（通信与信息系统专业论文）gsm系统中多载波功率共享算法研究.pdf

摘要 基站的能源消耗占据整个移动通信网络设备能源消耗的9 0 ，因而基站节能 成为通信行业节能减排的关键所在。 g s m 多载波基站具有功放效率高、集成度高、可减小载频发射功率等优势， 是实现基站节能降耗的有效方案。然而当前g s m 多载波基站节能都是由于硬件技 术的发展而实现的，本文提出了一种基于多载波基站的功率共享算法，可以从算 法设计角度有效降低功耗。 多载波功率共享算法在功率受限的情况下，当呼叫到来时估计呼叫的功率需 求，并且计算可用信道的时隙剩余功率，根据呼叫的功率需求与可用信道的时隙 剩余功率的符合度来执行信道分配。通过多载波功率共享算法可以用较小的功放 功率来满足网络用户的需求，从而达到降低功耗的目的。 本文采用仿真平台对算法进行仿真验证，并对仿真结果进行分析，仿真结果 显示，多载波功率共享算法可以在保证网络质量的前提下有效降低功耗，本文仿 真场景下功耗降低了3 3 3 。 关键词：g s m 多载波基站节能减排多载波功率共享算法过载信道分配 a b s t r a c t e n e r g yc o n s u m p t i o no fb a s es t a t i o ni s9 0 o ft h a to fa l le q u i p m e n t si nm o b i l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，t h u s s a v i n ge n e r g yi nb a s es t a t i o ni sk e yi nt h ew o r ko f e n e r g y - s a v i n ga n de m i s s i o nr e d u c i n gi nc o m m u n i c a t i o ns y s t e m m u l t i c a r r i e rb a s es t a t i o nh a sp o w e ra m p l i f i e rw i t hh i g he f f i c i e n c y , a n di ti sh i g hi n i n t e g r a t i o na n da l s oi tc a nr e d u c et r a n s m i s s i o np o w e ro fc a r r i e r , s om u l t i c a r t i e rb a s e s t a t i o ni sa l le f f e c t i v es o l u t i o nt os a v ee n e r g yi nb a s es t a t i o n h o w e v e r , t h ec u r r e n t e n e r g y - s a v i n gt e c h n o l o g i e si nm u l t i - c a r r i e rb a s es t a t i o na l ed u et ot h ed e v e l o p m e n to f h a r d w a r e ，t h i sp a p e rp r e s e n t sam u l t i - c a r r i e rs h a r i n gp o w e ra l g o r i t h m ，w h i c hc a n e f f e c t i v e l yr e d u c et h ep o w e rc o n s u m p t i o ni nt h ev i e wo fa l g o r i t h m & s i g n m u l t i - c a r r i e rs h a r i n gp o w e ra l g o r i t h mi sa p p l i e di np o w e rl i m i t e ds c e n a r i o w h e n t h ec a l lc o m e s ，p o w e rn e e d e do ft h ec a l li se s t i m a t e d ，a n dt h ea v e r a g ea v a i l a b l ep o w e r o fe a c hs l o tw h e r et h ea v a i l a b l ec h a n n e la r el o c a t e di ni s c a l c u l a t e d ，a c c o r d i n gt h et w o p o w e rv a l u e s ，c h a n n e la l l o c a t i o ni si m p l e m e n t e d t h r o u g ht h em u l t i c a r r i e rs h a r i n g p o w e ra l g o r i t h m , as m a l l e rp o w e ra m p l i f i e rc a l lb eu s e dt om e e tt h en e e d so fn e t w o r k u s e r s ，s oa st oa c h i e v et h ep u r p o s eo fr e d u c i n gp o w e rc o n s u m p t i o n i nt h i sp a p e r , t h es i m u l a t i o np l a t f o r mi su s e dt ov a l i d a t et h ep e r f o r m a n c eo ft h e a l g o r i t h m s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tm u l t i - c a r r i e rs h a r i n gp o w e ra l g o r i t h mc a l l e f f e c t i v e l yr e d u c ep o w e rc o n s u m p t i o nu n d e rt h ep r e m i s eo fg u a r a n t e e i n gt h eq u a l i t yo f t h en e t w o r k i nt h es c e n a r i o so ft h i sp a p e r , p o w e rc o n s u m p t i o ni sr e d u c e d b y3 3 3 k e y w o r d ：m u l t i - c a r r i e rb a s es t a t i o ni ng s ms y s t e m p o w e r - s a v i n ga n d e m i s s i o n 。