通信覆盖（通用9篇）
通信覆盖 篇1
无线通信是历届通信展的核心内容之一, 今年也不例外, 而且LTE的全球商用更点燃了各大厂商展现LTE方案的热情。
对于国内TD-LTE下一步扩大规模试验的内容, 工信部表示主要验证四方面。一是TD-LTE扩大规模试验网络与TD-SCDMA现网的功能业务、多模终端、互操作和KPI等;二是与现有核心网、网管、计费等系统的融合测试, 面向友好用户的网络质量和业务质量测试;三是对网络建设、规划优化、业务开发和运营维护中的关键问题进行相关研究验证;四是对增强型智能天线自适应、LTE支持IPV6、新型天线等验证应用。
3G和LTE, WLAN成为本届通信展上的另一大热点。多厂家都重点展出了WLAN大容量覆盖、多网协同、无线专网、无线应急等方面的方案和产品。
作为国内通信业的风向标地区, 广东WLAN热点数量已创国内新高, 仅广东移动部署的WLAN热点就已超过30万个, 其中覆盖高校园区的WLAN热点就超过了10万个。 (鲁义轩)
通信覆盖 篇2
关键词 地铁 移动通信 覆盖方案
随着通信行业的飞速发展，无线移动电话的使用越来越广泛，为了保证地铁能够为乘客提供全方位的服务，地铁建设方将考虑商用无线信号的引入。
1 系统功能
1.1 业务需求及覆盖范围
中国移动：GSM900通信系统；DCS1800通信系统；TD-SCDMA通信系统
中国电信：CDMA 800 通信系统；CDMA 2000 通信系统
中国联通：GSM 900MHz通信系统；DCS 1800MHz通信系统；WCDMA通信系统
DVB-T数字移动电视信号。
移动电话引入系统覆盖范围如下：
（1）地下车站的站台层、地下正线隧道区间、站厅层、主要设备用房区、人行通道；（2）换乘车站的换乘通道、换乘厅；（3）车站主体内同期建设的商业开发区域。
1.2 覆盖要求
根据地铁环境和实际用户使用情况，在地铁内人流最多的区域主要是站台公共区域、站厅公共区域、换乘通道、出入口及隧道正线区间，在办公区域、设备区域人流较少。根据用户分布情况，覆盖指标要求如下：
在隧道正线区间覆盖范围内95%以上区域GSM、CDMA和3G的信号强度≥-85dBm。
在站厅、站台、换乘厅、换乘通道等公共区域95%以上区域GSM、CDMA和3G的信号强度≥-85dBm；在设备区、办公区等90%以上区域GSM、CDMA和3G的信号强度≥-85dBm；出入口通道向内方向信号在5-15m范围内不低于-85dBm。
1.3 覆盖室外泄漏要求
对于GSM系统，出入口泄漏到外的信号强度在出入口各个方向10m处覆盖系统电平低于-90dBm；对于CDMA系统，出入口泄漏到外的信号强度在出入口各个方向3m处EC值（码片能量）小于-95dBm。
1.4 干扰与噪声
同频干扰保护比：C/I（载波/干扰）≥12dB；
基站接收端GSM/DCS1800的上行引入噪声≤-120dBm/200KHZ。
基站接收端CDMA的上行引入噪声≤-107dBm/1.25MHZ；
1.5 其它
要求各种无线信号共用同一套地铁覆盖系统时，无线信号相互之间的干扰不影响其它系统工作性能。输出到Tx天线端口的射频功率不大于15dBm/载波。根据国家环境电磁波卫生标准，办公区域一级标准（10w/cm2），站台、站厅、商场及隧道内达到二级标准（40w/cm2）。
2 系统方案及比选
地铁工程无线信号引入和覆盖系统的范围为地下车站（包括站台、站厅、设备层、办公区域、人流通道及换乘厅）和地铁隧道区间，隧道区间的覆盖需要满足能为车厢内乘客提供随时随地的无线通信业务服务；车辆段、停车场及地面车站及线路已在运营商地面无线网络的覆盖范围之内，暂不考虑。工程需要覆盖的信号包括当今无线通信领域的所有新旧业务。所以，要求本系统是一个“全覆盖、无缝、宽频段、能提供多业务”的无线信号引入及覆盖工程。
2.1 总体方案
各运营商在地铁各地下站的通信机房设置信号源设备，本文主要考虑地下车站和隧道的无线覆盖分布式系统。移动运营商的基站设置在各个地铁车站的商用通信设备室内，而每个移动运营商基站的基带信号可由某站一点或两点引入，也可从各个车站分散引入。分散引入可以不占用地铁的传输通道，但不便于管理，且占用大量运营商传输资源，施工难度较大。所以选择集中一点引入方式较易实施。在控制中心引入运营商2G及3G移动通信信号，通过传输系统提供的2M通道和车站设置的POI设备延伸覆盖至全线地下空间。
2.2 覆盖方案
（1）隧道信号覆盖
隧道内信号覆盖主要是为了车厢内乘客提供无线业务服务，可以采用两种方式覆盖，一种是利用无源小天线覆盖方式，一种是利用宽频泄漏同轴电缆（LCX）覆盖方式。
天线覆盖方式是在隧道内采用同轴馈线无源分布天线，每隔一定距离就设置一个天线，覆盖一定的隧道区域。这种方式设计灵活，价格相对较低，安装较方便。但由于是隧道区域，空间较狭窄，空间波信号在隧道中传播会产生隧道效应，特别是列车通过时，会对电波产生很大的阻挡衰落，还会导致信号覆盖极不均匀。结合工程区间长，空间狭窄等特点，隧道内不采用天线方式覆盖。
泄漏同轴电缆（LCX）隧道覆盖方式，是在隧道内沿隧道壁敷设漏缆，借助漏缆对信号的泄漏原理来进行隧道信号场强覆盖，相对于分布天线覆盖来说，有如下优点：
①可以很好克服由于列车通过而产生的阻挡衰落；②信号波动范围减少，信号在各个地方的分布较均匀，起到较好覆盖效果；③多种不同的无线通信系统可以共享同一漏缆，可以省去架设多个天线的麻烦。④可以生产出在特定频段上有较好性能的漏缆，采用特定的开槽、开孔方式，来提高漏缆的性能。
基于以上比较，隧道内采用宽带泄漏同轴电缆方式进行覆盖为最佳方案。
无线信号在隧道漏泄电缆的信号辐射方式可采用两种方式：一是上下行信号同缆辐射；二是上下行信号分缆辐射。采用同缆辐射方式与分缆辐射方式比较，可节省一半的漏泄电缆工程投资和施工量。但根据目前无线信号工作频段的分配，特别是GSM 和CDMA 系统工作频段，当采用同缆辐射方式时，不仅由于元器件的原因会产生三阶互调，而且可产生较为严重的二阶干扰（1800MHz频段和900MHz频段）。同时，中国联通CDMA800系统的下行频段和中国移动GSM900的上行频段仅相差5MHz间隔，若同缆设置很容易产生CDMA800对GSM900的带外杂散干扰。所以，为了保证系统的可靠性，系统上行链路和下行链路各采用一条漏泄电缆，并距离一定距离（30cm以上），满足隔离度要求。
为保证信号以最小的损耗馈入车厢，泄漏电缆的架设高度宜和车窗平行，信号通过车窗，以较少损耗到达用户。同时，为保证与TETRA专用无线系统之间的隔离度，泄漏电缆和TETRA专用无线系统用的泄漏电缆的距离应大于0.4m为宜。
（2）站厅、站台、人流通道和换乘厅信号覆盖
站厅、设备层、办公区域、人流通道和换乘厅的信号分布覆盖可以采用漏泄电缆和无源小天线两种方式。采用漏泄电缆方式在保证通信的传输质量和信号覆盖稳定的基础上，可较为容易控制信号的均匀分布，但存在造价较高、施工难度较大的缺点。而在车站站厅、人流通道和换乘厅等处使用比较经济的无源小天线覆盖也可以达到覆盖质量要求，且具有降低造价、便于施工等特点。
在考虑使用效果和造价的基础上，站厅、人流通道和换乘厅这些区域推荐采用天线覆盖方式，合理规划天线布局，完成对地铁站厅、人流通道和换乘厅的完整覆盖。
（3）站台信号覆盖
各车站站台类型均为岛式站台，由于形状较规则，宽度较窄，包括两边的轨道线路，其宽度均不超过20米。所以，如果在隧道外墙车顶上方有足够的空间敷设本工程漏缆，则考虑站台和隧道一起采用泄漏同轴电缆方式覆盖，否则为保证信号平滑和稳定，站台也采用同轴分布式小天线加强信号覆盖。
2.3 中继设备的选择
由于在隧道内CDMA800、GSM900与 DCS1800、3G的传输损耗差别很大，不同系统基站能量可以满足覆盖距离不同，对较长的隧道区间需要增加放大器对信号进行中继放大，以保证隧道区间的通信质量。
目前，非3G系统在需要设置放大器的隧道区间，可采用两种信号中继放大方式，分别为光纤直放站方式和射频干线放大器方式。
光纤直放站方式能很好的控制系统上行噪声，同时，光纤直放站的射频信号可以双方向传递，其中继的距离约是射频干线放大器的1.7倍。采用干线放大器只能向一个方向传递，中继距离短。在超长区间，若采用射频干线放大器，需要多个放大器级联才能满足覆盖要求，当隧道内采用两级以上干线放大器级联时，会使上行噪声指标恶化。因此，非3G系统在超过2公里的较长隧道区间采用光纤直放站方式进行信号中继是首选方案。
3G区间放大可以采用两种方式：采用光纤直放站放大和RRU放大两种。光纤直放站放大需要在机房设置直放站近端机，将基站射频信号耦合经过电光转换成光信号，在区间设置直放站远端机，经过光电转换将光信号转换成电信号，并经信号放大延伸对区间的覆盖。RRU放大方式是在区间设置RRU射频拉远单元，RRU属于基站一部分，它通过标准接口及光纤传输将基站基带信号传输到区间，经过基带信号处理及数模变化、上变频及滤波后转换成射频信号，并经信号放大延伸对区间覆盖。
