1、頻率規劃與優化技術探討作者：戈玲 主題詞：頻率規劃 多層緊密復用（MRP） 代價函數 小區干擾距陣 遺傳算法 摘要：頻率資源配置成為影響網絡質量的瓶頸之一。為了提高有限的頻率資源的利用率，實現優化的頻率資源配置以提升網絡質量，我們將網絡優化工作經驗與系統性優化方法相結合，不斷探索提高頻率規劃水平和經驗，通過技術研究和工具開發形成了獨有的技術思路、方法和頻率規劃程序，并完成了2次自主區域變頻、深圳歷史上最大規模的市區整體變頻和覆蓋地理信息系統項目，網絡質量有了顯著提高。頻率規劃技術所應用的核心思想就是組合優化算法，這種系統性的優化方法可以在網絡規劃、資源優化配置等多領域得到應用和發展。

2、前言頻率資源的規劃和優化在移動通信網絡的規劃中是一個非常重要的環節，如果在網絡整體規劃時頻率規劃得不好，會造成整個網絡或者局部區域干擾嚴重，從而影響網絡質量甚至引起掉話。在無線網絡日益復雜的今天，面對網絡規模大且網絡變動頻繁、頻率規劃技術要求高和經驗不足的狀況，頻率資源配置成為影響網絡質量的瓶頸之一。如何更有效地利用有限的頻率資源，實現優化的頻率資源配置以提升網絡質量，一直是網絡規劃人員研究的課題。我們將網絡優化工作經驗與系統性優化方法相結合，不斷探索提高頻率規劃水平和經驗，通過從頻率復用方式分析、技術研究和工具開發、系統性整體頻率規劃和優化三個方面全面開展頻率優化工作，形成了獨有的技術思路、

3、方法和工具軟件，提升了網絡服務質量。一、 頻率復用方式在GSM網絡中，為了追求頻譜利用率，采用了不同的頻率復用技術，包括傳統的分組頻率復用方式(3×9,4×12復用模式)，多層緊密復用（MRP）或不分組的動態復用方式。1、分組頻率復用方式分組頻率復用方式對頻率進行分組，在進行頻率配置的時候，每個小區分配一個頻率組，如果同一頻率組的復用距離合適可以有效地避免基站間的同鄰頻干擾。根據可用頻點的個數和分組方式都可以確定相應的可以分配的最大小區載波配置，超過最大載波配置時分配的效果是不能達到預期的效果的。深圳會展中心場館覆蓋區域有48個基站，792個載波，頻率復用度很高。在會展中心

4、900基站的業務信道頻率初始設計工作中，我們采用3×9的分組頻率復用方式，業務信道頻率分組表如下：序號147258369tch1202122232425262728tch2293031323334353637tch3383940414243444546tch4474951535557596163tch51234567895tch6101112131415161718tch7838485868788899091tch8656769717375777981tch9100610071008100910101011101210131014tch101015101610171018101910

5、20102110221023tch11929394100010011002100310041005業務信道頻率被分為3*3=9組頻率，每組12個頻點，每一個頻率組中的頻點間隔滿足頻率間隔要求，相鄰組的頻率不會鄰頻可以用于相鄰的小區。各小區根據實際的需要在分配的頻率組中選擇合適的需要的頻率組，合理分配頻率組可以有效的避免同鄰頻干擾。2、多層緊密復用（MRP）MRP也是一種頻率復用系數較高的頻率復用方式，它的主要分配原則是根據小區的載波配置對可用頻率進行分層，每一組對應實際網絡中的一層， 控制信道層采用較為寬松的頻率復用規則。n1、n2、nm為每一層的頻率數，如總可用頻率數為N， N=n1+n2+

6、n3+nm，根據緊密復用規則，n1n2n3nm進行頻率配置的時候，從每組中各按照不同的頻率復用方式取一個頻點作為當前小區的頻率配置，這種方法有效地將同一小區不同層的配置頻點隔離，不同層復用系數可以不同，有利于資源根據實際情況進行側重和提高復用系數，且不同層分組不同實現了干擾的分散化，MRP復用方式頻率利用率較高，有利于人工排頻的實現，是一種較常采用的頻率規劃方法。但是當頻率資源緊張的時候, 采用MRP復用方式也不理想的。3、動態頻率復用方式這種頻率復用方式不同于其它的頻率分組復用的方式，它不將可用頻點進行分組，在進行頻率分配的時候考慮所有的可用頻點，選擇滿足一定分配要求的頻點作為當前的頻率配置

