优化场景（共7篇）
优化场景 篇1
0 引言
数字旅游是“数字地球”体系的重要组成部分, 越来越受到人们的关注。随着虚拟现实技术的快速发展, 运用VR技术来开展数字旅游及相关课题的研究, 具有重要的理论和现实意义。虚拟现实技术 (Virtual Reality, 简称VR) 将传统的数字旅游技术, 从二维转向三维, 由静态转向动态, 更真实、准确地呈现了旅游景点内的资源, 使用户有身临实境的感觉。VRML (Virtual Reality Modeling Language) 是当前构造网上虚拟现实场景的主要语言。
1 数字旅游系统及其功能
运用虚拟现实技术在数字旅游中可以实现以下功能: (1) 全景主动漫游; (2) 人机交互功能。
数字旅游系统中, 利用3DMAX建模并渲染, 制作一部相对逼真的景点漫游影片大小约为50MB, 就目前国内的网络速度而言, 实现网络实时浏览是很困难的。相对于纯粹使用3DMAX建模并渲染构造景区影片, 运用VRML技术可以更好地实现网络互动, 使文件更小。如图1所示, 数字旅游系统, 既可以向游客提供实时漫游页面, 又可以供游客下载更加真实的虚拟场景。虚拟现实技术使数字旅游有更加有效的真实体验感和宣传效果。虚拟导游可以采用基于Web的VRML机器人仿真, 运用基于模板匹配法的语音识别系统, 实现指定景点漫游和导游解说等简单操作。
2 基于VisibilitySensor节点的优化算法
VisibilitySensor节点 (可见传感器) 是一种检测型传感器, 能够在当前的坐标系中建立一个长方体可检测区域, 检测、感知浏览者的视域范围与指定的检测空间区域之间的关系。VisibilitySensor节点典型应用情形是控制动画或脚本运行。VRML97提供的Script节点, 允许运用VrmlScript、JavaScript等语言来编写脚本程序, 从而实现特殊的交互效果。
2.1 已存在的基于VisibilitySensor节点的优化算法
定义一个扇形视域, 当建筑物是可见的, 添加入VRML场景中, 其他不可见一律不添加或删除。当视点发生转动或者移动时, 如果有建筑物进入视域范围, 则将它添加进来。如果有建筑物从视域范围中移出, 则将它删除出去。这样可使浏览器中始终有很少的建筑物, 从而达到优化场景, 提高浏览速度的效果。但是应用于虚拟旅游中有很大的局限性, 如图2所示, 建筑物A是整个长廊式建筑群中最大的建筑物, 只要走进建筑长廊就能看到, 如果不在视域范围内删除或不添加会造成建筑物突然出现在眼前的感觉, 降低了真实感。
2.2 基于VisibilitySensor节点的优化算法
首先定义一个视域, 这个域简单化为一个正方形, 正方形的几何中心为浏览者所在视点。这个正方形的白色范围内的蓝色建筑物是可见的, 更换精细纹理映射, 其他的绿色建筑物始终使用模糊纹理映射。当视点发生移动时, 如果建筑物进入视域范围, 则更换精细纹理映射;如果建筑物从视域范围中移出, 则更换模糊纹理, 减少精细纹理的使用量, 如图2所示。这样在浏览器中能真实感觉到距离视点较远处的建筑物, 始终运用很少精细纹理, 达到优化场景, 减少内存使用量、提高浏览速度的效果。
运用此算法, 根据用户浏览的具体情况, 动态下载生成场景所需的文件。这样在网络环境中可以提高大规模虚拟场景浏览速度和传输效率。
算法流程如图3所示:
3 实验结果
本算法采用下列硬件测试环境来实现: (1) CPU:Intel鬅Core2 2.8GHZ; (2) 内存:2GB DDR; (3) 显存:512MB; (4) 硬盘:160G。
实验1, 不采用本算法使用像素为690*570的精细纹理, 虚拟场景所需纹理打开时间为11.2s。
实验2, 采用本算法使用纹理像素为690*570的精细纹理, 采用像素为240*320的模糊纹理, 虚拟场景所需纹理打开时间为2.2s。
从上述的对比中可以看到, 本算法使纹理打开时间降低到原来的1/5, 并且视域范围内可视纹理分辨率相同, 达到了优化场景的效果。
4 结束语
当虚拟旅游场景越来越复杂, 纹理越来越精细, 将会导致浏览速度严重下降。本文提出一种基于VisibilitySensor节点的优化算法, 实验数据表明该算法有效地减少了VRML纹理载入时间。要想判别场景中的哪些物体落在视域内, 需要对所有建筑物都扫描一遍, 这将会给浏览器带来很大的计算负担, 有待进一步研究与分析。
参考文献
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[4]黄涛.VRML虚拟建筑[M].北京:中国建筑工业出版社, 2008.
[5]王森, 王萍.大规模VRML虚拟场景的快速浏览算法[J].系统仿真学报, 2006 (8) .
[6]叶艳青, 邵剑龙.VRML优化技术分析[J].云南民族大学学报, 2004 (2) .
优化场景 篇2
mainframe主机
monitor监视器
显示器
screen屏幕
keyboard键盘
modem调制解调器
cablemoderm宽带调制解调器
mouse鼠标
harddisk硬盘
floppydisk软盘
disc光盘(圆形)
memory内存
soundcard声卡
graphiccard图形卡
显卡
loudspeaker扬声器
printer打印机
scanner扫描仪
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TD网络高业务场景综合优化方案 篇3
随着TD网络不断建设和商用终端的完善, TD业务快速发展。建网初期室外宏站和室内微蜂窝配置较低, 由于TD终端数量相对较少, 优化工作更多是覆盖优化和部分参数优化 (邻区优化、频率优化、扰码优化、2/3G优化) , 很少开展容量优化, TD新技术的探索更少, 因此需要开展高业务场景优化, 提升技术人员技能, 积累TD优化经验。
秋季开学, 漯河移动公司开展市场营销, 在漯河食品学院短期内发展了近2000部TD手机。由于TD用户数量、业务量急剧增长, 导致网络配置容量不能满足需求, 网络拥塞严重, 直接导致各项KPI指标骤降, 这种高集中度的场景恰恰符合了高业务场景, 因此, 我们开展了漯河食品学院TD网络高业务场景优化, 并形成了相应的综合解决方案, 为TD业务优化积累经验。本文描述了整个优化过程, 通过对该区域进行扩容、新增站点、参数调控、新功能开启、新算法开启、新技术验证等手段, 较好的解决了高拥塞和高干扰小区问题, 网络KPI指标提升明显, 用户感知得到明显改善。
1 总体思路
针对此次优化我们的总体思路是:通过问题分析、定位, 拿出解决方案, 最后进行评估和总结。
在问题分析、定位阶段:对网络资源进行过普查, 对KPI进行分析, 打开DPI算法 ( (Deep Packet Inspection, 深度包检测技术, 用于TD网络针对用户业务分析功能) 和客户现场调查, 找出问题根源所在。
