Технические науки / 6.Электротехника и радиоэлектроника

Ломов И.С., к.ф.-м.н. Преображенский А.П.

Воронежский институт высоких технологий, Россия

Исследование возможностей применения методов искусственного интеллекта в задачах рассеяния радиоволн

В современных условиях возрастают требования к эффективному использованию беспроводных технологий, а так же систем сотовой связи.

При решении задачи расчета зоны покрытия базовой станции (БС) в данной работе будем использовать метод, основанный на детерминированном анализе распространения сигнала – метод трассировки лучей.

Известно, что методы, основанные на детерминированном анализе, каждый раз для нового рельефа местности позволяют проводить построение модели распространения волн с учётом факторов, вызванных средой распространения сигнала. Недостатком является то, что существующие алгоритмы не могут рассмотреть все виды распространения электромагнитных волн.

В условиях сложного рельефа местности, предлагается использовать трассировку лучей. Погрешность в расчетах составляет максимум 3-4 дБ, в зависимости от применяемого алгоритма.

В рассматриваемой модели городской застройки будем использовать две группы лучей. При распространении сигнала от БС к мобильным станциям (МС₁, МС₂, МС₃, МС₄) первая группа лучей рассматривает отражение-отражение (О-О), которое включает в себя пути распространения через отражение вдоль главной улицы и перпендикулярной улицы. Вторая группа лучей («отраженные - дифрагнрованные-отраженные") (О-Д-О) состоит из лучей, которые могут быть отражены вдоль главной улицы и дифрагированы в уличном углу и могут быть отражены снова вдоль перпендикулярной улицы.

В первом проулке затухание сигнала изменяется линейно и возрастает, удаляясь от источника. Расчет проводился на расстояниях от 110 до 250 метров от источника. Изменения сигнала незначительны и разность не превышает 1 дБ.

Исследования затухания сигнала во втором проулке показали изменение сигнала в пределах 1 дБ. Мы рассчитывали значение сигнала на расстоянии от 260 до 400 метров удаления от БС. Мощность сигнала растет, на промежутке от 260-ти до 330 метров, затем падает и изменения сигнала не превышают 1 дБ. Но на общей картине во втором проулке произошло затухание сигнала от 4 до 5 дБ.

При измерении сигнала в третьем проулке можно наблюдать затухание на всем промежутке от 410 до 550 метров, во всем проулке, примерно на 1 дБ. В тоже время, затухание общего сигнала в проулке составило 6.5-7 дБ.

Для четвертого проулка можно наблюдать зависимость изменения сигнала, произведенного нами на расстоянии от 560 до 700 метров при удалении от источника сигнала примерно на 0.5 дБ. Сигнал, согласно измерениям, затухает на величину от 7.5 до 8 дБ.

При определении оптимального положения БС стандарта GSM, в городских условиях предлагается использовать генетический алгоритм.

С помощью генетических алгоритмов успешно могут решаться задачи, для которых ранее использовались только нейронные сети.

Генетический алгоритм (ГА) относится к эвристическим алгоритмам (ЭА), который даёт приемлемое решение задачи в большинстве практически значимых случаев, однако при этом правильность решения математически не доказана и применяют чаще всего для задач, аналитическое решение которых весьма затруднительно или вовсе невозможно.

Основу ГА составляет направленный поиск, принцип работы которого базируется на идеях эволюции живой природы.

Классический генетический алгоритм (также называемый элементарным или простым генетическим алгоритмом), применимый к данной задаче о нахождении оптимального положения БС состоит из следующих шагов:

1. Инициализация входных параметров.

2. Выбор исходной популяции хромосом. В качестве входных параметров будут фигурировать координаты на плоскости (x, y).

3. Расчет функции приспособленности для каждой хромосомы. (Расстояние до ближайшей БС не больше Lmax и не меньше Lmin).

4. Если на границе соприкосновения зон покрытия уровень сигнала БС в зависимости от расстояния не ниже установленного Nmin и не выше установленного Nmax), иначе произойдет неприятное перекрытие зон или в зоне покрытия БС будет неуверенный сигнал.

5. Выбираются две ближние БС и на основе их координат строится третья удовлетворяющая вышеперечисленны параметрам (селекция хромосом).

6. Если координаты БС подошли, берем за родителя ее и одну из прародителей.

Таким образом, применение механизмов искусственного интеллекта позволит повысить эффективность проектирования современных беспроводных систем связи.

Литература:

1. Боровиков В.А., Кинбер Б.Е. Геометрическая теория дифракции. – М.: Связь, 1978. – 248 с.

2. Гавриленко В.Г., Яшнов В.А. Распространение радиоволн в современных системах мобильной связи, 2003 г. – 148 с.

3. Львович Я. Е., Львович И. Я., Преображенский А. П., Головинов С. О. Исследование метода трассировки лучей при проектировании беспроводных систем связи / Информационные технологии, №8, 2011.

4. El-Sallabi H. M. and Vainikainen P. Radio wave propagation in perpendicular streets of urban street grid for microcellular communications / Progress In Electromagnetics Research, 2003, PIER 40, рр.229–254.

5.Рассел Стюарт, Норвинг Питер, Искусственный интеллект: современный подход,. – М.: Издательский дом Вильямс, 2006, 1408 с.