一种基于蜂窝网络的通信容量优化系统的制作方法

1.本发明涉及蜂窝网络通信优化技术领域，具体为一种基于蜂窝网络的通信容量优化系统。


背景技术：

2.随着无线通信技术的发展，上网速度越来越快，目前的5g通信网络的峰值速度可达20gbps，体验速率可达1gbps，空口时延小于1ms，每平方千米可连百万个数量级的设备；而无线网络通信的关键技术则是蜂窝网络技术，蜂窝网络技术被广泛应用于通信领域的原因是，以相同半径的圆形覆盖平面，当圆心正好处于正六边形网格的中心，也就是当圆心处于正三角网格的格点时所用圆的数量最少，因此在无线通信中，正三角形网格也称为简单六角形网格是最好的选择，这样形成的网格覆盖在一起，形状非常像蜂窝，因此被称为蜂窝网络。
3.蜂窝网络虽然具有很多优点，如节约成本，频率可复用，但仍然存在缺陷。比如在5g通信中，由于5g信号的频率较高，导致其传输距离较短，因此同一小区会集合多个蜂窝群，而蜂窝群增多带来的信号干扰无法避免，同时，恶劣天气对信号的影响下，蜂窝网络受到的干扰呈集团化，同时间内大量用户的信号会受到干扰，目前运营商对此的优化大多采用增加基站部署，而此方法不可避免的带来了蜂窝流量资费的上涨，目前缺少合适的系统解决或优化此问题，因此，设计优点明显和信号稳定的一种基于蜂窝网络的通信容量优化系统是很有必要的。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于蜂窝网络的通信容量优化系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于蜂窝网络的通信容量优化系统，包括预处理模块、基站调节模块、蜂窝优化模块，所述预处理模块的输出端与基站调节模块的输入端电连接，所述基站调节模块的输出端与蜂窝优化模块的输入端电连接；
6.所述预处理模块用于对信号传输前的工作环境进行预处理，提供良好的信号传输环境，所述基站调节模块用于对蜂窝网络中的基站部分进行优化调节，为后续的蜂窝网络优化提供硬件环境，所述蜂窝优化模块用于对无线信号的蜂窝状组成系统进行优化，提高通信系统的容量。
7.根据上述技术方案，所述预处理模块包括环境采集模块、天线发射测试模块、发射功率变频调节模块、信道划分模块，所述环境采集模块的输出端与天线发射测试模块、发射功率变频调节模块的输入端电连接，所述信道划分模块与上述各模块的输出端电连接；
8.所述环境采集模块用于对当前预设计蜂窝小区的用网环境进行采集，为后续处理提供理论依据，所述天线发射测试模块用于使用发射天线在当前蜂窝小区进行发射与连接
测试，所述发射功率变频调节模块用于将基站天线的发射功率进行分级，并对其进行变频调节，所述信道划分模块用于对相邻蜂窝小区进行可用信道手动划分，减少同频同信道之间的干扰。
9.根据上述技术方案，所述基站调节模块包括定向天线设计模块、角度调节模块、功率匹配模块；所述定向天线设计模块的输出端与角度调节模块的输入端电连接，所述角度调节模块的输出端与功率匹配模块的输入端电连接；
10.所述定向天线设计模块用于对基站的发射天线进行特殊定向设计，所述角度调节模块用于对基站天线方向进行最优化调节，所述功率匹配模块用于对已分级的基站发射天线进行功率匹配；所述蜂窝优化模块包括归一化处理模块、蜂窝重组模块、信道动态分配模块；所述归一化处理模块的输出端与蜂窝重组模块、信道动态分配模块的输入端电连接，所述归一化处理模块用于对蜂窝网络的运行进程进行归一化处理，所述蜂窝重组模块用于将范围变化后的蜂窝网络进行重组，所述信道动态分配模块用于进行信道的动态分配。
11.根据上述技术方案，所述一种基于蜂窝网络的通信容量优化系统的运行方法包括以下步骤：
12.步骤s1：在进行信号传输前对天线的发射环境进行预处理，并进行传输信道的划分；
13.步骤s2：对基站进行重新设计与调节，并划分基站功率范围；
14.步骤s3：对蜂窝网络小区进行动态优化，同时设定信道分配规则；
