《电子技术应用》
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基于深度残差神经网络的5G信号室内分布预测
电子技术应用
胡荣青1,张成挺2,任国伟1,吕俊事1,许高明1,刘太君1
1.宁波大学 信息科学与工程学院;2.浙江中烟工业有限责任公司
摘要: 为解决5G信号室内覆盖的质量与稳定性问题,提出了一种基于深度残差神经网络的5G信号室内分布预测方法。采用基于全连接的深度残差神经网络构建预测模型,利用发射机与接收机的三维空间坐标信息和接收机的参考信号接收功率(Reference Signal Receiving Power, RSRP)数据作为输入特征,而无需收集复杂的环境特征信息。实验结果表明,该深度残差神经网络模型在不依赖详细环境参数的情况下,经归一化训练,预测出的RSRP与实际值相比,MAE为0.029 455,RMSE为0.041 495,能有效地预测室内的5G信号分布,验证了基于深度残差神经网络的预测方法在室内5G信号覆盖预测问题上的有效性,为优化室内5G网络部署和提升用户体验提供了科学依据和技术手段,具有重要的实际应用价值。
中图分类号:TN929.5 文献标志码:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245465
中文引用格式: 胡荣青,张成挺,任国伟,等. 基于深度残差神经网络的5G信号室内分布预测[J]. 电子技术应用,2024,50(12):77-81.
英文引用格式: Hu Rongqing,Zhang Chengting,Ren Guowei,et al. Prediction of indoor 5G signal distribution based on deep residual neural network model[J]. Application of Electronic Technique,2024,50(12):77-81.
Prediction of indoor 5G signal distribution based on deep residual neural network model
Hu Rongqing1,Zhang Chengting2,Ren Guowei1,Lv Junshi1,Xu Gaoming1,Liu Taijun1
1.Faculty of Electrical Engineering and Computer Science, Ningbo University; 2.China Tobacco Zhejiang Industrial Co., Ltd.
Abstract: In order to solve the problem of the quality and stability of indoor signal coverage of the fifth generation mobile communication technology (5G), a new indoor 5G signal distribution prediction method is proposed in this paper. A depth residual neural network model based on the full connection layer is adopted. The three-dimensional spatial coordinate information of transmitter and receiver and Reference Signal Receiving Power (RSRP) data of receiver are used as input features, without the need to collect complex environmental features. The experimental results show that the depth residual neural network model can effectively predict the indoor 5G signal distribution with MAE of 0.029 455 and RMSE of 0.041 495 compared with the actual value after normalized training without relying on detailed environmental parameters. This study confirms the effectiveness of the prediction method based on deep residual neural network in indoor 5G signal coverage prediction, which provides scientific basis and technical means for optimizing indoor 5G network deployment and improving user experience, and has important practical application value.
Key words : deep residual neural network;signal distribution;signal strength;signal prediction;RSRP

引言

无线信号的传播会受多种因素影响,包括但不限于地形地貌、建筑物密度与材质、天气条件、信号频率和发射功率等。无线信号分布预测是无线通信领域的一项关键技术,主要用于估计特定区域内无线信号(如无线电波、移动通信信号等)的信号强度如何随着空间位置变化。这一过程对于规划无线网络、优化覆盖范围、减少干扰以及提升用户体验至关重要。

在传统的预测技术中,常见的包括确定性模型(如射线追踪模型)和统计性模型(如Okumura-Hata模型、COST 231模型)。

确定性模型是基于电磁波传播理论、考虑现实物理环境和分析实际传播特性的一种方法。确定性模型的方法中,射线追踪(Ray Tracing)是一种基于几何光学(Geometrical Optics, GO)原理的技术,并引入了绕射射线的几何绕射(Geometrical Theory of Diffraction, GTD)和一致绕射(Uniform Theory of Difraction, UTD)理论,它通过追踪发射源发出的射线(即电磁波的传播路径),来计算射线在遇到不同介质(如建筑物、地形等)时经过反射、折射、衍射和散射后到达接收点的信号强度,从而预测出电磁波在实际环境中的传播特性。文献[1]~文献[3]基于射线追踪技术对信号覆盖和无线信道进行了相关研究。

统计性模型的原理是利用已知的环境参数(如频率、距离、基站高度等)和根据3GPP协议对大量传播环境下的实际测量数据进行统计分析得出的信道模型估算出信号分布。

神经网络是机器学习和人工智能领域的重要组成部分,尤其在模式识别、数据分类、预测分析等领域展现出强大的能力。文献[4]~文献[9]利用神经网络对路径损耗和场强预测进行了相关研究。雷泰雅等[4]研究了基于反向传播神经网络的无人机路径损耗预测;王安义等[5]改进了卷积神经网络,对矿井巷道场强进行了预测;吴丽娜等[7]基于多层感知机神经网络建立了路径损耗模型。

本文提出了一种基于深度残差神经网络的预测模型。相比于文献[4]~文献[9],本文的预测模型只需采集接收机和发射机的位置坐标及相应的信号强度,就能很好地预测出空间的信号分布情况。


本文详细内容请下载:

https://www.chinaaet.com/resource/share/2000006252


作者信息:

胡荣青1,张成挺2,任国伟1,吕俊事1,许高明1,刘太君1

(1.宁波大学 信息科学与工程学院,浙江 宁波 315211;

2.浙江中烟工业有限责任公司, 浙江 宁波 315504)


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