重慶郵電人學(xué)碩十論文 摘要 摘要 隨著無線通信系統(tǒng)的發(fā)展，蜂窩移動(dòng)通信已得到了充分的發(fā)展，但為 了從根本上獲得更高的系統(tǒng)容量和更快的傳輸速率，必須突破傳統(tǒng)的蜂窩 結(jié)構(gòu)限制。分布式無線通信系統(tǒng)( d w c s ) 采用分布式結(jié)構(gòu)和分布式處理 方法，結(jié)合了分布式天線和m i m o 系統(tǒng)的特點(diǎn)，更能適應(yīng)未來移動(dòng)通信系 統(tǒng)的發(fā)展。本論文對(duì)d w c s 概念和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，同時(shí)對(duì)其系統(tǒng)容量與 傳統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信進(jìn)行了對(duì)比。 為了充分發(fā)揮d w c s 的優(yōu)勢(shì)，必須要有合適的信道分配，因?yàn)樗苯?影響著通信系統(tǒng)的性能和容量。本論文針對(duì)d w c s 信道分配涉及到的問題 進(jìn)行了討論，并對(duì)問題之一的虛擬小區(qū)天線的選擇和天線數(shù)的確定進(jìn)行了 分析和仿真。同時(shí)在d w c s 特有的系統(tǒng)特點(diǎn)分析的基礎(chǔ)上，提出了信道分 配算法。 本論文中的信道分配算法是針對(duì)基于t d d 模式，多用戶接入技術(shù)為 d s c d m a 的d w c s ，利用慢速d c a 解決時(shí)隙的選擇問題以來提高系統(tǒng)容量和 頻率利用率。文章研究了雙虛擬小區(qū)和多虛擬小區(qū)兩種模型下的信道分配 策略，重點(diǎn)對(duì)雙虛擬小區(qū)信道分配算法進(jìn)行了詳盡探討。研究了雙虛擬小 區(qū)使用相同時(shí)隙分配和雙虛擬小區(qū)具有交叉時(shí)隙兩種情況下信道分配問 題，同時(shí)對(duì)兩種算法在不同的參數(shù)下進(jìn)行了比較。在多虛擬小區(qū)模型的分 析中，主要利用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解。各種算法都給出了計(jì)算和仿真結(jié)果。 d w c s 通信系統(tǒng)的研究本身就是很廣泛和復(fù)雜的，而信道分配又是實(shí)時(shí) 的。本論文對(duì)于b w s c 通信系統(tǒng)的性能和信道分配問題的研究在對(duì)其未來 的研究中具有一定的參考意義。 關(guān)鍵詞：d w c s ，虛擬小區(qū)，信道分配，慢速d c 重慶郵電入學(xué)碩十論文 摘要 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，t h ec e l l u l a r s y s t e mh a sb e e nw i d e l yd e v e l o p e d i no r d e rt og e th i g h e rs y s t e mc a p a b i l i t y a n df a s t e rt r a n s m i s s i o nr a t e ，t h et r a d i t i o n a lc e l l u l a rs t r u c t u r em u s tb eb r o k e n d i s t r i b u t e dw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n s y s t e m ( d w c s ) w h i c h a d o p t s d i s t r i b u t e dc o n s t r u c t e ra n dd i s t r i b u t e dp r o c e s s i n gm e t h o da n da l s oh a st h e a d v a n t a g e s o fd i s t r i b u t e da n t e n n aa n dm i m os y s t e m ，c a na d a p tt h e d e v e l o p m e n to ff u t u r e w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nm u c hb e t t e r t h i sp a p e r a n a l y s e st h ec o n c e p ta n dc o n s t r u c t e ro fd w c s ，a n da l s oc o m p a r e st h es y s t e m c a p a b i l i t yo fd w c sw i t ht h ec e l l u l a rs y s t e m a n dt h i sp a p e ra l s od i s c u s s e s t h ec h a n n e la l l o c a t i o np r o b l e m so fd w c s ，a n dg i v e st h ea r i t h m e t i co fc h a n n e l a l l o c a t i o n ，a st h ec h a n n e la l l o c a t i o na f f e c t st h ep e r f o r m a n c ea n dc a p a b i l i t yo f c o m m u n i c a t i o ns y s t e m i nt h i sp a p e r ，d w c sh a st d dm o d ea n dm u l t i u s e ra c c e s st e c h n o l o g yi s d s c d m a ，a n du s e ss l o wd c a t os o l v et i m es l o t sa l l o c a t i o np r o b l e m t h e p a p e ri n v e s t i g a t e sc h a n n e la l l o c a t i o ns t r a t e g yo fd o u b l ev i r t u a lc e l l sm o d e l a n dm u l t i v i r t u a lc e l l sm o d e l m o r e o v e r e h a n n e la l l o c a t i o na r i t h m e t i co f d o u b l ev i r t u a lc e l l si sd i s c u s s e da tl a r g e f o rd o u b l ev i r t u a lc e l l sm o d e l ，t h e s a m et i m es l o ta s s i g n m e n ta n dt h ec r o s st i m es l o ta s s i g n m e n ta r ed i s c u s s e d f o rm u l t i v i r t u a lc e l l sm o d e l ，i ta d o p t sm a t hm o d e lt os o l v et h ep r o b l e m s a n d t h er e s u l t so fc o m p u t a t i o na n ds i m u l a t i o nf o ra l lt h ea r i t h m e t i ca r eg i v e n t h ei n v e s t i g a t i o no fd w c si sa b r o a da n dc o m p l i c a t e d ，a n dc h a n n e l a l l o c a t i o ni sar e a lt i m ep r o b l e m t h ec o n c l u s i o ni nt h i sp a p e rw i l lb ev a l u a b l e f o rt h ep e r f o r m a n c ea n a l y s i sa n dc h a n n e la l l o c a t i o ni n v e s t i g a t i o no fd w c s k e y w o r d s ：d w c s 。