一種基於遺傳算法的td-cdma網絡基站主頻和擾碼優化方法

2023-09-23 02:59:05 7

專利名稱：一種基於遺傳算法的td-cdma網絡基站主頻和擾碼優化方法
技術領域：
本發明屬於移動通信網絡優化領域，具體涉及一種基於遺傳算法的TD-CDMA網絡基站主頻和擾碼優化方法。
背景技術：
TD-SCDMA (時分同步-碼分多址)是現在移動通信中常用的網絡之一。TD-SCDMA系統採用了智能天線等技術，可以通過波束賦形的技術來避免其他用戶對當前用戶的幹擾。但是幹擾還是不能夠完全避免，因為由於無線傳播環境的複雜性，不可避免的產生多徑和時延，這就導致TD-SCDMA系統中依然存在一定的幹擾，因此，需要對頻率和擾碼進行詳細的規劃。
目前國內很多地方網絡優化還主要採用人工方法，通過人工經驗給出方案。這需要使用大量人力物力，而且效率低，成本高，非常容易出錯，之後必須反覆檢查，但是很難達到全局優化，只能局部達到要求。人們急需一套高效的、令人滿意的且價格低廉的自動網絡規劃與優化軟體以擺脫繁重的手工設計工作。近年來，隨著數字地圖及掃頻技術越來越成熟，為通過計算機軟體參與規劃和優化提供了便利，特別是網絡實際測量數據的引入參考，使得網絡優化更加準確，貼近實際，因此傳統的人工規劃和優化方法已經很難適應網絡快速建設的需求，通過軟體參與規劃和優化是大勢所趨。

發明內容
為克服上述人工方法進行網絡優化的缺陷，本發明提供一種基於遺傳算法的TD-CDMA網絡基站主頻和擾碼優化方法，其優化效率高，成本消耗少，且不容易出錯。本發明的還提供了實現上述方法的系統。—種基於遺傳算法的TD-SCDMA網絡基站主頻和擾碼優化配置方法，具體為(I)對全網各小區的主頻和擾碼做隨機分配生成多個個體，將生成的多個個體與全網各小區原始的主頻和擾碼配置一起構成種群，令運算代數t = I ；(2)對種群的每個個體進行規則檢查及修復；(3)計算種群的優化率，若優化率大於等於預定優化率閾值，則該優化率對應的最優個體即為小區主頻和擾碼優化配置方案，結束，否則，進入步驟(4)；(4)對種群中的個體進行隨機兩兩配對，按照給定的交叉概率對每一配對進行交叉操作，將交叉操作後得到的新個體加入種群；(5)對步驟(4)得到的種群中所有個體進行規則檢查及修復；(6)按照給定的變異概率，對步驟(5)修復後的種群中各個體分別進行主頻和擾碼變異，將主頻和擾碼變異得到的新個體加入種群；(7)計算步驟(6)得到的種群的每個個體的總幹擾量值，在種群中保留部分總幹擾量值較小的個體；(8)判斷運算代數t是否大於等於預定截止代數，若是，則從種群中選取優化率最高的個體作為最優小區主頻和擾碼配置方案，否則，t = t+Ι，返回步驟(3)；所述個體規則檢查及修復按照如下方式進行定義四規則規則I-同基站的小區不能同主頻；規則2-主服務小區與鄰區若同主頻則不能同複合擾碼組及下行同步碼組，鄰區包括直接鄰區和二階鄰區；
規則3-同基站的小區不能同複合擾碼組；規則4-主服務小區不能與鄰小區採用相同擾碼；建立六列表其中四列表分別記錄不符合規則I 4的小區對，稱為不符合規則小區對表；第五列表記錄主頻改變過的小區，稱作主頻鎖定小區列表；第六列表記錄擾碼改變過的小區，稱作擾碼鎖定小區列表；修復不滿足規則I的小區對對於不符合規則I的小區對表中的每一個小區對，選擇該小區對中鄰區較少的小區，將其主頻改變，使得該小區對符合規則I ;將主頻改變過的小區加入主頻鎖定小區列表；檢查當前整個網絡配置規則符合情況，更新四個不符合規則小區列表；修復不滿足規則2的小區對對於不符合規則2的小區對表中的每一個小區對，首選改變該小區對的任意一個或兩個小區的擾碼，使得該小區對符合規則2且不增加對規則3,4的違背；其次，如果改變擾碼必定增加對規則3，4的違背，則選擇該小區對中未被主頻鎖定的小區，將其改變主頻使得該小區對符合規則2且不增加對規則3，4的違背；最後，如果改變擾碼必定增加對規則3，4而且該兩小區均被主頻鎖定，則選擇其鄰區數較少的小區改變主頻，使得該小區對符合規則2且不增加對規則3，4的違背；將主頻或擾碼改變過小區加入主頻鎖定小區列表或擾碼鎖定小區列表；檢查當前整個網絡配置規則符合情況，更新四個不符合規則小區列表；修復不滿足規則3的小區對對於不符合規則3的小區對表中的每一個小區對，如果兩小區都沒有被擾碼鎖定，則改變其中鄰區較少的小區，使得該小區對符合規則3且不增加對規則4的違背；如果有且只有一個小區未被擾碼鎖定，則改變該小區的擾碼，使得該小區對符合規則3且不增加對規則4的違背；如果兩個小區都被擾碼鎖定，則改動鄰區較少的小區的擾碼，使得該小區對符合規則3且不增加對規則4的違背；如果擾碼改變的小區是被擾碼鎖定的，則重複一次修復不滿足規則2的小區對；檢查當前整個網絡配置規則符合情況，更新四個不符合規則小區列表。