TDD/CDMA系統(tǒng)動(dòng)態(tài)信道分配技術(shù)研究

TD-SCDMA系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)信道分配以及整個(gè)無(wú)線資源管理的算法研究是第三代移動(dòng)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(shí)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(shí)分雙工(TDD)方式的未來(lái)通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了聯(lián)合檢測(cè)、智能天線、上行同步、接力切換、動(dòng)態(tài)信道分配等技術(shù)。其中動(dòng)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(guò)它的載頻/時(shí)隙/擴(kuò)頻碼的組合來(lái)標(biāo)記的，采用動(dòng)態(tài)分配信道（DCA)的方式將信道資源分配給用戶。

動(dòng)態(tài)信道分配技術(shù)全過(guò)程

TD-SCDMA中的DCA可分為兩個(gè)實(shí)施階段，一個(gè)階段是慢速DCA，指對(duì)小區(qū)的資源分配，包括對(duì)不同小區(qū)的時(shí)隙分配以及在上/下行之間的時(shí)隙分配和預(yù)先為各小區(qū)按照時(shí)隙優(yōu)先級(jí)排列的時(shí)隙優(yōu)先級(jí)列表。另一個(gè)階段是快速DCA，快速DCA算法就是將時(shí)隙、擴(kuò)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(duì)已分配的信道資源進(jìn)行調(diào)整或重新分配。整個(gè)動(dòng)態(tài)信道分配過(guò)程見(jiàn)圖1。

圖1  TD-SCDMA系統(tǒng)動(dòng)態(tài)信道分配實(shí)現(xiàn)全過(guò)程

慢速DCA主要根據(jù)小區(qū)內(nèi)業(yè)務(wù)不對(duì)稱性的變化，動(dòng)態(tài)地劃分上下行時(shí)隙，使上下行時(shí)隙的比例和上下行業(yè)務(wù)負(fù)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(shí)隙，從而提升系統(tǒng)容量，但是交叉時(shí)隙干擾較大時(shí)（即一個(gè)小區(qū)處于上行同時(shí)鄰近小區(qū)處于下行傳輸?shù)臅r(shí)隙），會(huì)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(dòng)態(tài)分配各個(gè)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(jí)排隊(duì)算法是為接入控制算法做準(zhǔn)備的，一般根據(jù)各時(shí)隙的干擾水平的不同來(lái)設(shè)置各時(shí)隙的優(yōu)先級(jí)，當(dāng)新呼叫到來(lái)時(shí)，通過(guò)查找時(shí)隙的優(yōu)先級(jí)列表（上下行分開），按優(yōu)先級(jí)從高到低的時(shí)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(shí)隙和碼道。當(dāng)用戶終端申請(qǐng)一項(xiàng)業(yè)務(wù)或者需要進(jìn)行切換時(shí)用戶根據(jù)小區(qū)選定頻率，然后根據(jù)信道優(yōu)先級(jí)排隊(duì)算法找到優(yōu)先級(jí)最高的時(shí)隙，如果時(shí)隙的空余資源滿足呼叫業(yè)務(wù)的資源要求，且通過(guò)了接納控制過(guò)程，則接入此時(shí)隙。如果此時(shí)隙不滿足資源要求，剛檢測(cè)優(yōu)先級(jí)次之的時(shí)隙。如果所有的時(shí)隙均不滿足時(shí)，則觸發(fā)資源整合過(guò)程。當(dāng)頻率、時(shí)隙都確定好后，就調(diào)用碼分配算法進(jìn)行擴(kuò)頻碼的選擇，擴(kuò)頻碼的選擇還要綜合考慮擴(kuò)頻碼的利用效率和本時(shí)隙已用擴(kuò)頻碼之間的相關(guān)性，對(duì)于同頻組網(wǎng)的系統(tǒng)還要考慮與相鄰小區(qū)的同時(shí)隙上所用擴(kuò)頻碼的相關(guān)性。

信道調(diào)整過(guò)程是指RNC根據(jù)承載業(yè)務(wù)的要求、終端的移動(dòng)和干擾的變化等因素，在鏈路質(zhì)量惡化、系統(tǒng)負(fù)荷過(guò)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(guò)程，調(diào)整用戶占用的時(shí)隙和碼道，以均衡負(fù)荷、避免強(qiáng)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(guò)程通過(guò)信道調(diào)整或壓縮低優(yōu)先級(jí)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(gè)時(shí)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(dòng)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(gè)研究關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行：支持上下行不對(duì)稱的多種業(yè)務(wù)，小區(qū)上/下行時(shí)隙比例的確定，合適地分配時(shí)隙、提高時(shí)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(wèn)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(shí)隙干擾。一種方法是采用小區(qū)簇分配方法避免交叉時(shí)隙干擾，每一簇推選一個(gè)業(yè)務(wù)量最高的小區(qū)為“熱點(diǎn)小區(qū)”，熱點(diǎn)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(gè)簇采用和熱點(diǎn)小區(qū)相同的上/下行比例分配。即使存在交叉時(shí)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(huì)太大地影響系統(tǒng)性能。另一種方式所有小區(qū)上/下行時(shí)隙分配都不同的DCA。每個(gè)小區(qū)都可以根據(jù)自身的業(yè)務(wù)情況來(lái)改變上/下行時(shí)隙的分配比例，使單小區(qū)的性能理論上可能達(dá)到最大。這種方法明顯優(yōu)于前面相同上/下行時(shí)隙分配的方案，但是由于引入了交叉時(shí)隙的干擾，系統(tǒng)的總?cè)萘窟_(dá)不到最佳。

圖2  小區(qū)間的交叉時(shí)隙干擾

基于快速DCA分配方式

對(duì)于快速DCA，主要的方法有時(shí)隙優(yōu)先權(quán)法、可變邊界法等。時(shí)隙優(yōu)先權(quán)法是按照各時(shí)隙干擾值的大小進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，按照業(yè)務(wù)要求分配資源，并且優(yōu)先級(jí)列表應(yīng)能夠連續(xù)地進(jìn)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(shí)隙所受干擾大小還不能夠很好地反映時(shí)隙所能提供的通信質(zhì)量。一個(gè)改進(jìn)方案是按時(shí)隙內(nèi)承載的不同業(yè)務(wù)的QoS要求，計(jì)算時(shí)隙內(nèi)所能容忍的干擾極限，把這個(gè)干擾極限稱作干擾容量，減去時(shí)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(shí)隙賦不同的優(yōu)先權(quán)，按優(yōu)先權(quán)的大小對(duì)時(shí)隙進(jìn)行排隊(duì)。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(jì)的，對(duì)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(lái)研究的重點(diǎn)。采用智能天線進(jìn)行波束賦形后，只有來(lái)自主瓣和較大旁瓣方向的干擾才會(huì)對(duì)用戶產(chǎn)生干擾，因此信道可以進(jìn)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(shí)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(wú)線資源管理的研究相對(duì)于FDD模式來(lái)說(shuō)還很少，要給出TDD模式下無(wú)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(shí)，提高算法的執(zhí)行效率，還是進(jìn)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