有限带宽的蜂窝系统中动态跳频的性能与实现

1、IEEE TRANSACTIONS ON WIRELESS COMMUNICATIONS，VOL.1，NO.1，2002年1月有限带宽蜂窝系统中动态跳频的性能与实现Zoran Kostic，IEEE资深会员 与 Nelson Sollenberger，IEEE合作伙伴摘要：我们评估了最近提出的动态跳频技术（Dynamic Frequency Hopping，DFH）在总带宽有限的蜂窝系统中的性能，同时也提出了一个使用了网络辅助资源分配（NetworkAssisted Resource Allocation，NARA)的动态跳频的实际应用。通过在一个符合紧凑型EDGE（Enhanced Data

2、 Rate for GSM Evolution，增强型数据速率GSM演进技术）规范的、有12个载频、频率复用率为1/1的系统进行多次系统级模拟，我们完成了所需性能评估。假设系统中使用了仅有语音传送的电路交换技术，并对衰落信道、多远干扰、语音活动和天线分区进行了建模。我们给出了动态跳频的误字率分布，以说明相对于随机跳频和固定信道分配的性能；此外还研究了其对占用率的敏感度、瑞利衰落、载频数量、语音活动和测量误差。最后我们比较了上行与下行的性能。结果显示相比于随机跳频，动态跳频能够显著地提升性能。比如，在覆盖率为90%、误帧率为2%的情况下，相比于固定信道分配，动态跳频的容量提升几乎达到100%；而

3、在同样情况下，相比于随机跳频，其容量的提升则大约为50%。上行的提升量小于下行的提升量，尤其是在更高的占用率时。关键字：自适应，CDMA，蜂窝，动态信道分配（Dynamic channel assignment，DCA），EDGE，跳频，资源分配，频谱效率，无线本文原稿于2000年5月22日收到；修订于2000年11月5日；于2001年1月9日被本社承认并收录。对本论文进行校验并批准发表的编辑是M. Zorzi。Z. Kostic工作于AT&T实验室研究室，米德尔顿，NJ07748 USA (e-mail: kostic)。N. Sollenberger工作于Mobilink电信有限公司，米德

4、尔顿，NJ07748 USA。出版者项目标识: 1536-1276(02)00184-8第一章 引言蜂窝系统要求大量的稀少而又昂贵的频谱资源，因此能否达到高频谱效率决定了它们的经济可行性。在信号处理和数字通信上的最新进展提供了追求高频谱效率的新方向例如，通过利用多个天线以达到空间多样性，以及凭借包交换的统计复用信道。本论文的重点，跳频【1】则是另一个重要的但未被充分开发的用于提升系统容量的技术。跳频已经被运用于GSM，用以提升系统容量（【2】，【3】）。GSM运用的是随机或循环跳频（Frequency Hopping，FH）。将随机跳频（Random Frequency Hopping，RFH

5、）与信道编码和编码交错结合，可以做到分频与干扰平均。GSM中通过RFH所获得的容量提升在30%到100%的范围内。最近的理论与模拟研究表明，运用一种叫做“动态跳频”（Dynamic Frequency Hopping，DFH）【4】的技术，即将跳频与干扰回避技术相结合，可以带来显著的性能提升。动态跳频的中心思想是要调整或建立基于干扰测量与计算的跳频模式，以避免主要的干扰。直接执行动态跳频（基于测量的动态跳频）需要快速的信号质量和路径损耗测量，大量的信令开销以及两个基站之间的同步。不过，使用网络辅助资源分配可以大大简化了动态跳频的部署，因而使其更为可行。最近，“EDGE”，一种旨在提供高速数据的

