CN115915164B - 基于5g技术的通信室内分布***设计方法及装置 - Google Patents
基于5g技术的通信室内分布***设计方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于5G技术的通信室内分布***设计方法及装置,该方法包括:根据待规划区域的天线分布位置,确定所述室内分布***的主线;根据所述天线分布位置以及所述主线,确定所有所述天线的初始信号损耗;根据所有所述天线的初始信号损耗以及最小功率需求,通过归并树方法确定所述待规划区域天线的功率分配关系;根据所述功率分配关系,通过数学规划方法确定各传输器件的型号。通过室内分布***主线和天线分布的确定,可确定各天线的初始信号损耗,并由此通过归并树的方法获得室内分布***中各天线的功率分配关系,进而确定各传输器件的选型,实现了5G室内分布***的自动化设计,并降低了通信室内分布***设计模型的复杂度。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域,尤其涉及一种基于5G技术的通信室内分布***设计方法及装置。
背景技术
在第五代移动通信技术(5th Generation Mobile Communication Technology,简称5G)的应用中,用户业务主要发生在室内,而室内分布***由信号源、传输器件和天线三大部分组成。室内分布设计的时候,一方面需要有效实现室内业务,另一方面又需要避免室内信号泄漏,对室外用户造成影响。因此,在信号源功率和天线位置固定的条件下,各天线功率必须处于预设的功率水平范围内,同时,传输器件还会造成功率上的损耗。需要针对传输器件进行设计,在获得各天线均符合功率要求的拓扑结构的条件下,降低室分***的排布成本。
但是,当前的5G室内分布***设计方案中,通常采用人工的数学规划方式以建立数学模型,所用的数学规划模型较为复杂。因此,需要一种通信室内分布***设计方法,以降低通信室内分布***设计模型的复杂度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于,5G室内分布***设计方案中,通常采用人工的数学规划方式以建立数学模型,所用的数学规划模型较为复杂。
为了解决上述技术问题,本发明第一方面公开了一种基于5G技术的通信室内分布***设计方法,包括:
根据待规划区域的天线分布位置,确定所述室内分布***的主线;
根据所述天线分布位置以及所述主线,确定所有所述天线的初始信号损耗;
根据所有所述天线的初始信号损耗以及最小功率需求,通过归并树方法确定所述待规划区域天线的功率分配关系;
根据所述功率分配关系,通过数学规划方法确定各传输器件的型号;其中,所述传输器件包括:耦合器、功分器以及馈线。
作为一种可选的实施方式,所述根据所有所述天线的初始信号损耗以及最小功率需求,通过归并树方法确定所述待规划区域天线的功率分配关系,包括:
根据所有所述天线的初始信号损耗以及最小功率需求的相加结果,确定所有所述天线的权值;
根据所有所述天线的权值,通过多路平衡归并的方法生成哈夫曼树模型;
根据所述哈夫曼树模型的节点及连接关系,确定所述待规划区域中天线的功率分配关系。
作为一种可选的实施方式,所述哈夫曼树模型包括:基于哈夫曼树原理的多叉树,所述多叉树的叉数至少为3;
所述根据所有所述天线的权值,通过多路平衡归并的方法生成哈夫曼树模型之前,所述方法还包括:
判断所述天线是否可生成严格哈夫曼树模型,若判断结果为否,则根据所述严格哈夫曼树模型的节点数量需求,添加权值为0的虚拟节点;
所述根据所有所述天线的权值,通过多路平衡归并的方法生成哈夫曼树模型,包括:
根据所有所述天线的权值所指示的节点,以及所述虚拟节点,通过多路平衡归并的方法生成哈夫曼树模型。
作为一种可选的实施方式,所述数学规划方法的目标函数包括第一目标函数,所述第一目标函数用于指示所述室内分布***的成本信息;
所述根据所述功率分配关系,通过数学规划方法确定各传输器件的型号,包括:
根据耦合器成本、电缆成本、功分器成本之和,确定所述第一目标函数;
通过0-1整数规划的方式,确定第一约束条件;所述第一约束条件用于指示各耦合器的型号、输出口损失以及耦合口损失;
根据所述功率分配关系,确定第二约束条件、第三约束条件和第四约束条件;其中,所述第二约束条件用于指示所有所述天线的功率需求,所述第三约束条件用于指示所述耦合器的位置限制,所述第四约束条件用于指示所述数学规划方法中各变量的类型限制;所述第二约束条件由第一公式和第二公式确定;
所述第一公式为:
所述第二公式为:
其中,I为所述待规划区域信号源的输出总功率,bi为第i种所述馈线的单位长度功率损耗,li为第i种所述馈线的总长度,fj为第j个所述耦合器的总功率损耗,xj用于指示第j个所述耦合器的型号;Pa为第a个所述天线的最小功率需求,Q为所述待规划区域中所述天线的最大功率限制;
当所述第一目标函数极小化时,确定所述各约束条件中变量的取值,并根据所述取值,确定各传输器件的型号。
作为一种可选的实施方式,所述数学规划方法的目标函数还包括第二目标函数,所述第二目标函数用于指示所述室内分布***的功率损失;
所述当所述第一目标函数极小化时,确定各约束条件中变量的取值,并根据所述取值,确定各传输器件的型号之前,所述方法还包括:
根据耦合器功率损失、电缆功率损失、功分器功率损失之和,确定所述第二目标函数;
