毛源斌

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Femtocell網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源管理技術(shù)研究

毛源斌

中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司江西省分公司，江西 南昌 330000

主要研究Femtocell網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源管理分配技術(shù)。針對(duì)Femtocell網(wǎng)絡(luò)中的頻譜資源分配問題，采用了粒子群智能算法來(lái)對(duì)Femtocell網(wǎng)絡(luò)中的信道進(jìn)行分配。詳細(xì)介紹了粒子群算法的基本原理和算法流程，并對(duì)Femtocell網(wǎng)絡(luò)的資源管理進(jìn)行數(shù)學(xué)模型建立，使用粒子群算法對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行優(yōu)化。最后使用MATLAB對(duì)算法進(jìn)行編程，然后在MATLAB上運(yùn)行該算法，對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試。通過結(jié)果可以看出，粒子群算法對(duì)于信道分配的優(yōu)化效果良好，并且相比于遺傳算法，無(wú)論用戶數(shù)量如何改變，粒子群算法的性能也比遺傳算法好。

蜂窩網(wǎng)絡(luò)；室內(nèi)覆蓋；Femtocell；粒子群算法

1 為了解決室內(nèi)蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題，F(xiàn)emtocell技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并且由于Femtocell安裝使用方便，使用費(fèi)率低，電磁污染小，能提供高質(zhì)量服務(wù)等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展十分迅猛。雖然Femtocell以上這些優(yōu)勢(shì)，但在宏蜂窩系統(tǒng)中引入Femtocell系統(tǒng)，將會(huì)對(duì)傳統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)劃的宏蜂窩系統(tǒng)造成重大影響，特別是femtocell網(wǎng)絡(luò)具有非規(guī)劃、隨機(jī)接入等特性，因此在研究femtocell在宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)際部署的時(shí)候，將會(huì)面對(duì)以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題：干擾管理、資源管理與移動(dòng)性管理。其中干擾問題是限制網(wǎng)絡(luò)容量提升的重要因素，同時(shí)也是Femtocell大規(guī)模商用前需要重要研究的問題，干擾會(huì)對(duì)上述所提到的優(yōu)勢(shì)和系統(tǒng)的性能產(chǎn)生影響。資源的分配方式與系統(tǒng)中的干擾和容量有著緊密的聯(lián)系。因此必須對(duì)資源如何分配的問題進(jìn)行深入研究，才能從根本上解決Femtocell技術(shù)的干擾問題，從而為Femtocell大規(guī)模商用解決后顧之憂。

圖1 Femtocell網(wǎng)絡(luò)連接圖

2 如前所述，解決femtocell網(wǎng)絡(luò)干擾的關(guān)鍵在于網(wǎng)絡(luò)資源的合理分配，這主要包含兩個(gè)方面，一是頻率分配，二是功率控制。并且femtocell網(wǎng)絡(luò)中的干擾主要分為同層干擾和跨層干擾，而本課題主要研究femtocell網(wǎng)絡(luò)的同層干擾問題，因此下面主要對(duì)同層干擾問題的解決進(jìn)行建模以及提出資源分配管理的算法。[1]

由于femtocell的引入，給傳統(tǒng)的macrocell網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了很多益處，同時(shí)也帶來(lái)了嚴(yán)重的干擾，通過對(duì)femtocell網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線資源進(jìn)行合理的分配能夠有效的減輕系統(tǒng)中的干擾。

待優(yōu)化的系統(tǒng)為系統(tǒng)模型如圖2，系統(tǒng)中主要包括宏基站BS，家庭基站HNB，宏基站用戶MU，家庭基站用戶FU，以及中心服務(wù)器，RNC。

圖2 集中式資源管理模型

3 前面已經(jīng)提到，關(guān)于Femtocell的網(wǎng)絡(luò)資源管理主要是針對(duì)信道分配和功率控制這兩方面進(jìn)行的。下面分別就這兩方面來(lái)闡述網(wǎng)絡(luò)資源管理的具體方法。

最終對(duì)于系統(tǒng)整體服務(wù)質(zhì)量的評(píng)價(jià)，把所有用戶在所有信道上獲得的服務(wù)質(zhì)量相加即可得到。該值越大，表示系統(tǒng)的整體服務(wù)質(zhì)量越高，反之則質(zhì)量越低。 接下來(lái)使用智能算法對(duì)信道的分配進(jìn)行優(yōu)化，本文采用的智能算法是粒子群算法。為了使用粒子群算法對(duì)Femtocell網(wǎng)絡(luò)的同層網(wǎng)絡(luò)信道選擇進(jìn)行優(yōu)化分配，首先需要將粒子群算法的各個(gè)參數(shù)與femtocell網(wǎng)絡(luò)模型中的參數(shù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)。首先確定待優(yōu)化函數(shù)，在上述模型中，信道選擇的質(zhì)量?jī)?yōu)劣是通過所有用戶子在其使用的所有子信道上獲得的質(zhì)量來(lái)進(jìn)行評(píng)判的，即效益矩陣中所有別用到的信道的值的總和，設(shè)表示待優(yōu)化函數(shù)，則其公式可表示為：

啟動(dòng)粒子群優(yōu)化算法對(duì)可用信道矩陣進(jìn)行優(yōu)化，具體過程為：對(duì)所有用到的信道進(jìn)行重新初始化，使用待優(yōu)化函數(shù)對(duì)重新初始化后的信道序列進(jìn)行效益計(jì)算，存儲(chǔ)效益最好的信道序列，然后根據(jù)粒子群算法的粒子更新規(guī)則對(duì)上述初始化的信道序列進(jìn)行更新，再進(jìn)行效益計(jì)算，如果新序列中有某個(gè)序列的效益大于當(dāng)前存儲(chǔ)的最優(yōu)序列的效益，則用此序列更新最優(yōu)序列。循環(huán)上述更新過程，直到達(dá)到最大迭代次數(shù)，或結(jié)束條件。得到最大效益值。

[1]李小東.Femtocell技術(shù)在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中應(yīng)用[J].通信與信息技術(shù)，2013（3）：65-69.

[2]曾菊玲，丁健.基于修正Stackelberg博弈的雙層Femtocell網(wǎng)絡(luò)資源分配策略研究[J].移動(dòng)通信，2016，40（8）：75-79.

Research on Wireless Resource Management Technology of Femtocell network

Mao Yuanbin

Branch company of Jiangxi Province of China Unicom, Jiangxi Nanchang 330000

This thesis mainly focuses on the radio resource management and distribution of Femtocell networks. Focusing on the allocation of spectrum resources of Femtocell networks, the thesis has used particle swarm optimization （PSO） algorithm to allocate channels in Femtocell networks. It has given a detailed introduction of the basic principles and the algorithm of particle swarm optimization（PSO）, set up a mathematical model of resource management of Femtocell networks and optimized network resources with PSO algorithm. In the end, it has programmed and run the algorithm on MATLAB program and tested its performance. According to the results, the PSO algorithm can effectively optimize channel distribution and compared to genetic algorithm, it has better performance, regardless of the change of the number of user.

celluar; indoor coverage; femtocell; particle swarm optimization algorithm

TN929.5

A

1009-6434(2016)09-0006-02