CN104066095A

CN104066095A - 一种基于色论的移动通信频点优化方法

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Publication number: CN104066095A
Application number: CN201410280677.5A
Authority: CN
Inventors: 于银辉; 杨蕾; 张春海; 王玉星; 陈登昭
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2014-06-21
Filing date: 2014-06-21
Publication date: 2014-09-24
Anticipated expiration: 2034-06-21
Also published as: CN104066095B

Abstract

本发明属于移动通信技术领域，特别涉及一种基于色论的移动通信频点优化方法，有连接图的建立、连接图的分解、极大集中的顶点着色、整个连接图中的顶点着色、频点配置5个步骤；本发明主要以提高网络C/I为目标，同时考虑了网络优化工作中鲁棒性的特点。利用本发明的方法对延吉市的同频干扰案例进行优化，结果表明，该模型和求解方法应用于频点优化十分快捷、有效。

Description

一种基于色论的移动通信频点优化方法

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，特别涉及一种基于色论的移动通信频点优化方法。

背景技术

目前，无线移动通信网络能够满足人们对无线通信传输快、流量大等需求，很快得到了人们的认可。但随着使用人数的日益增多，吞吐量的增大，网络的性能仍存在诸多问题，因，无线通信网络优化在网络建设中必不可少，是提高网络服务质量的关键。当前仍需要不断地对网络进行拓展和优化，综合利用不同的频率资源，实现在不同环境下的宽带接入，建立具有高可靠性、高安全性、高有效性的移动通信系统，为用户提供无缝的高速数据业务。

同时，随着2014年4G建设，未来的4G通信的速度可能会受到通信系统容量的限制，如系统容量有限，手机用户越多，速度就越慢。因此，就迫切需要完备的网络优化方案来解决这一容量受限问题。当前移动通信网络还存在基站数目多、网络规模大、无线通信网络覆盖范围有限以及覆盖不均匀等缺点，为了满足用户对移动通信网络的各方面的需求，克服移动通信网络中存在的上述问题，对移动通信网络的频点分配进行优化，减小各个小区之间的同频干扰以及提高网络了C/I(载干比)，增强通信网络的鲁棒性，具有重要意义。

图论又称图的着色理论，是一个应用很广、价值很高的方法，纵观国内外，关于图的着色理论解决很多领域的难题。其基本原理是，将待解决的问题抽象成一个由点和边(即两个点之间的连线)构成的图，设置该问题与图的参数对应关系，把实际问题抽象成图的着色问题。图的着色常见的有点着色(又称顶点着色)、边着色(又称线着色)和面着色，其基本要求是任意相邻的两点(边或面)所着的颜色均不相同，所谓相邻，对于点着色是指两个顶点之间有边(有连线)，对于边着色是指两个边之间有相交的顶点，图的着色方法目前已经很成熟，文献《平面图4—着色的两类新算法》(内蒙古工业大学硕士学位论文，作者：贾永旺)中给出了极大平面图中点着色的详细方法和算法。

利用图论(色论)解决移动通信频点优化问题具有重要意义，可为通信事业带来了显著和长远的经济效益。但目前并未见文献公开如何利用图论解决移动通信的频点优化问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服在通信频点优化中现有技术的不足，利用点着色理论，提供一种移动通信网络日常频点配置的优化方法。

本发明的技术问题可以通过以下技术方案实现：

一种基于色论的移动通信频点优化方法，有连接图的建立、连接图的分解、极大集中的顶点着色、整个连接图中的顶点着色、频点配置5个步骤；

所述的连接图的建立是，将需要进行频点配置区域中的各基站的关系转化成图论中的连接图，并将这种连接图记为基站连接图，其中，基站对应连接图中的顶点，基站间的关系对应连接图中的边，如果两个基站的信号覆盖区域有重叠，在基站连接图中这两个基站对应的顶点之间就有边，如果两个基站的信号覆盖区域没有重叠，在基站连接图中这两个基站对应的顶点之间就没有边，将待分配的频点对应成连接图中可着的色；

所述的连接图的分解是，将所述的基站连接图中的顶点和边分为两个集合，记为极大集和限制集，所述的极大集包含最多的各不相交的边和这些边所连接的顶点，所述的各不相交的边是指这些边除了在顶点处相交之外任意两条边都没有其它的交点；所述的限制集是，基站连接图中除去极大集中的边的其余的边和这些边所连接的顶点的集合；

