專利名稱：一種頻率優化方法
技術領域：
本發明涉及一種頻率優化方法，更具體地說，是無線移動通信系統領域中的一種頻率優化方法。
背景技術：
隨著移動通信的發展，移動用戶的逐步增加，需要運營商不斷地對網絡的進行優化與擴容，其中如果由于在建網的初期規劃時頻率規劃得不好，或者在網絡擴容過程中頻率資源分配得不合理，就會造成網絡的同鄰頻干擾比較嚴重、接收質量差、容易掉話等影響，使運營商在競爭中處于劣勢地位。如何有效利用現有資源，使有限的頻譜資源發揮最有效的作用，一直是網絡優化人員在努力解決的問題。
GSM蜂窩網絡中的頻率優化是一個非常復雜的多元非線性優化問題，國內及國際上這方面的研究都比較多，如神經網絡法、染色體法等等，可是這些方法在實際應用中存在運行時間長且效果不理想等缺點，而且由于蜂窩網絡的布局、頻率復用的方式都千變萬化，同時運營商在進行頻率優化的過程都想以最小的改動達到最佳的效果，這些優化方法的靈活性都不能滿足這些要求。
在GSM系統中可以使用的頻率規劃方法非常多也非常靈活，如將控制信道與業務信道的范圍混合或者獨立分配，使用多種頻率復用方式如分組復用(包括1*3，2*3，3*3，4*3，5*3，7*1，7*3的分組復用方式)、動態復用、多重頻率復用(MRP)等等，各種復用方式都有其優點和局限性，控制信道和業務信道可以采用不同的復用方式，任意的組合都可能產生不同的效果，需要根據不同地區的基站布局選用不同的方式。同時運營商在進行頻率的優化時一般只希望對頻率干擾比較嚴重的區域進行頻率優化，而不希望對全網有太大規模的改動。

發明內容
針對上述實際中的需要，本發明給出一種簡單有效的優化方法，它利用遺傳算法的思想，同時與工程實際應用相結合，利用已有的頻率規劃的算法中的隨機性特點，多次運行取最佳值，此方法速度較快、效果明顯。下面將具體介紹此優化方法。
遺傳算法的一個重要原則就是“優勝劣汰”，將父代群體中性能好的個體遺傳下來，而將性能不好的個體淘汰，并重新產生新的個體進行補充，然后在子代中應用同樣的原則，依次類推，直至產生比較滿意的結果。將這個原則應用于頻率優化中對于已有的頻率規劃方案，計算在當前配置下整個網絡的性能值，將待優化小區中性能值比較好的小區配置保留下來，而將待優化小區中性能值比較差的部分小區的頻點配置刪除并重新進行配置，獲得一組新的頻率配置，然后重新計算新配置下整個網絡的性能值，如果此次配置的結果不如原來的配置結果好，則取消此次配置結果，重新對性能值差的小區進行頻點的配置，依次類推，由于每次在進行頻點配置的時候都帶有隨機因素，隨著嘗試次數增加，總會出現配置較好的一種結果。這種優化思路雖然在理論上不是一種絕對收斂的優化方式，但是可以通過頻點選擇中的最優化選擇方法加以彌補，同時由于這種方法的計算速度比較快，可以進行多次計算，逐步去除頻點分配中的隨機因素，獲得趨于最佳的解，在實際應用中有很大的價值。
從以上的簡單介紹中不難發現，在將遺傳算法應用于頻率優化的過程中如何確定網絡的性能值是一個非常重要的因素，網絡的整體性能值以及各個小區的性能值計算都將直接決定下一步的優化方向，都將直接影響最后的優化效果。應該明確，對無線蜂窩網絡進行頻率優化的目的是為了減小網絡中有些地方由于存在同鄰頻而引起的干擾，當某地區接收信號受到的同鄰頻干擾超過一定的門限值的時候會使其接收質量非常差的，從而造成通話質量差、掉話率高和切換頻繁等不良后果，根據網絡實際，本優化方法將以同鄰頻干擾的大小作為計算網絡性能值的主要依據。網絡的同鄰頻干擾一般都有一個最低門限值，如果分析出的同鄰頻干擾值超過這個門限值，則會對網絡的性能產生影響，在分析網絡整體及各個小區性能值的時候就以此門限為界限，超過此性能值的干擾指標，每隔3dB為一個等級，每個等級對應一個權值，對規劃區內的每一點的同鄰頻干擾分別進行統計并累加此性能值，整個網絡的累計所有點的權值，各個小區的性能值累計該小區作為主服務區的區域內各點的干擾權值。