修復不滿足規則4的小區對對於不符合規則4的小區對表中的每一個小區對，如果兩小區均未被擾碼鎖定，則改變鄰區較少的小區擾碼，使得該小區對符合規則4 ;如果有且只有一個小區未被擾碼鎖定，則改變該小區的擾碼，使得該小區對符合規則4 ;如果兩個小區均被擾碼鎖定，則改變鄰區較小的小區擾碼，使得該小區對符合規則4 ;如果擾碼改變的小區是被擾碼鎖定的，則重複一次修復不滿足規則2 3的小區對；檢查當前整個網絡配置規則符合情況，更新四個不符合規則小區列表；如果仍存在小區對不符合四個規則中的任意一個，則重複修復不滿足規則I 4的小區對，直到四個不符合規則列表為空或達到預定循環次數。所述個體的優化率計算方法為令最優個體是指種群中個體總幹擾量最小的個體，當前種群中最優個體的個體總幹擾量為Dmw,原配置的個體總幹擾量為Dtjld,則種群的優化率P = (Dold-Dnew) /DoldO所述個體的總幹擾量D = EfL 14*I，其中j小區對i小區的實際幹擾值Aij =BijXFnXSnjaij是小區j對小區i的固有幹擾值，當小區j與i的主頻相同時，主頻幹擾係數Fn = I,當小區j與i的主頻不相同時，主頻幹擾係數Fn = O ；Sn為小區j與i之間的擾碼幹擾係數；n為小區數。 一種基站主頻和擾碼優化配置系統，包括小區基礎信息模塊，用於存儲各小區基礎信息，包括小區名、小區所屬基站、小區原始的主頻和擾碼配置、小區直接鄰區列表； 小區幹擾信息模塊，用於存儲小區j對小區i的固有幹擾值，i，j = 1，…，η,η為小區數；小區信息關聯模塊，用於依據所述小區基礎信息確定各小區的相鄰關係，相鄰關係包括主服務小區的直接相鄰小區和二階鄰區，二階鄰區定義為小區A和小區C在地理位置上都與小區B直接相鄰，但小區A、C之間並不直接相鄰，則稱小區A與小區C互為二階鄰區；還用於依據所述小區j對小區i的固有幹擾值au計算小區j對小區i的實際幹擾值，Aij = aijXFnXSn,當小區j與i的主頻相同時，主頻幹擾係數Fn = I,當小區j與i的主頻不相同時，主頻幹擾係數Fn = 0，Sn為小區j與i之間的擾碼幹擾係數；個體操作模塊，包括交叉子模塊、變異子模塊和修復子模塊；所述交叉子模塊，用於按照給定的交叉概率對種群中每一配對個體進行交叉操作；所述變異子模塊，用於按照給定的變異概率對種群中各個體分別進行主頻和擾碼變異，所述修復子模塊對種群中各個體進行規則檢查及修復；種群操作模塊，用於實現遺傳算法種群層面的操作，具體為(a)對全網各小區的主頻和擾碼做隨機分配生成多個個體，將生成的多個個體與全網各小區原始的主頻和擾碼配置一起構成種群，令迭代次t = I (b)調用所述修復子模塊對種群的每個個體進行規則檢查及修復；(C)計算種群的優化率，若優化率大於等於預定優化率閾值，則該優化率對應的最優個體即為小區主頻和擾碼優化配置方案，結束，否則，進入步驟(d)；(d)對種群中的個體進行隨機兩兩配對，調用交叉子模塊對每一配對進行交叉操作，將交叉操作後得到的新個體加入種群；(e)調用所述修復子模塊對步驟(d)得到的種群中所有個體進行規則檢查及修復；(f)調用變異子模塊對步驟(e)修復後的種群中各個體分別進行主頻和擾碼變異，將主頻和擾碼變異得到的新個體加入種群；(g)計算步驟(f)得到的種群的每個個體的總幹擾值，在種群中保留部分總幹擾值較小的個體；(h)判斷迭代次數t是否大於等於預定截止代數，若是，則從種群中選取優化率最高的個體作為最優小區主頻和擾碼配置方案，否則，t = t+Ι，返回步驟(C)；
一種基於遺傳算法的基站主頻和擾碼優化配置系統，包括第一裝置用於對全網各小區的主頻和擾碼做隨機分配生成多個個體，從而構成種群，令迭代次數t= I;第二裝置，用於對種群的每個個體進行規則檢查及修復；第三裝置，用於計算種群的優化率，若優化率大於等於預定優化率閾值，則該優化率對應的最優個體即為小區主頻和擾碼優化配置方案，結束，否則，進入第四裝置；第四裝置，用於對種群中的個體進行隨機兩兩配對，按照給定的交叉概率對每一配對進行交叉操作，將交叉操作後得到的新個體加入種群；第五裝置，用於對第四裝置得到的種群中所有個體進行規則檢查及修復；
第六裝置，用於按照給定的變異概率，對第五裝置修復後的種群中各個體分別進行主頻和擾碼變異，將主頻和擾碼變異得到的新個體加入種群；第七裝置，用於計算第六裝置得到的種群的每個個體的總幹擾量值，在種群中保留部分總幹擾量值較小的個體；第八裝置，用於判斷迭代次數t是否大於等於預定截止代數，若是，則從種群中選取優化率最高的個體作為最優小區主頻和擾碼配置方案，否則，t = t+Ι，返回第三裝置；本發明的技術效果體現在本發明在遺傳算法過程中，針對移動通信網絡規則的特點制約，增加了規則的檢查及修複方法，該方法加快了遺傳算法進行的速度，使得整個系統的運行效率大大提高。由於我國移動通信網絡發展迅速，移動通信網絡的情況改變迅速，本發明所提供的高效自動化優化方法大大降低了進行一次優化運算的成本和時間，適應於我國移動通信網絡發展的現狀。本發明中遺傳算法的相關參數均可設置，針對不同規模的移動通信網絡，工程實踐人員可以根據具體情況設置遺傳算法的相關參數，已保持遺傳算法的適用與高效。


圖I為本發明的方法流程圖；圖2為本發明的系統結構圖；圖3為本發明規則檢查及修複流程圖；圖4為本發明的二階鄰區定義示意圖。