所述当所述第一目标函数极小化时,确定所述各约束条件中变量的取值,并根据所述取值,确定各传输器件的型号,包括:
当所述第一目标函数以及所述第二目标函数均极小化时,确定所述各约束条件中变量的取值,并根据所述取值,确定各传输器件的型号。
作为一种可选的实施方式,所述第二约束条件具体是通过以下方式确定出的:
通过变量替换的方式,根据所述第一公式及所述第二公式,获得第三公式;
根据所述第三公式确定所述第二约束条件;
所述第三公式为:
Ta=Q-ta;
0≤Ta≤Q-Pa
其中,ta为第a个所述天线获得的功率,Ta为所述第三公式中的变量,由所述待规划区域中所述天线的最大功率限制减去第a个所述天线获得的功率计算获得。
作为一种可选的实施方式,所述根据所述功率分配关系,通过数学规划方法确定各传输器件的型号之后,所述方法还包括:
判断所述各传输器件的型号是否满足待规划区域中所有所述天线的功率需求;
若判断结果为否,则根据当前所确定的各传输器件的型号,通过所述数学规划方法重新确定所述各传输器件的型号,直至所述各传输器件的型号能够满足待规划区域中所有所述天线的功率需求。
本发明第二方面提供一种基于5G技术的通信室内分布***设计装置,所述装置包括:
主线确定模块,用于根据待规划区域的天线分布位置,确定所述室内分布***的主线;
损耗确定模块,用于根据所述天线分布位置以及所述主线,确定所有所述天线的初始信号损耗;
功率分配模块,用于根据所有所述天线的初始信号损耗以及最小功率需求,通过归并树方法确定所述待规划区域天线的功率分配关系;
器件选型模块,用于根据所述功率分配关系,通过数学规划方法确定各传输器件的型号;其中,所述传输器件包括:耦合器、功分器以及馈线。
作为一种可选的实施方式,所述功率分配模块根据所有所述天线的初始信号损耗以及最小功率需求,通过归并树方法确定所述待规划区域天线的功率分配关系的具体方式,包括:
根据所有所述天线的初始信号损耗以及最小功率需求的相加结果,确定所有所述天线的权值;
根据所有所述天线的权值,通过多路平衡归并的方法生成哈夫曼树模型;
根据所述哈夫曼树模型的节点及连接关系,确定所述待规划区域中天线的功率分配关系。
作为一种可选的实施方式,所述哈夫曼树模型包括:基于哈夫曼树原理的多叉树,所述多叉树的叉数至少为3;
所述装置还包括判断模块,用于在所述功率分配模块根据所有所述天线的权值,通过多路平衡归并的方法生成哈夫曼树模型之前,
判断所述天线是否可生成严格哈夫曼树模型,若判断结果为否,则根据所述严格哈夫曼树模型的节点数量需求,添加权值为0的虚拟节点;
所述功率分配模块根据所有所述天线的权值,通过多路平衡归并的方法生成哈夫曼树模型的具体方式,包括:
根据所有所述天线的权值所指示的节点,以及所述虚拟节点,通过多路平衡归并的方法生成哈夫曼树模型。
作为一种可选的实施方式,所述数学规划方法的目标函数包括第一目标函数,所述第一目标函数用于指示所述室内分布***的成本信息;
所述器件选型模块根据所述功率分配关系,通过数学规划方法确定各传输器件的型号的具体方式,包括:
根据耦合器成本、电缆成本、功分器成本之和,确定所述第一目标函数;
通过0-1整数规划的方式,确定第一约束条件;所述第一约束条件用于指示各耦合器的型号、输出口损失以及耦合口损失;
根据所述功率分配关系,确定第二约束条件、第三约束条件和第四约束条件;其中,所述第二约束条件用于指示所有所述天线的功率需求,所述第三约束条件用于指示所述耦合器的位置限制,所述第四约束条件用于指示所述数学规划方法中各变量的类型限制;所述第二约束条件由第一公式和第二公式确定;
所述第一公式为:
所述第二公式为:
其中,I为所述待规划区域信号源的输出总功率,bi为第i种所述馈线的单位长度功率损耗,li为第i种所述馈线的总长度,fj为第j个所述耦合器的总功率损耗,xj用于指示第j个所述耦合器的型号;Pa为第a个所述天线的最小功率需求,Q为所述待规划区域中所述天线的最大功率限制;
当所述第一目标函数极小化时,确定所述各约束条件中变量的取值,并根据所述取值,确定各传输器件的型号。
作为一种可选的实施方式,所述数学规划方法的目标函数还包括第二目标函数,所述第二目标函数用于指示所述室内分布***的功率损失;
所述器件选型模块在当所述第一目标函数极小化时,确定各约束条件中变量的取值,并根据所述取值,确定各传输器件的型号之前,还用于:
根据耦合器功率损失、电缆功率损失、功分器功率损失之和,确定所述第二目标函数;
所述器件选型模块当所述第一目标函数极小化时,确定所述各约束条件中变量的取值,并根据所述取值,确定各传输器件的型号的具体方式,包括:
当所述第一目标函数以及所述第二目标函数均极小化时,确定所述各约束条件中变量的取值,并根据所述取值,确定各传输器件的型号。
作为一种可选的实施方式,所述第二约束条件具体是通过以下方式确定出的:
通过变量替换的方式,根据所述第一公式及所述第二公式,获得第三公式;
根据所述第三公式确定所述第二约束条件;
所述第三公式为:
Ta=Q-ta;
0≤Ta≤Q-Pa
其中,ta为第a个所述天线获得的功率,Ta为所述第三公式中的变量,由所述待规划区域中所述天线的最大功率限制减去第a个所述天线获得的功率计算获得。
作为一种可选的实施方式,所述装置还包括迭代模块,用于在所述器件选型模块所述根据所述功率分配关系,通过数学规划方法确定各传输器件的型号之后,
判断所述各传输器件的型号是否满足待规划区域中所有所述天线的功率需求;
若判断结果为否,则根据当前所确定的各传输器件的型号,通过所述数学规划方法重新确定所述各传输器件的型号,直至所述各传输器件的型号能够满足待规划区域中所有所述天线的功率需求。
