通信學論文-TD-SCDMA系統(tǒng)中的動態(tài)信道分配方案.doc

通信學論文-TD-SCDMA系統(tǒng)中的動態(tài)信道分配方案摘要TD-SCDMA系統(tǒng)利用動態(tài)信道分配技術（DCA），充分發(fā)揮系統(tǒng)資源靈活高效的特點，從而能在對稱和非對稱的3G業(yè)務中獲得最佳頻譜效率。介紹了TD-SCDMA系統(tǒng)動態(tài)分配技術，詳細論述了基于可移動邊界（MB）的動態(tài)信道分配方案，并通過仿真，分析了MB方案的性能。關鍵詞TD-SCDMADCAMovableBoundaryFastDCA1前言TD-SCDMA第三代移動通信標準是由中國提出并被ITU所接收的第三代無線通信標準，成為第三代無線通訊系統(tǒng)UMTS和IMT2000國際電信標準大家庭中的重要成員。TD-SCDMA無線傳輸方案是CDMA，TDMA和FDMA三種基本傳輸方式的靈活結合，支持同一無線電載波通過時域的復用，交替地進行上下行鏈路的傳輸，因而可以工作在不成對的射頻頻譜上。其設計的先進性在于能夠靈活地分配無線信道進行上下行鏈路傳輸，使資源的自適應分配與業(yè)務上下行負載的比例關系相匹配，在對稱和非對稱的3G業(yè)務中都能獲得最佳的頻譜效率。TD-SCDMA系統(tǒng)資源分配的靈活性和高的頻譜利用率，正是通過動態(tài)信道分配(DynamicChanne1Al1ocation)技術得以充分體現(xiàn)。本文針對TD-SCDMA系統(tǒng)特性，從DCA算法的實施規(guī)則上，闡述了慢速DCA與快速DCA,并著重于快速DCA，討論一種基于可移動邊界（MB）策略的設計方案，并通過仿真，分析了該方案的性能。2TD-SCDMA系統(tǒng)幀結構TD-SCDMA系統(tǒng)的每個射頻信道帶寬為1.6MHz，碼片速率為1.28Mchip/s。TD-SCDMA無線幀長10ms，每個無線幀分為兩個5ms的子幀。如圖1所示，每個子幀有7個主時隙和3個特殊時隙：下行導頻時隙(DwPTS)為下行導頻和同步而設計，上行導頻時隙(UpPTS)為建立上行同步和隨機接入而設計，保護間隔(GP)為下行向上行轉換的保護間隔。在7個常規(guī)時隙中，TS0固定分配給下行鏈路，而TS1固定分配給上行鏈路。上、下行時隙之間由轉換點分開，在TD-SCDMA系統(tǒng)中，每個5ms的子幀有兩個上下行轉換點(UL到DL和DL到UL)。通過配置上下行時隙的個數(shù)，TD-SCDMA系統(tǒng)可以靈活改變上下行鏈路傳輸能力，在對稱和非對稱業(yè)務的情況下都能夠獲得較高的資源利用率。本文中，我們假設上行和下行鏈路各分配三個時隙。由于上、下行鏈路的動態(tài)信道分配策略相同，在本文中，只研究上行鏈路的動態(tài)信道分配。圖13TD-SCDMA系統(tǒng)中的信道分配策略在TD-SCDMA系統(tǒng)中的動態(tài)信道分配可大致分為兩個實施階段，一個階段是呼叫接入時的信道，另一個時呼叫接入后為保證業(yè)務質量而進行的信道重選。從實施規(guī)則上大致可以分為慢速DCA和快速DCA兩類。慢速DCA可根據(jù)系統(tǒng)干擾受限的先驗知識，根據(jù)負荷情況，對系統(tǒng)載頻和時隙進行占用優(yōu)先級劃分，完成呼叫接入控制?？焖貲CA可根據(jù)對專用業(yè)務信道或共享業(yè)務信道通信質量監(jiān)測的結果，自適應地對資源單元（RU，即碼道或時隙）進行調配和切換，以保證業(yè)務質量。3.1慢速DCA在TD-SCDMA系統(tǒng)中，慢速DCA主要根據(jù)小區(qū)內業(yè)務不對稱性的變化，動態(tài)地劃分上下行時隙，使上下行時隙的傳輸能力和上下行業(yè)務負載的比例關系相匹配，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，但是當相鄰小區(qū)的上下行時隙劃分不一致時，交叉時隙間可能會造成較大的干擾，導致系統(tǒng)容量損失。慢速DCA算法采用從熱點小區(qū)中選出負荷較重的小區(qū)作為參考的方法，以小區(qū)的上下行比例作為時隙上下行劃分的依據(jù)，在其相鄰小區(qū)也采用一致的劃分，盡量減少交叉時隙的數(shù)量。另外，在存在交叉時隙的小區(qū)，利用快速DCA中的時隙優(yōu)先權計算，在交叉時隙沒有遭受很大干擾時分配給用戶。