具體實施例方式本發明的關鍵在於兩點一是對小區配置是否符合規則的檢查及不符合規則配置的修復；二是遺傳算法的實現。其中前者是後者實現的基礎，後者的實現需要應用前者的方法。下面對這兩點的具體實施方法進行闡述。I.對小區配置是否符合規則的檢查及不符合規則配置的修復。對實際應用中的小區主頻及擾碼分配規則進行分析規則I-同基站的小區不能同主頻。規則2-主服務小區與鄰區若同主頻則不能同複合擾碼組及下行同步碼組。規則3-同基站的小區不能同複合擾碼組。
規則4-主服務小區不能與鄰小區採用相同擾碼。規則5-同一主服務小區的任意兩個鄰區若主頻相同，則兩鄰區不能同擾碼。這裡注意到鄰區的定義，一般情況下，不加說明時，鄰區就是指在地理位置上相鄰的小區。如果定義，小區A和小區C在地理位置上都與小區B直接相鄰，但小區A、C之間並不直接相鄰，則稱小區A與小區C互為二階鄰區。引入二階鄰區的定義之後規則5可表述為規則5-主服務小區與其二級鄰區若同主頻，則主服務小區與二級鄰區不能同擾碼。此時，如果將鄰區概念擴大為包括二級鄰區時，僅影響到規則4，而規則4中並不包括同主頻條件，故在擴大的鄰區定義下，規則5包含在規則2中，且不影響規則4的判斷， 而這樣的定義減少了判斷每代群體中每個個體是否符合規則的流程，有利於遺傳算法的簡單快速實現。故在本方法當中即採用這種包含二階鄰區的鄰區定義，即規則2中的鄰區包括直接相鄰的鄰區和二階鄰區，規則2包含了規則5。觀察以上規則1-4可知，針對小區主頻分配的規則只有規則1，而其餘三條規則都是針對擾碼分配的。其中規則2既涉及到主頻分配也涉及到擾碼分配問題。而各個規則之間相互制約，在修復過程中要時刻注意不能因某一條規則對小區配置進行修改後而引起另一條規則的違背，這樣的修復是沒有意義的。因此，考慮到以上各個方面的問題，採用以下修復準則根據約束規則檢查原始配置的中違反每條規則的小區對並分別記錄；按所述規則對違反每條規則的小區對進行修復，修復時採用小區分類方法，儘量改動對全網幹擾影響小的小區配置，以減少修復規則操作造成的對全網幹擾量的增加；將修復前一條規則時改動配置的小區添加至鎖定小區列表，在修復下一條規則時，鎖定小區列表中的小區配置不可調整，以減少產生對前一條規則新的違背情況；一次修復完成後根據約束規則再次檢查原始配置中違反每條規則的小區對並重新記錄；判斷是否達到修復終止條件，若達到則停止修復，若未達到終止條件繼續對全網小區配置進行規則修復。修復停止條件為修複次數達到上限或全網小區無違反規則情況。下面詳細說明規則檢查及修復過程步驟一檢查原配置符合規則情況。若小區A和B不符合某一規則，則稱小區A和B為違反該規則的小區對。建立四個列表，分別記錄違反每條規則的小區對，稱之不符合規則小區對表。再建立兩個列表，分別記錄主頻和擾碼修復過的小區，稱作主頻或擾碼鎖定小區列表，通過查詢這些列表可以避免在修復時產生新的對規則的違背。步驟二 修復不滿足規則I的小區對。遍歷不符合規則I的小區對表，對其中的每個小區對，判斷該小區對中兩個小區進行比較，選擇鄰區較少的小區，將其主頻改變，使之符合規則I要求。將改動過的小區加入到主頻鎖定列表，在之後的修復中不能修改該小區的主頻。檢查現在的整個網絡配置規則符合情況，更新四個不符合規則小區列表。步驟三修復不滿足規則2的小區對，且不能增加對規則3，4的違背。由於規則2可以通過調節該區擾碼和主頻兩種方法來實現，而擾碼可選項比主頻多的多，所以先嘗試調節擾碼，但在調節擾碼的時候應不能增加對規則3，4的違背，如果改變擾碼必定增加對規則3，4的違背，再嘗試改變主頻以滿足規則。改變主頻時，儘量不修改被主頻鎖定小區的主頻，首選選擇未被主頻鎖定的小區。若兩小區均被主頻鎖定，，修改兩個小區中鄰區數較少的小區。將擾碼改動過的小區加入到擾碼鎖定小區列表，將主頻改動過的小區加入到主頻鎖定列表，在之後的修復中儘量不修復該小區的擾碼或主頻。檢查現在的整個網絡配置規則符合情況，更新四個不符合規則小區列表。步驟四修復不滿足規則3的小區對，且不能增加對規則4的違背。檢查兩小區是否被擾碼鎖定。如果兩個小區都沒有被鎖定，則調整鄰區較少的小區。如果有個小區被鎖定，另一個小區在可調小區範圍內，則調整可調小區。如果兩個小區都被鎖定，則改動鄰區較少的。如果被修改的小區是被擾碼鎖定的，必須在此處重複一次步驟三，從而對可能造成的對規則2的新的違反情況進行及時修復。檢查現在的整個網絡配置規則符合情況，更新四個不符合規則小區列表。步驟五修復不滿足規則4的小區對。檢查兩個小區是否被擾碼鎖定。如果都沒有被鎖定，則調整影響較小的小區。如果有個小區被鎖定，另一個小區在可調小區範圍內， 則調整可調小區。如果兩個小區都被鎖定，則改動影響小的。如果被修改的小區是被鎖定的，必須在此處重複一次步驟三和步驟四，從而對可能造成的對規則2和規則3的新的違反情況進行及時修復。檢查現在的整個網絡配置規則符合情況，更新四個不符合規則小區列表。步驟六如果當前個體配置仍不符合規則，則重複進行步驟一至步驟五直到四個不符合規則列表為空或達到預定循環次數。