v i r t u a lc e l l ，c h a n n e la l l o c a t i o n ，s l o wd c n 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及 取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論 文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得重廢 郵曳太堂或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作 的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝 意。 學(xué)位論文作者簽名：痊翱蝴 簽字日期： o 了年s 月夠日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解重廢郵電太堂有關(guān)保留、使用學(xué)位論 文的規(guī)定，有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤， 允許論文被查閱和借閱。本入授權(quán)重麼噬蟲太堂可以將學(xué)位論文的 全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等 復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。 ( 保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書) 學(xué)位論文作者簽名：蒼淘嘲 導(dǎo)師簽名：經(jīng)鼉 簽字日期：c 7 年；月西日 簽字日期： n 年f 月 重慶郵電人學(xué)碩十論文第一章緒論 第一章緒論 1 1 分布式無線通信系統(tǒng)分析 無線通信是當(dāng)f ； 發(fā)展最快的通信技術(shù)之一，每一次概念和技術(shù)的突破 都實(shí)現(xiàn)了工程上的飛躍。蜂窩概念的提出產(chǎn)生了第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)： 數(shù)字技術(shù)的成功應(yīng)用大大促進(jìn)了以t d m a 為標(biāo)志的第二代移動(dòng)通信的發(fā) 展；而c d m a 和多媒體技術(shù)的提出則直接導(dǎo)致第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的大力 發(fā)展；然而由于傳統(tǒng)蜂窩結(jié)構(gòu)的局限性，阻礙了新一代移動(dòng)通信( b 3 g 、 4 g ) 的發(fā)展。 傳統(tǒng)蜂窩通信系統(tǒng)”主要由交換網(wǎng)路子系統(tǒng)( n s s ) 、無線基站子系統(tǒng) ( b s s ) 和移動(dòng)臺(tái)( m s ) 三大部分組成。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，提高頻譜效率的常規(guī) 方法是進(jìn)行小區(qū)分裂和采用扇化小區(qū)，隨著對(duì)系統(tǒng)容量要求的進(jìn)一步提高 和可使用頻段的不斷上移，無線通信網(wǎng)的小區(qū)結(jié)構(gòu)正逐步向微微小區(qū)、混 合小區(qū)和多層小區(qū)結(jié)構(gòu)演變，這在一定程度上緩解了頻譜資源緊張的問題 和提高了系統(tǒng)的容量，但并不能從根本上解決問題，小區(qū)分裂也不可能無 限制地進(jìn)行下去，而且它還會(huì)帶來諸如切換頻繁、系統(tǒng)干擾增加、頻率規(guī) 劃復(fù)雜、成本提高等問題，因此無法滿足未來無線通信發(fā)展的要求。 目前3 g 系統(tǒng)仍然采用蜂窩結(jié)構(gòu)，能達(dá)n 2m b s 的傳輸速率和較大系統(tǒng) 容量。但如果無線接入網(wǎng)繼續(xù)沿用傳統(tǒng)蜂窩結(jié)構(gòu)，從理論和工程上來看， 即使將容量提高五倍也是十分困難，因此在未來的高速無線通信系統(tǒng)中必 須引入新的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。所以對(duì)于最高設(shè)計(jì)速率( 用戶低速移動(dòng)時(shí)，比 如步行者) 高達(dá)1 0 0m b s 以上，預(yù)計(jì)用戶數(shù)量也比3 g 系統(tǒng)高一個(gè)數(shù)量級(jí)的 4 g 系統(tǒng)來說，其無線接入網(wǎng)必須對(duì)蜂窩結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)或采用新的結(jié)構(gòu)，否 則很難以合理的比特成本同時(shí)滿足高速大容量與高覆蓋率的要求。 1 1 1d w c s 的概念 d w c s 概念的提出 由于傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)是干擾受限系統(tǒng)，而且由于無線鏈路速率相對(duì)有 限，加上其接入網(wǎng)是樹型結(jié)構(gòu)，因而易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞。為了從根本上獲得 重慶郵電人學(xué)碩十論文 第一章緒論 更高的系統(tǒng)容量和更快的傳輸速率，必須突破傳統(tǒng)的蜂窩結(jié)構(gòu)限制，以便 有效地利用整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)間、碼字、頻率和空間資源，清華大學(xué)提出了分 布式無線通信系統(tǒng)d w c s ”4 1 ( d i s t r i b u t e dw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) 的概念。d w c s 將蜂窩系統(tǒng)中的基站簡(jiǎn)化為收發(fā)天線和信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置，天 線之間用光纖連接，天線的設(shè)置和用戶密度相對(duì)應(yīng)：在用戶密度低的地區(qū)， 可以減少天線數(shù)目，形成的通信系統(tǒng)類似于現(xiàn)有的蜂窩系統(tǒng)；在用戶密度 較高地區(qū)，則采用較大的天線密度，降低各天線的發(fā)射功率，形成分布式 接入系統(tǒng)。