6、时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）系统的开发者们都意识到这样一个事实：系统运营商可能一开始借用当前使用于蜂窝语音服务的频率，在小部分的带宽上部署了EDGE。那些在标准化主体3P.IP、3GPP与3GPP2中进行的与EDGE有关的活动正在为定义EDGE IP语音而努力。这些是由服务提供商想要部署全IP网络基础设施的愿望所激励的。起初，EDGE IP语音将有可能在数量有限的频谱中部署。比如，为了支持尽力包数据服务，EDGE-Compact在最初的部署中是预想成一个带宽为21-MHz的数据系统，而额外的在EDGE之上的语音IP的部署则需要大约22.4MH

7、z的带宽。上述进展促进了对未来的蜂窝系统中动态跳频的使用的研究。本论文是最近出版的动态跳频的奠基之作【4】的一个延伸，其内容注重于围绕动态跳频的中心概念所展开的实际问题。在诸多方面中，我们尤其关注两个实用方面：在有限带宽系统中展开时的动态跳频的性能表现和动态跳频部署的可行性。在将GSM与GPRS升级为EDGE的过程中需要作出一些重大的改变，而当升级为EDGE-Compact时，这些改变包括了全系统的基站帧同步。由此，这些改变也同样对动态跳频的实现有着至关重要的意义。借助对能够支持小区间通信的系统的额外补充，就有可能把动态跳频融入不断变化改进的标准中，从而为未来的系统提供更高的频谱效率。本论文中

8、所呈现的研究得到的结果显示，动态跳频是可以成功地在有限带宽的蜂窝系统中执行的。我们做了一个蜂窝系统的模拟实验，让我们能够比较固定信道分配的蜂窝系统、随机跳频的蜂窝系统与动态跳频的蜂窝系统在小部分带宽时的性能表现。我们得到的比较结果在累积分布函数（Cumulative Distribution Functions，CDFs）基础上，把所能达到的误字率（Word Error Rates，WERs）表示为信道状态量、负载、频率的总个数与其他因数的函数。实际动态跳频部署中网络辅助资源分配的使用则在系统构架描述中呈献。在第二章中，我们将回顾动态跳频的中心概念。第三章的内容则将描述系统与模拟模型。性能实验

9、的结果将在第四章中给出。而第五章将讲解基于网络辅助资源分配的动态跳频的实现问题。最后的第六章则是整篇论文的总结。第二章 动态跳频传统的跳频（【2】，【3】），包括随机跳频与循环跳频，是一种实现分频与干扰平均的方法。 这种方法适用于在频率可选，一定干扰的信道里提供鲁棒通信链接。随机跳频很易于实用，是在商务通信系统中最常见的跳频技术。最新研究表明，干扰回避技术的实用能够可观地提升一般的频率复用为1的蜂窝系统的容量。我们计划过寻找一个通过动态跳频来实施干扰回避的方法（【4】，【7】-【9】）这样做的目的是为了在保留传统跳频的干扰平均的特点，以求对于干扰的快速变化也具有一定的鲁棒性的同时，通过提供比传

10、统跳频大的干扰回避来达到容量的增益。动态跳频是动态信道分配（Dynamic Channel Assignment，DCA），即在一个跳频模式下信道与频率一一对应，与传统跳频的结合体。在动态跳频中，跳频模式会不断地根据一个蜂窝系统中的每一条链路进行改变。改变是由所有的移动通信设备与基站在系统中所使用的快速频率质量测量驱动的，其目的是跟踪信道质量、干扰与避免强干扰源的动态表现。跳频模式改变也可以基于固定无线网络以路径损耗和信道占用的知识为基础对干扰水平的计算，我们称之为以动态跳频为基础的系统的网络辅助资源管理。在可以达到高质量的频率的情况下，全替代动态跳频是性能最好的动态跳频形式，因为它允许一个模