理論上，不斷地循環重複以上修復步驟最終一定會使個體配置符合規則，但由於每次修復過程都需要大量的規則檢查，遍歷等工作，會消耗大量的時間，嚴重降低系統工作的效率，因此可根據經驗規定步驟一至步驟五的循環次數上限為5 10次，多次修復之後仍不符合規則的小區間幹擾率記為100%，參與到之後的遺傳運算當中。一方面，事實上經過5 10次修復會使不滿足規則的情況極大降低，而另一方面，由於遺傳算法優勝劣汰的思想作用，含有不滿足規則基因的個體在遺傳過程中會逐漸被淘汰，因此，通過規定修復上限次數，即降低了遺傳運算時間，也並不影響遺傳運算功能實現。2.遺傳算法的實現。首先明確本系統中遺傳算法操作的相關概念個體一種全網小區的主頻及擾碼配置方案；種群全網小區的主頻及擾碼配置方案的集合；適應度本系統中應用個體總幹擾量表徵適應度。個體總幹擾量為個體實際幹擾關係矩陣中每個元素總和，即個體總幹擾量D。其中Aij表示實際幹擾關係矩陣中第i列第j行的值，即i小區為主小區時，j小區對主小區的幹擾值。實際幹擾關係矩陣由固有幹擾關係矩陣綜合考慮主頻相關係數和擾碼相關係數得來。實際幹擾關係矩陣中對應元素Aij由下式獲得Aij = BijXFnX Sn其中，au是固有幹擾矩陣中的幹擾值；Fn為主頻幹擾係數，當主頻相同時，Fn = 1，主頻不同時，Fn = O ；Sn為擾碼幹擾係數，即附表2中對應的擾碼組間最大互相關性係數。固有幹擾矩陣數據由實時掃頻或其他技術獲得，它表徵了各個小區間不考慮主頻及擾碼因素而由客觀地理環境及設備條件決定的固有幹擾值。該矩陣作為系統輸入是已知的，本發明並不涉及該矩陣的獲得方法。優化率設當前種群中最優個體的個體總幹擾量為DnOT，原配置的個體總幹擾量為Dtjld，則優化率P = (Dold-Dnew)/Dold ;最優個體是指種群中個體總幹擾量最小的個體。根據以上概念定義，遺傳算法的實現步驟圖I所示其中，遺傳算子的具體實現方法為交叉交叉可採用單點交叉和多點交叉。本發明以單點交叉舉例說明。首先對種群中的個體進行隨機配對。對於配對好的每對個體，按給定的交叉概率(一般取值範圍為O. 4 O. 99)進行交叉。交叉運算時，隨機確定一個交叉點，在交叉點之前的小區主頻和擾碼保持不變，交叉點之後的小區主頻和擾碼對應交換。對交叉運算新生成的兩個個體進行規則檢查與修復，將修復後的個體加入到種群當中。同時保留原種群中的所有個體。·
變異本方法中變異包括主頻變異與擾碼變異。主頻變異時，遍歷每個小區，按給定的主頻變異概率進行變異。主頻變異時要考慮規則I的限制，即變異後得到的主頻必須不能與同站小區相同。擾碼變異時，同樣遍歷每個小區，按給定的擾碼變異概率進行變異。一般建議的主頻及擾碼變異概率取值範圍是O. 0001 O. I。擾碼變異時必須考慮規則2、3、4的限制，即可選的擾碼必須是所有擾碼剔除違反規則2、3、4的擾碼後得到的擾碼。將變異後產生的新個體加入到當前種群當中。同時保留原種群中的所有個體。選擇本方法採用確定性採樣的方法，計算每個個體總幹擾量值，按個體總幹擾量值從小到大的順序排序，並由小到大選取等於預定種群規模數量的個體構成下一代種群，運算代數加一。當群體規模取值較小時，可提高遺傳算法的運算速度，但卻降低了群體的多樣性，有可能會引起遺傳算法的早熟現象[17];而當群體規模取值較大時，又會使得遺傳算法的運行效率降低，一般建議的群體規模取值範圍是20 100。確定式採樣選擇法避免了常用的比例選擇法誤差較大的缺點，可以保證適應度較大的個體一定被保留。在下一代群體中判斷運算代數是否達到截止代數，截止代數一般建議的取值範圍是100 1000。如果運算代數達到則截止運算，否則計算最優個體優化率。表I所示擾碼分組情況和表2所示擾碼組間最大互相關性數據。表I擾碼分組方式
分組 I~I I 2 I 3~~~Γ~6~Γ ~I~8~I~9~I~Ι Π~ΓΓ ~12Π~ 3~ ~ΙΓ ~Ii-I~~
~ I 5 26 27 29 30 34 40 42 43 49 53 55 57 85 90~~ 2 6 8 U 16 21 41 47 48 50 62 65 76 83 9 ~127~C 3 4 7 12 13 18 23 24 35 36 37 39 46 51 66 ~~ 9 10" 14 15 19 20 25 28 33 38 45 68 71 δ" 117 118~ 17 2232 44 60 79 86 93 95 Ι0θ" 106 108 110 125 126~~52]~59]~103]~128]
G54* 81 92 IoT ~VZl
~56* 61 72 84 88 TU ~ θ'
~ 58* 78 82 89 97 98 W2
~j63" 69 70 77 Ι θ" ~123"
~6 67 73 80 94 96 107 ~ΓΤΓ ~UA ~V2A ~~74]~75]~9Γ ~99~|~104]~IUI~Πδ]~ 2θ]~122]表2擾碼組間最大互相性表
擾碼組最f相擾碼組最公相擾碼組擾釀擾釀擾碼組* * _—Μ__—M___￡___￡_____
