TDD/CDMA系統(tǒng)動態(tài)信道分配技術(shù)研究

TD-SCDMA系統(tǒng)的動態(tài)信道分配以及整個無線資源管理的算法研究是第三代移動通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。目前提出的任何一種解決方案總是不同矛盾折中的結(jié)果，在實際的組網(wǎng)中到底采用何種方案才合理、可行，要根據(jù)具體的情況而定。

TD-SCDMA系統(tǒng)是基于同步碼分多址技術(shù)(SCDMA），使用時分雙工(TDD)方式的未來通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了聯(lián)合檢測、智能天線、上行同步、接力切換、動態(tài)信道分配等技術(shù)。其中動態(tài)信道分配是TDD/CDMA系統(tǒng)中重要的研究領(lǐng)域之一。TD-SCDMA系統(tǒng)中的任何一條物理信道都是通過它的載頻/時隙/擴頻碼的組合來標(biāo)記的，采用動態(tài)分配信道（DCA)的方式將信道資源分配給用戶。

動態(tài)信道分配技術(shù)全過程

TD-SCDMA中的DCA可分為兩個實施階段，一個階段是慢速DCA，指對小區(qū)的資源分配，包括對不同小區(qū)的時隙分配以及在上/下行之間的時隙分配和預(yù)先為各小區(qū)按照時隙優(yōu)先級排列的時隙優(yōu)先級列表。另一個階段是快速DCA，快速DCA算法就是將時隙、擴頻碼、頻率這些信道資源分配給具體不同業(yè)務(wù)呼叫的用戶，并根據(jù)系統(tǒng)對已分配的信道資源進行調(diào)整或重新分配。整個動態(tài)信道分配過程見圖1。

圖1  TD-SCDMA系統(tǒng)動態(tài)信道分配實現(xiàn)全過程

慢速DCA主要根據(jù)小區(qū)內(nèi)業(yè)務(wù)不對稱性的變化，動態(tài)地劃分上下行時隙，使上下行時隙的比例和上下行業(yè)務(wù)負載的比例關(guān)系相匹配，以獲得最佳的頻譜效率。TD-SCDMA系統(tǒng)可以靈活地劃分上下行時隙，從而提升系統(tǒng)容量，但是交叉時隙干擾較大時（即一個小區(qū)處于上行同時鄰近小區(qū)處于下行傳輸?shù)臅r隙），會導(dǎo)致系統(tǒng)容量損失。這就需要綜合考慮業(yè)務(wù)量之比動態(tài)分配各個小區(qū)上下行的資源，產(chǎn)生最小呼損率，又要使系統(tǒng)的容量最大化。

信道優(yōu)先級排隊算法是為接入控制算法做準(zhǔn)備的，一般根據(jù)各時隙的干擾水平的不同來設(shè)置各時隙的優(yōu)先級，當(dāng)新呼叫到來時，通過查找時隙的優(yōu)先級列表（上下行分開），按優(yōu)先級從高到低的時隙順序開始接入系統(tǒng)。

信道選擇即為承載業(yè)務(wù)選擇頻率/時隙和碼道。當(dāng)用戶終端申請一項業(yè)務(wù)或者需要進行切換時用戶根據(jù)小區(qū)選定頻率，然后根據(jù)信道優(yōu)先級排隊算法找到優(yōu)先級最高的時隙，如果時隙的空余資源滿足呼叫業(yè)務(wù)的資源要求，且通過了接納控制過程，則接入此時隙。如果此時隙不滿足資源要求，剛檢測優(yōu)先級次之的時隙。如果所有的時隙均不滿足時，則觸發(fā)資源整合過程。當(dāng)頻率、時隙都確定好后，就調(diào)用碼分配算法進行擴頻碼的選擇，擴頻碼的選擇還要綜合考慮擴頻碼的利用效率和本時隙已用擴頻碼之間的相關(guān)性，對于同頻組網(wǎng)的系統(tǒng)還要考慮與相鄰小區(qū)的同時隙上所用擴頻碼的相關(guān)性。

信道調(diào)整過程是指RNC根據(jù)承載業(yè)務(wù)的要求、終端的移動和干擾的變化等因素，在鏈路質(zhì)量惡化、系統(tǒng)負荷過大、不滿足用戶業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的情況下，觸發(fā)DCA算法執(zhí)行信道調(diào)整過程，調(diào)整用戶占用的時隙和碼道，以均衡負荷、避免強干擾的出現(xiàn)、維持鏈路質(zhì)量、減少掉話率，從而保證服務(wù)質(zhì)量。