11、式下的所有频率转变为高质量频率。这种最复杂的动态跳频形式在依靠基于测量的方法时，为了能够使基站可以与其移动设备通信，它需要大量的信令开销。在随后的时间里，我们将会使用这种形式的动态跳频。此外我们也计划降低方案的复杂程度，这可以降低对测量的要求与信令开销。例如，降低复杂度以后的系统可能会限制跳频模式的改变，同时只能改变一个跳频；或者系统会预设为一些跳频模式中的一种，并限制向这些模式中的另一种模式的改变【7】。对于一个蜂窝系统的下行链路来说，理想的依靠基于测量的方法的态跳频方案包括以下几个过程：l 每个移动设备连续地测量系统中所有可使用的信道的质量（信号强度、干扰、信号干扰比（Signal to

12、Interference Ratio，SIR），或者其他的标准）。l 这些测量值被无线地传送至控制基站。l 基站收集所有从其移动设备传送过来的测量值。l 基于测量值，基站定期地更新跳频模式，从而优化这个系统，提高总体的性能表现。l 基站发送信息通知每个独立的移动设备此后所要使用的跳频模式。蜂窝系统的上行链路按相似的过程运作。鉴于动态跳频的较不复杂的实现已在文献【7】中研究过，本文研究的是全替代动态跳频。第三章 无线系统模型我们已经建立了一个与最近正在被纳入标准化主体（包括ETSI，3GPP和UWCC）的EDGE-Compact系统的蜂窝系统。本文中所呈现的模拟假定电路交换语音。模拟系统的一些细

13、节信息来自于文献【10】。我们对系统的上行链路和下行链路都做了模拟。大多数的跳频模拟都是利用三个部分的天线扇区，在拥有12载频、频率复用为1/1的系统上完成的 所有12个载频可以在任何一个部分使用，但是一种跳频模式不可能使用全部12个载频。在支持固定信道分配、频率复用为4/12的系统上我们完成了初步研究。系统中有16个基站，而我们使用了环绕技术来仿真一个大型系统。如图一所示，我们使用了六边形的单元，并设计了一个不规则的复用模拟模式以正确地模拟复用为4/12时情况。在单一基站中提供给所有用户的跳频模式（全部三个部分）是正交的。在我们的模拟中，基站与基站之间被设置为同步运行。这是为了支持交错帧跳频

14、模式分配。交错帧的设计观念防止了基站同时把相同的优秀频率分配给未来它们用户的跳频模式。这样的同步分配会降低系统的性能，而不是提升性能。系统中不存在区内干扰，而对该模式的区间干扰呈现出随机性。在一个蜂窝系统中，交错帧的设计会在以下几种方式下有效工作：1) 基站是帧同步与超帧同步的；2) 控制复用模式被及时定义，并根据它的定义，在一帧的时间里，只有一个基站可以改变跳频模式；3) 所有的基站拥有一个每一超帧更改一次它们的移动设备的跳频模式的机会。我们之所以选用“交错”这个词，是因为对于单一基站，执行更改的机会在时间上交错开的。令牌传递同样是一个很合适这个现象的术语。我们在模拟中仿真了交错帧，其结果将

15、会在第六章中给出。图一 对复用为4/12的系统的环绕模拟的设计图。粗线表示模拟中所使用的蜂窝模式的边界。我们所设想框架层与物理层的结构与在Ericsson作品中呈现的结构相似，有以下几个改动：1) 频道的编码是RS码（Reed-Solomon），每六个突发插入一个语音帧；2) 一个RS编码字包含12个符号；3) 跳频是通过时隙基准在一个周期上完成的，所以同一个周期和频率上负载了两个编码符号；4) 出现错误时，信道译码器可以纠正不超过两对的符号。而三个或者更多的低质量突发会导致一个语音帧出错。模拟都是单时隙的，因此我们并未利用干扰回避所用的时间域。同时我们假设模拟中使用了双天线分集。现在的蜂窝系

