TD-SCDMA系统中动态信道分配技术研究

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  摘要:作为第三代移动通信系统的标准之一,时分-同步码分多址(TD-SCDMA)系统由于采用了时分双工(TDD)方式而在性能上显示出了不同于其他两个主流标准的优势,它能更充分满足日益兴起的不对称传输服务的需求。动态信道分配(DCA)技术是TD-SCDMA系统中的一种关键技术,它从业务服务的实际情况和趋势出发,更合理地分配信道,缓解频谱资源的紧张状态。本文主要是在现有的动态信道分配技术的基础上提出一种改进算法,通过仿真分析确认该改进算法可以减少数据掉包概率,使得系统资源得到更好的利用,更好的提高无线频谱利用率,防止网络阻塞。
  关键词:TD-SCDMA系统;动态信道分配;可移动边界
  中图分类号:TP311文献标识码:A文章编号:1009-3044(2008)31-0812-03
  TD-SCDMA System Dynamic Channel Allocation Technology Research
  MENG Wei, MENG Zheng-da
  (Southeast University, Nanjing 210096, China)
  Abstract: As one of the standards of 3G mobile communication systems, the TD-SCDMA system has some performance advantages which are different from the other two main standards because of its TDD duplex. It can improve the quality of the asymmetry transmitting service. Dynamic Channel Allocation (DCA) technology is one of the key technologies in the TD-SCDMA system, which has been putted forward based on the real conditions and the development trend of the communication service, can not only allocate the channel resources more reasonably but also improve the tense states of the spectrum resources. This main contribution in the paper is given an improved algorithm which can reduce the proportion of data lose and make better in the utilization of the wireless spectrum.
  Key words:TD-SCDMA system; DCA; movable boundary
  1 引言
  随着TD-SCDMA网络的测试通过和国家政策的支持,中国TD-SCDMA业务得到了迅速发展,这也充分体现了它在技术上的特点和优势。由于采用时分双工(TDD)的工作方式,并综合了三种基本多址接入技术(TDMA、CDMA、FDMA)的优点,TD-SCDMA更适合传输不对称的业务,它能同时满足实时和非实时服务的需求,为多媒体业务的实现提供了开发潜力,在频谱效率、系统容量及性能方面具有更多的优势。TD-SCDMA采用的关键技术包括智能天线、联合检测、接力切换、软件无线电和动态信道分配等。其中动态信道分配(DCA)技术使得TD-SCDMA系统资源分配的灵活性和高的频谱利用率可以得到充分的体现[1]。与传统的固定边界DCA相比,基于可动边界的DCA算法(MB-DCA)更能提高资源利用率,减少数据包的丢失概率[2-3]。本文首先从TD-SCDMA系统的物理信道帧结构出发介绍了固定边界和目前可动边界信道分配算法,在此基础上提出了一种改善的动态信道分配算法,然后通过仿真分析确认可以减少数据的掉包概率,提高信道资源利用率等。
  2 TD-SCDMA系统的物理信道帧结构