本发明第三方面公开了另一种基于5G技术的通信室内分布***设计装置,所述装置包括:
存储有可执行程序代码的存储器;
与所述存储器耦合的处理器;
所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码,执行本发明第一方面公开的基于5G技术的通信室内分布***设计方法。
本发明第四方面公开了一种计算机存储介质,所述计算机存储介质存储有计算机指令,所述计算机指令被调用时,用于执行本发明第一方面公开的基于5G技术的通信室内分布***设计方法。
与现有技术相比,本发明实施例具有以下有益效果:通过室内分布***主线和天线分布的确定,可确定各天线的初始信号损耗,并由此通过归并树的方法获得室内分布***中各天线的功率分配关系,进而确定各传输器件的选型,实现了5G室内分布***的自动化设计,并降低了通信室内分布***设计模型的复杂度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例公开的一种基于5G技术的通信室内分布***设计方法的应用背景示意图;
图2是本发明实施例一公开的一种基于5G技术的通信室内分布***设计方法的流程示意图;
图3是本发明实施例二公开的一种基于5G技术的通信室内分布***设计方法的流程示意图;
图4是本发明实施例三公开的一种基于5G技术的通信室内分布***设计装置的结构示意图;
图5是本发明实施例三公开的另一种基于5G技术的通信室内分布***设计装置的结构示意图;
图6是本发明实施例四公开的一种基于5G技术的通信室内分布***设计装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象,而不是用于描述特定顺序。此外,术语“包括”和“具有”以及它们任何变形,意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或端没有限定于已列出的步骤或单元,而是可选地还包括没有列出的步骤或单元,或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或端固有的其他步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着,结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例,也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是,本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
在第五代移动通信技术5G的应用中,用户业务主要发生在室内,而室内分布***由信号源、传输器件和天线三大部分组成。室内分布设计的时候,一方面需要有效实现室内业务,另一方面又需要避免室内信号泄漏,对室外用户造成影响。因此,在信号源功率和天线位置固定的条件下,各天线功率必须处于预设的功率水平范围内,同时,传输器件还会造成功率上的损耗。需要针对传输器件进行设计,在获得各天线均符合功率要求的拓扑结构的条件下,降低室分***的排布成本。
但是,当前的5G室内分布***设计方案中,通常采用人工的数学规划方式以建立数学模型,所用的数学规划模型较为复杂。因此,需要一种通信室内分布***设计方法,以降低通信室内分布***设计模型的复杂度。
请参阅图1,图1是本发明实施例公开的一种基于5G技术的通信室内分布***设计方法的应用背景示意图,如图1所示,通信室内分布***设计的任务在于,根据各天线的功率需求,确定各传输器件的型号参数,最终形成包含各天线、各传输器件以及信号源的分布原理图。当前通信室内分布***设计的主要手段为人工设计,若室内分布***较复杂,则涉及的变量较多,约束条件较多,且数据量较大,由此,人工设计的方法复杂度极大,且效率不高。
本发明公开了一种基于5G技术的通信室内分布***设计方法及装置,通过室内分布***主线和天线分布的确定,可确定各天线的初始信号损耗,并由此通过归并树的方法获得室内分布***中各天线的功率分配关系,进而确定各传输器件的选型,实现了5G室内分布***的自动化设计,并降低了通信室内分布***设计模型的复杂度。
实施例一
请参阅图2,图2是本发明实施例一公开的一种基于5G技术的通信室内分布***设计方法的流程示意图。如图2所示,所述基于5G技术的通信室内分布***设计方法可以包括以下操作:
S101、根据待规划区域的天线分布位置,确定所述室内分布***的主线;
待规划区域天线分布位置及信号源位置可通过建筑设计图获得,由天线分布位置,可根据基于5G技术的通信室内分布***设计的原理,确定所述基于5G技术的通信室内分布***设计的主线,主线所应用的传输器件型号相应的可根据当前场景下的可用器件直接推知。
S102、根据所述天线分布位置以及所述主线,确定所有所述天线的初始信号损耗;
在本申请提供的基于5G技术的通信室内分布***设计方法中,所应用的功分器类型可预先确定,例如,可将***中的所有功分器预先确定为三功分器;根据所述天线分布位置和主线,以及预先确定出的功分器类型,可得到各所述天线的初始信号损耗,由此,所述基于5G技术的通信室内分布***的设计简化为部分馈线和***中耦合器的选型,而不需要对所有的传输器件均进行计算。
