關(guān)鍵字： 交織器 TD-HSPA 無(wú)縫網(wǎng)絡(luò) 移動(dòng)設(shè)備安全 服務(wù)管理 信息系統(tǒng)
內(nèi)容摘要：文章對(duì)TD-SCDMA上行鏈路的接納控制算法進(jìn)行了分析，推導(dǎo)出上行鏈路負(fù)荷的關(guān)系式，給出了基于信道切換的接納控制算法。

　蜂窩移動(dòng)通信中的無(wú)線資源管理負(fù)責(zé)空中接口資源的管理與調(diào)度。接納控制是無(wú)線資源管理重要組成部分，對(duì)于有效的資源管理和提供業(yè)務(wù)質(zhì)量（QoS）保證都非常重要。TD-SCDMA系統(tǒng)采用TDMA和CDMA相結(jié)合的多址方式，可同時(shí)通信的最大用戶數(shù)不僅受限于當(dāng)前可用碼的數(shù)量，而且也受限于用戶之間的干擾。每一個(gè)用戶都是其他用戶的干擾，用戶越多，系統(tǒng)的干擾越大。若過(guò)度增加空中接口的負(fù)荷，小區(qū)的覆蓋區(qū)域會(huì)降低到規(guī)劃值以下，并且無(wú)法保證現(xiàn)有連接業(yè)務(wù)的QoS。所以必須引入接納控制算法來(lái)控制用戶的接入，使系統(tǒng)處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)。 　　對(duì)于CDMA的接納控制，已有很多相關(guān)的研究文獻(xiàn)。文獻(xiàn)[1]基于SIR的接納控制策略，若SIR大于事先給定的門限值，則允許新呼叫接入。文獻(xiàn)[2]在[1]的基礎(chǔ)上考慮了鄰小區(qū)的干擾，這兩篇文獻(xiàn)都只是考慮單業(yè)務(wù)的情況。文獻(xiàn)[3]給出了基于多址干擾測(cè)量的多業(yè)務(wù)的接納控制方法。以上文獻(xiàn)都是FDD模式，而對(duì)于TDD的接納控制研究較少，文獻(xiàn)[4]給出了固定的SIR門限值的接納控制方法，文獻(xiàn)[5]考慮SIR服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布來(lái)研究基于SIR的接納控制策略，文獻(xiàn)[6]是基于干擾預(yù)測(cè)的方法，并考慮到TDD系統(tǒng)使用聯(lián)合檢測(cè)對(duì)接納算法的影響。但這些文獻(xiàn)考慮切換用戶比新呼叫用戶具有更高的優(yōu)先級(jí)時(shí)，只是簡(jiǎn)單的為切換用戶設(shè)定一個(gè)比較高的接納門限。兩個(gè)門限值的設(shè)定增加了算法的復(fù)雜度以及門限取值的難度。
　　文章根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)的方法，只需設(shè)定一個(gè)接納控制門限，通過(guò)使用信道切換的方法，使得切換用戶有更高的優(yōu)先級(jí)，所以文章提出接納控制的算法不僅算法簡(jiǎn)單，而且能獲得很好的系統(tǒng)性能。
　　1、TD-SCDMA上行鏈路負(fù)荷的關(guān)系式
　　系統(tǒng)的上行鏈路負(fù)荷與上行干擾有關(guān)，上行干擾除了熱噪聲和本小區(qū)干擾外還有來(lái)自鄰小區(qū)的干擾，因此可以得到：

�。�1）
　　其中Itotal表示系統(tǒng)總的干擾，Pown表示本小區(qū)干擾，Pother表示鄰小區(qū)干擾，PN系統(tǒng)熱噪聲。
　　當(dāng)系統(tǒng)空載時(shí)（即系統(tǒng)內(nèi)不存在用戶），Itotal=PN。隨著系統(tǒng)內(nèi)用戶數(shù)的增大，系統(tǒng)內(nèi)的干擾也逐漸上升。為了描述干擾的上升程度，引入底噪抬升BNR（Background Noise Rise）的概念，定義如下[7]：
　（2）