以上两种方式均能实现对区间的延伸覆盖，均能满足地铁覆盖要求，但各有优缺点。
RRU属于基站一部分，可由基站厂家提供，配套性好，便于运营商网络维护管理，但对招标存在一定限制。光纤直放站采用射频信号直接电/光转换，远距离传输后光/电转换直接放大，会引入更多的底噪声，从而抬升上行噪声。而RRU传输的为纯基带信号，几乎不产生底噪，不影响信号质量。基站可以依据RRU覆盖范围内用户使用情况，实时调整各RRU射频功率，调节基站覆盖范围及容量。
基于以上比较，推荐3G区间放大器采用RRU方式作为主选方案、光纤直放站方式作为备选方案。
三、结束语
地铁建设中商用移动通信系统的引入与覆盖，需要对业务需求、覆盖范围、覆盖要求、干扰与噪声等多种因素加以综合分析，在考虑使用效果与造价的基础上，选择适合的方式予以覆盖，求得经济与技术的最佳结合。在建设与使用过程中，针对实际效果，不断进行优化与完善，总结经验，以指导今后地铁工程的实施。
参 考 文 献
[1] 陶孟华. 在地铁中建设3G移动通信系统的研究 《铁道工程学报》2009年第10期
[2] 王寿国. 地铁移动无线网络系统的服务质量研究 南京航空航天大学2008.01.01
电力应急通信中覆盖范围研究 篇3
关键词：应急通信,TD-LTE,链路预算,传播模型,覆盖范围
0前言
在自然灾害, 事故灾难, 公共安全, 突发卫生事件等紧急状态下, 由于公共通信网络中断等原因, 往往需要通过应急通信在短时间内恢复现场通信并进行现场调度指挥。云南属于地质灾害频繁突发地区, 大地震、泥石流、山体滑坡等自然灾害往往导致灾区的公共通信网络瘫痪成为信息孤岛, 使电力抢险救灾工作陷入空前困境, 指挥中心也无法进行有效的电力抢修指挥[1]。因此对于电力企业来说, 必须高度重视并加大投入建立完善应急通信体系。
1 当前应急通信中TD-LTE的应用
典型的电力应急通信解决方案场景如下:当某地发生地震、泥石流等自然灾害时, 部署了调度系统和视频回传系统的电力应急通信车, 快速到达现场后, 就地开展现场应急指挥;应急指挥车无法到达的地方, 由抢险人员携带手持终端进入灾区现场, 并将视频或语音回传指挥车, 车载基站将现场的视频信息通过卫星回传至指挥中心[2]。
对于绝大部分电力应急通信场景来说, 用户只限于抢险应急人员, 因此数量不是很多, 但很多自然灾害环境下应急车无法到达现场, 抢险人员只能徒步进入, 因此此时TD-LTE的覆盖范围往往成为最重要的指标, 也成为保障抢先救灾效果的关键。
2 TD-LTE覆盖范围的理论值计算
2.1 链路预算计算
链路预算是指根据终端和基站的射频指标、干扰系数、衰落余量等计算出路损, 然后代到相应的不同传播模型中计算出覆盖距离[3]。
以下是计算链路预算的过程。假设TD-LTE用户边缘速率为512 kbps, 使用频率选择1.8GHz, 系统带宽选择为10 MHZ, 基站和终端天线为两发两收。查询当前应急通信车在用的TD-LTE设备实际性能值, 得到如表1的链路预算值表。
上行最大允许路径损耗 (d B) =UE每子载波等效全向发射功率 (d Bm) -e NB最小接收信号强度 (d Bm) -穿透损耗 (d B) -慢衰落余量 (d B) ;
其中UE每子载波等效全向发射功率 (d Bm) =UE最大发射功率 (d Bm) -10×log10 (使用的上行RB数目×12) +UE天线增益 (d Bi) -UE馈线损耗 (d B) -UE发射端人体损耗 (d B) ;e NB最小接收信号强度 (d Bm) =e NB接收灵敏度 (d Bm) -e NB天线增益 (d Bi) +e NB馈线损耗 (d B) +e NB端人体损耗 (d B) +上行干扰余量 (d B) ;
下行最大允许路径损耗 (d B) =e NB每子载波等效全向发射功率 (d Bm) -UE最小接收信号强度 (d Bm) -穿透损耗 (d B) -慢衰落余量 (d B) ;
其中e NB每子载波等效全向发射功率 (d Bm) =e NB每子载波发射功率 (d Bm) +Beamforming增益 (d B) +e NB天线增益 (d Bi) -e NB馈线损耗 (d B) ;UE最小接收信号强度 (d Bm) =UE接收灵敏度 (d Bm) -UE天线增益 (d Bi) +UE馈线损耗 (d B) +UE端人体损耗 (d B) +下行干扰余量 (d B) ;
将表1中链路预算表各项已知参数代入公式, 可分别计算出上行和下行最大允许路径损耗分别为138.49 db和148 db。
2.2 无线传播模型
传播模型是指预期无线电波传播路径上的路径损耗。传播环境的不同也会直接影响无线传播模型的设计和建立, 一般情况下主要的影响因素包括:不同的自然地形;种植植被特征;气象情况;电磁噪声干扰。室外建筑物的高度和密度情况等;其中常用的传播模型包括Cost231–Hata和Okumuru-Hata模型[4]。
当前在用的电力应急通车使用1.8 GHz频段的设备, 适用于Cost231–Hata模型。该模型的描述如下:
其中Cm为环境矫正因子, 其取值与地物类型有关, 其标准模型取值如下:
密集城区:Cm=3、城区:Cm=0、郊区:Cm=0农村:
其中:HUE为手机高度, 单位为m;HBS为基站高度, 单位为m;f为载波频率, 单位MHz;d为所求的覆盖距离, 单位为k M。
将之前计算出的上下行最大允许损耗值带入Costa231-hata的传播模型, 得到最大允许损耗PL与覆盖距离值D的关系如表2所示;
在2.1中计算得出上行PL值约为138.49db, 下行PL值为148 db, 将其代入表2, 由此可计算出1.8 GHz的理论覆盖距离如下表3所示。
2.3 天线参数选择
在应急系统无线网络规划优化中, 天线的选择也非常重要。合理的天线能够提高网络的覆盖质量。由于当前应急车通信系统为单小区系统, 且默认使用场景为公网通信中断情况, 因此无需考虑临区干扰问题, 可采用下倾角、方位角固定的天线, 尽量满足覆盖距离的需求。
同时由于考虑到应急系统话务量较小, 以及应急场景和应急抢险人员位置的不确定性, 因此使用全向天线, 同时车顶配置升降台系统, 实现天线高度可调, 并且在使用中尽量选取地势较高的地点作为应急车的停放位置, 实现视线传播路径上无遮挡。
由于天线辐射的能力都集中在波瓣宽度内, 对于覆盖半径较大, 话务分布较少, 同时地形复杂落差大的地形, 应尽量选择水平和垂直波瓣较大的天线。
3 现场测试验证及探讨
当前电网所用的电力应急通信车使用的TD-LTE实际配置带宽为20 MHz, 覆盖均在SA0、特殊时隙配比7下预算, 基站配置和基站硬件指标 (馈线损耗、发射功率、天线增益等) 参考表1内参数。终端采用采用1.8 GHz频段, 天线高度为1.5 m。实际测试覆盖范围如表4所示:
(单位:KM)
通过对实测值与理论值进行对比分析, 可以发现与理论覆盖范围值基本吻合, 证明理论分析值正确, 同时在城区测试时, 考虑到可能出现的频率干扰等情况, 因此实测值相比比理论值偏小[5]。在当前系统配置情况下, 实际测试结果上行覆盖范围比下行覆盖范围小, 因此系统主要考虑上行受限, 未来通过对天线技术、终端发射功率等技术进行改善, 提高上行覆盖范围, 显著提高应急车使用范围。
根据上面不同场景下传模公式, 将链路预算进行相应调整, 可以得到对应站高下的覆盖距离倍数。以30 m站高为例, 链路预算增大3d B对应的覆盖距离倍数为10^ (3/35.22) =1.21, 即覆盖增大1.21倍。
在同样的频段和系统参数情况下, 通过调整基站的发射天线高度, 也能实现覆盖范围的增大, 由传模公式可得天线高度增加一倍, 可补偿大约6 db的链路损耗。
在同一站高下, 其他系参数相同, 根据对应的系数, 可以得到相同PL下, 频段差异对应的覆盖距离倍数。以1.8 GHz和1.4 GHz的传播模型为例, 常数均相差4.76 db (密集城区) 、4.79 d B (其他环境) , 同样以30 m站高为例, 1.4 GHz比1.8 GHz增多的4.79 d B路径损耗对应覆盖距离倍数10^ (4.79/35.22) =1.368, 即覆盖相比1.8 GHz增大了1.368倍。因此未来通过部署1.4 GHz或400 MHz等低频段的TD-LTE设备, 也能显著提高覆盖范围。
4 结束语
本文通过分析电力应急通信车系统的使用场景和使用方案以及相应的无线传播模型, 得出了该系统的在不同情况下的覆盖范围值。最后针对理论分析的结果, 对电力应急通信车的实际效果进行了测试结果及分析, 并对结果进行了对比总结, 对应急通信车的在不同场景的使用情况提出指导。对今后如何进一步改进系统性能参数, 提高应急通信车的实际覆盖范围起到了实际的指导作用。
参考文献
[1]付重, 肖行诠.电力应急通信系统应用研究[J].电力系统通信, 2011:56-57
