無線回傳拓?fù)湟?guī)劃

1、B題-無線回傳拓?fù)湟?guī)劃1.背景介紹在城區(qū)建設(shè)基站，傳輸光纖部署最后一公里的成本高，光纖到站率低，全球綜合來看低于60%;如果使用微波傳輸，由于微波只能在LOS（視距）場(chǎng)景下部署，而城區(qū)場(chǎng)景中 LOS信道比例低于50%。在農(nóng)村網(wǎng)建設(shè)基站，單站業(yè)務(wù)量低，收入低，ROI （投資回報(bào)率）差，運(yùn)營(yíng)商建站對(duì)成本較為敏感。衛(wèi)星傳輸租金、光纖傳輸建設(shè)費(fèi)用對(duì)于運(yùn)營(yíng)商是很大的負(fù)擔(dān)，而如果使用微波傳輸，對(duì)于相當(dāng)一部分站點(diǎn)需要提升鐵塔高度來滿足微波的LOS場(chǎng)景要求，鐵塔費(fèi)用的增加對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來說同樣是不小的負(fù)擔(dān)。Relay無線回傳方案利用 FDD LTE或 TDDLTE制式承載來為站點(diǎn)回傳，相對(duì)微波有較強(qiáng)的 NLOS（

2、非視距）傳輸能力，可以解決城區(qū)、農(nóng)網(wǎng)等場(chǎng)景下的傳統(tǒng)傳輸方式不可達(dá)的問題， 同時(shí)在部分場(chǎng)景下也可以替代微波，有效降低站高，節(jié)省加站費(fèi)用。RRN （eRelay Remote Node），是Relay方案中的無線回傳設(shè)備，它用于為基站提供無線 回傳服務(wù)。如圖1所示。Relay組網(wǎng)包含宿主基站 DeNB和中繼站RN兩個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)：DeNB是在普通基站（DeNB）上增加了 Relay功能，DeNB支持普通手機(jī)（UE）接 入，也支持 RRN的接入；RN包括RRN和 ReBTS兩部分。RRN通過無線信號(hào)接入 DeNB并建立空口承載；ReBTS 可供覆蓋范圍內(nèi)的 UE接入；ReBTS的傳輸由RRN提供為了方便

3、理解，這里分別將DeNB和RRN稱作宿主站和子站， 一個(gè)宿主基站通常可以有 13個(gè)宿主小區(qū)，分別覆蓋不同的方向（可理解為扇區(qū)的定義），如圖2所示。圖2中方塊代表子站，每個(gè)宿主小區(qū)可以接入一定數(shù)量的子站，子站與子站之間可以級(jí)聯(lián)（即多跳），但跳數(shù)有限制。宿圭小主小區(qū)2圖2 Relay拓?fù)潢P(guān)系示意圖2.任務(wù)表述2.1任務(wù)簡(jiǎn)述本任務(wù)中，在給定一個(gè)地區(qū)中候選站點(diǎn)的位置分布的情況下，參賽隊(duì)伍需要根據(jù)站點(diǎn)間的相互位置、站點(diǎn)間拓?fù)潢P(guān)系限制等條件，在滿足一定回傳質(zhì)量（本次任務(wù)僅根據(jù)宿主站與 子站的距離是否滿足某門限來判斷是否滿足最低回傳質(zhì)量要求。而實(shí)際Relay部署時(shí)，影響回傳質(zhì)量的因素包括距離、地形阻擋、普通

4、手機(jī)接入影響、ReBTS干擾、相鄰基站干擾等多種復(fù)雜因素）的前提下，設(shè)計(jì)成本最優(yōu)的部站方案，包括：? 候選站點(diǎn)是安裝子站還是宿主站？? 候選站點(diǎn)間的連接關(guān)系如何？算法還應(yīng)該具有以下特點(diǎn)：算法收結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)中對(duì)于無線回傳拓?fù)湟?guī)劃問題的具體需求, 斂速度快、盡可能覆蓋更多的站點(diǎn)。2.2 輸入輸出1、輸入： 每個(gè)地區(qū)內(nèi)，所有站點(diǎn)列表，包括：? 站點(diǎn)經(jīng)緯度；? 站型： RuralStar 或蝴蝶站； 各種站型的綜合成本，包括：? 宿主站的綜合成本；? 子站的綜合成本；? 衛(wèi)星設(shè)備成本；2、約束輸出的拓?fù)潢P(guān)系，應(yīng)滿足如下限制條件：? 首跳距離 20km之后每跳距離 10km? 站點(diǎn)包含 RuralStar

