总第１７卷１８５期 ２０１５年１月 大众科技 Ｐｏｐｕｌａｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＶＯｌ－１７ Ｎｏ．１ Ｊａｎｕａ￣２０１５
基于遗传算法的频率复用方式
邹超毅张振荣
（广西大学，广西南宁５３０００４）
【摘要】由于ＬＴＥ采用了ＯＦＤＭ（正交频分复用）技术，各载波间相互正交，因而小区内部的干扰可以基本消除，但相 邻小区间的使用相同频率仍然会产生较大的干扰，影响系统频率复用效率，降低系统吞吐效能。因此，针对这一问题提出了基 于遗传算法的频率复用思考，从而提高频率的利用效率同时降低相邻小区间的频率干扰，优化系统吞吐量，提高服务质量。 【关键词】遗传算法；频率复用；干扰 【中图分类号】ＴＮ９２１ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】１００８．１１５１（２０１５）０１．００４３．０３
Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｕｓｅ ｗａｙ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｉｎｃｅ ｔｈｅ ＬＴＥ ｕｓｅｓ ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｔｏ ｅａｃｈ ｏｔｈｅｒ ａｍｏｎｇ ｔｈｅ ｃａｒｒｉｅｒｓ，ａｎｄ ｔｈｕｓ ｔｈｅ ｉｎｔｅｍａｌ ｃｅｌｌ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｃａｎ ｂｅ ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｅｌｉｍｉｎａｔｅｄ，ｂｕｔ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｂｅｔｗｅｅｎ ａｄｊａｃｅｎｔ ｃｅｌｌｓ ｓｔｉｌｌ ｐｒｏｄｕｃｅ ｌａｒｇｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ，ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｕｓｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｒｅｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｉｓ ｐｒｏｂｌｅｍ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｕｓｅ ｔｈｉｎｋｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｗｈｉｌｅ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ａｄｊａｃｅｎｔ ｃｅｌｌｓ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｓｙｓｔｅｍ ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ，ｉｍｐｒｏｖｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｑｕａｌｉｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｕｓｅ；ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ
移动通
信网的频率复用问
题
李宇
翔
〔
提要」
本文分
析了双频和
单频移
动通信同
频
复用
的有关向题,
提
出了
一个已付
诸实用
的级
率复用
方案。
`
该方案的
特点是:
每个无线电区域网内
各信道间
无三阶
互调
关系,N
个异
频无
线电
区组
成一个异频群,
占用一个连
续频段(如125
MHz,
50
个信道),
各个异频群的
对应区
域网
实
行同
频复用,
异频群的信道频谱
利用
率达
到1
0%。
_日
二自
、
J.`J
由于历史原
因,
我国对用
于移
动通信的超短
波颇段,
在频率分配
上缺
乏全
面规划,
很少
考虑同
一地区
各单位、
各部门之间
的关系和不同
地区
频率复用的问
题,
这
不但导致了相互
千
扰,
而且
不利于有限频率资源的充
分利用。
所以,
对移
动通信网的
须率傲出全
面规划及合理
分配
是一
个急需解决的
向题。
下面以
给定的一
段频率
资源为例,
就如何充分而有
效地
利用这
些
资源,
组成多网
复用、
全面
覆盖
的移动通
信系
统的
向题作一些分析,
井提出
一种实用
的级
率复用
方案。
单位面积
内的可
用信道数的
多少,
反映了
频率资源利用的
充分程度。
在
给
定频率资源的
情况下,
分配给单位
面积的
信道数越
多,
频率资源的利用
就越充分。
资源利用的
有效性是指
在充分利用全
部信道资源的过
程中,
不产生或少产生
相互干扰。
要避
开邻道干扰、
互调千
扰和
同
频干
扰。
本文介绍的频
率复用
方案,
能充分
有效地利用
有限的
频率资源,
对拥有
连续的50
个以下的
信道资源的
通信系统,
其
频谱利用率
可达到10。
%。
二、
双频
和单频系统的同
频复用
距离及
其
比较
我
们定义,
允
许同一
频率重
复使用的两
个网的
基
地台
间的距
离为同
频复用
距离。
同
频复用
距离与许
多因
素有关,
它主要
取
决于有用
信号
和干
扰信号的传播
损耗。
为计算
方便,
下
面仅以准
平坦地
形为例,
采用
简捷的
基本计算公
式
来确定同
频复用距
离,
这
样可
得
令。
二。。
。。。““。。。
。一。。
。。。二“。“。
……。。0。
…。
。。。。
.一。
。。。
。。
。
…。。
。。。。
二。。
。。。
。。
。。。。
。。。
…。。。
。“…。。。
。。。。。。。
。。
。。.