S103、根据所有所述天线的初始信号损耗以及最小功率需求,通过归并树方法确定所述待规划区域天线的功率分配关系;
根据各天线的功率限制,可将各所述天线对应的初始信号损耗及最小功率需求相加作为各所述天线的权值,并将各所述天线视为树模型的节点,通过归并树方法确定所述待规划区域天线的功率分配关系,具体可参见下述实施方式。
作为一种可选的实施方式,所述S103包括:
根据所有所述天线的初始信号损耗以及最小功率需求的相加结果,确定所有所述天线的权值;
根据所有所述天线的权值,通过多路平衡归并的方法生成哈夫曼树模型;
哈夫曼树模型可包括原始的哈夫曼树模型,也可以包括原理相似的多叉树模型,可参见下一个实施方式。
根据所述哈夫曼树模型的节点及连接关系,确定所述待规划区域中天线的功率分配关系。
天线功率分配的拓扑关系可由所述哈夫曼树的结构直接获得。
通过各天线的初始信号损耗和最小功率需求的相加确定各天线的对应权值,并根据所确定出的权值,通过多路平衡归并的方法生成哈夫曼树模型,由此得到各天线与信号源之间的功率分配关系,降低了通信室内分布***设计模型的复杂度,提升了通信室内分布***设计的效率。
作为一种可选的实施方式,所述哈夫曼树模型包括:基于哈夫曼树原理的多叉树,所述多叉树的叉数至少为3;
哈夫曼树的生成原理可推广至三叉树及其他多叉树模型,其叉数取决于通信室内分布***的具体需求,若***所应用的功分器为三功分器,则相应的进行基于哈夫曼树原理的三叉树规划即可。
所述根据所有所述天线的权值,通过多路平衡归并的方法生成哈夫曼树模型之前,所述方法还包括:
判断所述天线是否可生成严格哈夫曼树模型,若判断结果为否,则根据所述严格哈夫曼树模型的节点数量需求,添加权值为0的虚拟节点;
若天线的个数及分布位置导致当前无法生成一课基于哈夫曼原理的严格多叉树,则根据节点数量及天线位置,确定所需要添加的权值为0的虚拟节点,以简化模型的生成过程。
所述根据所有所述天线的权值,通过多路平衡归并的方法生成哈夫曼树模型,包括:
根据所有所述天线的权值所指示的节点,以及所述虚拟节点,通过多路平衡归并的方法生成哈夫曼树模型。
添加虚拟节点后,可将虚拟节点及所有所述天线的权值所指示的节点共同作为待生成哈夫曼树模型的节点,共同进行多路平衡归并,由此可得到严格的哈夫曼树模型。
通过添加虚拟节点的方式确保所生成的哈夫曼树模型为严格哈夫曼树模型,简化了模型及建模过程,提升了通信室内分布***设计的效率。
S104、根据所述功率分配关系,通过数学规划方法确定各传输器件的型号;其中,所述传输器件包括:耦合器、功分器以及馈线。
根据所确定出的归并树模型,可得到对应的功率分配关系,基于确定出的功率分配关系,可建立数学规划模型,以确定***中各传输器件的选型。
本实施例提供一种基于5G技术的通信室内分布***设计方法,方法包括:根据待规划区域的天线分布位置,确定所述室内分布***的主线;根据所述天线分布位置以及所述主线,确定所有所述天线的初始信号损耗;根据所有所述天线的初始信号损耗以及最小功率需求,通过归并树方法确定所述待规划区域天线的功率分配关系;根据所述功率分配关系,通过数学规划方法确定各传输器件的型号。通过室内分布***主线和天线分布的确定,可确定各天线的初始信号损耗,并由此通过归并树的方法获得室内分布***中各天线的功率分配关系,进而确定各传输器件的选型,实现了5G室内分布***的自动化设计,并降低了通信室内分布***设计模型的复杂度。
实施例二
请参阅图3,图3是本发明实施例二公开的一种基于5G技术的通信室内分布***设计方法的流程示意图。如图3所示,在其他任一实施方式的基础上,所述数学规划方法的目标函数包括第一目标函数,所述第一目标函数用于指示所述室内分布***的成本信息;所述方法包括:
S201、根据待规划区域的天线分布位置,确定所述室内分布***的主线;
S202、根据所述天线分布位置以及所述主线,确定所有所述天线的初始信号损耗;
S203、根据所有所述天线的初始信号损耗以及最小功率需求,通过归并树方法确定所述待规划区域天线的功率分配关系;
本发明实施例二中,针对步骤201、步骤202以及步骤203的描述,请参照实施例一中针对步骤101至步骤103的详细描述,本发明实施例二不再赘述。
S204、根据耦合器成本、电缆成本、功分器成本之和,确定所述第一目标函数;
由于所述第一目标函数用于指示所述室内分布***的成本信息,在本申请提供的应用场景下,需要确定的传输器件包括耦合器、电缆、功分器中的一种或多种,因此可根据耦合器成本、电缆成本、功分器成本之和,确定所述第一目标函数。
S205、通过0-1整数规划的方式,确定第一约束条件;所述第一约束条件用于指示各耦合器的型号、输出口损失以及耦合口损失;
0-1整数规划使得各变量只可以取值0或1,在本申请中可用于指示器件的选型,而第一约束条件基于0-1整数规划的方式,指示各耦合器的型号、输出口损失以及耦合口损失,避免了直接计算耦合器损失的非线性问题。
例如,在一个有5种耦合器可供选择的场景下,可通过以下公式确定第一约束条件:
xi1+xi2+xi3+xi4+xi5=1
其中,i代表第i个耦合器,xik=1代表假设第i个耦合器选择第k种耦合器,而xik=0时不选,fk为第k种耦合器的输出口损失,而gk为第k种耦合器的耦合口损失。
对于0-1整数规划问题,显然有:Pi1为第i个耦合器的输出口损失,Pi2为第i个耦合器的耦合口损失。
需要说明的是,上述公式所指示的第一约束条件,需结合其他条件以形成数学规划中规范的约束条件,具体可参见其他实施方式。