資源整合過程通過信道調(diào)整或壓縮低優(yōu)先級業(yè)務(wù)占用的信道等于段把可用的資源單元（RU）盡量集中在一個時隙，目的是提高系統(tǒng)的資源利用率、業(yè)務(wù)（尤其是高速率業(yè)務(wù)）接入成功率和切換成功率。

動態(tài)信道分配技術(shù)研究現(xiàn)狀

當(dāng)前TD-SCDMA系統(tǒng)中的DCA的算法多種多樣，但多數(shù)算法都是圍繞著以下幾個研究關(guān)鍵問題進行：支持上下行不對稱的多種業(yè)務(wù)，小區(qū)上/下行時隙比例的確定，合適地分配時隙、提高時隙的利用率，盡量地降低各種干擾、提高系統(tǒng)容量。為了解決以上問題，TD-SCDMA系統(tǒng)采用了包括慢速信道分配算法、快速信道分配算法以及考慮空間分布信息的信道分配方案三種分配方式。但每種方法都只是一種所謂的理想信道分配方案,只在某種特定環(huán)境下,滿足某種要求的最優(yōu)信道分配方案。

基于慢速DCA分配方式

慢速DCA主要的目的是根據(jù)業(yè)務(wù)量之比，提高系統(tǒng)容量利用率，降低交叉時隙干擾。一種方法是采用小區(qū)簇分配方法避免交叉時隙干擾，每一簇推選一個業(yè)務(wù)量最高的小區(qū)為“熱點小區(qū)”，熱點小區(qū)根據(jù)自身的業(yè)務(wù)狀況調(diào)整上/下行比例，整個簇采用和熱點小區(qū)相同的上/下行比例分配。即使存在交叉時隙干擾，那么它也發(fā)生在話務(wù)量較小的邊緣小區(qū)，不會太大地影響系統(tǒng)性能。另一種方式所有小區(qū)上/下行時隙分配都不同的DCA。每個小區(qū)都可以根據(jù)自身的業(yè)務(wù)情況來改變上/下行時隙的分配比例，使單小區(qū)的性能理論上可能達到最大。這種方法明顯優(yōu)于前面相同上/下行時隙分配的方案，但是由于引入了交叉時隙的干擾，系統(tǒng)的總?cè)萘窟_不到最佳。

圖2  小區(qū)間的交叉時隙干擾

基于快速DCA分配方式

對于快速DCA，主要的方法有時隙優(yōu)先權(quán)法、可變邊界法等。時隙優(yōu)先權(quán)法是按照各時隙干擾值的大小進行優(yōu)先級排序，按照業(yè)務(wù)要求分配資源，并且優(yōu)先級列表應(yīng)能夠連續(xù)地進行更新。但由于3G網(wǎng)絡(luò)支持的各種業(yè)務(wù)有不同的QoS要求，僅僅依靠時隙所受干擾大小還不能夠很好地反映時隙所能提供的通信質(zhì)量。一個改進方案是按時隙內(nèi)承載的不同業(yè)務(wù)的QoS要求，計算時隙內(nèi)所能容忍的干擾極限，把這個干擾極限稱作干擾容量，減去時隙現(xiàn)在所受的干擾得到剩余干擾容量，按照剩余干擾容量的大小為時隙賦不同的優(yōu)先權(quán)，按優(yōu)先權(quán)的大小對時隙進行排隊。此種方案能更準(zhǔn)確地提供通信鏈路質(zhì)量。

考慮空間分布信息的信道分配算法

TD-SCDMA是基于智能天線技術(shù)而設(shè)計的，對智能天線技術(shù)與信道分配算法結(jié)合的研究是TD-SCDMA系統(tǒng)的特色，也是我們將來研究的重點。采用智能天線進行波束賦形后，只有來自主瓣和較大旁瓣方向的干擾才會對用戶產(chǎn)生干擾，因此信道可以進行復(fù)用。

總之，目前提出的任何一種解決方案總是不同矛盾折中的結(jié)果，在實際的組網(wǎng)中到底采用何種方案才合理、可行，要根據(jù)具體的情況而定。而且現(xiàn)在關(guān)于TDD模式的無線資源管理的研究相對于FDD模式來說還很少，要給出TDD模式下無線資源管理算法完備的解決方案，還需要不斷深入研究，另外如何在優(yōu)化分配方案的是同時，提高算法的執(zhí)行效率，還是進一步研究的主要課題。

作者：遼寧工程技術(shù)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 姜侖 惠曉威 吳宏瑞