　　圖1　總干擾曲線和負(fù)荷因子的關(guān)系
　　其中η表示上行負(fù)荷因子，圖1表示總干擾曲線和負(fù)荷因子η的關(guān)系。由圖1可見(jiàn)影響系統(tǒng)穩(wěn)定是系統(tǒng)負(fù)荷因子，如果系統(tǒng)負(fù)荷超過(guò)負(fù)荷因子門限ηthreshold，用戶服務(wù)質(zhì)量就得不到保證。因此，只有在
�。�4）
　　允許呼叫用戶接入，否則拒絕用戶接入，以保證系統(tǒng)ηtotal的穩(wěn)定。△η表示新用戶接入之前系統(tǒng)總負(fù)載，表示新用戶接入系統(tǒng)后引起系統(tǒng)負(fù)荷增量的估計(jì)值。這就是基于負(fù)荷預(yù)測(cè)的接納控制策略。
　　小區(qū)中一個(gè)上行時(shí)隙的負(fù)荷定義為本小區(qū)和鄰小區(qū)這個(gè)時(shí)隙的用戶產(chǎn)生的負(fù)荷[5]，所以小區(qū)k上第i個(gè)時(shí)隙的負(fù)荷：
　（5）



　　其中α是聯(lián)合檢測(cè)因子，聯(lián)合檢測(cè)可消除本小區(qū)內(nèi)的ISI、MAI干擾，而對(duì)小區(qū)間的干擾無(wú)能為力。假如α=0.7，也就是說(shuō)能抑制小區(qū)內(nèi)70%的干擾。Ω（k）表示第k個(gè)小區(qū)第i個(gè)時(shí)隙的用戶集合。T(k）表示第k個(gè)小區(qū)的相鄰小區(qū)第i個(gè)時(shí)隙的用戶集合。SIRn表示小區(qū)中第n個(gè)用戶在NodeB處的信噪比，可以表示成：
�。�6）
　　其中（Eb）n是用戶n的比特能量。Rn是用戶n的比特速率。υn是用戶n的激活因子。I0是指噪聲功率譜密度。W是指一個(gè)時(shí)隙的信號(hào)帶寬�？梢杂墒剑�7）計(jì)算：

　　當(dāng)用戶分布非常均勻，而且系統(tǒng)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，f的變化非常小，可以看成一恒定值[4]。所以式（8）也可以表示成：
�。�10）
　　由式（10），新用戶接入系統(tǒng)后引入的系統(tǒng)負(fù)荷增量的估計(jì)值△η可表示如下：
�。�11）
　　2、接納控制算法
　　TD-SCDMA系統(tǒng)不僅支持語(yǔ)音業(yè)務(wù)，還支持各種寬帶業(yè)務(wù)，如視頻、數(shù)據(jù)、E-mail等，這些多媒體業(yè)務(wù)的支持導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計(jì)和無(wú)線資源管理更加復(fù)雜，但正是有這么多種類的業(yè)務(wù)，更顯無(wú)線資源管理的必要性和靈活性。就數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)而言，上行方向有16 kbit/s、32 kbit/s、64 kbit/s和128 kbit/s等多種速率，這使無(wú)線資源管理變得復(fù)雜。但是也可以利用多業(yè)務(wù)的情況來(lái)提高系統(tǒng)的性能。當(dāng)系統(tǒng)過(guò)載時(shí)，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定，必須使某些用戶掉話，但若是多業(yè)務(wù)系統(tǒng)，可以通過(guò)降低目前網(wǎng)絡(luò)中高速率業(yè)務(wù)的速率來(lái)達(dá)到目的，這樣比使用戶掉話能獲得更高的系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量。文章提出的接納控制算法就是利用此原理使得切換用戶具有更高的優(yōu)先級(jí)，以獲得更好的系統(tǒng)性能。
　　假如定義高速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)向低速率轉(zhuǎn)化稱為信道切換，切換規(guī)則如表1所示。
　　表1　假設(shè)的信道切換規(guī)則

