（通信与信息系统专业论文）自适应分层覆盖移动通信系统的信道分配问题研究.pdf

r e s e a r c ho nc h a n n e l m l l f i f i i l l f l l l l l f f l l l l l l l | 1 l l i i y 17 5 4 4 3 8 a l l o c a t i o ni na d a p t i v eh i e r a r c h i c a l c e l l u l a rm o b i l es y s t e m at h e s i ss u b m i t t e dt og r a d u a t es c h o o l o fs o u t h e a s tu n i v e r s i 哆 f o rt h ea c a d e m i cd e 铲e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n g b y z h 越gd a l i 扭g s u p e r y i s e db y p r o f e s s o rc h e n m i n g n a t i o n a lm o b i l ec o m m u n i c a t i o n sr e s e a r c h l a b o r a t o 哆 s c h o o lo fi n f o r m a t i o ns c i e n c e 越de n 乎n e e r i n g s o u t h e a s tu n i v e r s i 哆 l 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 关于学位论文使用授权的说明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生 院办理。 签名亟l 丝盏导师签名驾竺纽日期副殳二匕巧 li-ll蟹露l 摘要 摘要 随着无线通信业务量的迅速增长，无线通信系统在系统容量和覆盖范围方面的要求 越来越高。分层覆盖技术被用来增加系统容量、扩展小区覆盖范围。在无线通信系统中， 信道是一种非常宝贵的资源，合理的信道分配技术能进一步增加系统容量和扩展小区覆 盖范围。 本文研究了自适应分层覆盖方案以及自适应分层覆盖系统中的信道分配问题，主要 贡献如下： 第一，总结了现有文献在信道分配方面的工作。首先，介绍了单层蜂窝系统中的信 道分配方案；然后，介绍了分层蜂窝系统中的信道分配方案。按照信道分配的方式，信 道分配可分为：固定信道分配、动态信道分配和混合信道分配。本文针对这三种信道分 配类型分别介绍了一些典型的信道分配算法。 第二，提出了一种自适应分层覆盖方案。单层蜂窝系统中，快速运动移动台切换次 数较多，固定分层覆盖系统能够适当降低快速运动移动台的切换次数，但是固定分层系 统中与移动台进行通信的基站是固定的。针对固定分层覆盖方案的不足，本文提出自适 应分层覆盖方案。仿真结果表明，与单层蜂窝系统和固定分层覆盖系统相比，自适应分 层覆盖系统能显著减少系统切换次数。 第三，研究了自适应分层覆盖模式下的信道分配问题。本章根据小区间干扰水平进 行信道分配，首先，提出了一种方法计算快速运动移动台和慢速运动移动台可用信道数， 该方法考虑了两种类型移动台的小区间干扰水平和待分配信道的移动台数；然后，提出 了用蚁群算法分别为这两类移动台分配信道。仿真结果表明，用蚁群算法进行信道分配 得到的系统总干扰值更小。 第四，研究了自适应分层系统中多载波c d m a 载波分配问题，并改进了基站选择 算法。本章允许快速呼叫和慢速呼叫同时使用相同的载波，并结合上行功率控制算法， 提出了一种载波分配算法；改进的基站选择算法考虑了小区负载因素。仿真结果表明， 新的载波分配算法能获得更低的中断概率；改进的基站选择算法在系统负载水平较高 时，降低了呼叫阻塞率。 