基于三角剖分优化的地对空无空洞协同覆盖方法技术

一种基于三角剖分优化的地对空无空洞协同覆盖方法，其步骤包括：采用通用墨卡尔投影的方式，得到基站位置集合；构建三维低空信号覆盖区域；对三维低空信号覆盖区域进行三角剖分；计算每个三角柱区域的信号覆盖体积；调整每个基站扇区覆盖的高度。本发明专利技术构建了三维低空信号覆盖区域，克服了现有技术无法覆盖空中用户终端的问题，使得本发明专利技术实现信号的三维立体覆盖；调整各基站扇区覆高度使得各三角柱区域的信号覆盖体积达到优化目标，克服了现有技术低空用户终端覆盖差及网络覆盖率可能会恶化的问题，使得本发明专利技术实现了对三维低空区域的无空洞协同覆盖。无空洞协同覆盖。无空洞协同覆盖。

【技术实现步骤摘要】
基于三角剖分优化的地对空无空洞协同覆盖方法


[0001]本专利技术属于通信
，更进一步涉及无线通信
中的一种基于三角剖分优化的地对空无空洞协同覆盖方法。本专利技术可用于解决利用至少三个基站实现对低空信号的无空洞协同覆盖。

技术介绍

[0002]传统移动蜂窝网络中，信号覆盖是通过分布在各个区域的基站通过天线向地面辐射电磁波来提供的。依据配置的不同，每个基站都会覆盖其所在位置周围的特定区域，该区域面积的大小受到基站发射功率、天线倾角、载频、基站的部署类型及周围环境的影响，例如山脉、丘陵、建筑、树丛都会影响到基站的服务面积。随着无线通信技术的发展以及各类业务的兴起，用户终端由传统的地面分布开始向地面以及低空分布转换，而传统的基站覆盖优化算法很少考虑地面基站对低空的信号覆盖问题。因此，需要在三维网络拓扑场景中，考虑地面基站如何协同对低空信号的覆盖问题。
[0003]广西电网有限责任公司在其申请的专利文献“基于自适应三角剖分诱导插值构建蜂窝网络覆盖图的方法”(申请号：CN 202011108077.2，申请公布号：CN 112333730 A)中提出了一种根据网络覆盖图优化网络覆盖的方法。该方法的主要步骤是：(1)初始化目标区域，定义表示覆盖图的函数；(2)将目标区域划分成高密度区域和低密度区域；(3)在低密度区域和高密度区域中进行格子化采样；(4)对目标区域进行Delaunay三角剖分划分；(5)计算子三角形其覆盖区域和未覆盖区域的边界；(6)计算子三角形覆盖区域，以子三角形的覆盖区域的并集得出覆盖区域；(7)根据覆盖图进行站址优化网络覆盖优化。该方法存在的不足之处是：根据覆盖图进行站址优化网络覆盖优化时，只考虑了基站对地面用户终端的覆盖，并没有考虑网络场景中的低空用户终端；因此在实际的网络工程中，只能由覆盖地面信号的极少部分散射为低空用户终端提供服务，无法实现对所有低空区域的无空洞协同覆盖。
[0004]中国电信股份有限公司在其申请的专利文献“通信网络覆盖优化方法和装置”(申请号：CN 201911351435.X，申请公布号：CN 113038487 A)中提出了一种通过调整小区天线方向角优化网络覆盖的方法。该方法的步骤是：(1)根据小区内用户终端发送的测量报告，获取小区内的每个覆盖区域内的用户数和天线到达角度AOA，以及参考信号接收功率RSRP；(2)根据所获取的AOA，选择用户数最多的覆盖区的AOA作为第一方位角f1；(3)根据所接收到的RSRP确定各覆盖区的覆盖强度，并选择覆盖强度最小的覆盖区的AOA作为第二方位角f2；(4)分别根据通信网络的业务需求确定第一方位角f1的权值K1和第二方位角f2的权值K2；(5)根据K1*f1和K2*f2来确定所述小区内基站天线的最佳方位角，并根据所述最佳方位角对基站天线的方位角进行调整。该方法存在的不足之处有两点：其一，该方法需要小区内的实时的网络信息，例如用户数最多的覆盖区对应的天线到达角AOA以及各用户的RSRP，这在实际的通信网络中一般很难实现。其二，由于目前网络的动态性，针对某一时刻的网络信息得到的天线角调整策略，待到该策略执行的时刻，网络状况已经改变，执行的策略已经不适用
于此时刻的网络；因此，基于该方法的网络覆盖率可能会恶化。
[0005]王花在其发表的论文“无人机空中基站的覆盖部署方法研究”(西安理工大学，硕士论文,2020)中提出了一种多无人机基站部署的信号覆盖方法。该方法的主要步骤是：(1)建模无人机基站与地面用户的空对地信道模型；(2)基于相对距离的无人机基站网络覆盖方法随机部署一定数量无人机基站；(3)在考虑用户负载能力基础上，提出了基于循环k