在综合方案制定和实施阶段:首先开展类似于2G网络的扩容 (增加载频和小区分裂, TD网络扩容必然带来干扰增加, 有可能会引起容量下降) , 然后开展KPI评估和干扰评估 (干扰是影响TD优化的最重要因素之一) , 第三步开展新技术的使用 (帧分复用、干扰一直算法开启) 。
具体思路如图1。
2 问题分析和定位
2.1 食品学院资源
食品学院共8栋楼, 分别由4个O3室分校区覆盖, 无宏站。
2.2 客户终端和资费普查
终端类型主要两款终端:中兴U200+ (600部) 和天语T566 (1200部左右) , 资费主要为动感地带2010版MO套餐。
2.3 客户业务特点调查
客户主要为学生, 业务量随着学生活动区域转移, 且大部分学生使用QQ业务。
2.4 问题定位
分析可知, 用户的高度集中以及业务的集中使用造成网络资源严重不足以及KPI恶化。重点表现为空口拥塞、下载速率低、干扰严重。
3 食品学院区域问题综合解决方案
基于食品学院的问题分析和定位, 我们按照前期的思路开展优化工作, 首先开展类似于2G网络的扩容, 然后开展KPI评估和干扰评估, 第三步开展新技术的使用。
3.1 配置优化
配置优化主要包括:传统的载频扩容和小区分裂。载频扩容和小区分裂能够带来较大的系统容量, 可以提供较多的语音信道, 有利于提升下载速率, 但是过多的载频引入会带来较多的网内干扰, 需要通过良好的信号控制、频率规划以及新技术的地使用来加以解决。
根据市场信息, 食品学院校区最终用户规模为3000个, 考虑到后续业务量增长, 计划通过增加小区、扩容来提升系统容量。小区数量从4个增加到29个, 载波数从21块增加到300块。
3.2 开启帧分复用 (解决并发拥塞)
由于校园使用业务相对集中, 并发业务较多, 容易引起接入成功率低下的情况, 这里重点是开启帧分复用功能, 同时修改相应的参数, 提升接入成功率。
(1) 将3.4K信令的无线链路激活时间从原来1秒修改为1.6秒。
(2) 将多业务永久在线开关从“0”修改为“1”。
3.3 干扰问题解决方案
由于大量载频引入, 造成干扰严重增加, 因此需要开启干扰抑制算法进行干扰抑制。这个功能在高业务场景下进行开启, 作用非常明显。
3.3.1 多小区联合检测MCJD
多小区联合检测 (MCJD:Multiple Cell Joint Detection) 是针对TD系统内干扰而设计的同频干扰除算法。当TD用户数超过一定负荷后, 为了平衡强干扰带来的性能下降, 小区间可能会发生功率的相互攀升, 造成网络性能的损失和终端发射功率的浪费。所以小区边界用户虽少, 但是影响巨大, 改善小区边界用户的性能对提高切换成功率有决定性作用, 考虑到TD系统的特点, 可以对多小区的同频用户进行干扰消除。图3是高干扰小区干扰抑制情况, 从效果来看, MCJD方案是解决上行同频干扰的有效方案, 对切换时性能和KPI提升明显。MCJD算法能够给CS和PS掉话提升明显, CS掉话率降低至0.07%, PS掉话降低至0.11%, 切换成功率提升0.1%。
3.3.2 基于干扰的信道分配IDCA
现有实现对于时隙/载波排序, CDCA算法只考虑了本小区的信息, 而没有考虑到邻区干扰对本小区的影响, 尤其是下行方面。如果邻区同频的下行发射功率较高, 在两个小区间的用户, 其下行干扰将会明显增大, 有必要在考虑本小区的功率时, 增加对邻区的功率考虑。时隙分配上, IDCA算法打开后能够躲避干扰。
3.3.3 基于链路质量2G3G切换
基于链路质量的异系统切换是指TD系统小区的链路质量变化过快, 已经超过了功控模块的调整速度或者NodeB/UE已达发射功率的上限, 并且小区内载频间和时隙间也无法调整时, 触发用户切向异系统。打开基于链路质量的2G/3G切换开关后, 当链路质量变差时, 可以及时将这部分用户切换到2G系统, 一方面降低了系统内干扰, 提升系统容量, 避免了由于链路质量变差而导致的掉话, 另一方面, 节省UE发射功率, 一定程度上可以延长UE的待机时间。基于质量切换算法上行由UE上报的6A/6B事件触发切换。
此次设置6A门限为:ULTHD6A1=4, 即手机发射功率大于20d Bm时出发基于链路质量的2/3G切换, 统计算法开启前后基于链路质量的2/3G切换事件, 如表格所示, 9-20号算法开启后发生了523次切换, 说明算法已经生效, 有效规避了由于邻小区内UE发射功率较高 (大于20dBm) 产生的同频干扰问题, 9-21, 9-22号 (参见下表1) 基于链路质量的2/3G切换次数明显减少, 说明区域内上行干扰降低明显。
3.3.4 其他干扰抑制算法
在干扰抑制算法中还使用了动态UP Shifting算法和基于功率准入算法。
动态UP Shifting算法:主要用于解决静态UP Shifting解决不了的一些由于随机因素所导致的UPPCH时隙干扰问题。动态UP Shifting算法基于静态的UP Shifting, 在小区建立时, 采用后台配置的UPPCH position, 同时, 把后台设置好的待观察点的测量发给NodeB (包括当前的UPPCH position) , 进行实时监控。如果当前UPPCH position的干扰很强, 则自动把UPPCH迁移到其他干扰较低的位置去, 一旦动态UP Shifting启动, 静态UP Shifting将被禁止。
基于功率准入算法:TD系统的自干扰严重影响网络性能和用户感受, 如果小区的功率资源受限, 或者干扰水平较高, 则如果有新用户继续接入, 会引发用户间的功率继续攀升而带来更高的干扰, 从而导致掉话出现。如果能够在新用户的准入阶段过滤掉干扰/功率抬升的资源, 不让新用户继续接入, 则可以控制系统的干扰水平, 避免掉话, 提升用户感受。
基于码资源的负载控制算法:负荷控制算法中, 根据码资源负荷, 对于R4载波区分上下行进行频段级拥塞控制 (使用小区级LDR动作) ;对于HSDPA载波上行进行A频段拥塞控制、F频段拥塞控制。
3.4 RRC拥塞解决方案
(1) 永久在线定时器门限从D8K修改为D4K
为了降低QQ等背景业务影响, 将永久在线定时器门限从D8K修改为D4K, 修改前后RRC请求次数平均降低7%左右。
(2) 调高F频段优先级
通过调整F频段优先级, R4业务F频段用户接入次数明显增加, 同时A频段用户接入次数大大降低。
(3) 开启帧分。
上行开启2倍帧分、下行开启4倍帧分, 载波接入能力大大提升。
4 食品学院区域问题综合解决方案效果
