（通信与信息系统专业论文）gprs网络信道分配策略的研究.pdf

摘要 摘要 随着移动通信技术的不断发展，数掘业务在移动通信中所占的比重越来越大， 现今已有多种无线数据服务可供使用，但基于g s m 网络的通用分组无线业务( g p r s ) 以其众多的优点，始终受到运营商和终端用户的广泛关注。g p r s 是g s mp h a s e2 + 阶 段引入的内容之一，能够提供不同的传输速率，并能有效地利用无线资源，是g s m 网 络向第三代移动通信演进的第一步。g p r s 系统是以g s m 网为承载网的，它使用现有 ( i ：j g s m 无线网络，g p r s 和g s m 共用相同的基站羽l 频谱资源，在3 g 业务还没有得到 广泛应用之前，如何保证语音业务和数掘业务的服务质量，对g p r s 信道资源进行合 理的分配依然是目自 f 需要重点解决的问题。 对语音和数据业务进行资源分配的传统做法是一种称作固定边界( f b ) 的d c a 策略，在该策略下语音业务只能使用语音业务信道，而数据业务只能使用数据业务 信道。为了更好地利用系统的资源，引入了一种称作可移动边界( m b ) 的d c a 策略， 并利用马尔科夫过程模型分别对其进行了理论分析，得到了语音呼叫阻塞概率、数 据包排队长度、数据包平均等待时间、数据包掉包率和总的信道利用效率参数的数 值结果。此外还建立了仿真模型对两种方案的理论分析结果进行了仿真验证。理论 分析和仿真结果均表明，m b 方案较之f b 方案，提高了系统的信道资源利用效率，并 且在语音业务到达率较低时，可以在不改变语音业务性能的前提下，提高数据业务 的性能。之后在此基础上提出了一种基于优先级信道预留的可移动边界d c a 策略， 该方法就是通过给网络中存在的切换呼叫提供预留信道来提高整个网络的性能。 关键词：g p r s ；信道分配；m a r k o v 模型；可移动边界；信道预留；仿真分析 河北科技j j 学硕十学伊论文 a b s t r a c t w i t ht h ec o n s t a n td e v e l o p m e n to fm o b i l ec o m m u n i c a t i o n st e c h n o l o g y , d a t as e r v i c e i sr a i s i n gt h ep r o p o r t i o nm o r ea n dm o r ei nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s n o w a d a y s ，v a r i o u s w i r e l e s sd a t as e r v i c eh a v ea l r e a d yb e e no p e r a t i o n a l ，b u to p e r a t o r sa n dt e r m i n a lu s e r ss t i l l p a ym o r ea t t e n t i o nt og e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ( g p r s ) b a s e do ng s mn e t w o r kb e c a u s e o fi t sm a n ya d v a n t a g e s g p r si so n eo fg s mp h a s e2 + s e c t i o n i tc a ns u p p l yd i f f e r e n t t r a n s m i s s i o ns p e e da n de f f e c t i v e l ym a k eu s eo fw i r e l e s sr e s o u r c e s ，w h i c hi st h ef i r s ts t e p o ft h ee v o l u t i o no fg s mn e t w o r kt o w a r d st h et h i r dg e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s g p r ss y s t e m ，b a s e do ng s mn e t w o r k ，u s ec u r r e n tg s mw i r e l e s sn e t w o r ka n ds h a r et h e s a m eb a s es t a t i o n sa n ds p e c t r u mr e s o u r c e sw i t hg s m b e f o r e3 gs e r v i c ei se x t e n s i v e l y u s e d ，i t ss t i l lt h em o s ti m p o r t a n tp r o b l e mh o wt oe n s u r et h eq u a l i t i e so fv o i c es e r v i c ea n d d a t a s e r v i