  TD-SCDMA系统的物理信道被分成4层结构:超帧、无线帧、子帧和时隙。TD-SCDMA将每个无线帧平分成两个5ms的子帧,每个子帧由7个长度为675 的主时隙和3个特殊时隙构成。在这7个主时隙中,Ts0总是作为公共物理信道的保护时隙分配给下行链路,Ts1总是分配给上行链路,其它时隙既可作为上行链路的时隙,也可作为下行链路的时隙。这样每个子帧都有6个业务时隙供上行链路和下行链路使用。上行链路的时隙和下行链路的时隙之间由一个转换点分隔开,TD-SCDMA系统中的每个子帧都有两个转换点(上行链路到下行链路和下行链路到上行链路),转换点的位置取决于小区上、下行时隙的配置。通过配置上、下行时隙的个数,TD-SCDMA系统可以灵活改变上、下行链路的传输能力,使得系统在对称和非对称业务的情况下都能够获得较高的资源利用率。本文假设上行和下行链路各分配3个时隙。由于上、下行链路的动态信道分配策略相同,本文只研究上行链路的动态信道分配。请参考图1所示的TD-SCDMA系统帧结构示意图。
  3 TD-SCDMA系统中的信道分配策略
  在TD-SCDMA系统中的动态信道分配过程可以分为慢速动态信道分配(DCA)和快速DCA两个阶段[4-5]。
  慢速DCA主要根据小区内业务不对称性的变化,动态地划分上、下行时隙,使上、下行时隙的传输能力和上、下行业务负载的比例关系相匹配,以获得最佳的频谱效率。TD-SCDMA系统可以通过转换点的移动来灵活地划分上、下行时隙,从而提升系统容量。但是当相邻小区的上、下行时隙划分不一致时,可能会造成交叉时隙间较大的干扰,导致系统容量损失。慢速DCA算法采用从热点小区中选出负荷较重的小区作为参考的方法,以小区的上、下行信号比例作为时隙上、下行划分的依据,在其相邻小区也采用一致的划分,尽量减少交叉时隙的数量。
  快速DCA指系统为申请接入的用户分配无线信道资源,并根据系统状态对已分配的资源进行动态调整。在TD-SCDMA系统中,无线信道包括分配载波、时隙、扩频码等资源,DCA为用户寻找干扰较小、能够提供稳定服务的信道分配给用户。在为用户分配无线资源时要进行呼叫接纳控制(CAC),决定是否接纳新用户。呼叫接纳控制要求完成两个方面的内容:判断网络能否为新接入的业务提供满足其要求的通信质量,确保新接入的业务不影响正在被服务的业务。为了保证用户的服务质量,系统还要对用户的通信质量进行监测。当用户的通信质量恶化时,系统可以综合考察用户的服务质量要求、干扰情况以及移动状况等,然后做出判断,调整用户所占用的无线资源,从而为用户提供稳定的服务。
  4 可动边界快速DCA算法的描述
  4.1 固定边界DCA算法
  选用大小为16的扩频因子,这样每个时隙就有16个基本资源单元(BRU),12.2kbps语音服务需要占用2个BRU。在慢速动态信道分配完成后,假设上下行信道各分配了3个时隙。按照传统固定边界(FB)DCA算法的做法是将信道分成两部分:语音信道和数据信道。语音业务只能使用语音信道,数据业务只能使用数据信道。在该算法中,每个基站的单条链路中的3个业务时隙,2个分配给语音业务,1个分配给数据业务。固定边界的动态分配算法如图2所示。
  这样在语音呼叫到达时,如果存在2个以上的BRU,那么就可以建立语音信道,进行通话,否则该呼叫就会被阻塞掉。当数据缓存器中队列不空,而数据时隙中的所有16个BRU均空闲时,队列的头数据包就会被取出,进行数据传输,否则的话,头数据包继续在队列中等待。当缓存器被占满后,如果新的数据包到来,就会发生丢包。固定边界(FB-DCA)算法的缺陷是不能有效地利用系统资源,当正在通话的语音用户数很少而等待发送的数据包很多时,分配给语音用户的信道就只能空闲而不能用来传输数据,造成了系统资源的浪费。
  4.2 可移动边界DCA算法
  可移动边界(MB)DCA算法首先将信道分为两个部分:语音信道和数据信道。在业务传输过程中如果语音信道空闲且数据缓存器队列不空时,队列中的数据包可以借用语音信道进行传输。当语音呼叫到来时,语音业务可以强占被数据业务借用的语音信道,进行语音业务传输,而数据业务则停止在借用的语音信道中的传输,继续排队等待。在此算法中,仍将单条链路上3个时隙中的2个时隙分配给语音业务,1个时隙分配给数据业务。在语音呼叫到达时,如果在2个语音时隙中存在2个以上的BRU,那么就可以建立语音信道进行通话,否则该呼叫就会被阻塞掉。当数据缓存器中队列不空时,首先检查数据时隙中所有的16个BRU是否空闲。如果空闲,则队列的头数据包就会被取出,进行数据传输,否则,检查两个语音时隙中是否有16个或16个以上的BRU。如果有16个以上的BRU,且16个BRU在一个时隙内,则头数据包被取出,进行传输;如果有16个BRU,但16个BRU不在一个时隙内,则首先需要进行信道重组,将16个BRU调整到一个时隙内,然后再进行传输;如果两个语音时隙中存在的空闲BRU少于16个,则数据包继续排队等待,直到有足够的空闲信道。同样,如果缓存器已满,这时新的数据包到来将发生丢包。在语音信道被借用的情况下,当有新的话音用户出现的时候,话音用户可以抢先占用被数据用户借去的信道,即要回被借用的信道,数据业务继续排队等候。这种分配策略的数据业务时隙和语音业务时隙的边界是可以移动的,因此该算法称为可移动边界算法。基于可移动边界的动态分配算法与固定边界信道分配算法比较,能更好地利用资源。可移动边界的动态分配算法如图3所示。