所述的极大集中的顶点着色是，利用轮图理论中的顶点着色方法对极大集中的顶点进行着色，使得任意一个边连接的两个顶点所着的色都不同；

所述的整个连接图中的顶点着色是，对只在限制集中出现而未在极大集中出现的顶点进行着色，并利用限制集中顶点的关系进一步筛选所述的极大集中的顶点着色步骤中得到的各种着色方案，使得在限制集或极大集中任意一条边所连接的两个顶点所着的色都不同；

所述的频点配置是，根据在所述的连接图的建立步骤中定义的基站和顶点的对应关系以及待分配的频点和连接图中可着的色的关系，按照所述的整个连接图中的顶点着色步骤中得到的顶点着色方案，将频点配置到各基站。

为了进一步提高求解效率，在所述的极大集中的顶点着色步骤中，可以先将待着的色划分成每个集合都包含且只包含4种颜色的子集合，再利用轮图理论中的四点着色方法对各顶点进行着色。

本发明的技术方案有以下有益效果：

1、本发明在为不同的基站分配频点时，相邻基站之间采用不同的频点进行通信，避免了基站间的同频干扰，同时又不增加基站额外的负担。

2、本发明可以实现移动通信网络的频点配置优化，使得频点达到充分利用。

3、本发明在布尔函数的基础上引入键控变量使日常同频优化方法更具有鲁棒性，以及减小了全网的通信负荷。

附图说明

图1是实施例2中所述的连接图的示意图。

图2是实施例3中所述的分解出的极大集示意图。

图3是实施例3中所述的分解出的限制集示意图。

图4是实施例4所述的将极大集补全后得到的极大连接图示意图。

图5实施例2～5所述的着色求解算法流程图。

图6是实施例7所述的延吉市步行街区频点优化前TD-SCDMA网络的C/I分布情况。

图7是实施例7所述延吉市步行街区的基站连接图示意图。

图8是实施例7所述的延吉市步行街区频点优化后TD-SCDMA网络的C/I分布情况。

具体实施方式

实施例1本发明的总体步骤

本发明的一种基于色论的移动通信频点优化方法，有连接图的建立、连接图的分解、极大集中的顶点着色、整个连接图中的顶点着色、频点配置5个步骤。

实施例2连接图的建立

在本发明中，将市区的基站和基站的邻区关系转化成图论中的连接图，并将这种连接图称为基站连接图。其中，基站设计成连接图中的顶点，邻区关系设计成顶点之间的边(即顶点之间的连接线)，待配置的频点设计成连接图中的染色(各顶点要着的色)。频点优化问题就可以转化成连接图的顶点着色的色论问题。

图1为得到的连接图的示意图。

各对应关系如表1所示

表1基站连接图与移动通信参数对应关系

图论参数	移动通信优化参数
		染色数	频点数
染色	频点
		顶点集	基站集合
边集	邻区集合

实例3连接图的分解

将实施例3中得到基站连接图中的边和顶点分为两个集合，记为极大集和限制集，分别记为E₁和E₂划分的原则是，在其中一个集合中，除了在顶点处相交之外，所有的边均无其它交点，极大集是在满足这种条件下包含最多的边以及由这些边所连接的顶点，限制集是，连接图中除去极大集中的边的其余边以及由这些边连接的顶点(有一部分点会同时出现有极大集和限制集中)。

图1所示的就是一个非极大连接图，在图1中有两条边与其它的边除了在顶点处相交外，还有其它的交点，根据本实施例的原则，将这两条边移除后得到的图2就是极大集，移除的这两条边以及这两条边所连接的3个顶点就作为限制集，如图3所示。

实例4极大集中的顶点着色

首先将极大集的图补全成极大连接图，也就是将极大集中的每一个非边界点作为一个子轮图的中心，然后把每一个子图中没有与中心顶点相连的点都与中心顶点连接上，补成极大连接图，进而得到与非边界点数目相等的子轮图模型。例如，将图2所示的极大集补上一条边后就得到图4所示的极大连接图，在图4中后补上的边用虚线表示，在图4中有两个非边界点，因此图4可划分成两个子轮图，如图4中两个虚线圈所示。在极大连接图中的任意不相邻的顶点u,v之间再加上一个边(u，v),所加的边都会与其它边有除了顶点之外的其它交点，所得的图都不再是极大连接图。

然后利用轮图理论中的点着色方法对极大集中的顶点进行着色。

补全成的极大连接图是由若干个子轮图模型所构成的，每个非边界顶点都是一个子轮图的中心顶点，先利用极大平面图4-着色的布尔方程组理论完成每个子轮图的顶点着色。主要步骤是：

