一種基于遺傳算法的通信基站電磁輻射相關(guān)性分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種通信基站電磁輻射相關(guān)性分析方法，特別涉及一種基于遺傳算法 的通信基站電磁輻射相關(guān)性分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無(wú)線通信技術(shù)的迅速發(fā)展，大量的基站建立在我們生活的周?chē)Ｈ藗冊(cè)陉P(guān)注 基站給人類(lèi)帶來(lái)便利的同時(shí)，對(duì)電磁福射造成的影響也越來(lái)越重視。研究發(fā)現(xiàn)基站電磁福 射暴露值不但隨時(shí)間變化、跟基站話務(wù)量相關(guān)，而且由于人們生活具有一定的規(guī)律性，在同 一區(qū)域內(nèi)的多個(gè)基站，其電磁輻射變化同樣也存在一定的相關(guān)性。因此，分析通信基站電磁 輻射隨時(shí)間變化的相關(guān)性，以及分析同一區(qū)域內(nèi)多個(gè)基站電磁輻射相關(guān)性具有很強(qiáng)的理論 意義和實(shí)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種能預(yù)測(cè)通信基站電磁輻射強(qiáng)度隨時(shí)間變 化的相關(guān)性，同時(shí)也能預(yù)測(cè)同一區(qū)域內(nèi)多個(gè)基站電磁輻射的相關(guān)性的基于遺傳算法的通信 基站電磁輻射相關(guān)性分析方法。
[0004] 本發(fā)明解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案是:一種基于遺傳算法的通信基站電磁輻射相關(guān) 性分析方法，包括以下步驟：
[0005] (1)利用頻譜分析儀測(cè)量被測(cè)區(qū)域通信基站的下行發(fā)射功率；
[0006] (2)將測(cè)量的功率值轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電磁輻射強(qiáng)度，再進(jìn)行數(shù)據(jù)的平均化處理；
[0007] (3)通過(guò)遺傳算法對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立通信基站電磁輻射強(qiáng)度隨時(shí)間變化 的函數(shù)；
[0008] (4)利用步驟(3)得到的函數(shù)計(jì)算通信基站電磁輻射的相關(guān)性；
[0009] (5)從理論上分析電磁輻射強(qiáng)度隨時(shí)間變化的規(guī)律以及同一區(qū)域內(nèi)多基站系統(tǒng)電 磁輻射變化規(guī)律。
[0010] 上述基于遺傳算法的通信基站電磁輻射相關(guān)性分析方法，所述步驟(1)中，頻譜分 析儀采用"zero-span"時(shí)域測(cè)量的方法測(cè)量被測(cè)區(qū)域通信基站的下行發(fā)射功率。
[0011] 上述基于遺傳算法的通信基站電磁輻射相關(guān)性分析方法，所述步驟(2)中，根據(jù)下 列公式將頻譜分析儀實(shí)時(shí)測(cè)量的功率值轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電磁輻射強(qiáng)度：
[0012]
[0013] 其中P為實(shí)測(cè)功率值，單位為dBm，AF為天線因子，單位為dB/m，ARF為電纜損耗，單位 為dB，以及射頻電纜阻抗Z = 50 Ω ;
[0014]利用
將每天同一時(shí)刻的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行平均處化理；
[0015] 其中j表示為整點(diǎn)時(shí)刻，η為測(cè)量天數(shù)，< 為第n天j時(shí)刻的輻射強(qiáng)度值，為平均處 理后每個(gè)整點(diǎn)時(shí)刻的電磁輻射強(qiáng)度值，j = 1，2，…，24。
[0016] 上述基于遺傳算法的通信基站電磁輻射相關(guān)性分析方法，所述步驟(3)中，首先建 立電磁輻射隨時(shí)間變化的函數(shù)：
