一种实现无线网络通信场强覆盖仿真系统及方法与流程

本发明属于无线网络通信
技术领域：
，尤其涉及一种实现无线网络通信场强覆盖仿真系统及方法。
背景技术：
：无线网络(wirelessnetwork)是采用无线通信技术实现的网络。无线网络既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包括为近距离无线连接进行优化的红外线技术及射频技术，与有线网络的用途十分类似，最大的不同在于传输媒介的不同，利用无线电技术取代网线，可以和有线网络互为备份。无线网络分为通过公众移动通信网实现的无线网络(如4g，3g或gprs)和无线局域网(wifi)两种方式。gprs手机上网方式，是一种借助移动电话网络接入internet的无线上网方式，因此只要你所在城市开通了gprs上网业务，你在任何一个角落都可以通过笔记本电脑来上网。然而，现有无线网络通信场强测量过程比较繁琐，自动化程度不高；同时，对无线场强覆盖区域范围确定，均需考虑地形地貌的不同，计算参数多，方法复杂，效率低。综上所述，现有技术存在的问题是：现有无线网络通信场强测量过程比较繁琐，自动化程度不高且采集的无线通信信号噪声大，不准确；采集的场强数据损失度大，可用性不高。同时，对无线场强覆盖区域范围确定，均需考虑地形地貌的不同，计算参数多，方法复杂，效率低。技术实现要素：针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种实现无线网络通信场强覆盖仿真系统及方法。本发明是这样实现的，一种实现无线网络通信场强覆盖仿真方法，所述实现无线网络通信场强覆盖仿真方法包括：第一步，利用基于最优合并和特征值的信号检测算法的信号检测器检测无线网络通信信号；第二步，利用场强测量器测量无线网络通信场强强度数据；第三步，利用建模软件构建无线网络通信场强分布的场景模型；第四步，利用计算程序根据检测的场强强度数据计算无线网络通信场强覆盖区域；第五步，利用基于二阶逼近法的优化程序对场强数据进行优化处理；二阶逼近数据优化算法包括：多元函数的泰勒展开式为：对损失函数进行二阶展开：损失函数取得最小值的必要条件是：最后得到β的迭代公式：第六步，利用显示器显示通信信号、场强强度、场景模型、覆盖区域数据。进一步，所述第一步中基于最优合并和特征值的信号检测算法具体包括：(1)将采集到的无线网络通信信号做离散傅里叶变换，并在频域采用最大化输出信号功率的准则确定一个最优权值，然后用最优权值合并多个信号；(2)取合并后数据的实部，构造自相关矩阵ry(ns)；(3)求矩阵ry(ns)的所有特征值，然后根据下士求得检测统计量t；式中tr(ry(ns))为合成信号自相关矩阵的迹，即矩阵的所有特征值之和，将矩阵的迹和最小特征值之比作为检测统计量；(4)结合下式，计算特定虚警概率下的理论检测门限γ；式中f1为tracy-widom第1分布的累积分布函数，其没有表达式形式，该函数对应值通过查表求得；(5)判决：如果t＞γ，则信道中存在信号，肯定判决；否则不存在信号，否定判决。本发明的另一目的在于提供一种实现所述实现无线网络通信场强覆盖仿真方法的实现无线网络通信场强覆盖仿真系统，所述实现无线网络通信场强覆盖仿真系统包括：信号检测模块，与主控模块连接，用于通过信号检测器检测无线网络通信信号；通信场强测量模块，与主控模块连接，用于通过场强测量器测量无线网络通信场强强度数据；主控模块，与信号检测模块、通信场强测量模块、场景模型构建模块、场强覆盖计算模块、数据优化模块、显示模块连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；场景模型构建模块，与主控模块连接，用于通过建模软件构建无线网络通信场强分布的场景模型；场强覆盖计算模块，与主控模块连接，用于通过计算程序根据检测的场强强度数据计算无线网络通信场强覆盖区域；数据优化模块，与主控模块连接，用于通过优化程序对场强数据进行优化处理；显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示通信信号、场强强度、场景模型、覆盖区域数据。本发明的另一目的在于提供一种应用所述实现无线网络通信场强覆盖仿真方法的无线网络通信平台。