步骤0：设置每一个轮图模型m值。(m是布尔空间维数，即一个子轮图除去中心顶点的其余顶点数目)。

步骤1：如果m<3，输出出错信息，返回；如果m＝3或m＝4，给出表达式，并返回；如果m≥5，则进行函数递归调用。

步骤2：输出最终结果。

其顶点着色的方法具体递推公式如下：

L_{m}^{k} |_{b_{k}} (a_{1}, a_{2}, . . ., a_{m}) = \{\begin{matrix} b_{k} a_{1} a_{2} a_{3} (m = 3) \\ b_{k} \overset{&OverBar;}{a_{1} a_{2} a_{3} a_{4}} + b_{k} \overset{&OverBar;}{a_{1}} a_{2} \overset{&OverBar;}{a_{3}} a_{4} + b_{k} a_{1} \overset{&OverBar;}{a_{2}} a_{3} \overset{&OverBar;}{a_{4}} (m = 4) \\ b_{k} a_{m} L_{m - 1}^{k} (\overset{&OverBar;}{a_{1}}, a_{2}, . . ., a_{m - 2}, \overset{&OverBar;}{a_{m - 1}}) + b_{k} \overset{&OverBar;}{a_{m}} a_{m - 1} L_{m - 2}^{k} (\overset{&OverBar;}{a_{1}}, a_{2}, . . ., a_{m - 2}) + b_{k} \overset{&OverBar;}{a_{m} a_{m - 1}} L_{m - 2}^{k} (a_{1}, a_{2}, . . ., a_{m - 2}) (m &GreaterEqual; 5) \end{matrix}

其中，k表示子轮图的编号(即极大连接图中非边界顶点的标号，该标号是人为编的，用以区分不同的子轮图)，m表示布尔空间维数，即一个子轮图中除去中心顶点的顶点数目，a是布尔变量，是a的取反，a_i＝1表示第i个非中心顶点着色时与中心顶点颜色不同；表示第i个非中心顶点着色时与中心顶点颜色相同，i＝1,2,…,m。

b_k表示键控系数。一般情况下，待配置的频点的数量大于4，无法对连接图的顶点进行简单的4点着色，因此，为了能充分、有效的利用频点，引入键控系数，将频点划分成若干个4元素集合，每个集合中的4个频点都不同，令键控系数的每一个取值都对应一个4元素的频点集合，键控系数的取值个数为大于等于频点总数除以4的最小整数，例如有4个频点，键控系数就只有一个值(此时相当于直接用4点着色理论)，当频点数为5～8个时，键控系数有2个取值，当频点数为9～12时，键控系数有3个取值，以此类推。

在这里，由于极大连接图的正常4点着色全体集合与n维布尔向量空间V的一个子集一一对应，因此可将图的着色问题转化为布尔方程问题，在n维布尔向量空间V上定义一个布尔函数如下：

最后，依据布尔函数判定每一个轮图是否点着色成功。

如上所述，分离出的含有n个节点构成的子图均可以由所有的轮图模型表示，即

L = {L_{m_{n}}^{1} |_{b_{k}}, L_{m_{2}}^{2} |_{b_{k}}, . . . . . ., L_{m_{n}}^{n} |_{b_{k}}} .

若该网络能够完成点着色，则L＝1，也就是只有每个子轮图模型都能得到正确的点着色方案，极大连接图的点着色问题才算是完成，即

L_{m_{n}}^{1} |_{b_{k}} {= L_{m_{2}}^{2} |}_{b_{k}} = . . . . . . = L_{m_{n}}^{n} |_{b_{k}} = 1 - - - (3)

实例5整个连接图中的顶点着色

在实例4中所得到的极大连接图中的顶点着色方案有很多中，在本实施例中将用限制集作为约束条件，对极大集中的顶点着色方案进行检验是否合理，筛选出适合整个基站连接图的顶点着色方案。

限制集同样满足连接图的映射关系。根据频点集合与连接图的顶点着色的映射关系，若基站连接图G完成正常频点配置，则小区的频点分配满足频点与连接图的顶点的映射关系，图G的顶点集合V对应映射到小区的频点分配的集合P，即V(G)→P(G)。如果基站连接图G的一条边e是限制极中的边,而u和v分别是边e连接的两个顶点(即边e的两个端点)，则由邻接顶点不可以使用相同色的着色原则，即需满足P(u)≠P(v)。进而获得整个连接图中的顶点着色方案。