3.2快速DCA快速DCA指系統(tǒng)為申請接入的用戶分配無線信道資源，并根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)對已分配的資源進行調整，在TD-SCDMA系統(tǒng)中，用戶分配無線信道包括分配載波、時隙、擴頻碼等資源，DCA為用戶尋找干擾較小、能夠提供穩(wěn)定服務的信道分配給用戶。在為用戶分配無線資源時要進行呼叫接納控制(CAC)，決定是否接納新用戶。呼叫接納控制要求完成兩個方面的內容，一是判斷網(wǎng)絡能否為新接入的業(yè)務提供滿足其要求的通信質量，另外還要確保新接入的業(yè)務不影響正在被服務的業(yè)務。為了保證用戶的服務質量，系統(tǒng)還要對用戶的通信質量進行監(jiān)測。當用戶的通信質量惡化時，系統(tǒng)可以綜合考察用戶的服務質量要求、干擾情況以及移動狀況等，然后做出判斷，調整用戶所占用的無線資源，從而為用戶提供穩(wěn)定的服務。另外，系統(tǒng)出于調控負荷或者算法優(yōu)化等方面的原因，也會主動地觸發(fā)對部分用戶無線資源的重分配過程。無線資源的重分配過程要求能夠快速地完成。本文著重于快速DCA,討論了一種基于可移動邊界（MB）策略的設計方案，并分析了方案的性能。4快速DCA算法的描述4.1固定邊界DCA算法（FB）對于通信系統(tǒng)中的語音和數(shù)據(jù)業(yè)務，傳統(tǒng)的做法是將信道分成兩部分：語音信道和數(shù)據(jù)信道，語音業(yè)務只能使用語音信道，數(shù)據(jù)業(yè)務只能使用數(shù)據(jù)信道。在該方案中，每個基站的單條鏈路中的3個業(yè)務時隙，2個分配給語音業(yè)務，1個分配給數(shù)據(jù)業(yè)務（如圖2）。這樣在語音呼叫到達時，如果在2個語音時隙中存在2個以上的BRU(SF=16的碼道)，那么就可以建立語音信道，進行通話，否則該呼叫就會被阻塞掉。當數(shù)據(jù)緩存器中隊列不空時，而數(shù)據(jù)時隙中的所有16個BRU均空閑時，隊列的頭數(shù)據(jù)包就會被取出，進行數(shù)據(jù)傳輸，否則的話，頭數(shù)據(jù)包繼續(xù)在隊列中等待。當緩存器被占滿后，如果新的數(shù)據(jù)包到來，就會發(fā)生丟包圖2FB方案的缺陷是不能有效的利用系統(tǒng)資源，當正在通話的語音用戶數(shù)很少而等待發(fā)送的數(shù)據(jù)包很多是，分配給語音用戶的信道就只有空閑而不能用來傳輸數(shù)據(jù)，這就造成了系統(tǒng)資源的浪費。4.2可移動邊界DCA算法(MB)基于可移動邊界的動態(tài)分配方案與FB方案比較，能更好的利用資源。該方案如圖3所示。圖3該方案首先將信道分為兩個部分：語音信道和數(shù)據(jù)信道。在業(yè)務傳輸過程中果語音信道空閑且數(shù)據(jù)緩存器隊列不空時，那么隊列中的數(shù)據(jù)包可以借用語音信道進行傳輸。而當語音呼叫到來時，語音業(yè)務可以強占被數(shù)據(jù)業(yè)務借用的語音信道，進行語音業(yè)務傳輸。而數(shù)據(jù)業(yè)務則停止在借用的語音信道中的傳輸，繼續(xù)排隊等待。該在此方案中，仍將單條鏈路上3個時隙中的2個分配給語音業(yè)務，1個分配給數(shù)據(jù)業(yè)務。在語音呼叫到達時，如果在2個語音時隙中存在2個以上的BRU，那么就可以建立語音信道進行通話，否則該呼叫就會被阻塞掉。當數(shù)據(jù)緩存器中隊列不空時，首先檢查數(shù)據(jù)時隙中所有的16個BRU是否空閑。如果空閑則隊列的頭數(shù)據(jù)包就會被取出，進行數(shù)據(jù)傳輸；否則，檢查兩個語音時隙中，是否有16個或16個以上的BRU。如果有且16個BRU在一個時隙內，則頭數(shù)據(jù)包被取出，進行傳輸；如果有16個BRU但不在一個時隙內，則首先需要進行一個信道重組過程，將16個BRU調整到一個時隙內，然后再進行傳輸；如果兩個語音時隙中存在的空閑BRU少于16個，則數(shù)據(jù)包繼續(xù)排隊等待，直到有足夠的空閑信道；同樣，如果緩存器已滿，新的數(shù)據(jù)包到來將發(fā)生丟包。