基于分层多目标优化算法的无线网络规划分析

曹瑞

摘要：为切实满足TD-SCDMA，即时分一同步码分多址无线网络规划最佳优化，进行无线网络分层多目标优化规划，其能在一定程度上解决容量与基站覆盖之间的复杂关系。为解出该模型，文章以分层多目标优化算法为基础，探索实际规划区间决定目标函数的整体优先层次，并最大程度的满足无线网络规划要求与目标。文章就网络规模估算、设计分层多目标优化算法进行了论述与分析。

关键词：分层多目标优化算法;无线网络;规划

引言：时分一同步码分多址在进行网络规划时，要求在满足服务质量、容量、覆盖的基础上，尽量降低投入成本，以此来降低运营企业成本。上述目标间存在制约关系，因此在进行TD—SCDMA网络规划时出现的问题基本上是多目标优化问题。而在规划TD—SCDMA无线网络进程中，基站选址是最复杂与重要的问题，文章选择以分层多目标优化算法来进行其诸多问题解决。

一、网络规模估算

1.无线网络规划思路

TD-SCDMA网络规划主要导向是在固定地域区间内，按照业务质量与用户数量设计出最佳网络结构，以此来确定小区数量与半径、所有基站参数与对应位置，并确保其达到理想性能指标，且要求整体系统成本最低。基站成本是尤其组成机构建筑物、铁塔、基站等诸多设备成本决定，基站成本会随着基站数量的递增而递增，因此要在此状况下进行无线网络规划，首要步骤是计算与统计小区数量上限与其覆盖范围[1]。

2.链路预算

查询链路预算表，获取节点B与用户设备之间的最大允许路径损耗，用L表示。按照以下步骤进行：

其一，计算小区半径，小区半径与路径损耗间存在的关系可通过传播模型表示，在明确路径损耗、工作频率、基站天线高度、移动台电线与基站天线距离、移动台天线修正因子、大城市中心校正因子之后，可带入传播模型，再综合路损进行小区半径计算，考虑不同形式站型，按照小区半径进行基站覆盖面积计算;其二，计算基站数量。在进行基站数量计算时，可假设小区为规则的、蜂窝结构的正六边形，并在仿真实验中假想小区为规则圆形，规划区域并不是期待的圆形拓扑组成結构。因此可利用扇区有效面积覆盖因子u，综合覆盖面完成基站数量估算：N=（规划区域面积/单基站覆盖面积）·（u+1）[2]。

3.容量估算

TD-SCDMA系统是数据多业务与承载话音并存的系统，因分组交换、电路交换对资源占有性、QoS要求、占用资源、业务量等有着不同的要求，故而选择混合业务容量估算。该种估算方式可按以下方式表述：有n中业务，第n种业务整体业务需求量为w，资源需求为e，服务等级可表示为QoSn，为满足所有业务GoS要求整体资源，在估算混合业务容量时，选择按照Kaufman—Roberts（KR）迭代容量估算方法进行容量估算，并带入其具体的KR迭代公式中求出容量估算结果，KR迭代估算流程如下图1所示[3]。

假设KR混合业务容量在估算后，计算其基站数量为N2，如此可得出小区数量：N=max{N1，N2}，在初期阶段进行区域基站布设时，假设N为小区数量上限，如此可合理控制成本消耗。

二、设计分层多目标优化算法

通过上述计算可得出小区整体覆盖半径以及规划位置小区数量上限，而TD-SCDMA网络基站在进行选址时会综合目标成本、系统容量、覆盖用户数、覆盖面积，以此来科学规划基站选址位置。此后再引入需求节点，将需求规划位置按照精度进行离散，在完成离散时所有的点都会表示对应的需求节点，而部分需求节点是充当重点覆盖节点，一些需求节点有着较大业务量，可将这部分节点定义为热点，而分层多目标算法的意义即为选择尽量少基站将这部分需求节点覆盖。可通过以下形式进行目标函数定义：f0（x）=基站覆盖总节点数/定义区间内总节点数，其中f0指的是节点覆盖率，而x指的是一组基站布局方案坐标集合[4]。

而TD—SCDMA、容量在进行覆盖时会限制于上行链路、下行链路，可先覆盖预测上行链路，再针对下行链路进行功率分配。因重点覆盖热点与节点存在，使得在一些小区交界处，终端具备两个基站与发射功率同步通信，然而下行链路信号相对较弱，造成终端接收率低于阈值，很容易在通信过程中失去与其中一个基站之间的关联，故而应考虑重新进行基站选址，以此来满足终端功率接收的诸多要求。并进行另外目标函数定义：f1（x）=接收功率超过阈值总节点数/定义区间总节点数，其中f1（x）指的是业务覆盖率，x表示一组基站布局方案坐标集合。

三、网络规划分层优化模型

在建设网络规划分层优化模型需侧重以下数点：其一，进行相应程序初始化优化，按照目标函数重要性，放置f0（x）、f1（x）分别在上层、下层进行优化;其二，极大化分层进程中的问题，求解f0（x）最大值maxf0（x），得出最优值与最优解集。在求解时，转化上层目标工程为优先宽容域，如此能够达到最为理想的模型构建结果。

结语：综述，文章就基于分层多目标优化算法的无线网络规划进行了分析与论述，探讨了以分层多目标优化算法来解决无线网络规划进程中的基站选址问题，取得了较好的效果，且在该算法应用过程中，可实现对对应优化目标的侧重，满足不同用户的不同需求，为基站选址提供了更多理论依据，便于技术人员据此选择更佳的基站数量与地址。

参考文献：

[1]李小龙.TD-SCDMA无线网络规划中的分层多目标优化算法[D].重庆大学，2019，（11）：57.

[2]唐朝伟，李小龙，邵艳清等.基于分层多目标优化算法的无线网络规划[J].计算机工程， 2019，36（9）：7-9.

[3]刘宁，秦志光，David Plets等.基于混合算法的多目标异构无线网络室内规划[J].计算机应用研究，2019，33（9）：2774-2777.

[4]游康勇，杨立山，郭文彬.无线传感器网络下基于压缩感知的多目标分层贪婪匹配定位[J]. 自动化学报，2019，45（3）：38-47.