工程中频率规划与优化方法研究.doc

工程中频率规划与优化方法研究一、频率规划方法频率规划是指在建网过程中，根据某地区的话务量分布分配相应的频率资源，以实现有效覆盖。在进行频率规划的过程中有以下几点因素需要确定：1. 基站站型的确定基站的站型是进行频率规划的前提，根据话务量和目标阻塞率可以确定基站的站型。通过话务量A，载频个数n，阻塞率E, 根据话务量A和阻塞率E，查询相应的表就可以得出某小区需要配置的频点个数n。2. 频率规划方法的确定首先是频率参数的设置，主要包括：（1） 控制信道是否单独分配控制信道是发送一些重要的控制信息和小区参数信息的，对控制信道的规划要求也比较高，在规划时应优先满足控制信道的同邻频干扰尽量小。一般情况下为了尽量避免控制信道和业务信道间的干扰，降低频率配置时的难度，常常采用控制信道的频率范围与业务信道的频率范围相互独立的方法。根据这样的原则需要给控制信道分配一段单独的频段，这个频段可以是连续的也可以是离散的，使用离散的频段主要是为了将控制信道的频点间隔起来，可以避免控制信道之间的干扰，但会存在控制信道和业务信道间的干扰；而使用连续的控制信道频段可以避免控制信道和业务信道之间的干扰，但是会增加控制信道之间的干扰。 （2）控制信道和业务信道的频率复用方式频率的复用方式可以采用分组复用方式、MRP或不分组的动态复用方式。分组复用方式和MRP的频率复用方式都是比较常用的频率复用方式，而动态频率复用方式是上海大唐移动通信设备有限公司中网络规划人员长期工作经验的总结，这种频率复用方式不同于其它的频率分组复用的方式，它不将可用频点进行分组，在进行频率分配的时候考虑所有的可用频点，选择满足一定分配要求的频点作为当前的频率配置，这种频率复用方法思路简单、效果明显、而且频率利用率非常高，通常当频率资源非常有限，其它的分组复用方式无法进行分配的情况下还可以进行频率分配，理论上可以达到最佳的频率配置结果。动态的频率复用方式可以根据频率配置中的最低频率间隔要求对频率进行分配，达到最大的频率复用系数，当网络建设越来越庞大的时候无疑是一种实用的频率复用方式，但是动态频率复用方式中对频点的选择难度较大，适合用计算机进行算法实现。控制信道的规划中常采用4*3、5*3或动态的频率复用方式。表1所示为4*3频率复用方式时的分组情况：频率范围11-22，共12个频点，分为A1、A2、A3、A4四组，每组三个载频。 表1控制信道分组方式（4*3）A1111519A2121620A3131721A4141822在进行频率配置的时候，每个基站分配一个频率组（包括三个载频），基站的每个小区分配三个载频中的一个（一般最多为三个小区，对应三个载频），如果同一频率组的复用距离合适可以有效地避免基站间的同邻频干扰。业务信道常采用的复用方式有动态复用、分组复用和MRP复用方式。业务信道中的分组复用与控制信道的分组复用方式略有不同，控制信道的频率组分配给基站，而业务信道的频率组直接分配给各个小区。以3*3的复用方式为例如表2所示，所有的可用频率被分为A1-C3九组。表2 3*3频率复用方式A1B1C1A2B2C2A3B3C3232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455565758在进行频率分配的时候首先分配一个频率组（4个载频）给一个小区，各小区根据实际的需要在分配的频率组中选择需要的频点，最多可以分配四个载频给一个小区，每一个频率组中的频点间隔为9，合理分配频率组可以有效的避免同邻频干扰。根据表格分析还可以发现，分组方式可以根据可用频点的个数和分组方式都可以确定相应的可以分配的最大基站站型，即一组中可以分配几个频点，超过最大站型时严格意义上是不允许采用该种频率复用方式进行频率分配的，如果还要继续分配，分配的效果是不能达到预期的效果的。MRP也是一种频率复用系数较高的频率复用方式，它的主要分配原则是根据基站站型对可用频率进行分组，每一组对应实际网络中的一层，进行频率配置的时候逐层对小区进行频率分配，不同的层可以采用不同的频率分配方式，每组中选出一个最合适的频点作为当前小区相应层的配置频点，即一层一层地对实际的网络进行频点的规划，以求造成的干扰最小。表3所示为当网络中小区的最大配置为4，MRP的分组为7/7/6/6时的一种情况。