c ea n dr e a s o n a b l yd i s t r i b u t eg p r si n f o r m a t i o nc h a n n e l s t h et r a d i t i o n a lw a yo fd i s t r i b u t i n gv o i c es e r v i c ea n dd a t as e r v i c ei sk n o w na sf i x e d b o u n d a r yd y n a m i cc h a n n e la l l o c a t i o n ( f bd c a ) s t r a t e g y ，a c c o r d i n gt ot h i ss t r a t e g y , v o i c e s e r v i c ec a r lo n l yu s et h ei n f o r m a t i o nc h a n n e lo fv o i c es e r v i c e ，a n dd a t as e r v i c ec 锄o n l y u s et h ei n f o r m a t i o nc h a n n e lo fd a t as e r v i c e t op r e f e r a b l ym a k eu s eo fs y s t e mr e s o u r c e s ， w ei n t r o d u c e dt h es t r a t e g yc a l l e dm o b i l eb o u n d a r yd y n a m i cc h a n n e la l l o c a t i o n ( m b d c a ) s t r a t e g y ，a n du t i l i z e dm a r k o v p r o c e s sm o d e lt oa n a l y z et h e o r e t i c a l l yt h e m r e s p e c t i v e l y , t h e ng o tt h er e s u l t so fv o i c ec a l lb l o c k i n gr a t e ，t h ep a c k e tq u e u el e n g t h , a v e r a g ep a c k e t sw a i t i n gt i m e ，l o s i n gr a t ea n dt h eu t i l i z a t i o ne f f i c i e n c yo ft h et o t a ls y s t e m b e s i d e s ，w eb u i l tu ps i m u l a t i o nm o d e la n dt e s t i f i e dt h et h e o r e t i c a la n a l y s i sr e s u l t so ft w o p r o j e c t s t h e o r e t i c a la n a l y s i sa n ds i m u l a t i o nr e s u l t sb o t hm a k ec l e a rt h a tc o m p a r ew i t hf b p r o j e c t ，m bp r o j e c ti m p r o v e dt h eu t i l i z a t i o nr a t i oo fi n f o r m a t i o nc h a n n e l sa n de n h a n c e d t h ep e r f o r m a n c eo fd a t as e r v i c eo nc o n d i t i o nt h a tt h ee f f e c t i v er e a c ho fv o i c es e r v i c ei s l o wa n dt h ep e r f o r m a n c eo fv o i c es e r v i c ei s n t c h a n g e d a f t e rt h a t , b a s e do ni t ，t h em b d c as t r a t e g yi si n t r o d u c e d , w h i c hi n c r e a s e st h e p e r f o r m a n c eo ft h ew h o l en e t w o r k t h r o u g hp r o v i d i n gr e s e r v e dc h a n n e lf o rs w i t c h i n gc a l l k e yw o r d s ：g p r s ；c h a n n e la l l o c a t i o n ；m a r k o vm o d e l ；r e m o v a b l eb o u n d a r y ；, c h a n n e l r e s e r v e d ；s i m u l a t i o na n a l y s i s i i 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题研究的背景及意义 在高速发展的现代社会，通信技术发挥着越来越重要的作用。