分布式天線系統(tǒng)中各天線的收發(fā)信號(hào)處理是在處理單元( 分布 式或半分布式) 而不是在天線處進(jìn)行的，這有利于各種先進(jìn)信號(hào)處理技術(shù) 和分布計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用( 信息論早已指出多入多出系統(tǒng)的容量大于單入單 出系統(tǒng)的容量，最新的理論研究也指出多天線系統(tǒng)的容量遠(yuǎn)大于單天線系 統(tǒng)，而分布式天線系統(tǒng)可以說是多入多出系統(tǒng)理論和多天線理論在系統(tǒng)網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)層面的一種有效應(yīng)用。與蜂窩系統(tǒng)相比，分布式無線通信網(wǎng)絡(luò)可以 提供高得多的傳輸速率和系統(tǒng)容量。 基于分布式天線的無線通信系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)的以蜂窩為特征的系統(tǒng)， 它主要是采用分布式結(jié)構(gòu)和分布式處理方法實(shí)現(xiàn)無線通信系統(tǒng)。在系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)上，傳統(tǒng)的移動(dòng)通信系統(tǒng)采用蜂窩結(jié)構(gòu)，一個(gè)地區(qū)被劃分成多個(gè)小區(qū)， 每個(gè)小區(qū)設(shè)立一個(gè)中心基站和天線，負(fù)責(zé)覆蓋整個(gè)小區(qū)，每個(gè)用戶與它所 在的基站進(jìn)行通信。 而在d w c s 中，多根天線分布在一個(gè)地區(qū)的不同位置，不存在小區(qū)的 概念，系統(tǒng)為用戶確定與之進(jìn)行通信的天線集合，針對(duì)每個(gè)用戶的天線集 合中的多根天線同時(shí)收集和發(fā)送無線信號(hào)，所有信號(hào)由分布式處理單元統(tǒng) 一處理，因此完全打破了傳統(tǒng)的蜂窩結(jié)構(gòu)，可以解決在高傳輸速率、高 業(yè)務(wù)質(zhì)量和高通信容量情況下，蜂窩小區(qū)結(jié)構(gòu)容易崩潰的危險(xiǎn)。分布式概 念的另一層含義是處理單元的分布性，類似于分布式處理網(wǎng)絡(luò)或分布式核 心網(wǎng)絡(luò)。各處理器分別負(fù)責(zé)一部分天線信號(hào)的處理，包括信號(hào)的調(diào)制解調(diào)、 編碼解碼等。分布式處理的突出優(yōu)點(diǎn)是容易引入并行計(jì)算，解決高速通 信中集中處理計(jì)算復(fù)雜度高的問題，同時(shí)增大系統(tǒng)的可靠性。 在d w c s 中的幾個(gè)重要概念”： 在d w c s 中，不同的層都是分布式的結(jié)構(gòu)，沒有中心控制應(yīng)用在 d w c s 中，多個(gè)天線的無線電信號(hào)通過分布式光纖網(wǎng)絡(luò)傳送到分布式處理 中心，一個(gè)或更多的節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)信號(hào)處理。最重要的是無線信號(hào)的分布式處 理，傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)中，每個(gè)小區(qū)都有一個(gè)基站對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，在d w c s 中，處理器和天線是分開的。 2 重慶郵電人學(xué)碩十論文 第一章緒論 雖然處理層可以從邏輯上看作是中心處理單元，但是信號(hào)是通過許多 分布的處理器完成處理的。在這種結(jié)構(gòu)中，從多個(gè)天線輸出或輸入的信號(hào) 可以共同被最近的處理器進(jìn)行處理，因此，通過類似m i m o 的機(jī)制，信道 容量可以充分利用。 同時(shí)，處理器之間的高速連接促使它們能夠聯(lián)合工作，處理工作可以 機(jī)動(dòng)的重新分配和傳輸，充分的利用了處理能源。分布式處理器也提高了 系統(tǒng)的可靠性，只有一個(gè)處理器處理失敗，那么處理工作可以移交給其他 的處理器。這種處理結(jié)構(gòu)也是一種軟件無線電或網(wǎng)絡(luò)無線電，這種結(jié)構(gòu)基 于可配置的處理器用高速網(wǎng)絡(luò)連接。由于可配置性，系統(tǒng)能支持多個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 并且可以自由的更新和擴(kuò)展。 2 ) 虛擬小區(qū) 在d w c s 中傳統(tǒng)的以基站為中心的蜂窩小區(qū)概念不再存在，替代它的 是以用戶為中心的虛擬小區(qū)，即對(duì)每一個(gè)移動(dòng)用戶，系統(tǒng)根據(jù)其所在位置 確定為其服務(wù)的分布式天線集合，這個(gè)天線集合就構(gòu)成該用戶的虛擬小 區(qū)。每個(gè)用戶有它自己的虛擬小區(qū)，且隨著用戶在分布式無線網(wǎng)絡(luò)中的移 動(dòng)，虛擬小區(qū)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。不同的移動(dòng)臺(tái)一般有不同的虛擬小區(qū)， 虛擬小區(qū)是動(dòng)態(tài)的、臨時(shí)形成的，服務(wù)完后要釋放掉。 3 ) 虛擬基站 d w c s 的基本思想是將傳統(tǒng)的以基站為中心的覆蓋方式轉(zhuǎn)變?yōu)橐砸苿?dòng) 臺(tái)為中心的分白式接收、發(fā)送，各計(jì)算單元分別負(fù)責(zé)一部分天線信號(hào)的處 理，包括信號(hào)的調(diào)制解調(diào)，編碼譯碼等。因此，d w c s 不再有傳統(tǒng)的中心 處理基站，取而代之的是虛擬基站，這是以用戶為中心、動(dòng)態(tài)地進(jìn)行接收、 處理的部分。 4 ) 虛擬隧道 在d w c s 中，分布式節(jié)點(diǎn)相互協(xié)調(diào)完成無線信號(hào)和數(shù)據(jù)的處理，顯然 這需要在節(jié)點(diǎn)之間建立高速率和高質(zhì)量的通信機(jī)制。虛擬隧道的基本思想 是在高速的有線網(wǎng)絡(luò)上建立虛擬連接，使得節(jié)點(diǎn)之間能夠有效地進(jìn)行點(diǎn)對(duì) 點(diǎn)通信。一個(gè)虛擬隧道由一個(gè)或多個(gè)數(shù)字鏈路組成，在連接過程中，數(shù) 字鏈路可能發(fā)生變化，每個(gè)虛擬隧道有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)號(hào)一一v t i ( 虛擬 隧道標(biāo)識(shí)號(hào)) ，并在連接過程中保持不變。 d w c s 結(jié)構(gòu) 1 ) 從邏輯上來看，d w c s 主要分為三個(gè)層次，如圖1 1 所示。 第一層是分布式天線系統(tǒng)。天線分布在地面的不同位置，發(fā)送和接收 來自移動(dòng)臺(tái)的無線射頻信號(hào)。由于在未來的高速無線通信中，往往采用比 重慶郵電人學(xué)碩士論文 第一章緒論 較高的頻率發(fā)送，使得無線信號(hào)的傳播距離很短，因此要實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)區(qū)域 的無縫覆蓋需要很多的天線。