表3 MRP复用方式A123,24,25,26,27,28,29A230,31,32,33,34,35,36A337,38,39,40,41,42A443,44,45,46,47,48进行频率配置的时候从A1-A4四组中各按照不同的频率复用方式取一个频点作为当前小区的频率配置，这种方法有效地将同一小区不同层的配置频点隔离，频率利用率较高，是一种较常采用的频率规划方法。MRP的复用方式也存在最大站型的限制条件，当一层中的可以选择的频点个数小于一定值的时候，采用MRP的复用方式的结果会非常不理想的。其次是确定各基站小区的规划优先级和可用频点的优先级。小区的规划优先级越高，该小区的规划顺序就越提前；频点的优先级越高就说明该频点分配在某小区可能产生的干扰越小。不同的频点分配在不同的小区可能产生的干扰是不同的，如果一个小区被优先分配频点，其它小区还没有进行频率的配置，那么它在规划的时候就可以在较多的优先级比较高的频率范围内选择频点；而如果一个小区优先级较低，在对该小区进行频率规划的时候，大部分小区已经分配了频点，频率资源大部分被占用了，就只能在较少的优先级比较高的频点中进行选择了。一般来说，在对一个地区进行频率规划的时候，在市中心地区话务量比较大，基站比较密集，基站的覆盖面积比较小，邻区却比较多，这些小区的规划顺序就比较前，而在郊区，由于话务量密度较小，基站较少，基站的覆盖面积比较大，这些小区的规划顺序就比较后。频点优先级的确定是随当前小区和相邻小区的频率配置而变化的，一般情况下，可选频点的优先级根据当前小区所属基站的频率配置、不同基站相邻小区的频率设置以及频率间隔要求等因素来确定。同一个频点在不同小区上计算出来的优先级是不同的，一个频点在某小区的优先级越高意味着该频点在该小区上可能产生的同邻频干扰越小，在进行频率配置的时候总是选择优先级最高的频点作为当前小区的频点配置。 3. 工程实例根据以上的频率规划的基本方法和原则，上海大唐移动通信设备有限公司开发了非常有实用价值的进行网络规划与优化的应用软件产品PLAN2000以及针对网络测试与优化的网优平台，在许多实际的工程中取得了较好的应用，该软件可以模拟网络的实际运行情况，无论对于建网时的网络规划，还是对于网优过程中的参数优化都是一个非常实用的仿真工具。例如：我们针对某地区的实际的基站分布应用不同的频率配置方法进行了频率规划，分析每一种频率规划的效果，得到了下面的表格，其中ARFCN范围为13-95，C/I门限为9dB，C/A门限为3dB，干扰百分比指该小区的干扰面积占该小区覆盖面积的百分比，C/I是指同频干扰值大于9dB的干扰百分比，C/A是指邻频干扰值大于3dB的干扰百分比，三种分配方式中都是将控制信道与业务信道单独分配，我们从所有的基站数据中选择出一部分结果对比如下：表4 各种频率复用方式的配频结果基站编号 小区编号 动态方式 MRP 3*3基站编号小区编号动态方式MRP3*3C/IC/AC/IC/AC/IC/A110.00%27.07%0.00%32.75%0.87%49.78%120.00%0.87%0.00%49.57%0.00%49.57%130.00%44.44%2.78%47.22%0.00%47.22%210.00%7.11%0.00%29.65%0.02%26.85%220.00%66.73%20.33%70.20%0.00%67.78%237.71%8.37%7.71%2.48%0.76%0.05%319.66%29.54%0.79%57.23%0.02%64.11%320.37%34.61%0.00%21.12%0.10%3.49%330.00%7.07%0.00%7.07%59.03%0.00%4122.56%32.71%8.60%54.22%26.68%55.38%420.00%0.00%0.00%1.59%0.00%13.87%430.00%0.03%0.00%0.00%0.02%9.46%对表格中结果进行分析发现，每一种频率复用分配方式都有其优点与缺点，降低一个小区的同频干扰的同时势必会造成邻频干扰的增加或其它小区的同邻频干扰的增加，如果某小区使用任一种频率复用方式，其同邻频干扰始终很大，这可能与基站的站址分布、相邻小区的天线角度设计理有关，这就需要对基站的其它参数进行调整才能获得较好的效果。由于频率规划中存在的随机因素，一般要进行多次的规划实验或优化才能得出较好的效果。