其中，為待定參數(shù)，m為多 項(xiàng)式項(xiàng)數(shù)，t為時(shí)間自變量，t的取值范圍為一天24小時(shí)中的任意時(shí)刻，并且每個(gè)整點(diǎn)時(shí)刻 tl，t2，…，t24所對(duì)應(yīng)的電磁福射強(qiáng)度值為ei，Θ2，…，Θ24;根據(jù)遺傳算法對(duì)參數(shù)ai，bi，Ci進(jìn)行預(yù) 測(cè)的具體步驟如下：
[0017] ①對(duì)ai，h，(^進(jìn)行編碼，隨機(jī)產(chǎn)生N個(gè)這樣的個(gè)體作為初始種群；
[0018] ②計(jì)算目標(biāo)函數(shù)值：由
計(jì)算得到。，。，…，心不同時(shí)刻電 磁福射的強(qiáng)度，記為Ει，Ε2，…，Ej，j = l，2,…，24;
[0019] ③計(jì)算適應(yīng)度值:利用：
對(duì)適應(yīng)度值進(jìn)行計(jì)算;其中， pj表示第j個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度，P為所有個(gè)體適應(yīng)度的累加和，j = 1，2，…，24;
[0020] ④遺傳操作:使用遺傳算法選擇、交叉、變異進(jìn)行遺傳運(yùn)算，得到下一代種群；
[0021] ⑤設(shè)定遺傳算法終止條件，若滿(mǎn)足條件遺傳終止，輸出P最小時(shí)對(duì)應(yīng)的個(gè)體編碼并 編碼得到參數(shù)al，bi， C1;若不滿(mǎn)足條件，返回步驟③繼續(xù)。
[0022] 上述基于遺傳算法的通信基站電磁輻射相關(guān)性分析方法，所述步驟(3)，根據(jù)遺傳 算法對(duì)參數(shù)h，Cl進(jìn)行預(yù)測(cè)的具體步驟④中，
[0023] 選擇運(yùn)算:令父代被選擇的概率&為：
[0024]
[0025 ]其中p為所有個(gè)體適應(yīng)度的累加和，pj為第j個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度，j = 1，2，…，24;
[0026] 交叉運(yùn)算:在父代中隨機(jī)選擇兩個(gè)個(gè)體a與b作為雙親，并進(jìn)行線形組合，從而形成 兩個(gè)子代個(gè)體：
[0027] a7 =a+( l~r) (a~b)
[0028] b7 =a-r(a~b)
[0029] 其中，交叉率r = 0.85，a、b和a'分別表示父代個(gè)體和子代個(gè)體，由父代個(gè)體被 選擇的概率決定兩組父代的選擇并進(jìn)行隨機(jī)的兩兩配對(duì)，生成N對(duì)雙親，且通過(guò)雜交操作過(guò) 程產(chǎn)生N個(gè)子代種群個(gè)體；
[0030] 變異運(yùn)算:對(duì)于每一個(gè)父代個(gè)體而言，將其變異率都設(shè)定為0.01。
[0031] 上述基于遺傳算法的通信基站電磁輻射相關(guān)性分析方法，所述步驟(3)，根據(jù)遺傳 算法對(duì)參數(shù)aubuQ進(jìn)行預(yù)測(cè)的具體步驟⑤中，遺傳算法的終止條件為同時(shí)滿(mǎn)足以下兩個(gè) 表達(dá)式：
[0032]
[0033]
[0034] 其中{^，^…⑷丨表示實(shí)測(cè)的電磁輻射值^^匕…上丨為通過(guò)擬合函數(shù)計(jì)算的 電磁福射值，e為實(shí)測(cè)電磁福射值{ei，e2，…，ej}的平均值，馬.為通過(guò)擬合函數(shù)計(jì)算的電磁 輻射值{Ei，E 2，…，Ej}的平均值，j = 1，2，…，24;R-square為確定系數(shù)，表示實(shí)際測(cè)量值與預(yù) 測(cè)值之間相關(guān)系數(shù)的平方，取值范圍為[0，l];RMSE為標(biāo)準(zhǔn)差，表示數(shù)據(jù)值偏離算術(shù)平均值 的程度。
[0035] 上述基于遺傳算法的通信基站電磁輻射相關(guān)性分析方法，所述步驟(4)中，相關(guān)性 的計(jì)算方法如下：
[0036] 假設(shè)通信信道X，Y的測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)遺傳算法擬合后，其擬合函數(shù)為Ex(t)和EY(t)，利 用擬合得到的函數(shù)表達(dá)式，分別通過(guò)