本发明的优点及积极效果为：本发明通过通信场强测量模块在具备现有场强测量技术针对射频单音信号进行场强测量的能力的同时，还具备针对实际中广泛使用的射频调制信号进行场强测量的能力，在无线电信号环境日益复杂的情况下，本发明具有更强的信号适应性；采用了信号带宽测量技术，这使得本发明可以自动测量信号带宽，为后续场强测量提供功率谱积分的频率带宽范围，因此本发明可针对不同带宽的信号进行自动化场强测量；同时，通过场强覆盖计算模块将多个基站的经纬度位置点映射到平面区域上，构成平面基站点集，以平面几何的算法对所述基站点集进行处理，无须考虑基站的地形地貌因素，简单、快速地确定基站或小区的无线场强覆盖区域范围。本发明，将多信号合成算法和特征值检测算法结合起来，构建了新的检测统计量，不需要信号的任何先验信息，不要求多个接收噪声满足功率相等的条件，同时克服了噪声功率不确定性影响，属于全盲信号检测算法。本发明采用二阶逼近算法对场强数据进行优化，能够有效提高场强数据的可利用度。附图说明图1是本发明实施例提供的实现无线网络通信场强覆盖仿真系统结构示意图；图中：1、信号检测模块；2、通信场强测量模块；3、主控模块；4、场景模型构建模块；5、场强覆盖计算模块；6、数据优化模块；7、显示模块。图2是本发明实施例提供的实现无线网络通信场强覆盖仿真方法流程图。具体实施方式为能进一步了解本发明的
发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。如图1所示，本发明实施例提供的实现无线网络通信场强覆盖仿真系统包括：信号检测模块1、通信场强测量模块2、主控模块3、场景模型构建模块4、场强覆盖计算模块5、数据优化模块6、显示模块7。信号检测模块1，与主控模块3连接，用于通过信号检测器检测无线网络通信信号；通信场强测量模块2，与主控模块3连接，用于通过场强测量器测量无线网络通信场强强度数据；主控模块3，与信号检测模块1、通信场强测量模块2、场景模型构建模块4、场强覆盖计算模块5、数据优化模块6、显示模块7连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；场景模型构建模块4，与主控模块3连接，用于通过建模软件构建无线网络通信场强分布的场景模型；场强覆盖计算模块5，与主控模块3连接，用于通过计算程序根据检测的场强强度数据计算无线网络通信场强覆盖区域；数据优化模块6，与主控模块3连接，用于通过优化程序对场强数据进行优化处理；显示模块7，与主控模块3连接，用于通过显示器显示通信信号、场强强度、场景模型、覆盖区域数据。本发明实施例提供的通信场强测量模块2测量方法如下：(1)将射频调制信号通过混频滤波后转换为70mhz模拟中频信号；(2)将70mhz模拟中频信号进行可变增益放大后再采样得到数字中频信号；(3)将数字中频信号进行数字下变频后得到零频数字基带信号；(4)对零频数字基带信号进行快速傅里叶变换得到其功率谱，再根据功率谱进行带宽测量得零频数字基带信号的带宽；(5)对调制信号进行带宽内功率谱积分，得到射频调制信号场强。本发明实施例提供的场强覆盖计算模块5计算方法如下：(1)将所有基站的经纬度对应的位置点映射成平面上的全基站点集；(2)将全基站点集处理成剖分三角网格；(3)确定剖分三角网格中包含相同基站点的三角形的外接圆的圆心的位置，并将所述圆心依次相连形成的区域确定为所述基站的泰森多边形区域；(4)确定基站的泰森多边形区域与该基站初始圆覆盖区域的重叠区域，并将重叠区域的范围确定为基站的无线场强覆盖区域范围；(5)利用基站中各小区的方位角对覆盖区域进行切割，确定基站中各小区的无线场强覆盖区域范围。步骤(2)中，本发明实施例提供的将所述全基站点集处理成剖分三角网格的步骤包括：1)选取三个或三个以上的初始基站点形成当前基站点集，确定初始基站点的初始凸包；确定初始凸包中满足空圆特性的三角形，并将三角形加入三角形链表中；将除初始基站点以外的其他基站点依次插入到当前基站点集，每新插入一个后增基站点，即形成当前基站点集的当前凸包；2)当后增基站点在所述当前凸包内部，并且在凸包包含的三角形的内部时，在三角形链表中删除所述三角形，依次将该三角形中的三条边确定为目的边，对目的边进行剖分处理；3)当后增基站点在当前凸包内部，并且在凸包包含的三角形边上时，在三角形链表中删除所述三角形，依次将该三角形中除后增基站点所在边以外的边确定为目的边，对目的边进行剖分处理；4)当后增基站点在当前凸包边上时，在三角形链表中删除包含后增基站点的三角形，将该三角形中除后增基站点所在边以外的边确定为目的边，对目的边进行剖分处理；5)当后增基站点在当前凸包的外部时，以当前凸包上的任意一点为起始点，沿凸包逆时针找到使后增基站点在其右侧的边；当边的数量为一个时，确定该边为目的边，将目的边的两端点与后增基站点相连，形成新的当前凸包，并对目的边进行剖分处理；当边数量为两个或两个以上时，选取边形成的边链的端点，将端点与后增基站点相连，形成新的当前凸包，并依次确定边为目的边，依次对目的边进行剖分处理。