栅格环境下基站覆盖范围的计算与仿真.docx

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1、栅格环境下基站覆盖范围的密级计算与仿真UDC编号10486武汉大学硕士学位论文栅格环境下基站覆盖范围的计算与仿真ThesisforMasterDegreeCacu1ationandsimu1ationofbasestationcoverageareabasedonGrid-DataApri1,2008郑重声明本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学位论文没有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范与侵权行为，本人愿意承担由此而产生的法律后果与法律责任，特此郑重声明。学位论文作者（签名）：摘要传统的基站选址方法要紧依靠建设人员的实地勘察。这样做不仅费时费力，也难以充分考虑当地复杂的地理状

2、况，只能凭借经验与有限的实地勘察试验来确定站址的选择,通常把站点选在高山或者高层建筑上，以期获得较大的覆盖范围。但实际上，这种选址方式有很大的主观性，容易造成覆盖范围不足或者重复覆盖形成信号之间的相互干扰等情况。本论文结合栅格数据的特点，研究了如何有效地读取与处理数据的算法，着重研究下列几个方面的内容：1）由于栅格数据量较大，因此要提出算法来对它的显示与处理进行优化，通过自己管理Frustum解决了栅格数据的高效显示，为场景中的每个对象定义一个包围盒与一个包围球并为视场FrUS1Um建立一个包围盒一个包围球一个包围锥的办法，能够非常高效地剔除与加载对象，另外由于使用了四叉树化分场景的，更进一步

3、提高了效率。2） GPU编程对栅格数据的计和与显示。GPU编程把对数据的预处理与显示结合起来，以加快数据的处理时间。3）基站覆盖范围的计算与仿真。通过分析栅格数据对信号的传播进行计算。利用三维模型计算仿真基站覆盖范围，能够形象直观的辅助我们为基站选址科学地做出决策。科学的基站选址能够有效的扩大基站无线覆盖范围，更好地做到无缝连接，汲取更多的用户与话务量，同时能降低建设成本，提高收益，不管在技术实现上还是在市场运作上都有很大的意义。关键词：基站覆盖范围FrUStUm优化GPU三维模型ABSTRACTThetraditiona1waytoBasestation1ocationdependsonth

4、efie1dworkoftheconstructors,whichisnoton1ytotaketimeanda1otoftroub1e,buta1sodifficu1ttoconsiderthecomp1icated1oca1geographica1conditionsadequate1y.Inthisway,peop1eon1yresorttheexperienceand1imitedfie1dworkexperimentstodecidethepositionsofthestationsandusua11ychoosethehighmountainsorbui1dingsasthesta

5、tionspotsinordertoprovide1argercoveragearea.Infact,peop1ehavegreatsubjectivityinsuchaway.Fina11y,itmakesthecoveragearea1essenoughorintersectiona1easi1y,causingthejamamongthesigna1sandsoon.Incombinewiththecharacteristicsofrasterdatathispaperstudiedthea1gorithmsonhowtoreadandprocessthedataeffective1y.

6、Whichfocusonthefo11owingaspects:1) Becausewehavetodea1withaabundantofrasterdatain(henorma1usage,wemustmakeoura1gorithmtooptimize(hedisp1ayandprocessing.Todefineaboundingboxaboundingsphereforeachobjectanddefineaboundingboxaboundingsphereandaboundingconeforthefrustum,wecanso1vethedisp1ayingoftheraster

7、dataefficient1y.Andtheusingofquad-treeofthesceneapproachcanfurtherenhanceefficiency.2) Theca1cu1ationanddisp1ayofrasterwithGPU.GPUcandopreprocessinganddisp1ayofdatatogether.3) Basestationcoverageca1cu1ationandsimu1ation.Byana1yzingtherasterdatatodotheca1cu1ationofthespreadofthesigna1.Use3DMode1combi

8、ningwiththeHertzianWavesTransmitWastageForecastMode1toemu1atethecoverageareasofthebasestationstochoosethepositions,whichcanhe1pustochoosethepositionsvisua11yandmakedecisionsscientifica11y.Choosingthepositionsscientifica11ycanen1argethecoveragearea,1inkseam1ess1yandattractmorecustomerstoimprovetheamo

9、untofthephoneca11aswe11asreducethecostandimprovethebenefit,whichhasgreatmeaningsbothintechniquerea1ityandmarketoperation.Keywords:Basestation,CoverageArea,FrustumOptimize,GPU,3DMode1目录摘要情退!未定义书签_ABSTRACT旦111目录I*第1章绪论11. 1选题意义11.2 国内外研究现状21.3 研究目标与章节安排31.3.1 1研究目标31.3.2 技术路线31.3.3 章节安排4第2章栅格数据与GptJ编程