另外為了提高系統(tǒng)的容量，也經(jīng)常采用多天 線結(jié)構(gòu)，例如智能天線和直放站。如果在天線端增加復(fù)雜的信號(hào)處理，不 僅損失了信息量，而且增加了系統(tǒng)的成本。因此在d w c s 中，分布式天線 對(duì)無線信號(hào)只完成功率放大和光電轉(zhuǎn)換等最簡(jiǎn)單的功能。 圖1 1d w c s 邏輯結(jié)構(gòu) 第二層是分布式處理系統(tǒng)。這層是結(jié)構(gòu)中的核心部分，所有信號(hào)處理 都是在這層，包括調(diào)制解調(diào)，信道編碼和解碼，信道測(cè)量，介質(zhì)訪問控 制( m a c ) ，鏈路層控制( l l c ) ，無線電鏈路控制( r l c ) ，無線電網(wǎng)絡(luò)控 制( r n c ) 等等。一個(gè)或更多的功能可以集中在一個(gè)處理節(jié)點(diǎn)。這層包括 兩個(gè)子層，分布式處理中心和專用光纖網(wǎng)絡(luò)。 分佰式處理中心的每個(gè)處理節(jié)點(diǎn)分布在不同的位置，完成對(duì)無線信號(hào) 的一項(xiàng)或多項(xiàng)處理功能，如調(diào)制解調(diào)、匹配接收機(jī)或信道編譯碼等。處理 節(jié)點(diǎn)之阿相互通信，協(xié)調(diào)工作任務(wù)，共同完成物理層和鏈路層的功能。光 纖網(wǎng)絡(luò)分稚在地下，完成分布式天線和分布式處理系統(tǒng)之間的信號(hào)傳輸， 不對(duì)收發(fā)的無線信號(hào)進(jìn)行任何信息處理。從功能上來看，分布式光纖傳輸 系統(tǒng)相當(dāng)于是空中傳輸?shù)难永m(xù)，但是它基本上不會(huì)降低信號(hào)質(zhì)量，因?yàn)楣?纖傳輸?shù)恼`碼率很低。當(dāng)然在d w c s 系統(tǒng)中，我們假設(shè)未來光纖的成本很 低，這是符合當(dāng)前光纖技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)的。另外為了區(qū)分來自不同天線的 信號(hào)，在這一層里需要給無線信號(hào)打包，以表明來自和發(fā)送給哪根天線， 將要傳送給哪個(gè)處理節(jié)點(diǎn)。一般情況下天線采用內(nèi)部地址標(biāo)識(shí)，而處理節(jié) 點(diǎn)則可以采用內(nèi)部地址或者全球識(shí)別的地址，如i p 地址，在不同的發(fā)展 4 重慶郵電人學(xué)碩士論文第一章緒論 階段可以有不同規(guī)定。光纖網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)任務(wù)：接收和傳送數(shù)字中頻信號(hào)到 分布式天線，連接處理中心，使在不同處理中心的處理信號(hào)可以高速實(shí)時(shí) 的交換。光纖網(wǎng)絡(luò)可以有多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如星型、總線型等。 理論上，這層可以認(rèn)為是e x t r e m e l yp o w e r f u lp r o c e s s o r ( e p p ) ，它連接 所有的分布式天線的r f 模塊。e p p 是軟件無線電裝置，通過高速網(wǎng)絡(luò)交 換數(shù)據(jù)時(shí)可以被許多類似的工作站識(shí)別。這種結(jié)構(gòu)使e p p 知道所有從天線 接收到的信號(hào)，能夠控制所有天線的傳輸。因此，整個(gè)系統(tǒng)就像一點(diǎn)到很 多分布式天線的多點(diǎn)系統(tǒng)，實(shí)際上就是一個(gè)大型的m i m o 系統(tǒng)。 第三層是為虛擬或分布式核心網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布在不同的地理位置 上，甚至可以是i n t e r n e t 網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)主要完成數(shù)據(jù)交換、路 由、安全認(rèn)證以及相關(guān)數(shù)據(jù)訪問等功能，可以認(rèn)為分布式網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于傳統(tǒng) 無線通信系統(tǒng)中的核心網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)引入移動(dòng)i p 后，分布式網(wǎng)絡(luò)還需要承擔(dān)代 理服務(wù)器的功能。由于在這一層里主要進(jìn)行數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)層及信令的高層處 理，因此可以采用t c p i p 協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，取代傳統(tǒng)的建立在七號(hào)信令 網(wǎng)上的m a p 協(xié)議和i s 一4 1 協(xié)議，以便能夠和i n t e r n e t 更好的結(jié)合，最終完成 與i n t e r n e t 的融合，成為i n t e r n e t 的一部分。 2 ) 從實(shí)現(xiàn)上講，其實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)有三個(gè)部分： a 分布式天線與光纖傳輸系統(tǒng) 分布式天線的一個(gè)主要特點(diǎn)是天線可以根據(jù)需要分布在地面的不同 位置，完成對(duì)空問的無縫覆蓋?？紤]到天線接收到的無線信號(hào)頻率往往很 高，未來無線通信的射頻信號(hào)可能超過1 0 g h z 。而最適合光纖傳送的是數(shù) 字信號(hào)，如果對(duì)模擬射頻信號(hào)采樣量化變成數(shù)字信號(hào)，那么信號(hào)速率可以 達(dá)到幾十甚至上百g p b s ，在現(xiàn)有的光器件上是很難實(shí)現(xiàn)的。一種解決方 法是在天線端對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行變頻處理，將高頻信號(hào)變成中頻信號(hào)，然后 采樣量化變成光纖傳輸可以接受的數(shù)字信號(hào)，從而大大降低對(duì)光纖的要 求。但是這樣又會(huì)增加天線端的設(shè)備復(fù)雜度。 另一種方法是采用副載波光波技術(shù)，直接用模擬的r f 信號(hào)調(diào)制光信 號(hào)。對(duì)于基帶信號(hào)而言，一個(gè)是光載波，一個(gè)是r f 載波，我們把相對(duì)于光 波的r f 載波稱為副載波。一般情況下，基帶信號(hào)只占用射頻信號(hào)的很小 一部分帶寬，如i s 9 5 系統(tǒng)的r f 信號(hào)為1 1 8 g h z ，擴(kuò)頻信號(hào)帶寬為1 1 2 5 m h z ， 傳送1 0 路不同頻點(diǎn)的信號(hào)所占用的帶寬也不超過r f 信號(hào)的0 1 。如果r f 信號(hào)不是很高，一般都可以采用副載波光波技術(shù)實(shí)現(xiàn)。 