经过一系列优化后, 食品学院网络容量大大增加, 语音业务量增幅1500%, 数据业务增幅3500%;CS RRC拥塞率从最高55.4%下降到0, CS RAB拥塞率从最高6.78%下降到0;PS RRC拥塞率从最高56%下降到0, CS RAB拥塞率从最高10%下降到0;CS域接通率从88%提升到99.9%, CS掉话率从0.45%优化到0.07%;业务大幅度增加, PS接通率和掉话率也一直保持很好的水平;切换成功率从90%提升到99%以上;打开基于链路质量的23G切换、IDCA算法、宏站的MCJD算法后TS1/TS2 ISCP降低8dB左右, 上行干扰水平降低到-100d Bm左右;下行干扰提升明显, 语音平均BLER值从3.2%优化至1.25%。
5 综合优化解决方案总结
随着TD业务促销活动的开展, 在某些高校, 用户产生爆发式增长, 造成TD网络拥塞的情况在全省范围内都有可能发生, 漯河食品学院是较为典型一个。
5.1 主要话务场景
学校为特殊场景, 通过对漯河食品学院用户在业务类型、空间和时间上的总结, 发现有其各自的特点, 可以分为以下几个场景:
上课时间用户主要集中在教学楼楼内, 业务量大且集中, 主要业务类型为PS业务, 此时并发用户量最大;
中午休息时间, 用户分布在校园和宿舍内, 业务量不大且比较分散, 主要业务类型为CS&PS业务;
晚上下晚自习后, 用户分布在校园内, 业务量大但比较分散, 主要业务类型为CS&PS业务;
晚上休息时间, 用户分布在宿舍内, 业务量大但较为分散, 主要业务类型为PS业务;
校园内用户业务类型主要为数据业务, 通过网络侧指标变化情况、实地调查用户使用习惯可知:由于80%的用户选择的是动感地带2010MO套餐, 包含100M的流量费, 因此PS业务较多。
5.2 规划扩容规模时需考虑主要因素
对扩容网络中用户数量、选择的业务类型特点、所占比例, 评估用户的业务模型, 评估在扩容规划中对资源分配的比例;
扩容前网络的容量、能够承载并发用户的数量, 拥塞比例, 结合用户数量做对比分析, 评估缓解拥塞需要的资源数量;
根据后台数据统计结果, 根据TD网络容量算法, 结合现有用户数量及计划发展的用户数量, 评估资源需求;
调查用户的作息时间及集中活动区域, 根据用户在时间及空间上的分布特点, 针对不同的场景、规划不同的资源配置。
5.3 二倍、四倍帧分情况下网络配置
在对网络规模的调整中需要综合考虑各个小区的网络占用情况, R4载波的占用情况、H载波的用户数量、区域内用户的业务特点、KPI指标的情况、客户的感知等各个方面综合考虑, 四倍帧分虽然可以增加更大网络容量, 但是PS掉线率会有明显的恶化, 客户感知也会明显变差。因此建议在在高并发用户量且少吞吐量的特殊场景小区启用四倍帧分, 在用户量较少, 负荷不是很重的小区使用二倍帧分, 同时需要对部分计数器进行优化。
5.4 干扰抑制算法
高业务场景下, 需要进行传统式的扩容, 例如小区分类等, 但是载频增加带来的干扰不容忽视, 需要打开干扰抑制算法进行改善, 基于链路质量的23G切换、IDCA算法、MCJD等干扰抑制算法可以结合使用, 大大改善干扰情况。
6 结语
TD-SCDMA作为具有自主知识产权3G民族产业, 需要在不断的建设、维护和优化的过程中不断完善。随着终端的进一步改进和普及率的进一步提升以及2G对数据业支撑的不足, TD-SCDMA网络将会在未来一段时间内逐步成为主体网络, 后期的TD-SCDMA网络优化工作将是一项长期的重点工作。
参考文献
优化场景 篇4
桌面型虚拟现实系统是由一台普通的计算机系统组成，使用者通过键盘和鼠标便可与虚拟环境进行交互。这种系统的特点是结构简单、价格低廉，易于普及推广，是一套经济实用的系统[1]。此种系统又分为两类：基于全景照片的虚拟现实和基于三维造型的虚拟现实。前者在实景中用鱼眼镜头拍摄全景照片进行制作;后者一般通过三维建模工具来构造实体模型，由图形图像工具制作模型的纹理贴图，然后由虚拟现实引擎来模拟真实的场景交互。前者制作简单，后者的交互性强，是虚拟技术发展的方向。本文将围绕基于三维造型的虚拟现实技术，探讨虚拟现实系统场景优化的问题。
计算机上运行的虚拟现实场景每一帧画面的显示都是靠显卡和中央处理器实时运算出来的，如果场景中模型的面数太多，会导致虚拟现实场景的运行速度急剧降低，甚至无法正常运行，对于场景的模型面数要进行优化。另外，很多桌面型虚拟现实系统是建立在网络平台模式下的，当上网浏览用户过多，将大大影响虚拟漫游速度，更需要对制作完成的虚拟场景进行优化，这将是解决网络虚拟展示方法。
1 在建模软件中对单个模型加以控制
在3DS MAX软件中制作单一物体模型的面数不能超过65000个三角形面，即32500个多边形(Poly)。如果超过这个数量,物体的显示会出现问题，这就需要在制作模型时合理分布多边形和模型面数。
模型的三角网格面尽量为等边三角形，不要三边相差太大的情况。因为长条形的三角面不利于实时渲染，容易出现锯齿、纹理模糊等渲染问题。
尽量使用面片表现复杂造型：可以用平面替代复杂的模型，然后靠贴图来表现复杂的结构。如植物、装饰物及模型上的浮雕效果等。同样对于复杂镂空模型，如楼梯、窗框、大门及围墙等。对于这些铁艺的物件，在虚拟现实场景中可以通过在面片物体上赋一张镂空贴图来表现。为了在半鸟瞰处避开看到片的单薄，可以在栏杆上方加一个有宽度的矩形。
在表现连续多个物体时，要利用贴图的方式来表现。尽量不用三维模型而用贴图的方式表现，如栏杆、栅栏等。因为这些细长条形的物体容易大量增加当前场景文件的模型数量，并且在实时渲染时也会容易出现锯齿与画面闪烁现象。
2 对于整个虚拟场景要进行优化
模型的数量不要太多，如果场景中的模型数量太多会给后面的工序带来很多麻烦，如会增加烘焙物体的数量和时间，降低运行速度等。因此，一个完整场景中的模型数量要根据适用手机的配置而定。
合理分布虚拟场景中模型放置的密度，如果模型放置密度不均匀，会导致运行速度时快时慢，合理的场景模型布置也是对虚拟现实场景的优化。
相同材质的模型，远距离的不要合并，尽量合并材质类型相同的模型以减少物体个数，加快场景的加载时间和运行速度;如果该模型的面数过多且相隔距离很远就不要将其进行合并，否则也会影响场景的运行速度。在合并相同材质模型时需要把握一个原则，那就是合并后的模型面数也要视硬件情况而定，否则，运行速度也会降低。
保持模型面与面之间的距离，最小距离应该是当前场景最大尺度的两千分之一。如，在制作室内场景时，物体的面与面之间距离不要小于2mm;在制作场景长(或宽)为1km的室外场景时，物体的面与面之间距离不要小于20cm。如果物体的面与面之间贴得太近，在运行该场景时，可能会出现两个面交替出现的闪烁现象，影响整体效果。
删除看不见的面，这是为了提高贴图的利用率，降低整个场景的面数，以提高交互场景的运行速度。对于看不见的面一定要删除，如楼房模型的底面、贴着墙壁物体的背面等。另外要删除模型之间的重叠面和物体之间相交的面。
3 了解模型制作的优化技巧