15.步骤s4：进行网络通信测试，完成蜂窝网络的通信容量优化。
16.根据上述技术方案，所述步骤s1进一步包括以下步骤：
17.步骤s11：对当前小区的用网环境进行采集，为后续处理提供依据；
18.步骤s12：天线发射测试模块进行天线发射测试；在不考虑干扰的情况下，天线发射出的信号强度与天线的发射功率有关，而不同规格的天线的发射功率一般不同，因此需要进行发射测试，且天线发射具有固定方向，需对其角度进行测试调节；
19.步骤s13：设定天线发射的变频调节端，并设定固定调节档位；
20.步骤s14：进行天线发射功率与信号传输速率的匹配，保证信号传输速率可以通过变频调节天线发射功率来改变。蜂窝小区的范围与信号传输最大距离有关，同时，天线的发射功率越大，其辐射范围越广，将天线的发射功率与信号传输速率进行匹配，方便通过调节天线发射功率来改变蜂窝范围的大小；
21.根据上述技术方案，所述步骤s2-s3中，基站调节与蜂窝优化的方法包括以下步骤：
22.步骤a：将基站上的天线设计为角度可调模式，并设定角度可调范围为[0,120
°
]；蜂窝网络的簇集合为六边形，将天线角度范围设定为[0,120
°
]可以保证同一小区内无信号死角，且不会出现角度过大导致信号传至相邻小区导致信号间干扰的问题，同时，一个六边形蜂窝网络簇集合需使用3个上述角度可调天线；
[0023]
步骤b：设定同频复用比例q，进行归一化处理；小区内基站的工作频率，由于电波传播损耗产生的隔离度，可以在相隔一定距离后的另一小区重复使用，而这个距离不是越近越好也不是越远越好，因此需要根据复用比例对此进行计算；
[0024]
步骤c：在当前蜂窝网络的结构基础上进行蜂窝网络结构重组；同一小区内，通过
控制其基站天线的发射功率达到改变信号传播速率与最大长度，此时蜂窝网络的范围出现变化，为了与周围蜂窝网络簇集合内的蜂窝小区进行匹配，需要对蜂窝网络的结构进行重组；
[0025]
步骤d：设定算法进行信道的动态分配，并设定小区间信号切换门限。信号发出后，呼叫请求到达时，为当前移动设备服务的基站需要向移动交换中心请求信道，同时需要划分信道状态、话务量分布信息，有利于提高系统对信道的利用率，降低呼叫阻塞概率；
[0026]
根据上述技术方案，所述步骤b中，归一化处理进一步包括以下步骤：
[0027]
步骤b-1：获取系统内蜂窝簇集合的数量m与每个簇内的小区数量n；
[0028]
步骤b-2：统计通信进行时每个小区分配的信道数量ki，其中i∈[0，n]；
[0029]
步骤b-3：计算每个蜂窝小区的系统容量c，同时根据设定的同频复用比例计算蜂窝小区的最佳距离d。
[0030]
根据上述技术方案，所述步骤b-3中，每个小区的系统容量c的计算方法为：
[0031]
系统容量即每个簇内的小区分配到的信道总量，计算公式为：
[0032][0033]
其中，m为系统内蜂窝簇集合的数量，单位为个，n为蜂窝簇内小区的数量，单位为个，ki为发生信号传输时，每个小区内分配到的信道数量，单位为个。每个簇内的小区分配到的信道总量大小关系到信号切换的流畅程度，信道总量越大，信号的切换范围越广，出现传输堵塞的概率越低；
[0034]
根据上述技术方案，所述步骤b-3中，蜂窝小区的最佳距离d的计算方法为：
[0035]
蜂窝网络区域的形状为六边形，最近的两个相同系统容量的蜂窝小区之间至少隔着一个相同范围的蜂窝小区，因此，根据设定的同频复用比例计算蜂窝小区的最佳距离d的计算公式为：
[0036][0037]
其中，c为每个小区的系统容量，q为设定的同频复用比例，同频复用比例越高，相同小区信道容量下，其蜂窝小区的范围越小，对应的小区间最小间隔即最佳距离越小。
[0038]
根据上述技术方案，所述步骤d中，小区间信号切换门限的设计方法包括以下步骤：
[0039]
步骤d-1：在同一蜂窝小区内设定通信强度范围，并标记出最高信号区域与最低信号区域；
[0040]
步骤d-2：设备在小区内移动时，设定基站的分配逻辑为切换请求优先于呼叫初始请求；
