建設當中。因此，在未來5G網絡的建設和普及過程中，對于其室內深度覆蓋方面的研究，成為發展的重要方向。

但是由于在5G網絡搭建的過程中，采用的是基于2.6GHz以上的頻段，使得在無線系統發射信號的過程中，一旦需要進行建筑物的穿透，就會造成嚴重的信號損失，不利于高效率的進行信號傳播。因此，針對這種信號損失問題，就需要在進行5G網絡建設的過程中，采用了較為復雜以及多樣化的建設方式，因此就對其室內環境的覆蓋預測，有著較高的難度系數。在過去的預測工作當中，僅僅依靠工作人員的工作經驗，進行覆蓋程度的估算。但是在現階段的5G網絡構建過程中，由于其復雜程度以及多樣性的特征，使得無法再依靠工作人員，對其覆蓋情況進行準確的預測。因此就需要采用多徑建模的射線跟蹤模型的方式，以此建立出更加科學合理的信號傳播預測模型，進而有效的指導5G網絡的建設和規劃工作。

2 基于3D建模和射線跟蹤算法的5G室內深度覆蓋預測

2.1 5G室內分層切片覆蓋預測

在采用射線跟蹤技術的過程中，可以有效的對電波的傳播情況進行預測。該技術的應用原理上，是基于發射點為信號的點源，而對于點源發射的電磁波而言，能夠向著不同的放線進行信號的發射，因此可以有效的對每一條路徑進行相應的追蹤，使得一旦遇到障礙物，就會發生信號的反射、透射或者繞射，這樣就可以進行相應的信號強計算。同時，在接受點在即將到達這個位置的時候，就需要對其不同的射線進行相應的合并處理，以此能夠有效的實現信號的傳播情況的預測。現階段，對于這種對射線進行的跟蹤模型，主要應用于一些高精度的電子地圖，在進行室外環境下的覆蓋程度預測分析。但是在進行室內環境下的覆蓋預測的預測過程中，往往由于在室內的環境中，有著較為復雜的情況，同時建筑物的內部構造上，形態各異，使得采用電子地圖的預測方式，往往達不到預測的精準度。

因此，在本文的分析過程中，就提出基于建筑物的3G模型建立，以此結合起射線跟蹤算法的方式，對其與覆蓋程度進行相應的預測分析。在該技術的應用過程中，首先基于對該建筑物室內環境的3D建模，利用CAD軟件的方式，對其進行建筑圖紙的繪制，盡可能的復原出建筑物室內的真實環境，以及各個環節的結構。同時，還需要對該建筑室內模型，進行全空間的矢量化以及三維柵格化的處理，進而在之后進行射線跟蹤算法的應用過程中，可以有效的針對不同的三維柵格進行相應的覆蓋程度計算分析，之后再將其進行室內的綜合性覆蓋程度分析。這樣就形成對室內環境的仿真預測分析，再通過仿真結果，對其進行相應的分層切片處理，形成對覆蓋結果的綜合性分析。例如在對一些高層建筑進行分析的過程中，可以有效的依據樓層的實際高度，進行相應的分層切片處理，進而能夠保障分層切片處理后，能夠對整個樓的覆蓋程度，有著較為準確的分析和了解，形成一種量化的高精度覆蓋程度分析方式。

2.2 實施步驟

2.2.1 進行CAD圖紙的建筑建模

首先需要針對需要預測的建筑物，采用二維CAD圖紙的方式，對其室內進行相應的識別、解析以及研究，進而可以保障明確出建筑的一些關鍵點線信息，以此可以在這樣的基礎之上，能夠自動的識別出一些建筑的不同構件，例如對建筑的墻、門以及窗戶等，進行準確的識別，以此能夠完成對建筑物三維模型的構建。

在進行CAD二維圖紙的識別過程中，需要能夠將其CAD格式下的文件上的信息，輸入到系統當中，進行完整的參數導入，之后便是繪制出來的二維圖紙，進行相應的識別分析，基本上采用的都是多級樹的識別方法，重點是對出現的墻體進行相應的分析。同時能夠有效的通過具體的墻體尺寸，以及位置坐標信息，進行相應的分析和計算。在具體的識別過程中，是基于圖紙當中的一些線段端點，以此形成相應的多級樹，并通過對環路的查找方式，來對墻體進行相應的識別。

之后還需要對其建筑物的單層，進行相應的建立。在分析的過程中，需要能夠針對識別出來的具體參數信息，進行室內墻體在尺寸以及具體位置的明確。

2.2.2 建筑物3D矢量圖柵格化

需要通過對建筑物，采用3D柵格化的方式，能夠有效的對目標建筑物，基于全空間領域，進行三維柵格化的處理。同時，在具體的處理分析的過程中，可以針對實際出現的情況，進行精度方面的實際選擇。

2.2.3 射線跟蹤算法仿真

在進行完成了建筑物室內的建模之后，便需要對其采用射線跟蹤算法的方式，對建筑物當中的每一個出現的三維位置進行分析，以此能夠形成在室內的實際分布系統，以及室外基站上，對其室內的覆蓋仿真進行分析和運算。在具體的運算過程中，其形成的結構都是基于RSRP 的數據信息，以此能夠有效的形成較為準確的建筑物三維空間數據矩陣，這樣在進行分析的過程中，便可以進行接下來的覆蓋程度分層分析。

2.2.4 5G室內分層切片分析

在對其形成的覆蓋矩陣之后，便可以有效的開展具體的評估。需要結合實際的情況，對其進行覆蓋程度的全面切片。同時還需要積極的對其建筑物，進行切片區域當中，覆蓋效果的具體分析和計算，進而能夠保障對室內當中的各種切片環境，可以準確的評估。

3 結束語

綜上所述，在未來的發展過程中，隨著信息技術的不斷普及，人們在生活生產的過程中，越來越重視起對各項信息技術的應用。同時我國的5G技術在應用的過程中，也會有效的推動各項事業的發展和建設。因此就需要格外的重視起對5G網絡建設過程中的難點和問題，能夠通過對5G室內的深度預測，有效的提升對5G網絡建設的合理性，能夠基于信號傳播的高效性，以及5G網絡的經濟性角度出發，合理的進行網絡方面的建設工作，保障我國網絡事業的高速發展，為各領域，提供出網絡信號以及傳播范圍都可靠的5G網絡環境。