线模型面的创建要根据视觉效果设置线型物体渲染面板下的厚度，然后再将该线型物体转换成多边形后再执行导出操作就可以了。
曲线形状模型的面数精简能减少模型面数，如：对于放样和车削形成的物体，适度减少放样物体的形状步幅和路径步幅参数;对于导角和导角形状方式产生的物体，同样是精简其轮廓线和路径的节点数。
对于室外地面创建有三种方法，第一种方法：先用线创建一个封闭的区域，并对线的边缘和步幅进行优化设置，直接添加挤出编辑器，设置数量为0。第二种方法：对线优化设置，然后直接将线转换成多变形或网格。第三种方法：对线优化后，直接给封闭的二维曲线添加一个UVW Mapping编辑器，后两种方法得到面更少的模型。
对于矩形封闭框物体的创建，首先应用矩形配合捕捉工具，绘制窗框的线框结构。将窗框的二维线转换成多边形物体，然后在多边形的边级别下，选择物体的内线框，复制边框得到窗框的厚度，切换到点级别下调整窗框的厚度，为后面优化模型时删除看不见的面节省了步骤。
对于植物模型要表现的话，不能以实际情况来制作，这样会导致最终的虚拟场景里的模型面数居高不下，以至于造成编辑及运行都很困难。解决以上问题的方法是：用十字面片物体，贴镂空贴图来表现，或者用虚拟现实引擎中专门的植物表现系统。虚拟场景里尽量不要有太多或大面积的复杂植物模型物体，把握一个原则就是：建筑物近处的可以用一些复杂模型物体来表现绿化物，虚拟场景周边的绿化物可以用十字的面片来代替。
4 场景中贴图纹理的优化使用
虚拟现实场景中模型贴图的长宽的大小最好由下列数字中挑选：2、4、8、16、32、64、128、256、512、1024、2048，最好不要超过2048，即2的n次方的图像大小做为贴图Texutre。但贴图不一定是正方形，长方形也可以，如：128*256、1024*128。如果Texture的大小不是由上方数字即2的n次方的图像大小做为贴图组成的，那么图形将会稍微多耗用显卡的内存(显存)，读取时也会稍微变慢。
虚拟现实引擎用来减少纹理内存和带宽需求的另外一个技术就是MIP映射。MIP映射技术通过预先处理纹理，产生它的多个拷贝纹理，每个相继的拷贝是上一个拷贝的一半大小。使用MIP映射，可以在显示卡应用纹理之前，自己缩放图像。因为可以预先处理纹理，能做得更好一些，让连续的细小的纹理不被压缩掉(如实时渲染地砖之间的接缝，能产生好的效果)。
5 通过LOD系统优化场景
LOD系统具有在任何给定时间动态地改变在屏幕上绘制物体的多边形数量的能力。当虚拟场景中有1个物体，物体由3000个多边形组成，屏幕用200像素显示，系统能刚好渲染完成。当该物体远离，屏幕用10个像素就能显示，而且很难分辨出差别。LOD系统将会需要建立模型的多个版本，而且它们将会根据模型离观察者的接近程度来改变屏幕上的LOD级别，以及多少个多边形需要被同时显示。与简单地渲染整个虚拟场景相比，LOD系统将能更好地节省系统资源，加快虚拟现实场景的运行速度。
6 结束语
计算机硬件技术仍然在飞速发展，高效的显示芯片将为未来的虚拟现实技术提供更加强大的支持，但这同时也意味着虚拟现实引擎必须具有更加完善的整体结构来容纳这些随时可能出现的新技术。如何提高虚拟现实场景运行性能将是一个需要持续研究的问题。随着计算机技术的发展，虚拟现实技术的应用将日益广泛。要使得虚拟现实场景运行流畅必须对虚拟现实场景进行优化，虚拟现实场景的优化将使得虚拟现实场景运行更快，推动其在生产、生活实践中的应用。
参考文献
[1]傅晟,彭群生.一个桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统的设计与实现[J].计算机学报,1998,(9):794-799.
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优化场景 篇5
随着测绘科技与计算机技术的发展，GIS作为国民经济建设中的一个重要信息管理系统，已从二维平面图向三维GIS领域延伸拓展，三维电子地图、数字城市等三维GIS的应用已越来越深入到人们的日常生活中。在增强交互功能，提高三维地理场景的逼真与精细程度的同时，漫游速度下降成为了最敏感的技术瓶颈。如何有效提高交互式三维地理场景中的漫游速度，给用户以高速、流畅的操作感受，成为了三维GIS技术发展中的关键问题之一。仅靠硬件加速得到的效果远远达不到用户的期望性能。在三维GIS平台开发中，最关键也是最耗时的工作是三维模型的构建。优化三维地理场景中的模型是有效解决以上问题的一个突破口。
优化三维模型的技术有很多种，但研究内容多数针对特定数据或是某种技术或是具体算法，缺少面向整个三维地理场景构建过程的综合优化方案。本文着重于研究在三维地理场景构建中可实现的模型优化手段，比较在采用了优化技术后的优化效果，提出一种可实现且效果显著的具有普遍适用性的优化综合技术。采用对比优化前后指标的方法，对各项速度优化技术进行研究分析。并通过具体的应用，将其实践到不同尺度的三维地理场景的构建中。
1 漫游速度评价指标
最能直接反映三维场景漫游速度的参数是帧率(Frames Per Second，简称FPS)，即每秒显示帧数，其单位是fps。帧率高可以得到更流畅、更逼真的动画。在进行三维场景漫游交互时，利用帧率作为指标，可以直接衡量其漫游速度与效果。从满足眼睛的生理需求来说，帧率高于16fps时，画面是连贯的;一般而言，30fps就可以满足视觉感官，60fps则可以明显提升交互感和逼真感。
为了尽可能全面的考察各项模型优化技术的效果，本文将漫游过程分成“全景”、“局部”、“平移”、“推进”和“环绕”五个状态，记录不同状态下的平均帧率值，进行逐一对比评测。“全景”为静态远距离鸟瞰整个三维地理场景;“局部”为静态近距离观察细节场景;“平移”为视角以左右平移方式动态漫游;“推进”为视角以前后推进方式动态漫游;“环绕”为视角以旋转环绕方式动态浏览四周场景。为了便于评测记录，分别将5个状态类型编码为：C1：“全景”;C2：“局部”;C3：“平移”;C4：“推进”;C5：“环绕”。
测试所用计算机的软硬件配置如下：WindowsXP系统，OSG三维图形渲染引擎，CPU为酷睿双核2.33GHz，2GB内存，显卡为ATI Radeon HD2400，显存256MB。
2 优化技术与实现
场景的几何复杂度通常是用场景中几何图元的数量来衡量，是帧速率的决定性因素，因而优化技术主要内容即是尽量简化场景。根据数据内容和建模手段的不同，可将三维地理场景分为两类：一类是以场景为基础，在空间上连续分布的地形对象;另一类是以离散实体为特征，以独立的个体而存在的地物对象，包括建筑物、树木、路灯等。本文针对两个内容分别探讨三维地理场景模型的优化技术。
2．1三维地形优化
三维地形是三维地理场景中数据量较大的模型，三维地形优化手段主要是细节层次(Level of Detail，LOD)技术、网格简化等。