一般来说，不同的基站布局以及不同的频率资源，各种频率复用方式产生的结果是不同的，每一种分组复用方式都存在最大站型的限制条件，当基站站型比较大的时候可以使用的分组复用方式就比较有限了，而动态的频率复用方式适用的范围比较大，特别当基站站型比较大而频率资源比较有限的情况下，动态的频率复用方式往往能够取得非常好的分配效果；当基站站型比较小、频率资源比较多的情况下，用分组复用或者MRP复用方式的效果相对动态分配的效果好一些。在进行一个地区的频率规划的时候应该用多种方式进行规划并对结果进行比较，选出一种最好的作为规划结果。二、频率优化方法如果在建网的初期规划时频率规划得不好，或者在网络扩容过程中频率资源分配的不合理，都会造成整个网络建成后某些性能指标比较差。对于已经建好的移动通信网络，局方一般是不想进行较大规模的修改的，只想通过一些局部的调整以达到网络性能指标提高的目的，这些局部调整就属于优化的范畴。对于现有的GSM网络，随着用户的不断增加，如何通过频率优化的方法对网络进行局部调整，使网络的性能指标有所提高是一个有待研究的问题，现有的频率优化的方法有许多种，如：遗传算法、神经网络算法等，这些算法虽然是比较好的优化方法，但是都没有能够很好的解决如何将不同的频率复用方式与优化方法结合起来的问题，同时由于算法本身的限制，优化时间比较长。我们在工程的不断实验中总结出一种简单有效的优化方法，它利用遗传算法的思想，同时与工程实际应用相结合，速度较快、效果明显，在许多工程实践中都得到了较好的应用。 1、理论依据：遗传算法的一个重要原则就是优胜劣汰，将父代群体中性能好的个体遗传下来，而将性能不好的个体淘汰，并重新产生新的个体进行补充，然后在子代中应用同样的原则，依次类推，直至产生比较满意的结果。将这个原则应用于频率优化中：对于已有的频率规划方案，将待优化小区中性能值比较好的小区配置保留下来，而将待优化小区中性能值比较差的小区配置删除重新进行配置，获得一组新的频率配置，然后重新计算其性能值，按照相同原则依次类推，直至获得比较满意的结果。不难发现，在将遗传算法应用于频率优化时如何确定性能值是非常重要的，它直接决定下一步的优化小区，将直接影响优化的效果。应该明确，进行频率优化的目的是为了减小网络中的同邻频干扰，当某小区受到的同邻频干扰超过一定的门限值的时候会使该小区的接收质量非常差的，从而造成较大的掉话率和较多的切换次数，甚至影响小区的覆盖，所以本文以同邻频干扰的大小作为计算网络性能值的主要依据。2、优化流程： 首先需要根据网络的实际情况和用户的反映确定待优化的小区，分析实测数据发现接收质量较差、掉话率高或者切换次数过于频繁的地区，找到有可能由于频率配置不合理造成网络性能指标较差的地区，将覆盖这些地区的小区作为待优化的小区。在一个移动通信网络中很有可能只是由于其中个别小区的干扰比较大造成网络的指标比较差，所以在进行频率优化的时候应该允许仅对个别基站进行优化，即全网封闭局部优化的方法，仅对个别干扰比较严重的小区进行频率的优化，通过改动个别小区的频点配置达到较好的效果。其次需要设定一些优化参数，如：（1）控制信道的分配模式，控制信道是与业务信道混合分配还是单独分配，控制信道和业务信道的频率复用方式等；（2）频率的限制条件，在进行频率优化的时候，局方一般不希望对网络进行很大规模的修改，在这种情况下就需要添加一些限制条件，包括仅选择部分区域内的小区进行频率优化，或者对个别待优化小区的可用频点范围进行限制，当设置了一定的限制条件之后，可用频点的资源将会减小，并影响频率配置的效果，可以想象频率的限制条件越多，可用的频率资源就越小，可能就会越不容易达到最佳的配频效果；（3）优化次数的设定，优化次数如果选择过多，会造成一些不必要的时间上的浪费，如果优化次数太少又会影响优化效果。这种频率优化的方法并不能做到完全消除随机因素，优化方法本身来讲并不是绝对收敛的，但是由于这种优化方法算法简单、速度快，我们可以利用多次优化取最优值的方法加以弥补，虽然不能保证进行一次优化的结果就是最优结果，但是从理论上讲优化次数越多，获得最优结果的可能性就最大。在这种优化方法中，时间主要消耗在频率干扰的分析中，因为需要根据干扰分析的结果计算一次应该有哪几个小区参加优化，而仅仅进行频率配置的速度是比较快的。同时由于在进行频率优化的时候利用了频率规划时的算法，使系统的规划和优化有机地结合在一起，可以提供较多的优化方案，有效地利用了已有的资源，取得了较好的效果。 4、工程实例：在湖北省某地区，根据网优平台的实测数据分析软件，工程人员发现该地区的实测数据中在沿江地区频繁切换特别严重，分析其切换原因可以发现由于地形比较复杂