分析无线通信网络频率规划的基本要点

分析无线通信网络频率规划的基本要点

李清永,罗洪江,陈烈强,孙地

中国联合网络通信集团有限公司茂名市分公司 广东省茂名市  525000

摘要：信道分配问题就是我们所说的无线网络的频率规划问题，即使在很多信道公用时，也要提供最好最有效的频谱利用方式，这样才能为网内的通信设备找到更多的可以用的信道。对信道分配要做到网络用户之间没有干扰，保证网络通畅，提升服务质量，还要减少基础设施的费用。本文介绍网络通信通道基本的分配方法与手段，对准具有中心站式的无线通信网络，对无线网络信道分配的干扰模型和该模型相关的求解方法进行论证，在此基础上对无线通信网络频率规划的基本要点进行总结。

关键词：无线电技术；频率规划；无线通信网络

无线网络的频率规划问题也是信道分配问题，即在多信道共用的情况下，以最有效的频谱利用方式，为每个网内的通信设备提供尽可能多的可用信道。信道合理规划意义重大，最佳的信道分配方案不仅可以减小网络内用户间的干扰，保证网络顺利运行，提高系统的服务质量，而且可以减少基础设施的投资费用。对于不同的网络应用，网络信道的规划方法应有所不同。

1网络信道分配的基本方法和手段

1.1固定信道分配

在固定信道分配（FCA）方案中，服务区域被分为许多小区，信道根据一定的复用模式分配给每个小区（或子网）。这些信道被称为标称信道。对于均匀FCA策略，每个小区被分配给相同数目的标称信道。对于非平均FCA策略，分配给每个小区的标称信道数取决于该小区的统计业务量。因此，高承载小区比低承载小区要分配到更多的信道，从而改善信道利用率。

1.2动态信道分配

如果业务量在时间和空间上是短期变化的，FCA策略不能获得很高的信道利用率。我们可采用动态信道分配（DCA）策略来改善信道利用率。动态信道分配借助动态方式分配信道，来克服固定信道分配对业务量的时间和空间变化缺乏自适应性的缺点。在动态信道分配方案中，信道不是固定地分配给某个小区，而是放在一个中央信道库中（MSC）。交换机会根据一种特定的算法给发出请求的小区分配一个信道。

1.3混合信道分配

混合信道分配方案（HCA）是将FCA和DCA混合使用的分配技术。在HCA中，所有有用信道被分为固定和动态两组。固定信道组包含与FCA策略中一样分配给小区的一组标称信道，在任何情况下，该组信道只能在所分配的小区使用。另外一组信道可以供系统中所有用户共享。当某小区有呼叫请求但所有标称信道都忙时，交换机从动态信道组中选择一个信道分配给该呼叫。频率分配的手段主要有两种。一种是基于协作的分配：中心站使用的频点预先规划，或者随着网络的使用情况由算法进行动态规划、分配；另一种是基于测量的分配：中心站不对频率进行规划，而是不断地扫描其所处的无线环境，寻找可用的频点。

2网络信道分配的无线干扰模型

信道分配干扰模型的频率规划和分配是一个非常重要的问题。要能够把有限的信道资源分给更多的用户，还要能够对系统和中心站之间电磁干扰小。根本意义上来讲，干扰就是不合法的信号，不是按照规定使用的信号频率，使合法的信号不能够正常使用。这制约了网络容量。我们要能制造出够阻止电磁干扰的模型，建立在中心站的干扰模型之上。频率分配的约束体现了区域中心站之间的无线电干扰。频率约束重点分为以下几种：同天线约束、同站约束、同信道约束、邻信道约束等，每一个不同的制约方式都有不用约束办法，这就要求我们能够很好的区分他们，并且能够很好的掌握。

3建立信道分配的无线干扰模型

3.1确定式算法

确定式算法是频率分配问题的精确解法，但是也不适合所有的情况，有的规模大、耗时多的就要采用树搜索策略来求解整数规划，过程中，会采用好多方法来减去不必要的分支，这种策略叫做剪枝，这种算法的优点就是求解精确，很多的规模小的问题都能够解决。