-計(jì)算信 道內(nèi)部以及不同信道之間電磁輻射強(qiáng)度的相關(guān)性;其中，
Rxx(t)表不通信信道X電磁福射的自相關(guān)函數(shù)
，.Rxy(t)表 示為通信信道X與Y之間電磁輻射的互相關(guān)函數(shù)，ux、〇x表示擬合函數(shù)Ex(t)的平均值和均方 差，uY、〇Y表示擬合函數(shù)EY(t)的平均值和均方差。
[0037] 本發(fā)明的有益效果在于:本分析方法利用基于遺傳算法的擬合模型對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn) 行擬合，建立電磁輻射強(qiáng)度隨時(shí)間變化的函數(shù)，該擬合模型繼承遺傳算法的優(yōu)勝劣汰原則， 通過(guò)復(fù)制、雜交、變異等遺傳操作逐步改善直到找到滿(mǎn)意解，從而提高擬合函數(shù)的精度，并 通過(guò)利用擬合得到的隨時(shí)間變化的函數(shù)表達(dá)式計(jì)算通信基站電磁輻射強(qiáng)度的相關(guān)性，進(jìn)行 相關(guān)性分析，該方法能預(yù)測(cè)通信基站電磁輻射強(qiáng)度隨時(shí)間變化的相關(guān)性，同時(shí)也能預(yù)測(cè)同 一區(qū)域內(nèi)多個(gè)基站電磁輻射的相關(guān)性，為以后電磁輻射分析提供新的思路。
【附圖說(shuō)明】
[0038]圖1為本發(fā)明的流程圖。
[0039]圖2為圖1中步驟(3)的流程圖。
[0040]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中TD-SCDMA實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和擬合曲線圖。
[00411圖4為本發(fā)明實(shí)施例中WCDMA實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和擬合曲線圖。
[0042]圖5為本發(fā)明實(shí)施例中CDMA2000實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和擬合曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]下面以國(guó)內(nèi)通用的三種3G通信制式作為具體的實(shí)例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描 述。
[0044] 如圖1所示，一種基于遺傳算法的通信基站電磁輻射相關(guān)性分析方法，包括以下步 驟：
[0045] 步驟一:利用頻譜分析儀測(cè)量被測(cè)區(qū)域通信基站的下行發(fā)射功率。
[0046]選取學(xué)生宿舍作為實(shí)驗(yàn)的測(cè)量地點(diǎn)，利用terns路測(cè)軟件分別得到小區(qū)TD-SCDMA、 WCDMA、CDMA2000的中心頻率。
[0047]選用頻譜分析儀，采用"zero-span"時(shí)域測(cè)量的方法對(duì)被測(cè)區(qū)域3G通信基站下行 發(fā)射功率進(jìn)行為期一周的測(cè)量，其頻譜分析儀參數(shù)設(shè)定見(jiàn)下表1。
[0048]表1頻譜分析儀參數(shù)設(shè)置
[0049]
[0050] 步驟二:將測(cè)量的功率值轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電磁輻射強(qiáng)度，再進(jìn)行數(shù)據(jù)的平均化處理。
[0051] 根據(jù)下列公式將頻譜分析儀實(shí)時(shí)測(cè)量的功率值轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電磁輻射強(qiáng)度：
[0052]
[0053] 其中P為實(shí)測(cè)功率值，單位為dBm，AF為天線因子，單位為dB/m，ARF為電纜損耗，單位 為dB，以及射頻電纜阻抗Z = 50 Ω ;
[0054]利用