关键词：分层系统自适应分层系统基站选择信道分配 ll-l-llfl a b s t r a c t a b s t r a c t w 汕m c触 d e v e l o p m e n to fw 证l e s sc o m m u i l i c a t i o n 仃斌cd e m a n d ，l 鹕e rc e u c 叩a c i 锣a n dc o v e r a g ea r e aa r cn e e d e d h i e r a r c l l i c a lc e l l u l a rs y s t e mi su s e dt oe i l l a 玛et l l ec e l l c 印a c i 够锄dc o v e m g e 骶钆i nr a d i oc o m m u i l i c a t i o n ，c h 锄n e li sv a l 岫b l er e s o u r c e s y s t e m p e r f b 瑚a n c e sc 锄b ei i i l p r 0 v e d ，w 1 1 e nc h 雒m l i sa l l o c a t e dr e a s o n a b l y a d a p t i v el l i e r a r c h i c a lc e l l u l 盯s ) r s t e m 趾dc h a n i l e la l l o c a t i o ni i lt l l es y s t e ma r es t u d i e di n t l l i st h e s i s t h ed e t a i l sa r e ： f i r s t l y 锄a d a 叫v eh i e r a r c l l i c a lc e l l u l 盯s y s t e mi sc r e a t e d ，n l e r e 黜f e w e r h a i l d o v e 瑙o f 仇tc a l l si i ll l i e m r c l l i c a lc e l l u l 盯s y s t e mt l l 锄s 吨l e - t i e rc e l l u l 盯s ) r s t e m b u tt l l eb a s es t a t i o 璐 c o m m 眦i c a t i n g 谢mf 瓠tc a l l sa r ef i x e d a c c o r d i n gt on l ed e f i e e t so f 位i d i t i o n a lh i e 倒r c t l i c a l c e l l u l a rs y s t e m ，an e wb 嬲e 蚴i o n l e c t i o na l g o r i t l l i ni s p r o p o s e d t 0r e a l i z ea d a p t i v e l l i e r a r c l l i c a lc e l l u l a r s y s t e m t h er e s u l t so fn u m e r i c a ls i i 肌l a t i o 璐i i l d i c a t et l l a t 觚帅t i v e l l i e m r c l l i c a lc e l l u l 盯科s t e mo u t p e r f 0 m s 把l d i t i o n a ll l i e r a r c h i c a lc e l l u l a r 科s t e m s e c o n d l y ，l ep r o b l e mo fc h 觚n e la l i o c a t i o nb a s e do ni n t e r 向衄c e 锄o n gc e l l si s 咖d i e d i i la d a m i v cl l i e 甩r c l l i c a lc e l l l l l 盯s y s t e m an e wm e 吐l o di sp r o p o s e dt 0c a l c u l a t en l ec l l a n n e l n m d b e r so f 圮t w oc h 锄n e l 锣p e s t t l e n 锄tc o l o n yo 伽z a t i o na l g o r i t l l mi su s e di nc h m m e l a l l o c a t i o n t h er e s u l t so fn u i n e r i c a ls i i l l u l a 虹。