具體來說，本發明的頻率優化方法是這樣實現的，一種頻率優化方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟1〕輸入頻率優化時所需的數據；2〕根據各個小區的場強分布信息和小區的頻點配置信息得出網絡的整體干擾性能值和原始基站的配頻數據；3〕進入外循環，將優化集合內的小區進行頻率的重新配置，進行干擾分析得出網絡的干擾性能值，并備份重新頻率配置后的配頻數據；4〕進入內循環，每完成一次頻率配置，就需要計算網絡的干擾性能值，對比此次頻率配置的結果與最佳頻率配置結果，如果網絡性能提高則保存此次配置結果為最佳頻率配置，同時將優化集合減小，比較各個小區的干擾大小，優化集合中將只保留干擾大的一部分小區；如果網絡性能反而惡化，則忽略此次頻率配置結果，根據原來最佳頻率配置重新對優化集合內的小區進行頻率配置；5〕在外層循環中僅僅將內層循環中獲得的最佳配頻數據與外層循環中的最佳結果相比較，如果內層結果優于外層結果，則將內層的優化結果賦予外層作為最佳結果，如果內層的新的優化結果不如原來的結果則將此次內層的優化結果忽略，如果內層優化結果連續兩次保持不變，則退出循環。


下面結合附圖，對本發明方法進一步說明，從以下描述中可以了解本發明的具體過程、特征和優點。
圖1是本發明的頻率優化流程圖；圖2是優化前同頻干擾的示意圖；圖3是優化前的鄰頻干擾示意圖；圖4是優化后的同頻干擾示意圖；圖5是優化后的鄰頻干擾示意圖。
具體實施例方式
下面先對整個頻率優化的過程進行概述。
首先需要根據網絡的實際情況和用戶的反映確定待優化的小區。分析實測數據可以發現接收質量較差、掉話率高或者切換次數過于頻繁的地區，也可以根據用戶的投訴確定經常出現問題的地區，找到有可能由于頻率配置不合理而造成網絡性能指標較差的地區，將覆蓋以及毗鄰這些地區的小區作為待優化的小區。在一個移動通信網絡中很有可能只是由于其中個別小區的干擾比較大造成網絡的指標比較差，所以在進行頻率優化的時候應該允許僅對個別基站進行優化，即全網封閉局部優化的方法，僅對個別干擾比較嚴重的小區進行頻率的優化，通過改動個別小區的頻點配置達到較好的效果。
其次確定進行頻率優化時的小區優化順序。小區的規劃優先級越高，該小區的規劃順序就越提前。小區的規劃順序在理論上是不影響頻率配置結果的，但是會影響達到最佳結果的時間。不同的頻點分配在不同的小區可能產生的干擾是不同的，如果一個小區被優先分配頻點，其它小區還沒有進行頻率的配置，那么它在規劃的時候就可以在較多的干擾較小的頻率范圍內選擇頻點；而如果一個小區優先級較低，在對該小區進行頻率規劃的時候，大部分小區已經分配了頻點，頻率資源大部分被占用了，就只能在較少的干擾較小的頻點中進行選擇了，如果頻率資源非常有限甚至可能會沒有什么干擾小的頻率資源了。一般來說，在使用相同時間的情況下按小區規劃優先級規劃比不按小區優先級規劃規劃的結果要好許多。通常一個小區的規劃順序主要是由該小區鄰區的多少及覆蓋面積來決定的，也可以人為地根據實際網絡要求進行一些設置。例如在對一個地區進行頻率規劃的時候，在市中心地區話務量比較大，基站比較密集，基站的覆蓋面積比較小，鄰區卻比較多，這些小區的規劃順序就比較前，而在郊區，由于話務量密度較小，基站較稀疏，基站的覆蓋面積比較大，這些小區的規劃順序就比較后。
再次，還要確定采用的頻率復用的方式。GSM移動通信網絡的頻率復用很多，有分組復用(4*3、7*3、5*3、7*1)、多重頻率復用等等，同時還可以針對各個地區不同的要求，采用控制信道單獨分配的方法，這些方法的任意組合都有可能產生意想不到的分配效果。本方法在優化過程中沿用了這種采用頻率復用方式進行頻點分配的方法，不同的復用方式產生的優化效果也可能不一樣。
最后就可以開始頻率優化的過程了。優化的主要原則是去劣存優，將干擾比較大的小區頻點重新進行配置，每次優化干擾較大的一半小區，如果干擾減小，則減小優化小區的個數，每次總是優化干擾最大的幾個小區的頻點，在頻率資源比較有限的情況下，逐步去除頻點分配時的隨機因素，盡量對每一個小區的頻率配置都達到理想狀態是優化的目標。
本方法的具體流程如圖1所示，該流程包括內循環和外循環。內循環用來實現優勝劣汰的遺傳算法，外循環用來獲得多次優化結果中的最佳頻率配置，相應的內循環次數表示遺傳算法中的遺傳代數，外循環次數表示優化次數。