將每天同一時(shí)刻的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行平均處化理；
[0055]其中j表示為整點(diǎn)時(shí)刻，η為測(cè)量天數(shù)，€為第η天j時(shí)刻的輻射強(qiáng)度值，^為平均處 理后每個(gè)整點(diǎn)時(shí)刻的電磁輻射強(qiáng)度值，j = 1，2，…，24。
[0056]步驟三:通過(guò)遺傳算法對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立通信基站電磁輻射強(qiáng)度隨時(shí)間 變化的函數(shù)。
[0057]如圖2所示，首先根據(jù)處理后的測(cè)量數(shù)據(jù)建立電磁輻射隨時(shí)間變化的函數(shù)：
，其中，ai，bi，Ci為待定參數(shù)，m=4，t為時(shí)間自變量，t的取值范圍為 一天24小時(shí)中的任意時(shí)刻，并且每個(gè)整點(diǎn)時(shí)刻ti，t2，…，t24所對(duì)應(yīng)的電磁福射強(qiáng)度值為ei， e2，…，e24;根據(jù)遺傳算法對(duì)參數(shù)ai，h，Cl進(jìn)行預(yù)測(cè)的具體步驟如下：
[0058] ①假設(shè)待定系數(shù)&1，131，(：1的取值范圍為[-5,5]，對(duì)待定參數(shù) &1，131，(31進(jìn)行編碼，隨 機(jī)產(chǎn)生N個(gè)這樣的個(gè)體作為初始種群，設(shè)置N= 100;
[0059] ②計(jì)算目標(biāo)函數(shù)值：由
計(jì)算得到。，。，…，心不同時(shí)刻電 磁福射的強(qiáng)度，記為Ει，Ε2，…，Ej，j = l，2,…，24;
[0060] ③計(jì)算適應(yīng)度值:利用
對(duì)適應(yīng)度值進(jìn)行計(jì)算;其中， pj表示第j個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度，P為所有個(gè)體適應(yīng)度的累加和，j = 1，2，…，24;適應(yīng)度值的大小 決定著適應(yīng)度的高低，適應(yīng)度值越大，適應(yīng)度越低，反之則適應(yīng)度高；
[0061] ④遺傳操作:使用遺傳算法選擇、交叉、變異進(jìn)行遺傳運(yùn)算，得到下一代種群；
[0062] 選擇運(yùn)算：依據(jù)每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)值衡量其的優(yōu)劣程度，自然規(guī)律物競(jìng)天擇適者生 存從而決定該個(gè)體在下一代是被遺傳還是被淘汰。令父代被選擇的概率&為：
[0063]
[0064]其中p為所有個(gè)體適應(yīng)度的累加和，Pj為第j個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度，j = 1，2，…，24;
[0065] 交叉運(yùn)算:產(chǎn)生子代群體，在同一個(gè)群體中不同的個(gè)體之間，彼此進(jìn)行信息的交換 實(shí)現(xiàn)遺傳交叉操作，在實(shí)數(shù)編碼系統(tǒng)中任意一個(gè)基因都表示其特定的一個(gè)優(yōu)化值，為了保 持個(gè)體信息的多樣性，在父代中隨機(jī)選擇兩個(gè)個(gè)體a與b作為雙親，并進(jìn)行線形組合，從而形 成兩個(gè)子代個(gè)體：
[0066] a7 =a+( l~r) (a~b)
[0067] b7 =a-r(a~b)
[0068] 其中，交叉率r = 0.85，a、b和a'分別表示父代個(gè)體和子代個(gè)體，由父代個(gè)體被 選擇的概率決定兩組父代的選擇并進(jìn)行隨機(jī)的兩兩配對(duì)，生成N對(duì)雙親，且通過(guò)雜交操作過(guò) 程產(chǎn)生N個(gè)子代種群個(gè)體；
[0069] 變異運(yùn)算：由于采用的是實(shí)數(shù)編碼，所以不能直接進(jìn)行行位的翻轉(zhuǎn)，故采用了隨機(jī) 變異。具體操作如下:對(duì)于每一個(gè)父代個(gè)體