7、，通常當頻率資源非常有限，其它的分組復用方式無法進行分配的情況下還可以進行頻率分配，理論上可以達到最佳的頻率配置結果。動態的頻率復用方式可以根據頻率配置中的最低頻率間隔要求對頻率進行分配，達到最大的頻率復用系數，當網絡建設越來越龐大的時候無疑是一種實用的頻率復用方式，但是這種頻率復用方法計算復雜度高，適合用計算機進行算法實現。4、深圳移動的頻率復用方式深圳移動無線網絡有900和1800雙頻網，包括高層站、上層站、中層站、室內站4層,網絡結構復雜、頻率資源緊張。通過研究頻率規劃的技術方法制定合理的頻率分組方案，能指導設計人員在進行頻率設計時更大限度地利用現有的頻率資源。我們結合了mrp和動態頻率

8、復用方式的特點，采取mrp分層人工排頻和計算機程序輔助動態頻率復用相結合的特點。先對不同的網絡層進行頻率分組，以避免各網絡層間的干擾。然后對各網絡層根據mrp頻率復用模式進行人工排頻，mrp分層避免了很多鄰頻的情況，減少了搜索空間的復雜度，采取合理的mrp分層有利于計算復雜度和復用系數的平衡。接下來對控制信道是與業務信道單獨分配，控制信道頻率采用寬松的頻率復用方式，業務信道采取動態頻率復用的方式以提高頻率資源的利用率，尋求更優組合。控制信道是發送一些重要的控制信息和小區參數信息的，對控制信道的規劃要求也比較高，一般采用控制信道的頻率范圍與業務信道的頻率范圍相互獨立的方法。根據這樣的原則需要給控

9、制信道分配一段單獨的頻段，這個頻段可以是連續的也可以是離散的，我們采用控制信道間隔排列的方式，使得控制信道之間鄰頻不存在，非常適合于基站密集環境，對網絡接通率，切換性能也提供了有力保證。業務信道采用除控制信道外及微蜂窩頻點外的剩余頻點，控制信道與業務信道之間的鄰頻概率增大。在實踐中業務信道通過采用跳頻，動態功控和不連續發射等方式減少業務信道上鄰頻干擾影響程度。頻率設計需要根據小區的規劃優先級和可用頻點的優先級來確定設計的順序, 優先級越高可能產生的干擾越小。在頻率初始設計時先安排控制信道，再設計業務信道；優先設計市中心高話務、基站密集區等優先級高的小區。二、技術研究和工具開發頻率規劃與其他的組

10、合優化算法的思路的相近的，首先需要確定反映實際問題的數學模型作為代價函數,頻率規劃中用網絡內的每個小區所有潛在干擾影響的區域面積和話務量的加權和作為代價函數，再通過優化的搜索算法調整頻率規劃來將代價降至最小，使網絡的干擾減少到最小。自主開發了“無線頻率規劃優化程序”和“頻率檢查程序”，合作開發了“基于覆蓋數據庫的頻率自適應設計程序”的開發,通過加強支撐手段建設提高頻率優化效率和效果。1、代價函數的確定和干擾的量化分析在GSM系統中，主要的干擾來自同鄰頻的干擾，這是由系統的載干比C/I決定的. C/I是衡量無線網絡性能的一個重要參數，考慮通過DTX,跳頻，功率控制等抗干擾機制以降低系統干擾水平，

11、同頻C/I>9dB，鄰頻C/I>-9dB。頻率計劃的核心內容就是如何進行有效的規劃設計，從而保證整個網絡各個小區的頻點都能夠滿足同鄰頻載干比的要求，減少網絡的總體干擾水平，提高系統承載容量。建立科學的代價函數是頻率規劃的關鍵環節，這需要從實際工作經驗中提煉出反映網絡干擾水平的各種重要因素。我們一方面通過技術控制條件對干擾進行定量和定性分析，另一方面結合統計和道路掃頻測試多個角度得到小區干擾矩陣，根據小區干擾矩陣進行干擾定量評估以確定代價函數。（1）技術控制條件對頻率間的干擾情況進行分類，制定了若干技術控制條件（見下表），技術控制條件與鄰區有密切的關系，首先對鄰區進行分析和鄰區優化。

12、根據這些技術控制條件進行頻率檢查，對各種干擾情況進行加權求和，在給出定性參考的同時給出了定量結果便于程序實現,技術條件干擾=I1*k1+I2*k2t11*k11。編號技術控制條件干擾系數I1頻率間隔的硬件需求K1I2同站同bcchK2I3同站同tch頻K3I4同站小區bcch鄰頻K4I5同站小區bcch和tch鄰頻K5I6同站小區tch鄰頻K6I7小區與該小區的鄰區同bcchK7I8小區與該小區的鄰區同tchK8I9小區與該小區的鄰區bcch鄰頻K9I10小區與該小區的鄰區bcch與tch鄰頻K10I11小區的相鄰小區同bcch同bsicK11不同的權重系數K代表了不同的干擾程度，需要從實際測