下面結合附圖具體描述各個步驟，首先進入步驟100中，輸入基站的信息，主要包括進行頻率優化時必須的基站數據，頻點配置信息、各個小區的場強分布、優化小區集合以及優化次數、小區優化順序等參數。然后進入步驟101，進行第一次數據備份，即根據各個小區的場強分布信息和小區的頻點配置信息，得到網絡的整體干擾性能值，記為P0，并將原始基站的配頻數據進行備份，記為B0，在整個優化流程中B0將始終存放外層循環中的最佳優化結果。
步驟102中設置一個判斷，用來確定外循環次數是否完成，如果沒有完成，進入步驟103執行外循環的操作，即將待優化集合內的小區進行頻率的重新配置，并根據干擾分析結果得出網絡的干擾性能值P1，同時備份重新頻率配置后的配頻數據B1，在整個優化過程中B1中將始終存放內層循環中的最佳優化結果。在內層循環中，優化集合是隨著頻率配置結果的不同而不斷改變的，當每完成一次頻率配置，就需要計算網絡的干擾性能值，對比此次頻率配置的結果與備份的最佳頻率配置結果，如果網絡性能提高則保存此次配置結果為最佳頻率配置，同時將優化集合減小為原來的一半，優化集合應不小于預先設定的一個最小優化集合的限制，比較各個小區的干擾大小，優化集合中將只保留干擾大的一部分小區；如果網絡性能反而惡化，則忽略此次頻率配置結果，導入原來備份的最佳頻率配置重新對優化集合內的小區進行頻率配置；如果網絡性能值沒有任何變化則說明優化流程陷入死循環，則需要馬上退出內循環。
流程在步驟104中執行第二個判斷，確定內循環次數是否結束，如果沒有結束，執行步驟105，取消待優化集合中的小區現有的頻點配置，接下來的步驟106對新的頻點配置重新進行干擾分析并計算網絡性能值P2，然后比較網絡性能值，通過相關的數值判定，確定網絡性能是否得到了改善，即步驟107，該判斷結果會出現三種情況，一種情況是，如果判斷結論為網絡性能變差，轉入步驟109，讀入備份的頻點配置，原B1作為當前的頻點配置，接著再次返回流程中的第二個判斷，即步驟104，另一種情況是，如果配頻后網絡性能有所改善，表示此次頻率配置優于原來的頻率配置結果，轉入步驟110，將待優化集合在原來的基礎上減半，將優化結果的P2放置給P1，并對當前頻點配置B1做備份，完成后同樣返回第二個判斷104；還有第三種情況是經過配頻后網絡的性能沒有任何變化，這說明現有網絡在設定的優化限制條件下只存在一種可能的頻率配置結果，也就是說優化循環進入了死循環，需要立即結束循環，步驟108結束內循環，轉入步驟111。
在外層循環中僅僅將內層循環中獲得的最佳結果B1與外層循環中的最佳結果相比較，如果內層結果優于外層結果，則將內層的優化結果賦予外層作為最佳結果，如果內層的新的優化結果不如原來的結果則將此次內層的優化結果忽略，如果內層優化結果連續兩次保持不變，則退出循環。在步驟111中執行判斷，即對內外循環網絡性能值的大小做一個比較，確定經過一次內循環的優化算法，網絡性能是否改善，這個判斷是通過比較備份的網絡性能值的大小來實現的，同樣判斷結果會出現三種可能的情況，如果網絡性能改善，轉入步驟113，表明經過一次優化內循環的流程新的頻率配置使網絡的整體干擾值有所減小，將最優化的結果P1給P0，并對當前頻點配置B0進行備份，如果網絡性能變差，轉入步驟114，將外層循環中備份的最佳頻點配置B0讀入為當前網絡的頻率配置，由于整個流程是不斷進行的，因此步驟113和114之后都返回步驟102，還存在判斷結果為網絡性能值沒有變化的情況，與內層循環相似，這表明此時網絡可能只存在一種頻率配置方案，為了不使優化流程進入死循環，需要立即終止優化過程，進入步驟112，結束外循環。
最后在步驟115中根據不同優化結果輸出相應的信息，如果經過全部的優化以后網絡的性能的確得到提高，則給出優化結果，如果優化失敗，則給出優化失敗的提示。
優化過程中主要的優化時間花費在干擾分析上，需要計算每個點的同鄰頻干擾值，平均一個中等地區的頻率優化一次的時間在十分鐘以內。不能否認，這種頻率優化的方法并不能做到完全消除隨機因素，優化方法本身來講并不是絕對收斂的，但是由于這種優化方法算法簡單、速度快，我們可以利用多次優化取最優值的方法加以彌補，雖然不能保證進行一次優化的結果就是最優結果，但是從理論上講優化次數越多，獲得最優結果的可能性就最大。在這種優化方法中，時間主要消耗在頻率干擾的分析中，因為需要根據干擾分析的結果計算一次應該有哪幾個小區參加優化，而僅僅進行頻率配置的速度是比較快的。同時由于在進行頻率優化的時候利用了頻率規劃時的算法，使系統的規劃和優化有機地結合在一起，可以提供較多的優化方案，有效地利用了已有的資源，取得了較好的效果。