[2]刘献伟.电力系统应对灾害的应急通信网络研究[D].华北电力大学 (河北) 2009:34-35
[3]王映民, 孙韶辉.TD-LTE技术原理与系统设计[M].北京:人民邮电出版社.2010:98
[4]张建国.TD-LTE系统覆盖距离分析[J].移动通信, 2011:68-69
通信覆盖 篇4
基金项目：国家自然科学基金资助项目（60974091）
作者简介：夏化冰（1971—），男，安徽合肥人，副教授，硕士，研究方向：炮兵通信指挥、遗传算法应用等。
通讯联系人，E-mail：pan.w@126.com
文章编号：1003-6199（2014）03-0035-04
摘 要：针对节点高密度部署的炮兵通信网络中优化工作节点集的选取问题，提出一种基于参数可变遗传算法的覆盖控制优化方法。设计了密度检测机制优化初始种群，并设计了即考虑到进化代数对算法影响，又考虑到每代中不同个体适应度对算法作用的自适应交叉概率和变异概率。仿真实验及分析表明，该优化方法快速有效地实现了工作节点数目少、节点集覆盖率高的工作节点集的选取，可有效地降低能耗，延长网络生存时间。
关键词：炮兵通信网络；覆盖；工作节点集；参数可变遗传算法
中图分类号：TP31 文献标识码：A
Optimal Coverage Strategy Based on Alterable Parameter
Genetic Algorithm in Artillery Commutation Networks
Xia Hua-bing， Pan Wei
（Shenyang Artillery Academy，Shenyang，Liaoning 110867，China）
Abstract：An optimal coverage strategy based on adaptive genetic algorithm in wireless sensor networks is proposed for solving the problem of selecting the optimal coverage set of nodes for artillery commutation networks with high density nodes. The mechanism of density detection is designed to optimize the initial population. The adaptive crossover probability and adaptive mutation probability are proposed， which consider the influence of every generation to algorithm and the effect individual fitness in every generation. Simulation and analysis results show that the optimal coverage set of nodes with less nodes and high coverage percentage is achieved by the proposed algorithm. Under the condition， sleeping chance is ensured adequately， which decreases the energy expenditure effectively and prolongs the lifetime of the network.
Key words：artillery commutation networks；coverage；coverage set of nodes；alterable parameter genetic algorithm
1 引 言
未来信息化条件下，炮兵作为陆军的火力突击骨干力量，将担负更加繁重的作战任务，这要求炮兵部队必须具备良好的信息获取及处理能力，以便控制复杂的信息化战场。炮兵群通信系统由通信网和炮兵通信节点组成，主要应用于各级指挥单元和行动单元，完成信息的传输，是联接指挥控制等分系统的纽带[1]。
网络覆盖是炮兵通信网络的基本问题之一，反映了网络对被监测区域或目标对象物理信息的感知能力。网络覆盖问题近年来受到广泛研究[2]，由于通信节点的高密度部署特性，部分节点间的覆盖区域完全或部分交迭，如果所有节点同时工作会造成大量的能量消耗，缩短网络生存时间。因此，如何在实现极大化网络覆盖的同时采用尽量少的节点组成优化工作节点集，和调度各个节点集轮流工作是解决炮兵通信网络能量有限与延长网络生存时间之间矛盾的重要手段[3]。
2 问题建模
2.1 相关假设
目标区域A为二维矩形平面，N个通信网络节点随机部署于其中，网络中含有一个具有较强计算能力的汇聚（sink）节点，用于工作节点集选取的计算，且sink节点可以获得部署于网络内所有节点的位置信息；使用全向天线，节点的通信范围是以节点为圆心，半径为Rc的圆形区域，节点感知半径为Rs且Rc=2Rs，这样保证了网络的连通性，在此基础上的覆盖问题包含了连通问题；位于节点一倍感知半径内的邻居节点为第一类邻居节点，位于一倍感知半径与两倍感知半径之间的节点为第二类邻居节点；若点p与节点si之间的欧式距离d（si， p）满足d（si， p）≤Rs，则点p被si覆盖，且通信网络节点间互相独立。
2.2问题模型
炮兵通信网络优化覆盖问题是一个典型的目标优化问题。网络有效覆盖率、工作节点数目是衡量工作节点集选取的重要指标，综合考虑二者设计适值函数F（x）与优化模型Fopt分别为
F（x）=α×Pcov +β×xsize3Rs×2×ysize3Rsnumworknodes（1）
Fopt=max F（x）（2）
式中，α，β为调节系数，其值取决于网络设计者对网络性能指标的综合要求，Pcov为工作节点集的有效覆盖率，numworknodes为工作节点集的节点数目，xsize为目标区域长度，ysize为目标区域宽度，符号[ ]表示取整，xsize3Rs×2×ysize3Rs为覆盖目标区域所需要的最少节点个数[4]。
为了计算Pcov，将目标区域划分为m×n个网格，以网格中心被覆盖的程度代表网格被覆盖的程度，△s表示一个网格的面积，As表示矩形的面积，则有
Δs=Asm×n=xsize×ysizem×n（3）
网格G（xl， yω）被节点i覆盖的概率为
pRi=Pc（xl，yω，i）=
1，（xl-xi）2+（yω-yi）2≤Rs
0，others（4）
式中，（xl， yω）为网格中心点坐标。
节点间彼此独立，则有
RRi∪Rj=1-pi∪j=
1-pipj （5）
网格被节点集覆盖的概率为
p∪numworknodesi=1R=1-p∩numworknodesi=1i=
1-∏numworknodesi=1Pc（xl，yω，i）（6）
则工作节点集的有效覆盖率Pcov为
Pcov =节点集覆盖的面积总面积=
∑ml=1∑mω=1p∪numworknodesi=1RΔsAs（7）
3 遗传算法求解步骤
3.1 初始种群优化
1）密度检测
节点计算由第一类邻居节点覆盖形成的近似扇形区域对应的圆心角并集θ，若θ=360°，该点处密度较大，节点冗余；若θ=0°，该点处密度过小；若θ∈[0°， 360°]，计算第一类邻居节点中距离该点最近距离α及圆心角并集形成扇形的边与节点感知圆周的交点，在扇形两边上分别取得与对应交点距离为α的关键点，由关键点及交点组成判定点，若判定点能够被第二类邻居节点覆盖，则该节点处密度较大，该点冗余。密度检测如图1所示，图1（a）中节点A为密度检测点，θ为第一类邻居节点覆盖形成的近似扇形区域对应的圆心角并集，G、H为近似扇形的两边与点A感知圆周的交点，G1、H1为关键点，G、H、G1、H1构成判定点；若第一类邻居节点覆盖形成的区域由两部分独立的近似扇形区域构成，即θ=θ1∪θ2，如图1（b）所示，对两组判定点G、H、G1、H1，E、F、E1、F1进行密度检测原理同上。
2）优化过程
密度检测识别出冗余节点并获得所有节点被邻居节点覆盖的圆心角度后，根据密度检测的结果及节点间的位置关系设定节点及邻居节点的工作概率，保证初始化种群的质量，使算法在较少的迭代次数获得较高的适值个体。优化过程如下（c为优化比例，G为初始种群规模）：随机初始化G（1-c）个随机个体，对个体中节点进行密度检测，若节点非冗余，且密度检测获得的圆心角为0，则将节点工作概率置1；若密度检测获得的圆心角非0，找出该节点的第一类邻居节点，并根据圆心角及第一类邻居节点的数目设置节点工作概率；若密度检测得到节点冗余，则设置节点工作概率为0.5；经过工作概率设置后，若节点被选为工作，继续检查该节点第一类邻居节点的工作状态，若第一类邻居节点工作概率非1，相应降低第一类邻居节点的工作概率，完成每个随机个体中所有节点及第一类邻居节点的工作概率设置，即完成个体优化；循环直至优化个体比例达到要求。