1.20.5625 2,3 0.5625 3,5 0.5625 4,8 0.5625 5,12 0.9375 7,12 0.5625
1.3■ 0.875 ~~ ~ 0.5625' 3,6 ~06875~ 4,9' 0.5625 ~ 0.875' 8,9 ~~0J5~
1.4~ 0.875 2,5 ~ 0.75~3,7 0.6875 ~ 4,106,8 0.75~Τ 0~ 0.875
1.5~0.5625 2,6 _ 0.5625~3,8 0.5625" 4,11~0687Γ 6,9 0.5625~Τ Γ~ 0.56251,6Ι Τ 2,7 "0.5625 3,9~ 0.5625 ~4,12 0.5625— 6,10 1.625 6,12 ■ 0.875
1.7~0.56252,8 ~0.8125~3,100.5625 ~5,6~68756,11 0.75~9 Γ~0.875
1.8—0.56252,9 —0.9375~3,110.6875 ~5,7~0 62Γ6,120.625~Τ ~0.75
1.9—0.56252,10~0.9375~3,120.5625 ·5,8"ο Γ7,80.625~Τ 2~0.875
1.10~0.56252,11 ~0.6875~4,50.5625"5,9~08125~7,90.6250.625
1.11—0.56252,12 ~0.8125~ 4,60.6875 "5,10~Qji25~7,10 0.5625~1UT~0.75
1.120.5625 3,4 0.75 4,7 0.6875 5,11 0.5625 7,11 0.875 11,12 0.6~圖I為本發明方法整體流程圖，具體如下(I)對全網各小區的主頻和擾碼做隨機分配生成多個個體，將生成的多個個體與全網各小區原始的主頻和擾碼配置一起構成種群，令運算代數t = I ；(2)對種群的每個個體進行規則檢查及修復；(3)計算種群的優化率，若優化率大於等於預定優化率閾值，則該優化率對應的最優個體即為小區主頻和擾碼優化配置方案，結束，否則，進入步驟(4)；(4)對種群中的個體進行隨機兩兩配對，按照給定的交叉概率對每一配對進行交叉操作，將交叉操作後得到的新個體加入種群；(5)對步驟(4)得到的種群中所有個體進行規則檢查及修復；(6)按照給定的變異概率，對步驟(5)修復後的種群中各個體分別進行主頻和擾碼變異，將主頻和擾碼變異得到的新個體加入種群；(7)計算步驟(6)得到的種群的每個個體的總幹擾量值，在種群中保留部分總幹擾量值較小的個體；(8)判斷運算代數t是否大於等於預定截止代數，若是，則從種群中選取優化率最高的個體作為最優小區主頻和擾碼配置方案，否則，t = t+Ι，返回步驟(3)；下面對根據本發明所述基於遺傳算法的主頻和擾碼優化方法的系統進行介紹。該系統由以下模塊組成，如圖2 :
小區基礎信息模塊a :提供小區基礎信息錄入與查詢的操作方法。該模塊提供的小區基礎信息錄入方法為系統輸入用，從文件中讀取小區基礎信息。包括小區名、小區所屬基站、小區原始的主頻和擾碼配置、小區直接鄰區列表等。該模塊提供的小區基礎信息查詢方法為小區信息關聯模塊c的進一步計算提供服務。鄰區包括直接鄰區和二階鄰區。小區幹擾信息模塊b :用於存儲小區j對小區i的固有幹擾值，i, j = 1，…，n，n為小區數。該模塊提供的小區幹擾信息錄入方法為系統輸入用，從文件中讀取小區固有幹擾關係矩陣。該模塊提供的小區幹擾信息查詢方法為小區信息關聯模塊c的進一步計算提供服務。小區信息關聯模塊c :用於依據所述小區基礎信息確定各小區的相鄰關係，還用於依據所述小區j對小區i的固有幹擾值au計算小區j對小區i的實際幹擾值個體操作模塊d :提供針對個體的交叉，變異遺傳算子實現方法。包括交叉子模塊、變異子模塊和修復子模塊；所述交叉子模塊，用於按照給定的交叉概率對種群中每一配對個體進行交叉操作；所述變異子模塊，用於按照給定的變異概率對種群中各個體分別進 行主頻和擾碼變異，所述修復子模塊對種群中各個體進行規則檢查及修復。種群操作模塊e :根據個體操作模塊中對個體的遺傳算子實際方法，實現整體遺傳算法。綜上所述，本發明利用遺傳算法對全網小區庫和固有幹擾關係矩陣進行遺傳運算操作，使其進化到相應的終止條件時，即可輸出主頻及擾碼配置方案，並可對該方案進行評估。通過本發明的方法，在工程上只需要導入全網小區庫文件和固有幹擾關係文件，即可通過軟體系統自動達到頻率與擾碼優化目的，可節約大量的人力物力，並能提高工作效率，縮短工程周期。