圖2-5是將此方法應用于某工程的優化效果圖，圖2及圖3是優化前的同鄰頻干擾分布圖，圖4和圖5是優化后的同鄰頻干擾分布圖。效果圖中有陰影部分是代表存在有干擾的地方，陰影越淺的地方表示干擾越大，白色部分是沒有干擾或者計算出的干擾值不會響應通信的正常進行，從優化前后的同鄰頻干擾分布圖可以看出優化效果是非常明顯的，大部分的干擾都已經被去除掉了。
下表1給出優化前后的同鄰頻干擾面積占整個規劃區面積的統計百分比數值，其中同頻干擾用C/I表示，統計同頻干擾大于9dB的干擾面積在優化前占2.30％，優化后干擾面積只有0.48％；類似的，鄰頻干擾用C/A表示，統計鄰頻干擾值大于3dB的干擾面積在優化前占8.94％，優化后干擾百分比下降到7.04％，可以看出經過優化，同頻干擾有大幅度減小，而鄰頻干擾也有相應減小。
表1優化結果對比表

前面提供了對較佳實施例的描述，以使本領域內的任何技術人員可使用或利用本發明。對這些實施例的各種修改對本領域內的技術人員是顯而易見的，可把這里所述的總的原理應用到其他實施例而不使用創造性。因而，本發明將不限于這里所示的實施例，而應依據符合這里所揭示的原理和新特征的最寬范圍。
權利要求
1.一種頻率優化方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟1〕輸入頻率優化時所需的數據；2〕根據各個小區的場強分布信息和小區的頻點配置信息得出網絡的整體干擾性能值和原始基站的配頻數據；3〕進入外循環，將優化集合內的小區進行頻率的重新配置，進行干擾分析得出網絡的干擾性能值，并備份重新頻率配置后的配頻數據；4〕進入內循環，每完成一次頻率配置，就需要計算網絡的干擾性能值，對比此次頻率配置的結果與最佳頻率配置結果，如果網絡性能提高則保存此次配置結果為最佳頻率配置，同時將優化集合減小，比較各個小區的干擾大小，優化集合中將只保留干擾大的一部分小區；如果網絡性能反而惡化，則忽略此次頻率配置結果，根據原來最佳頻率配置重新對優化集合內的小區進行頻率配置；5〕在外層循環中僅僅將內層循環中獲得的最佳配頻數據與外層循環中的最佳結果相比較，如果內層結果優于外層結果，則將內層的優化結果賦予外層作為最佳結果，如果內層的新的優化結果不如原來的結果則將此次內層的優化結果忽略，如果內層優化結果連續兩次保持不變，則退出循環。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述頻率優化時的必需數據包括基站數據、頻點配置信息、各個小區的場強分布信息、優化小區集合、優化次數等參數。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括輸出結果的步驟，如果經過全部的優化以后網絡的性能的確得到提高，則給出優化結果，如果優化失敗，則給出優化失敗的提示。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述優化集合是隨著頻率配置結果的不同而不斷改變的。
全文摘要
本發明公開了一種頻率優化方法，包括以下步驟1〕輸入頻率優化時所需的數據；2〕根據各個小區的場強分布信息和小區的頻點配置信息得出網絡的整體干擾性能值和原始基站的配頻數據；3〕進入外循環，將優化集合內的小區進行頻率的重新配置，進行干擾分析得出網絡的干擾性能值，并備份重新頻率配置后的配頻數據；4〕進入內循環，每完成一次頻率配置，就需要計算網絡的干擾性能值，對比此次頻率配置的結果與最佳頻率配置結果；5〕在外層循環中僅僅將內層循環中獲得的最佳配頻數據與外層循環中的最佳結果相比較。
文檔編號H04W16/02GK1406076SQ01126750
公開日2003年3月26日 申請日期2001年9月14日 優先權日2001年9月14日
發明者管蘇瑋 申請人:上海大唐移動通信設備有限公司