3.2 遗传操作
遗传操作包括选择、交叉、变异三种操作算子，本文采用标准遗传操作，选择操作是排序选择+最佳个体保存法，交叉操作是依据交叉概率的单点交叉，变异操作是依据变异概率的单基因突变。选择操作是遗传算法的基础，变异操作是遗传算法的核心，交叉操作是遗传算法的补充[5]。
3.3 交叉概率的自适应确定
交叉算子在遗传操作中起核心作用，主要用来产生新个体，实现算法的全局搜索能力。从群体整体进化过程来看，交叉概率应该能随进化过程逐渐变小，到最后趋于某一稳定值，以避免对算法后期的稳定性造成冲击而导致算法不能收敛，或收敛过程加长；而从产生新个体的角度来看，群体中的所有个体在交叉操作上应该具有同等地位，相同概率，从而使GA在搜索空间具有各个方向的匀性[6]。因此，本文设计了与进化代数相关的交叉概率：
Pc=11+eαG+β（8）
其中，G为进化代数，α、β为定常系数，α代表交叉概率的变化曲率，β代表交叉概率的收敛极限。
3.4 变异概率的自适应确定
变异算子在遗传操作中起辅助作用，主要用来维持群体多样性，防止出现未成熟收敛。在算法早期，群体中个体多样性丰富，此时的变异概率应该小些，以提高算法的运行速度；而随着进化的进行，个体越来越向适应度高的个体靠近，致使个体越来越单一，此时的变异概率就应该大些，以维持群体的多样性。同样的原因，同一代群体中个体的变异概率应该随个体的优劣而变化，即加大优质个体变异概率。为此设计了如下的与遗传进化代数和个体适应度相关的自适应变异概率：
Pm=k11+e-αG-ffmax-f>
k2f≤ （9）
其中，f为当前个体适应度值，fmax为当前群体中最大个体适应度值，为当前群体平均适应度值，G为进化代数，α、k1、k2为定常系数。α代表变异概率的变化速度；k1与具体问题有关，是为保证遗传算法不退化为随机搜索，pm所能取到的最大值；k2为一个比较小的变异概率，一般取0.001。
3.5 实施步骤
初始化覆盖控制优化中各参数，包括节点数目N，种群优化比例c，遗传算法的种群规模G，工作节点集的有效覆盖率阈值Pcovm。
步骤1 采用二进制N位编码方式对初始种群进行编码，0表示节点不工作，1表示节点工作，每个工作节点集即种群中每个个体用N位编码表示；根据密度检测进行初始种群的优化；
步骤2 根据式（1）计算种群内个体适值、判断终止条件，若满足，则转入步骤5，否则转入步骤3；
步骤3 遗传操作；
步骤4 构成下一代种群个体，转入步骤2；
步骤5 获得优化工作节点集，覆盖控制结束。
4 仿真实验
采用MATLAB仿真平台，对在GA、采用密度检测机制优化种群的GA（GA+密度检测）、APGA三种算法下工作节点集选取的性能进行验证，仿真实验中各参数采用通信网络研究的通用设置。
APGA比GA算法的复杂度高，但APGA经过合理设计后优化性能优于GA算法且优化速度较快。进行50次独立的随机拓扑实验，得到APGA与GA算法的平均最优适值、平均计算时间和平均迭代次数关系，如表1所示。
表1 50次独立优化实验的平均性能
可见，APGA的优化效果优于GA算法，且优化速度较快。这主要是由于GA算法具有容易陷入局部最优的特点，参数可变遗传操作可以跳出局部极小值陷阱和避免循环搜索，从而使得APGA算法快速的获得了更优的工作节点集。
图2给出优化工作节点集适值的性能，可见，在遗传迭代稳定后，APGA算法的适值总体性能明显优于其它两种算法，大约可以高出GA算法50%，高出GA+密度检测算法28%。算法的全局寻优能力更强，且优化速度较快，有效地减少了算法迭代次数，使得算法以较少的迭代次数获得了更优的工作节点集，有益于降低能耗，延长网络生存时间。
图3给出优化工作节点集中工作节点数目的性能，可见，在满足有效覆盖率98%阈值条件下，APGA算法下选取的工作节点集中工作节点数目最少，约为GA的50%，约为GA+密度检测的75%。APGA算法获得了最少的工作节点，有利于充分休眠冗余节点，从而降低能耗，延长网络生存时间。
5 结 语
本文以网络覆盖率、工作节点数目构成优化目标，研究了节点高密度部署的炮兵通信网络中优化工作节点集选取的问题，提出了一种基于参数可变遗传算法的覆盖控制优化方法。理论分析和实验数据表明，该方法通过密度检测机制优化了种群质量，提高了优化速度，通过自适应遗传操作增强了全局寻优能力，从而快速有效地实现了工作节点数目少、节点集覆盖率高的工作节点集的优化选取，在较高的覆盖质量条件下休眠了更多的冗余节点，有效地降低了能耗，延长了网络生存时间。
参考文献
[1] 刘树海. 军队指挥自动化系统[M]. 北京：解放军出版社， 2002.
[2] WANG X， WANG S. An improved particle filter for target tracking in sensor system [J].Sensors，2007，7（1）：144-156.
[3] WANG X， MA J J， WANG S. Prediction-based dynamic power optimization in wireless sensor networks [J].Sensors，2007，7 （3）：251-266.
[4] JIA J，CHEN J，CHANG G R. Efficient cover set selection in wireless sensor networks[J].Acta Automatica Sinica，2008，34（9）：1157-1162.
[5] 潘伟. 基于参数可变遗传算法的多普勒雷达目标识别方法 [J]. 计算技术与自动化， 2011， 30（2）： 105- 108.
步骤1 采用二进制N位编码方式对初始种群进行编码，0表示节点不工作，1表示节点工作，每个工作节点集即种群中每个个体用N位编码表示；根据密度检测进行初始种群的优化；
步骤2 根据式（1）计算种群内个体适值、判断终止条件，若满足，则转入步骤5，否则转入步骤3；
步骤3 遗传操作；
步骤4 构成下一代种群个体，转入步骤2；
步骤5 获得优化工作节点集，覆盖控制结束。
4 仿真实验
采用MATLAB仿真平台，对在GA、采用密度检测机制优化种群的GA（GA+密度检测）、APGA三种算法下工作节点集选取的性能进行验证，仿真实验中各参数采用通信网络研究的通用设置。
APGA比GA算法的复杂度高，但APGA经过合理设计后优化性能优于GA算法且优化速度较快。进行50次独立的随机拓扑实验，得到APGA与GA算法的平均最优适值、平均计算时间和平均迭代次数关系，如表1所示。
表1 50次独立优化实验的平均性能
可见，APGA的优化效果优于GA算法，且优化速度较快。这主要是由于GA算法具有容易陷入局部最优的特点，参数可变遗传操作可以跳出局部极小值陷阱和避免循环搜索，从而使得APGA算法快速的获得了更优的工作节点集。
图2给出优化工作节点集适值的性能，可见，在遗传迭代稳定后，APGA算法的适值总体性能明显优于其它两种算法，大约可以高出GA算法50%，高出GA+密度检测算法28%。算法的全局寻优能力更强，且优化速度较快，有效地减少了算法迭代次数，使得算法以较少的迭代次数获得了更优的工作节点集，有益于降低能耗，延长网络生存时间。
图3给出优化工作节点集中工作节点数目的性能，可见，在满足有效覆盖率98%阈值条件下，APGA算法下选取的工作节点集中工作节点数目最少，约为GA的50%，约为GA+密度检测的75%。APGA算法获得了最少的工作节点，有利于充分休眠冗余节点，从而降低能耗，延长网络生存时间。
5 结 语
本文以网络覆盖率、工作节点数目构成优化目标，研究了节点高密度部署的炮兵通信网络中优化工作节点集选取的问题，提出了一种基于参数可变遗传算法的覆盖控制优化方法。理论分析和实验数据表明，该方法通过密度检测机制优化了种群质量，提高了优化速度，通过自适应遗传操作增强了全局寻优能力，从而快速有效地实现了工作节点数目少、节点集覆盖率高的工作节点集的优化选取，在较高的覆盖质量条件下休眠了更多的冗余节点，有效地降低了能耗，延长了网络生存时间。
参考文献
[1] 刘树海. 军队指挥自动化系统[M]. 北京：解放军出版社， 2002.
[2] WANG X， WANG S. An improved particle filter for target tracking in sensor system [J].Sensors，2007，7（1）：144-156.
[3] WANG X， MA J J， WANG S. Prediction-based dynamic power optimization in wireless sensor networks [J].Sensors，2007，7 （3）：251-266.