三维地形优化测试所用的数据文件为：dem.tif，DEM高程数据，文件大小为785KB，行列数为704×571，分辨率为30米;tex.tif，对应纹理文件，文件大小为28.1MB，像素大小为3 480×2 822，分辨率为6m。
2．1．1细节层次技术
细节层次技术主要是针对大范围的三维场景，建立二叉树或四叉树结构的金字塔。顶层为一整块简略模型，依次分层分块，底层模型块数越多，模型构造越精细。而在三维环境中，当视线接近物体且视野范围渐小时，细节层次显示技术实现了用视野范围内的局部底层数据块逐层替换上层数据，以保证任意视景下用最小的几何数据来满足水平相当的视觉感官。采用不同分层分块的细节层次技术的优化结果如表1所示。
当采用细节层次技术进行优化后，在C1“全景”状态下，因场景只包含了细节粗略的最顶层地形，所以纹理分辨率和地形网格数都较小，速度明显提快;但在近景状态下，反映的是与未优化前相同的细节详细程度，所以场景漫游速度相当;在运动状态的近景条件下，由于细节层次技术需要动态调度数据，数据从磁盘到内存，再传到显存，并渲染，这一过程对渲染速度产生一定消耗，所以速度有所降低。综合分析，细节层次在远景状态下有较大的提速优势，适合三维地理场景中的大范围地形的表现。
2．1．2网格简化
在保持5层的细节层次基础上，采用不同网格类型，利用地理建模中常用的规则三角网代替规则格网，以便于进一步的三角网合并。三角网合并技术主要采用三角网压缩算法，将在同一平面或近似同一平面上的相邻三角形合并为大三角形或多边形，以减少几何面的数目。采用网格简化后的优化结果如表2所示。
当采用了规则三角网代替规则格网构建三维地形时，因其网格数目稍有增加，所以场景运行速度在各方面稍慢一点。但将三角网进一步合并化简，虽然在地形生成时计算时间较长，但计算所得地形模型的网格数目大幅减少，运行速度也有所提高，特别是弥补了细节层次技术在近景状态下表现的劣势。综合分析，网格数目决定了整体的三维地形渲染效率，将细节层次技术与三角网合并技术结合能在各方面有效提高三维地形的漫游速度。
2．2地物模型简化
地物模型主要是指利用3Dmax、Maya、Creator等建模软件生成的建筑物、树木、道路等地物三维模型。高精度模型利用精细的几何体构造地物的形状与细节，往往面数多、资源消耗大，三维地理场景内若加入多个这样的高精度模型，速度将大大降低。所以需要简化地物模型，利用低精度模型，即利用数少而又能真实模拟地物外形的简单面来构造模型。
简化的方法包括：简化模型几何构造，利用有立体感纹理代替复杂几何体构造;删除隐藏面，将建筑物底部、房檐内部等这些不可见的隐藏面删除以减少模型面数;纹理压缩，在不影响反映地物模型外观的前提下压缩纹理文件的大小以减小模型纹理渲染显示的压力。
用于地物模型简化测试的数据文件为：tm.max，建筑物精细模型，文件大小为2.30M，1 390个几何面;其中含6个bmp纹理文件，总大小2.12M。
2．2．1简化模型几何构造
在场景中尽量减少多边形使用的数量，尽量创建那些视觉上很真实但多边形数量又不多的模型。例如墙面有起伏起凹凸，由数十个多边形组成，但可以将其近似为一个平面，用一个多边形构造即可。对于几何构造省略的细节凹凸，只需用具体立体感的纹理来代替细节构造。一幅贴图代替的简单模型与由几百甚至几千个多边形模型相比，渲染速度要快得多，而效果却不会有太多逊色。
例如构造一个楼梯模型，并不需要逐级阶梯的用多边形构造上去，只需建一个斜面，然后在斜面上贴上楼梯台阶纹理，即以得到一样的三维效果，如图1所示。
2．2．2删除隐藏面
在地物建模时，产生的几何体中难免有一些重复叠加的面，或者是位于建筑物内部不可见的隐藏面。对于这些模型构造面，可在地物模型结构中找出，并予以删除。还有一些面较大部分被遮挡，同样可分割裁剪后删除被遮挡的部分，以减少几何面的渲染消耗。
简化地物模型构造并删除隐藏面的优化结果如表3所示。因建筑物在三维地理场景中属于局部场景，所以只对建筑物全景、局部近景以及旋转环绕三个状态进行测试。在模型经过几何构造简化并删除隐藏面后，其构造面数大幅减少，渲染损耗减少，漫游速度明显加快。
2．2．3纹理压缩
纹理文件是模型的重要组成部分，对纹理文件的压缩可以大大提高模型简化的效率。选择图片压缩格式是最直接的纹理压缩方法。对于只用于外观欣赏而非数据分析的地物模型，其纹理文件可以使用JPEG压缩格式，要比RGB格式的文件小得多。静止图像压缩算法JPEG是一种有损压缩，一般可以达到40∶1或者更高的压缩比。
在保证预计可视化效果的前提下，也可以尽量降低纹理图像的像素尺寸，缩小图像面积来实现纹理文件压缩。纹理像素越低，文件的数据量也就越小。
从图2可以看出，对于内容并不复杂的纹理，像素从128×128降到64×64，效果上几乎看不出区别，但图片面积只有原来的四分之一，数据量压缩了1.69倍;像素从64×64降到32×32，图像质量变差，图片面积同样缩小四倍，但数据量仅压缩了1.15倍。可见在保证图像显示质量的前提下，可以合理选择纹理图像像素尺寸，压缩纹理文件大小。
在地物模型几何构造简化的基础上进行纹理压缩，前后的优化结果如表4所示。当采用JPEG压缩格式压缩后，所有纹理文件的平均压缩率达到约22：1，纹理数据大幅减小，在模型中的图形渲染消耗也随之减少，速度有了明显提高。再进一步调整纹理像素尺寸，减轻渲染压力。从测试结果可以看出，调整调整纹理像素尺寸后，近景细节渲染的效率大幅提高。
3 综合优化结果分析
在综合优化测试中，本文利用了大比例尺数字街区、中比例尺三维城镇以及小比例尺全国三维地形三个不同空间尺度的具体三维地理场景，在建模过程中实践优化技术。3个应用案例的三维可视化效果如图3。
大比例尺的数字街区原始数据模型共计582M，包含局部小山丘地形模型，几百个建筑物、绿化带等地物模型。地物模型数据数目较多，未经优化的模型直接载入造成内存不足而无法实现三维可视化。地形模型地势较为平坦，在三角网合并时有较大优化效率;建筑物模型较多，在对建筑物简化构造和压缩纹理后，优化效果显著。整个场景模型进优化后，总数据量减小到32.3M，三维可视化的漫游速度在60fps左右。
中比例尺的三维城镇原始数据共计851.2M，包含场景地形，影像，城镇建筑物、桥梁、道路、绿地等地物模型。需要对地形建模进行优化，才能实现三维可视化。地形网格合并优化后的场景漫游速度在4fps左右，交互迟钝。对地形模型进一步用细节层次技术优化后，实现地形数据分层分块的动态加载。并优化建筑物模型，减少复杂几何体渲染的消耗。整个场景模型进优化后，总数据量达到1.02G，三维可视化的漫游速度在60fps左右。
小比例尺的全国三维地形原始数据共计168G，包含全国范围的SRTM地形，及相应的遥感影像作为地形纹理，无其它地物模型。地形数据量巨大，未经优化无法实现三维可视化，细节层次优化技术可以高效解决大场景地形问题。对地形进行优化建模，总数据量达295G，三维可视化的漫游速度基本在30fps以上，在运动剧烈状态下，漫游速度下降到10fps左右。