b 分布式處理系統(tǒng) 由于光纖延續(xù)了無線通信的空中接口，使得天線與處理節(jié)點(diǎn)相互分 重慶郵電大學(xué)碩十論文第一章緒論 離，兩者可以根據(jù)實(shí)際需要分布在不同的地理位置，增加了工程設(shè)計(jì)上的 靈活性。分布式處理系統(tǒng)主要完成物理層和鏈路層的功能，從功能上看相 當(dāng)于傳統(tǒng)移動(dòng)通信系統(tǒng)的基站予系統(tǒng)。由于分布式處理系統(tǒng)需要處理來 自多根天線的信號(hào)，數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的小區(qū)基站所處理的數(shù)據(jù)，因此采 用分布式結(jié)構(gòu)不僅能降低對(duì)每個(gè)處理模塊的要求，而且提高了系統(tǒng)的穩(wěn)健 性。在無線通信系統(tǒng)中，不同的系統(tǒng)往往具有不同的空中接口，即使是 i m t 2 2 0 0 0 系統(tǒng)中也有好幾種標(biāo)準(zhǔn)。解決這種互不兼容的有效方法是軟件無 線電技術(shù)，即在一個(gè)通用的硬件平臺(tái)上，用軟件實(shí)現(xiàn)不同的通信標(biāo)準(zhǔn)。因 此本文提出采用軟件無線電技術(shù)實(shí)現(xiàn)分布式處理系統(tǒng)。軟件無線電的層次 化模型如圖1 2 所示。 罷a p i 軟件應(yīng)用程序 r a p l 支持機(jī) 罷a p l 可再編程無線接口協(xié)議棧 虛擬機(jī) 硬件平臺(tái) 圖1 2 軟件無線電的層次化模型 在該層次化模型中，軟件應(yīng)用程序完成軟件無線電應(yīng)用系統(tǒng)的功能、 體制的描述，并規(guī)定相應(yīng)的指標(biāo)、參數(shù)。應(yīng)用編程接口( a p i ) 層主要支持 應(yīng)用程序的再利用，相同的a p i 層接口標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序可以應(yīng)用在不同的 軟件無線電系統(tǒng)中?？稍倬幊痰臒o線接口協(xié)議棧實(shí)際上就是與提供a p i 相關(guān)的一些軟件模塊，如信源編碼，調(diào)制解調(diào)算法，多址，數(shù)字上下變 頻( d u c d d c ) 算法等。 這些模塊與a p i 層之間有著標(biāo)準(zhǔn)的接1 3 。只要 接口不變，模塊的改變不會(huì)影響用a p i 編寫的應(yīng)用程序的運(yùn)行。 同時(shí)這 些軟件模塊又都是可編程的，可以采用不斷發(fā)展的新的通信體制，以及采 用適于軟件無線電的新的算法。為了使協(xié)議棧與硬件平臺(tái)無關(guān)，引入了 虛擬機(jī)層，也可以稱為硬件抽象層。它的目的就是掩蓋無線通信系統(tǒng)的 硬件實(shí)現(xiàn)。它與無線接口協(xié)議棧有一個(gè)統(tǒng)一的接口，稱為低層a p i 。采 用低層標(biāo)準(zhǔn)a p i 可以使同樣的軟件加載到不同廠商的硬件上，或者說運(yùn)行 不同的低層軟件。這種低層的a p i 掩蓋了特定的硬件實(shí)現(xiàn)，如不同廠商 的產(chǎn)品或者同一廠商的不同系列的產(chǎn)品。裝載到硬件平臺(tái)上的軟件只需 按照標(biāo)準(zhǔn)的接口編寫即可。該層次化模型中的最后一層就是硬件。 一定 的硬件與一定的虛擬機(jī)相對(duì)應(yīng)，我們稱之為硬件平臺(tái)。 6 重慶郵電人學(xué)碩十論文第一章緒論 分布性：d w c s 分成三層，每層的元素都是分布式的，不需要中心 控制站。 開放性；一些現(xiàn)存的和將來的無線接入系統(tǒng)，比如蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)可 以應(yīng)用在d w c s 中。在d w c s 的基本結(jié)構(gòu)上可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有的和可以預(yù)見 未來的協(xié)議和技術(shù)，無線系統(tǒng)資源能夠充分利用。 無縫覆蓋：因?yàn)榈谝粚邮欠植际教炀€，使d w c s 容易完全覆蓋區(qū)域， 實(shí)現(xiàn)空l 日j 的無縫覆蓋。 靈活性：使用軟件無線電實(shí)現(xiàn)分布式處理網(wǎng)絡(luò)，無線通信標(biāo)準(zhǔn)用軟 件可以實(shí)現(xiàn)。因此新型的結(jié)構(gòu)不影響普遍的硬件平臺(tái)。 可擴(kuò)展性：d w c s 是開放的系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)和服務(wù)可以升級(jí)而不用關(guān)閉 整個(gè)系統(tǒng)。 可測(cè)性：d w c s 的規(guī)模( 包括天線和處理器的數(shù)量) 可以應(yīng)需要而 設(shè)計(jì)。 沒有快速切換問題：虛擬蜂窩隨用戶的移動(dòng)動(dòng)態(tài)的改變，切換不需 要。 大容量：分布式天線和分布式處理，克服了傳統(tǒng)蜂窩通信中增加的 干擾問題。 低的能量消耗：傳輸能量( p o w e r ) 大大的減少。 可伸縮性：d w c s 可以根據(jù)需要在規(guī)模和大小方面自行配置，減小 設(shè)備成本。 對(duì)人身健康危害?。汉艿偷碾姶泡椛?。 1 1 2d w c s 虛擬小區(qū)容量分析 分布式無線通信系統(tǒng)是以用戶為中心的虛擬小區(qū)的概念，用戶根據(jù)一 定的準(zhǔn)則選擇一個(gè)或多個(gè)天線進(jìn)行通信，這個(gè)天線集合就是該用戶的虛擬 小區(qū)。在對(duì)其反向鏈路容量 1 分析時(shí)，使其空中接口采用d s c d m a ，在上行 鏈路上采用基于信號(hào)功率的功率控制暗1 ，假設(shè)系統(tǒng)采用理想的功率控制， 即虛擬小區(qū)各個(gè)天線的接收信號(hào)在合并后的功率相同”1 。同時(shí)，無線傳播 模型只考慮路徑損耗，沒有考慮陰影衰落和瑞利衰落。路徑衰落因子為r 一， 其中r 為用戶和天線之間的距離；t 為衰減因子。另外，用戶選擇天線的數(shù) 目固定。虛擬小區(qū)的結(jié)構(gòu)為接收分集提供了良好的環(huán)境。分集接收合并采 用最大比合并( m r c ) 。 對(duì)于一個(gè)用戶和其虛擬小區(qū)的m 個(gè)天線，假設(shè)在各天線的接收信號(hào)幅 8 重慶郵電人學(xué)碩十論文第一章緒論 值為a ，i = 1 ，m ，接收功率為p 。= a 。2 1 2 ，i = 1 ，m 。每個(gè)天線接收的白 噪聲功率為玎假設(shè)用戶足夠均勻分布，那么根據(jù)對(duì)稱性，每個(gè)天線收到的 其他用戶的干擾功率i 。，i = 1 ，m 是相同的，記為i ，即i 。= i ：一= i 。 假設(shè)最大合并比( m r c ) 接收機(jī)對(duì)各個(gè)信號(hào)加權(quán)系數(shù)為g 。，貝* j m r c 接收 1m 2 機(jī)輸出的功率為晶= 去( 4g 1 ) 。m r c 接收機(jī)輸出的噪聲功率m 包括自噪聲 # l 功率0 和其他用戶干擾噪聲功率厶兩部分，其中白噪聲功率為 mm m o = 刁g f 2 ：其他用戶的干擾功率為厶= g 2 = ，g 1 2 ，m r c 接收機(jī)輸出的 t = lt = li = l 信干比為，= 囂必+ 磊) 。