璐i n d i c a ：t em a t 锄tc o l o n yo p t i i l l i z a t i o nc 锄 a c q u i r el o w e ri i l t e r f - e r e n c e t h i r d l y an e wb a n da l l o c a t i o na l g o r i t h mi i lm u l t ib a n dc d m as y s t e mi sp m p o s e d ，a n d t l l eb a s es e l e c t i o na l g o r i t l l mi si i n p r o v e d i no r d e rt 0h p r o v em ef k q u e n c yu t i l i z a t i o i l ，f 奴 锄ds l o wc a l l sc 觚s h a t l l cs a i 】b 锄d a n dam wb 趾da l l o c a t i o n 出g o r i t l l mi sp r o p o s e d b a s e do nu p l i n l 【p o 、) l ，e rc o n 们1 t h em o d i f i e db 嬲es t a 6 0 ns e l e c t i o na l g o r i t i l r nt a k e sc e l l u l 盯 l o a di n t oc 0 n s i d e m t i o n t h er e s u l t so fn 啪甜c a ls i i i l u l a t i o 璐m d i c a t et l l a t p m p o s e d a l g o r i l l n sh a v eb e t t e rp e r f o 肌锄c e st l l a n 缸a d i t i o n a lo n e s k e yw o r d s ：h i e r a r c h i c a lc e l l u l a rs y s t e 弛a d a 埘v el l i e r a r c l l i c a lc e l l u l a rs ) ，s t e n l ，b a s t a t i o n l e c t i o 玛c b a n n e la l l o c a ：t i o n 1l_-ill_阿l 目录 目录 摘要 。i a b s t r a c t i i i jj 录v 插图目录v i i 表格目录一i 】【 缩略语】( i 第1 章绪论1 1 1 分层覆盖技术一1 1 2单层蜂窝系统信道分配技术2 1 2 1 f c a 3 1 2 2 d c a 5 1 2 3 h c a 8 1 2 4 提高切换呼叫优先级的信道分配。8 1 3分层覆盖系统中的信道分配技术9 1 3 1 f c a 一l0 1 3 2d c a 13 1 3 3 提高切换呼叫优先级的信道分配一1 4 1 4自适应分层覆盖及其信道分配技术1 5 1 5本文的工作1 6 第2 章 自适应分层覆盖方案一1 7 2 1问题描述17 2 1 1网络拓扑结构1 7 2 1 2 信道模型。1 8 2 1 3 移动台运动模型1 9 2 1 4 数学模型2 0 2 2固定分层覆盖方案2 1 2 3自适应分层覆盖方案2 3 v 东南大学硕士学位论文 2 3 1 基站选择2 3 2 3 2 基站切换2 4 2 4仿真结果2 5 2 4 1 匀速直线运动模型一2 6 2 4 2 变速运动模型2 7 2 5本章小结2 9 第3 章自适应分层系统中的信道分配算法31 3 1问题描述31 3 1 1干扰分析。3l 3 1 2 数学模型一3 2 3 2 信道分配算法3 3 3 2 1 层间信道分配。3 3 3 2 2a c o 算法简介3 4 3 2 3a c o 算法在信道分配中的应用3 5 3 3仿真结果4 0 3 4本章小结4 2 第4 章多载波c d m a 载波分配算法：一4 3 4 1 问题描述一4 3 4 2 信道分配算法4 5 4 3改进的基站选择算法4 7 4 4仿真结果4 7 4 4 1 信道分配算法仿真一4 7 4 4 2 基站选择算法仿真4 9 4 5本章小结5 2 第5 章结束语5 3 5 1全文工作总结5 3 5 2研究展望5 4 参考文献5 5 致谢6 l 硕士期间发表的论文及参与的科研项目6 3 v i ttlf浅 插图目录 插图目录 图1 1分层小区结构示意图1 图1 2 无溢出方案示意图1 0 图1 3单向溢出方案示意图1 l 图1 - 4 双向溢出方案示意图1 1 图1 5 信道借用示意图1 2 图2 1 小区结构1 7 图2 - 2 、) l ，i 印a r o u i l d 实现模型18 图2 3 一种匀速直线运动模型2 0 图2 4 固定分层小区结构2 1 图2 5固定分层覆盖的缺点2 2 图2 6 系统单位时间平均切换次数与移动台到达率的关系2 