4 结束语
测试数据表明，通过细节层次技术、网格简化、简化模型几何构造、删除隐藏面、纹理压缩等优化手段，可以有效提高场景的漫游速度。将优化技术综合应用于不同尺度和内容的三维地理场景建模中，各种优化技术表现出不同的优化效率。表明每种优化技术都有其优势性和针对性，在实际应用中，需要灵活选取和运用，有针对性地发挥技术的特长，才能高效地实现对漫游速度的优化。
摘要：三维地理场景的流畅性取决于场景的漫游速度。首先, 通过对场景建模过程中的若干优化技术进行研究与实践, 实现三维地理场景漫游速度的提高。并以不同漫游状态下的帧率作为主要指标, 对比优化后和优化前的模型质量、漫游速度及仿真效果, 分析各项优化技术的优劣。然后, 通过数字街区、三维城镇和全国三维地形等应用实例, 验证各项优化技术在不同空间尺度下的可行性与实用性, 提出三维地理场景构建中的一种有效优化漫游速度的综合方案。
关键词：优化,帧率,三维地理场景,建模过程
参考文献
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优化场景 篇6
配电网是电力系统向用户供电的重要环节，其供电可靠性的高低对于整个电力系统能否安全、可靠、经济运行具有非常重要的意义。网络拓扑结构的确定，决定了电力网络本质的特性[1]。网络拓扑结构对其自身可靠性的影响也受到越来越多的关注。近年来，研究配电网可靠性的定量分析方法主要包括故障模式后果分析法、模拟法等[2]，所需数据繁杂，统计困难且多以元件可靠性因素为基础。
抗毁性是可靠性的一种确定性测度，它从网络拓扑结构的层面，研究连通性对网络可靠性的影响，是网络可靠性的一种静态指标[3,4]。随着复杂网络理论在通信网络、军事网络、电力网络[5,6]等领域的应用，网络结构抗毁性的研究也逐步深入。目前该理论在电力系统中的应用研究，主要侧重于节点重要性评估和线路脆弱性辨识[7,8,9]，用于考察电力网络在遭受不同攻击方式时的承受能力。随着网络结构抗毁性研究的深入[10]，其衡量标准和评估技术日渐成熟，网络抗毁性以及可靠性的优化已成为新的研究重点。
提高配电系统可靠性的方法一般有2种：一是提高系统各元件的可靠性，二是增加系统的冗余度。这2种方法都需要增加较大投资，以降低经济性为代价来提高配电网的可靠性。对已建成配电网，在满足一定约束的条件下改变其分段开关或联络开关的开闭状态，改变网络结构，可以用较低的成本提高配电网的供电可靠性[11]。目前，网络结构的优化和故障恢复重构[12]等领域采用的方法主要有启发式算法[11]、人工智能算法等。
本文从配电网网络结构自身的连通性出发，以抗毁性最高或切负荷最小为目标，基于最短路径和支路交换法实现不同场景下配电网网络拓扑结构的抗毁性分析和优化，为中压配电网网络结构的优化提出了新的研究思路。
1 网络拓扑结构优化中的基本概念
中压配电网可以抽象为一个由节点集V和边集E组成的图G=(V,E)。其中，节点集V中的节点分为等值电源节点和等值负荷节点2种;边集E中的元素对应着中压配电网的配电线路。
1)最短路径：连接节点i和j的路径中边数最少的称为两节点间的最短路径，最短路径中所包含直接相连边的条数称为最短路径长度。
2)邻接矩阵：用矩阵A来表示节点个数为n、边的条数为m的图G，令
则矩阵A称为图G的邻接矩阵，记为A(G)。若G为无向图，则A(G)为对称矩阵。
3)全连通网络：对于网络G0，若其任意节点对之间均存在直接相连边，则网络G0为全连通网络。全连通网络G0的邻接矩阵A(G0)中，除对角线元素为0外，其他元素均为1。
4)边介数：对于由中压配电网抽象得到的图G(V,E)，边介数即为图的边被图中所有等值电源节点与等值负荷节点之间最短路径经过的次数。
2 网络结构的抗毁性测度
抗毁性是从网络拓扑结构层面，用连通性能来刻画实际网络完成其既定任务的能力;是衡量网络可靠性的一项静态指标和确定性测度。
1)等效最短路径数
全连通网络是结构最紧凑的网络，抗毁性最强。一种网络与全连通网络结构差异越大，结构越疏松，其抗毁性也就越差。基于待评价网络与全连通网络结构上的差异，可以提出以下抗毁性评价方法。
假设Kij为图G中节点i与节点j之间最短路径的长度;mij为节点i与节点j之间长度为Kij的最短路径的条数;μ(Kij)为在与图G具有相同节点个数N的全连通网络G0中，节点i与节点j之间路径长度不大于Kij的路径的条数。则节点i与节点j之间的等效最短路径数为[13]:
对于本文研究的辐射状结构配电网，mij=1。显然，0
2)抗毁性测度指标
通过计算节点间的最短路径数[13]，比较待评价网络与全连通网络的结构差异。基于等效最短路径数，可以得到节点个数为N的图G的抗毁性测度指标为：
该抗毁性测度指标是基于待评价网络与全连通网络结构差异而得到的，全连通网络任意节点之间的等效最短路径数为1，因而抗毁性测度指标s(G0)=1，抗毁性最强，任意非全连通网络的抗毁性测度指标0
3 中压配电网抗毁性分析数据预处理
本文基于复杂网络理论，结合中压配电网自身结构特点，对其进行抗毁性分析。分析过程从以下几个方面对相关数据进行预处理。
1)本文研究工作针对配电网10kV电压等级，不考虑其他电压等级的输配电线路以及发电厂和变电站的电气主接线。
2)网络中节点的分类：将网络结构中所有的节点分为等值电源节点和等值负荷节点2类。其中，前者代表源自发电厂、变电站的10kV侧母线，后者为网络中除等值电源节点之外的其他节点，代表单个负荷或一片负荷区域。
3)配电线路抽象为网络拓扑结构中的无向边;不考虑配电线路物理构造特性的差异，仅考虑任意节点之间是否有连接，合并同杆并架线路，忽略并联电容支路，以消除网络拓扑模型中自环及重边的存在。
4 多场景下配电网网络结构的优化
根据配电网闭环设计、开环运行的特点，本文将通过对配电网拓扑结构进行抗毁性评估，给出已建成配电网在不同场景下可靠性高、经济性好的网络运行方式。本文研究的网络是已建成的、配电系统中常见的多分段、多连接、单电源配电网。优化工作包括：(1)配电网正常运行场景下，以抗毁性最高为目标，寻找可靠性与经济性兼优的网络结构，使配电网以可靠性高、经济性好的结构运行;(2)各种单一故障后场景下，以不切负荷或切负荷最小为目标，找到可靠性高、恢复操作简捷的故障后恢复网络结构。
4.1 正常运行场景下的优化模型
基于最短路径对目标网络进行抗毁性分析，以网络抗毁性测度指标值最高为优化目标，得到抗毁性较高的一组备选网络结构，备选网络线损的大小作为最后选择最优方案的依据，以经济性好、抗毁性高的方案作为最优网络结构方案。
目标函数：
约束条件如下。
1)网络保持辐射状结构运行约束，无环路、无孤立节点。
2)支路流量约束
式中：Pi为支路i的线路传输功率;Pi max为支路i的线路传输功率的上限值。