在经历了以蜂窝 通信为代表的第一代通信和以蜂窝通信为代表的第二代通信之后，发展到了频率更 高，更宽的带宽，资源利用率更高的第三代移动通信系统( 3 g ) 。通信网络所提供的 服务向宽带化、个人化、分组化和综合化方面进展的趋势特别明显。随着业务类型 增加，业务需求增多，g s m 向第三代移动通信的缓慢过渡。欧洲电信标准组织制定 了一套新的无线数据传输标准，即基于分组交换技术的g p r s 业务。随着通信技术的 发展和互联网的发展，g s m 系统也得到迅速发展，全球的用户已超过2 亿，便携的手 机给人们的生活提供了极大的方便。商户也开始要求能够达到移动办公的目的，即 要能每时每刻进行数据连接，如接收和发送邮件，浏览互联网页等等。在3 g 业务还 没有得到广泛应用之前，如何保证语音业务和数据业务的服务质量，对g p r s 信道资 源进行合理的分配依然是目前需要重点解决的问题。 通用分组无线业务g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 网络采用分组交换技 术，不但可以实现客户之间的信道复用，还可以实现多个信道为一个客户服务。同 时改变了g s m 网络只能提供电路交换这一问题，仅通过增加功能实体和对现有 基站进行改造来完成分组交换，这样的改变对于硬件的要求并不是很高，但是 对于网络资源的利用却很有效。g p r s 是在全球手机系统基础之上提出的数据传 输技术，可以看做是g s m 的延续。对于高突发性的数据业务来说，这种技术不但 能提高信道利用率，可向用户提供从9 0 5 k b p s 至0 1 7 1 2 k b p s 的接入速率，达到用户无 线接入分组数据网络( 如互联网) 的目的，同时满足了客户对每种数据业务达到各自服 务质量的需求。g p r s 系统基于g s m 网，两种网络使用相同的基础设施和信道，其中 包含两个方面：一是指语音和数据的信道共享，再一就是数据用户之间的信道复用。 g p r s 技术具有覆盖率小包容量小、实时性要求不高的特点。在这种条件下，g p r s 用户的快速增长，在人口密集的地方或者对g p r s 方式上网需求较大的地方，还是要 合乎情理的分配小区中的g p r s 业务信道，在保证实时语音业务优先的f i 提下，尽可 能多的提供g p r s 专用信道，给无线用户提供需要的较大的数据频带，来保证无线业 务的使用。由于现实条件的限制，能够为g p r s 数据业务提供的资源是有限的，需要 找到一种折中的方法。 信道分配是制约通信技术发展的一个关键技术，好的信道分配算法能够使系统 在一定的服务等级下( 有链路质量，新呼叫阻塞率，切换失败率等) 产生很高的频谱 河北科技人学硕十学伊论文 利用率。“信道分配是指在固定或者动态的分配中，将网络中的资源合理的分配， 使之相应的小区和层次信道。分配策略就是“以c i r ( c o m m i t t e di n f o r m a t i o nr a t e ) 达到 最大的方法分配可用的无线信道，使系统内的干扰保持最小 【。另外，一个好的信 道分配策略，能够使频谱效率得到增加，也能够巧妙的处理非均匀语音业务量。信 道分配策略决定无线信道的配置和应用，在无线通信中有着举足轻重的地位。不好 的信道分配策略既使刚刚连接到的用户端得不到优质的服务质量，还使得在这以前 的通信质量有所下降。信道分配算法还需要与功率控制算法相结合，能较好的保证 现有通话质量并且适应无线接入网实时变化的这种信道分配算法就成为支持整个网 络服务质量极为重要的因素f 2 】。最优的信道分配算法不但能使网络持续拥有好的服务 质量，而且能够提升信道资源的利用率和整个网络的容量。 在无线通信的大环境下，无线用户经常会受到带宽、通信环境和用户本身的移 动性等因素的影响，那么怎样为无线用户提供一个良好服务质量的通信环境( q u a l i t y o f s e r v i c e ，q o s ) 就成了一个具有挑战性的问题。所以，对于无线网络和用户而言， 进行信道分配策略的研究、提升无线信道资源利用率就变得很重要了。 1 2 信道分配技术研究及发展现状 伴随着移动通信业务的迅猛发展，用户数量的不断增加同固定频率资源之间在 供需上产生了非常大的矛盾，因此提升现有资源利用率进而更高效的利用有限资 源，已成为移动通信领域非常重要的研究课题，移动通信业务从传统的话音业务向 以互联网接入和多媒体业务为方向发展的趋势已经形成。未来移动通信的目标在于 建立一个无处不在的全i p 分组数据无线通信系统，联合优化时间、频率、空间、 功率等资源的角度出发，结合多媒体业务信道特性、多种服务质量( 0 0 s ) 需求和 多用户应用环境，提供无缝连接的高质量无线服务。根据市场部门的调查，发现某 地区或某单位有集中性、突发性的无线数据需求，并经过实地测试后配置小区的 g p r s 信道。由于g p r s 业务已实现全网覆盖，这时需要综合考虑用户对无线数据业 务的需求量、网络的承载能力、语音拥塞情况来合理配置g p r s 信道。 