基于遗传算法的GSM网络频率规划优化研究与应用

摘要

频率规划与优化是网络优化工作的重要内容之一。频率分配，也称为信道分配问题(CAP)，是一个经典的组合优化问题，它要求把有限的可用信道资源分配给众多移动语音或数据用户的同时，产生的系统电磁干扰尽量小。本文所述研究工作采用遗传算法解决GSM网络频率分配问题。 首先，给出了信道分配问题的数学模型，该模型利用兼容矩阵描述小区间的干扰约束，并研究了解决CAP问题的遗传算法。该算法用二维分配方案矩阵F<小区，频点>对问题进行编码，将矩阵F中违反间隔约束的次数总和作为适应度函数；算法使用改进的轮盘赌选择、两点交叉和选择性变异等遗传算子，经过多次迭代运算，找到使适应度函数值较小的接近最优值的信道分配方案；利用经典的21小区benchmark验证了该算法的有效性。 在实际GSM网络中，小区间的干扰关系无法直接转化为兼容矩阵，并且还有其它一些更为复杂的频率分配约束。为此，对上述算法进行改进，实现了面向工程应用的频率分配遗传算法GFA(Genetic Frequency Assignment)。GFA利用小区间同频干扰矩阵和邻频干扰矩阵代替兼容矩阵，将矩阵F中所有小区的同邻频干扰总和作为适应度函数，并通过改进初始化、加入微调等方法来满足实际工程中的各种约束。 最后，根据GFA算法，利用C＃编程语言、地理信息平台MapXtreme 2004和SQL Server 2005开发了频率规划/优化软件。该软件被应用在广东云浮和惠州地区的频率优化工作中，取得了很好的效果。

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第一章绪论

1.1 GSM移动通信网络规划与优化

1.2项目背景

1.3本文研究内容及论文结构

第二章频率规划/优化的研究现状

2.1频率规划/优化的内容和意义

2.2频率分配的数学模型

2.3理论模型的算法研究现状

第三章频率分配遗传算法

3.1遗传算法基本原理

3.2遗传算法解决理论模型中的频率分配问题

3.2.1算法描述

3.2.2算法实现

3.3 Benchmark仿真

第四章面向工程应用的频率分配遗传算法GFA (Genetic Frequency Assignment)

4.1实际工程中需要考虑的问题

4.1.1实际工程中的约束

4.1.2实际工程中的干扰描述

4.2算法描述

4.2.1确定可用频点

4.2.2建立小区干扰表

4.2.3初始化种群

4.2.4初始化后的调整

4.2.5评估

4.2.6保存最好或替换最坏个体

4.2.7选择

4.2.8交叉

4.2.9变异

4.2.10微调

4.3算法步骤

4.4算法实现

4.5算法数据结构

第五章频率规划/优化系统的设计与实现

5.1频率规划/优化系统

5.1.1系统总体结构

5.1.2系统功能

5.1.3运行环境

5.2频率规划子系统

5.2.1频率规划模块

5.2.2模块功能

5.2.3数据结构设计

5.2.4接口设计

5.3 GIS子系统

5.3.1模块功能

5.3.2实现机制

5.3.3接口设计

5.3.4地图文件

5.3.5 GIS技术在网络优化其它方面的应用

第六章频率规划/优化系统应用案例

6.1实际网络介绍

6.2验证案例

6.2.1云浮应用案例

6.2.2惠州应用案例

6.3其它辅助功能

第七章总结

7.1研究工作总结

7.2下一步的工作

7.3攻读学位期间从事的科研工作总结

参考文献

致谢

作者攻读学位期间发表的学术论文