S206、根据所述功率分配关系,确定第二约束条件、第三约束条件和第四约束条件;其中,所述第二约束条件用于指示所有所述天线的功率需求,所述第三约束条件用于指示所述耦合器的位置限制,所述第四约束条件用于指示所述数学规划方法中各变量的类型限制;所述第二约束条件由第一公式和第二公式确定;
所述第一公式为:
所述第二公式为:
其中,I为所述待规划区域信号源的输出总功率,bi为第i种所述馈线的单位长度功率损耗,li为第i种所述馈线的总长度,fj为第j个所述耦合器的总功率损耗,xj用于指示第j个所述耦合器的型号;Pa为第a个所述天线的最小功率需求,Q为所述待规划区域中所述天线的最大功率限制;
S207、当所述第一目标函数极小化时,确定所述各约束条件中变量的取值,并根据所述取值,确定各传输器件的型号。
该部分数学规划的任务在于成本的极小化,相应的,在此种情况下根据各约束条件中变量的取值,可确定各传输器件的型号。
作为一种可选的实施方式,所述数学规划方法的目标函数还包括第二目标函数,所述第二目标函数用于指示所述室内分布***的功率损失;
在考虑成本信息的同时,还可将功率损失纳入规划过程,使得尽量降低通信室内分布***的通信资源浪费。
所述S207之前,所述方法还包括:
根据耦合器功率损失、电缆功率损失、功分器功率损失之和,确定所述第二目标函数;
根据需要规划的传输器件所对应的功率损失,可确定第二目标函数。
所述S207,包括:
当所述第一目标函数以及所述第二目标函数均极小化时,确定所述各约束条件中变量的取值,并根据所述取值,确定各传输器件的型号。
在一些场景中,所述第一目标函数及所述第二目标函数均极小化可能无法达到,此时可根据所述第一目标函数及所述第二目标函数的变化规律,综合考虑各目标函数的情况进行取值,还可对各目标函数进行加权,取加权后的极小值,对具体取极小化值的手段不应加以限制。
通过第二目标函数的设计,在数学规划中对成本信息和功率损失进行规划,确保了通信室内分布***设计的有效性。
作为一种可选的实施方式,所述第二约束条件具体是通过以下方式确定出的:
通过变量替换的方式,根据所述第一公式及所述第二公式,获得第三公式;
所述第二约束条件用于指示所有所述天线的功率需求,通过变量替换的方式可以简化数学规划模型,减少了模型中的变量和约束。
根据所述第三公式确定所述第二约束条件;
所述第三公式为:
Ta=Q-ta;
0≤Ta≤Q-Pa
其中,ta为第a个所述天线获得的功率,Ta为所述第三公式中的变量,由所述待规划区域中所述天线的最大功率限制减去第a个所述天线获得的功率计算获得。
对于线性规划相关的问题,每个不等式约束在形式上必须是小于号或小于等于号。例如,在形如S206所述的场景中,需要通过数学变换使得约束条件在形式上符合线性规划的要求,且求解时需要根据线性规划中各阶段的约束,逐步获得满足条件的可行解,导致求解速度变慢。
根据形如前述第三公式的变换进行变量替换,减少了模型中的约束,使得复杂的约束条件简化为整数决策变量带上下界的约束条件。同时,所述第三公式中的决策变量非负,由此在保持所解决的问题为混合整数规划问题或简化的整数规划问题的情况下,简化了模型的约束条件,提高了模型的求解速度。
通过变量替换的方式,减少了模型中的变量和约束,简化了通信室内分布***设计数学规划模型,降低了通信室内分布***设计模型的复杂度及规划效率。
作为一种可选的实施方式,所述S104之后,所述方法还包括:
判断所述各传输器件的型号是否满足待规划区域中所有所述天线的功率需求;
若判断结果为否,则根据当前所确定的各传输器件的型号,通过所述数学规划方法重新确定所述各传输器件的型号,直至所述各传输器件的型号能够满足待规划区域中所有所述天线的功率需求。
通过规划结果的验证,确保了通信室内分布***设计的有效性。
本实施例提供一种基于5G技术的通信室内分布***设计方法,通过第一目标函数的设计确定了规划目标,通过第一约束条件的确定降低了模型的复杂度,避免了模型的非线性问题,并通过其他约束条件限制待规划区域中各传输器件的基本条件,降低了通信室内分布***设计模型的复杂度,并提升了通信室内分布***设计模型的有效性。
实施例三
本发明实施例三还提供一种基于5G技术的通信室内分布***设计装置以实现前述方法,请参阅图4,图4是本发明实施例三公开的一种基于5G技术的通信室内分布***设计装置的结构示意图。如图4所示,在其他任一实施例的基础上,所述装置包括:
主线确定模块31,用于根据待规划区域的天线分布位置,确定所述室内分布***的主线;
损耗确定模块32,用于根据所述天线分布位置以及所述主线,确定所有所述天线的初始信号损耗;
功率分配模块33,用于根据所有所述天线的初始信号损耗以及最小功率需求,通过归并树方法确定所述待规划区域天线的功率分配关系;
器件选型模块34,用于根据所述功率分配关系,通过数学规划方法确定各传输器件的型号;其中,所述传输器件包括:耦合器、功分器以及馈线。
通过室内分布***主线和天线分布的确定,可确定各天线的初始信号损耗,并由此通过归并树的方法获得室内分布***中各天线的功率分配关系,进而确定各传输器件的选型,实现了5G室内分布***的自动化设计,并降低了通信室内分布***设计模型的复杂度。
作为一种可选的实施方式,功率分配模块33根据所有所述天线的初始信号损耗以及最小功率需求,通过归并树方法确定所述待规划区域天线的功率分配关系的具体方式,包括:
根据所有所述天线的初始信号损耗以及最小功率需求的相加结果,确定所有所述天线的权值;
