基于混合粒子群优化算法的无线网络覆盖规划研究.pdf
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1、2023 年 10 月基于混合粒子群优化算法的无线网络覆盖规划研究徐海华(中通服网盈科技有限公司,江苏 南京 210000)【摘要】粒子群优化渊particle swarm optimization,PSO冤算法是一种启发于鸟群觅食行为的智能优化搜索算法袁在各个领域均有广泛应用遥 在有传播损耗的条件下袁提出了一种基于 PSO 算法的无线网络覆盖规划方案袁通过混合 PSO 算法和 PSO 算法尧差分进化渊differential evolution,DE冤算法分析室内 5G 小基站的优化部署效果遥 结果表明袁混合 PSO 算法具有更强大的优化性能遥【关键词】PSO 算法曰无线网络曰覆盖规划【中图
2、分类号】TN929.5【文献标识码】A【文章编号】1006-4222(2023)10-0004-030 引言在现代社会中,室内环境是无线网络的重要应用场景1-3,因为越来越多的人在室内使用手机、平板电脑和其他移动设备进行通信和上网。然而,室内环境的复杂性使 5G 信号传播面临许多挑战。对于无线网络在室内环境的应用,需要进行深入研究和精确规划。只有充分考虑室内环境的特点和需求,合理规划基站数量和布局,才能确保无线网络在室内环境中的有效覆盖和稳定性,为用户提供良好的通信体验和服务。粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法的核心思想是模拟群体中个体之间的信息共
3、享,通过合作与竞争的过程,使整个群体在问题求解空间中逐渐演化,从无序向有序转变,从而寻找问题的可行解4-5。PSO 算法的提出为问题求解提供了一种全新的思路和方法,通过模拟自然界群体的行为,能够在复杂问题中快速、高效地得出全局最优解。本文基于这一算法对室内 5G 小基站的优化部署展开研究。1 5G 信号室内传播的损耗模型及其性能检验1.1 5G 信号的室内传播建模建筑物的室内空间通常划分为多个功能区城,因此内部设置了许多隔墙。5G 信号采用电磁波传输,其通信信道受建筑物墙体、室内陈列和人员移动等因素的影响,容易出现多径衰落效应。这种衰落效应会引发信号传播过程中的延时和失真问题。因此,研究 5G
4、 信号在室内传播的损耗模型对于网络覆盖规划至关重要。通过设计合理的网络覆盖规划方案,可以有效预防信号衰落,提升室内网络的通信质量。1.2 5G 信号室内传播的理想损耗模型1.2.1 损耗计算通用理想公式5G 信号一般是毫米波或厘米波,参考点选定为室内的小基站,由于信号本身不能全域覆盖,并且在传播过程中存在环境干扰和扩散作用,能量在一定程度上会衰减,损耗计算通用理想公式如下:Lpath=Lpathd0蓸蔀+10Nlgdd0+X滓。(1)式中:Lpath路径损耗值;d0信号的设计传输距离;d实际传输距离;N具体的环境系数;X滓正态随机变量。滓 的取值与建筑物类型和载波频率存在密切联系,典型应用场景
5、下的 滓 取值如表 1 所示。1.2.2 本研究考虑的损耗计算理想公式根据国际电信联盟 ITU谣R P.1238 建议书 中对100 GHz900 GHz 室内无线电通信系统的定义,本研究考虑的损耗计算理想公式如下:Lpath=20lg f+Nlgd+Lf(n)-28+X滓。(2)式中:f5G 信号电磁波的频率;Lf为楼层穿透损耗因子,该公式主要考虑室内的传播损耗,因此需要考虑楼层穿透影响;n信号所需穿透的楼层数目。该公式中 N 的取值与信号频率、建筑物类型有关,以办公室为例,当频率 f 为 900 MHz 时,N 的取值为 33;当 f 为 4 GHz 时,N 的取值为 28。应用场景载波频
6、率/Hz滓 取值办公室(软分隔)9509.8办公室(硬分隔)1 6007.5商场9248.1金属构件1 2006.8表 1 典型应用场景下的 滓 取值通信设计与应用42023 年 10 月1.2.3 基南-莫特利公式基南-莫特利公式是经典是室内传播公式,其具体形式如下:Lpath=Lpathd0蓸蔀+10Nlgdd0+nj=1移NwjLwj+ni=1移NfiLfi。(3)式中:Nwj信号传播路径上的墙体数量;Lwj墙体造成的穿透损耗;Nfi楼层数量;Lfi楼层穿透损耗。1.3 5G 信号室内传播的实际损耗模型在实际建筑室内场景中,上文提到的 5G 信号室内传播损耗模型是理想模型。然而,不同建筑
7、的室内空间大小、内部结构、陈列物以及环境中的电磁干扰等存在较大差异。因此,为了更好地适应现实环境,需要对理想模型进行修正,提高其对现实环境的拟合程度。1.3.1 场地情况本文研究的办公场地平面几何结构为正方形,边长为 15 m,楼层高度为 3 m。建筑物主要采用钢筋混凝土结构,内部设有少量的混凝土隔墙和玻璃隔墙。在室内空间的不同位置放置了 2 台小型 5G 基站,办公环境结构如图 1 所示。在该种场景下,需要对理想的 5G 信号室内传播损耗模型进行适度修正,以提高模型对现实环境的拟合程度。1.3.2 校正方法办公环境内部结构较为简单、阻碍少,可以在国际电信联盟提出的损耗模型上进行改良校正,校正
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- 基于 混合 粒子 优化 算法 无线网络 覆盖 规划 研究
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