g p r s 能够为无线移动用户提供无线分组数据的接入服务。g p r s 主要是 在用户和网络( 如支持t c p i p 、x 2 5 等网络) 之间提供一种连接服务的，从而 使移动用户使用“高速无线i p 和无线x 2 5 业务【3 】成为可能。g p r s 使用的 是分组交换技术，它能够使用户信道资源共享，数据速率最高可达1 6 4 k b 8 g s m 空中接口的信道资源能够传输实时类的话音业务，也能够传输非实时类的数据 业务。如果信道资源丰富，还可以设置一些g p r s 专用信道。要应用g p r s 网 络，还需要在原有的g s m 网络系统中插入新的网络接口和通信协议。目前 g p r s 网络引入g s n ( g p r ss u r p p o r t i n gn o d e ) 节点。使用的移动台一定要是 2 第1 章绪论 g p r s 移动台或g p r s g s m 双模移动台。 g p r s 网络引入g s n ( g p r ss u r p p o r t i n gn o d e ) 节点。使用的移动台一定 要是g p r s 移动台或g p r s g s m 双模移动台。 g p r s 优化目标是“改善无线环境，提高载干比，采用适合的编码方案，提高 系统的吞吐量，减少分组重发比率，使数据传输速率达到最佳”【4 1 。影响g p r s 性 能的因素有5 种： ( 1 ) g p r s 手机性能 小区选择和重选是手机自身性能决定的，所以说手机的 软硬件性能决定了用户移动性能。 ( 2 ) 无线干扰水平干扰可以使手机处理系统信息的时删加倍，降低测量精 准，同时俨然会使小区重选时间加大，并且干扰还会造成误码率的提高，造成数据 重传率，降低数掘吞吐量。 ( 3 ) 多小区交叉覆盖区域由于无主覆盖小区，小区重选几率和次数会增加。 ( 4 ) 基站密度高致使小区间距变小，重选机会加大。 ( 5 ) 参数设置不合理手机在非最佳小区，效果不理想。 在无线信道分配中，可以证明的是，“用户感受( 时延吞吐量) 与无线资源利用 率有关，用户感受越好，资源利用率越低，运营商的成本越高”1 5 】。因此优秀的无 线信道资源分配策略【1 7 】就是能使用户和运营商都容易接受的一个中间点，在保障用 户满意的自订提下，运营商的成本有所下降。现如今国内外对无线信道分配方法的研 究主要有： ( 1 ) e r l a n g 法e r l a n g 法【6 】主要是采用多维e f l a n g 算法，它能精准的反映出 不同业务对q o s ( q u a l i t yo f s e r v i c e ) 的需求，所以能够准确的反映出系统所需的容 量。可是多维e f l a n g 算法非常的复杂，其难度会随着维数的增加而加倍，计算量 呈指数上升，实际应用时还要借助工具。此外，还有后验e d a n g 法、等效e r l a n g 法，其中后验e r l a n g 法分开考虑不同业务的容量计算，没有考虑业务间的复用，结 果比较不现实。 ( 2 ) 蜂窝移动通信中的热点业务分配算法北京大学提出了一种优化的混合 信道分配( o h d a ) 方案【7 1 ，分析并给出了该方案中动静态信道比的定量关系，但是 他在模型的搭建过程中并没有考虑语音和数据业务复用动态信道的实际情况，可以 说他只是考虑单一业务下的、区群共享动态信道的分配方案。 ( 3 ) 坎贝尔估算结合e r l a n gb 公式方法 中国移动集团网络部和京移通信 设计院提出了g p r s 的混合业务信道分配方法，其信道分配基本思想是用坎贝尔算 法来得出混合业务模型，然后回归到e r l a n gb 公式上，计算虚拟信道数。类厄朗法 和减少因子法在状态转移函数中包含了网络条件，因此最后的结果是多条曲线，而 坎贝尔方法将网络条件折合到e d a n gb 的参数中，最后的结果是一条曲线。 ；可- l t w ! - 技人学硕十学伊论文 1 3 论文的主要研究工作和安排 论文的研究工作主要有： 1 ) 对移动通信中的信道分配策略进行了研究，对固定信道分配和动态信道分配 的分配形式进行分析，了解其应用和性能指标。 2 ) 对g p r s 的信道算法进行了研究，对三种分配算法建立模型并对其作出分析。 3 ) 设计了一种基于可移动边界的动态信道分配策略，建立马尔科夫模型，通过 求解线性方程组的方法，得到稳态解，并对其系统进行仿真，分析系统性能指标。 4 1 提出了一种改进的基于优先缎信道预留的可移动边界动态信道分配算法，说 明其设计思想，对系统进行仿真分析，通过比较说明其优越性。 论文的内容安排为： 第l 章为绪论部分。首先介绍了论文的研究背景、目的及意义，然后介绍了信 道分配技术的发展及现状，最后给出了论文的研究内容和结构安排。 第2 章为移动通信中的信道分配。包括其概念，分类，具体分配形式，性能指 标。 第3 章为g p r s 信道分配算法。介绍g p r s 网络中的信道分配算法，一共介绍 了三种信道分配算法。 第4 章为基于可移动边界的动态信道分配策略。本章主要研究t c h 信道( 包含 实际传送语音业务的t c h 信道和传送数据业务的动态p d c h 信道) 和f p d c h 信道 的分配问题。