基于免疫計算的無線通信網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化.pdf

1、隨著3G通信系統(tǒng)的迅速發(fā)展和無線接入技術(shù)的不斷進(jìn)步，越來越多的人們能夠享受到無線通信帶來的便捷。以移動通信為代表的無線通信系統(tǒng)是一種資源受限的系統(tǒng)，隨著無線業(yè)務(wù)需求的高速增長，無線資源(基站站址資源、頻譜資源、碼資源、功率資源、帶寬資源等)日漸緊缺。如何有效地利用有限的無線資源來滿足日益增長的業(yè)務(wù)需求，已經(jīng)成為國內(nèi)外研究者和移動網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商共同關(guān)注的問題。無線資源管理(Radio Resource Management,RRM)是無線通信

2、網(wǎng)絡(luò)的一個重要研究內(nèi)容。通過對無線通信網(wǎng)絡(luò)的資源進(jìn)行分配優(yōu)化，可以提供更大的覆蓋范圍、系統(tǒng)容量和系統(tǒng)性能，從而實(shí)現(xiàn)在無線資源有限的情況下接入盡可能多的用戶。本文對無線通信網(wǎng)絡(luò)的資源分配優(yōu)化模型及優(yōu)化算法進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，主要研究工作如下：
　　1.基站選址對無線通信網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量有著重要的影響，在選址時應(yīng)全面考慮基站覆蓋面積、基站建設(shè)代價、維護(hù)方便程度等要素。基站選址優(yōu)化是無線通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的一個重要內(nèi)容，即在考慮信號質(zhì)量、建設(shè)代價

3、、覆蓋約束以及其它網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的情況下優(yōu)化基站的數(shù)目和位置，其目標(biāo)是用較低的基站建設(shè)代價來獲得一個高覆蓋率的網(wǎng)絡(luò)。本文對無線通信網(wǎng)絡(luò)的基站選址優(yōu)化問題進(jìn)行了研究。首先，針對TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)基站選址問題的特點(diǎn)，構(gòu)建了選址優(yōu)化模型，設(shè)計了基于實(shí)數(shù)編碼的克隆增殖算子、克隆變異算子及克隆選擇算子，提出了一種基于免疫計算的TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)基站選址優(yōu)化方案。接著，對WCDMA網(wǎng)絡(luò)基站選址問題進(jìn)行了研究。由于WCDMA網(wǎng)絡(luò)存在較明顯的呼吸效應(yīng)，即

4、容量與覆蓋相互影響，其基站規(guī)劃問題較為復(fù)雜。本文利用鏈路預(yù)算確定WCDMA網(wǎng)絡(luò)的最大可接受路徑損耗，從而計算出小區(qū)的最大半徑、基站的最大覆蓋面積以及容量約束下需要的基站總數(shù)目；利用負(fù)載因子估計每個基站支持的用戶總數(shù)目；提出了一種基于免疫計算的WCDMA網(wǎng)絡(luò)基站選址優(yōu)化方案。最后，對IEEE802.16j網(wǎng)絡(luò)的基站及中繼站聯(lián)合選址優(yōu)化問題進(jìn)行了研究。當(dāng)IEEE802.16j中繼系統(tǒng)工作在透明中繼模式時，移動終端必須處在基站的覆蓋范圍內(nèi)以保

5、證能中繼傳播。本文構(gòu)建了IEEE802.16j網(wǎng)絡(luò)基站及中繼站聯(lián)合選址優(yōu)化模型，并提出了求解模型的免疫優(yōu)化算法。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所提的基站選址優(yōu)化方案能以較小的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)代價滿足覆蓋要求，其性能優(yōu)于文獻(xiàn)方案，具有較好的理論價值。
　　2.導(dǎo)頻信道與其他下行信道共同分享下行功率。由于基站的最大發(fā)射功率是額定的，導(dǎo)頻功率占的比例大了，分給下行信道的功率所占比例就會減少。過大的導(dǎo)頻功率會增加下行鏈路干擾和小區(qū)重疊面積，還會導(dǎo)致導(dǎo)頻污

6、染；另一方面，若導(dǎo)頻功率過小，會導(dǎo)致小區(qū)主導(dǎo)面積下降，從而導(dǎo)致相鄰小區(qū)超載或出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋漏洞。因此，需要根據(jù)基站覆蓋區(qū)域及業(yè)務(wù)支持能力的需求，對基站導(dǎo)頻功率進(jìn)行優(yōu)化。本文對WCDMA網(wǎng)絡(luò)基站導(dǎo)頻功率優(yōu)化問題進(jìn)行了研究，構(gòu)建了WCDMA網(wǎng)絡(luò)基站導(dǎo)頻功率優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型，提出了一種基于免疫計算的基站導(dǎo)頻功率優(yōu)化方案?？紤]到家庭基站在解決局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò)容量、盲區(qū)覆蓋等問題的重要作用，本文還對家庭基站的導(dǎo)頻功率優(yōu)化問題進(jìn)行了研究，基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)

7、構(gòu)和傳播流量分布，提出了家庭基站導(dǎo)頻功率及毫微微小區(qū)半徑的優(yōu)化配置方案。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本文所提方案的有效性，具有較好的理論價值。
　　3.各種異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)的無縫融合是下一代通信網(wǎng)絡(luò)的顯著特征之一。聯(lián)合會話接納控制是針對異構(gòu)無線通信系統(tǒng)的一種宏觀資源管理，其目的是使用戶會話在各個無線接入網(wǎng)絡(luò)中均衡分布。本文對單運(yùn)營商異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的聯(lián)合會話接納控制問題進(jìn)行了研究，構(gòu)建了聯(lián)合會話接納控制問題的數(shù)學(xué)模型，提出了基于免疫計算的聯(lián)合會話

8、接納控制方案，并通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文方案。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與文獻(xiàn)方案相比，本文方案在阻塞率和頻譜效用之間獲得了更好的性能折中，同時更好地兼顧了同一運(yùn)營商內(nèi)各個接入網(wǎng)絡(luò)之間的公平。
　　4.在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合場景下，垂直切換是保證無線業(yè)務(wù)連續(xù)性的有效手段，同時也是調(diào)整各個無線接入網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的有效方法，垂直切換判決方案決定了垂直切換的性能。本文對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合場景下的垂直切換判決問題進(jìn)行了研究，構(gòu)建了垂直切換判決問題的數(shù)學(xué)模型，提出了一種基于

9、簡諧振子免疫優(yōu)化算法的垂直切換判決方案，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文方案能夠有效地平衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、增加終端電池的生存時間。
　　5.在融合多種無線接入技術(shù)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，用戶業(yè)務(wù)在時域和空域上分布的不均衡性是影響整個異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)性能的主要因素。本文對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合場景下的負(fù)載均衡問題進(jìn)行了研究，提出了一種基于接入選擇和業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移的動態(tài)負(fù)載均衡機(jī)制。本文把接入選擇建模為約束優(yōu)化問題，利用求得的結(jié)果把接入任務(wù)均衡地分配到各個基站小區(qū)中