根据所有所述天线的权值,通过多路平衡归并的方法生成哈夫曼树模型;
根据所述哈夫曼树模型的节点及连接关系,确定所述待规划区域中天线的功率分配关系。
通过各天线的初始信号损耗和最小功率需求的相加确定各天线的对应权值,并根据所确定出的权值,通过多路平衡归并的方法生成哈夫曼树模型,由此得到各天线与信号源之间的功率分配关系,降低了通信室内分布***设计模型的复杂度,提升了通信室内分布***设计的效率。
作为一种可选的实施方式,所述哈夫曼树模型包括:基于哈夫曼树原理的多叉树,所述多叉树的叉数至少为3;
请参阅图5,图5是本发明实施例三公开的又一种基于5G技术的通信室内分布***设计装置的结构示意图。如图5所示,所述装置还包括判断模块35,用于在功率分配模块33根据所有所述天线的权值,通过多路平衡归并的方法生成哈夫曼树模型之前,
判断所述天线是否可生成严格哈夫曼树模型,若判断结果为否,则根据所述严格哈夫曼树模型的节点数量需求,添加权值为0的虚拟节点;
功率分配模块33根据所有所述天线的权值,通过多路平衡归并的方法生成哈夫曼树模型的具体方式,包括:
根据所有所述天线的权值所指示的节点,以及所述虚拟节点,通过多路平衡归并的方法生成哈夫曼树模型。
通过添加虚拟节点的方式确保所生成的哈夫曼树模型为严格哈夫曼树模型,简化了模型及建模过程,提升了通信室内分布***设计的效率。
作为一种可选的实施方式,所述数学规划方法的目标函数包括第一目标函数,所述第一目标函数用于指示所述室内分布***的成本信息;
器件选型模块34根据所述功率分配关系,通过数学规划方法确定各传输器件的型号的具体方式,包括:
根据耦合器成本、电缆成本、功分器成本之和,确定所述第一目标函数;
通过0-1整数规划的方式,确定第一约束条件;所述第一约束条件用于指示各耦合器的型号、输出口损失以及耦合口损失;
根据所述功率分配关系,确定第二约束条件、第三约束条件和第四约束条件;其中,所述第二约束条件用于指示所有所述天线的功率需求,所述第三约束条件用于指示所述耦合器的位置限制,所述第四约束条件用于指示所述数学规划方法中各变量的类型限制;所述第二约束条件由第一公式和第二公式确定;
所述第一公式为:
所述第二公式为:
其中,I为所述待规划区域信号源的输出总功率,bi为第i种所述馈线的单位长度功率损耗,li为第i种所述馈线的总长度,fj为第j个所述耦合器的总功率损耗,xj用于指示第j个所述耦合器的型号;Pa为第a个所述天线的最小功率需求,Q为所述待规划区域中所述天线的最大功率限制;
当所述第一目标函数极小化时,确定所述各约束条件中变量的取值,并根据所述取值,确定各传输器件的型号。
通过第一目标函数的设计确定了规划目标,通过第一约束条件的确定降低了模型的复杂度,避免了模型的非线性问题,并通过其他约束条件限制待规划区域中各传输器件的基本条件,降低了通信室内分布***设计模型的复杂度,并提升了通信室内分布***设计模型的有效性。
作为一种可选的实施方式,所述数学规划方法的目标函数还包括第二目标函数,所述第二目标函数用于指示所述室内分布***的功率损失;
器件选型模块34在当所述第一目标函数极小化时,确定各约束条件中变量的取值,并根据所述取值,确定各传输器件的型号之前,还用于:
根据耦合器功率损失、电缆功率损失、功分器功率损失之和,确定所述第二目标函数;
器件选型模块34当所述第一目标函数极小化时,确定所述各约束条件中变量的取值,并根据所述取值,确定各传输器件的型号的具体方式,包括:
当所述第一目标函数以及所述第二目标函数均极小化时,确定所述各约束条件中变量的取值,并根据所述取值,确定各传输器件的型号。
通过第二目标函数的设计,在数学规划中对成本信息和功率损失进行规划,确保了通信室内分布***设计的有效性。
作为一种可选的实施方式,所述第二约束条件具体是通过以下方式确定出的:
通过变量替换的方式,根据所述第一公式及所述第二公式,获得第三公式;
根据所述第三公式确定所述第二约束条件;
所述第三公式为:
Ta=Q-ta;
0≤Ta≤Q-Pa
其中,ta为第a个所述天线获得的功率,Ta为所述第三公式中的变量,由所述待规划区域中所述天线的最大功率限制减去第a个所述天线获得的功率计算获得。
通过变量替换的方式,减少了模型中的变量和约束,简化了通信室内分布***设计数学规划模型,降低了通信室内分布***设计模型的复杂度及规划效率。
如图5,作为一种可选的实施方式,所述装置还包括迭代模块36,用于在器件选型模块34所述根据所述功率分配关系,通过数学规划方法确定各传输器件的型号之后,
判断所述各传输器件的型号是否满足待规划区域中所有所述天线的功率需求;
若判断结果为否,则根据当前所确定的各传输器件的型号,通过所述数学规划方法重新确定所述各传输器件的型号,直至所述各传输器件的型号能够满足待规划区域中所有所述天线的功率需求。
通过规划结果的验证,确保了通信室内分布***设计的有效性。
实施例四
请参阅图6,图6是本发明实施例四公开的一种基于5G技术的通信室内分布***设计装置的结构示意图。如图6所示,该基于5G技术的通信室内分布***设计装置可以包括:
处理器(Processor)291,装置还包括了存储有可执行程序代码的存储器(Memory)292;还可以包括通信接口(Communication Interface)293和总线294。其中,处理器291、存储器292、通信接口293、可以通过总线294完成相互间的通信。通信接口293可以用于信息传输。处理器291与存储器292耦合,处理器291可以调用存储器292中的逻辑指令(可执行程序代码),以执行上述任一实施例所述的基于5G技术的通信室内分布***设计方法。