采用求解线性方程组的方法来求解二维马尔科夫链得稳态解，主要对 g p r s 网络的性能，进行仿真分析，提出一种新的分配策略。 第5 章为一种基于优先级信道预留的可移动边界动态信道分配策略。通过设计 思路搭建系统模型，对系统性能进行仿真分析，通过与可移动边界的动态信道分配 策略的比较分析，得出结论。 4 第2 章移动通信中的信道分配 第2 章移动通信中的信道分配 2 1 信道分配概述 2 1 1 信道分配问题的提出及其概念 移动通信迅速发展，通信业务类型不断增加，而信道的带宽是有限的，频谱资 源也是促使蜂窝系统容量增加的一个重要的制约因素，如何a 能尽最大能力提高频 谱利用率便显得格外关键，因此需要一个好的信道分配策略。这就要水婴尽l i j z h , 匕l , u u 对频率在不同小区间进行复用，同时要避免移动用户i 日j 的干扰，并使分配给每个小 区的频率数足够大以满足小区的话务需求。在g s m 网络建设的最初，频率规划通常 是由设计人员规定好的。伴随着网络中客户数量的不断增加，无线频率资源形势同 趋严峻，网络规模逐渐增大，小区半径不断缩小，在容量、质量标准的自，j 提下，频 率规划的工作量也是逐渐走向复杂化，网络规划很大程度上要借助科学的规划软 件，利用快速的自动频率复用分配算法完成对网络的预测和设计。在特定的环境中， 时隙，编码，带宽，频率等这些资源都可以说成是信道，由于当代大多数小区都采 用蜂窝制系统的方式来进行组网，所以不必考虑系统到底采用什么体制和多址方式， 将移动通信系统中资源的合理分配和最佳利用问题统称为信道分配问题。 对于信道分配的具体定义，不同的文献定义也不尽相同，其核心内容都是一致 的：即在采用信道复用技术的小区制蜂窝移动通信系统中，在多信道共用的情况下， 以最有效的频谱利用方式为每个小区的通信设备提供尽可能多的可使用信道。信道 分配的目的是如何使频谱利用率最高。 2 1 2 信道分配算法分类 现在，移动蜂窝网络系统中用到的有共享信道和频率复用方法，即超过两个或 多个的频率资源被提供给基站，也就是说信道分配就是解决多信道规划问题。对于 不一样的方法都能生成不一样的信道分配方案。从信道分配的算法来看，最常用的 方案有下面三类： ( 1 ) 信道的固定分配( f c a ，f i x e dc h a n n e la s s i g n m e n t )固定信道分配是结合 通信小区的实际情况预先估计小区的值为每个小区分配一个固定的信道。“假设系 统中存在m 个信道，小区的数量是n ，把这m 个信道分成n 个组然后分配给小区，每 组信道只为这个小区内的所有用户服务”【s 州。 ( 2 ) 信道的动态分配( d c a ，d y n a i i i i cc h a n n e la s s i g n m e n t ) 动念信道分配是根 据信道中传输业务的实际需要进行动态的信道分配，即全部用户对网络中的所有信 河北科技人学硕十学伊论文 道都可以用来传输。当网络中一个用户进行语音呼叫时，只要是空闲的信道都可以 用来传输该用户的呼叫，基站会把这个空闲信道分配给该用户，但所有的信道不进 行固定分配，所以该算法被称之为动态分配法。 ( 3 ) 信道的混合分配( m c a ，m i xc h a n n e ld i s t r i b u t i o n )将网络中的信道分为， “一些信道分配给特定的小区固定使用：另外再有一些信道存储在一个控制中心， 该网络中所有的用户都可以享受到这些信道的传输服务。所以 兑，m c a 综合了f c a 和d c a 优点的分配方法，即混合分配方法”【1 0 1 。 2 1 3 评估信道分配策略的性能指标 对一个通信网络性能评估的主要指标： 1 ) 语音呼叫阻塞率( b l o c k i n gp r o b a b i l i t y ) 。 2 ) 切换呼叫阻塞率。 3 ) 用户的平均等待时延。 4 ) 系统话务量。 5 ) 信道的利用率。 信道分配计划是指，从大面上看要达到得到较高信道利用率，更能使用户感到 满足的网络性能，最快的接入时间和给控制中心使用一个较为简单的算法。因此， 在确定系统使用什么样的一种信道分配策略方面，必须对上述影响系统性能的指标 加以分析。但对不同系统，具体情况不同，参数选择时也不相同。因为在系统的通 信服务质量与执行信道分配算法的复杂程度之间不能两全，同时系统查询时间和频 率利用也有关系。选择哪一种信道分配策略会影响系统的性能，特别是在移动终端 进行越区切换的时候。 当流量减少时，动态信道比固定信道分配算法在系统性能方面要好很多，当流 量繁忙时，固定信道分配策略线的更优一些，因为在未来移动网络，小区的话务量 服务将会是一个巨大的数，同时d c a 信道分配考虑全面调整，状态转移时一定要抓 住固定信道分配这一课题，因此，本文在固定信道分配( f c a ) 策略不断变化的情 况下，进行了一些研究分析。 2 2 固定信道分配 2 2 1固定信道分配的形式 对信道进行固定分配时，首先要考虑以下问题，包括频道组数，每个频道数和 此频道频率分配。