[4] JIA J，CHEN J，CHANG G R. Efficient cover set selection in wireless sensor networks[J].Acta Automatica Sinica，2008，34（9）：1157-1162.
[5] 潘伟. 基于参数可变遗传算法的多普勒雷达目标识别方法 [J]. 计算技术与自动化， 2011， 30（2）： 105- 108.
步骤1 采用二进制N位编码方式对初始种群进行编码，0表示节点不工作，1表示节点工作，每个工作节点集即种群中每个个体用N位编码表示；根据密度检测进行初始种群的优化；
步骤2 根据式（1）计算种群内个体适值、判断终止条件，若满足，则转入步骤5，否则转入步骤3；
步骤3 遗传操作；
步骤4 构成下一代种群个体，转入步骤2；
步骤5 获得优化工作节点集，覆盖控制结束。
4 仿真实验
采用MATLAB仿真平台，对在GA、采用密度检测机制优化种群的GA（GA+密度检测）、APGA三种算法下工作节点集选取的性能进行验证，仿真实验中各参数采用通信网络研究的通用设置。
APGA比GA算法的复杂度高，但APGA经过合理设计后优化性能优于GA算法且优化速度较快。进行50次独立的随机拓扑实验，得到APGA与GA算法的平均最优适值、平均计算时间和平均迭代次数关系，如表1所示。
表1 50次独立优化实验的平均性能
可见，APGA的优化效果优于GA算法，且优化速度较快。这主要是由于GA算法具有容易陷入局部最优的特点，参数可变遗传操作可以跳出局部极小值陷阱和避免循环搜索，从而使得APGA算法快速的获得了更优的工作节点集。
图2给出优化工作节点集适值的性能，可见，在遗传迭代稳定后，APGA算法的适值总体性能明显优于其它两种算法，大约可以高出GA算法50%，高出GA+密度检测算法28%。算法的全局寻优能力更强，且优化速度较快，有效地减少了算法迭代次数，使得算法以较少的迭代次数获得了更优的工作节点集，有益于降低能耗，延长网络生存时间。
图3给出优化工作节点集中工作节点数目的性能，可见，在满足有效覆盖率98%阈值条件下，APGA算法下选取的工作节点集中工作节点数目最少，约为GA的50%，约为GA+密度检测的75%。APGA算法获得了最少的工作节点，有利于充分休眠冗余节点，从而降低能耗，延长网络生存时间。
5 结 语
本文以网络覆盖率、工作节点数目构成优化目标，研究了节点高密度部署的炮兵通信网络中优化工作节点集选取的问题，提出了一种基于参数可变遗传算法的覆盖控制优化方法。理论分析和实验数据表明，该方法通过密度检测机制优化了种群质量，提高了优化速度，通过自适应遗传操作增强了全局寻优能力，从而快速有效地实现了工作节点数目少、节点集覆盖率高的工作节点集的优化选取，在较高的覆盖质量条件下休眠了更多的冗余节点，有效地降低了能耗，延长了网络生存时间。
参考文献
[1] 刘树海. 军队指挥自动化系统[M]. 北京：解放军出版社， 2002.
[2] WANG X， WANG S. An improved particle filter for target tracking in sensor system [J].Sensors，2007，7（1）：144-156.
[3] WANG X， MA J J， WANG S. Prediction-based dynamic power optimization in wireless sensor networks [J].Sensors，2007，7 （3）：251-266.
[4] JIA J，CHEN J，CHANG G R. Efficient cover set selection in wireless sensor networks[J].Acta Automatica Sinica，2008，34（9）：1157-1162.
地面通信站覆盖范围预测 篇5
本文介绍一种与飞机进行通信的地面通信站的通信覆盖范围预测方法。由于地形影响,尤其在多山地区,地形遮挡严重且没有规律,容易造成通信的中断。对地面通信站进行覆盖范围预测,在设计阶段,可以辅助合理设置地面站位置,保证通信全面覆盖;在使用过程中,可以依据覆盖范围,合理选择最佳的通信站。文中所选择的电波传播模型为ITU-R公布的P.526-11[1]建议书中推荐的传播模型。
1 基本概念
1.1 绕射
电波在传播过程中遇到尺寸和工作波长相近的障碍物时,会绕过障碍物向前传播,这种现象叫做电波的绕射。在超短波频段,由于其波长在米级至几十米级范围,在复杂的地理条件下,电波容易发生绕射。通过对菲涅耳区的介绍,可以辅助进一步理解绕射机理[2]。
1.2 菲涅耳区
根据惠更斯-菲涅耳原理,电波在传播过程中,波阵面上的每一点都是一个进行二次辐射的球面波的波源,空间任一点的辐射场都是由包围波面的任意封闭曲面上各点的二次波源发出的波在该点互相干涉、叠加的结果。显然,封闭曲面上各点的二次波源到达接收点的远近不同,这就使得接收点的信号场强的大小发生变化,为了分析这种变化,这里引入菲涅耳区概念。
在发射机与接收机之间的一个点上,菲涅耳椭圆的半径可按前后一致的单位近似表示为:
在自由空间,电磁能量主要通过第一菲涅耳区来传播,作为一个实际规则,假定传播发生于视距(LoS)内,即如果在第一菲涅耳椭圆内没有障碍,则忽略绕射现象[3,4]。
当波在行进中遇到障碍时,一部分菲涅耳半径小于障碍物高度的波将被障碍物遮挡,其余部分的波则可以绕过障碍物继续前进,即发生了绕射[5]。如图1所示。
1.3 数字高程模型
即用以反映地球表面各位置海拔高度的地图。美国航空航天局采用卫星遥感技术,测绘形成了GTOPO30数字高程模型,它是一个全球的数字高程模型,分辨率为30′,其高程值范围在-407～8 752 m之间,海面的高程值为-9 999。图像为栅格数据,在图像上小于一个像素的点将被忽略,平面基准采用WGS84。每个栅格数据代表这个栅格内的平均高程。不同栅格之间经过坡度处理。
2 电波的传播损耗
2.1 影响因素
电波在空间中传播时,要受到传输路径上地形、平均的大气层折射等多重因素的影响。
2.2 传播模型
ITU-R P.526-10建议书给出了圆形地球、孤立障碍物(包括单仞峰、单个圆形、孤立的双仞峰、孤立的多仞峰等)。由于地形复杂,很难针对地形求出确切的解析解,只能将地形进行近似等效。本文将重点描述孤立的单仞峰下的绕射[6],并以此对覆盖范围进行预测[7]。
在孤立的单仞峰情况下,传播路径上只有一个障碍物对传播造成了损耗,如图2所示。
此种极为理想的场合下(如图2(a)和图2(b)),全部几何参数均综合在通常以v标记的单个归一化、无量纲的参数中,v可假设是根据所选择的几何参数的另一种等效形式:
J(v)的公式如下:
式中:C(v)和S(v)分别是复数菲涅耳积分F(v)中的实部和虚部。
当v>-0.78时,从下面的表达式中可得到J(v)的近似值:
因此,在考虑绕射损耗情况下,传播路径上的损耗可近似用公式(5)计算。
Loss=32.45+20×log d+20×log f+J(v) (5)
假设障碍物表面曲率半径为R,若满足:
则可以认为障碍物为刀刃形障碍物[8]。在图2中:
因电波的主要能量在第一菲涅耳区内,因此一般h最大值不超过R1。结合式(1)和式(7),可得:
在实际情况中,一般d1和d2都在千米级以上。结合式(6),一般可以得出以下结论:当障碍物曲率半径不超过4～5 km时,就可以认为其是刀刃形障碍物。现实中的地形一般满足这个要求[9]。
3 覆盖范围预测
3.1 建立坐标系
通过计算出地面站与飞机之间在各个方向上的通信距离,即完成了地面通信站覆盖范围的预测。
假定地面站在大地坐标系下的经纬度坐标为G(φ0,λ0),其中φ0为纬度,λ0为经度,其天线海拔高度为H0。为便于计算,以地面站所在位置海拔0 m处为原点,建立ENU坐标系。如图3所示。其中,E轴为G点所在位置纬线的切线,方向正东,N轴为经线的切线,方向向上,U轴为垂直于NOE平面的直线,方向远离地球。
图3中情形可用图4简化表示。图4反映了以U轴和E轴所在平面为切面后展开的图3情况。为介绍方便,这里以沿E轴的通信距离计算为例。