13、量和仿真分析角度分析得到。K1取很大的值作為必須滿足的條件，網內頻率干擾按影響程度大小有如下遞減規律：控制信道間同頻、業務信道間同頻、控制信道間鄰頻、控制信道/業務信道鄰頻、業務信道間鄰頻，而且同站的時候比一般的鄰區干擾權重要加大。在頻率分組方式確定時采用了控制信道間隔排列的方式，使得控制信道間不會鄰頻，但是控制信道與業務信道之間的鄰頻概率增大。(2) 小區干擾矩陣技術控制條件主要反映了是基于鄰區的頻率干擾約束條件，實際上小區間的干擾是由實際覆蓋重疊決定，往往不局限與鄰區的干擾。我們力求提煉出反映小區間實際干擾情況和程度的小區干擾矩陣。結合oss的ncs統計和fas統計得到小區統計意義的干擾矩

14、陣，根據道路掃頻測試得到反映道路實際覆蓋情況的干擾矩陣，并對2種信息合并得到小區的總的干擾矩陣，再依據小區的總的干擾矩陣進行干擾量化評估。基于小區總的干擾矩陣還可以分析得到頻率設計最優解會出現同鄰頻的統計情況，探討頻率資源的使用極限并指導網絡的覆蓋優化。A、小區統計意義的干擾矩陣FAS（Frequency Allocation Support）即頻率分配支持功能。該模塊屬于OSS的功能，是通過向BSC定制RIR和BAR文件，結合相應話務統計信息通過后期計算處理，得出網絡中各測試頻點的上，下行干擾情況?？梢酝ㄟ^Cell report表格中PIT(Percentage Interfered Tra

15、fic)項和ICDM（Inter-cell Dependence Matrix）表來結合分析小區間的下行干擾。 NCS的報告中包含了大量鄰區切換統計數據和手機測量報告，定義相對門限為-9dB的NCS報告中測到周圍小區滿足相對信號強度的次數，可以計算出每個小區與周圍小區（包括鄰區和非鄰區）之間的量化干擾情況。通過我們二次開發的分析程序按照特定算法對這些數據解析，可以得到小區統計意義上的干擾矩陣。B、反映道路實際覆蓋情況的干擾矩陣通過路掃頻測試信息，解出每個測量點的各服務小區及強度。對每個有效點進行分析，以信號最強的小區作為主服務小區，信號強度p>= 最強信號強度-m1(服務小區門限)的小區

16、都是該測量點的服務小區，信號強度p>= 最強信號強度-m2(干擾小區門限)的小區都是該測量點的干擾小區，由此可以得到小區的服務小區和干擾小區的測量點。通過在地理信息系統上轉換并處理，可以得到通過道路掃頻測試提煉出反應道路實際覆蓋特性的小區服務（紅色）和干擾區域（綠色）如下圖：通過分析小區的服務區域和干擾區域的重疊情況，結合地理覆蓋點的區域面積和話務情況通過程序轉換和人工修正，可以得到小區間同頻和鄰頻的約束條件，并對不同的干擾級別進行分級如下圖。C、結合統計意義上和反映道路覆蓋重疊的小區的干擾矩陣，進行干擾量化評估以確定代價函數小區的干擾矩陣在頻率程序設計中是關鍵的約束條件，結合統計意義上

17、和反映道路覆蓋重疊的小區的干擾矩陣，根據小區干擾矩陣進行干擾量化評估以確定代價函數。矩陣中的行表示該小區受到的信號干擾，矩陣中的列表示該小區對外的信號干擾，如下圖所示。將行或列的值相加即可得到相應的小區所受到及對外的干擾。OSS的FAS和 NCS統計、道路掃頻數據側重點不同，在關聯計算的時候權重的確定有一定難度。D、基于小區總的干擾矩陣探討頻率資源的使用極限并指導網絡的覆蓋優化對于規則的蜂窩結構，小區的理想覆蓋面積=2.6r*r,基站的站距是3r, 其中r是小區半徑， k是頻率復用系數。基站的平均復用距離d=R* sqrt 3k.而實際網絡的分布和覆蓋具有不規則性和多樣性的特點，小區的頻率設計