當然，本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明做出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種基於遺傳算法的TD-SCDMA網絡基站主頻和擾碼優化配置方法，具體為 (1)對全網各小區的主頻和擾碼做隨機分配生成多個個體，將生成的多個個體與全網各小區原始的主頻和擾碼配置一起構成種群，令運算代數t=l ； (2)對種群的每個個體進行規則檢查及修復； (3)計算種群的優化率，若優化率大於等於預定優化率閾值，則該優化率對應的最優個體即為小區主頻和擾碼優化配置方案，結束，否則，進入步驟(4)； (4)對種群中的個體進行隨機兩兩配對，按照給定的交叉概率對每一配對進行交叉操作，將交叉操作後得到的新個體加入種群； (5)對步驟(4)得到的種群中所有個體進行規則檢查及修復； (6)按照給定的變異概率，對步驟(5)修復後的種群中各個體分別進行主頻和擾碼變異，將主頻和擾碼變異得到的新個體加入種群； (7)計算步驟(6)得到的種群的每個個體的總幹擾量值，在種群中保留部分總幹擾量值較小的個體； (8)判斷運算代數t是否大於等於預定截止代數，若是，則從種群中選取優化率最高的個體作為最優小區主頻和擾碼配置方案，否則，t=t+l,返回步驟(3)； 所述個體規則檢查及修復按照如下方式進行 定義四規則 規則I-同基站的小區不能同主頻； 規則2-主服務小區與鄰區若同主頻則不能同複合擾碼組及下行同步碼組，鄰區包括直接鄰區和二階鄰區； 規則3-同基站的小區不能同複合擾碼組； 規則4-主服務小區不能與鄰小區採用相同擾碼； 建立六列表其中四列表分別記錄不符合規則廣4的小區對，稱為不符合規則小區對表；第五列表記錄主頻改變過的小區，稱作主頻鎖定小區列表；第六列表記錄擾碼改變過的小區，稱作擾碼鎖定小區列表； 修復不滿足規則I的小區對對於不符合規則I的小區對表中的每一個小區對，選擇該小區對中鄰區較少的小區，將其主頻改變，使得該小區對符合規則I ;將主頻改變過的小區加入主頻鎖定小區列表；檢查當前整個網絡配置規則符合情況，更新四個不符合規則小區列表； 修復不滿足規則2的小區對對於不符合規則2的小區對表中的每一個小區對，首選改變該小區對的任意一個或兩個小區的擾碼，使得該小區對符合規則2且不增加對規則3，4的違背；其次，如果改變擾碼必定增加對規則3，4的違背，則選擇該小區對中未被主頻鎖定的小區，將其改變主頻使得該小區對符合規則2且不增加對規則3，4的違背；最後，如果改變擾碼必定增加對規則3，4而且該兩小區均被主頻鎖定，則選擇其鄰區數較少的小區改變主頻，使得該小區對符合規則2且不增加對規則3，4的違背；將主頻或擾碼改變過小區加入主頻鎖定小區列表或擾碼鎖定小區列表；檢查當前整個網絡配置規則符合情況，更新四個不符合規則小區列表； 修復不滿足規則3的小區對對於不符合規則3的小區對表中的每一個小區對，如果兩小區都沒有被擾碼鎖定，則改變其中鄰區較少的小區，使得該小區對符合規則3且不增加對規則4的違背；如果有且只有一個小區未被擾碼鎖定，則改變該小區的擾碼，使得該小區對符合規則3且不增加對規則4的違背；如果兩個小區都被擾碼鎖定，則改動鄰區較少的小區的擾碼，使得該小區對符合規則3且不增加對規則4的違背；如果擾碼改變的小區是被擾碼鎖定的，則重複一次修復不滿足規則2的小區對；檢查當前整個網絡配置規則符合情況，更新四個不符合規則小區列表。
修復不滿足規則4的小區對對於不符合規則4的小區對表中的每一個小區對，如果兩小區均未被擾碼鎖定，則改變鄰區較少的小區擾碼，使得該小區對符合規則4 ;如果有且只有一個小區未被擾碼鎖定，則改變該小區的擾碼，使得該小區對符合規則4 ;如果兩個小區均被擾碼鎖定，則改變鄰區較小的小區擾碼，使得該小區對符合規則4 ;如果擾碼改變的小區是被擾碼鎖定的，則重複一次修復不滿足規則2 3的小區對；檢查當前整個網絡配置規則符合情況，更新四個不符合規則小區列表； 如果仍存在小區對不符合四個規則中的任意一個，則重複修復不滿足規則Γ4的小區 對，直到四個不符合規則列表為空或達到預定循環次數。
2.根據權利要求I所述的基站主頻和擾碼優化配置方法，其特徵在於，所述個體的優化率計算方法為 令最優個體為種群中個體總幹擾量最小的個體，當前種群中最優個體的個體總幹擾量為Dmw,原配置的個體總幹擾量為Dtjld,則種群的優化率P= (Dold-Dnew) /DoldO
3.根據權利要求I或2所述的基站主頻和擾碼優化配置方法，其特徵在於，所述個體的總幹擾量D =Ay，其中j小區對i小區的實際幹擾值Aij = a^ XFnXSn, atj是小區j對小區i的固有幹擾值，當小區j與i的主頻相同時，主頻幹擾係數Fn=l，當小區j與i的主頻不相同時，主頻幹擾係數Fn=O ;Sn為小區j與i之間的擾碼幹擾係數；n為小區數。