16、统中，通常使用的是卷积码，而不是RS编码所属的分组码。虽然一些作者考虑过把分组码投入实际的系统应用【10】，但是他们的译码方式的复杂度经常成为阻碍部署的一个问题。这里，我们使用RS码来实行我们的系统评估计划，换句话说，按计划，我们只是想确认一个编码字是否正确（而不是对数据译码），而RS码已足够帮助我们对（一个编码字中的）错误编码符号进行计数与了解编码的纠正能力。在我们研究里，我们用RS码把一帧的数据编译成含有12个编码符号的编码字。文献【10】揭示了在进行交错之后，这种配置如何嵌入目前的GSM框架和时隙结构。这个编码可以纠正四个或更少的错误符号。既然每帧有6次跳频，那么单个跳频就承载了2个符号

17、。当一个频率的质量低于阈值时，就有两个符号出错；而如果超过四个符号出错，那么一整个帧也就是错误的。为了积累误字率的值，我们需要对错误的编码字计数。如此一来，我们就不需要那些在系统级的模拟中经常使用的链路层特性曲线了。我们建立了一个指数为3.7，平均路径增益为-129dB/km，有标准误差为8-dB的对数正态阴影衰落和瑞利衰落的路径衰减模型。我们模拟了以下两种情况：1) 时隙与时隙之间的瑞利衰落是完全相关的；2) 时隙与时隙之间的瑞利衰落是完全不相关的。为了利用多样性，我们把完全不相关的情况假定在两个天线之上。全相关的范例对总频谱较小的蜂窝系统有效。现实中的城市多径信道的相干带宽大约为1或2MH

18、z，是分配给EDGE-Compact的总带宽，这导致了全频率上的部分相关瑞利衰落。能量控制在本文所呈现的模拟中未被使用。模拟中的语音激活的激活度为50%，时隙为不相关定位（我们没有建立连续语音输出）。对所有基站的加载/占用率都被假定为相同，为平均值，且对于任意的模拟方案都是固定的。加载（占用率）由在一特定时间点上提出请求的用户的数量值来表示。由于语音激活的存在，在任一时间点上，只有50%的用户可以真正地进行发送数据，因此系统内的总干扰会得到一定的增长。在我们模拟中的一个基站的每个部分，如果不考虑使用了天线分区，跳频被假定可以在对一个基站所有可得的载频上实现。另一方面，对在接收器上看到的干扰的计

19、算却需要把分区纳入考虑范围。虽然相比于其他的方法，这个方法需要更多的硬件来实现基站无线通信的窄带应用，但是这同时也带来了一些性能的提升。性能的提升，连同宽带无线通信是通向未来的道路的这样一个事实，支持着那些追求这种方法的言论。系统模拟参数都在表一中给出。表一 系统模拟参数模拟的第一步包括确定蜂窝系统里的每一个移动设备的地理位置，对每个可能的基站/移动设备之间的链路计算传播衰减和阴影衰落。然后则进行跳频分配。初始时，它们是随机分配的。对于随机跳频，从模拟开始到模拟结束，它们始终都保持随机；而对于动态跳频，跳频模式需要独立重新分配给每一个基站。从跳频分配的角度，模拟是静态的：后一个频率的跳频模式的

20、分配不受前一个频率调整的影响，而从随机分配模式的时候就已经完成了。接着，许多的独立的瑞利衰落实验在每个移动设备上开始进行，一个用户每个帧所发生的错误数量开始计数。模拟结果是一个从所有移动设备的基站得到链路误字率的累积分布函数。根据理想的全替代动态跳频，下面我们给出了一段伪代码，来解释分配新跳频模式到移动设备的方法。第四章中的模拟结果假定了每帧可以进行一次跳频模式更改。低复杂度的动态跳频方法会在分配的过程中带来更多的限制，例如：在一个时刻（帧）里，只能改变一个频率；或者如果当前使用的频率质量是可接受的，那就不会对跳频模式做任何改变。这个模拟（结果将在第四章中给出）忽略了测量与模式分配时所产生的延