這種分配策略的效果就是數(shù)據(jù)業(yè)務時隙和語音業(yè)務時隙的邊界是可以移動的，因此該方案稱為可移動邊界方案。采用該策略的立足點在于：語音業(yè)務為實時業(yè)務，允許的時延很小。在語音呼叫產(chǎn)生后，如果無法得到所需的傳輸信道，那么業(yè)務將會發(fā)生阻塞。而數(shù)據(jù)業(yè)務為非實時業(yè)務，在沒有可用傳輸信道時，可以排隊等待，直到所需信道可用時，再進行傳輸。5基于可移動邊界的動態(tài)信道分配性能仿真為分析MB方案的性能，我們基于MATLAB仿真平臺，對該方案進行了仿真。為更好進行的比較，對FB方案同樣進行了仿真。5.1仿真模型系統(tǒng)模型如圖4所示。圖4系統(tǒng)模型將信道分為兩部分：語音信道和數(shù)據(jù)信道。在業(yè)務傳輸過程中，如果語音信道空閑且數(shù)據(jù)緩存器隊列不空時，隊列中的數(shù)據(jù)包就可以借用語音信道進行傳輸。而當語音呼叫到來時，語音業(yè)務可以強占被數(shù)據(jù)業(yè)務借用的語音信道，進行語音業(yè)務傳輸，而數(shù)據(jù)業(yè)務則停止在借用的語音信道中的傳輸，繼續(xù)排隊等待。在該模型中，到達的語音業(yè)務源和數(shù)據(jù)業(yè)務源都服從泊松分布。語音和數(shù)據(jù)業(yè)務到達率分別為v和d。為更好的分析基于可移動邊界的動態(tài)信道分配方案的性能，在仿真中引入了不同的語音和數(shù)據(jù)到達率（表1）。表1在FB方案中，語音業(yè)務服務器最多可以服務16個語音用戶(可用的2個時隙最多可以服務16個語音用戶)。在語音業(yè)務到達時，如果有空信道，則進行業(yè)務服務，傳送語音業(yè)務。如果16個語音信道已滿，則此業(yè)務發(fā)生阻塞。而數(shù)據(jù)業(yè)務服務器只可以有一個服務通道。在數(shù)據(jù)包到達后，首先將數(shù)據(jù)包放入一個先進先出的隊列，而服務通道在每傳完一個數(shù)據(jù)包后，都要檢查隊列是否為空。如果不空，則將隊列頭數(shù)據(jù)包取出進行傳輸。然而在MB方案中，數(shù)據(jù)業(yè)務初始分配的可用時隙數(shù)為1。然而當語音用戶數(shù)小于8時，則數(shù)據(jù)業(yè)務可以借用那個空閑的語音時隙，則此時數(shù)據(jù)服務通道數(shù)可為2。當語音用戶數(shù)為0時，則數(shù)據(jù)業(yè)務可以借用這2個語音時隙，因此此時數(shù)據(jù)服務通道數(shù)為3。但是，當語音業(yè)務到達且沒有空閑語音信道時，則語音業(yè)務將會強占被數(shù)據(jù)業(yè)務借用的語音信道，進行語音服務。而正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)業(yè)務則停止傳輸，繼續(xù)等待。5.2仿真結果根據(jù)以上所述，我們在不同的語音和數(shù)據(jù)業(yè)務到達率下，分別對FB方案和MB方案進行了8小時仿真，仿真結果分別時語音阻塞率和數(shù)據(jù)丟包率。語音阻塞率(a)FBscheme(b)MBscheme通過仿真結果，可以得出，在MB方案中，數(shù)據(jù)業(yè)務借用語音信道并沒有影響語音業(yè)務的性能。尤其是在語音業(yè)務到達率較低的情況下。主要時因為在語音業(yè)務到達率較低時，數(shù)據(jù)業(yè)務可以借用空閑的語音信道來傳送隊列中的數(shù)據(jù)包，相當于數(shù)據(jù)服務通道增加了，因此隊列中的數(shù)據(jù)包長度也減小了。數(shù)據(jù)丟包率(C)FBscheme(d)MBscheme通過仿真結果，可以看出MB方案的丟包率比FB減少了，主要是因為數(shù)據(jù)業(yè)務借用了語音信道，服務通道增多，數(shù)據(jù)處理能力增強了。6結語對于TD-SCDMA系統(tǒng)，本文討論的一種基于可移動邊界的動態(tài)信道分配方案，與傳統(tǒng)的動態(tài)信道分配方案相比，由于數(shù)據(jù)業(yè)務可以借用空閑的語音信道，使得信道利用率大幅度增加，從而極大的提高了系統(tǒng)的信道資源利用效率。參考文獻1王文博.時分雙工CDMA.北京：北京