  4.3 可移动边界DCA的改进算法
  在上述MB DCA算法中,当语音空闲信道小于16个BRU,数据包将无法根据该算法使用语音信道传输,这种采用单一数据速率的方法显然缺乏必要的灵活性,假如语音信道有小于16个BRU,且有数据包等待传输时,而无法使用语音信道空闲的BRU传输,显然浪费了系统资源。基于采用灵活的传输速率,尽可能的提高系统的信道利用率的前提,对该MB-DCA算法进行优化,在语音空闲信道少于16个BRU,且有数据包等待传输时,将使用较小的数据传输速率(本文使用64kbps研究)进行传输,从而提高系统的利用率,降低数据等待时间和掉包概率。为方便研究,采用64kbps的传输速率进行分析,并近似64Kbps速率需要8个BRU,且实际速率可以达到144Kbps的一半,即8个BRU可以传输3.84kbits的分组包对半拆分的子包。
  5 改进前后的动态信道分配性能仿真分析
  该文基于MATLAB仿真平台对MB DCA改进算法进行仿真,为了更好地进行比较,对FB DCA算法和MB DCA算法同时进行了仿真。
  5.1 系统仿真模型和参数
  根据图3所示的可动边界示意图,同时使用表1中的系统参数对系统进行仿真分析。
  在FB算法中,最多可以服务16个语音用户,在语音业务到达时,如果有空信道,则进行业务服务,传送语音业务。否则,则此语音业务发生阻塞。数据业务只可以使用一个数据信道,在数据包到达后,首先将数据包放入一个先进先出的队列,如果队列超出了数据缓存器的长度,后续到达的数据将出现掉包现象。数据信道在每传完一个数据包后,都要检查队列是否为空,如果不空,则将队列头数据包取出进行传输。
  在MB算法中,数据业务初始分配的可用时隙数为1。然而当语音用户数小于8时,数据业务可以借用空闲的语音时隙,则此时数据服务通道数可为2。当语音用户数为0时,数据业务可以借用这2个语音时隙,因此此时数据服务通道数为3。但是,当语音业务到达且没有空闲语音信道时,语音业务将会强占被数据业务借用的语音信道,进行语音服务,正在传输的数据业务则停止传输,继续等待。
  在MB的改进算法中,数据业务初始分配的可用时隙数为1。然而当语音用户数为0时,数据业务可以借用空闲的语音时隙,则此时数据服务通道数可为3;当语音用户数i(1≤i≤4)时,数据业务可用的时隙数为2.5;当语音用户数i(5≤i≤8)时,数据业务可用的时隙数为2; 当语音用户数i(9≤i≤12)时,数据业务可用的时隙数为1.5;当语音用户数i(13≤i≤16)时,数据业务可用的时隙数为1。当语音业务到达且没有空闲语音信道时,语音业务将会强占被数据业务借用的语音信道,进行语音服务,正在传输的数据业务则停止传输,继续等待。
  5.2 结果分析
  根据上述仿真模型的分析,在不同的语音和数据业务到达率下,使用MATLAB仿真平台分别对FB算法和MB算法以及MB改进算法进行仿真。由于语音业务可以随时强占被数据业务借用的信道,所以改进前后的语音业务与固定边界的语音业务相同,不受算法的影响。下面重点以数据掉包概率为主要仿真指标,分析三种算法的数据业务的性能。仿真结果分别见图4、图5、图6。
  通过以上仿真结果可以看出:MB DCA算法数据掉包概率小于传统的FB DCA,同时改进后的MB DCA算法更加降低了数据掉包概率,尤其是在语音业务到达率较低的情况下。主要是因为在语音业务到达率较低时,数据业务可以借用空闲的语音信道来传送队列中的数据包,相当于数据服务通道增加了,因此队列中的数据包长度也减小了,降低了数据掉包概率。
  6 结束语
  该文主要对动态信道分配算法进行了优化和改进,通过仿真分析确认改进算法可以更加减少数据掉包概率同时提高了资源利用率。TD-SCDMA系统的动态信道分配是一个非常复杂的过程,本文仅在假设在慢速动态信道分配完成后,假设上下行信道各分配了相同的3个时隙的基础上进行了研究;同时系统还受信道干扰等多方面影响,值得进一步研究。
  参考文献:
  [1] 王文博.时分双工CDMA[M].北京:北京邮电大学出版社,2001.
  [2] 郭思贝.TD-SCDMA系统无线资源管理[J].中兴通信技术,2006,12(5):36-39.
  [3] 孙承君.第三代移动通信系统动态信道分配方法研究[D]. 博士学位论文. 哈尔滨:哈尔滨工业大学,2002.
  [4] 李彬,吴诗其,TDD模式CDMA系统动态信道分配技术[J].通信技术,2003,12(1):81-83.
  [5] Cao Yanbo,Cheng Xingqing,Li Chengshu. Dynamic channel allocation in TD-SCDMA[C].IEEE International Conference 2003, 9(11):1129-1132.
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