21、时与信令开销。但我们同时也建立了一个成熟的时控多段EDGE系统模拟装置，并在延时和信令开销纳入考虑时，实验了动态跳频（【15】）。做这个实验时，我们用基站间通信与干扰计算代替了原来的那些测量方法。本论文中的曲线图很好地表现了上述更加实际可行的动态跳频方法理想化的性能。在上述研究中所使用的动态跳频方法将在第五章中更详细地阐明。模拟中我们将信号干扰比（SIR）作为判断频率质量的标准，并忽略了热噪声的影响。当模拟包括了瑞利衰落，作为受错误影响的标志，信号干扰比阈值被适当地设定为4dB 系统级的模拟明确包括了衰落效应。这种情况下，适合使用高斯信道的阈值，而对于像二相相移键控（Binary Phase

22、Shift Keying，BPSK）这样简单的调制，在4dB左右就可以得到0.01的误位率。（【10】）。在每一个移动设备上进行的按瑞利进行多样化的实验不超过1000，所以我们可以得到一个误字率在0.01左右的可信的评估。由于这个模拟已经用来测定单时隙过程可以达到的性能，那么通过乘以8（即改为每帧8时隙），我们可以对每赫兹每秒有效位数的表现进行保守的估计。第四章 模拟结果本模拟研究的主要目的是为了得到动态跳频相对于随机跳频与固定信道分配的性能提升。模拟中，我们通过对从大量的蜂窝系统的用户得到的误字率的累积分布函数的观察，来比较这几种技术的表现。由于误帧率能够最好地体现语音编码器的性能（在这个例

23、子中，一个字即为一个帧），误字率是评价语音蜂窝系统的链路性能的最佳标准。鉴于固定信道分配技术是在4/12的频率复用上进行研究的，我们在有三分区天线扇区的1/1频率复用上研究跳频技术。我们选定了一个90%的移动用户的误字率小于0.02的节点作为满意的蜂窝系统服务的标准。在下面的图3中，这个节点位于矩形的右边界的下半部份。所有穿过这个长方形的累积分布函数曲线对应于一个符合所有规定性能要求的蜂窝系统。A 各种信道分配技术的固定性能节点的比较图二 跳频与的比较（12个载频，跳频的频率复用为1/1，固定信道分配的频率复用为4/12）图二中显示了多个节点。图中的一条曲线表示一个满载（每个基站每个时隙三个用

24、户 在我们的术语中，一个基站可以满足三个由天线分区而来的扇区。在频率复用为4/12，系统带宽为12个载频时，每个基站可以使用三个载频，而它的每个扇区可以使用一个载频。在特定的部署方案中），使用了频率复用为4/12的固定信道分配的有12个载频的系统的性能。这条曲线穿过了满意性能矩形。现行的部署有12个载频的GSM系统也会达到同样的性能。其他的曲线表示在每个基站四个用户（负载33%），频率复用为1/1的情况下，随机跳频的性能。我们发现随机跳频提高了约30%的容量。一个使用动态跳频的系统可以满足多达每个基站6个用户的需求（负载50%），并达到相似的性能。因此相比于固定信道分配，动态跳频将容量提升近1

25、00%。B 作为占用率的函数的性能图三和图四显示了动态跳频和随机跳频作为占用率的函数的性能。我们可以看到，在每个占用率水平上，动态跳频的干扰回避的优势都可以带来比随机跳频更好的性能。C 对载频数量的敏感度为了从动态跳频的干扰回避特性上得益，在改变跳频模式时必须有大量的不使用的，而且对频率重分配来说可利用的信道存在。也就是说，动态跳频要求突发的占用率始终不能太高。直观地来看，不使用的频率越多，性能就越好。而其结果是，总带宽（载频的总数）更小的系统的频谱效率会更低。图五显示了三个负载（占用率）相同，皆为50%，但载频总数不同的动态跳频系统的性能。图中我们可以发现一个细小的差别。这个差别很重要，因为