6 图2 7 平均每个移动台的切换次数与移动台到达率的关系2 7 图2 8 系统单位时间平均切换次数与移动台到达率的关系2 8 图2 9 平均每个移动台的切换次数与移动台到达率的关系2 8 图3 1a c o 算法流程图3 6 图3 2 赌轮选择示意图3 8 图3 3 局部搜索算法流程图3 9 图3 4a c o 算法与d p s o 算法的比较4 1 图4 一l网络拓扑结构4 3 图4 2i p c b b a 算法流程图4 6 图4 3中断概率与每个小区移动台数均值的关系4 9 图4 _ 4 新呼叫阻塞率与呼叫到达率的关系5 0 图4 5 切换呼叫阻塞率与呼叫到达率的关系5 1 图4 6 系统单位时间平均切换次数与呼叫到达率的关系5 2 东南大学硕士学位论文 表格目录 表1 1 表1 2 表2 1 表3 1 表4 1 表4 2 表格目录 信道借用算法4 动态信道分配算法6 仿真场景参数2 5 信息素更新参数取值4 0 仿真场景参数4 8 仿真场景参数4 9 东南大学硕士学位论文 x s - - l 民l k 缩略语 a c o a h c s c d 【a c i r c s i d c a d p s o f c a f d m l a f i f o h c a h c s q o s s c s s 眦 s n r t d 认 缩略语 a n tc o l o n yo p t i i i l i z a t i o n a d a m i v eh i e 阳r c l l i c a lc e l l u l 盯s y s t e m c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s c 孤五e ri i 此r f e r e n c er a t i o c h 眦m e ls l a t ei i l f b n n a t i o n d y n 锄i cc h 锄e la l l o c a t i o n d i s c r e t ep a n i c l es w a 咖o p t i l l l i z a t i f i ) 【e dc h 锄e la l l o c a t i o n f r e q u e n c y d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s f i r s t i n f i r s t o u t h y 晡dc h 锄e l 舢l o c 撕o n h i e r a r c l l i c a lc e l l u l a rs y s t e m q u a l 时o fs e r v i c e s i n g l e - t i e rc e l l u l a rs y s t e m s i g n a lt oi n t e r f e r e i l c ep l u sn o i s er a t i o s i g n a lt on o i s e 胁i o t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 蚁群算法 自适应分层蜂窝系统 码分多址接入 载干比 信道状态信息 动态信道分配 离散粒子群算法 固定信道分配 频分多址接入 先进先出 混合信道分配 分层蜂窝系统 服务质量 单层蜂窝系统 信干噪比 信噪比 时分多址接入 东南大学硕士学位论文 - i i 醺 k 第l 章绪论 第1 章绪论 随着移动通信技术的普及，无线通信业务量迅速增长。为了满足飞速增长的无线通 信业务需求，无线通信系统需要从根本上增加系统容量、扩展覆盖区域【l j 。增加容量和 扩展覆盖的一种方法是减小蜂窝的半径，但是这会引起快速运动移动台的频繁切换，最 终导致系统开销增大，系统容量下降；另外一种方法是无线网络采用分层蜂窝系统 ( h i e r a r c l l i c a lc e l l u l 盯s y g c e m ，h c s ) 。 本章首先介绍分层覆盖技术；其次，总结现有文献在信道分配方面的工作；然后， 介绍本文的主要工作和内容安排。 1 1 分层覆盖技术 图1 1 分层小区结构示意图 蜂窝 分层覆盖结构的出发点是用低层的蜂窝覆盖业务量较大的区域，而用高层的蜂窝服 l 东南大学硕士学位论文 务特定的用户，如：高速运动的移动台、海洋中的船只等。其作用一方面是在相同的区 域内提供更多的容量：另一方面是根据业务的分布情况，更灵活地布置小型基站，减少 大型基站的投资【l 】。 