當(dāng)p = 4 r l 時(shí)，信干比達(dá)到最大值，可表示為： 采用最大比合芳接收分集后的信于比等于m 個(gè)天線接收功率的總和與 單個(gè)天線上的白噪聲功率和其他用戶干擾噪聲功率之合的比。在理想功率 m 控制的條件下，對(duì)于不同的用戶，m 個(gè)天線接收功率的總和y p 是相同的， 百 均等于s 。白噪聲功率是定值。 其他用戶的干擾功率分為兩部分： 由使用相同天線組合的用戶引起的，由于這些用戶由同一個(gè)天線集 合進(jìn)行功率控制，所以這些用戶在合并后的輸出功率都為s ，假設(shè)使用相 同天線集合的用戶數(shù)為n ，且均勻分別，語音激活因子為a ，根據(jù)對(duì)稱性， 可知單個(gè)天線上接收的其他用戶干擾功率為k = ( n 一1 ) s o m ，它是傳統(tǒng)單 天線蜂窩系統(tǒng)中本小區(qū)干擾f 。= ( n - 1 ) s o 的1 m 倍。 由使用不同天線集合的用戶引起的。如圖1 4 所示，干擾小區(qū)分為3 類：i 類小區(qū)與中心小區(qū)共用相鄰的2 個(gè)天線；i i 類小區(qū)與中心小區(qū)共用 相鄰的1 個(gè)天線：i i i 類小區(qū)與中心小區(qū)沒有共用天線。由于這些干擾小區(qū) 中的用戶進(jìn)行功率控制的天線集合不同，所以這些用戶對(duì)中心小區(qū)單個(gè)天 線的干擾在用戶足夠多且均勻分別的條件下可以表示為干擾用戶所在小 區(qū)上的積分： k r 2 辨號(hào)去酊蛐 9 p， 。且 = 一砰 ?？晌?4 一+ m 旦砰 (礦v厶 1 2 = 重慶郵電人學(xué)碩十論文第一章緒論 心麓心 麓 中心 焱 小區(qū) 心焱心 圈l 類，j 、區(qū)圈】l 類小區(qū) _ _ _ 一 u l l l 類d 、區(qū) 圖1 4 虛擬小區(qū)的外小區(qū)干擾 其中，a 為所在小區(qū)的面積；以為干擾用戶和中心小區(qū)的被干擾天線 之間的距離；礦為干擾用戶和它所屬小區(qū)的4 個(gè)天線之間的距離。 廠 階劃磋 t = l 因此，分布式無線通信系統(tǒng)中的反向接收信干比可表示為 c 白5 r i + i , , 三。, , + 一l o t h e r = r + ( n - 1 ) s 旦0 m + o n s f a 式( 2 3 ) 所以 n = ( 1 l r u r l i s + o i m ) o ( 1 m + 正) 而傳統(tǒng)小區(qū)的用戶數(shù)為 m = ( 1 r , 一r l l s + o ) o ( 1 + z ) 其中z = 去馭，a y 為了分析和比較，對(duì)于分布式無線通信系統(tǒng)和傳統(tǒng)單天線小區(qū)都采用 正方行網(wǎng)格狀分布，且天線密度相同。對(duì)于虛擬小區(qū)，用戶選擇天線的準(zhǔn) 則為選擇信號(hào)最強(qiáng)的4 根天線，即相鄰的4 根天線組成一個(gè)虛擬小區(qū)，如 圖1 5 ( a ) 所示；傳統(tǒng)的單天線小區(qū)是以每1 個(gè)天線為中心的一個(gè)矩形， 如圖1 5 ( b ) 所示。 嘲 = k 則子 因擾 干 區(qū) 小外的中為 1 p 巧 ) ) 4 5 2 2 ( ( 式 式 重慶郵電人學(xué)碩十論文 第一章緒論 圖1 5 虛擬小區(qū)、傳統(tǒng)單天線小區(qū)結(jié)構(gòu) 設(shè)定語音激活因子a 為o 5 ，衰減因子t 為4 5 5 ，白噪聲功率玎為一 1 3 8 1 d b ，信干比門限r(nóng) 。為一1 4 d b 。對(duì)于不同的接收功率s ，就可以得到2 種小區(qū)的每個(gè)小區(qū)用戶數(shù)n ，如圖1 6 所示?？梢钥闯?，采用分布式無線通 信的每個(gè)小區(qū)的用戶數(shù)要大于傳統(tǒng)單天線小區(qū)的用戶數(shù)。 圖1 6 不同系統(tǒng)小區(qū)用戶數(shù)比較 從以上的采用最大比合并接收分集分布式無線通信系統(tǒng)虛擬小區(qū)的 反向鏈路容量的分析可以看出，分布式無線通信系統(tǒng)虛擬小區(qū)的容量相對(duì) 于傳統(tǒng)小區(qū)有很大的提高。 1 2 研究現(xiàn)狀及前景 d w c s 概念提出到現(xiàn)在已有六年時(shí)間，但至今沒有太多的研究成果， 更多的只是對(duì)系統(tǒng)自身的性能，例如d w c s 的概念、性能、負(fù)載均衡等問 重慶郵電人學(xué)碩+ 論文 第一章緒論 題的研究和分析。在對(duì)其無線資源管理的研究中除對(duì)切換的研究外也是寥 寥無幾，有的也只是一些初步的技術(shù)探討，沒有系統(tǒng)的研究和分析。在無 線資源管理中的信道分配問題中，目前也基本沒有成型的策略或算法。 d w c s 是一個(gè)嶄新的通信系統(tǒng)，也是一個(gè)嶄新的研究課題，但它本身 具有能夠獲得更多容量和更高傳輸速率的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)于未來的移動(dòng)通信 的發(fā)展有著舉足輕重的作用。在任何系統(tǒng)中，良好的無線資源管理對(duì)于系 統(tǒng)的性能有著重要的作用，在對(duì)d w c s 系統(tǒng)研究的同時(shí)，對(duì)其無線資源管 理的研究可以說是重中之重，信道分配是無線資源管理中最常用也是最有 效的方法。所以，對(duì)d w c s 通信系統(tǒng)的研究會(huì)成為未來無線通信系統(tǒng)研究 中的熱點(diǎn)，而對(duì)其信道分配問題的研究更會(huì)成為未來d w c s 研究中的重點(diǎn) 和熱點(diǎn)。 1 3 本文研究的內(nèi)容和意義 對(duì)d w c s 通信系統(tǒng)的研究是一個(gè)復(fù)雜且范圍廣泛的領(lǐng)域。論文主要是 對(duì)d w c s 通信系統(tǒng)無線資源管理策略之一的動(dòng)態(tài)信道分配技術(shù)進(jìn)行了分析 和研究，d w c s 系統(tǒng)是以很多密集的天線、較小的覆蓋范圍為前提的，而 且系統(tǒng)主要針對(duì)的就是上下行業(yè)務(wù)不對(duì)稱的多媒體業(yè)務(wù)，t d d 方式對(duì)于這 樣的系統(tǒng)是很適合的，使用t d d 模式將業(yè)務(wù)的不對(duì)稱性和信道分配的問 題一同進(jìn)行考慮，將會(huì)使得d w c s 網(wǎng)絡(luò)達(dá)到最優(yōu)化。因此，本文的對(duì)于 d w c s 系統(tǒng)信道分配算法是針對(duì)基于t d d 模式，多用戶接入技術(shù)為d s c d m a 的d w c s ，利用慢速d c a 解決針對(duì)d w c s 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和業(yè)務(wù)特點(diǎn)的信道分配問 題。這部分內(nèi)容主要體現(xiàn)在論文的第三、四章中。 d w c s 系統(tǒng)和其信道分配問題的研究本身就是很廣泛和復(fù)雜的，本文對(duì) 于d w s c 通信系統(tǒng)的性能和信道分配問題的研究在對(duì)其未來的研究中具有 一定的參考意義。 1 4 小結(jié) 本章對(duì)分布式無線通信系統(tǒng)( d w c s ) 進(jìn)行了分析，重點(diǎn)討論了d w c s 的 概念、結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。