26、在特定的部署方案中，单元操作者很有兴趣只使用他们全频谱的一部分。从其他的模拟中，我们发现随机跳频系统对载频数量的敏感度是可见的，而这些四个载频的随机跳频的性能略差于6个和12个载频的，25%负载的系统的性能。图四 作为占用率的函数的随机跳频的性能（12个载频，频率复用为1/1）图三 作为占用率的函数的动态跳频的性能（12个载频，频率复用为1/1）图六 语音活动的影响图五 50%负载的动态跳频对载频总数的敏感度图七 语音活动对动态跳频的影响图八 相关瑞利衰落的影响D 语音活动的影响对于干扰为主的系统，例如有跳频和更紧密频率覆用的系统，语音活动扮演了很重要的角色。为了利用语音活动而使用的非连续传输

27、（Discontinuous Transmission或Detoxification，DTX）直接导致了干扰下降，因此带来了容量的提升。图六和图七说明了语音活动对不同系统的改善。我们可以发现所有被测系统在没有使用语音活动驱动的非连续传输的情况下都出现了不可忽视的性能衰退：达到满意表现的动态跳频系统的容量从6个用户下降至了4个，固定信道分配系统的容量则由3个下降到2个。在这两个示例中，动态跳频都将容量提升了100%。E 相关瑞利衰落的影响新技术会先在小部分带宽上部署。跳频的很大一部分优势来自于频率分集。只有当被测信道的相干带宽小于分配给跳频的总带宽时，才能做到频率分集。图八显示了跳频对单个跳频模

28、式中使用到的频率直接的相关性的敏感度。所有跳频技术的性能在相关衰落的条件下都会出现衰退。随机跳频在频率间的衰落是完全相关的情况下可以服务3个用户。在同样条件的载频间相关情况下，动态跳频不再能够提供满意服务给每个基站6个用户，而是只能满意服务每个基站4个用户。F 对测量误差的敏感度动态跳频的实施依赖于对频率质量的测量。测量精度由用于测量信号强度的元件与用于测量的滤波决定，并且受阴影衰落和瑞利衰落的影响很大。在基站之间的边界上的移动设备经常遇到一些会导致信号强度测量的显著误差的情况。图九显示的是动态跳频对测量误差的标准偏差的敏感度。标准偏差为6dB的信号强度测量误差制造成了最小的性能衰退。在文献【

29、12】中，我们得到这样一个结论：4-dB的标准偏差是可以由精心设计的用于平衡瑞利衰落的滤波和每载频每2秒一次的测量频率得到了。实际上我们放宽了IS-136和GSM的测量要求，而原来两者要求的测量频率高于每秒两次。本论文的结论是：动态跳频对测量误差不是很敏感，表现稳健。G 上行性能与下行性能的比较导致上下行性能表现不同的两个主要因素是：1） 干扰源不同的地理分布和迁移率；2） 上行接收天线分集的存在。一方面，我们可以这样认为，利用动态跳频可以轻易地避免强基站干扰源，从而改善了下行性能。另一方面，天线分集改善了上行性能。我们模拟、比较了在相同的用户分布下上行和下行的性能。图十为模拟的结果。我们可以

30、看到，在较低的负载时，上下行的性能基本持平，而但占用率达到每基站6个用户时，下行的性能明显优于上行。在本文中没有图示的相关模拟说明了以下两点：1） 动态跳频对下行的性能改善多于对上行的改善；2） 当跳跃频率与跳跃频率显著相关，动态跳频将不能很好地改善性能。图十 作为占用率的函数，不相关瑞利衰落的动态跳频的上行与下行性能比较（12个载频，频率复用为1/1）图九 动态跳频上测量误差的影响（12个载频，每个基站6个移动设备）第五章 通过网络辅助资源分配对动态跳频的实现在蜂窝系统中，基于测量的动态跳频在两方面的要求很高：1） 需要能对所有基站和所有移动设备上所有相关频率进行快速干扰测量；2） 传送测量