h c s 可以有很多层，规模较小的小区位于分层结构的较低层，覆盖较小的区域；规 模较大的小区位于分层结构的较高层，覆盖较大的区域。图1 1 表示了一种常用的4 层 小区结构，该结构包括四种不同类型的蜂窝：微微蜂窝、微蜂窝、宏蜂窝和卫星波束蜂 窝【2 1 。微微蜂窝一般为室内提供移动通信，其服务区域为几十米；微蜂窝的基站高度在 几米到十几米之间，其覆盖范围在几百米到一千米之间；宏蜂窝的基站设置在高大的建 筑上，其覆盖范围为几千米；卫星波束蜂窝覆盖的范围更广，可以为航空、航海等陆地 上无法提供无线通信服务的区域提供服务。 在传统的h c s 中，与移动台进行通信的基站是固定的，以只有宏蜂窝和微蜂窝的 两层蜂窝覆盖结构为例【1 】，接入宏蜂窝的移动台只能与处于宏蜂窝中心的基站进行通信， 而不能选择与该宏蜂窝覆盖下的其他基站进行通信，这种分层结构会导致信号发射端发 射功率增大，浪费功率，而且会给系统带来较大的干扰，从而影响系统容量。传统的 h c s 中，基站选择方案较简单，但是没有考虑移动台的运动状况和小区的负载水平，所 以，系统性能不够理想。 1 2 单层蜂窝系统信道分配技术 按照信道分配的方式，信道分配算法可以分为固定信道分配( f i x e dc h a n n e l a l l o c a t i o n ，f c a ) 算法、动态信道分配( d y 肋m i cc h 锄e la l l o c a t i o n ，d c a ) 算法和混 合信道分配( h y b r i dc h 锄e l 舢i o c a t i o n ，h c a ) 算法。f c a 算法在若干小区中，根据信 道复用距离，将系统中的信道分配给各个小区，并且分配给每个小区的信道只允许本小 区的移动台使用。f c a 算法简单，但是该算法没有考虑业务的分布，会导致部分小区资 源利用率低，而另外部分小区呼叫阻塞率高。d c a 算法将所有的信道放在“信道池 中，当有移动台需要信道时，系统从“信道池”取出信道，分配给移动台；呼叫结束后， 信道重新被收回“信道池”。动态信道分配算法能够根据负载状况动态地分配信道，但 是算法复杂度大大增加。 当系统负载较轻时，d c a 算法性能优于f c a 算法。这是因为，f c a 算法中每个小 区的信道数是固定的，有些小区的负载水平较高，信道资源较紧张，而另外一些小区的 负载水平较低，仍有许多空闲信道；而d c a 算法能够根据各个小区的不同负载状况动 2 i-ll气蛙 第l 章绪论 态地分配信道。所以，在信道利用率和阻塞率方面，d c a 算法都要优于f c a 算法。 当系统负载较重时，f c a 算法性能优于d c a 算法。这是因为，负载较重时，系统 中的信道几乎全部被使用。由于小区中呼叫发起是随机的，d c a 算法分配给移动台的 信道也是随机的，这就导致信道复用距离大于最小的信道复用距离；而f c a 算法中各 个小区根据最小复用距离分配信道，信道利用率比d c a 算法高。 由于f c a 算法和d c a 算法各有优缺点，人们结合f c a 算法和d c a 算法，提出了 h c a 算法：将部分信道固定分配，部分信道动态分配。 1 2 1f c a 在简单的f c a 算法中，每个小区分配相同数量的信道。当各小区的业务均匀分布 时，这种简单的f c a 算法具有较好的效果，此时，系统整体的巾断概率等于单个小区 的中断概率；当系统中的业务非均匀分布时，简单的f c a 算法会导致部分小区阻塞率 很高，而其他部分小区却有空闲信道。因此，简单的f c a 算法的信道利用率不高、呼 叫阻塞率较大，为了改进简单f c a 的缺点，有文献提出非均匀信道分配算法i 】和静态 借用信道分配算法1 5 制。 非均匀信道分配方案中，每个小区分配的信道数根据该小区预期的业务量确定，业 务量大的小区分配较多的信道，业务量小的小区分配较少的信道。文献【3 】提出了一种非 均匀紧凑分配算法，该算法根据各小区的业务分布分配信道。非均匀紧凑分配算法分配 信道时，让使用相同信道的小区间平均距离尽量小。这种算法试图既最小化系统阻塞率， 又提高系统信道利用率。仿真结果表明：非均匀信道分配算法得到的阻塞率明显低于均 匀信道分配得到的阻塞率；在保持相同的阻塞率情况下，非均匀信道分配比均匀信道分 配多承载约1 0 的业务量。 文献【5 】和【6 】提出的静态信道借用方案巾，负载较轻小区的信道可以借给负载较重 的小区。静态信道借用方案中，系统为每个小区预先分配一定的信道，但每个小区实际 使用的信道数随着小区负载水平的变化而变化。