那么按照区域划分，固定分配形式主要有以下两种： ( 1 ) 带状网的固定信道分配在得到信道组个数之前，应当计算出同频复用比 d l r o ，比如给出d i r o = 8 或1 0 ，那么系统中最少应设置4 ( 或者5 ) 个信道组，如图 6 第2 章移动通信中f 内信道予j - 配 2 1 ( a ) ，( b ) 中给出。如果在类似公路这样的地方使用定向天线时，根据通信线路 的实际情况( 如不是直线) ，这时就需要按照传输线路的具体情况来确定，如果能根 据天线的方向性隔离度，就还能使信道组有所下降。每个组的实际信道数是依据话 务总量来定的，把每组信道数相乘就可以得到网络中总的信道个数了。 ( 2 ) 蜂窝网状的固定信道分配由于小区中的通信网络一般都是蜂窝状的， “依据同频复用比d 的值，就可以知道无线区群的单位数，若单位无线区群由n 个无线区群组成，则需要n 个信道组。每个信道组的信道数可由无线区的话务量确 定。，【1 8 】。 r o 气 尤线区 1 组2 组3 组4 组l 组2 组( a ) l 纰2l 儿3 纽4 组5 纽l 组( b ) 图2 - 1 信道的地区复川l 鳘i f i g 2 - l t h em u l t i p l e x i n gr e g i o ng r a p ho fc h a n n e l 2 2 2 固定信道分配方法 ( 1 ) 分区分组分配法信道占用的频段应该越小越好，那么这样做的目的就 是为了使信道得到更充分的利用，为了使信道之间的干扰频率被屏蔽，最好使用无 线三阶互调信道组【憎j 。 假设一个单位无线区群由6 个无线区群组成，每个无线区均要求4 个工作信道 ( 共需2 4 个工作信道) ，选择信道序号时我们可以用以下介绍的情况。假如参考序 号为l 、3 、7 、l o 、“、1 6 的无三阶互调信道组，那么它的的差值组成的列是2 、4 、 3 、l 、5 。由构成无三阶互调信道的特点可以确定，当选择信道序号的差值满足上 面提到的差值序列，便称其为是无三阶互调信道组。 倘若在这一个小组中取出4 个信道建立无三阶互调信道组，那方法相当多了， 如信道号l 、3 、7 、l o 作为一组，它的差值列为2 、4 、3 ，那么只要是满足序列为 2 、4 、3 的组都被称为无三阶互调信道组；同样的理论，若序号是l 、7 、1 0 、1 1 ， 则差值列是( 6 、3 、1 ) ；取信道序号为l 、3 、1 1 、1 6 ，则差值列2 、8 、5 ；那么信 道序号为3 、7 、1 0 、1 6 的序列，此时的差值序列为4 、3 、3 、6 等等。通过这样的 方法，就能确定出许多这样的差值序列，当它们确定下来之后，无三阶互调信道组 河北科技人学硕+ 学忙论文 目e = = ；= ；= = = = = = = = = = = = = = = = = = = j ；= = = = = = = = = = = = = = = = = = = ；= = = = = = = = ；= ；= = = = = = = = = ；= = = = = ； 也就跟着得出来了。按照此分配算法的特点，采用试探的方法来确定可供使用的信 道组序号排列。 那么具体分配如下： l 组：序号l 、3 、7 、1 0 ，差值序列2 、4 、3 。 2 组：序号6 、8 、1 2 、1 5 ，差值序列2 、4 、3 。 3 组：序号2 、4 、1 3 、1 4 ，差值序列2 、9 、1 。 4 组：序号5 、9 、1 l 、1 6 ，差值序列4 、2 、5 。 5 组：序号1 7 、2 5 、2 4 、1 9 ，差值序列8 、1 、5 。 6 组：序号2 3 、1 8 、2 2 、2 0 ，差值序列5 、6 、2 。 按照上面的情况画出分配图，如图2 2 所示。 l 士土士0 主- - l 兰生l 图2 2 信道分配图 f i g 2 - 2n ef i g m eo f c h a n n e la l l o c a t i o n 通过这个例子，分区分组分配法符合实际需求。所以，该方法是一种比较优良 的信道分配算法。 但是，当无线区群信道资源的需求量加大时，能够达到f ； 面说的要求非常困难， 有的时候根本不能实现。 ( 2 ) 等频距分配法 等频距分配法，即按照信道各个分组之间分配相等的频 率间隔来进行分配的算法”【玛】，该方法较适用与容量非常大的蜂窝移动网络。从第 一种方法的重点在于求出信道组无三阶互调信道组的信道序号，不是说就能让所用 户都能使用这些频率资源，或者理解成信道总的使用率并不能始终达到1 0 0 。 第二种方法的好处总结如下： 1 ) 等频距分配法主要是看小区中各组之间的频率间隔能否达到要求，能达到利 第2 章移动j l 】1 信中的信道分配 用率百分之百，还可以降低信道之间的互扰。 2 ) 同频互扰的保护结构由蜂窝系统网络组成，也被看做是计算前提条件和质量 的保证。 3 ) 对于互调干扰影响，由于信道组中有足够大的信道间隔，接收中频滤波器 有较强的带外抑制力，可以减小到很小的程度。 4 ) 在分配时，一定要达到相邻的无线环境中避免使用挨着的信道，这样做的效 果就是相邻信道存在的干扰明显的减少了。 在等频距分配算法中，根据簇内的小区数量n 的取值和基站网络所能涉及到的 最大范围来判别小区中有多少组信道。 设n 为8 、基站设定6 0 0 网络范围，形成一个诈六边形的小区，小区中的信道 组数q 为6 ，那么该小区总信道组数就是n 与q 的乘积n q = 4 8 。