31、结果到基站的信令开销。我们之后会详细说明，通过使用网络辅助资源分配（NetworkAssisted Resource Allocation，NARA）我们可以显著降低这些要求（【12】【13】）。网络辅助资源分配使用实时基站间发信来进行区间干扰管理。它利用了系统级的帧同步，并提供了与基于测量的动态跳频完全相同的功能。图十一展示了利用了NARA进行下行动态跳频管理的系统的结构。虽然集中式管理也是可能的，但是本文中我们设定了基站自治式跳频模式管理。从框图中我们可以看到，每个移动设备不断地测量（只）对邻近区域内的所有基站的路径损耗。这些测量值发送通过低通滤波器以消除瞬时瑞利衰落的影响。然后，移动设备

32、将这些测量值通过无线连接发送给它的图十一对下行进行网络辅助资源分配、支持动态跳频的蜂窝系统的框图服务基站。测量值的报告频率不能太高，例如，移动辅助切换所使用的频率就足够了。就用来产生跳频模式的逻辑而言，有很多种选择。这里，我们简要地概述下一种适合TDMA系统的流程：基于最小干扰的使用了网络辅助分配的动态跳频（least-interference-based DFH with NARA，LI-DFH with NARA）。在以下的描述中，一个资源包含了一个时隙和一个在此时隙内被使用的频率。每个终端测量其到邻近基站的路径损耗，并定期地将这个信息传送给它的服务基站。每个基站将有关它自己资源使用状况的

33、信息，包括时隙、跳频模式与当前所使用的功率级，传给其邻近基站中的几层。请注意，在这个独特的算法中，基站之间没有必要互相交换活动链路的路径损耗信息。显然，更加复杂的算法能利用这一点来改善性能。根据基站间交流的资源利用信息和终端报告的路径损耗测量值，服务基站计算出每个可以使用的资源的干扰等级，决定出干扰最低的时隙和跳频模式，并将这两项布置到终端。请注意，这里使用的跳频模式并不是预设的，而是根据每次跳频中每个频率上的干扰等级生成的。这个流程适用于新的和当前活动用户。基站不断地监控着每个用户的性能表现。一旦一某个用户的性能低于阈值，则该用户将被重新分配一个资源。数据被每个基站有效地用来管理动态跳频模式

34、和执行干扰规避。基站用对干扰状况的计算代替对所有可用时隙的所有可用频率的快速测量。上述对基础算法的更改是可行的，但是没有对简洁性进行详细的描述。交错帧资源管理可以用来避免了发生两个邻近基站同时选择相同资源的问题。如果除了资源利用信息外，基站之间还可以交换活动用户的路径损耗信息，那么整个系统的总性能将被得到优化。很明显，集中实现，即一个中央控制者可以获得所有的测量和部署分配信息并可以利用它们对系统总性能进行优化，也是可能的。在文献【15】中我们已经展示了对在一个带宽为7.2-MHz的EDGE IP语音系统上使用了网络辅助分配的可以利用频率和多时隙资源的动态跳频的性能研究。研究结果表明，相比于随机

35、跳频，动态跳频带来了100%的容量提升。A 信令开销我们这里将讨论在第四章中提到的系统上实现LI-DFH with NARA所需的无线，和基站间的信令。无线信令：为了实现LI-DFH with NARA，有三种信息需要发送：1）从每个终端发送到其服务基站的路径损耗；2）从基站发送到终端的资源（时隙和跳频模式）的分配信息；3）从终端发送到基站的信号质量报告。由于无论是否使用动态跳频，信号质量报告始终都是必需的，所以我们将只关注前两种信息。终端与邻近分区之间的路径损耗（需要8字节）可以从该分区发送的控制信道（例如，BCCH）上接收到的功率测出。假设每个终端测量并识别出（需要8字节）除其服务分区之外

