基于3D建模和射线跟踪算法的5G室内深度覆盖预测方法研究

蔡邦寿

（中国移动通信集团设计院有限公司陕西分公司，陕西 西安 710077）

引言：在进行5G室内深度覆盖预测的过程中，将其与射线跟踪算法，以及建筑物3D建模进行有机的融合，是有效的提升5G室内深度覆盖的重要途径之一。在应用的过程中，能够高效快速的实现对5G室内覆盖的计划，进行合理性以及经济收益方面的分析和研究，有效的避免一些不合理的规范方案，在实施后对建设工程的日后维护，造成较大的成本投入。

1 研究意义

现阶段我国信息技术高速的发展当中，并且伴随着5G商用的不断发展和建设，使得5G技术已经影响到人们在生活和生产当中的诸多环节当中。其中一些在应用的过程中，不仅仅应用与一些固定的环境当中，同时也能够应用于一些高移动的场景当中，但是市场当中主要将其运用到一些室内网络方面的建设当中。因此，在未来5G网络的建设和普及过程中，对于其室内深度覆盖方面的研究，成为发展的重要方向。

但是由于在5G网络搭建的过程中，采用的是基于2.6GHz以上的频段，使得在无线系统发射信号的过程中，一旦需要进行建筑物的穿透，就会造成严重的信号损失，不利于高效率的进行信号传播。因此，针对这种信号损失问题，就需要在进行5G网络建设的过程中，采用了较为复杂以及多样化的建设方式，因此就对其室内环境的覆盖预测，有着较高的难度系数。在过去的预测工作当中，仅仅依靠工作人员的工作经验，进行覆盖程度的估算。但是在现阶段的5G网络构建过程中，由于其复杂程度以及多样性的特征，使得无法再依靠工作人员，对其覆盖情况进行准确的预测。因此就需要采用多径建模的射线跟踪模型的方式，以此建立出更加科学合理的信号传播预测模型，进而有效的指导5G网络的建设和规划工作。

2 基于3D建模和射线跟踪算法的5G室内深度覆盖预测

2.1 5G室内分层切片覆盖预测

在采用射线跟踪技术的过程中，可以有效的对电波的传播情况进行预测。该技术的应用原理上，是基于发射点为信号的点源，而对于点源发射的电磁波而言，能够向着不同的放线进行信号的发射，因此可以有效的对每一条路径进行相应的追踪，使得一旦遇到障碍物，就会发生信号的反射、透射或者绕射，这样就可以进行相应的信号强计算。同时，在接受点在即将到达这个位置的时候，就需要对其不同的射线进行相应的合并处理，以此能够有效的实现信号的传播情况的预测。现阶段，对于这种对射线进行的跟踪模型，主要应用于一些高精度的电子地图，在进行室外环境下的覆盖程度预测分析。但是在进行室内环境下的覆盖预测的预测过程中，往往由于在室内的环境中，有着较为复杂的情况，同时建筑物的内部构造上，形态各异，使得采用电子地图的预测方式，往往达不到预测的精准度。

因此，在本文的分析过程中，就提出基于建筑物的3G模型建立，以此结合起射线跟踪算法的方式，对其与覆盖程度进行相应的预测分析。在该技术的应用过程中，首先基于对该建筑物室内环境的3D建模，利用CAD软件的方式，对其进行建筑图纸的绘制，尽可能的复原出建筑物室内的真实环境，以及各个环节的结构。同时，还需要对该建筑室内模型，进行全空间的矢量化以及三维栅格化的处理，进而在之后进行射线跟踪算法的应用过程中，可以有效的针对不同的三维栅格进行相应的覆盖程度计算分析，之后再将其进行室内的综合性覆盖程度分析。这样就形成对室内环境的仿真预测分析，再通过仿真结果，对其进行相应的分层切片处理，形成对覆盖结果的综合性分析。例如在对一些高层建筑进行分析的过程中，可以有效的依据楼层的实际高度，进行相应的分层切片处理，进而能够保障分层切片处理后，能够对整个楼的覆盖程度，有着较为准确的分析和了解，形成一种量化的高精度覆盖程度分析方式。

2.2 实施步骤

2.2.1 进行CAD图纸的建筑建模

首先需要针对需要预测的建筑物，采用二维CAD图纸的方式，对其室内进行相应的识别、解析以及研究，进而可以保障明确出建筑的一些关键点线信息，以此可以在这样的基础之上，能够自动的识别出一些建筑的不同构件，例如对建筑的墙、门以及窗户等，进行准确的识别，以此能够完成对建筑物三维模型的构建。

在进行CAD二维图纸的识别过程中，需要能够将其CAD格式下的文件上的信息，输入到系统当中，进行完整的参数导入，之后便是绘制出来的二维图纸，进行相应的识别分析，基本上采用的都是多级树的识别方法，重点是对出现的墙体进行相应的分析。同时能够有效的通过具体的墙体尺寸，以及位置坐标信息，进行相应的分析和计算。在具体的识别过程中，是基于图纸当中的一些线段端点，以此形成相应的多级树，并通过对环路的查找方式，来对墙体进行相应的识别。

之后还需要对其建筑物的单层，进行相应的建立。在分析的过程中，需要能够针对识别出来的具体参数信息，进行室内墙体在尺寸以及具体位置的明确。

2.2.2 建筑物3D矢量图栅格化

需要通过对建筑物，采用3D栅格化的方式，能够有效的对目标建筑物，基于全空间领域，进行三维栅格化的处理。同时，在具体的处理分析的过程中，可以针对实际出现的情况，进行精度方面的实际选择。

2.2.3 射线跟踪算法仿真

在进行完成了建筑物室内的建模之后，便需要对其采用射线跟踪算法的方式，对建筑物当中的每一个出现的三维位置进行分析，以此能够形成在室内的实际分布系统，以及室外基站上，对其室内的覆盖仿真进行分析和运算。在具体的运算过程中，其形成的结构都是基于RSRP 的数据信息，以此能够有效的形成较为准确的建筑物三维空间数据矩阵，这样在进行分析的过程中，便可以进行接下来的覆盖程度分层分析。

2.2.4 5G室内分层切片分析

在对其形成的覆盖矩阵之后，便可以有效的开展具体的评估。需要结合实际的情况，对其进行覆盖程度的全面切片。同时还需要积极的对其建筑物，进行切片区域当中，覆盖效果的具体分析和计算，进而能够保障对室内当中的各种切片环境，可以准确的评估。

3 结束语

综上所述，在未来的发展过程中，随着信息技术的不断普及，人们在生活生产的过程中，越来越重视起对各项信息技术的应用。同时我国的5G技术在应用的过程中，也会有效的推动各项事业的发展和建设。因此就需要格外的重视起对5G网络建设过程中的难点和问题，能够通过对5G室内的深度预测，有效的提升对5G网络建设的合理性，能够基于信号传播的高效性，以及5G网络的经济性角度出发，合理的进行网络方面的建设工作，保障我国网络事业的高速发展，为各领域，提供出网络信号以及传播范围都可靠的5G网络环境。