徐曉凡

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面向4G網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐曉凡

（北京中網(wǎng)華通設(shè)計(jì)咨詢有限公司 北京 100070）

隨著移動通訊技術(shù)的發(fā)展，人們對移動設(shè)備的使用更加頻繁，因此對移動網(wǎng)絡(luò)的需求和要求漸漸增多，人們普遍希望使用更為便捷的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。因此如何解決好室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)信號的覆蓋，提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量成為了當(dāng)今企業(yè)所面臨的重大挑戰(zhàn)之一。同時(shí)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的全面性和質(zhì)量問題也是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到優(yōu)化和發(fā)展的重點(diǎn)之一。本文通過對設(shè)計(jì)模型和算法進(jìn)行分析，得到了在控制企業(yè)成本的同時(shí)提升室內(nèi)覆蓋范圍的方案。

4G網(wǎng)絡(luò)；室內(nèi)分布系統(tǒng)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

1 室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)模式簡述

室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是結(jié)合具體實(shí)際的工程問題建立相應(yīng)的模型，運(yùn)用智能算法的方式分析系統(tǒng)的選型和布放模式。目前4G網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)設(shè)計(jì)主要沿用分布式基站的方式（BBU+RRU+無源分布系統(tǒng)）進(jìn)行室內(nèi)設(shè)計(jì)。本文主要對無源分布系統(tǒng)進(jìn)行介紹。

無源分布系統(tǒng)的建設(shè)模式有兩種，即單通道模式和雙通道模式。其中單通道模式是將LTE信號輸入原來的分布系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)?，采用的是合路的方式。與以往的2G、3G共同使用單路射頻分布系統(tǒng)，不需要另外進(jìn)行系統(tǒng)建設(shè)，只需將LTE的信號源通過合路器引進(jìn)單路射頻系統(tǒng)的前端。因?yàn)樵诖诉^程中對系統(tǒng)的改造量小，因此可以節(jié)省造價(jià)成本，但由于單路射頻的傳輸系統(tǒng)容量有限，有時(shí)并不能滿足使用需要。這時(shí)就需要采用雙通道模式提高系統(tǒng)容量。雙系統(tǒng)模式是采用兩條獨(dú)立的鏈路實(shí)現(xiàn)射頻的MIMO功能。在工程改建中為節(jié)約成本往往會利用已有的器件進(jìn)行改造，即原有的合路和現(xiàn)建的射頻鏈路各成一路。而從RRU出來的LTE信號會分流在這兩條鏈路中進(jìn)行傳輸，屬于MIMO雙流傳輸。雙流傳輸提高了系統(tǒng)吞吐量，適用于多場景多用戶的使用，可以有效的增加收益。然而與單通道模式相比，雙通道模式在施工和建設(shè)方面的成本都比較高，一般只應(yīng)用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)較多的地區(qū)。在實(shí)用性方面由于新舊系統(tǒng)的傳輸性能的差異，兩路的功率容易不平衡，會間接導(dǎo)致系統(tǒng)容量的下降。因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意控制雙鏈路的功率差。4G分布系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)以滿足用戶體驗(yàn)為基本原則，根據(jù)實(shí)際工程數(shù)據(jù)速率的不同，確定有效的覆蓋范圍，在保障低速率的情況下考慮經(jīng)濟(jì)成本的控制選擇合適的模式。