36、的6个分区，而且每2秒传送这些测量值给服务分区一次。因此，信息率为（8+8）*6/250bit/s/terminal。资源分配信息包括时隙（需要3字节），四次间歇的跳频模式，提供给每次跳频一个特定的频率（需要4*4=16字节），和传送功率级（需要5字节）。在成熟的EDGE IP语音平台上完成的模拟表明：资源（跳频或是时隙）分配（或反分配）平均每2秒发生一次，而不造成动态跳频的性能损失。因此，所需要的信息率为（3+16+5）=24bit/s/terminal。我们得到这样一个结论：LI-DFH with NARA所需的无线信令非常小。基站间信令：为了实现LI-DFH with NARA，资源分配

37、信息需要被发布到邻近基站中。请注意，4/12只是名义上的GSM使用的复用模式。因为一个1/3复用模式有12个同频道分区，比一个非常接近4/12同频道分区更紧密，所以可以合理地假设，分配信息必须被传送到12个邻近分区。如此一来，有效的基站间信令信息率为24*12=288bit/s/terminal。假设系统可以承载每分区150个用户（见图三），这就意味着，对于一个三分区的站点，基站间信令所需的平均比特率为（150*3*288）130kb/s/site。我们把这个与同一站点的有效通行能力（假设是一个7.4-kb/s的音码器，其有效通行能力为（150*3*7.4）=3.3Mb/s/site）作了一下

38、比较，发现信令带宽比通行带宽额外多出约5%，而这一点即使在包含了一些信息的边缘和协议头之后仍是合理的。第六章 总结我们在本文中展示了对有限总带宽、支持12个载频、频率复用1/1、有三分区的天线分区的蜂窝系统上动态跳频性能的模拟研究成果。根据文中的假设，当满意性能被定义为对90%的用户，误字率为0.02时，动态跳频相比于固定信道分配，将容量提升了100%；相比于随机跳频则提升了50%。虽然各种系统的性能对可用载频的数量、语音活动和信道同步带宽敏感，但是使用了动态跳频的系统展现出最大的总体稳健性。动态跳频的上下行性能同样出色。文中我们还描述了使用网络辅助分配的动态跳频，而这个允许了动态跳频在蜂窝系

39、统中的实际应用。鸣谢作为本文作者，我们感谢L. F. Chang，K. Chawla，J. Chuang，和X. Qiu为我们的讨论所给予的帮助。参考文献【1】 R. L. Pickholtz et al, “Theory of spread spectrum communicationsA tutorial,” IEEE Trans. Commun., vol. COM-30, pp. 855884,May 1982.【2】 J. L. Dornstetter and D. Verhulst, “Cellular efficiency with slow frequency hopping:

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45、 frequency hoppingGSM,” in GSM Evolution Toward 3rd Generation Systems, Z. Zvonar et al., Ed. New York: Kluwer, 1999.【12】 Z. Kostic and N. Sollenberger, “Channel measurement alternatives with packet data for the is-136+ system,” in IEEE Vehicular Technology Conf., Houston, TX, May 1999.【13】 X. Qiu,

46、J. Chuang, K. Chawla, and N. Sollenberger, “A network-assisted dynamic packet assignment algorithm for wireless data networks,” in Proc. IEEE VTC00, May 2000.【14】 J.Whitehead, “Global packet dynamic resource allocation (GPDRA) for wireless networks,” AT&T Bell Laboratories, Tech. Memo., Mar. 1996.【1

47、5】 Z. Kostic, X. Qiu, J. Chuang, L. F. Chang, K. Chawla, and N. Sollenberger, “Dynamic frequency hopping in cellular systems with network assisted resource allocation,” in Proc. IEEE VTC00, May 2000.Zoran Kostic (S87M92SM98) received the Dipl.Ing. degree from the University of Novi Sad, Yugoslavia,

48、in 1987, and the M.S. and Ph.D. degrees from the University of Rochester, Rochester, NY, in 1988 and 1991, respectively, all in electrical engineering. He worked for research and product development arms AT&T Bell Laboratories from 1991 to 1996, and since then he has been with the Wireless Systems Research Dep