【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线通信，尤其涉及一种基于天线参数及波束联合优化的5g-r节能方法。
技术介绍
1、目前在全国大规模开展5g网络建设的当下，据gsma统计，5g无线基站占通信系统整体能耗超过73％，同时据我国工信部估计，2035年中国数据中心和5g基站设施的碳排放总量将达2.3亿-3.1亿吨，约占中国碳排放的2％-4％，因此5g基站的节能研究和技术创新十分必要。
2、基站休眠技术是一种有效的节能技术，考虑到基站在无负载或负载较低的情况下，仍处于满功率工作状态，因此可以考虑基站在低负载或无负载时，将基站的一些主要功耗设备进行智能关闭和开启，从而可以有效减少基站的功耗。基站天线作为移动通信网络的终端，其应用效果的好坏，一般受限于基站电磁环境、天线挂高、天线方位角以及天线下倾角四大重要因素。其中合理设置天线辐射波束宽度，可以有效控制基站的覆盖范围和整网的软切换比例，实现基站节能。天线自适应算法是一种应用于通信系统中的信号处理技术，用于在天线通信中改善信号传输质量，主要用于自动调整和优化天线的指向和性能，以最大程度地提高信息接收的质量和传输速率。
技术实现思路
1、鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术。为了满足5g-r车地通信的需求构建了一个面向铁路的天线辐射优化模型，并设计了一个5g-r massive mimo天线参数优化方案，通过调整天线振子的相位和幅度结合自适应算法，使天线辐射波束主瓣宽度减小，角度变窄，从而扩大基站天线辐射波束覆盖铁路区间的范围，并提高单位面积的功率
2、因此，提供了一种基于天线参数和波束优化的5g-r基站节能方法。
3、为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案，一种基于天线参数和波束优化的5g-r基站节能方法，包括：
4、构建面向铁路的天线辐射优化模型，根据5g-r车地通信需求设计5g-r massivemimo天线参数优化方案，改变5g-r massive mimo基站天线振子的相位和幅度；利用传感器监测基站天线辐射角度变化，结合自适应算法调整基站天线振子相位和幅度，调整基站天线辐射波束主瓣宽度，调整基站天线辐射波束角度；设计符合5g-r基站分布特点的波束联合优化方案，结合铁路列车运行位置的信息，进行铁路基站自适应休眠，实现5g-r基站节能。
5、作为本专利技术所述的基于天线参数和波束优化的5g-r基站节能方法的一种优选方案，其中：所述天线辐射优化模型包括根据5g-r车的通信需求设计5g-r massive mimo天线参数优化方案，设计符合5g-r基站的波束联合优化方案。
6、所述天线参数辐射优化模型包括分析5g-r车地通信需求，确定所需的覆盖范围、通信质量和系统容量的性能指标，根据基站的具体位置和覆盖需求，合理设计天线阵列的垂直方向分层布局将天线分为不同层级和水平方向波束宽度控制，通过调整天线振子的相位和幅度优化对波束宽度和波束宽度，评估天线参数优化后的信号覆盖范围、通信质量和系统容量的性能指标是否满足优化方案的通信需求，根据仿真和评估结果，在实际基站中部署和调整优化后的天线参数。
7、作为本专利技术所述的基于天线参数和波束优化的5g-r基站节能方法的一种优选方案，其中：所述5g-r基站的波束联合优化方案包括基于交织站址冗余双线铁路覆盖场景，保证车地正常通信的前提下，通过天线自适应算法调整基站天线振子的相位和幅度，改变辐射波束的主瓣宽度，进而改变铁路轨道两侧基站天线辐射波束的覆盖范围使相邻基站之间的干扰最小化，构建波束联合覆盖模型使无法完全覆盖的两侧基站辐射波束完全交错覆盖轨道区间，结合铁路列车运行位置的信息采集，进行铁路基站自适应休眠：当列车进入基站覆盖范围时，基站进入休眠状态降低能耗，当列车离开基站覆盖范围时，基站恢复工作状态保证通信质量。
8、作为本专利技术所述的基于天线参数和波束优化的5g-r基站节能方法的一种优选方案，其中：所述自适应算法调整基站天线振子相位和幅度包括根据传感器的反馈信息和环境条件，通过天线自适应算法优化控制移相器改变天线阵列中每个辐射振子所获得的功率信号的相位来实现对5g-r massive mimo基站天线振子的相位和幅度的调整，具体算法如下：
9、相位调整量，天线阵列有n个辐射振子，天线自适应优化算法的目标是使天线阵列的总体输出波束指向目标用户方向：
10、
11、计算幅度调整量，当前信道信息为
12、
13、其中，表示第n个辐射振子的相位调整量，arg()表示求幅角，e表示自然对数的底数，j表示虚数单位，θtarget表示目标波束方向，hn表示第n个辐射振子接收到的信号的相位，xn表示第n个辐射振子当前的相位，δan表示第n个辐射振子的幅度调整量，ytarget表示目标波束方向上的期望幅度，yn表示第n个辐射振子接收到的信号的幅度，表示第n个辐射振子接收到的信号的幅度的平方。
14、移相器将计算出的相位调整量和幅度调整量转换为对应的电信号，将转换后的电信号加到每个辐射振子接收到的信号上，实现对天线振子的相位和幅度的调整，天线阵列的总体输出波束指向目标用户方向。
15、作为本专利技术所述的基于天线参数和波束优化的5g-r基站节能方法的一种优选方案，其中：所述调整基站天线辐射波束主瓣宽度包括通过天线自适应优化算法控制移相器天线振子的相位和幅度，减小基站天线辐射波束主瓣宽度，使基站天线辐射波束角度减小，铁路小区间重叠覆盖区域增大，相同的总发射功率聚集在较小的方向上，单位面积内的辐射功率密度增加，在保证车地正常通信的前提下，降低基站天线发射功率。