假设G点在地心直角坐标系中坐标为(X0,Y0,Z0),在大地坐标系中的某一点P的坐标为P(φ1,λ1),海拔高度为H1,在地心直角坐标系中坐标为(X1,Y1,Z1),在如图3所示建立的NEU坐标系中坐标为(N1,E1,U1),可以通过式(9)和式(10)完成坐标的变换。
式中:a,b分别为地球椭球的长轴和短轴;n为归一化值。当考虑到传输路径上平均的大气层折射,用以估计位于路径中垂直面内的几何参数(绕射角、曲率半径、障碍高度)时,如果得不到可用的其他信息,可用8 500 km的地球等效半径作为依据。
同理可以求出(X1,Y1,Z1)。
3.2 计算
首先计算出飞机飞在指定海拔高度Ha时,地面站与飞机之间的视距距离:
连接GA,从G到A以一定的步长递进,以推进到图4种Z点为例,根据GZ长度,可以获得Z在NEU坐标系中的坐标值,经变换到大地坐标系后,可以获得Z点对应的经纬度,进而依据经纬度在数字高程模型中获得该点的实际海拔高度。按本文的判断准则,如果该点的高度超过了规定的传播余隙,需要依据式(2)～式(4)计算出由此带来的传输损耗,一旦传播路径上总的传输损耗超过发射机功率(Txpower)与接收机灵敏度(Rxsense)差值,则说明在这条路径上,地面站不能与A点进行通信,需要沿GA连线向G点方向减小通信距离后再重复计算。
在某一方向上计算出可以达到的通信距离后,将GA连线绕N轴以一定步进旋转,重复以上计算方法,计算出在其他方向的通信距离,进而可以绘制出在给定发射功率和接收灵敏度情况下,位置G点的地面通信站对特定高度的飞机的通信范围[10]。
3.3 预测实例
假设在北纬15°,东经120°部署了地面通信站,由数字高程模型,其周边地形见图5,假设发射机功率为100 W,接收机灵敏度为-100 dBm,频率为300 MHz,水平极化。使用以上预计方法,可以得出当飞机在10 000 m海拔高度时,其覆盖范围如图6所示。
在该位置,地面站西向无遮挡,因此通信范围可以达到视距,在东部,受地形遮挡严重,通信距离受到不同程度影响。在地面站北偏东133°左右,出现距离最小值,约171 km。
4 结 语
本文基于ITU-R P.526-10建议书中的电波传播模型,将传播路径上的地形遮挡视为单仞峰,主要考虑自由空间传播和地形绕射带来的传输损耗,基于数字高程模型提供的30′精度地理信息数据,介绍了用于地空通信的地面通信站覆盖预测的方法,一定程度上可以辅助进行地面通信站的选址;在地面站实际使用过程中,依据预测的覆盖范围,可以让使用人员对通信的通断心中有底。
由于无线通信过程中的影响因素众多,如反射、多径、大气衰减及大气变化等,本方法肯定存在一些误差。但另一方面,正是由于上述诸多因素的存在,准确地预测通信距离是相当困难的。
通信覆盖 篇6
地铁民用通信系统为地铁内各运营商的通信系统 (GSM、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA等) , 民用无线覆盖子系统属于民用通信系统的一部分, 主要将各运营商提供的信号在地铁空间内的延伸和覆盖。各运营商信号经过多系统合路平台 (POI) 合路后, 通过天线、漏缆等设备传输和辐射, 完成对地铁内站台、站厅、隧道及相关区域的无线信号覆盖。覆盖范围包括地铁站厅、站台、区间隧道等地铁公共区域, 为乘客、工作人员提供高质量的公用移动通信的服务。
二、无线覆盖系统构成
地铁民用无线覆盖系统包含上下行多系统合路平台 (POI) 、耦合器、功分器、射频电缆、同轴漏泄电缆、天线等无源器件。各运营商基站的下行信号经由下行POI合路后, 再分别传送至地铁上下行隧道区间、站厅层、站台层及出入口通道, 完成射频信号的下行覆盖;反之来自上下行隧道区间、站厅层、站台层及出入口通道的射频信号, 通过上行POI合路后, 再分别送到各运营商基站的上行信号接收端, 完成射频信号的上行传输。
三、覆盖系统安装规范
民用无线覆盖系统作为民用通信系统的重要组成部分, 一旦故障将可能同时影响到各大运营商信号在地铁的覆盖, 同时如果安装不规范, 尤其是地铁隧道区间设备, 将可能影响行车、客运。故设备的安装极为重要。
1. 安装规范。
(1) 区间漏缆 (LCX) 。 (a) 每隧道方向平行架设两条漏泄电缆, 分上行、下行链路, 上、下行漏缆间距0.6m以上, 按上行LCX在上, 下行LCX在下位置排列, 漏缆开口槽对准隧道中心线, 漏缆安装高度需与列车车窗平齐, 以提供良好的覆盖; (b) LCX挂设于隧道弱电侧壁, 漏缆吊夹每米设置一个, 采用非金属吊夹。 (c) LCX通过岔线及阻水门等区域、LCX引入光纤直放站远端机等设备需换接RF同轴电缆; (d) 所有漏泄同轴电缆、射频同轴电缆的接续, 与设备的连接均须使用1/2英寸超柔同轴电缆跳线过渡。 (e) 在隧道中存在多种地电势, (水、隧道或建筑物接地) 。这些电势决不能通过已安装的漏缆使其互联, 为了隔离各种地电势, 必须安装直流阻断器 (隔直环) 。 (f) 漏缆本身不接地。它是通过各自的跳线或馈线来实现接地的。在这种情况下, 必须使用电缆的接地件或接地连接器。接地连接器可以安装到接地馈线和跳线上。 (g) 所有连接器要连接紧密, 最后做防尘、防水处理。2.站厅天线。 (a) 站厅天线分为下行发射天线及上行接收天线; (b) 站内天线水平安装, 相距0.6~2m, 大厅安装部位选择空旷处, 通道安装部位在通道中央。3.耦合器、功分器。耦合器、功分器的安装一般需用到固定托板, 固定托板安装在走线槽上, 连接馈线时须注意馈线的进出方向要正确;
4. 射频电缆。
站厅内主路径采用1-5/8"或7/8"射频同轴电缆。天线支路可用1/2"电缆, 射频同轴电缆一般沿走线槽布放, 站厅所用的馈线用白尼龙扎带捆扎固定。
三、无线覆盖系统故障排查及处理
由于地铁内各运营商共用同一套无线覆盖系统, 故一旦覆盖系统出现故障, 地铁内某处各运营商将可能同时出现弱信号、通话质量差、掉话、无法通话等故障现象。
(1) 常见故障类型。 (a) POI输入、输出接头损坏; (b) POI内部无源器件 (合路器、耦合器、功分器、跳线) 损坏; (c) 线缆接头损坏、进水、氧化、松脱、接触不良; (d) 线缆弯折、变形; (e) 天线损坏; (f) 耦合器、功分器、电桥损坏。 (2) 对天馈覆盖系统故障排查及处理的流程。 (a) 通过网管监测确认各运营商输入功率是否正常, 如不正常, 则可通知运营商对信源设备 (基站) 进行检查处理。 (b) 通过路测确认各运营商是否均出现同样的故障现象。如果均出现同样的故障现象, 可初步断定由无线覆盖系统导致, 再根据路测数据的BCCH场强及手机发射功率来判断故障是由上行覆盖系统还是下行覆盖系统导致。如BCCH场强较好, 而手机持续处于最大发射功率状态, 通话质量差, 由此可判断故障由上行覆盖系统故障导致;如BCCH场强明显较弱, 由此可判断故障由下行覆盖系统故障导致。 (c) 当怀疑上行覆盖系统出现故障时, 可将上下行覆盖系统互换, 即将运营商下行输入信号接入上行POI, 上行接入下行POI, 由此对于覆盖系统来说, 原来的上行覆盖系统即为对换后的下行覆盖系统, 因此可再次利用路测软件测试对换后的BCCH场强情况。如场强明显变好, 由此可确定原来的上行覆盖系统存在故障。 (d) 核查图纸, 分段测试。根据图纸的原理结构图, 利用测试手机测试系统主路及各支路的场强情况, 并记录每个点的数据, 根据测试数据判断可能的故障点, 然后利用驻波仪分别对支路及主路进行故障定位测试, 找出驻波高的点, 并更换处理相关的元器件。 (e) 将故障器件处理后, 再复测该区域的场强情况, 如场强恢复正常, 表明问题已彻底解决。
摘要：本文阐述了地铁内民用无线覆盖系统的运用、系统构成, 并总结了地铁内民用无线覆盖系统的安装规范、日常维护及故障排查处理的整体流程。为维修人员对地铁无线覆盖系统的日常维护及故障处理提供参考。
移动通信室内覆盖环境分析与设计 篇7
1 室内覆盖系统的概述
1.1 室内覆盖系统的特点
室内覆盖系统是以宏蜂窝、微蜂窝作为信号源, 通过馈线电缆、无线耦合、光纤等途径传输射频信号至直放站或干线放大器等设备处放大, 最终利用室内覆盖天线将信号覆盖到室内的一个系统。它具有灵活性大, 投资较小, 部署方便等特点, 在地下室、电梯, 大型建筑物内部等场景都得到广泛的应用。室内覆盖系统能提供完全媲美蜂窝信源直接覆盖的效果, 并且能吸纳更多的话务, 是移动通信覆盖网络必不可少的组成部分。
