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专利号: 2024110352123
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于多种模型优化的基站站址规划方法,其特征在于:包括:步骤S1:根据基站覆盖范围类型及弱覆盖点分布特征,对规划区域进行划分,分别记为A、B、C;

步骤S2:若基站覆盖范围为圆形,则为A区,对A区内弱覆盖点和候选基站进行数据预处理,剔除业务量小于10的弱覆盖点,利用现有基站和门限条件对候选基站进行初步筛选,以新建基站的坐标为决策变量,以总成本最低为目标函数,以基站之间的距离大于门限、弱覆盖点与宏基站的距离小于30、弱覆盖点与微基站的距离小于10、以及弱覆盖点总业务量90%被覆盖为约束条件,建立0‑1规划模型,使用遗传算法求解该0‑1规划模型,最终分别得出宏基站与微基站的站址坐标;

步骤S3:若基站覆盖范围为扇形,且弱覆盖点之间不具备传递性,则为B区,对规划基站范围内的弱覆盖点根据其业务量进行克隆以进行聚类,将克隆后的弱覆盖点用K‑means算法进行聚类,设置聚类中心数k=3,将得到的聚类中心方向作为每个基站扇区的主方向,通过极坐标化对扇区主方向角度进行求解,并对相邻扇区主方向夹角小于45°的扇区进行细化聚类,从而得到每个基站的最优扇区角度,最后对覆盖点总业务量进行计算,当总业务量满足一定值时,输出最优站址坐标、扇区角度配置;

其中,设新建基站i所覆盖区域的总业务量为 ,新建基站所能覆盖的总业务量为:(23)

式中, 为新建基站i与弱覆盖点h覆盖关系存在性参数, 为新建基站i覆盖范围内弱覆盖点h的业务量,H为覆盖范围内总覆盖点;

在新建基站i中,对于其在圆形区域内能覆盖到的任一弱覆盖点h,相对主方向的偏转角计算公式为:(24)

上式中, 分别为三个扇区主方向, 为弱覆盖点h与新建基站i连线的偏转角,将相对主方向偏转角代入公式(25)即可得到在该弱覆盖点方向上新建基站的辐射范围:                       (25)

为新建基站i扇区主方向随偏转角度衰减到弱覆盖点h所在处的辐射半径,R0为扇区主方向覆盖半径, 为新建基站i覆盖范围内弱覆盖点h相对扇区主方向的偏转角,则新建基站i与弱覆盖点h覆盖关系存在性参数 的取值为:                 (26)

其中, 为新建基站i与弱覆盖点h覆盖关系存在性参数, 为新建基站i与弱覆盖点h之间的欧氏距离;

步骤S4:若基站覆盖范围为扇形,且弱覆盖点具备传递性,则为C区,建立DBSCAN聚类模型,对弱覆盖点进行聚类,设置邻域半径为20, 最小邻居数目为1,对所有弱覆盖点进行聚类,形成簇,输出各个簇中心点坐标,用于基站选址规划;

步骤S5:综合A、B、C三个区内基站选址规划,得到整个区域最优基站选址规划方案。

2.根据权利要求1所述的一种基于多种模型优化的基站站址规划方法,其特征在于,设候选基站集合为T,每一候选基站i的选中情况为 ,其中 :                    (2)

从而形成候选基站状态矩阵:

 (11)

V为基站状态矩阵,n为站点个数,表示各个站点的选中情况;

基站的参数含有候选基站的坐标与覆盖范围,采用实数二维矩阵的编码形式,其中每一行作为一个基站的参数情况,矩阵行数作为基站的个数,形成基站的参数矩阵,如下所示:         (13)

其中,为候选基站i的基站数据行向量,包括有x坐标、y坐标与该基站的覆盖范围。

3. 根据权利要求2所述的一种基于多种模型优化的基站站址规划方法,其特征在于,遗传算法适值函数:            (17)

