规划和优化第五章

Nanjing University of Posts&Telecommunications,第五章,频率,分配算法和技术,5.1,概述,矛盾,：,高速增长的无线用户数与有限的频率资源,另，降低服务成本的角度看，对无线频率资源的有效利用相当重要,重要性：非常重要的环节，否则会造成整个网络建成或扩容后某些性能指,标变差。,作用：,频率规划是优化频谱利用、提高信道容量、减少干扰的主要手段。,必要性：,六边形理论不能给实际频率规划问题提供合适的解,Nanjing University of Posts&Telecommunications,5.2,频率分配数学模型干扰和约束条件,同频约束条件,：考虑远端干扰时的最重要因素,邻频约束条件,：当发射机与接收机工作在相近的频率时,(,通常在三个频点,以内,),，仍然存在干扰的可能性，,同小区频率间隔,：分配给同一小区发射机的任何一对频率之间的间隔，通常,远大于相邻频点约束条件，,互调成分约束条件,：两个或多个信号产生新的频率分量，当太靠近有用频率,时，就会滤除不掉，从而产生干扰。,噪声及其响应,：任何无线收发信机都会有特征噪声与响应。,Nanjing University of Posts&Telecommunications,5.2,频率分配数学模型,模型描述,：,N,个发射机,M,个频率,可分配频率集,发射机和之间所需最小频率间隔,干扰约束条件用约束矩阵 表示，具有,N,个顶点的,约束图,(,图,5.1,),Nanjing University of Posts&Telecommunications,模型说明,：频率分配问题就是给每个发射机分配频率而不会产生干扰。,确定,N,个值,对所有,i,j,满足,频率分配方案,总体干扰,越小越好,C,表示为非零的,C,ij,数，其中,C,为非平凡约束条件，且显然地表示为,Nanjing University of Posts&Telecommunications,5.3,规则蜂窝网的频率分配,几种现成的频率复用技术称为频率规划或信道配置技术，其中最广泛使用的频率规划为：,N=7,频率复用分配；,N=12,频率复用分配；,N=4,频率复用分配；,N=3,频率复用分配；,频道序号与频点的关系,下行频点,标称频率,下行频段第,一个频点值,频道宽度,频点指每个频道所代表的频率，或称为频道的标称频率。,Nanjing University of Posts&Telecommunications,对,900 MHz TACS,系统，其上行工作频率范围为,890 MHz905 MHz,，下行工作频率范围为,935 MHz950 MHz,，每个频道带宽为,25 kHz,。频道序号和频点之间关系表示为,式中频道序号为,1600,号。,900 MHz TACS,频段分为,A,、,B,两段，其中,A,频段包括上行频率范围,890 MHz897.5 MHz,，下行频率范围为,935 MHz942.5 MHz,。频率序号为,1300,，频率序号,122,和,44300,为通话频道，频率序号,2343,为控制频道；,B,频段为上行频率范围,897.5 MHz905 MHz,，下行频率范围为,942.5 MHz950 MHz,，频率序号为,301600,。频率序号,301322,和,344600,为通话频道，频率序号,323343,为控制频道。,A,和,B,二频段,600,个频道按,21,组或,24,组等间隔分配，其频率配置如下表所示。,Nanjing University of Posts&Telecommunications,N=21,频率表,Nanjing University of Posts&Telecommunications,对,900 MHz GSM,系统，其上行工作频率范围为,890 MHz915 MHz,，下行工作频率范围为,935 MHz960 MHz,，每个频道带宽为,200 kHz,。频道序号与频点之间关系表示为,式中频道序号为,1124,。,GSM,系统的频道分组也有两种方案，如下表所示。,Nanjing University of Posts&Telecommunications,GSM,频段数字蜂窝移动通信网的频道分组,GSM,频段数字蜂窝移动通信网的频道分组,Nanjing University of Posts&Telecommunications,在,N=7,频率复用规划中，信道在称为,7,蜂窝簇的七蜂窝中均分。,由于有,21,个控制信道，这些频率规划基于所有可获得的频率分成,21,组，而每组配置一个控制信道。图中给出,N,7,蜂窝簇，每个蜂窝有三组频率,。,这种频率复用规划适用于模拟系统。,每簇的频率组总数是,37,21,。基于下列序列配置信道,:(N,N+7,N+14),N,是蜂窝数,5.3,规则蜂窝网的频率分配 的频率规划方案,Nanjing University of Posts&Telecommunications,5.3,规则蜂窝网的频率分配 的频率规划方案,(,a),全向天线频率复用规划的邻信道干扰显示；,(,b),全向天线频率复用规划的邻信道干扰减小显示。,蜂窝间没有,提供隔离度,蜂窝簇内几乎不提供,信道再分配的邻信道,7,14,21,1,2,3,4,5,6,7,2,9,16,3,10,17,4,11,18,5,12,19,6,13,20,1,8,15,邻信道干扰,7,14,21,1,7,3,4,5,2,6,2,9,16,3,10,17,4,11,18,5,12,19,6,13,20,1,8,15,Nanjing University of Posts&Telecommunications,该规划方案在一个蜂窝内提供,2125,525 kHz,信道隔离度，但蜂窝之间没有提供隔离度，如图,(a),所示。