根据借用信道的选择方法不同，信道借 用又可以分为两类：简单信道借用和混合信道借用。简单信道借用方案中，小区中任何 一个空闲信道都可以借给相邻小区暂时使用；混合信道借用将小区中的信道分为两类： 一类是只能供本小区移动台使用的信道，另一类是可以借给相邻小区使用的信道。 表1 1 介绍了现有文献巾主要的信道借用算法。下面将简要介绍这些算法。 3 东南大学硕士学位论文 ( 1 ) 简单信道借用 s b 算法网首先像f c a 算法一样，每个小区分配一定的信道，当一个小区的信道使 用完了，并且其相邻小区有空闲信道，则可以借用空闲信道。一个信道可借的条件是借 用的信道不影响正在进行的呼叫。 表1 1 信道借用算法 分类算法名称 简单信道借用 s i i n p l eb o n o w m g ( s b ) b o 玎0 wf r o mt l l e 砌c h e s t ( b r ) b 弱i ca l g o r i t h m ( b a ) b 嬲i ca l g o r i l i i lw i mr - e 硒s i g 衄e n t ( b i b o 丌0 wf i r s ta v a j l a b l e ( b f a ) 混合信道借用 s i i i l p l eh y m d c h a n n e lb o n d w ( s h c b ) b o r m 咖g 谢t l lc h 猢e lo r d e r i r 培( b c o ) b o n d w i n g 、析ld i r e c t i o n a lc h a n n e ll o c l d n g ( b d c l ) c l l 乏咖la s s i 孕吼e n t 谢t l lb o 玎o w i l 唱锄dr e 弱s i 黟l m e n t ( c a b r ) o r d e r e dd y n 锄i cc h a n n e la s s i g 衄e n tw i t hr e a r r a n g e m e n t ( o d c a l u b r 算法【5 6 】按照f c a 算法为每个小区分配一定的信道，当一个小区的信道使用完 了，并且其相邻小区有空闲信道，则可以借用空闲信道。当一个小区需要借用信道，并 且周围有多个小区有可借信道时，b r 算法选择从可借信道数最多的小区借用信道。 b a 算法【6 】是对b r 算法的改进，为了减小同道干扰，b a 算法在信道借用时，考虑 了信道锁定因素。b a 算法的目标是使周围性能最差小区的阻塞率最低。 b a r 算法【6 】引入了信道归还机制，当本小区中有信道被释放，将占用借用信道的呼 叫切换到本小区的信道上，借用的信道被释放，将被释放的借用信道归还到原来的小区。 借用信道的释放准则是使周围阻塞率最大小区的阻塞率最小。 b f a 算法【5 】在信道借用时，没有进行优化处理，而是选择第一个可借用信道。该算 法得到的阻塞率性能不如前述几种算法，但是其计算复杂度大幅减少。 4 t 氏匕 第l 章绪论 ( 2 ) 混合信道借用 s h c b 算法【3 1 将每个小区的信道分为两个部分：固定部分和动态部分。固定部分的 信道只能供本小区的移动台使用，动态部分的信道可以借给周围的小区使用。两个部分 的信道数比例由预测的各小区业务量决定，该比例可以动态调整。 b c o 算法【7 1 不需要将信道进行分组，而是将小区中所有的信道进行排队，排在队列 前面的信道优先分配给本小区的移动台使用，排在队列后面的信道优先借给周围小区使 用。改进的b c o 算法允许将在低优先级信道进行的通信切换到高优先级的信道上，以 降低信道锁定的影响。 b d c l 算法【8 1 是对b c o 算法的改进，b d c l 算法中，借出信道只在其“锁定方向 上的小区被锁定，比b c o 算法增加了可借用信道数。同时，为了最小化信道借用次数， b d c l 算法还包含了借用信道之间的切换和借用信道与本小区信道之间的切换。 c a b r 算法【6 】的目标是最小化最大阻塞率。该算法中信道借用和借用信道之间切换 的原则都是保证周围小区的阻塞率水平。 o d c a r 算法【9 】是对b c o 算法和b d c l 算法的改进。当小区中有移动台需要使用信 道时，o d c a r 算法首先在本小区中按照b c o 算法搜索可用信道，如果能找到可用信 道，则分配给该移动台；否则，需要借用信道，信道借用采用c a b r 算法搜索借用信道， 如果移动台使用了借用信道，更新周围小区可用信道集合。