16、作为本专利技术所述的基于天线参数和波束优化的5g-r基站节能方法的一种优选方案，其中：所述调整基站天线辐射波束角度包括利用波束角度计算天线辐射方向的变化率：
17、
18、其中，α表示天线辐射方向的变化率，θnew表示新的天线辐射方向，θold表示旧的天线辐射方向，δt表示时间间隔，设定变化率α的阈值为0.1°/秒，当变化率α的绝对值不超过0.1°/秒，则认为当前的天线辐射方向是正常的，当变化率的绝对值大于0.1°/秒时，则认为当前的天线辐射方向异常，需要进行调整。
19、利用传感器监测基站天线辐射方向变化，当基站天线辐射方向正常时，控制终端实时监测输出维持天线辐射波束角度的电信号，通过所述自适应算法调整基站天线振子相位和幅度，减小天线辐射波束主瓣宽度，增大天线辐射波束覆盖铁路轨道区间范围，同时降低基站天线发射功率，使基站天线辐射波束覆盖范围不会出现因为天线的摆动而不合理、产生盲区导致铁路通信质量下降的情况。
20、当基站天线辐射方向在风力的外力作用下发生变动时，传感器及时检测的变动信号中包含辐射方向信息，此时，传感器将包含辐射方向信息的变动信号输出电信号发送本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于天线参数和波束优化的5G-R基站节能方法，其特征在于：包括，
2.如权利要求1所述的一种基于天线参数和波束优化的5G-R基站节能方法，其特征在于：所述天线辐射优化模型包括根据5G-R车地通信需求设计5G-RMassive MIMO天线参数优化方案，设计符合5G-R基站的波束联合优化方案；
3.如权利要求2所述的一种基于天线参数和波束优化的5G-R基站节能方法，其特征在于：所述5G-R基站的波束联合优化方案包括基于交织站址冗余双线铁路覆盖场景，保证车地正常通信的前提下，通过天线自适应算法调整基站天线振子的相位和幅度，改变辐射波束的主瓣宽度，进而改变铁路轨道两侧基站天线辐射波束的覆盖范围使相邻基站之间的干扰最小化，构建波束联合覆盖模型使无法完全覆盖的两侧基站辐射波束完全交错覆盖轨道区间，结合铁路列车运行位置的信息采集，进行铁路基站自适应休眠：当列车进入基站覆盖范围时，基站进入休眠状态降低能耗，当列车离开基站覆盖范围时，基站恢复工作状态保证通信质量。
4.如权利要求3所述的一种基于天线参数和波束优化的5G-R基站节能方法，其特征在于：所述
5.如权利要求4所述的一种基于天线参数和波束优化的5G-R基站节能方法，其特征在于：所述调整基站天线辐射波束主瓣宽度包括通过天线自适应优化算法控制移相器天线振子的相位和幅度，减小基站天线辐射波束主瓣宽度，使基站天线辐射波束角度减小，铁路小区间重叠覆盖区域增大，相同的总发射功率聚集在较小的方向上，单位面积内的辐射功率密度增加，在保证车地正常通信的前提下，降低基站天线发射功率。
6.如权利要求5所述的一种基于天线参数和波束优化的5G-R基站节能方法，其特征在于：所述调整基站天线辐射波束角度包括利用波束角度计算天线辐射方向的变化率：
7.如权利要求6所述的一种基于天线参数和波束优化的5G-R基站节能方法，其特征在于：所述基站自适应休眠包括基于交织站址冗余覆盖的双线铁路基站休眠，休眠场景具体如下：
8.一种采用如权利要求1～7任一所述的基于天线参数和波束优化的5G-R基站节能方法的系统，其特征在于：包括天线辐射优化模型构建模块、天线参数优化模块、铁路波束联合优化模块及5G-R基站节能模块；
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种基于天线参数和波束优化的5g-r基站节能方法，其特征在于：包括，
2.如权利要求1所述的一种基于天线参数和波束优化的5g-r基站节能方法，其特征在于：所述天线辐射优化模型包括根据5g-r车地通信需求设计5g-rmassive mimo天线参数优化方案，设计符合5g-r基站的波束联合优化方案；
3.如权利要求2所述的一种基于天线参数和波束优化的5g-r基站节能方法，其特征在于：所述5g-r基站的波束联合优化方案包括基于交织站址冗余双线铁路覆盖场景，保证车地正常通信的前提下，通过天线自适应算法调整基站天线振子的相位和幅度，改变辐射波束的主瓣宽度，进而改变铁路轨道两侧基站天线辐射波束的覆盖范围使相邻基站之间的干扰最小化，构建波束联合覆盖模型使无法完全覆盖的两侧基站辐射波束完全交错覆盖轨道区间，结合铁路列车运行位置的信息采集，进行铁路基站自适应休眠：当列车进入基站覆盖范围时，基站进入休眠状态降低能耗，当列车离开基站覆盖范围时，基站恢复工作状态保证通信质量。
4.如权利要求3所述的一种基于天线参数和波束优化的5g-r基站节能方法，其特征在于：所述自适应算法调整基站天线振子相位和幅度包括根据传感器的反馈信息和环境条件，通过天线自适应算法优化控制移相器改变天线阵列中每个辐射振子所获得的功率信号的相位来实现对5g-r massive mimo基站天线振子的相位和幅度的调整，具体算法如下：
...
【专利技术属性】
技术研发人员：邹劲柏，余凤琴，赵依凡，刘虎，何子冉，刘立海，姜永富，王耀国，王胜军，沙泉，邸士萍，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：
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