3)节点电压约束
式中：Ui,Ui max,Ui min分别为节点i的电压及其上、下限。
4.2 各种单一故障后场景下的优化模型
线路介数(即边介数)是网络拓扑分析中一个非常重要的参数，介数越高，该线路在网络拓扑结构中的作用越重要。介数较高线路的移除将会引起大量最短路径的重新分布以及网络连通性能的改变。因此，线路介数[14]是辨识电力网络脆弱环节的重要指标。
各种单一故障后场景可以依据各支路的介数排序生成。在不同网络结构中介数最高的线路被切除的故障模式下，检验网络结构的故障恢复能力，衡量整个网络完成既定任务的能力。其优化模型以配电网切负荷最小为目标函数，并以网络结构抗毁性测度值指标和开关操作次数作为最后选择最优方案的依据，生成故障后网络重构方案。目标函数为：
式中：n0为非故障停电区节点个数;Pi为非故障停电区节点i的负荷;Ps为恢复方案所能提供的最大恢复容量;Pc为切负荷的容量。
故障后恢复重构的约束条件与正常运行时网络优化重构的约束条件相同，见式(6)和式(7)。
4.3 支路交换法的优化策略
支路交换法属于启发式优化算法，由于其求解过程简单，并且符合电网运行人员决策思路，因此得到了较为广泛的应用[11]。本文借鉴支路交换法在以降低网损或平衡负荷为目标的配电网重构中的应用，对配电网网络拓扑结构进行抗毁性优化，从连通性的角度提高配电网的可靠性。
对一个节点数为n、支路条数为m、联络线路条数为b的单电源、闭环设计开环运行的配电网，采用支路交换法进行以提高抗毁性测度指标值为目标的网络结构优化。程序流程图如图1所示。图中：Tk为第k代抗毁性测度指标值最高的网络结构;M为该网络结构联络线路组成的集合;T0为配电网当前运行方式对应的网络结构。
5 算例及结果分析
为便于研究，结合配电网的实际特点，假设所采用的算例为均一网络，网络中各节点间采用等长度、同型号的导线连接。采用IEEE 33节点配电网测试系统的近似网络，节点个数与节点负荷的分布、节点之间线路的条数和连接关系等与IEEE 33节点配电系统相同，即节点个数为33、线路总条数为37、联络线路条数为5;线路采用相同型号导线，线路长度均为1km，网络结构图及节点、线路编号见文献[11]。
经过7次迭代得到抗毁性测度指标值最高的网络结构，各代最优网络结构的抗毁抗毁性测度指标值及网络线损如表1所示。
表1所示结果表明：综合考虑网络线损和抗毁性测度指标，第7代网络结构抗毁性测度值最大、网损最小，因此，选择它作为最优运行方案，其对应联络线路集合为{l4,l11,l12,l26,l32}。
根据线路介数的定义，应用大型复杂网络分析软件Pajek[15]对最优网络结构进行拓扑分析。结果得到介数最高的线路为l18。切除线路l18，考察网络在极端故障下的恢复情况。以最大程度恢复停电区域的供电为目标，采用支路交换法进行网络恢复重构。在保证系统不切负荷的前提下，以下几种重构方案满足各项约束条件：方案1，闭合联络线路l4;方案2，闭合联络线路l26;方案3，闭合联络线路l4和l26，打开联络线路l23;方案4，闭合联络线路l4,l26,l32，打开联络线路l23和l36。4种网络重构方案下的抗毁性测度指标值及开关操作次数见表2。
综合考虑抗毁性测度指标值高和开关操作次数少的优化依据，方案1开关操作次数最少，抗毁性测度指标值较初始网络有明显提高，虽然抗毁性测度指标值比方案3略低，但开关操作次数更少，因此选择方案1作为网络恢复重构的最佳方案。
6 结语
优化场景 篇7
城市小区建设及高层建筑物的高度和密度不断增加, 网络技术的不断升级和增容, 对无线网络环境及覆盖质量产生了一定的影响。在无线环境复杂不利、场景多变的情况下, 提供具有针对性的解决覆盖质量问题, 保证优质的网络覆盖, 是移动网络建设中必须面对和解决的问题。
针对高速公路/铁路、大型高档小区等多种场景实施系统兼容与覆盖的优化, 可进一步提高网络对多媒体、视频、数字化通信的支撑能力。
高速铁路/公路场景:降低多普勒效应影响
一般高速铁路沿线, 基本上都有同方向近距离的高速公路。在移动网络建设中, 这两个场景都需要考虑多普勒效应, 最终目的是降低接收灵敏度的问题, 做到高速铁路/公路场景的系统兼容与覆盖优化, 以便在确保覆盖质量的基础上, 将移动网络建设的成本降到最低。
目前, 高铁铁路/公路的行驶速度不断提高, 时速达200km/h及以上的动车组 (CRH) 列车早已投入了使用, 时速超过300km/h的动车组 (CRH) 列车也相继在部分路段投入运行。
为了确保高速铁路/公路的沿线移动通信系统兼容与覆盖优化, 在兼顾高速公路的情况下, 提高时速300km/h的动车组 (CRH) 列车覆盖性能与质量非常有必要, 可使高速移动环境下的通信更加安全可靠。
多普勒效应降低列车接收灵敏度
高速列车对移动通信质量的影响, 主要是由于车体损耗和高速移动的速度造成的, 不同车体对无线信号的穿透损耗差别很大。当终端在移动中通信时, 特别是在高速情况下, 终端和基站都有直视信号, 接收端的信号频率会发生变化, 呈现多普勒效应。用户移动方向和电磁波传播的方向相同时, 多普勒频移最大;完全垂直时, 没有多普勒频移。多普勒频移对于接收机接收性能质量有一定的影响, 主要是降低了接收的灵敏度。因此, 针对高速铁路覆盖的主要技术难点, 是对多普勒频移的校正、精确的网络覆盖设计和降低网络建设成本等, 这些也都是必须解决的问题。
多普勒效应和快速切换带来的影响是高速移动环境下必须解决的两大难题, 速度越快, 影响越大, 解决难度也越大, 对技术的要求也越高。如果不采取措施, 通信质量将严重恶化, 甚至掉线。除了在基带处理和智能天线等算法上进行优化以外, 在建设中做好网络规划设计也是解决问题的关键。
高铁环境中的规划设计与设备选型
设备的选择。在设备选型上, 采用分布式光纤基站BBU+RRU组网设备是目前较理想的方案, 其优点是在某一区域可以只放置一个BBU, 链接多个RRU进行沿路覆盖, 同时RRU具备级联功能, 通过级联的方式能够节省光纤, 提供灵活的建网方式。
天线的选择。根据仿真和实际测试结果, 6阵元天线与8阵元天线相比, 在上行覆盖、下行覆盖和公用信道覆盖方面均存在一定差异。因此, 对于高速路的覆盖, 为保持较好的网络性能, 建议选用8阵元天线。
基站布置。基站布置可以分布在铁路沿线两侧, 也可以单侧分布, 没有优劣之分, 完全根据传播环境和地形决定。
发射天线与覆盖沿线距离的设计
由于存在多普勒频偏和穿透损耗, 天线布放要考虑到发射天线到覆盖对象 (高速铁路和高速公路) 的距离。根据多普勒的频偏特性, 同样的运动速度下, 基站与道路的垂直距离越长, 有效的固定Doppler频偏越小, 越有利于基带解调。
站距高铁垂直距离大于高速公路。由于高速铁路的平均时速要高于高速公路的平均时速, 在同样条件下 (距离, 偏移角度) , 高速铁路的Doppler频偏要大于高速公路, 因此, 设计基站距离高速铁路的垂直距离, 要稍稍大于基站距离高速公路的垂直距离, 以便取得较好的基带解调性能。