当一个信道使用结束时，系 统也要更新周围小区可用信道集合。如果某个小区使用了借用信道，当本小区的信道被 释放时，将呼叫切换到本小区的信道，释放借用信道；如果小区中没有使用借用信道， 将使用低优先级信道的呼叫切换到优先级高的信道，信道切换后要更新周围小区可用信 道集合。 1 2 2d c a 由于业务分布随时间和空间波动，f c a 算法不能获得理想的信道利用率和呼叫阻塞 率。为此，人们提出了d c a 算法。在d c a 算法中，信道不是直接分配给小区，而是放 在“信道池 中，当有移动台需要信道时，系统从“信道池”中取出信道分配给移动台； 当呼叫结束时，信道归还到“信道池 。 在d c a 方案中，某一时刻可以分配给某个移动台的信道可能有多个，系统必须根 据某种原则分配信道给移动台。表1 2 介绍了现有文献中主要的动态信道分配算法。下 5 东南大学硕士学位论文 面将简要介绍这些算法。 ( 1 ) 集中式d c a 集中式d c a 方案中，当有移动台请求信道时，系统从“信道池 巾取出一个信道， 并分配给移动台。不同的d c a 算法区别在于分配信道的代价函数不同。下面分别介绍 这些算法。 f a 算法是最简单的集中式d c a 算法，f a 算法将搜索到的第一个可用信道分配给 移动台，这种算法的计算复杂度较低，但是系统阻塞率较高，并且信道利用率不高。 表1 2 动态信道分配算法 分类算法名称 集中式d c a f i r s ta v a i l a b l e ( f a ) l o c a l l yo p t i i i l i z e dd y 彻l t l i ca s s i g n m e n 旬( l o d a ) s e l e c t i o n 、析廿lm a x i i i l 岫u s a g eo nt l l er e u r i n g ( 1 m 寸g ) m e a ns q u a r e ( m s q ) n e a r e s tn e i g l l b o n e a r e s tn e i 曲b o 川呵n + 1 ) 1 - c l i q u e 分布式d c a l o c a l l yp a c k i n gd i s t r i b u t e dd c a ( l p d d c a ) l p d d c a 、析ma c ic o n s 仃a i 玎t m o v i n gd i r e c t i o n ( m d ) 基于c i r 的d c a s e q u e n t i a lc h 猢e ls e a r c h ( s c s ) m a x i m 啪s i r ( m s i r ) c h 猢e ls e g r e g a t i o n ( c s ) l o d a 算法8 1 分配信道的代价函数是系统未来阻塞率，在进行信道分配时，每次都 选择使系统未来阻塞率最小的信道。 i 删g 算法、m s q 算法、n n 算法、n n + l 算法和l c l i q u e 算法分配信道的代价函 数为信道利用率。这些算法的目标是最大化系统信道利用率。最大化系统信道利用率等 价于最大化每个信道的利用率1 0 1 。 6 第l 章绪论 ( 2 ) 分布式d c a 仿真结果表明集中式d c a 算法能获得近似最优的信道分配结果，但是计算量和系 统开销较大。而分布式d c a 算法由于较低的计算量和系统开销，显得更为实用。下面 介绍一些分布式d c a 算法。 l p d d c a 算法【1 1 1 是一种基于小区的分布式d c a 算法，l p d d c a 算法将系统中信 道的使用情况用一个信道使用表描述，并根据该表分配信道。当任何一个信道的使用情 况发生改变，信道使用表也需要做相应的更新。不同小区之间信道使用状态的更新通过 基站间状态信息交换实现。 l p d d c aw i t l la c ic o i l s 的i n t 算法蚴是对l p d d c a 算法的改进，该算法除了考虑 同道干扰外，还考虑了邻道干扰。假设要求的邻道间隔为，则在一个信道的左右 ；一1 个信道都不能分配给同一个小区。 m d 算法【1 3 】适用于一维的微蜂窝系统。在这种系统中，由于蜂窝较小，信道切换和 呼叫阻塞频繁发生。m d 算法在分配信道时，利用移动台的运动信息，来降低信道切换 次数和呼叫阻塞率。 ( 3 ) 基于c i r 的分布式d c a 在分布式d c a 方案中，有许多文献提出的信道分配算法是基于c i r 。