1.2 室内覆盖系统的结构
如图1, 室内覆盖系统主要由三大部分构成: (1) 信号源设备:即宏蜂窝基站、微蜂窝基站等。 (2) 中继设备:如直放站主机, 干线放大器等。此类设备通过施主天线接收信源信号 (无线耦合) 或者直接耦合的方式获得信号, 将此射频信号放大 (需满足覆盖功率需要) , 再通过馈线线缆传至覆盖天线构建室内覆盖系统。需要注意的是, 如果基站分支出来的信号功率足够覆盖目标区域的话, 中继设备是不需要的, 这时所提供的室内覆盖信号将更加纯净, 优良。 (3) 覆盖器件:如馈线电缆 (特殊场景可应用泄露馈缆) , 各类功分器, 覆盖天线等一起构成了末端覆盖网络。这样, 基站信号延伸到指定的目标室内区域, 从而扩大了其覆盖范围, 并同时提高了信号传输质量, 保证无线通信的稳定性与可靠性。
1.3 室内覆盖系统的工作原理
如果耦合基站信号直接构建室内覆盖系统, 其工作原理与常规覆盖室外区域类似, 只是在设计中要注意各个覆盖支路要保证足够且平衡的功率分配。而使用直放站覆盖时, 直放站在下行链路中, 将基站下行信号通过带通滤波器对带通外的信号进行极好的隔离, 将滤波的信号经功放放大后再次发射到待覆盖区域。在上行链路中, 覆盖区域内的手机信号以同样的工作方式由上行放大链路处理后发射到相应基站, 从而达到基站与手机的信号传递。
常见的直放站有:宽带直放站、选频直放站、光纤直放站和移频直放站等。每种直放站的工作原理及用途都有所不同, 本文不一一讲解, 现仅以选频直放站为例, 对其工作原理、适用范围进行论述。
1.3.1 选频直放站的工作原理。
选频直放站即载波选频直放站, 由高性能双工器、低噪声放大器、电调衰减器、选频器、线性功率放大器等多个元器件组成信号链路。相对于宽带直放站而言, 其优点是可在基站频段内选择一个或多个指配信道工作, 且可应用锁相频率变换技术, 广泛应用于信源比较复杂的各种场所。
选频放大实现原理:基站下行信号进入选频直放站内部, 通过前向双工器和低噪声放大器后, 被选频功放放大并通过锁相源, 即可合路输出覆盖。上行链路与下行链路传输方式相同。
1.3.2 选频直放站的特点。
选频直放站的优点主要有:只转发所需频点的射频信号;一般采用独立载频放大技术, 交调指标较好;能滤除其他无关信号, 避免小区干扰, 提高话音质量。但选频直放站对收发天线隔离度要求高, 且主机结构复杂, 成本较高。
2 室内覆盖分布系统设计
2.1 室内覆盖设计考虑的要素
2.1.1 需慎重选择优质信源。
2.1.2 确定合适的覆盖方式及信号传输方式。
2.1.3 针对不同的覆盖区域选择合理的天线分布方式和功率配置。
2.1.4 优化室内信号与室外基站信号的切换。
2.1.5 分析及计算分布系统上行噪声。
2.1.6 分析及控制低楼层信号泄露。
2.2 室内覆盖分布系统方案
现以一包含商业广场及五栋住宅楼的综合小区为例简要阐述构建室内覆盖系统的思路。
2.2.1 信源的确定:
由于拟覆盖区域人员密度高, 根据话务量估算结果, 确定信源为宏蜂窝。根据楼层的功能及后期网络优化的需要, 拟分为两个小区分别覆盖塔楼和商场。
2.2.2 信号传输及分配方式:
由于五栋塔楼及整个商业广场在建筑结构上相对独立, 且距离较远, 为提高基站射频功率的利用率, 并保证各区域信号来源的稳定性, 拟采用光传输方式将信源信号延伸至远端覆盖区域。各部分设计区域内信号覆盖采用电分布方式, 主干传输电缆采用3/8馈线, 分支线采用1/2馈线, 各区域内的宏蜂窝信号通过宽频耦合器和功分器分配至楼层及电梯井道。
2.2.3 天线分布方式和功率配置及特殊区域的解决:
(1) 根据覆盖要求及现场测试结果, 高层塔楼室外基站信号电平较强, 且切换频繁, 室内覆盖应满足在边缘窗口处占用室内覆盖系统信号, 解决边缘切换对系统指标的影响。鉴于住宅楼能安装天线的公共区域空间较小, 故采用“少天线、高功率、错层交叉覆盖”的方式。 (2) 低层 (特别是商场一层) 覆盖为了在吸收话务量的同时避免信号泄露, 应采用“多天线、低功率”的覆盖方式, 并适当地使用定向天线。 (3) 对于电梯及地下室等盲区的覆盖, 应合理计算其覆盖面积和所需功率, 在保证覆盖并满足分布系统设计指标的基础上, 不造成信号功率的浪费。
结束语
室内覆盖系统能有效地延伸基站源信号的覆盖范围, 吸收更多有效话务, 提升基站工作效率, 且投资较小, 部署方便, 在信号覆盖网络中起着重大作用。随着移动通信技术的进一步发展, 室内覆盖系统及技术也将会有更多的改进, 以满足更严苛的通信需求。
摘要：现代移动通信技术发展突飞猛进, 已成为人们生活与工作不可缺少的一部分。如今无论是繁华的城市还是往日的郊野, 各式建筑设施不断增多, 规模越来越大, 建筑物对射频信号的阻隔, 令其室内移动信号覆盖质量大幅下降。为了解决此类问题, 本文提出了相关解决方法, 并对其进行分析, 确定设计思路, 从而达到提高网络质量, 完善覆盖的目的。
关键词：室内覆盖,分布系统,环境分析,设计
参考文献
[1]钱振技.无线网络室内覆盖的实现与优化[J].移动通信, 2009 (12) .
通信覆盖 篇8
关键词：煤矿通信,工作面,无线通信,全覆盖,无线网状网,ZigBee
0 引言
我国煤矿企业经过多年的信息化通信网络建设, 已逐步建立起以高速工业以太环网为骨干、以矿井无线通信网络为补充的通信系统, 能满足煤矿井下大巷等场所的信息传输需求[1]。但是, 由于采煤工作面、掘进工作面是一个不断移动的工作环境, 随着煤炭开采的进程, 工作面各种大型采矿设备需要不断推进, 在开采和推进过程中设备之间的相对位置发生变化, 相应工作面空间的形状也在不断变化。现在广泛使用的有线通信系统很难适应这种不断移动变化的工作现场, 各种因素造成传输电缆、光缆损坏、扯断的现象时有发生, 通信线路故障多, 通信质量相对较差。因此, 有必要研究适用于工作面特殊工况的无线通信技术, 实现工作面无线全覆盖通信, 为安全、高效采煤提供技术保障。无线全覆盖具有如下两重意义:信息种类的全覆盖, 包括监测监控数据、语音、视频等全部信息;无线信号在工作面空间的全覆盖, 信号不存在盲区。
1 无线网络结构分析
目前, 煤矿井下无线通信的主要方式有漏泄通信、矿用小灵通 (PHS) 通信、小区蜂窝 (3G) 无线通信 (TD_SCDMA, WCDMA, CDMA) 、WiFi无线通信等[2], 这些方式虽然在基站和终端之间实现了无线通信, 但是基站之间仍然采用有线光缆和电缆连接, 或者仅能够实现短距离、低带宽的无线跳接, 移动性受到限制, 不适宜用于不断移动变化的工作面环境。
WMN (Wireless Mesh Network, 无线网状网) 是近年来快速发展的一种新型的自组织多跳无线网络技术, 它不同于传统的无线网络, 其无线网络节点 (基站) 可以同时具有无线跳接和无线覆盖的功能, 具有速率高、移动性强、自组织、自愈合等特点。WMN网络技术的这些功能特点可以很好地满足工作面无线覆盖、动态组网、宽带数据传输的需求, 可以省去基站之间的通信光缆或电缆连接。但是, 传统的WMN基站一般采用802.11a/b/g协议设计, 无线信号部分采用单收发链路, 传输带宽小且信号易受干扰, 理论最大带宽为54 Mbit/s[3,4]。采用802.11n协议的基站无线信号部分使用水平和垂直双极化的双收双发的MIMO模式, 理论带宽最大为300 Mbit/s, 大大提高了综合基站的传输带宽, 并且无线信号在双链路一路受到干扰后, 另一路仍可传输, 提高了系统的可靠性。因而采用802.11n协议设计的WMN是一种较为理想的工作面无线全覆盖主干网络。大数据量和多媒体通信设备适宜按照802.11n标准接入WMN系统, 但是接入设备成本和设备功耗等相对较高, 不适宜用于工作面环境参数、设备状态监测。
另一种新兴的无线传感网络技术ZigBee[5], 具有功耗低、成本低、复杂度低、网络节点容量大等优点, 但是其数据传输速率较低 (10~250kbit/s) , 可用于工作面的人员定位、环境参数和设备参数的监测, 不能用于支持大数据量和多媒体通信的主干网络, 是一种较为理想的工作面无线全覆盖末梢网络方案。