组64
字符,
这里就不一一述及。
通过对P
AD的
许方敏等：软分数频率复用 ＺＴＥ ＣＯＭＭＵＮｌＣＡＴｌＯＮＳ
软分数频率复用
Ｓｏｆｔ Ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｒｅｕｓｅ
摘要：针对４Ｇ移动通信系统提出的提高频谱利用率、同频组网的需求，文章从频率复 用问题入手，提出了一种软分数频率复用方案。软分数频率复用方案包括３种表现形 式，在实际应用中，可以根据物理层链路增益选择适当的表现形式。文章以第２种表 现形式为例介绍了采用该方案的频率复用方法。研究表明，使用软分数频率复用方 案，系统的频率复用系数可以达到１／３～１。软分数频率复用方案解决了同频组网问 题，并已经在上海４Ｇ实验网中得到了良好的应用。 誊 关键词：频率复用；蜂窝网络；软分数频率复用 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｓｏｆｔ ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｕｓｅ ｓｃｈｅｍｅ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ｆｕｌｆｉｌｌ ｆｕｌｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｕｓｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ４Ｇ ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｉｓ ｓｃｈｅｍｅ ｃａｎ ｂｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｉｎ ｔｈｒｅｅ ｔｙｐｅｓ，ｗｈｉｃｈ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｃｈｏｓｅ ｉｎ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｌｉｎｋ ｇａｉｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｌａｙｅｒ．Ｔｈｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｆｔ ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｕｓｅ ｉｎ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ 誊 ｔｈｒｅｅ ｔｙｐｅｓ ｉＳ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｕｓｅ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ ｔｈｉｓ ｓｃｈｅｍｅ ｍａｙ ｒｅａｃｈ １／３－１．Ｔｈｅ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ｆｏｒｍ ｏｆ ｔｈｉｓ ｓｃｈｅｍｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ４Ｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｎ Ｓｈａｎｇｈａｉ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ，ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｗａｙ ｔｏ ｆｕｌｆｉｌｌ ｆｕｌｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｕｓｅ ｉｎ ｓｙｓｔｅｍｓ 静 Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｕｓｅ；ｃｅｌｌｕｌａｒ ｎｅｔｗｏｒｋ；ｓｏｆｔ ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｕｓｅ 曩。 ｝ｉＩ 蘩馨簪 一。 ｜≯ 霞豫；毫羲魏 ｔ 奠 蔓鼍§聱谚≈ 尊 鹤≯爱｛ 簪麓§强§｜翳｜§强ｌ罄 强 。薯墼ｌ强ｔ簪鏊 麓 赣 箍｜毒 譬毪谚
这里更简明地描述蜂窝网络结构，不妨假设基站设置在平原地区，地面无障碍物阻挡，并采用全向天线的理想条件下，它的覆盖区是一个圆。而七个圆按照一定的交叠深度相邻接，中心一个圆的交接边界（在蜂窝网中就形成了切换边界）就拟合成一个正六边形。对应的同频干扰也就较规则地分布于六边形的边缘。如图1－2所示：
A
图1－2蜂窝结构的拟合
因此，在一个服务区内，以全向区来看，相互邻接的小区其正常切换边界形成了多个两两相邻正六边形，形同蜂窝状，称为蜂窝结构。但是，为了在无线网络规划设计中应用蜂窝结构实现同频复用和覆盖区不断扩大的要求，还需要将各蜂窝（cell）分成复用区族，由复用区簇两两相邻接来不断扩大覆盖区和实现频率复用。
复用区簇是若干个相邻接在一起的基站区群。在一个复用区簇内将全部可用频道平均分配给每个基站区或扇形小区，如下图1－3。两个相同的无线区簇彼此相邻接，簇内处于相应位置的两个基站区就是同频复用区，而相邻的无线区簇为同频复用区簇。 A3D2B1C3B2D1D3A2C1B3C2A1B3C2A1A3A1B1D1D3D2C3B2A1C3D2C3C1D2B1C2A1A2C1D3
图1－3 由12个小区组成的频率复用区族
显然，六边形只是无线覆盖方式的简化模型，实际上不可能有上面所讲到的各个方向完全一致的传播情况，也就没有完全规则的正六边形相接的小区，覆盖和干扰分布也就随地理环境发生偏差，这就要求在蜂窝结构思想的指导下，合理规划和配置各个小区，使得覆盖和干扰保护达到要求。
理想情况下，蜂窝结构的基本单元(基站区)是正六边形(切换边界)，由若干正六边形组成无线区簇，由无线区簇两两邻接组成全移动网的覆盖区。
无线区簇是一个频率复用的基本单元，在一个无线区簇内将全部可用频道平均分配给每个基站区或扇形小区。两个同样的无线区簇可以彼此邻接并保证各基站区或扇形小区的一一对应关系。由于分配给每个基站区或扇形小区的频道组是固定的，所以，任何相邻无线区簇内相对应的基站区或扇形小区都是同频区，从而形成一个完善的同频复用图案。
