一种5GAeroMACS系统基站选址方法

本发明涉及无线通信，尤其涉及一种5g aeromacs系统基站选址方法。

背景技术：

1、5g技术是目前支撑民航行业高质量发展的关键新技术。在民航领域，迫切需要将5g技术与现有航空移动通信相结合，深度整合和应用5g技术以赋能智慧民航，促进民用航空的安全高质量发展，打造民航业的新时代形象。此外，作为《中国民航新一代航空宽带通信技术路线图》中包含的一种新型宽带通信技术，aeromacs是面向机场场面区域的航空宽带移动通信系统，它可以为机场场面提供宽带无线网络连接，与飞机、应急车辆、行李卡车、气象雷达、地面雷达、固定导航辅助设备和其他各类传感器进行通信，主要用于传输有安全性要求、与机场运行有关的飞行信息。

2、为保障5g aeromacs运行，面向机场场面的5g基站选址成为当下需要解决的重要课题。作为重要的交通枢纽，机场汇聚了大量人流，对通信服务需求性大。机场的运营环境复杂，涵盖了飞机的起飞与降落、行李处理、乘客接送等多个环节，这些环节对通信的即时性和稳定性提出了极高的要求。由于5g aeromacs频段较高，其覆盖范围相对有限，因而需要精准选定基站位置，以便有效利用频谱并降低干扰。另外，部署在机场场面的基站需要支持机场管理、航班调配、安全监控等多项业务，合理的基站选址对于促进业务整合和提高机场的整体运营效率至关重要。此外，基站的选址还需考虑机场区域内的复杂电磁环境、应对紧急情况的能力需求以及经济成本效益等多方面因素。

技术实现思路

1、针对现有技术中的问题，本发明提出了一种5g aeromacs系统基站选址方法，从基站部署规划、频谱规划和网络优化三个方面考虑基站选址问题，能够在5g aeromacs建设规划初期，通过基于itu wrc-07关于固定卫星业务（fss）系统的等效热噪温度升高不高于2°的要求下，限制基站和天线的等效全向辐射功率（eirp）与仰角，这些限制必须在选择天线和倾斜方向时考虑，确定包括基站位置、天线型号、天线参数、频谱分配等众多参数，并能够有效的评估其对应的覆盖效果。

2、本发明的技术方案具体如下：

3、一种5g aeromacs系统基站选址方法，包括以下步骤：

4、步骤s1：建立机场环境的数字孪生模型；

5、步骤s2：采用dqn算法，以最大化信号覆盖和最小化干扰为目标，获得最优的基站部署参数；

6、步骤s3：根据机场5g aeromacs通信需求和icao标准进行网络部署；

7、步骤s4：通过无线资源管理和网络拓扑优化对网络进行优化。

8、优选的，所述步骤s1中的数字孪生模型包括以下参数：天线类型与数量、天线方向、天线的电气性能参数、天线水平波瓣宽度、工作频段、极化方式、隔离度、驻波比、增益、发射功率、温度、湿度、天线下倾角和安装方式。

9、优选的，所述步骤s2具体包括：

10、步骤s2-1：设定状态空间、动作空间和奖励函数；

11、步骤s2-2：建立dqn模型，并对其进行训练；

12、步骤s2-3：应用训练好的dqn模型，获得最优的基站部署参数。

13、优选的，所述状态空间中含有状态向量s=[p,θ]，其中p表示发射功率，θ表示天线方向；所述动作空间中含有动作a，包括增加功率、减少功率和调整天线方向；所述奖励函数表示为：r(s,a)=c(p,θ)-λi(p,θ)-bu(p,θ)，u(p,θ)表示运营成本，b是平衡参数，s表示状态，a表示动作，c(p,θ)表示覆盖范围，i(p,θ)表示其他用户的干扰。

14、优选的，所述步骤s2-2具体包括：

15、步骤s2-2-1：建立dqn模型，由输入层、隐藏层和输出层，其中所述隐藏层由多层全连接层组成，每层全连接层包含128个神经元，采用激活函数；

16、步骤s2-2-2：设定dqn模型学习策略的机制，对dqn模型进行训练。

17、优选的，所述步骤s2-2-2中dqn模型学习策略的机制包括：

18、（1）环境判决

19、状态观测：5g基站从机场环境中获取当前时刻的状态，包括5g基站配置、终端密度、流量需求和干扰水平；

20、动作选择：根据当前策略，5g基站选择当前时刻的动作；

21、ε-贪心策略：选择当前最优动作，并以概率ε选择随机动作；

22、softmax策略：根据动作值进行概率性选择；

23、（2）策略评估与更新

24、环境反馈：5g基站执行动作后，机场环境反馈当前时刻的奖励信号以及下一时刻的状态；

25、价值函数更新：基于贝尔曼方程更新动作值的函数q(s,a)或状态值的函数v(s)：

26、

27、其中，η是学习率，φ是折扣因子，衡量未来奖励对当前策略的影响；

28、策略更新：在策略梯度方法中，直接更新策略参数：

29、

30、其中，表示当前时刻的策略参数，表示下一时刻的策略参数，表示在下选择的概率；

31、（3）策略改进

32、通过调整ε或使用递减的温度参数调整softmax策略。

33、优选的，所述步骤s2-3中的基站部署参数包括：天线挂高h，基站与跑道的距离d，站间距l，天线水平瓣宽α，天线下倾角，确定天线覆盖远点距离d，天线近点仰角，天线远点仰角，最佳覆盖需具备的最小垂直瓣宽，天线需具备的最小垂直瓣宽，天线波束在水平面投影的水平波宽，天线波束在水平面投影边界与d的夹角，天线在机场场面的覆盖盲区距离和信号最小入射角。

34、优选的，所述步骤s3具体包括：

35、步长调谐：5g aeromacs设备以15 khz或30 khz的步长进行频率调谐，以避开干扰源；

36、频率避让策略：根据区域干扰信号的多少，选择不同的频率步长；

37、多信道带宽支持：支持5 mhz、10 mhz、20 mhz、30 mhz、40 mhz和50 mhz的信道带宽；

38、动态带宽调整：根据实时通信需求和环境干扰情况，动态调整信道带宽以优化网络性能；

39、载波聚合：使用载波聚合技术提高频谱效率；

40、子载波管理：采用基于子载波间隔的频谱管理方法，以平衡网络扫描速度和频谱效率；

41、优先级管理：对涉及安全和关键任务的通信设定优先级，确保在高负载或干扰情况下仍能保持通信；

42、冗余设计：设计冗余通信链路，以在信道失效或受干扰时提供备份通信路径。

43、优选的，所述步骤s4具体包括：

44、步骤s4-1：在频率调度、功率控制和干扰协调三方面实现无线资源管理；

45、步骤s4-2：采用环网、星型网和网状网实现网络拓扑优化。

46、相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

47、1. 本发明提出的5g aeromacs系统基站选址方法，可以在规划阶段就确定机场5g基站的最佳位置，涵盖了站点间距、天线安装高度、天线型号及参数的优化配置，以及覆盖效果的评估，从而避免了仅凭经验进行基站建设的做法。

48、2. 本发明提出的5g aeromacs系统基站选址方法，能够确保基站执行有效的频谱分配和干扰控制，即使在高流量和复杂的环境下，也能有效利用无线资源，从而提升网络的运行效率及用户的使用体验。

49、3. 本发明提出的5g aeromacs系统基站选址方法，通过综合性的网络拓扑优化措施，为机场场面提供一个高度可靠、灵活且易于管理的5g通信网络，从而满足机场日益增长的通信需求，并保障航班运行的安全与效率。