5、和蝴蝶站兩種不同站型；其中， RuralStar 共包含 1 個(gè)扇區(qū)，蝴 蝶站共包含 2 個(gè)扇區(qū)；若該站點(diǎn)為宿主站，則每個(gè)扇區(qū)第一級(jí)最大接入子站數(shù)4，最大總接入子站數(shù) 6；為了簡(jiǎn)化問題，暫不考慮蝴蝶站的扇區(qū)覆蓋方向；? 宿主站之間采用微波連接，最大通信距離為 50KM? 宿主站和子站以及子站之間采用無線回傳連接? 每個(gè)子站最多只能有 2 條無線回傳連接；? 任意子站只能歸屬一個(gè)宿主站， 到達(dá)所屬宿主站有且只有一條通路， 且該通路包含 的跳數(shù)小于等于 3? 任意宿主站都有且只有一顆衛(wèi)星負(fù)責(zé)回傳，成片連接的宿主站可共享同一顆衛(wèi)星， 但一顆衛(wèi)星最多只能負(fù)擔(dān) 8 個(gè)成片宿主站的回傳數(shù)據(jù)? 成片宿主站中

6、，宿主站總數(shù)不設(shè)上限例如，如下圖所示的連接關(guān)系中宿主小區(qū) 2 不滿足“每個(gè)扇區(qū)第一級(jí)最大接入數(shù)4，最大總接入數(shù) 6”子站 1 、子站 2 不滿足“任意子站只能歸屬一個(gè)宿主站，到達(dá)所屬宿主站有且只有 一條通路子站4不滿足 任意子站只能歸屬一個(gè)宿主站， 到達(dá)所屬宿主站有且只有一條通路，且該通路包含的跳數(shù)小于等于3”中的 跳數(shù)小于等于3”子站5不滿足 任意子站只能歸屬一個(gè)宿主站， 到達(dá)所屬宿主站有且只有一條通路，3、輸出：按輸入數(shù)據(jù)中站點(diǎn)順序，輸出以下數(shù)據(jù):輸出文件包含以下兩個(gè)Graph.csv包含：1)二維矩陣表示所有站點(diǎn)間的連接關(guān)系,連接，2表示采用微波連接；0表示沒有連接關(guān)系，1表示采用無線回

7、傳Posi.csv包含以下數(shù)組，按列存儲(chǔ):1)維數(shù)組表示站點(diǎn)類型，0表示子站，1表示宿主站;例如:如上圖所示的連接關(guān)系，以上數(shù)組將表述為:宿主站1宿主站2宿主站3子站1子站2子站3子站4子站5子站6子站7子站8宿主站102010010000宿主站220200001110宿主站302000000001子站110001000000子站200010100000子站300001000000子站410000000000子站501000000000子站601000000000子站701000000000子站800100000000站點(diǎn)名站點(diǎn)類型宿主站11宿主站21宿主站31子站10子站20子站30子站40

8、子站50子站60子站70子站80算法效率：5分鐘內(nèi)站點(diǎn)規(guī)模：1000站點(diǎn)左右2.2挑戰(zhàn)目標(biāo)在拓?fù)浼軜?gòu)滿足約束條件的前提下，挑戰(zhàn)目標(biāo)1 （最高優(yōu)先級(jí)）：更低的總體成本總體成本：宿主站數(shù)量*宿主站成本+子站數(shù)量*子站成本+衛(wèi)星數(shù)量*衛(wèi)星成本平均成本=總體成本/地區(qū)內(nèi)站點(diǎn)總數(shù)這里，衛(wèi)星的數(shù)量等于 Ceil（宿主站數(shù)量/8）， Ceil（）表示向上取整。下表為各種傳輸方式的成本，單位：W USD宿主站成本10子站成本5衛(wèi)星成本50挑戰(zhàn)目標(biāo)2 :更低的回傳路徑損耗雖然無線回傳中存在NLOS影響，但為了簡(jiǎn)化問題，采用自由空間傳播模型估計(jì)站點(diǎn)之間的路徑損耗，公式如下：PL=32.5+20*lg （ D）+20*lg （ F）其中，PL是路徑損耗，是兩個(gè)站點(diǎn)之間的距離，D單位為km， F是發(fā)射頻率，單位為MHz，這里默認(rèn)采用 900MHz。系統(tǒng)平均損耗=所有無線回傳連接的損耗之和 /無線回傳連接數(shù)需要注意，該路徑損耗只考慮子站回傳部分，宿主站之間采用微波傳輸，只需滿足距離限制，不計(jì)算該損