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新一代通信网络设计与规划

参赛队员

摘要

信息产业曾被誉为“工业化的牵引”，近期通信爆发式的发展也被认为是“第

四次工业革命”的一个潜在突破点。目前，人们对信息获取的途径越来越多以及

获取效率越来越高。最新的 5G 技术实现了频谱利用率的大幅度提高，以及实

现了人们对于网络速度和对通信技术的更高要求，很大程度便利了人们的生活。

通信网络可以大体分为四个层次：接入网、汇聚网、核心网和骨干网。本

180° 270°）的天线阵列，其移相器的配置顺序就有 4^32=1.84×10^19

种，并且每一种都有相应的空间信号覆盖结果。根据实验数据我们建立了天线

阵列模型，模拟出 32 个阵元辐射信号在空间中的叠加结果，寻找出最大的信

号覆盖范围。同时建立了空间信号覆盖结果价值估测函数，并实现了信号覆盖

结果的可视化。最终得出了满意的信号覆盖结果以及相应的移相器配置序列。

骨干网作为连接多个地区和区域的高速网络，承担了各城市对外网络交互

的出入口功能，是信息网络的主动脉。具有高稳定性、大容量等特点，新通信

技术的部署离不开新一代骨干网的配合，只有拥有更大信息容量、更广覆盖度

的骨干传送网，才能确保用户对新技术的完美体验。为了在广东省对已有骨干

网进行满足电信市场要求的改造。改造的约束条件主要有：广东省各行政区的

关键词：天线 骨干网 信息

目录

一 问题重述................................................................................................................................... 1

二 问题分析................................................................................................................................... 2

2.1 接入网问题分析............................................................................................................... 2

2.2 骨干网问题 1 分析........................................................................................................... 3

2.3 骨干网问题 2 分析........................................................................................................... 3

三 模型假设................................................................................................................................... 4

四 符号说明................................................................................................................................... 5

五 模型建立与求解....................................................................................................................... 5

5.2.1 骨干网问题 1 模型建立与求解........................................................................... 13

5.2.1.2 问题 1 模型建立—构造城际骨干网络....................................................18

5.2.1.3 骨干网问题 1 解决.................................................................................... 20

5.2.2 骨干网问题 2 模型建立与求解...........................................................................22

5.2.2.2 骨干网问题 2 解决.................................................................................... 24

六 模型的评价............................................................................................................................. 25

6.1 模型的优点.................................................................................................................... 25

6.2 模型的缺点.................................................................................................................... 25

一 问题重述

的变革，所以信息技术曾被称为“工业化的牵引”。近期通信爆发式的发展也被

认为是第四次工业革命的一个潜在突破点，建立一个“万物互联的世界”也是指

日可待。

想要建立“万物互联的世界”，必须通过每家每户都使用网络通信技术联接，

以最小的成本在原有的基础上改造网络通信部署使得每个人都能享受通信技术

为我们带来的科技成果。对现有通信网络部署改造升级大体上可以从四个层次

入手：接入网、汇聚网、核心网和骨干网。而骨干网和接入网是本题设计的重

点。

骨干网，作为连接多个地区和区域的高速网络，承担了各城市对外网络交

互的出入口功能，是信息网络的主动脉。新通信技术的部署离不开新一代骨干

里”的解决方案决定了用户对通信技术直接体验。个人用户通过接入链路建立与

基站的连接，将数据逐级上传至核心网关，从而进入骨干网进行数据高速传输。

接入网主要有固网接入和移动接入两种实现方式，其中固网接入主要用于家庭

宽带等无便携性要求的接入场景。固网接入根据传输介质又分为实体线路和非

实体线路两种。实体线路如光纤接入、铜线接入等，拥有高稳定性、大容量等

特点，广泛使用于我们家庭宽带接入中。非实体线路如微波接入方式，拥有部

署简单、灵活性高的特点。

目前在全世界大多数家庭宽带市场中，实体线路部署占比较高。然而在少

数市场中，实体线路也存在局限性。例如：在欧美等一些老旧住宅区，基础设

施落后、土地权益与地面改造成本等因素导致布线成本过高。此时，非实体

现代无线通信技术的发展越来越快，对于在无线通信中扮演关键角色的天

线要求也越来越高。由于单个天线电性能相对固定，往往不能满足各种形式的

指标要求，所以由多个天线单元组成的阵列天线是解决这个问题的关键，它可

以显著地提升天线整体的增益。相控阵天线则是在阵列天线的基础上发展起来

的一种新的天线形式，它通过移相器控制阵列天线中辐射单元的馈电相位来改

变方向图形状，从而达到波束扫描的目的。

二 问题分析

相控阵天线由多个在平面或曲面上按一规律布置的天线单元（辐射单元）

和信号功率分配/相加网络所组成。分布在平面上的天线单元称为平面相控阵天

来说至关重要，也就是说天线单元的移相器配置对天线阵列的工作效率很大的

影响。

此题目设置中给出了移相器的四种配置模式（0°，90°，180°，270°），根

据这四种移相器来配置阵列天线，实现要求的阵列天线辐射能量图。呢么对于

一个拥有 32 位天线单元的相控阵列就需要 4^32=1.84×10

并且在配置移相器序列时还要考虑在不影响空间辐射的前提下尽量关闭部分天

线单元，降低成本。虽然，天线阵列的空间信号辐射与移相器的配置序列有关，

不过，二者并不是一个线性关系，在产生空间信号辐射时需要满足具体要求：

问题一：1. 合成功率为 35dBm；2. 旁瓣电平尽可能低；3. 可以选择关闭某

条件对移相器配置进行优化：

1 阵列天线的扫描范围在方位角±30°，俯仰角±15°的区域内，所以信号辐

射能量应该一种在此区域内，其它区域的辐射能量尽可能的接近 0，保证阵列

天线的指向性；

2 各天线的辐射信号在空间中叠加时，尽可能的保证信号的相位一致，这

样叠加时的信号能量损失最小；

3 根据数据建立合适的坐标模型；

4 通过设置空间坐标，约束特定目标坐标的信号能量，来避免辐射能量对

其影响；

5 在利用数据时要考虑测量数据存在的误差，对误差进行分析；