[發明專利]基于統計法場區劃分的隧道環境用無線設備覆蓋優化方法

在審

• 申請號: 202011353454.9
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112770328A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 霍羽;梁睿;孫彥景;趙小虎;丁恩杰;宋成遠
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: H04W16/18
• 分類號: H04W16/18;H04W16/22;H04W24/02;H04W4/021
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

本發明涉及一種基于統計法場區劃分的隧道環境用無線設備覆蓋優化方法。屬于無線通信領域。首先無線基礎設備獲取隧道內終端設備的位置參數；利用參數建立電磁場“極化功率差?距離”數據庫；利用數據庫計算單位觀測區間內的平均極化功率差；估計無線基礎設備的最佳天線極化；對無線基礎設備的電磁波傳播的近場區和遠場區進行劃分；若電磁波的傳播場區不需要被劃分，終端與無線基礎設備均采用水平極化天線進行通信；反之，判斷終端處于無線基礎設備電磁波傳播的近場區還是遠場區；如果是近場區，終端與無線基礎設備均采用垂直極化天線進行通信，反之終端與無線基礎設備均采用水平極化天線進行通信。其步驟簡單，優化效果好。

技術領域

本發明涉及一種無線設備覆蓋優化方法，尤其適用于隧道井下使用的一種基于統計法 場區劃分的隧道環境用無線設備覆蓋優化方法，屬于無線通信中的電磁信號覆蓋和能效管 理技術領域。

背景技術

隨著智慧城市、智慧礦山等技術的發展，利用電磁信號通信的無線設備被廣泛應用于 鐵路和公路隧道、地鐵、礦井等環境中，為人員定位、環境監測、自動化生產、智能化管理等提供服務。無線設備主要由電池供電，因而能量有限。通過提高電磁信號的傳輸能效來優化設備的無線覆蓋具有諸多好處，例如，減少通信設備的能耗、延長設備的使用時間；減少無線接入節點、中繼節點等的部署密度、降低無線通信設備的部署成本；延長無線網絡壽命、增強無線網絡的連通性。

目前隧道、地鐵、礦井等環境中的無線覆蓋優化方案有，改進無線設備的部署位置、 減小收發天線的波束寬度。上述覆蓋方案在整個覆蓋場區只采用一種天線極化進行通信。 然而，根據隧道中天線極化對電磁波信號傳播的影響機理(Y.Huo,L.Zhao,Q.S.Hu,E.J.Ding, X.H.Zhao,and Z.Sun.“Optimal deployment of antenna for fieldcoverage in coal mine tunnels”, IEEE Access,vol.8,no.1,pp.2169-3536,2020.)，同一種極化在天線的近場區和遠場區可能產 生不同的覆蓋性能。當電磁信號在發射天線的近場區域傳播時，垂直極化天線可以獲得高 于水平極化天線的路徑損耗；而當電磁信號在發射天線的遠場區傳播時，只有水平極化天 線才能實現較低的路徑損耗。為了進一步提高無線信號的傳輸能效，有必要對無線通信的 最佳極化進行估計、對無線通信設備的近場區和遠場區進行合理劃分，根據電磁波信號的 實際傳播區域配置相應的最優天線極化。

現有無線設備的近場區、遠場區劃分方法包括第一菲涅爾間隙劃分法和系統識別法。 這兩種方法只適用于估計單一極化的電磁波傳播規律；不能用于比較不同極化電磁信號的 路徑損耗，故而無法估計具有較高傳輸能效的最佳天線極化。基于現有場區劃分的覆蓋優 化會導致不合理的天線極化配置，造成較高的信號傳輸損耗。

現有的無線傳感器網絡技術能夠提供海量有用的信息，如用戶的定位信息、慣導信息、 速度信息等，通過合理利用這些信息并結合天線極化對信號傳播的影響機理，可以在不增 加算法復雜度的基礎上，大大優化無線設備的覆蓋功率，提高信號的傳輸能效。

發明內容

技術問題：針對上述技術的不足之處，提供一種應用難度小，方法簡單，能有效提高 無線信號傳輸能效的基于統計法場區劃分的隧道環境用無線設備覆蓋優化方法。

技術方案：為實現上述技術目的，本發明的基于統計法場區劃分的隧道環境用無線設 備覆蓋優化方法，適用于隧道內組網覆蓋無線網絡的一個無線基礎設備：如基站、微基站、 無線接入節點、中繼節點，以及存儲數據用的服務器，無線網絡區域內設有移動終端設備；

其步驟為：

a首先在隧道中設置一個笛卡爾坐標系，坐標系的原點位于隧道的中心，利用x、y、z 軸分別沿隧道的寬度、高度和長度方向，無線基礎設備的天線坐標已知記為(x₀,y₀,z₀)；