因此，描述整个基站连接图的顶点着色的方程组可表示为

\{\begin{matrix} L_{m_{n}}^{1} |_{b_{k}} = 1 \\ L_{m_{2}}^{2} |_{b_{k}} = 1 \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ L_{m_{n}}^{n} |_{b_{k}} = 1 \\ P (v_{l}) &NotEqual; P (u_{l}) \end{matrix}

式中，且v_l≠u_l。满足该方程组的解，即是整个连接图的顶点着色方案。

实例6频点配置

根据图G的顶点集合V与小区的频点集合P的对应关系，以及实施例5最终得出的各顶点着色方案对各基站进行频点分配。

实施例2～5的算法流程图如图5所示，其步骤如下：

步骤1：确定基站数n，每个基站的邻区数m以及键控变量的个数和取值。

步骤2：确定键控变量b_k与频点集合P的映射关系，列出布尔方程组L。

步骤3：求解布尔方程组L，得到极大连接图的点着色方案。

步骤4：根据限制极判断是否满足P(U)＝P(V)等式是否成立。若等式不成立，则得出频点方案；否则，更改不符条件的轮图键控变量的取值，返回步骤3。

实施例7本发明在延吉市步行街区中移动通信频点配置的应用

首先对市区网格提取道路的无线通信数据。方式是路测(DT)，车速平均25km/h。经测试发现，延吉市日话务量最大区域是市中心的西市场步行街区，面积约2300m²。

如图6所示，经分析发现，由于早高峰时段流动客户量非常大，基站密度较高，在这种情况下网络网优人员使用批量频点软件优化频点会导致TD-SCDMA制式下的业务信道的同频干扰较强(深色区域表示C/I较低区域，浅色表示C/I正常区域)。下面，采用本发明的优化方法对图中街区的TD-SCDMA频点配置进行区域工程优化。

根据基站天线的方位角可以得到延边市西市场步行街区的基站连接图如图7所示，已知延吉市步行街区分成12个小区(基站)，每个小区的邻区数m如表2所示，键控系数与频点集合P的映射如表3所示。

依据实施例2～5所给出的实现算法，并进行求解计算，对西市场步行街区进行频点优化。最后得到运算结果如表4，其中，v3、v9,、v12采用P2频点集合，其余小区都采用P1频点集合。共有6个频点，由于采用的是4点着色方法，根据键控系数与频点集合的映射关系，将这些频点分配到两个子集合中去，所对应的每个映射的频点子集合都有四个频点。令b_k＝±1，得到如表3所示的键控系数与频点集合映射表。

表2网络中的小区数与其所对应的邻区数

表3键控系数与频点集合映射表

b_k＝1	P1＝{10080,10088,10096,10104}
		b_k＝-1	P2＝{10096,10104,10112,10120}

表4运算结果和频点优化方案

从表4的运算结果我们可以看到，不同顶点(即基站)可以使用同一个频点，但这两个顶点是没有连线的，即两个小区(基站)之间不相邻。因此这两个同频小区之间也就不会有同频干扰。

对优化后的步行街区进行复测(如图8所示)。通过对比图7和图8，可以看到：图8中的浅色区域要比图7的面积大且清晰，而在图7中，有多处区域被标示深色。因此，可以得到：在移动网络频点优化前，延吉市步行街上部分区域载干比较小，即同频干扰较严重且网络信号覆盖不均匀；在网络频点优化后，步行街的大部分道路的载干比性能都较好，同频干扰明显减弱，无线网络覆盖均匀。

在网络频点优化后，延边市西市场步行街区的网络状况得到明显了改善。采用本发明的优化算法进行网络优化不仅满足了用户对通信质量的需求，也给通信行业带来了显著和长远的经济效益。同时，该模型也适用于4G的各种制式，其应用将会加速推动国家和企业对4G网络的建设，更好的优化通信网络，这种基于色论的移动通信频点优化的实现方法在未来将会具有广阔的市场应用前景。

实施例8本发明的实施例4、5点着色方案的相关程序

Claims

1.一种基于色论的移动通信频点优化方法，有连接图的建立、连接图的分解、极大集中的顶点着色、整个连接图中的顶点着色、频点配置5个步骤；

2.根据权利要求1所述的一种基于色论的移动通信频点优化方法，其特征在于，在所述的极大集中的顶点着色步骤中，先将待着的色划分成每个集合都包含且只包含4种颜色的子集合，再利用轮图理论中的四点着色方法对各顶点进行着色。