3.2启发式算法

启发式算法一般用在求出一个高质量的可行解，并且对结果要求精确的时候。这就需要我们利用我们的经验来进行求解，他的优点就是用时短，搜索一部解的空间，不会全部，它是会找到系统全部的排序列表，这就和确定性算法大大的不同了。接着根据分配策略来分配信道。所以怎么样找到最好的排序列表是最关键的，启发式算法效率很高。虽然不需要很多次的迭代，但是要找到最有效的启发式信息来指导算法搜索是很难的。对于启发式算法来说，要是情况有变化的话，以前的算法可能会变得无效。

3.3遗传算法

遗传算法就是把我们求到的解用染色体表示。用计算函数求到适应度，多个染色体可以组成一个种群，用这种算法的情况下会出现一个最初的群，之后让染色体进行交叉产生下一个种群。它搜索功能很强，所得到解质的量会很高，用时短，在频率规划上有很重要的应用。

3.4图形理论法

图形理论法也叫图着色算法，它主要就是利用不同的颜色来表示不同的干扰约束，顶点表示中心站，不同的中心站有不同的颜色图形理论法可以直观、简单的优化组合。在很多的实际问题上，它所用的时间比较长，但是很简单的找到一部分最优解，还会建立一个同样频率的干扰限制模型。

4无线网络频率规划的基本要点分析

通过以上网络信道分配方法、算法的分析，我们可以从中归纳出一些无线通信网络频率规划的要点。频率规划的目标是为了将有限的频点合理地分配到各个小区，基本的要点和步骤有以下几个方面。

（1）系统组网和复用方式：每个子网应该分配的载频数目是影响频率复用方式最直接因素，而子网数目和可用频率资源带宽也会影响频率复用情况。系统组网和复用方式是频率规划的前提条件和主要约束条件。

（2）信道分配方法：我们可依据网络的信号特点和覆盖特点选择信道分配方法，例如信号强覆盖均匀的网络可选择固定信道分配方法；信号弱且不同区域的信号稳定性不同的网络，可选用动态信道分配方法或固定信道分配和动态信道分配相结合的方法。

（3）建立干扰模型：干扰模型是规划实际网络时以干扰作为参考指标设计而建立的模型，其对频率规划需求和问题描述的符合程度将直接影响规划的结果。我们可依据不同的需求和网络的组网方式建立干扰模型。例如需要同信道复用，则可建立同信道约束的干扰模型。

（4）寻找模型的求解方法：一般采用全局搜索方法。全局搜索进程目标是要将所有可能的频率分配方案都进行评估从而得出全局最优解。全局搜索最直接的办法就是穷举法，对于计算机来说运行效率过低。因此对于公众移动通信网络，频率规划一般不选择穷举法作为全局搜索算法，而是用一定规则约束后进行部分全局搜索。如模拟退火算法利用温度序列实现搜索；遗传算法利用交叉变异的遗传操作实现搜索。

（5）确定求解方法的评估准则：在搜索过程中，每次经过部分全局搜索得到的解（即：频率规划方案）都需要经过一定评估准则来筛选。如模拟退火算法和神经网络算法中的能量函数、遗传算法中的适应度函数。

（6）模型求解：确定模型的求解方法和评估准则后，通过不断搜索得到频率规划问题的最优解，即网络的频率规划方案。

5结束语

总的来说，要做好无线通信网络频率规划与分配，不仅最大程度的降低它的成本，而且还要满足相关要求，保证其服务的质量。另外，还要具有一定的前沿性，紧跟时代的脚步，积极运用新技术和新材料，确保其能适应未来的发展。

参考文献

[1]古邦伦.电磁频谱管理中的频率分配技术研究[D].湖南长沙：国防科学技术大学，2006，5.

[2]孙媛媛.基于遗传算法的GSM网络频率规划优化研究与应用[D].北京：北京邮电大学，2008，2.

[3]姚文广，许娟.基于实测的频率规划方法[J].移动通信，2007（1）：43～46.

作者简介：

李清永：重庆邮电大学 研究生，工程师，现任中国联通茂名市分公司

罗洪江：南京邮电大学 本科，工程师，现工作于中讯邮电咨询设计院有限公司广东分公司

孙地：武汉大学 研究生，高级工程师，现工作于中讯邮电咨询设计院有限公司广东分公司

陈烈强:  南京邮电大学 本科 ，高级工程师，现工作于中讯邮电咨询设计院有限公司广东分公司