在對(duì)概念的討論中，重點(diǎn)闡述了分布式天線、虛擬 小區(qū)、虛擬基站和虛擬隧道；其結(jié)構(gòu)從邏輯結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)兩個(gè)部分進(jìn)行 闡述；最后得出了d c w s 具有的開放型、無縫覆蓋、靈活性、可擴(kuò)展性和可 伸縮性等特點(diǎn)。第二節(jié)對(duì)d w c s 虛擬小區(qū)的容量進(jìn)行了分析，在對(duì)其理論分 重慶郵電人學(xué)碩七論文第一章緒論 析、數(shù)值計(jì)算和仿真結(jié)果的分析和討論中，得出虛擬小區(qū)的容量要大于傳 統(tǒng)單天線小區(qū)的容量，從而又論證了d w c s 相對(duì)于傳統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的 優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)對(duì)所研究?jī)?nèi)容的現(xiàn)狀和前景，及本論文研究的內(nèi)容和意義進(jìn)行 了分析。 重慶郵電人學(xué)碩十論文 第二章移動(dòng)通信中的信道分配 第二章移動(dòng)通信中的信道分配 2 1 信道分配概述 在移動(dòng)通信中，隨著多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸和用戶數(shù)量的日趨增多，無 線通信系統(tǒng)有限的無線信道就顯得越發(fā)珍貴，迫切需要提高系統(tǒng)的容量， 合理地分配和利用無線信道資源。所謂信道資源，在f d m a 中，指頻率或 無線載波；在t d m a 中，指時(shí)隙；在c d m a 中，指正交碼或p n 碼( c o d e ) 。 所謂“信道分配“們”，在現(xiàn)有的文獻(xiàn)中有著多種定義形式，但其核心 內(nèi)容都是一致的：即在采用信道復(fù)用技術(shù)的小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)中，為實(shí) 現(xiàn)多信道的共用，以最有效的頻率利用方式為每個(gè)小區(qū)的通信設(shè)備提供盡 可能多的可使用信道。換句話說，采用“信道分配技術(shù)”是提高現(xiàn)有頻率 資源利用率、提高系統(tǒng)容量的行之有效的一種方法。 信道分配中的電磁兼容因素 研究一個(gè)實(shí)際的系統(tǒng)，必須考慮它所處的環(huán)境。移動(dòng)通信與固定通信 的不同即在于通信時(shí)電臺(tái)所處的環(huán)境是移動(dòng)的，這對(duì)于移動(dòng)通信系統(tǒng)的工 程設(shè)計(jì)來說是至關(guān)重要的因素。而對(duì)于信道分配問題來說，由于它是從各 種系統(tǒng)中抽象出來的，所以不必考慮這些電波傳播條件的影響。但必需首 先考慮系統(tǒng)的電磁兼容因素。 信道分配問題主要是針對(duì)蜂窩小區(qū)制系統(tǒng)提出的，在小區(qū)制系統(tǒng)中， 采用了頻率復(fù)用技術(shù)，因此將存在一些電磁兼容限制，它們是： 1 ) 同信道限s o ( c o c h a n n e lc o n s t r a i n t ) ，亦稱為同頻干擾； 2 ) 鄰道限制( a d j a c e n tc h a n n e lc o n s t r a i n t ) ，亦稱為鄰道干擾； 3 ) 同場(chǎng)地限s o ( c o s i t ec o n s t r a i n t ) ，亦稱為互調(diào)干擾。 其中，對(duì)系統(tǒng)性能影響最大的就是同頻干擾，它是小區(qū)制組網(wǎng)的主要 約束因素，故系統(tǒng)的一個(gè)重要參量是兩個(gè)小區(qū)之間的最小信道復(fù)用距離d 。 d 的獲得與復(fù)用技術(shù)、調(diào)制方案、移動(dòng)系統(tǒng)的環(huán)境和可接受的話音質(zhì)量等 有關(guān)。 信道分組原則及性能指標(biāo)主要參數(shù) 從廣義上來說，信道分配包含兩層基本含義：一是信道分組，根據(jù)移 動(dòng)網(wǎng)的需要將信道資源分稱若干組；二是信道分配，以固定的或動(dòng)態(tài)的分 1 4 重慶郵電人學(xué)碩十論文 第二章移動(dòng)通信中的信道分配 配方法指配給動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的用戶使用。 1 ) 頻率分組的原則是： a 根據(jù)國(guó)家規(guī)定選擇雙工方式、載頻中心頻率值、信道間隔、收發(fā) 自j 隔等協(xié)調(diào)頻率計(jì)劃。 b 確定無互調(diào)干擾或盡量減少互調(diào)千擾的分組方法。 c 考慮有效利用頻率、減小基站天線高度和發(fā)射功率，在滿足業(yè)務(wù) 質(zhì)量的射頻防衛(wèi)度的前提條件下，盡量減小同頻復(fù)用距離，從而確定信道 分組數(shù)。 2 ) 頻率分配時(shí)需注意的問題有： a 在同一信道組中不能有相鄰序號(hào)的信道，避免多波道系統(tǒng)的鄰道 干擾。 b 相鄰序號(hào)的信道不能指配于相鄰小區(qū)或相鄰扇區(qū)。 c 根據(jù)移動(dòng)通信設(shè)備抗鄰道干擾能力來設(shè)定相鄰信道的最小頻率和 空間間隔。 d 由規(guī)定的射頻防護(hù)度建立頻率復(fù)用的信道分配方案。 e 頻率計(jì)劃、遠(yuǎn)期規(guī)劃、新歸網(wǎng)和重疊頻率分配的協(xié)調(diào)一致。 另外，在評(píng)估信道分配方案的的優(yōu)劣時(shí)，其性能指標(biāo)的參數(shù)是非常重 要的。不同的信道分配方案各有優(yōu)劣，但一般說來，根據(jù)不同的系統(tǒng)特征 和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)環(huán)境，其性能評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有以下五種： a 呼叫阻塞率； b 通信中斷概率，包括通信過程中業(yè)務(wù)質(zhì)量下降引起的通信終止概 率和越區(qū)切換失敗概率； c 通信分配延時(shí)，即分配方案的執(zhí)行時(shí)間； d 方案實(shí)施中的信令業(yè)務(wù)負(fù)荷； e 信道利用率。 在選擇信道分配方案時(shí)，總體目標(biāo)是：獲得較高的信道利用率；較令人 滿意的系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量；盡可能短的時(shí)間以及采用盡可能簡(jiǎn)單的算法。所以 在確定一個(gè)系統(tǒng)采用何種信道分配方案時(shí)，必須綜合考慮以上幾個(gè)對(duì)性能 有影響的因素，但對(duì)不同的系統(tǒng)，其具體要求不盡相同，這時(shí)必須有所側(cè) 重。因?yàn)樵谙到y(tǒng)的通信服務(wù)指令與信道分配算法執(zhí)行豹復(fù)雜性之間存在著 矛盾，而且它與系統(tǒng)搜尋時(shí)間和頻率利用率也有關(guān)系。 