在这些算法 中，基站或者移动台估计同道干扰的大小，然后动态确定某个信道是否能复用。下面介 绍一些基于c i r 的分布式d c a 算法。 s c s 算法【1 4 】是最简单的干扰自适应d c a 算法。在s c s 算法中，所有的基站( 或移 动台) 按照同样的顺序检测每个信道是否可用，并选择第一个满足c i r 要求的信道进行 通信。 m s i r 算法【1 4 】为上行通信系统分配信道时，选择s i r 最大的信道分配给移动台。由 于m s i r 算法优先分配未被使用或负载较轻的信道给新呼叫移动台，m s i r 算法得到的 中断概率比s c s 算法低，但是m s i r 算法得到的新呼叫阻塞率比s c s 算法高。与s c s 算法相比，m s l r 算法在新呼叫阻塞率和中断概率之间取了折中。 c s 算法【b 1 是一种自组织的动态信道分配方案。在c s 算法巾，每个小区按照一定 的搜索顺序搜索一个同道干扰可接受的信道，分配给移动台。每个小区的信道搜索顺序 由该小区信道选择概率确定，每个信道的选择概率通过“学习 更新。 7 女 f 东南大学硕士学位论文 1 2 3h c a h c a 算法结合了f c a 算法和d c a 算法，将系统的信道分为固定部分和动态部分。 固定部分的信道分配与f c a 算法一样，信道分配时，优先分配各个小区固定信道；动 态的信道可以被所有移动台使用，系统可以灵活地分配动态信道。当系统接收到一个通 信请求时，系统首先从固定信道中搜索可用信道，若没有可用的固定信道，则从动态信 道中搜索可用信道。 h c a 算法巾的动态信道搜索的算法可用前面介绍的任何d c a 算法，比如，文献【1 6 】， 中d c a 算法使用了f a 算法，文献 1 7 】中d c a 算法使用了刚 n g 算法。h c a 算法中， 固定信道数与动态信道数的比值是影响系统性能的重要参数，该参数是各小区负载水平 的函数。 1 2 4 提高切换呼叫优先级的信道分配 前文所介绍的信道分配算法都是假设移动台是静止的，没有考虑由于移动台运动而 导致的切换对系统性能的影响。移动台在小区间切换对系统性能产生重大的影响：由于 移动台的运动，接收端接收到的信号衰落和受到的干扰会发生变化，周围移动台受到的 干扰也发生变化，此时，移动台需要切换信道或者切换到且他小区，若切换失败，则中 断呼叫。 因为正在进行的呼叫被中断比新呼叫被拒绝更不能让人接受，所以在信道分配时， 切换呼叫应具有更高的优先级。信道分配时，优先保证换呼叫q o s 的方法有：信道预留、 为呼叫排队和信道携带等。下面简单介绍这些算法。 ( 1 ) 信道预留 信道预留技术【协1 8 1 就是为了提高切换成功的概率，而为切换呼叫专门分配一定的信 道，其余信道可以被新呼叫和切换呼叫共同使用。这种算法提高了呼叫的切换成功率， 却减少了接入的新呼叫数，即抬升了新呼叫阻塞率。这个缺点可以通过为新呼叫排队的 方法解决，因为与切换呼叫相比，新呼叫对时延不敏感。信道预留技术的另外一个缺点 是：信道利用率不高，这个缺点在f c a 算法中尤为明显。 8 一i g 氅 第l 章绪论 ( 2 ) 为呼叫排队 系统在采用为呼叫排队技术博2 0 1 时，既可以为切换呼叫排队，也可以为新呼叫排队。 在为切换呼叫排队算法中，系统设定两个信道质量门限：切换门限和接收门限。当信道 质量低于切换门限时，呼叫进入切换队列等待分配信道，如果队列长度已经达到上限， 则该呼叫被中断。若某呼叫的信道质量低于接收门限，仍然没有分配到信道，则中断该 呼叫。切换队列中的呼叫在分配信道时也要参照一定的规则，比如：先进先出( f 砬i n f 奴o u t ，f i f o ) 规则、信道质量规则( 为接近接收门限的呼叫优先分配信道) 。由于切 换呼叫比新呼叫有更高的优先级，只要切换队列不为空，所有新呼叫都被拒绝。为切换 呼叫排队算法的缺点也是减少接入的新呼叫数，提高新呼叫阻塞概率。 与切换呼叫相比，新呼叫对时延不敏感，所以，为新呼叫进行排队就更合理。为新 呼叫排队的算法【2 2 1 中，当系统中没有可用信道，且有新呼叫达到时，系统不是直接拒绝 新呼叫，而是让新呼叫进入队列等待信道分配。这就增加了接入的呼叫数，降低了新呼 。叫阻塞率。 ，越 另外，将信道预留技术和为呼叫排队技术相结合，可以进一步提高切换呼叫的接入 性能。 ( 3 ) 信道携带 j ，：j ，信道携带技术眵3 1 是另一种提高切换呼叫性能的技术。在信道携带技术中，当一个移 动台从一个小区切换到另外一个小区时，其在新的小区中可以继续使用原来小区使用的 一、厶 1 乔垣o 文献【2 3 】提出了两