,在图,(b),给出,N=7,规划的优化方案，该方案在蜂窝簇内几乎不提供信道再分配的邻信道。但再出现邻信道则是由频率复用引起的。,前面分析表示，完全消除信道相邻对,N=7,的规划实际上是不可能的，这将在整个网络中产生邻信道干扰。,同信道干扰源与服务区频率有相同的标称频率。这是由相同频率的多次利用产生的，用同信道干扰,(,CCI,),方式描述。,邻信道干扰,需要估计。,Nanjing University of Posts&Telecommunications,120,度扇区化方案是把每个蜂窝分成,3,个扇区，而每个扇区为,120,度，如图,(a),所示。每个扇区看作一个逻辑全向蜂窝，其中方向性天线用于每个蜂窝中每个扇区。,图,(b),给出另一种方案，称之为三叶蜂窝规划。两种结构概念上是相同的，但后者对信道配置更方便。此时在扇区里或扇区之间保持足够信道隔离度，使得干扰最小。,5.3,规则蜂窝网的频率分配 的频率规划方案,(a),(,b),Nanjing University of Posts&Telecommunications,5.3,规则蜂窝网的频率分配 的频率规划方案,(,a),基于,120,0,天线方向图宽度的扇形结构,(,b),利用120,0,天线方向图宽度的三叶蜂窝规划设计,利用方向性天线，,信道可以经常复用，,提高信道容量,Nanjing University of Posts&Telecommunications,60,度扇形化方案是把一个蜂窝分成,6,个,60,度扇区而获得的，如图所示。每个扇区视为一个逻辑全向蜂窝，其中每个扇区一个方向性天线。由于利用窄天线波束宽度，信道可以经常重复，从而提高容量。这种方案一般用于密集市区环境。,5.3,规则蜂窝网的频率分配 的频率规划方案,N,4,的,60,度频率复用规划中，现有的信道分成,24,个频率组，在,4,个,60,度蜂窝场地中偶数分布，每个扇区一组频率。每个扇区利用方向性天线，使得在整个网络中各扇区之间保证足够信道隔离度和更好的邻信道,C/I,性能,Nanjing University of Posts&Telecommunications,5.3,规则蜂窝网的频率分配 的频率规划方案,由频率复用引起的同信道干扰,Nanjing University of Posts&Telecommunications,图中频道组序号对应于表,2,中的频道组序号。控制信道配置是,21,各扇区中分配,21,控制信道，但还剩下的三组频率中可以复用控制信道。另外，也可以从话音信道中取,3,个信道作为控制信道。,该方案在簇内提供,2425,600KHz,信道隔离度，而在各扇区之间提供,425,100kHz,隔离度。,Nanjing University of Posts&Telecommunications,适用于每基站,3,个,120,度的扇形小区，如图所示。,5.3,规则蜂窝网的频率分配 的频率规划方案,此频率规划是将现有的信道分成,12,个频率组。每个扇区利用方向性天线，使得在整个网络中各扇区之间保证足够信道隔离度和更好的邻信道,C/I,性能。,这种频道配置适用于,GSM,的频道分组，图中频道组序号对应于表,3,中的频道组序号。,该方案在簇内提供,12200kHz,2400kHz,信道隔离度，而在各扇区之间提供,4200,800kHz,信道隔离度。,Nanjing University of Posts&Telecommunications,5.3,规则蜂窝网的频率分配 的频率规划方案,Nanjing University of Posts&Telecommunications,5.3,规则蜂窝网的频率分配 的频率规划方案,Nanjing University of Posts&Telecommunications,N,3,的,120,度扇区化是基于在三个蜂窝规划可得到的信道，其中每个蜂窝分成,3,个扇区。对这样的结构，可得到的信道分成,9,个频率组，在,120,度蜂窝场地平均规划。,这种频道配置适用于,GSM,的频道分组，图中频道组序号对应于表,4,中的频道组序号。这保证扇区之间的足够信道隔离度和整个网络中较好邻信道,C/I,性能。,该方案也适用于提高信道容量。,该方案在簇内提供,9200,1800kHz,信道隔离度，而在各扇区之间提供,3200,600kHz,隔离度。,5.3,规则蜂窝网的频率分配 的频率规划方案,Nanjing University of Posts&Telecommunications,5.4,频率分配现代方法,模拟退火法,一种随机计算技术，该技术是由统计力学中用于对大最优化问题寻找接近全局最小代价问题。,Tabu,搜索法,(,列表寻优法,),一种求解离散组合优化问题的迭代方法，逐渐成功地应用于许多寻求优化或次优化解的问题中，诸如调度，时间安排，销售，规划等工作中。,遗传算法,是,Holland,模拟自然的进化过程与选择而发明的一种算法。,爬山算法,通过随机选择频率分配给每个发射机生成过程的起点或从所用的其它技术得到一种分配。,穷举搜索法,给定频率间隔，穷举搜索技术能找到问题的解，要不然就证明该问题的解根本不存在。,顺序分配法,包括三个主要步骤或三个模块。第一，发射机以某种给定次序排列，然后分配给第一个发射机信道,1,。第二，选择分配给下一个发射机,(,与初始顺序不同,),。最后，给所选择发射机分配一个选择的信道。对每步或每模块都有几个选项。,Nanjing University of Posts&Telecommunications,