其中, 为候选基站i作为新建基站的情况, 为新建基站为宏基站的情况, 为新建基站为微基站的情况,宏基站建立的成本为10,微基站建立的成本为1。

4. 根据权利要求3所述的一种基于多种模型优化的基站站址规划方法,其特征在于,所述遗传算法采用算数杂交,具体公式为:  (20)

 (21)

其中, 表示2个父代染色体,和 表示通过交叉产生的子代染色体, 为0‑1随机数,0

5.根据权利要求1所述的一种基于多种模型优化的基站站址规划方法,其特征在于,在B区中,覆盖范围随偏转角 的变化成如下线性关系:                    (22)

R为扇区主方向随偏转角度衰减到弱覆盖点所在处的辐射半径,R0为扇区主方向覆盖半径, 为相对主方向的偏转角,由主方向向两侧偏转。

6.根据权利要求5所述的一种基于多种模型优化的基站站址规划方法,其特征在于,采用K‑means算法进行聚类的具体步骤为:A1:聚类数k=3,随机选取3个中心点,计算各样本点到中心点的距离;

B1:将每个样本分配给距离最近的中心点;

C1:根据聚类结果更新中心点;

D1:重复B1,将每个样本点重新分配给距离最近的中心点;

E1:重复C1,更新中心点;

F1:重复D1,判断聚类结果是否与上次结果一致,若一致则算法终止,否则返回E1,继续进行迭代。

7.根据权利要求1所述的一种基于多种模型优化的基站站址规划方法,其特征在于,采用DBSCAN模型进行聚类运算的步骤为:A2:随机选取1个弱覆盖点;

B2:以该弱覆盖点为圆心,按照邻域半径Eps=20绘制圆,当圆内样本点数大于等于最小邻居数时,以该点为核心点,并将这些圆内样本点聚为一类;

C2:继续以核心点为圆心的圆中的其他样本点作为圆心,进行B2的操作,最终连通所有的核心点形成一个簇,聚为一类;

D2:重复上述3个步骤,最终将所有弱覆盖点进行聚类。

8.一种用于权利要求1至7任一项所述的基于多种模型优化的基站站址规划方法对应的系统,其特征在于,包括:区域分类单元,根据基站覆盖范围类型及弱覆盖点分布特征,对规划区域进行划分,分别记为A、B、C,并将相应的数据发送给对应的区规划计算单元;

A区规划计算单元,对A区内弱覆盖点和候选基站进行数据预处理,剔除业务量小于10的弱覆盖点,利用现有基站和门限条件对候选基站进行初步筛选,以新建基站的坐标为决策变量,以总成本最低为目标函数,以基站之间的距离大于门限、弱覆盖点与宏基站的距离小于30、弱覆盖点与微基站的距离小于10、以及弱覆盖点总业务量90%被覆盖为约束条件,建立0‑1规划模型,使用遗传算法求解该0‑1规划模型,最终分别得出宏基站与微基站的站址坐标;

B区规划计算单元,对规划基站范围内的弱覆盖点根据其业务量进行克隆以进行聚类,将克隆后的弱覆盖点用K‑means算法进行聚类,设置聚类中心数k=3,将得到的聚类中心方向作为每个基站扇区的主方向,通过极坐标化对扇区主方向角度进行求解,并对相邻扇区主方向夹角小于45°的扇区进行细化聚类,从而得到每个基站的最优扇区角度,最后对覆盖点总业务量进行计算,当总业务量满足一定值时,输出最优站址坐标、扇区角度配置;

C区规划计算单元,建立DBSCAN聚类模型,对弱覆盖点进行聚类,设置邻域半径为20, 最小邻居数目为1,对所有弱覆盖点进行聚类,形成簇,输出各个簇中心点坐标,用于基站选址规划;

综合规划单元,接收A区规划计算单元、B区规划计算单元、C区规划计算单元的基站站址规划结果,综合处理三个区内基站选址规划,得到整个区域最优基站选址规划方案。