基于射线跟踪离开角特征的5G-R无线网络优化方法技术

本发明专利技术提供的基于射线跟踪离开角特征的5G

【技术实现步骤摘要】
基于射线跟踪离开角特征的5G
‑
R无线网络优化方法


[0001]本专利技术涉及电气化铁路牵引供电
，特别是涉及基于射线跟踪离开角特征的5G
‑
R无线网络优化方法。

技术介绍

[0002]随着5G的快速发展，高速铁路场景下的5G网络部署已展开了相关研究，铁路5G系统(5G
‑
Railway,5G
‑
R)也步入了探索阶段。5G
‑
R技术在满足信息高可靠性、数据高传输率、传输高实时性的同时，也为用户提供了更多高性能的业务服务。
[0003]射线跟踪技术是一种通用有效的无线信道建模工具，它基于几何光学理论、麦克斯韦方程组、电磁波理论等运算原理，将在收发信机之间传播的电磁波等效为射线，通过射线与周围环境物体的相互作用描述出每一条射线的路径损耗、多径传播机理类型、反散射阶数和反散射点位置、复数域场强、在垂直面和水平面的波离开角和到达角等信道特征参数。此外，根据不同收发信机天线的方向图和极化方式，可将收发信机天线的增益相应的叠加到每一条射线中，使射线跟踪法建立的无线信道模型更加准确。
[0004]随着无线网络通信技术的发展，用户对网络传输速率和通讯稳定性的需求也在不断提高，而如何在轨道交通、密集城区、综合枢纽、大型场馆等复杂电磁环境场景中提高保证稳定通信的网络覆盖率是传统铁路无线网络优化的痛点和难点。因此，利用射线跟踪技术进行准确的无线信道建模，并利用其中的离开角特征对基站参数进行调整是推动未来铁路无线网络智能优化的有力方案。
[0005]目前的无线网络优化往往需要首先依托于信令测试仪、测试车等工具在现场进行多次测量来获取接收信号强度等数据，再结合人工调试对基站参数进行校正，且在调试完成后仍需重复人工测量来检验调整基站参数后的网络覆盖效果，存在周期长、资源利用率低、无法实现网络优化与站参调整智能迭代等问题。此外，目前除了大部分依靠路测和人工调试的网络优化方案以外，也有小部分研究学者提出利用射线跟踪技术进行网络优化。但目前在网络优化领域对射线跟踪技术的应用，仅仅是利用其进行单纯的迭代计算而并未建立准确的信道模型。而且目前基于射线跟踪技术的网络优化方案在设置仿真的基站参数时自由度太高，并未充分利用发射天线方向图的特点来为调整基站参数提供范围限制进而提高优化效率。因此，现场多次测量和反复人工调试带来的优化周期长、精度低、开销大等问题以及现有方案对射线跟踪技术应用的不充分就成为了传统铁路无线网络优化的痛点问题。

