蜂窩移動通信系統(tǒng)信道分配模型

蜂窩移動通信系統(tǒng)信道分配模型

1種最優(yōu)分配模型道教作為提高蜂窩移動通信系統(tǒng)容量的措施之一，得到了國內(nèi)外許多科學(xué)家的廣泛研究，但仍然充滿了變化。道教分布是一個優(yōu)化問題。重要的是通過有效的優(yōu)化來獲得優(yōu)化解。因此，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、模擬消防技術(shù)、遺傳統(tǒng)計方法和禁忌搜索算法被廣泛應(yīng)用于道教分布領(lǐng)域。文獻(xiàn)中顯示的優(yōu)化模型與最簡單的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能量函數(shù)是完全一致的，后者具有更好的操作。第一種方法只使用一組數(shù)學(xué)公式來表示頻帶的主要問題。在這種算法中，優(yōu)化的目標(biāo)不是系統(tǒng)的整體服務(wù)性能，而是盡可能充分體現(xiàn)社區(qū)的需要通道數(shù)。這是不完整的。由于網(wǎng)絡(luò)的總服務(wù)性能不足，本文討論了模型的穩(wěn)定性和存在性，并提供了高效快速的算法。在信道分配的幾種措施中,固定信道分配不能處理熱點問題,動態(tài)信道分配和混合信道分配方案可以在一定程度上較好地處理熱點問題,但很難保證系統(tǒng)中同道復(fù)用距離達(dá)到最小值,而且有較高地實現(xiàn)復(fù)雜度.因此,借用策略作為一種重要的處理非均勻業(yè)務(wù)的手段得到了深入的研究,目前主要有簡單借用、優(yōu)先級借用到帶方向性閉鎖的借用等方案.文獻(xiàn)提出一種無需鎖定的信道借用方案,它允許從相鄰小區(qū)中借用信道,而無需將該信道鎖定.該方案具有較高的頻譜利用率,且易于實現(xiàn).目前信道分配問題的發(fā)展,迫切需要建立具有良好整體性能的信道分配模型和高效快速地算法.本文從信道借用方案出發(fā),在理論上構(gòu)造了一種信道分配最優(yōu)模型,進(jìn)而利用Pontryain最小值原理得出了一種最優(yōu)分配模型的解.盡管該最優(yōu)分配模型是從借用方案[6~8]導(dǎo)出,但它具有一般性,對于其它方案也可做類似處理.此外,文中還為宏觀評價、把握系統(tǒng)性能,并作出最優(yōu)選擇提供了一種思路.2u、v的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移假定所研究的系統(tǒng)共有M個小區(qū).首先按固定信道分配的思想為每個小區(qū)設(shè)置相等數(shù)量的信道(當(dāng)然也可以不相等),這樣可以保證初始狀態(tài)是最緊致的;借用信道采用CBWL分配.記t時刻系統(tǒng)的業(yè)務(wù)量分布為相應(yīng)地代價函數(shù)分布為信道借用的基本思想是,當(dāng)本小區(qū)無可用信道分配時,可以向“最富有”的鄰區(qū)借用空閑信道.那么對兩個相鄰的小區(qū)u、v來說,若u從v借用信道,便相當(dāng)于蜂窩u的業(yè)務(wù)利用蜂窩v的資源服務(wù),因此對u、v,若Cu(Au(t))>Cv(Av(t)),則一定存在業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移流σ(σ>0),從小區(qū)u轉(zhuǎn)移到小區(qū)v,其中σ的大小與有關(guān).若不存在借用,則ΔC=0.現(xiàn)引入M維向量Xpq,即p、q為相鄰小區(qū)時,于是相鄰小區(qū)的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移可以表示為其中(C(A(n),Xuv))表示C(A(n))同Xuv的內(nèi)積,R(v)表示小區(qū)v的鄰區(qū)的集合,顯然因此整個系統(tǒng)的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移可表示為,式中W為M維向量,其分量wi(A(t))反映了某時刻第i小區(qū)的業(yè)務(wù)變化趨向和大小程度.這樣第i小區(qū)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移量ΔAi(t)可看成與wi(A(t))成比例.設(shè)比例因子為αi>0,i=1,2,…,M.