4.一種基站主頻和擾碼優化配置系統，包括 小區基礎信息模塊，用於存儲各小區基礎信息，包括小區名、小區所屬基站、小區原始的主頻和擾碼配置、小區直接鄰區列表； 小區幹擾信息模塊，用於存儲小區j對小區i的固有幹擾值，i，j = 1，…，n，n為小區數； 小區信息關聯模塊，用於依據所述小區基礎信息確定各小區的相鄰關係，相鄰關係包括主服務小區的直接相鄰小區和二階鄰區，二階鄰區定義為小區A和小區C在地理位置上都與小區B直接相鄰，但小區A、C之間並不直接相鄰，則稱小區A與小區C互為二階鄰區；還用於依據所述小區j對小區i的固有幹擾值au計算小區j對小區i的實際幹擾值，Aij=auXFnX Sn,當小區j與i的主頻相同時，主頻幹擾係數Fn=I,當小區j與i的主頻不相同時，主頻幹擾係數Fn=O, Sn為小區j與i之間的擾碼幹擾係數； 個體操作模塊，包括交叉子模塊、變異子模塊和修復子模塊；所述交叉子模塊，用於按照給定的交叉概率對種群中每一配對個體進行交叉操作；所述變異子模塊，用於按照給定的變異概率對種群中各個體分別進行主頻和擾碼變異，所述修復子模塊對種群中各個體進行規則檢查及修復； 種群操作模塊，用於實現遺傳算法種群層面的操作，具體為 (a)對全網各小區的主頻和擾碼做隨機分配生成多個個體，將生成的多個個體與全網各小區原始的主頻和擾碼配置一起構成種群；(b)調用所述修復子模塊對種群的每個個體進行規則檢查及修復； (c)計算種群的優化率，若優化率大於等於預定優化率閾值，則該優化率對應的最優個體即為小區主頻和擾碼優化配置方案，結束，否則，進入步驟(d)； (d)對種群中的個體進行隨機兩兩配對，調用交叉子模塊對每一配對進行交叉操作，將交叉操作後得到的新個體加入種群； Ce)調用所述修復子模塊對步驟(d)得到的種群中所有個體進行規則檢查及修復； (f)調用變異子模塊對步驟(e)修復後的種群中各個體分別進行主頻和擾碼變異，將主頻和擾碼變異得到的新個體加入種群； (g)計算步驟(f)得到的種群的每個個體的總幹擾值，在種群中保留部分總幹擾值較小的個體； (h)判斷迭代次數t是否大於等於預定截止代數，若是，則從種群中選取優化率最高的個體作為最優小區主頻和擾碼配置方案，否則，t=t+l，返回步驟(C)； 所述個體規則檢查及修復按照如下方式進行 定義四規則 規則I-同基站的小區不能同主頻； 規則2-主服務小區與鄰區若同主頻則不能同複合擾碼組及下行同步碼組，鄰區包括直接鄰區和二階鄰區； 規則3-同基站的小區不能同複合擾碼組； 規則4-主服務小區不能與鄰小區採用相同擾碼； 建立六列表其中四列表分別記錄不符合規則廣4的小區對，稱為不符合規則小區對表；第五列表記錄主頻改變過的小區，稱作主頻鎖定小區列表；第六列表記錄擾碼改變過的小區，稱作擾碼鎖定小區列表； 修復不滿足規則I的小區對對於不符合規則I的小區對表中的每一個小區對，選擇該小區對中鄰區較少的小區，將其主頻改變，使得該小區對符合規則I ;將主頻改變過的小區加入主頻鎖定小區列表；檢查當前整個網絡配置規則符合情況，更新四個不符合規則小區列表； 修復不滿足規則2的小區對對於不符合規則2的小區對表中的每一個小區對，首選改變該小區對的任意一個或兩個小區的擾碼，使得該小區對符合規則2且不增加對規則3，4的違背；其次，如果改變擾碼必定增加對規則3，4的違背，則選擇該小區對中未被主頻鎖定的小區，將其改變主頻使得該小區對符合規則2且不增加對規則3，4的違背；最後，如果改變擾碼必定增加對規則3，4而且該兩小區均被主頻鎖定，則選擇其鄰區數較少的小區改變主頻，使得該小區對符合規則2且不增加對規則3，4的違背；將主頻或擾碼改變過小區加入主頻鎖定小區列表或擾碼鎖定小區列表；檢查當前整個網絡配置規則符合情況，更新四個不符合規則小區列表； 修復不滿足規則3的小區對對於不符合規則3的小區對表中的每一個小區對，如果兩小區都沒有被擾碼鎖定，則改變其中鄰區較少的小區，使得該小區對符合規則3且不增加對規則4的違背；如果有且只有一個小區未被擾碼鎖定，則改變該小區的擾碼，使得該小區對符合規則3且不增加對規則4的違背；如果兩個小區都被擾碼鎖定，則改動鄰區較少的小區的擾碼，使得該小區對符合規則3且不增加對規則4的違背；如果擾碼改變的小區是被擾碼鎖定的，則重複一次修復不滿足規則2的小區對；檢查當前整個網絡配置規則符合情況，更新四個不符合規則小區列表。
修復不滿足規則4的小區對對於不符合規則4的小區對表中的每一個小區對，如果兩小區均未被擾碼鎖定，則改變鄰區較少的小區擾碼，使得該小區對符合規則4 ;如果有且只有一個小區未被擾碼鎖定，則改變該小區的擾碼，使得該小區對符合規則4 ;如果兩個小區均被擾碼鎖定，則改變鄰區較小的小區擾碼，使得該小區對符合規則4 ;如果擾碼改變的小區是被擾碼鎖定的，則重複一次修復不滿足規則2 3的小區對；檢查當前整個網絡配置規則符合情況，更新四個不符合規則小區列表； 如果仍存在小區對不符合四個規則中的任意一個，則重複修復不滿足規則Γ4的小區對，直到四個不符合規則列表為空或達到預定循環次數。
5.根據權利要求4所述的一種基站主頻和擾碼優化配置系統，其特徵在於，所述個體 的優化率計算方法為 令最優個體是指種群中個體總幹擾量最小的個體，當前種群中最優個體的個體總幹擾值為Dn ，原配置的個體總幹擾值為Dtjld,則種群的優化率P= (Dold-Dnew) /D0ldo
6.根據權利要求4所述的一種基站主頻和擾碼優化配置系統，其特徵在於，所述個體的總幹擾量D = Zf=i,j=iZy，其中j小區對i小區的實際幹擾值Aij = a^XFnXSn, atJ是小區j對小區i的固有幹擾值，當小區j與i的主頻相同時，主頻幹擾係數Fn=l，當小區j與i的主頻不相同時，主頻幹擾係數Fn=O ；Sn為小區j與i之間的擾碼幹擾係數。