综合以上分析, 煤矿工作面无线全覆盖通信系统采用WMN和ZigBee混合网络结构, 依据监测监控数据、语音、视频等不同信息种类和传输要求采用不同的接入方式。
2 系统设计
2.1 系统结构设计
工作面无线全覆盖通信系统主要由无线组网设备和无线接入设备构成, 如图1所示。无线组网设备主要由综合基站构成, 综合基站通过5.8GHz频段的WiFi信号实现相互之间的自组网通信, 通过2.4GHz频段实现无线WiFi网络和ZigBee网络信号覆盖。工作面设备状态监测、环境监测等无线传感器的小容量数据接入ZigBee网络, 采煤机等需要高速、低延时传输的数据信息由设备控制器通过WiFi网关转换后接入WiFi网络, 再经过综合基站无线传输至通信、监控中心, 实现工作面数据信息的无线传输。信息化矿灯、无线摄像仪等移动语音、视频终端采用WiFi方式与综合基站通信, 实现工作面的移动语音通信和视频监控信息的无线传输;信息化矿灯、人员定位标志卡等采用ZigBee协议与综合基站通信, 实现工作面人员精确定位功能。
2.2 综合基站设计
工作面综合基站结构如图2所示。基站采用AR7161主控方案, 该方案支持通过MiniPCI接口控制3个WiFi无线网卡协同工作。无线网卡采用AR9220方案设计, 支持802.11a/b/g/n协议。在综合基站中, 2个WiFi无线网卡工作于5.8GHz频段2T2R MIMO模式, 其中一个用于主干网络无线上行传输, 一个用于主干网络无线下行传输, 这种上下行独立的设计方式可使工作面无线主干网络获取最大的传输带宽。第3个WiFi无线网卡工作于2.4GHz频段, 用于实现WiFi无线信号的覆盖, 无线速率可达150 Mbit/s。WiFi接入模块、信息化矿灯、无线摄像仪等终端接入设备可通过无线连接第3个WiFi无线网卡, 实现数据、语音、视频等信息的无线传输。ZigBee射频模块采用CC2530方案, 信息化矿灯、工作面设备和环境参数传感器通过ZigBee网关接入该模块, 经UART接口传输至CPU模块, 然后通过5.8GHz射频模块传输至工作面通信监控中心。电源模块接入本安电源提供的本安直流电压信号, 并转换成5, 3.3, 2.5, 1.2V等各等级电压信号供各模块使用。
2.3 WiFi网关设计
WiFi网关主要为工作面大量数据和多媒体信息传输提供高速宽带无线接入通道。本设计采用ARM9控制器AT91SAM9G25作为主控CPU, 无线侧采用AR6003方案, WiFi网关结构如图3所示。AR6003采用了用于移动设备的对等WiFi技术, 具有基于Direct Connect的高达85 Mbit/s的1-stream 11n吞吐量水平及功耗低、漫游切换性能好等特点, 能够满足工作面无线信号的高速、低延时、高可靠的传输需求。
WiFi网关设计有以太网、RS485、CAN三种接口。以太网接口支持10/100 Mbit/s自适应速率, 通过以太网接口连接工作面现有标准以太网信号输出设备, 实现有线以太网信号与WiFi无线信号的转换。CAN接口连接工作面现有CAN总线设备, 支持CANOpen协议, 实现CAN通信信号与WiFi无线信号之间的转换。RS485接口连接工作面现有RS485总线设备, 支持Modbus协议, 实现RS485通信信号与WiFi无线信号之间的转换。
3 系统测试
考虑到工作面的应用需求, 基站最多按照10跳考虑, 2台基站之间信号传输衰减按照60dB考虑, 系统测试架构如图4所示, 带宽测试结果见表1。实际测试结果表明, 10跳后的带宽仍然可以超过100 Mbit/s, 能够满足工作面监测监控数据、语音、视频等多种信息的无线传输需求。
4 结语
提出了一种基于WMN和ZigBee技术的煤矿工作面无线全覆盖通信系统设计方案, 并介绍了基于802.11n标准的综合基站和WiFi网关等关键装备的设计。测试结果表明, 该系统具有传输带宽高、延时低、可靠性高等优点, 满足了工作面数据、语音、视频等不同信息的无线传输需求, 实现了工作面无线信号的全覆盖。
参考文献
[1]孙继平.现代化矿井通信技术与系统[J].工矿自动化, 2013, 39 (3) :1-5.
[2]孙继平.安全高效矿井通信系统技术要求[J].工矿自动化, 2013, 39 (8) :1-5.
[3]季晓刚, 王忠宾, 周信.无线Mesh网络在综采面机电设备远程监控的研究[J].煤炭科学技术, 2011, 39 (6) :78-81.
[4]周信, 王忠宾, 谭超, 等.综采工作面机电装备无线Mesh通信方法[J].重庆大学学报, 2014 (3) :108-114.
通信覆盖 篇9
一、高速铁路移动通信信号的覆盖问题
随着我国铁路运输业的飞快发展, 高铁的运输速度、运输强度都有所提高, 再加上我国的国土面积广阔, 地势高低起伏, 偏远地区较多, 都使得我国高速铁路移动通信信号的覆盖面临着严峻的挑战。具体来说, 主要问题包括以下几个方面。
第一, 移动通信信号覆盖技术有待进一步提高。据调查了解到, 我国目前的铁路网络信号覆盖大多采用的是城乡基站与铁路覆盖结合的方式, 在高铁运行速度较慢的时候, 信号覆盖情况比较理想, 但是近年来高铁的运行速度大幅提高, 其覆盖信号的强度远远跟不上高铁运行的速度。第二, 高铁技术不断改革以来, 车厢的封闭性能更加良好, 时速更快, 也造成了信号的衰减, 使得移动网络的质量下降, 接通率降低, 断线情况时有发生, 更不用说一些想要上网的乘客对信号强度的需求。另外, 高铁运输不单单只经过一个地区, 往往会涉及很多区域, 这就会造成通信信号的时强时弱, 影响高铁的整体信号覆盖水平。
二、实现高速铁路移动通信信号覆盖的优化对策与实践
1. 加强基础覆盖
为了更好地适应高速铁路的发展运行特点, 有针对性的解决信号覆盖的问题, 就一定要从加强基础覆盖率开始着手。首先, 党和国家要不断减少地区切换重选的次数, 增加覆盖面积, 改善无线环境, 尽量加大每一个主控小区的覆盖面积。其次, 要优化重选切换参数, 提高其反应灵敏度, 做到及时跟踪信号, 使计算机、手机等设备能够使用到最强信号, 并尽可能的减少沿路的LAC (位置区编码) 数量, 提高接通率。
2. 全方位提高高铁经过地区的信号强度
在高速铁路通车的工程中, 想要保证其畅通的通信信号, 就一定要逐步逐级的改进信号系统, 在技术使用的过程中还要根据实际情况出发, 确定各道路段的主覆盖地区, 进行技术在其领域内的应用, 具体来说主要包括以下几个方面。
第一, 在较大范围的覆盖空洞处建立补充新基站。例如在浙赣线的鹰潭贵溪与上饶戈阳的交界处, 此地地处丘陵地区, 最近的两个基站相距5千米以上, 就可以通过建立新基站的办法, 从而加强信号的传送力度;第二, 对现网铁路覆盖区域进行天线和发射功率的调整, 提高其覆盖深度;第三, 通过减少铁路信号覆盖区域的数量, 清理覆盖率差的信号基站来实现覆盖率的增强, 从而避免经常重选的现象发生;第四, 调整主控区域的切换控制数据;第五, 通过逐步减少LAC的数量, 来增加手机发生位置的更新量;第六, 检查主控区域之间相邻小区的关系, 保证参数的准确性。
3. 加强信号覆盖技术人才队伍的培养
高速铁路移动通信信号的覆盖, 是一项高技术领域, 涉及到的知识众多, 对技术能力要求很高, 因此, 党和国家一定要加强完善人才队伍的建设和培养, 不断增加资金投入, 引进先进技术, 完善科研工作。另外, 还可以坚持“引进来与走出去”并存的战略, 既可以引进国外的优秀人才和先进技术, 并与自身的实际情况相结合, 实现技术的创新。也可以选拨年青的高素质、高技术人员去国外进行学习, 把先进的技术工艺带回国内, 为我国的铁路事业服务。
三、结束语
总而言之, 现如今, 我国的高速铁路移动通信信号覆盖面积和覆盖率还有待进一步加强, 在对其进行优化调整的过程中一定要从加强基础覆盖入手, 不断创新, 改进传统的模式, 把现代科学技术应用到信号覆盖中来。并结合我国国情以及高铁运输的现状, 对出现的问题加以改进, 从而进一步优化完善高速铁路的移动通信信号覆盖水平。
参考文献
[1]殷圳桥.高速铁路鹰潭段移动通信信号覆盖优化初探与实践[J].江西通信科技, 2007, (4) :831-93
[2]贾春华.我国3G时代高速铁路移动通信系统演进趋势[J].铁路通信信号工程技术, 2009, 6 (6) :87-4