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1、分类号 密级 U D C 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Thesis for Master DegreeCaculation and simulationof base station coverage areabased on Grid-DataApril，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、学术规范和侵权行为，本人愿意承担由此而产生的法律后果和法律责任，特此郑重声明。学位论文作者（签名）： 35摘要传统的基站选址方法主要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
2、考虑当地复杂的地理状况，只能凭借经验和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，着重研究以下几个方面的内容：1) 由于栅格数据量较大，所以要提出算法来对它的显示和处理进行优化，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和一个包围球并为视场Frustum建立一个包围盒一个包围球一个包围锥的办法，可以非常高效地剔除与加载对象，另外由于采用了四叉树化
3、分场景的，更进一步提高了效率。2) GPU编程对栅格数据的计算与显示。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，可以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，吸收更多的用户和话务量，同时能降低建设成本，提高收益，无论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ABSTRACTThe traditional way to Basestation loca
4、tion depends on the fieldwork of the constructors, which is not only to take time and a lot of trouble, but also difficult to consider the complicated local geographical conditions adequately. In this way, people only resort the experience and limited fieldwork experiments to decide the positions of
5、 the stations and usually choose the high mountains or buildings as the station spots in order to provide larger coverage area. In fact, people have great subjectivity in such a way. Finally, it makes the coverage area less enough or intersectional easily, causing the jam among the signals and so on
6、.In combine with the characteristics of raster data this paper studied the algorithms on how to read and process the data effectively. Which focus on the following aspects:1) Because we have to deal with a abundant of raster data in the normal usage, we must make our algorithm to optimize the displa
7、y and processing. To define a bounding box a bounding sphere for each object and define a bounding box a bounding sphere and a bounding cone for the frustum, we can solve the displaying of the raster data efficiently. And the using of quad-tree of the scene approach can further enhance efficiency.2)
8、 The calculation and display of raster with GPU. GPU can do preprocessing and display of data together.3) Base station coverage calculation and simulation. By analyzing the raster data to do the calculation of the spread of the signal.Use 3D Model combining with the Hertzian Waves Transmit Wastage F
9、orecast Model to emulate the coverage areas of the basestations to choose the positions, which can help us to choose the positions visually and make decisions scientifically. Choosing the positions scientifically can enlarge the coverage area, link seamlessly and attract more customers to improve th
10、e amount of the phone call as well as reduce the cost and improve the benefit, which has great meanings both in technique reality and market operation. Keywords: Basestation, Coverage Area, Frustum Optimize, GPU, 3D Model目录摘要IABSTRACTIII目录V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 研究目标31.3.2 技术路线3
11、1.3.3 章节安排4第2章 栅格数据与GPU编程简介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 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栅格数据的优化处理82.3 GPU编程82.3.1 GPU的概念82.3.2 可编程管线92.3.3 HLSL与GLSL92.3.4 Cg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133.1.1 Frusum定义133.1.2 基本算法1153.1.3 优化1183.1.4 基本
12、算法2193.1.5 优化2223.1.6 反求Frustum的6个平面253.2 LOD优化处理283.2.1 Lod的概念283.2.2 求塌陷边293.2 GPU编程优化303.2.1 CG编程的一般步骤303.2.1 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 基站覆盖范围的一般计算方法354.2计算栅格环境下的覆盖范围394.2.1 栅格数据的存储与读取404.2.2 算法优化处理414.2.3 凸包算法424.3 小结43第5章仿真及结果455.1 图形软件接口455.1.1 OpenGL455.2 软件架构465.2.1 软件开发环境465.2.2 软
13、件开发方法465.2.3 基本数据结构465.3 创建三维场景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53参考文献55致谢59第1章绪论1.1选题意义与其它现代技术一样，移动通信技术的发展也呈现加快趋势。为了达到更高比特率数据业务和更好的频谱利用率，目前移动通信正在向第三代(3G)移动通信系统过渡。第三代移动通信可以实现全球统一频段，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、遥测业务以及用户通过移动通信网接入因特网或企业网等业务。可以预见在不远的将来，全世界将
14、会有和有线电话一样多的移动通信用户。与此同时，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%1 。而全球手机用户数量已达到26亿，预计2010年将增至40亿，其中中国和印度将是主要增长地区。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和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
15、到信号质量不好，干扰强烈等问题，严重影响了人们的通话质量。这就对移动运营商提出了更高的要求，必须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。基站覆盖范围主要受当地地形（山区）和建筑（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。一般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，只能凭借经验和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重复覆盖形成信号之间的相互干扰等情况。目前三维