此外,上述的存储器292中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
存储器292作为一种计算机可读存储介质,可用于存储软件程序、计算机可执行程序,如本申请实施例中的方法对应的程序指令/模块。处理器291通过运行存储在存储器292中的软件程序、指令以及模块,从而执行功能应用以及数据处理,即实现上述方法实施例中的方法。
存储器292可包括存储程序区和存储数据区,其中,存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需的应用程序;存储数据区可存储根据终端设备的使用所创建的数据等。此外,存储器292可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非易失性存储器。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令,所述计算机执行指令被调用时用于实现任一实施例中所述的方法。
本发明实施例还公开了一种计算机程序产品,该计算机程序产品包括存储了计算机程序的非瞬时性计算机可读存储介质,且该计算机程序可操作来使计算机执行任一实施例中所描述的基于5G技术的通信室内分布***设计方法中的步骤。
以上所描述的装置实施例仅是示意性的,其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的,作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下,即可以理解并实施。
通过以上的实施例的具体描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件。基于这样的理解,上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,存储介质包括只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存储器(Random Access Memory,RAM)、可编程只读存储器(Programmable Read-only Memory,PROM)、可擦除可编程只读存储器(ErasableProgrammable Read Only Memory,EPROM)、一次可编程只读存储器(One-timeProgrammable Read-Only Memory,OTPROM)、电子抹除式可复写只读存储器(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory,EEPROM)、只读光盘(CompactDisc Read-Only Memory,CD-ROM)或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。
最后应说明的是:本发明实施例公开的基于5G技术的通信室内分布***设计方法及装置所揭露的仅为本发明较佳实施例而已,仅用于说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解;其依然可以对前述各项实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或替换,并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各项实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种基于5G技术的通信室内分布***设计方法,其特征在于,所述方法包括:
根据待规划区域的天线分布位置,确定所述室内分布***的主线;
根据所述天线分布位置以及所述主线,确定所有所述天线的初始信号损耗;
根据所有所述天线的初始信号损耗以及最小功率需求的相加结果,确定所有所述天线的权值;
根据所有所述天线的权值,通过多路平衡归并的方法生成哈夫曼树模型;
根据所述哈夫曼树模型的节点及连接关系,确定所述待规划区域中天线的功率分配关系;
根据所述功率分配关系,通过数学规划方法确定各传输器件的型号;其中,所述传输器件包括:耦合器、功分器以及馈线;
其中,所述数学规划方法的目标函数包括第一目标函数,所述第一目标函数用于指示所述室内分布***的成本信息;
所述根据所述功率分配关系,通过数学规划方法确定各传输器件的型号,包括:
根据耦合器成本、电缆成本、功分器成本之和,确定所述第一目标函数;
通过0-1整数规划的方式,确定第一约束条件;所述第一约束条件用于指示各耦合器的型号、输出口损失以及耦合口损失;
根据所述功率分配关系,确定第二约束条件、第三约束条件和第四约束条件;其中,所述第二约束条件用于指示所有所述天线的功率需求,所述第三约束条件用于指示所述耦合器的位置限制,所述第四约束条件用于指示所述数学规划方法中各变量的类型限制;所述第二约束条件由第一公式和第二公式确定;
所述第一公式为:
所述第二公式为:
其中,I为所述待规划区域信号源的输出总功率,bi为第i种所述馈线的单位长度功率损耗,li为第i种所述馈线的总长度,fj为第j个所述耦合器的总功率损耗,xj用于指示第j个所述耦合器的型号;Pa为第a个所述天线的最小功率需求,Q为所述待规划区域中所述天线的最大功率限制;
