异构网络中无线基站部署的QUBO公式化方法

《IEEE Access》：A QUBO Formulation for Radio Base Station Deployment in Heterogeneous Networks

　　

摘要：

本文提出了一种用于异构5G/6G网络中无线基站选址问题的二次无约束二进制优化（QUBO）算法。部署成本、覆盖范围限制、相互排斥性以及信号干扰加噪声比（SINR）被共同编码到一个二次目标矩阵中。通过在对角线上的信号收益项和非对角线上的干扰惩罚项，无需线性化即可捕捉到基站之间的干扰关系。该算法采用两阶段分解方法：第一阶段为离散基站选择，第二阶段为连续位置优化。在包含50到500个需求点的不同场景下进行评估，比较了四种优化方法：BIP+DE、QUBO+DE、QUBO+CD和多尺度QUBO优化（QUBO-MS）。所有基于QUBO的算法都能在保证100%覆盖率的情况下达到与BIP相同的成本最优值（380万美元）。QUBO+DE方法通过考虑干扰因素的第一阶段选择，使网络整体SINR提高了2.71分贝（达到12.34分贝）。QUBO-MS方法通过逐步细化基站位置（分辨率从50米降至0.5米），使SINR提高了10.77分贝，相对于连续空间优化方法缩小了62%的差距。剩余的2.11分贝差距主要源于基站之间的群集分解而非网格量化效应（在0.5米分辨率下影响小于0.1分贝）。所有多尺度优化方法在第二阶段所需的变量数量均少于1902个，确保了与D-Wave Advantage量子退火硬件的兼容性。