显然n q 也就是 信道组中相邻信道序号的间隔。 为了使干扰抑制量达到要求，接收滤波器和信道组间隔频率是有一定指标的， 即由抑制量决定信道间隔频率。 假设该小区一共有2 0 0 个信道，这2 0 0 个信道可以划分为1 0 个组，每组2 0 个， 这样第1 个组的信道序列号如表2 1 所示。第3 组信道序号是3 、1 3 、2 3 、3 3 、4 3 、 5 3 、6 3 、7 3 、8 3 、9 3 、1 0 3 、1 1 3 、1 2 3 、1 3 3 、1 4 3 、1 5 3 、1 6 3 、1 7 3 、1 8 3 、1 9 2 。别 的组都能按照这个规律推算出来。当这2 0 个信道需要被使用时，工作组间的频率 间隔为2 5 0 k h z 。信道的频率l 日j 隔相当大，所以选用恰好的选频电路，可以使工作 信道之间的间隔程度增加，达到降低互扰的目的。此分配算法较适合容量非常大的 移动电话系统。 表2 - 1 等频距分配法 t a b 2 - i f r e q u e n c yd i s t r i b u t i o nm e t h o df r o m l4 18 l1 2 l 1 6 l i l5 l9 l1 3 1 1 7 l 2 l6 l1 0 11 4 11 8 1 3 l 7 11l1】5 11 9 1 综上所述，固定信道分配尤其自身的特点，如每个基站只需分配与所配置的信 道配套的系统设备，在控制环节很容易。 在一个通信网络的传输信道都被占用的情况下，采用的是固定信道分配，所以 纵然相邻的小区有空闲的信道忙的小区也不可以用，这样的结果就是信道利用率还 不算高。特别当移动用户密集时，呼损率就随之上升了。现在蜂窝系统大部分还是 采用固定信道分配法的。 9 河北科技人学硕十学伊论文 2 3 动态信道分配 在蜂窝移动通信网络中，由于话务量的变化没有规律，并且空间时间都很不确 定，这就导致采用固定信道分配策略时信道利用率偏低，所以才有动念信道分配策 略( d c a ) 的产生【l i 】，在d c a 算法中，信道不隶属于小区，网络中的全部信道都存 放在控制中心，呼叫请求一到，自动分配信道，通话完成，信道便会处于空闲状态。 在动态信道分配策略中，但儿干扰限制达到一定数值以后，小区中信道可以交叉使 用，通常，在控制中心里够用户要求的信道不少，这样必须提出个策略来决定信道 怎样选取。d c a 算法首先是要计算侮个后备信道的成本通常选取成本较低的信道 做后备，d c a 自, j 最终方案取决于成本函数。可根据邻小区的未来呼叫阻塞率、候选 信道的可用频率、复用距离、当i ；j 玎话务条件的信道占用分仃情况、个人移动用户的 无线测量或系统的平均阻塞率来选择代f f r 区j 数【2 0 1 。 2 3 1中心控制式d c a 经典的d c a 算法是由控制中心来执行的，就是说信道分配算法的操控是在移动 控制中心进行的，当用户进行语音呼石q 时，小区内部也会申请跨区的语音切换请求， 此客户当前所处地会把此呼叫告诉控制中心，通过控制中心进行搜查之后再把空闲 信道分配出去。具体方式如下： ( 1 ) 最先可用方式f a ( f i r s ta v a i l a b l e ) f a 方式是“最简单的d c a 方案。在f a 中，将搜索到的复用距离内的第一个信道分配给呼叫为其服务。f a 方式系统的计算 时间比较小，线性蜂窝移动网络系统的仿真结果表明f a 比f c a 提高了2 0 的话务处 砸” 2 u j i o ( 2 ) 本地优化的动态分配l o d a ( l o c a l l yo p t i m i z e dd y n a i n i ca s s i g n m e n t ) 在 固定小区网里进行服务呼叫时，这个方法就是很快的估算出各信道的运营成分，为 该呼叫分配成本最低的信道供使用 ( 3 ) 信道复用优化方案c r o s ( c h a n n e lr e u s eo p t i m i z a t i o ns c h e m e s )为了有 效的利用信道，要尽可能提高每个信道的利用率。很明显，只要减少信道的复用距 离，就会增加信道的利用率，此方案的成本函数的选择目标是通过优化信道复用来 最大化系统的性能。 2 3 2分布式d c a 分布式控制，“信道是由移动终端m s 和基站b s 来确定的，该方案与移动控制中 心的操作无关。此分配策略可撤销控制中心和基站间大部分数据交换所产生的负载， 并使得越区切换呼叫迅速顺利的完成”【1 2 1 。 近来通过研究结果分析出，降低交换复杂度的同一时刻频谱利用率也得到了相 l o 第2 章移动通信中的信道分配 应的提升。不过绝大部分该算法都提到处理过程中通信持续比较重要，得以更新信 道分配列表，也就是说网络结构一定要根据无线网络资源的动态改变迅速到达预期 效果。具体方式如下： ( 1 ) 本地组合动态分布式信道分配l p d d c a ( l o c a lp a c k i n gd ) r n a m i c d i s t r i b u t e dc h a n n e la s s i g n m e n t )该方案的思路“每个基站利用一个可扩大的信道 占用( a c o ，a u g m e n t e dc h a n n e lo c c u p a n c y ) 矩阵为呼叫分配信道，这个矩阵包括大量 的本地信息，使基站能对信道分配做出判断”【2 i 】。