2 數(shù)學(xué)模型的建立

由于4G網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)分布系統(tǒng)中RRU與各個(gè)天線之間的連接呈樹狀型分布，因此一般在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)往往會將每個(gè)RRU的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)定義為單獨(dú)的模塊。并將每個(gè)模塊分成三個(gè)級別，將從RRU到主干的耦合器作為第一級，第二級則是從主干的耦合器到平層的功分器，最后是從平層的功分器到各個(gè)天線口。接下來將具體介紹數(shù)學(xué)模型的建立。假設(shè)現(xiàn)已知的信息是：樓層存在2G、3G室內(nèi)分布系統(tǒng)，并且為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要的設(shè)計(jì)信息已知，例如天線的位置和輸出功率、功分器的類型及各級饋線的長度等信息。并假設(shè)室內(nèi)分布器件的主要信息已知，包括不同類型耦合器、饋線的損耗和單價(jià)和RRU的型號及價(jià)格。模型建設(shè)時(shí)面臨的主要問題是如何在原有路徑的基礎(chǔ)上新建一路天饋系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)預(yù)定覆蓋區(qū)域的實(shí)現(xiàn)并控制工程成本，需對有源器件即RRU的種類和無源器件饋線和耦合器的型號進(jìn)行合理選擇，找到最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。因此數(shù)學(xué)模型應(yīng)有系統(tǒng)器件總成本和天線口的總功率兩個(gè)函數(shù)，以建網(wǎng)成本最小化與總功率與實(shí)際需求之差的最小化做為目標(biāo)，進(jìn)行計(jì)算求得室內(nèi)分系統(tǒng)器件的類型和位置。

3 算法和結(jié)果

由上述LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)模式可知分布模型建立的目的是為了確定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中各級的RRU類型、耦合器和饋線的種類，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化的模型，需考慮多種因素對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，所以模型中具有多個(gè)變量，計(jì)算過程很復(fù)雜，所需的運(yùn)算空間十分巨大，為優(yōu)化算法計(jì)算采用MOEA/D-M2M算法進(jìn)行求解，MOEA/D-M2M算法屬于多目標(biāo)遺傳算法，是利用分層的方法將復(fù)雜的模型計(jì)算分成多個(gè)簡單的子問題，通過交叉合作的方式對子問題求解，最終得到最終答案。在設(shè)計(jì)時(shí)需注意在算法中的目標(biāo)向量空間中設(shè)置多個(gè)單位向量，并形成多個(gè)子區(qū)域，通過計(jì)算每個(gè)個(gè)體的個(gè)體解求得支配解。具體做法是在目標(biāo)空間中設(shè)置各個(gè)個(gè)體的權(quán)重，并分配到各個(gè)子區(qū)域。建好子種群后，對個(gè)體交叉進(jìn)行分析并計(jì)算交叉的概率，通過交叉變異會在各個(gè)子區(qū)域中產(chǎn)生新的個(gè)體，最后需用Chebyshevxu對下一代種群進(jìn)行選擇，首先需要對個(gè)體進(jìn)行初始化，往往采用整數(shù)編碼的方式對RRU、耦合器和饋線的位置順序進(jìn)行排列。對MOEA/D-M2M算法進(jìn)行流程的編程后運(yùn)行程序，將會計(jì)算得到pareto的最優(yōu)解，將其運(yùn)用到室內(nèi)4G網(wǎng)分布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中將能使子系統(tǒng)整體的穩(wěn)定和覆蓋信號強(qiáng)度的均勻性得到保證。除此之外，選用這種方法設(shè)計(jì)出來的系統(tǒng)還能增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，這也使得算法的使用在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中變得更為普遍，促進(jìn)了室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)最優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展，這對企業(yè)和用戶來說都是有利的。

4 總結(jié)：

4G室內(nèi)分布系統(tǒng)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)是保證用戶使用質(zhì)量和企業(yè)成本優(yōu)化的重要手段。在實(shí)際施工生活中，加強(qiáng)對成本和質(zhì)量的優(yōu)化分析設(shè)計(jì)必然會促進(jìn)通訊行業(yè)整體的進(jìn)步。而對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使用優(yōu)化的模式和方法也必將會為企業(yè)的未來帶來隱性收益，這對企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

[1]薛楠，文博，吳瓊.LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)方案研究[J].郵電設(shè)計(jì)技術(shù),2013,(1).

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with the development of mobile communication technology, people use mobile devices more frequently, so the demand for mobile network is increasing gradually, and people generally hope to use more convenient network services. Therefore, how to solve the indoor wireless network signal coverage and improve the network quality has become one of the major challenges facing enterprises. At the same time, the comprehensiveness and quality of network coverage is one of the key issues in the optimization and development of network technology. Based on the analysis of the design model and algorithm, the scheme of improving the indoor coverage while controlling the cost of the enterprise is obtained.

4G network; Indoor distribution system; optimal design

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.11.013

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1672-9129(2017)11-0011-02