技术实现思路

[0006]为了解决上述痛点问题，本专利技术提出了一种基于射线跟踪技术离开角特征的5G
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R无线网络优化方案，射线跟踪技术能够将抽象的电磁波转化为可视化的射线，并得到该射线传播过程中的路径损耗(Path Loss,PL)以及相对于发射天线的水平离开角(Azimuth angle Of Departure,AOD)、俯仰离开角(Elevation angle Of Departure,EOD)等信道特
征，利用射线相对于发射天线的离开角特征，以发射天线水平和垂直方向的3dB波束宽度为物理边界，结合包括但不限于粒子群优化算法等求取最优解的方法即可完成对基站参数的智能调整；本专利技术提出的网络优化方案，能够在一定程度上解决传统铁路无线网络优化效率低、资源利用率低、无法实现网络优化与站参调整智能迭代等问题，提高了现有射线跟踪网络优化的效率，为实现精准高效的铁路无线网络优化提供了新的方向和仿真支撑，对未来完善我国智能铁路技术体系提供参考。
[0007]本专利技术所采用的技术方案是：
[0008]基于射线跟踪离开角特征的5G
‑
R无线网络优化方法，包括以下步骤：
[0009]确定发射天线的最佳水平离开角，使得铁路线上的信号接收功率最大；
[0010]确定发射天线的最佳俯仰离开角，使得铁路线上的信号接收功率最大。
[0011]进一步的，
[0012]所述的确定发射天线的最佳水平离开角，使得铁路线上的信号接收功率最大的方法为：
[0013]建立射线跟踪仿真模型，获取使得铁路线上的信号接收功率最大的目标函数；
[0014]旋转发射天线的水平方位角扇区对水平方向上目标角度范围实现全覆盖；
[0015]对目标函数进行求解，最终可以计算得到在发射天线3dB水平波束范围内使接收功率最大的射线水平离开角，进而确定最佳的天线水平方位角。
[0016]进一步的，所述目标函数为：
[0017][0018]公式(1)中：i表示扇区的索引值，i从0开始，则I表示扇区最后一次旋转后的索引值；假设发射天线水平波束宽度为ψ，发射天线水平方向3dB波束的起始角度为α，终止角度为β，则利用目标函数寻求最优解时应满足约束条件β
‑
α＝ψ；P
AOD
(i,j)表示扇区索引为i、射线索引为j的射线离开发射天线时的功率。
[0019]对目标函数进行求解的方法为：利用射线跟踪仿真结果中的离开角信息结合包括但不限于粒子群算法、鸟群算法各类求取最优解的方法进行迭代运算求解。
[0020]进一步的，
[0021]所述的确定发射天线的最佳俯仰离开角，使得铁路线上的信号接收功率最大的方法为：
[0022]建立射线跟踪仿真模型，获取使得铁路线上的信号接收功率最大的目标函数；
[0023]旋转发射天线的俯仰角扇区对垂直方向上目标角度范围实现全覆盖；
[0024]对目标函数进行求解，最终可以计算得到在发射天线3dB垂直波束范围内使接收功率最大的射线俯仰离开角，进而确定最佳的天线俯仰角。
[0025]进一步的所述目标函数为：
[0026][0027]公式(2)中：i表示扇区的索引值，i从0开始，则I表示扇区最后一次旋转后的索引
值；假设发射天线垂直波束宽度为χ，发射天线垂直方向3dB波束的起始角度为ξ，终止角度为ζ，则利用目标函数寻求最优解时应满足约束条件ζ
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ξ＝χ；P
EOD
(i,j)表示扇区索引为i、射线索引为j的射线离开发射天线时的功率。
[0028]本专利技术的有益效果是，
[0029]本专利技术在既有基站站址的前提下，通过调整基站天线的方位角和俯仰角来提高大于目标网络业务稳定性等级功率阈值的网络覆盖率，即为网络优化的原理，可利用射线跟踪技术得到的离开角特征，选取能使网络覆盖率达到最佳效果的发射天线方位角和俯仰角。
附图说明
[0030]图1为本专利技术实施例1中的基于水平离开角特征的网络优化流程；
[0031]图2为本专利技术实施例1中的基于水平离开角特征的网络优化效果图；
[0032]图3为本专利技术实施例1中的基于俯仰离开角特征的网络优化流程；
[0033]图4为本专利技术实施例1中的基于俯仰离开角特征的网络优化效果图；
[0034]图5为本专利技术实施例2中的可视化多径俯视效果图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于射线跟踪离开角特征的5G
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R无线网络优化方法，其特征在于，包括以下步骤：确定发射天线的最佳水平离开角，使得铁路线上的信号接收功率最大；确定发射天线的最佳俯仰离开角，使得铁路线上的信号接收功率最大。2.根据权利要求1所述的基于射线跟踪离开角特征的5G
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R无线网络优化方法，其特征在于，所述的确定发射天线的最佳水平离开角，使得铁路线上的信号接收功率最大的方法为：建立射线跟踪仿真模型，获取使得铁路线上的信号接收功率最大的目标函数；旋转发射天线的水平方位角扇区对水平方向上目标角度范围实现全覆盖；对目标函数进行求解，最终可以计算得到在发射天线3dB水平波束范围内使接收功率最大的射线水平离开角，进而确定最佳的天线水平方位角。3.根据权利要求2所述的基于射线跟踪离开角特征的5G
‑
R无线网络优化方法，其特征在于，所述目标函数为：公式(1)中：i表示扇区的索引值，i从0开始，则I表示扇区最后一次旋转后的索引值；假设发射天线水平波束宽度为ψ，发射天线水平方向3dB波束的起始角度为α，终止角度为β，则利用目标函数寻求最优解时应满足约束条件β
‑
α＝ψ；P
AOD
(i,j...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛伟涛，杨琪，周敏，官科，冯敬然，江凌翔，任超，何丹萍，赵耀，柴天娇，张妍君，李珉璇，吴绍华，赵留俊，彭涛，董健，许鸿谦，
申请(专利权)人：中国铁路设计集团有限公司，
类型：发明
国别省市：