　　首先考慮小區(qū)新業(yè)務(wù)呼叫，以32 kbit/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為例，只考慮上行情況且上下行時(shí)隙對(duì)稱分配。接納控制算法過(guò)程如下：
　　●根據(jù)式（10）分別計(jì)算3個(gè)上行時(shí)隙的負(fù)荷ηtotal；
　　●比較3個(gè)上行時(shí)隙的負(fù)荷，取負(fù)荷最小的時(shí)隙做為可能分配給32 kbit/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；
　　●根據(jù)式（11）來(lái)估計(jì)32 kbit/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入系統(tǒng)后引起系統(tǒng)負(fù)荷增加的量△η；
　　●若ηtotal+△η＜ηthreshold，接納該用戶；
　　●否則，自動(dòng)降低該用戶的申請(qǐng)速率由32 kbit/s到16 kbit/s；
　　●重新計(jì)算△η；
　　●重新比較ηtotal+△η＜ηthreshold，如果為真，接納該用戶；
　　●否則，拒絕接入。
　　對(duì)于32 kbit/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)切換用戶，它應(yīng)該比新呼叫有更高的優(yōu)先級(jí)，接納算法如下：
　　●根據(jù)公式（10）分別計(jì)算3個(gè)上行時(shí)隙的負(fù)荷ηtotal；
　　●比較3個(gè)上行時(shí)隙的負(fù)荷，取負(fù)荷最小的時(shí)隙作為可能分配給32 kbit/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；
　　●根據(jù)式（11）來(lái)估計(jì)32 kbit/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入系統(tǒng)后引起系統(tǒng)負(fù)荷增加量△η；
　　●如果ηtotal+△η＜ηthreshold，接納該用戶；
　　●否則，自動(dòng)降低該用戶的申請(qǐng)速率由32 kbit/s到16 kbit/s；
　　●重新計(jì)算△η；
　　●重新比較ηtotal+△η＜ηthreshold，如果為真，接納該用戶；
　　●否則，看本時(shí)隙中有沒(méi)有高速率的用戶。若有，則降低此用戶速率；


　●重新計(jì)算此時(shí)隙的ηtotal；
　　●重新比較ηtotal+△η＜ηthreshold，如果為真，接納該用戶；
　　●否則，拒絕接入。
　　3、仿真結(jié)果
　　為了評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能，引入服務(wù)等級(jí)（GoS）的概念，定義為：
�。�12）
　　其中Naccept表示接納的用戶個(gè)數(shù)，Nunsatisfied表示信道切換用戶個(gè)數(shù)，Nblock表示新呼叫未接入的用戶個(gè)數(shù)，Ndrop表示切換到本小區(qū)未接納的用戶。ωunsatisfied表示不滿意用戶對(duì)系統(tǒng)性能影響的權(quán)重大小，當(dāng)ωunsatisfied=0.3時(shí)，表示一個(gè)不滿意用戶對(duì)系統(tǒng)性能的影響相當(dāng)于0.3個(gè)用戶被系統(tǒng)阻塞。ωdrop表示用戶掉話對(duì)系統(tǒng)性能影響的權(quán)重大小，當(dāng)ωunsatisfied=5時(shí)，表示一個(gè)不滿意用戶對(duì)系統(tǒng)性能的影響相當(dāng)于5個(gè)用戶被系統(tǒng)阻塞。GoS越高，說(shuō)明系統(tǒng)性能越好。
　　仿真假設(shè)：為了方便程序設(shè)計(jì)，假設(shè)系統(tǒng)只有三種業(yè)務(wù)：12.2 kbit/s語(yǔ)音業(yè)務(wù)，32 kbit/s數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，64kbit/s數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。在需要的時(shí)候，64 kbit/s數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)能切換到32 kbit/s數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。切換用戶和新呼叫用戶隨機(jī)到達(dá)。參數(shù)假設(shè)如表2所示。
　　表2　相關(guān)參數(shù)的假設(shè)