重慶郵電人學(xué)碩十論文第二章移動(dòng)通信中的信道分配 2 2 信道分配方案分類 信道分配方案概括起來目前大致有四種方式“，即固定信道分配 ( f a c ：f i x e dc h a n n e la l l o c a t i o n ) 、動(dòng)態(tài)信道分配( d c a ：d y n a m i cc h a n n e l a l l o c a t i o n ) 、隨機(jī)信道分配( r c a ：r a n d o mc h a n n e la l l o c a t i o n ) 和混合信 道分配( h c a ：h y b r i dc h a n n e la l l o c a t i o n ) 。 固定信道分配“”( f c a ：f i x e dc h a n n e la l l o c a t i o n ) 最傳統(tǒng)的一種信道分配方式，普遍應(yīng)用于蜂窩移動(dòng)通信第一和第二代 中。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的要求，考慮在最差的情況下所需要的頻率復(fù)用距離來 制定頻率規(guī)劃。即若系統(tǒng)有n 個(gè)信道，m 個(gè)小區(qū)，把這n 個(gè)信道固定分 成m 組，每組信道只為這個(gè)小區(qū)的所有用戶服務(wù)。復(fù)用距離的縮短，可提 高頻譜利用率，而最差情況下的考慮，又限制了復(fù)用距離的縮短。因此f c a 不能滿足高頻譜利用率的要求。 動(dòng)態(tài)信道分配( d c a ：d y n a m i cc h a n n e la l l o c a t i o n ) 在d c a 中，系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)試或估測(cè)到的信道質(zhì)量( 通常為信噪比) 或話務(wù)情況安排信道。d c a 的優(yōu)點(diǎn)是頻帶利用率高，無須信道預(yù)規(guī)劃， 非常適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中負(fù)載的變化，特別適合多媒體通信中非對(duì)稱業(yè)務(wù)和多種不 同業(yè)務(wù)共存的情況。r n c 根據(jù)相鄰小區(qū)時(shí)隙分配的情況，來計(jì)算或測(cè)量 各時(shí)隙的干擾情況，動(dòng)態(tài)地在小區(qū)間和上下行之間進(jìn)行信道的分配。但有 效的d c a 算法或者能達(dá)到理想狀態(tài)的d c a 算法通常是非常復(fù)雜的，帶 來的缺點(diǎn)就是在通信系統(tǒng)運(yùn)行過程中，信道分配需要較多的信息，增加了 控制信道的信息量，系統(tǒng)在信道分配上的開銷很大。但它可以使用高效的 算法得到別的方式所達(dá)不到的網(wǎng)絡(luò)容量。 動(dòng)態(tài)信道分配又可以分為集中控制式信道分配( c d c a ：c e n t r a l i z e d d c a ) 和自主分御式信道分配( d d c a ：d i s t r i b u t e dd c a ) 兩種方式。c d c a 是由統(tǒng)轄各基站的控制站統(tǒng)一管理和分配信道。即信道分配算法的操作是 在移動(dòng)控制中心m s c 中進(jìn)行的，每次用戶發(fā)起呼叫或某小區(qū)內(nèi)越區(qū)切換 請(qǐng)求時(shí)，該用戶所在的小區(qū)都將此信息告知m s c ，由m s c 為其搜索并分 配空閑信道。這種方法過去一直用在蜂窩小區(qū)制系統(tǒng)中。在集中控制式的 信道控制方式中，各基站檢測(cè)到的干擾等信息由控制中心站掌握后對(duì)信道 進(jìn)行控制，所以信息的傳遞和控制處理速度就成為問題。再有，即使由控 制中心站對(duì)信息進(jìn)行集中管理，要想根據(jù)呼叫的產(chǎn)生消除和傳輸路徑狀態(tài) 的變化等情況進(jìn)行最佳分配是不容易的。對(duì)此d d c a 采用自動(dòng)分布式的控 1 6 重慶郵電大學(xué)碩士論文第二章移動(dòng)通信中的信道分配 制方法，即每個(gè)小區(qū)之間觀測(cè)到的干擾量等信息只用于自己小區(qū)的信道分 配，它的很大優(yōu)勢(shì)在控制處理量和基站的增長(zhǎng)性方面，這一點(diǎn)被很多人認(rèn) 可。最近在分布式d c a 算法上的研究顯示，在減輕交換復(fù)雜度的同時(shí)可 提高頻譜利用率，然而大多數(shù)分布式算法要求分布式處理期間要時(shí)刻保持 通信聯(lián)系以便能更新“信道分配表”，這意味著網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)必須能對(duì)無線 資源的變化作出快速反應(yīng)。 隨機(jī)信道分配( r c a ： r a n d o mc h a n n e la l l o c a t i o n ) 在用戶通話過程中隨機(jī)地更換信道。若有一個(gè)信道質(zhì)量不好那么就有 一個(gè)用戶得不到好信道，隨機(jī)信道分配的結(jié)果是同一小區(qū)的每一個(gè)用戶得 到同樣的信道質(zhì)量，即占有好壞信道機(jī)會(huì)均等。這樣在無法獲得信道質(zhì)量 信息時(shí)，r c a 不失為一種好方法。但不足之處時(shí)小區(qū)外界同頻干擾，有時(shí) 較嚴(yán)重，實(shí)際上沒有一個(gè)用戶可以得到真正的好信道。 混合信道分配( h c a ：h y b r i dc h a n n e la l l o c a t i o n ) 即將所有的信道分成兩個(gè)部分，一部分信道是固定地分配給某小區(qū)； 另一部分信道則保存在一個(gè)中心存儲(chǔ)區(qū)中，為系統(tǒng)中地所以用戶所共享。 實(shí)際上，h c a 是將f c a 和d c a 二者結(jié)合起來地產(chǎn)物，故稱作混合信道分 配。 2 3 動(dòng)態(tài)信道分配m 1 話務(wù)量是隨時(shí)間、隨位置變化的信道分配方式稱為動(dòng)態(tài)信道分配。若 采用固定信道分配，當(dāng)某一個(gè)特定小區(qū)的話務(wù)量增加時(shí)，即使周圍小區(qū)信 道有空閑，也不能使用周圍小區(qū)的信道，這將在特定小區(qū)產(chǎn)生一定的呼損 率。而動(dòng)態(tài)信道分配，則不將信道固定分配給某個(gè)小區(qū)，移動(dòng)臺(tái)在小區(qū)內(nèi) 可使用任一信道。但是移動(dòng)通信交換中心( m s c ) 分配空閑信道時(shí)，必須滿 足同信道復(fù)用規(guī)則，以免發(fā)生干擾。若找不到這樣的空閑信道，則該小區(qū) 就無法對(duì)新發(fā)起的呼叫提供服務(wù)；反之，如果有多個(gè)信道同時(shí)可供使用，就 需要從中選擇一個(gè)。 2 3 1 中心控制d c a 經(jīng)典的d c a 算法是由控制中心執(zhí)行的，即信道分配算法的操作是在 移動(dòng)通信交換中心m s c 進(jìn)行的。每次用戶發(fā)起呼叫或某小區(qū)內(nèi)在越區(qū)切 換請(qǐng)求時(shí)，該用戶所在的小區(qū)都將此信息告知m s c ，由m s c 為其搜索并 1 7 重慶郵電大學(xué)碩十論文第二章移動(dòng)通信中的信道分配 分配空閑的信道。這種方法過去一直用在蜂窩小區(qū)制系統(tǒng)中，近年來，隨 著微小區(qū)的應(yīng)用，一個(gè)區(qū)域內(nèi)的小區(qū)數(shù)量明顯增加，導(dǎo)致用戶的需求和越 區(qū)切換的次數(shù)也大大增加。這樣控制幾個(gè)小區(qū)的m s c 常常出現(xiàn)分配任務(wù) 過載的情況，于