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WCDMA无线网络规划是一项系统工程,内容包括业务量估计、基站布局规划、频率规划、信道规划、系统仿真及系统优化等几部分。在无线网络规划中,基站规划起着承上启下的作用。基站布局规划的目标是考虑所服务地区的地理特点,用户特点,对无线网络的基站的站址及相关参数进行规划,使得建设的无线网络能够在覆盖、容量、质量与成本等方面良好平衡以满足当前业务需要,并能适应未来的网络发展及扩容要求。国内外对此方面的研究尚处于初期,无论是规划模型还是规划算法方面均有很大的研究空间。
本论文从大系统的角度出发,对大规模WCDMA无线网络基站的规划模型及算法进行研究。自干扰是WCDMA系统的主要特点,它使得全部区域的基站规划结果呈现网状关联的关系。为了简化WCDMA基站规划问题的数学描述,通过变量集结对已有的整数规划进行了合理简化。为了提高大规模W-BSP问题的规划效率,通过各种分解协调方法:包括数学规划方法(Benders分解),区域空间分解方法(聚类分解、滚动窗口分解)及混合分解算法(分级差分)来简化大规模问题的求解。论文将首先对WCDMA基站规划的集结模型进行初步研究,然后主要集中在优化算法的研究上。本论文主要工作可以概括为以下几个方面:1.在对WCDMA基站规划问题的特点进行充分研究的基础上,建立能够反映问题本质特征的规划模型。设计了反映实际网络规划需求的事例发生器以方便算法研究的计算仿真。借鉴大系统中的集结思想,研究了WCDMA基站规划问题的集结模型,并通过仿真计算说明该规划模型可以用来提供一个较好的初始解。
2.通过分析WCDMA无线网络基站布局规划问题的上行链路非线性整数规划模型W-BSP(WCDMABaseStationPositioningproblem),根据问题特点证明其子问题等价于一个可以直接用单纯形法求解的线性规划问题,并提出了一些定理及推论。这些结论使整数非线性WCDMA基站布局规划问题可以利用经典Benders算法进行求解。最后设计了该问题的Benders分解算法。
3.针对大规模WCDMA无线网络基站布局规划问题,提出了基于聚类分解的基站规划算法。在聚类分解中,以测试点的信号增益矩阵作为聚类分解的数据矩阵。首先用K均值聚类算法将原问题分解为可以利用整数规划工具求解的K个子规划问题,然后对各子问题求解整数规划问题;最后对各子问题的基站布局结果进行全局调整。借鉴动态大系统中的关联预估原理,以分解得到的K个子规划问题为优化对象,提出了大规模WCDMA网络基站布局规划问题的预估迭代算法。
4.借鉴滚动窗口优化的基本原理,研究了全局信息己知情况下大规模WCDMA无线网络基站规划问题。提出了基于滚动窗口的WCDMA无线网络基站滚动规划方法,把原优化问题的整体求解分散在滚动窗口内进行,并在二维空间内滚动优化,同时对WCDMA网络中的干扰滚动预测。经证明,这种基于滚动窗口的规划方法能够保证全局优化目标单调下降。通过仿真计算检验了不同滚动策略对算法性能的影响。
5.最后研究了在考虑功率分配情况下基于下行链路的WCDMA网络基站规划问题。提出了一种基于分级差分的启发式算法。通过分级差分算法首先对基站布局进行规划,然后通过构造线性规划问题对下行链路的功率进行分配。在综合考虑上行链路通信质量与下行链路容量约束的前提下,构造了平衡上下行链路的混合整数规划模型。通过比较针对上下行链路的基站规划的仿真结果,说明了WCDMA网络基站规划考虑上下行链路平衡的重要性。