10、简介52.1 栅格数据的特点52.1.1 栅格数据结构52.1.2 矢量与栅格数据的比较62.1.3 3空间栅格数据的分层存储72.2 栅格数据的处理72.2.1 点云数据的分层处理算法72.2.2 点云数据的构网82.2.3 3栅格数据的优化处理82.3 GPU编程82.3.1GPU的概念82.3.2可编程管线92.3.3H1S1与G1S192.3.4Cg编程语言102.6小结11第3章栅格数据的处理的算法优化133.1 平截头体优化处理133. 1.1Frusum定义134. 1.2基本算法1155. 1.3优化1186. 1.4基本算法2197. 1.5优化2228. 1.6反求Frus

11、tum的6个平面253.2 1OD优化处理283.2 .11od的概念283.3 .2求塌陷边293.2 GPU编程优化303 .2.1CG编程的通常步骤304 .2.1绘制地形313.3 小结33第4章栅格环境下基站范围的计算354.1基站覆盖范围的通常计算方法354.2计算栅格环境下的覆盖范围391.1.1 2.1栅格数据的存储与读取401.1.2 算法优化处理411.1.3 凸包算法422 .3小结43第5章仿真及结果455 .1图形软件接口455. 1.1OpenG1455 .2软件架构465.1.1 软件开发环境465.1.2 软件开发方法465.1.3 基本数据结构466 .3创建

12、三维场景475.3.1创建三维地形475.3.2基站覆盖范围的计算485.3.3仿真结果49第6章总结与展望59参考文献母漏致谢错误I未定义书签.二第1章绪论1. 1选题意义与其它现代技术一样，移动通信技术的进展也呈现加快趋势。为了达到更高比特率数据业务与更好的频谱利用率，目前移动通信正在向第三代（3G）移动通信系统过渡。第三代移动通信能够实现全球统频段，统一标准，无缝覆盖；实现高服务质量，高保密性能，高频谱效率；可提供一系列的新业务，如多媒体通信、高速商务处理、遥测业务与用户通过移动通信网接入因特网或者企业网等业务。能够预见在不远的将来，全世界将会有与有线电话一样多的移动通信用户。与此同时，

13、美国正在研究第四代移动通信技术（即4G）,其研究的目标是提高移动电话访问互联网的速率。据国家信息产业部统计，2007年，中国手机用户已有54728.6万户，全国手机普及率达到每百人38.3部。手机短信发送量为2790.2亿条，较上年同期增长37.5%O而全球手机用户数量已达到26亿，估计2010年将增至40亿，其中中国与印度将是要紧增长地区。手机在人们的日常工作生活中扮演着十分重要的角色。当前，在我国的一些偏远山区与许多自然环境恶劣的地区，还没有能够实现通信信号的覆盖，而当地的人民群众十分渴望进行移动通信。同时，在人们使用手机的过程中，经常会碰到信号质量不好，干扰强烈等问题，严重影响了人们的通

14、话质量。这就对移动运营商提出了更高的要求，务必提供足够的信号覆盖范围，并保证通话质量，既基站选址问题。移动通信信号由发射机（基站）提供。基站覆盖范困要紧受当地地形（山区）与建筑（城区）的影响，如何选择一个尽量少受阻挡，能够保证话务质量的站址，是工程人员十分关心的问题。实际建设过程中，往往需要建设人员实地勘察。这样做不仅费时费力，也很难找到科学的站址。目前，在工程人员当中还没有形成一个比较科学的基站选址方法。通常工程人员进行无线基站选址时，难以充分考虑当地复杂的地理状况，只能凭借经验与有限的实地勘察试验来确定站址的选择，通常把站点选在高山或者高层建筑上，以期获得较大的覆盖范围。但实际上,这种选址

15、方式有很大的主观性，容易造成覆盖范围不足或者重复覆盖形成信号之间的相互干扰等情况。目前三维城市模型中实现的软件很少，较为成熟的有三维日照分析软件。随着虚拟现实技术与数码城市GIS的进展，有必要建立这样一个系统进行基站选址。利用三维地理模型结合电磁波传播损耗预测模型仿真基站覆盖范围，以之来辅助基站选址，能够形象直观的帮助我们进行基站选址，科学的做出决策。科学的基站选址能够有效的扩大基站无线覆盖范南，更好地做到无缝连接，汲取更多的用户与话务量，同时能降低建设成本，提高收益，不管在技术实现上还是在市场运作上都有很大的意义。由于矢量需要人工测量采集，因此周期长时效性差，且建模复杂，因此非常昂贵不易获取，而栅格数据正好克服了这些缺点，栅格数据的获取非常方便。现在城市的进展非常快变化非常大，传统的非常耗时的矢量数据采集显然不能反映实际，因此本论文选取了在栅格数据为平台来研究基站的覆盖。但是受制于栅格数据本身的特点，大规模数据实时处理一直是目前虚拟现实方面的瓶颈，如何快速高效地读取计算与渲染这些数据是使用栅格数据所必需面对的难题，因此要求我们改进算法以达到有用的要求。1.2 国内外研究现状在法国国家信息与自动化研究所，运用栅格影像技术人们能