基站与覆盖沿线需要保持一定距离。穿透损耗与电波的入射夹角有对应关系, 在电波垂直于障碍物时, 穿透损耗最小, 随着电波逐渐斜向入射障碍物, 电波经过该障碍物的损耗也增大。在高速铁路和高速公路的场景中, 列车和汽车本身的穿透损耗不可忽视。因此, 需要基站与覆盖沿线保持一定距离, 以保证天线旁瓣波束射入车体时, 穿透损耗不会太大。基站在高速铁路覆盖半径边缘的发射天线与覆盖对象应至少有30度夹角存在。
对天线方向性的设计要求要降低。相对而言, 公路运行车辆的封闭性、车体构造和厚度等决定了在同等条件下公路运行车辆的穿透损耗要小于铁路机车。因此, 对天线方向性的设计要求应该降低。
切换问题的解决
采用异频硬切换方案。在超高速移动的情况下, 当多普勒效应引发的同频邻区相对频偏大于一定门限时, 连接状态下的用户终端测量不到同频邻区, 无法触发接力切换, 导致接力切换无用武之地。此时, 采用异频硬切换方案来对抗多普勒频偏效应, 比接力切换方案更能保证连续覆盖。
保证UE将满足切换条件。切换区域的设计对切换有非常重要的影响。切换区域过小就会因为无法满足切换时延的要求而导致切换失败。过小的重叠覆盖区, 通常容易使无线链路在目标小区重配置成功之前就已经与源小区失步了, 导致切换流程在物理信道重配置阶段失败。根据切换启动门限参数的设计, 以及完成切换流程所需时间的保守统计, 估算切换区所需的重叠覆盖区域大小, 两个小区覆盖重叠区域设计得足够大, 才能保证UE将满足切换条件的测量事件上报之后, UE有足够的时间跨越整个重叠覆盖区。
信号场强相同区域向两侧过渡。假定高速用户的最高移动速度为250km/h, 每秒移动的距离为69m。而根据设备性能, 硬切换所需时延平均为l000ms (从测量控制消息上发到物理信道重配完成) , 那么所需要规划切换区域应该大于69m的范围;切换是双向进行的, 因此切换带应该是138m, 同时应该加上从信号场强相同区域 (小区边界) 向两侧强场过渡的区域。这样切换带加上过渡区域构成了道路的重叠覆盖区。如图1所示。
多类型小区的系统兼容与覆盖优化
城市中各类小区建设数目迅速增长, 住宅的密度也不断增加, 小区场景环境不断变化, 有的高层就在别墅区及小高层小区, 旁边又开辟一个高层小区。对于大量的移动手机用户来说, 由于建筑物的遮挡, 居民区的部分区域会出现信号盲区或信号弱的情况, 直接影响手机用户的网络体验。同时, 一些高档小区的高端用户多, 单用户话务量大, 这些区域对于网络容量也有很高的要求。
如何解决小区的信号覆盖和网络容量问题, 已经成为移动网络运营商日益关注的课题。
一般来说, 通过室内分布系统的建设可以解决居民区的网络覆盖和容量问题。但是小区由于受到物业因素、业主因素或者投资成本等多种因素的影响, 不一定都能够实现完整的室内分布系统。因此, 对于不同的小区, 需要根据不同的条件, 尽量采取移动通信系统兼容等方案来解决。
3层以下别墅小区的覆盖
别墅小区楼层低, 楼宇之间间距宽阔, 高端用户多, 对网络质量要求高, 覆盖重点主要是住宅内部。
由于别墅一般采用砖墙, 可以通过室外信源对室内进行信号覆盖, 推荐使用BBU+RRU+全向伪装天线的方式进行覆盖。
7层以下小高层建筑的覆盖
●同时实现低层和高层的覆盖
小高层建筑在新建的城市建筑中占据了很大的比重, 建筑物一般为板状结构, 可以通过外部信号照射实现建筑物内部的覆盖。小高层建筑的高层信号质量一般比低层要好。在小高层建筑内部建立室内分布系统的难度比较大, 投资也比较高, 所以一般考虑在小区的公用地面建立分布系统。通过光纤分布系统可以有效解决馈缆损耗问题, 而且光纤布线的施工量也比较小。小高层小区主要的解决方案通过BBU+单通道RRU+伪装天线解决覆盖。
如果小区只是低层信号不好 (7层以下) , 可采用灯杆天线实现低层的信号覆盖;如果低层和高层信号都不好, 一般在地面安装伪装天线, 天线采用上倾角, 从而同时实现低层和高层的覆盖。例如:以某小区覆盖为例, 通过小容量基带池BBU+单通道RRU的模式进行覆盖, 测试结果良好, 达到设计要求。在该例中, 采用灯杆状天线, 主要完成7层以下的信号覆盖。设计中采用了“多天线, 小功率”的设计, 每栋建筑都可以视距看到分布天线, 保证室内覆盖只经过一次穿透损耗。见图2。
●已建GSM小区采用馈缆系统覆盖
另外一种情况是小区里已经建立了GSM的小区覆盖系统, 由于物业原因或者业主原因, 在小区里改造光纤分布系统比较困难。在这种情况下, 我们可以考虑使用大功率单通道RRU设备和GSM信源在机房处合路, 通过已有的馈缆系统实现小区的信号覆盖。
这种方式的优势在于无须在小区的地面施工, 在很短的时间内实现小区的TD-SCDMA信号覆盖。
8层以上高层住宅小区的覆盖
目前, 8层以上高层小区建设, 多为12、18、24、28、32、38层等居多, 高层小区一般位于密集市区, 楼层高, 有电梯、地下停车场、地下商场等特殊区域, 高端用户多, 对服务质量要求高。
同时, 住宅一般采用混凝土结构, 楼板厚度大, 采用室外信号字透覆盖的效果差, 而且电梯一般在建筑物中间, 一般为信号盲区, 室外信号无法穿透, 因此一般首选建立室内分布系统来实现信号覆盖, 同时可以适用这种小区的高话务量的要求。室内分布系统推荐采用大容量基带池BBU+RRU+室内分布系统方式, 解决覆盖和容量问题。对于建筑物的电梯, 一般利用单独的RRU通道来解决。对于地下停车场, 如果地下停车场为与居民住宅合为一体, 可以共享楼层底部的RRU实现信号覆盖;如果地下停车场为独立建筑, 可以通过光纤拉出专门的RRU通道或通过直放站进行覆盖。
对于周围宏站较多、无线环境复杂的区域, 应采用微蜂窝技术, 以微蜂窝基站作为独立信源, 对各个楼层、地下室和电梯作专项室内覆盖解决;针对高层和低层采用不同的微蜂窝覆盖;与周围宏站设置邻区关系。
这样, 不仅能够增加网络容量和覆盖率, 采用微蜂窝技术解决小区覆盖质量, 还有效地解决了小区的室内环境的弱覆盖问题, 大大地提高了基站的分布密度, 并在不增加频率资源的前提下, 大幅提高网络容量。
网优建议
由于3G业务已经成熟并向4G方向演进, 移动通信网络的各种系统和制式的技术不断进步, 网络环境与景点也在不断变化。因此, 本文提到的综合解决方案, 只是实际网络建设中各类场景中的主要场景, 实际网络建设中遇到的特殊场景是非常多样的。但是, 通过分析, 都能找到一定的相通性, 可以通过建立模型进行仿真研究。
总之, 要打造精品TD-SCDMA移动通信网络, 需要采取多种有效手段, 实现网络系统设备兼容与覆盖优化, 采用最优的综合组网方案, 以满足用户对高质量的多媒体、视频和数字化通信的需要。