本发明实施例提供的目的边剖分处理步骤具体包括：当目的边在所述当前凸包边上时，将所述目的边与所述后增基站点形成的三角形加入到三角形链表中；当所述目的边在所述当前凸包内部时，从三角形链表中获取包含所述目的边的三角形，当该三角形不在所述目的边与后增基站点形成的三角形的外接圆中时，将所述目的边与后增基站点形成的三角形加入到三角形链表中；否则，当该三角形在所述目的边与后增基站点形成的三角形的外接圆中时，取消原目的边，确定该三角形中的目的边之外的两条边为目的边，依次对所述目的边继续进行剖分处理，并从三角形链表中删除该三角形。本发明提供的基站点的泰森多边形区域的确定步骤包括：查询包含相同基站点的三角形，将其确定为关联三角形，当所述基站点在所述凸包的内部时，将所述关联三角形的外接圆的圆心依次相连形成的封闭区域确定为所述基站点的泰森多边形区域；当所述基站点在所述凸包的边上时，将所述关联三角形的外接圆的圆心依次相连，形成边链；确定该边链的头端点和尾端点与所述基站点形成的夹角，确定该夹角的角平分线的延长线与基站初始圆覆盖区域的交点的位置，将所述交点与所述头端点和尾端点相连形成的区域确定为所述基站点的泰森多边形区域。如图2所示，本发明实施例提供的实现无线网络通信场强覆盖方法包括：s101：利用基于最优合并和特征值的信号检测算法的信号检测器检测无线网络通信信号；s102：利用场强测量器测量无线网络通信场强强度数据；s103：利用建模软件构建无线网络通信场强分布的场景模型；s104：利用计算程序根据检测的场强强度数据计算无线网络通信场强覆盖区域；s105：利用基于二阶逼近法的优化程序对场强数据进行优化处理；s106：利用显示器显示通信信号、场强强度、场景模型、覆盖区域数据。步骤s101中，本发明实施例提供的基于最优合并和特征值的信号检测算法具体包括：(1)将采集到的无线网络通信信号做离散傅里叶变换，并在频域采用最大化输出信号功率的准则确定一个最优权值，然后用最优权值合并多个信号；(2)取合并后数据的实部，构造自相关矩阵ry(ns)；(3)求矩阵ry(ns)的所有特征值，然后根据下士求得检测统计量t；式中tr(ry(ns))为合成信号自相关矩阵的迹，即矩阵的所有特征值之和，将矩阵的迹和最小特征值之比作为检测统计量；(4)结合下式，计算特定虚警概率下的理论检测门限γ；式中f1为tracy-widom第1分布的累积分布函数，其没有表达式形式，该函数对应值通过查表求得，tracy-widom第1分布数值表如下：表1不同理论值的实际虚警概率t-3.90-3.18-2.78-1.91-1.27-0.590.450.98f1(t)0.010.050.100.300.500.700.900.95(5)判决：如果t＞γ，则信道中存在信号，肯定判决；否则不存在信号，否定判决。步骤s105中，本发明实施例提供的二阶逼近数据优化算法包括：通用的损失函数最优化的数值方法，来源于泰勒展开式，多元函数的泰勒展开式为：对损失函数进行二阶展开：损失函数取得最小值的必要条件是：最后得到β的迭代公式：本发明工作时，首先，通过信号检测模块1利用信号检测器检测无线网络通信信号；通过通信场强测量模块2利用场强测量器测量无线网络通信场强强度数据；其次，主控模块3通过场景模型构建模块4利用建模软件构建无线网络通信场强分布的场景模型；通过场强覆盖计算模块5利用计算程序根据检测的场强强度数据计算无线网络通信场强覆盖区域；然后，通过数据优化模块6利用优化程序对场强数据进行优化处理；最后，通过显示模块7利用显示器显示通信信号、场强强度、场景模型、覆盖区域数据。以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。当前第1页12