当所述第一目标函数极小化时,确定所述各约束条件中变量的取值,并根据所述取值,确定各传输器件的型号。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述哈夫曼树模型包括:基于哈夫曼树原理的多叉树,所述多叉树的叉数至少为3;
所述根据所有所述天线的权值,通过多路平衡归并的方法生成哈夫曼树模型之前,所述方法还包括:
判断所述天线是否可生成严格哈夫曼树模型,若判断结果为否,则根据所述严格哈夫曼树模型的节点数量需求,添加权值为0的虚拟节点;
所述根据所有所述天线的权值,通过多路平衡归并的方法生成哈夫曼树模型,包括:
根据所有所述天线的权值所指示的节点,以及所述虚拟节点,通过多路平衡归并的方法生成哈夫曼树模型。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述数学规划方法的目标函数还包括第二目标函数,所述第二目标函数用于指示所述室内分布***的功率损失;
所述当所述第一目标函数极小化时,确定各约束条件中变量的取值,并根据所述取值,确定各传输器件的型号之前,所述方法还包括:
根据耦合器功率损失、电缆功率损失、功分器功率损失之和,确定所述第二目标函数;
所述当所述第一目标函数极小化时,确定所述各约束条件中变量的取值,并根据所述取值,确定各传输器件的型号,包括:
当所述第一目标函数以及所述第二目标函数均极小化时,确定所述各约束条件中变量的取值,并根据所述取值,确定各传输器件的型号。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第二约束条件具体是通过以下方式确定出的:
通过变量替换的方式,根据所述第一公式及所述第二公式,获得第三公式;
根据所述第三公式确定所述第二约束条件;
所述第三公式为:
;
;
其中,为第a个所述天线获得的功率,/>为所述第三公式中的变量,由所述待规划区域中所述天线的最大功率限制减去第a个所述天线获得的功率计算获得。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法,其特征在于,所述根据所述功率分配关系,通过数学规划方法确定各传输器件的型号之后,所述方法还包括:
判断所述各传输器件的型号是否满足待规划区域中所有所述天线的功率需求;
若判断结果为否,则根据当前所确定的各传输器件的型号,通过所述数学规划方法重新确定所述各传输器件的型号,直至所述各传输器件的型号能够满足待规划区域中所有所述天线的功率需求。
6.一种基于5G技术的通信室内分布***设计装置,其特征在于,所述装置包括:
主线确定模块,用于根据待规划区域的天线分布位置,确定所述室内分布***的主线;
损耗确定模块,用于根据所述天线分布位置以及所述主线,确定所有所述天线的初始信号损耗;
功率分配模块,用于根据所有所述天线的初始信号损耗以及最小功率需求的相加结果,确定所有所述天线的权值;根据所有所述天线的权值,通过多路平衡归并的方法生成哈夫曼树模型;根据所述哈夫曼树模型的节点及连接关系,确定所述待规划区域中天线的功率分配关系;
器件选型模块,用于根据所述功率分配关系,通过数学规划方法确定各传输器件的型号;其中,所述传输器件包括:耦合器、功分器以及馈线;
其中,所述数学规划方法的目标函数包括第一目标函数,所述第一目标函数用于指示所述室内分布***的成本信息;
所述根据所述功率分配关系,通过数学规划方法确定各传输器件的型号,包括:
根据耦合器成本、电缆成本、功分器成本之和,确定所述第一目标函数;
通过0-1整数规划的方式,确定第一约束条件;所述第一约束条件用于指示各耦合器的型号、输出口损失以及耦合口损失;
根据所述功率分配关系,确定第二约束条件、第三约束条件和第四约束条件;其中,所述第二约束条件用于指示所有所述天线的功率需求,所述第三约束条件用于指示所述耦合器的位置限制,所述第四约束条件用于指示所述数学规划方法中各变量的类型限制;所述第二约束条件由第一公式和第二公式确定;
所述第一公式为:
所述第二公式为:
其中,I为所述待规划区域信号源的输出总功率,bi为第i种所述馈线的单位长度功率损耗,li为第i种所述馈线的总长度,fj为第j个所述耦合器的总功率损耗,xj用于指示第j个所述耦合器的型号;Pa为第a个所述天线的最小功率需求,Q为所述待规划区域中所述天线的最大功率限制;
当所述第一目标函数极小化时,确定所述各约束条件中变量的取值,并根据所述取值,确定各传输器件的型号。
7.一种基于5G技术的通信室内分布***设计装置,其特征在于,所述装置包括:
存储有可执行程序代码的存储器;
与所述存储器耦合的处理器;
所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码,执行如权利要求1-5任一项所述的基于5G技术的通信室内分布***设计方法。
8.一种计算机存储介质,其特征在于,所述计算机存储介质存储有计算机指令,所述计算机指令被调用时,用于执行如权利要求1-5任一项所述的基于5G技术的通信室内分布***设计方法。
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Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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