[0041]
步骤d-3：在设备进入蜂窝小区中标记出的最低信号范围区域时，在维持最小可接收信号的基础下，切换到相邻小区内，完成信道转换。
[0042]
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明，
[0043]
(1)通过设置有环境采集模块，对蜂窝网络的传输环境进行采集，为信号的传输优化提供依据；
[0044]
(2)通过设置有天线发射测试模块，对天线发射时的角度与速率进行测试；
[0045]
(3)通过设置有发射功率变频调节模块，对天线的发射功率设定变频调节，满足多种通信状态；
[0046]
(4)通过设置有信道划分模块，对蜂窝网络内的信道进行动态分配，提高蜂窝通信的质量。
附图说明
[0047]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0048]
图1是本发明的系统模块组成示意图。
具体实施方式
[0049]
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做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。
[0050]
请参阅图1，本发明提供技术方案：一种基于蜂窝网络的通信容量优化系统，包括预处理模块、基站调节模块、蜂窝优化模块，预处理模块的输出端与基站调节模块的输入端电连接，基站调节模块的输出端与蜂窝优化模块的输入端电连接；
[0051]
预处理模块用于对信号传输前的工作环境进行预处理，提供良好的信号传输环境，基站调节模块用于对蜂窝网络中的基站部分进行优化调节，为后续的蜂窝网络优化提供硬件环境，蜂窝优化模块用于对无线信号的蜂窝状组成系统进行优化，提高通信系统的容量。
[0052]
预处理模块包括环境采集模块、天线发射测试模块、发射功率变频调节模块、信道划分模块，环境采集模块的输出端与天线发射测试模块、发射功率变频调节模块的输入端电连接，信道划分模块与上述各模块的输出端电连接；
[0053]
环境采集模块用于对当前预设计蜂窝小区的用网环境进行采集，为后续处理提供理论依据，天线发射测试模块用于使用发射天线在当前蜂窝小区进行发射与连接测试，发射功率变频调节模块用于将基站天线的发射功率进行分级，并对其进行变频调节，信道划分模块用于对相邻蜂窝小区进行可用信道手动划分，减少同频同信道之间的干扰。
[0054]
基站调节模块包括定向天线设计模块、角度调节模块、功率匹配模块；定向天线设计模块的输出端与角度调节模块的输入端电连接，角度调节模块的输出端与功率匹配模块的输入端电连接；
[0055]
定向天线设计模块用于对基站的发射天线进行特殊定向设计，角度调节模块用于对基站天线方向进行最优化调节，功率匹配模块用于对已分级的基站发射天线进行功率匹配；蜂窝优化模块包括归一化处理模块、蜂窝重组模块、信道动态分配模块；归一化处理模块的输出端与蜂窝重组模块、信道动态分配模块的输入端电连接，所述归一化处理模块用于对蜂窝网络的运行进程进行归一化处理，所述蜂窝重组模块用于将范围变化后的蜂窝网络进行重组，所述信道动态分配模块用于进行信道的动态分配。
[0056]
一种基于蜂窝网络的通信容量优化系统的运行方法包括以下步骤：
[0057]
步骤s1：在进行信号传输前对天线的发射环境进行预处理，并进行传输信道的划分；
[0058]
步骤s2：对基站进行重新设计与调节，并划分基站功率范围；
[0059]
步骤s3：对蜂窝网络小区进行动态优化，同时设定信道分配规则；
[0060]
步骤s4：进行网络通信测试，完成蜂窝网络的通信容量优化。
[0061]
步骤s1进一步包括以下步骤：
[0062]
步骤s11：对当前小区的用网环境进行采集，为后续处理提供依据；
[0063]
步骤s12：天线发射测试模块进行天线发射测试；在不考虑干扰的情况下，天线发射出的信号强度与天线的发射功率有关，而不同规格的天线的发射功率一般不同，因此需要进行发射测试，且天线发射具有固定方向，需对其角度进行测试调节；