18、難度與小區的實際覆蓋距離和頻率復用距離的相對大小相關，如果頻率復用距離小于該區域的覆蓋距離，頻率設計難度很大，在頻率優化工作前進行相關的覆蓋優化、鄰區優化、話務均衡等工作，以優化的網絡結構、網絡覆蓋來提高頻率資源利用率。根據前面得到的小區干擾矩陣的同鄰頻制約關系，對每個小區運用圖論等思路探討，按照樹形結構分析，尋找出相互需要滿足同頻制約關系的小區群，結合小區群的載波數，可用頻點數可以分析該小區群頻率設計的最優解是否會出現同鄰頻，對所有的小區群運用統計原理分析，可以得到滿足小區干擾矩陣時頻率設計最優解會出現同鄰頻的統計情況，并指導覆蓋優化調整以改善頻率資源使用的瓶頸。2、將傳統的搜索算法應用到實

19、際頻率規劃工作中，研究優化的頻率分配算法并設計快速有效的頻率分配器優化的搜索算法有利于快速而有效的尋找頻率優化解，我們在優化的實踐中將模擬退火、遺傳算法的思路和實際應用相結合，不斷進行頻率規劃優化思路的探討,并設計了自動頻率分配器。開始規劃時，算法根據每小區載頻所受干擾機率，產生隨機頻率集f1,f2,f3.fn，n為載波數。對小區的頻率進行編碼，每個小區將有其遺傳算法編碼序列。以900頻段小區為例，其小區頻率編碼為95位長的二進制字符串，每一位表示對應的頻率號，編碼時對每位進行0或者1的置位，1表示小區使用了該頻率號，0表示沒有使用該頻率號。根據初始值用代價函數預置初始代價，這是當前規劃的所有

20、干擾所付出的代價的求和。在算法開始迭代后，根據干擾表信息,逐步改變頻率集中的頻點，帶入代價函數。遺傳算法的一個重要原則就是"優勝劣汰"，對小區的頻率編碼進行交叉、變異，生成新的個體，通過優勝劣汰，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，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小區頻點刪除重新進行配置，獲得一組新的頻率配置，或者修改干擾較大的頻率，然后重新計算其性能值，按照相同原則依次

21、類推，系統不斷的尋找更好的，也就是代價更低的頻率計劃，當前規劃代價在算法運行中不斷減少。頻率分配器使用組合優化理論查找一個優化的或低代價的規劃。在進程的初始階段，測量數值一般會很快降低，然后，平均的降低速度會減慢，降低也比較零星地出現。算法跟蹤自己的進程，根據給定時間內代價的降低速度來調整自己的操作，在進程中，代價和干擾都可能會增加，以獲得更佳的迭代方向，頻率規劃能夠持續的優化。因此在算法運行過程中會發現，系統為了降低平均的干擾會犧牲某一兩個小區最差的干擾。對自動頻率分配器規劃的方案還需要進行數據檢查和人工頻率修正以達到理想的效果。三、通過系統性頻率規劃和優化提高網絡質量隨著移動通信網絡的迅猛

22、發展,深圳公司無線網絡不斷的建設和擴容(相比2002年初，現在的網絡規模已經是2倍），頻率設計的難度以網絡規模的階乘級數增長。為優化頻率資源配置，進一步提升網絡質量，需要周期性進行系統性的整體頻率規劃和優化工作。區域頻率優化主要是針對長期滾動開通基站、載波調整等網絡調整造成網絡頻率復用和干擾分布不均勻，通過系統性的頻率規劃設計改善整體頻率復用情況的優化工作，在區域變頻的過程中可以對原有的頻率復用模式作調整。區域頻率優化工作的頻度可以依據網絡擴容的速度、滾動開通基站的數量和載波調整的強度進行合理調整。我們根據網絡的需要分階段進行區域變頻工作，在2004年3月、5月實施了龍華、觀瀾區域和龍崗區區域

23、自主變頻，11月實施了深圳移動歷史上最大規模的市區及鄰近區域整體變頻。變頻前后通過客戶感知評估，MRR指標對比、話務統計分析，道路測試等質量分析看，變頻所采用的頻率規劃措施取得明顯成效，變頻區域內頻率復用整體狀況顯著改善，為后續網絡擴容和調整打下良好的基礎，網絡質量呈現逐步提升的趨勢（圖1）。同時還形成了相關工作規范、實施流程和管理辦法, 鍛煉和培養了頻率規劃技術人才。日常優化工作中對重要區域和道路進行了專項頻率優化調整工作，通過問題點分析、干擾評估和數據檢查來進行頻率精細優化，話音質量總體提高0.8%, 在集團公司網絡質量現場檢查中，城區話音質量超過98%，創歷史新高。完成了會展中心、上層站、地鐵等重大工程項目的頻率設計和優化工作，提高了大規模工程擴容情況下快速頻率設計和高頻率復用情況下進行頻率設計的經驗。結論隨著網絡