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means的无人机基站三维部署方法。该方法存在的不足之处是：该方法中利用旋转翼无人机搭载基站作为空中基站，而无人机空中基站往往具有高动态性，导致基站与用户终端的之间通信链路不稳定，通信质量较差；同时旋翼无人机搭载的都是电池系统，能量有限，巡航时间受限；因此，论文所提出的方法无法适应对低空用户终端持续且稳定的无空洞信号覆盖的要求。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提出一种基于三角剖分优化的地对空无空洞协同覆盖方法，用于解决现有技术无法实现对所有低空区域的良好覆盖、网络覆盖率可能会恶化以及无法对低空用户终端提供持续且稳定的信号覆盖的问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术的思路是，构建一个以不规则多边形为底面，H为高的三维多棱柱的三维覆盖区域，H≤3000米，其值由低空用户终端的分布高度决定，使得本专利技术的覆盖范围从二维拓宽到三维。通过对该低空三维区域进行三角剖分并调整每个基站扇区覆盖的高度最大化各三角柱区域的信号覆盖体积，使得高为H的三维覆盖区域的信号覆盖体积最大，使得本专利技术可以实现对整个低空区域的无空洞协同覆盖。每个基站扇区覆盖的高度在调整结束后保持不变，因此高为H的三维覆盖区域的信号覆盖体积不变，使得本专利技术的覆盖率为恒定的值。各个基站利用专门的电网供电，能量不受限，使得本专利技术可以实现对低空用户终端提供持续且稳定的信号覆盖。
[0008]为实现上述目的，本专利技术的技术方案包括如下：
[0009](1)采用通用墨卡尔投影的方式，得到基站位置集合；
[0010](2)构建三维低空信号覆盖区域：
[0011]构建一个以不规则多边形为底面、H为高的三维多棱柱的三维低空信号覆盖区域，其中，不规则多边形是由基站位置集合中最边界的所有待覆盖的基站位置连接形成的外接多边形，H≤3000米，其值由低空用户终端的分布高度决定；
[0012](3)对三维低空信号覆盖区域进行三角剖分：
[0013](3a)对基站位置集合进行Delaunay三角剖分，将覆盖区域的底面多边形剖分为M
T
个三角形，每个三角形以基站为顶点，并且任意两个三角形要么不相交，要么恰好有一条公共边相交，其中，M
T
由待覆盖的基站数目以及基站的位置分布决定；
[0014](3b)沿着底面划分后的各三角形的每条边，对三维低空信号覆盖区域进行纵向垂直划分，将待覆盖的不规则棱柱区域划分为多个以三角形为底面，H为高的三角柱区域；
[0015](4)计算每个三角柱区域的信号覆盖体积：
[0016](4a)由三角柱区域底面的三个基站对该区域进行信号覆盖，每个三角区域内的三个基站分别负责覆盖不同的高度范围，将每个基站的覆盖范围建模为以基站为顶点的四棱锥，由此将每个三角柱区域的信号覆盖问题转化为用三个四棱锥填充一个三角柱区域，被
填充到的区域即实现了信号覆盖；其中，四棱锥的垂直张角、水平张角分别为对应基站扇区的垂直波束的宽度、水平波束宽度；四棱锥与底面的夹角为对应基站扇区的天线上倾角；
[0017](4b)将各四棱锥的外平面和三角柱的内平面围成的凸多面体作为未被覆盖区域，剩下的部分为已覆盖区域，用待覆盖区域三角柱体积减去未被覆盖区域体积得到该三角柱区域的信号覆盖体积；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三角剖分优化的地对空无空洞协同覆盖方法，其特征在于，对三维低空信号覆盖区域进行三角剖分并计算每个三角柱区域的信号覆盖体积，调整每个基站扇区覆盖的高度使得各三角柱区域的信号覆盖体积达到地对空无空洞协同覆盖；该信号覆盖方法的具体步骤包括如下：步骤1，采用通用墨卡尔投影的方式，得到基站位置集合；步骤2，构建三维低空信号覆盖区域：构建一个以不规则多边形为底面、H为高的三维多棱柱的三维低空信号覆盖区域，其中，不规则多边形是由基站位置集合中最边界的所有待覆盖的基站位置连接形成的外接多边形，H≤3000米，其值由低空用户终端的分布高度决定；步骤3，对三维低空信号覆盖区域进行三角剖分：(3a)对基站位置集合进行Delaunay三角剖分，将覆盖区域的底面多边形剖分为M
T
个三角形，每个三角形以基站为顶点，并且任意两个三角形要么不相交，要么恰好有一条公共边相交，其中，M
T
由待覆盖的基站数目以及基站的位置分布决定；(3b)沿着底面划分后的各三角形的每条边，对三维低空信号覆盖区域进行纵向垂直划分，将待覆盖的不规则棱柱区域划分为多个以三角形为底面，H为高的三角柱区域；步骤4，计算每个三角柱区域的信号覆盖体积：(4a)由三角柱区域底面的三个基站对该区域进行信号覆盖，每个三角区域内的三个基站分别负责覆盖不同的高度范围，将每个基站的覆盖范围建模为以基站为顶点的四棱锥，由此将每个三角柱区域的信号覆盖问题转化为用三个四棱锥填充一个三角柱区域，被填充到的区域即实现了信号覆盖；其中，四棱锥的垂直张角、水平张角分别为对应基站扇区的垂直波束的宽度、水平波束宽度；四棱锥与底面的夹角为对应基站扇区的天线上倾角；(4b)将各四棱锥的外平面和三角柱的内平面围成的凸多面体作为未被覆盖区域，剩下的部分为已覆盖区域，用待覆盖区域三角柱体积减去未被覆盖...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛敏，雷松涛，刘俊宇，苏郁，史琰，李建东，张子烨，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：