设n 为网络中能进行使用的信道总 数，k 是同一个信道干扰间隔内小区j 的相邻信道数，有n + i 列和l j + 1 行，矩阵的最后 一列表示每个l j + 1 个l 司信道小区的当日玎可辟i 川信道的数量。列没有元素的时候代表信 道闲置，就可以分配给小区i ：小区进行呼叫请求时。基站使用a c o 矩阵把它的第一 个闲置的列信道安排给这个呼叫请求，利用干扰小区信道使用的消息来改变a c o 矩 阵。但凡这个小区的情况发尘异常，该小区基站一定会做出通知基站的反应，达到 动态更改a c o 矩阵的目的。 ( 2 ) 有邻信道干扰限制的本地组合动态分布式信道分配( l o c a lp a c k i n g d y n a m i cd i s t r i b u t e dc h a n n e la s s i g n m e n tw i t ha d j a c e n tc h a n n e l i nt e r f e r e n c e c o n s t r a i n t )该动态信道分配策略是从邻近频域干扰方面出发的。假设避丌相邻信 道之间干扰信号的信道间隔是n d i ，那么n d i 1 列的两边是空的，在小区网络里呼叫到 来时基站在a c o 矩阵的头一行持续为空的2 n d i 1 个且中间为空的实体旱作出选择，假 设这一设计成功做到，那么就把这个信道分配给该小区，不然，基站在a c o 矩阵的 头一行持续为空的2 n d i 1 1 个且中间有一个不为空的实体里作出选择，在信道选择过 程结束时，看此信道所存在的小区中是否有另一些可供使用的信道，如果存在就切 换到那个信道，这样新到来的语音呼叫就可以使用此信道进行通讯了，不然该呼叫 就会被拒绝。 ( 3 ) 移动方向m d ( m o v i n gd i r e c t i o n ) m d 策略是针对一维的蜂窝系统。在此系 统中，因为小区很小，被迫呼叫中断和信道改变经常发生。m d 策略利用移动终端的 移动方向信息，减小被迫呼叫中断率和信道改变经常发生的次数。可用信道在服务 区中，并且往相同方向移动终端的分配信道中选择，搜索范围是从呼叫小区的最近 不干扰小区开始，到复用距离终止。 2 3 3 呼叫接续式d c a 呼叫接续式动念信道分配策略的定义为从呼叫到达时信道就丌始为其服务了。 具体方式如下： ( 1 ) 信道借用分配方案b c a ( b o r r o w i n gc h a n n e la s s i g n m e n t ) 这个策略是说 所有信道都被预先分配好了，每个小区使用多少信道靠基站分布【2 2 1 。假设这个小区 河北科技人学硕十学伊论文 新到来一个呼叫请求，但是这个小区的全部信道都处在繁忙时段，则该小区的基站 会根据需求从邻近小区的基站中借用一个信道为此呼叫服务。 ( 2 ) 有序信道借用方案o c s ( o r d e r e dc h a n n e ls e a r c h ) 按照小区中话务量的变 化对小区旱固定信道与借用信道之比作出合理的分配；系统中的任何信道都存在着 可供分配的被借用概率，网络罩的每个信道都需要按照这个概率值分配等级。所以， 此借用概率值偏高( 也就是等级偏低) 的信道容易得到用户借用，相反的是不容易被 借用，而只能被本小区使用【2 3 1 。 ( 3 ) 定向锁定能力的信道借用b d c l 上面提到的两个方法，借用的信道都要 在需借用信道小区的信道复用距离内的所有吲信道小区都被锁定，这样只有当信道 在附近三个同信道小区内同时空闲时j 。适合于借用。根据上述，设计了一种，新的 信道分配方式，称之为“具有定向信道锁定能力的信道借用方式”b d c l l 2 4 】。在这种 新的方式中，当一个信道被借用后，在同信道小区上，这个信道的锁定只限于那些 受这一借用影响的小区。这样可供借用的信道数就i ：匕b c a 方式多。为决定在何种情 况下，一个锁定的信道才能被借用，规定了每一个被锁定信道的锁定方向。为尽量 减少信道借用，在b d c l 中采用了信道排序和信道转换这两个概念。在一次语音呼叫 完成时，假设还有需求的话，就按照如下的法则完成信道的切换： 规则一，在按照规定一次语音呼叫所使用的信道，并且在相同的小区里还存在 一个序号较高的规定信道被另一个语音呼叫占用，最后此使用序号偏大的信道的话 音业务则被转换到刚刚空闲的信道序号较小的信道上。 规则二，在本次语音呼叫完成时，如果还另外存在使用借用信道的一个语音呼 叫，此占用借用信道的这个语音通话则被转换到系统规定好的信道上，之前被借用 的信道就释放出来了。 规则三，在借用信道的语音呼叫结束的同时，还存在着占用较低序号借用信道 的语音呼叫存在，此占用较低序号借用信道的语音呼叫就立刻被转换到刚刚结束通 话的那个借用信道上了【2 5 1 。 规则四，在干扰小区内部的语音呼叫完成时，如果存在不被锁定的信道，那么 占有借用信道或高级别规定信道的无论是哪个呼叫都马上会切换到另一个信道上 去。信道的切换可以达到占