[0064]
步骤s13：设定天线发射的变频调节端，并设定固定调节档位；
[0065]
步骤s14：进行天线发射功率与信号传输速率的匹配，保证信号传输速率可以通过变频调节天线发射功率来改变。蜂窝小区的范围与信号传输最大距离有关，同时，天线的发射功率越大，其辐射范围越广，将天线的发射功率与信号传输速率进行匹配，方便通过调节天线发射功率来改变蜂窝范围的大小；
[0066]
步骤s2-s3中，基站调节与蜂窝优化的方法包括以下步骤：
[0067]
步骤a：将基站上的天线设计为角度可调模式，并设定角度可调范围为[0,120
°
]；蜂窝网络的簇集合为六边形，将天线角度范围设定为[0,120
°
]可以保证同一小区内无信号死角，且不会出现角度过大导致信号传至相邻小区导致信号间干扰的问题，同时，一个六边形蜂窝网络簇集合需使用3个上述角度可调天线；
[0068]
步骤b：设定同频复用比例q，进行归一化处理；小区内基站的工作频率，由于电波传播损耗产生的隔离度，可以在相隔一定距离后的另一小区重复使用，而这个距离不是越近越好也不是越远越好，因此需要根据复用比例对此进行计算；
[0069]
步骤c：在当前蜂窝网络的结构基础上进行蜂窝网络结构重组；同一小区内，通过控制其基站天线的发射功率达到改变信号传播速率与最大长度，此时蜂窝网络的范围出现变化，为了与周围蜂窝网络簇集合内的蜂窝小区进行匹配，需要对蜂窝网络的结构进行重组；
[0070]
步骤d：设定算法进行信道的动态分配，并设定小区间信号切换门限。信号发出后，呼叫请求到达时，为当前移动设备服务的基站需要向移动交换中心请求信道，同时需要划分信道状态、话务量分布信息，有利于提高系统对信道的利用率，降低呼叫阻塞概率；
[0071]
步骤b中，归一化处理进一步包括以下步骤：
[0072]
步骤b-1：获取系统内蜂窝簇集合的数量m与每个簇内的小区数量n；
[0073]
步骤b-2：统计通信进行时每个小区分配的信道数量ki，其中i∈[0，n]；
[0074]
步骤b-3：计算每个蜂窝小区的系统容量c，同时根据设定的同频复用比例计算蜂窝小区的最佳距离d。
[0075]
步骤b-3中，每个小区的系统容量c的计算方法为：
[0076]
系统容量即每个簇内的小区分配到的信道总量，计算公式为：
[0077][0078]
其中，m为系统内蜂窝簇集合的数量，单位为个，n为蜂窝簇内小区的数量，单位为个，ki为发生信号传输时，每个小区内分配到的信道数量，单位为个。每个簇内的小区分配到的信道总量大小关系到信号切换的流畅程度，信道总量越大，信号的切换范围越广，出现传输堵塞的概率越低；
[0079]
步骤b-3中，蜂窝小区的最佳距离d的计算方法为：
[0080]
蜂窝网络区域的形状为六边形，最近的两个相同系统容量的蜂窝小区之间至少隔着一个相同范围的蜂窝小区，因此，根据设定的同频复用比例计算蜂窝小区的最佳距离d的计算公式为：
[0081][0082]
其中，c为每个小区的系统容量，q为设定的同频复用比例，同频复用比例越高，相同小区信道容量下，其蜂窝小区的范围越小，对应的小区间最小间隔即最佳距离越小。
[0083]
步骤d中，小区间信号切换门限的设计方法包括以下步骤：
[0084]
步骤d-1：在同一蜂窝小区内设定通信强度范围，并标记出最高信号区域与最低信号区域；
[0085]
步骤d-2：设备在小区内移动时，设定基站的分配逻辑为切换请求优先于呼叫初始请求；
[0086]
步骤d-3：在设备进入蜂窝小区中标记出的最低信号范围区域时，在维持最小可接收信号的基础下，切换到相邻小区内，完成信道转换。
[0087]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0088]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。