　　圖2比較分析了使用信道切換和不使用信道切換得到的系統(tǒng)性能。從圖2中可以看出，使用信道切換的系統(tǒng)性能比沒(méi)有使用信道切換的系統(tǒng)性能有很大的提高，當(dāng)GoS=0.5時(shí)，沒(méi)有采用信道切換的系統(tǒng)只能有8個(gè)用戶，而采用信道切換的的系統(tǒng)可以有13個(gè)用戶，可見(jiàn)系統(tǒng)性能提高了60%。當(dāng)系統(tǒng)中有10個(gè)用戶的時(shí)候，沒(méi)有采用信道切換系統(tǒng)的GoS=0.45，而采用信道切換系統(tǒng)的GoS=0.65，系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量提高了44%。當(dāng)系統(tǒng)中用戶數(shù)較少和用戶數(shù)很多的時(shí)候，基于信道切換的算法和沒(méi)有采用信道切換算法得到的系統(tǒng)性能區(qū)別不大，因?yàn)橛脩糨^少，系統(tǒng)有足夠的容量，不需要運(yùn)行信道切換。而用戶很多時(shí)，系統(tǒng)早已達(dá)到飽和，信道切換不起作用。

　　圖2　使用信道切換和不使用信道切換時(shí)系統(tǒng)性能對(duì)比
　　聯(lián)合檢測(cè)是TD-SCDMA系統(tǒng)一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合智能天線技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)性能直接產(chǎn)生影響。圖3顯示聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響，為了保證系統(tǒng)GoS=0.6，當(dāng)聯(lián)合檢測(cè)因子JD=0時(shí)，系統(tǒng)只能有7個(gè)用戶，當(dāng)JD=0.5時(shí)，系統(tǒng)能有13個(gè)用戶，當(dāng)JD=0.7時(shí)，系統(tǒng)能有16個(gè)用戶，當(dāng)JD=0.9時(shí)，系統(tǒng)能有19個(gè)用戶，采用聯(lián)合檢測(cè)后系統(tǒng)性能顯著提升（JD=0是指沒(méi)有采用聯(lián)合檢測(cè)），聯(lián)合檢測(cè)因子0.7比聯(lián)合檢測(cè)因子0.5要提高23%的系統(tǒng)性能。

　　圖3　不同的聯(lián)合檢測(cè)因子對(duì)系統(tǒng)性能的影響
　　假設(shè)考慮一個(gè)語(yǔ)音用戶占2個(gè)碼道，一個(gè)32kbit/s的數(shù)據(jù)用戶占4個(gè)碼道，一個(gè)64 kbit/s的數(shù)據(jù)用戶占8個(gè)碼道。基于負(fù)荷因子的信道分配狀況如圖4所示。從圖4中可以看出由于基于同一個(gè)信道分配準(zhǔn)則，所以兩幅圖區(qū)別不是很大。但從碼道的分配情況來(lái)看，可以得出結(jié)論，采用信道切換的系統(tǒng)，上行3個(gè)時(shí)隙碼道的分配非常均勻，相對(duì)而言，沒(méi)有采用信道切換的系統(tǒng)碼的分配不是很均勻。

　　圖4　使用信道切換和不使用信道切換碼道分配
　　4、結(jié)語(yǔ)
　　文章對(duì)TD-SCDMA上行鏈路的接納控制算法進(jìn)行了分析，推導(dǎo)出上行鏈路負(fù)荷的關(guān)系式，給出了基于信道切換的接納控制算法。文章還通過(guò)仿真將該接納控制算法與其它算法在性能上進(jìn)行了比較，仿真結(jié)果表明，采用本算法后系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量提高了44%。此外，還比較了聯(lián)合檢測(cè)因子對(duì)系統(tǒng)性能的影響，得出結(jié)論——聯(lián)合檢測(cè)因子越高系統(tǒng)性能越好。