則令Γ=diag(α1,α2,…,αM),即可構(gòu)造業(yè)務(wù)量尋優(yōu)的方程模型:當(dāng)αi=α0(i=1,2,…,M)時,式(9)可簡化為式(9)、(10)即信道分配問題業(yè)務(wù)量變化的非線性方程模型,其中的加權(quán)因子的大小與系統(tǒng)要求的服務(wù)性能以及業(yè)務(wù)量轉(zhuǎn)移所帶來的對代價函數(shù)的修正等因素有關(guān).3最優(yōu)信道分配上節(jié)給出了ΔA(n)的表達(dá)式,顯然在實際中是無法操作的,也無法確定解的優(yōu)劣性,因為上面的方程模型無法保證怎樣定向選取并且取值多大最佳.下面將建立最優(yōu)模型并確定最優(yōu)解.為便于表述,用U(n)代替ΔA(n),即同樣地,A(n)=(A1(n),A2(n),…,AM(n))T表示服務(wù)系統(tǒng)中小區(qū)的業(yè)務(wù)量分布;而小區(qū)轉(zhuǎn)移的業(yè)務(wù)量用U(n)=(u1(n),u2(n),…,uM(n))T表示.問題的初始條件為而業(yè)務(wù)守恒約束可表示為對所研究的蜂窩系統(tǒng)來說,優(yōu)化信道分配的目的是希望整個系統(tǒng)的服務(wù)性能盡量優(yōu)良.對于不同的目的要求,存在著多種代價函數(shù),如文獻(xiàn),一般來說,它是關(guān)于業(yè)務(wù)量非負(fù)、遞增的.所謂最優(yōu)信道分配,就是求解其中C(A(n))表示代價函數(shù)分布;P、Q分別為M階加權(quán)矩陣,前者為半正定陣,表示對不同小區(qū)服務(wù)性能要求的差異;后者是正定陣,反映了研究者對不同小區(qū)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移的重視程度.式右邊第一部分保證整個蜂窩系統(tǒng)有一個較小的代價函數(shù);第二部分則為了轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)盡量少.矩陣P、Q可以是常數(shù)陣也可以是時變的.權(quán)值系數(shù)W1、W2影響著尋優(yōu)的收斂速度,兩者比值較小時,收斂的較慢;較大時,收斂速度較快,但太大有可能引起振蕩.現(xiàn)構(gòu)造Hamilton函數(shù)式中:λ(n+1)為協(xié)態(tài)變量;β(n)為約束變量.為便于討論,取P、Q為單位矩陣(這種情況相當(dāng)于對各小區(qū)的重視程度一樣并且采取一致的策略),由Pontryagin最小值定理,得到:(1)協(xié)態(tài)方程λ(n)=W1·C′(A(n))+λ(n+1)(16)由式(16)~(19)得到根據(jù)這個迭代方程,可以用試差法求得優(yōu)化值.4權(quán)值系數(shù)之比對收斂速度的影響本文仿真所用的蜂窩結(jié)構(gòu)如圖1所示,代價函數(shù)取為呼阻率,其關(guān)系式見(22).呼叫的到達(dá)按泊松分布,呼叫持續(xù)時間為指數(shù)分布,平均時間為120秒.式中C、A、L分別為小區(qū)的呼阻率、業(yè)務(wù)量及可用信道數(shù).為了驗證方案的有效性,首先對算法收斂性作了仿真研究.圖2顯示了系統(tǒng)中兩個小區(qū)業(yè)務(wù)量變化的收斂過程,它給出了其中的權(quán)值系數(shù)之比分別是400、250、208和100等四對值.圖中清楚地反映了式(14)中權(quán)系數(shù)W1、W2的比值對收斂速度的影響程度:若W1、W2太大,則收斂速度較快,但可能引起振蕩;若太小,則收斂較慢.從圖中W1:W2的四對比值可以看出,只要系數(shù)選擇恰當(dāng),可以在兩、三步內(nèi)甚至一步就收斂.文中給出的優(yōu)化解在保證收斂的方向性方面還是相當(dāng)?shù)煤?圖3給出的是在收斂過程中呼阻率的變化,圖中顯示也是權(quán)值系數(shù)之比分別是400、250、208和100等四對值的情況,可以看出呼阻率選擇最佳值的過程與權(quán)值的選取也有關(guān),只要系數(shù)選擇恰當(dāng),可以在兩、三步內(nèi)甚至一步就收斂.圖4是本文優(yōu)化方案性能與固定信道分配方案性能的比較.圖中顯示的是其中四個小區(qū)分別采用固定信道分配(FCA)及采用優(yōu)化模型方案(OCA)時呼阻率的比較.可以看出,優(yōu)化方案能有效地提高了整個系統(tǒng)的服務(wù)性能.5算例2:某本文提出了一種最優(yōu)信道分配模型.文中從信道分配的特點出發(fā),構(gòu)造了一種理論模型,并利用Pontryain最小值原理獲得了模型的最優(yōu)解.所給出的是通用模型,主要目的是對信道分配問題從宏觀上進(jìn)行把握,在實際應(yīng)用中可以是針對某個性能的優(yōu)化,也可以是多個性能的組合優(yōu)化.給出的算例仿真驗證了模型的有效性.該模型可以用來