7.一種基於遺傳算法的基站主頻和擾碼優化配置系統，包括 第一裝置用於對全網各小區的主頻和擾碼做隨機分配生成多個個體，將生成的多個個體與全網各小區原始的主頻和擾碼配置一起構成種群，令運算代數t=l ； 第二裝置，用於對種群的每個個體進行規則檢查及修復； 第三裝置，用於計算種群的優化率，若優化率大於等於預定優化率閾值，則該優化率對應的最優個體即為小區主頻和擾碼優化配置方案，結束，否則，進入第四裝置； 第四裝置，用於對種群中的個體進行隨機兩兩配對，按照給定的交叉概率對每一配對進行交叉操作，將交叉操作後得到的新個體加入種群； 第五裝置，用於對第四裝置得到的種群中所有個體進行規則檢查及修復； 第六裝置，用於按照給定的變異概率，對第五裝置修復後的種群中各個體分別進行主頻和擾碼變異，將主頻和擾碼變異得到的新個體加入種群； 第七裝置，用於計算第六裝置得到的種群的每個個體的總幹擾量值，在種群中保留部分總幹擾量值較小的個體； 第八裝置，用於判斷運算代數t是否大於等於預定截止代數，若是，則從種群中選取優化率最高的個體作為最優小區主頻和擾碼配置方案，否則，t=t+l，返回第三裝置； 所述個體規則檢查及修復按照如下方式進行 定義四規則 規則I-同基站的小區不能同主頻； 規則2-主服務小區與鄰區若同主頻則不能同複合擾碼組及下行同步碼組，鄰區包括直接鄰區和二階鄰區； 規則3-同基站的小區不能同複合擾碼組；規則4-主服務小區不能與鄰小區採用相同擾碼； 建立六列表其中四列表分別記錄不符合規則廣4的小區對，稱為不符合規則小區對表；第五列表記錄主頻改變過的小區，稱作主頻鎖定小區列表；第六列表記錄擾碼改變過的小區，稱作擾碼鎖定小區列表； 修復不滿足規則I的小區對對於不符合規則I的小區對表中的每一個小區對，選擇該小區對中鄰區較少的小區，將其主頻改變，使得該小區對符合規則I ;將主頻改變過的小區加入主頻鎖定小區列表；檢查當前整個網絡配置規則符合情況，更新四個不符合規則小區列表； 修復不滿足規則2的小區對對於不符合規則2的小區對表中的每一個小區對，首選改變該小區對的任意一個或兩個小區的擾碼，使得該小區對符合規則2且不增加對規則3，4的違背；其次，如果改變擾碼必定增加對規則3，4的違背，則選擇該小區對中未被主頻鎖定的小區，將其改變主頻使得該小區對符合規則2且不增加對規則3，4的違背；最後，如果改變擾碼必定增加對規則3，4而且該兩小區均被主頻鎖定，則選擇其鄰區數較少的小區改變主頻，使得該小區對符合規則2且不增加對規則3，4的違背；將主頻或擾碼改變過小區加入主頻鎖定小區列表或擾碼鎖定小區列表；檢查當前整個網絡配置規則符合情況，更新四個不符合規則小區列表； 修復不滿足規則3的小區對對於不符合規則3的小區對表中的每一個小區對，如果兩小區都沒有被擾碼鎖定，則改變其中鄰區較少的小區，使得該小區對符合規則3且不增加對規則4的違背；如果有且只有一個小區未被擾碼鎖定，則改變該小區的擾碼，使得該小區對符合規則3且不增加對規則4的違背；如果兩個小區都被擾碼鎖定，則改動鄰區較少的小區的擾碼，使得該小區對符合規則3且不增加對規則4的違背；如果擾碼改變的小區是被擾碼鎖定的，則重複一次修復不滿足規則2的小區對，直到不再出現被擾碼鎖定的小區被改變擾碼；檢查當前整個網絡配置規則符合情況，更新四個不符合規則小區列表。
修復不滿足規則4的小區對對於不符合規則4的小區對表中的每一個小區對，如果兩小區均未被擾碼鎖定，則改變鄰區較少的小區擾碼，使得該小區對符合規則4 ;如果有且只有一個小區未被擾碼鎖定，則改變該小區的擾碼，使得該小區對符合規則4 ;如果兩個小區均被擾碼鎖定，則改變鄰區較小的小區擾碼，使得該小區對符合規則4 ;如果擾碼改變的小區是被擾碼鎖定的，則重複一次修復不滿足規則2 3的小區對；檢查當前整個網絡配置規則符合情況，更新四個不符合規則小區列表；如果仍存在小區對不符合四個規則中的任意一個，則重複修復不滿足規則廣4的小區對，直到四個不符合規則列表為空或達到預定循環次數。
全文摘要
本發明公開了一種基於遺傳算法的TD-SCDMA網絡基站主頻和擾碼優化配置方法，具體為對各小區的主頻和擾碼做隨機分配構成種群；對種群的每個個體進行規則檢查及修復；將種群中的個體進行隨機兩兩配對，對每一配對進行交叉操作；交叉後進行規則檢查及修復；對種群中各個體進行主頻和擾碼變異；變異後計算個體的總幹擾量值，在種群中保留部分總幹擾量值較小的個體；循環執行上述步驟直到達到預定停止條件，從最後的種群中選取優化率最高的個體作為最終配置方案。本發明還提供實現所述方法的系統。本發明在遺傳算法過程中，針對移動通信網絡規則的特點制約，增加了規則的檢查及修複方法，該方法加快了遺傳算法進行的速度，使得整個系統的運行效率大大提高。
文檔編號H04J13/16GK102892133SQ20121025375
公開日2013年1月23日 申請日期2012年7月20日 優先權日2012年7月20日
發明者李煒, 陳曦, 李翔晨 申請人:華中科技大學