r e d u c i n g m u l t i - c a r r i e rs h a r i n gp o w e ra l g o r i t h mo v e r l o a d c h a n n e l a l l o c a t i o n 西安电子科技大学 学位论文独创性( 或创新性) 声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个 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 以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研 究成果；也不包含为获得西安电子科技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做了明确 的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名：圣值 日期型_ 珥一 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再攥写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密，在一年解密后适用本授权书。 本人签名：兰盛 导师签名：= 毒酶 期期日日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 引言 自从1 9 9 2 年第一个数字蜂窝移动通信系统g s m 在欧洲问世以来，该系统就 以先进的技术和优越性能在全球范围内以令人吃惊的速度扩张，是第二代数字蜂 窝移动通信系统中发展最引人注目的一种标准。i l 】目前g s m 系统已经成为世界上 最成熟和市场占有量最大的移动通信系统。 目前3 g ( m3 珂g e n e r a t i o n 第三代移动通信系统) 已经开始投入商用，各大 运营商正在如火如荼地进行3 g 通信网络的建设、业务的推广，然而在3 g 建设初 期，其覆盖可能不如g s m ，而且无法达到g s m 系统语音业务的质量，3 g 先行者 的经验表明，2 g ( m2 n dg e n e r a t i o n 第二代移动通信系统) 网络的支撑是3 g 得以 发展成功的基础，用2 g 和3 g 组成“一个网络，两种接入，无缝覆盖，无缝业务 的模式，通过3 g 和2 g 的联合无缝覆盖，负荷分担，才能做到以最低投资保证最 大容量和最大覆盖面，达到业务平滑演进的目的。 2 1 早在2 0 0 8 年，中国移动就提 出了“3 g 2 g 融合组网 的建网思路，可以最大限度地将2 g 网络优势和成熟经验 延伸到t d s c d m a 上，有效降低t d s c d m a 网络的建设成本，促进t d s c d m a 的规模化和产业化进程。【3 】因而在未来很长一段时间内，g s m 系统还将继续存在 并发挥重要作用，持续对g s m 网络进行优化和改善具有重要的意义。 近日，随着全球气候峰会在丹麦首都哥本哈根的召开，各行各业的节能减排 再一次成为全人类关注的焦点。通信行业历来被人们视为高产能低能耗的环保行 业，然而目前随着通信的飞速发展，通信网络规模的不断扩大，通信在使得人们 的生活更加便捷的同时，与社会、资源和环境的不和谐现象也日益突出。由通信 引发的惊人的资源过度使用、巨大的能耗与污染等现象，越来越引起人们的关注。 据有关部门统计，2 0 0 7 年我国i c t ( i n f o r m m i o nc o m m u n i c a t i o n st e c h n o l o g y 信息 与通信技术) 产品的总耗电量约为3 0 0 亿5 0 0 亿度，几乎相当于三峡电站一年的 发电总量。i l l 这意味着通信行业低能耗的美誉可能随着业务量的增加被高能耗所替 代。在能源日益短缺的今天，如何节约能源、降低能耗成为通信业研究的一个热 点问题。目前，通信运营商和制造商正积极推进节能减排战略，不断推出创新的 节能减排产品，构筑“绿色 的通信网络。 一张完整的移动通信网，如果单从耗电量上来说，基站大约占整体的9 0 以 上，而功放单元又占整个基站耗电的6 5 左右。特别是在中国这样幅员辽阔、人 2 g s m 系统中多载波功率共享算法研究 1 ：3 众多的市场，达到基本覆盖要求起码要部署1 0 万台左右的基站，因此，提高功 放效率，降低基站功耗是通信业节能减排的第一步，也是重要一步。i s 】 1 2 基站节能研究现状 由于基站的耗电量占据整个通信耗电量的绝大部分，基站的节能成为通信行 业节能的关键所在，各通信设备厂商也在基站节能方面加大研发力度，推出各种 各样的基站节能方案。 目前所采用的基站节能方案主要包括以下几个方面【6 】【7 】： ( 1 ) 提高功放效率及设备集成度 采用数字预失真技术，可以提高功放效率及功放的线性特性，减少基站的发 热量。功放稳定性增强、集成度增加，并且支持更宽的信号频带，配合高集成度 的射频器件，为基站收发信机实现多载频技术创造了条件，使基站功能模块变得 更小，也使多载频功放的实现成为可能。采用高集成度的设计和低功耗的芯片， 能够减小基站占用空间，减少机柜数量，从而可以达到降低功耗的目的。 ( 2 ) 软件节能技术 随着业务信道载频负荷的变化，基站系统耗电波动很大。运营商通过采用软 件控制的闲时载频关断技术、时隙关断技术以及业务量分配优化等措施能够降低 能耗。 可以按照时间段在闲时定时关闭载频，也可以利用软件实时统计分析载波与 信道的负荷承担，根据业务量变化，采用一定的算法智能进行载频的开启及关闭。 在载频关断的基础上，还可以在更细的粒度上进行时隙的关断，达到更精确的控 制。 通过这种动态开关载频的方式，在保证通信服务质量的前提下，尽可能减少 同时工作的载频数或信道数量，通过这种智能化控制实现节能降耗。 ( 3 ) 分布式基站技术 目前比较成熟的分布式基站技术，是把基站分为基带和射频两部分，用光纤 代替传统的馈线将射频部分拉远，可以减少由馈线导致的约3 d b 的损耗，基站消 耗的功率将大幅降低。拉远单元可以采用自然散热技术，能够节省温控能耗，占 地面积小、安装快捷，可广泛应用于室内覆盖、城区站址困难区域、热点覆盖等 场景。 ( 4 ) 基站新能源的使用 在合适的站址利用太阳能、风能等新能源作为替代能源，可以顺利地将电信 网络扩展到没有供电网或供电不稳定的地区，可以有效地降低能源的消耗，并且 新型洁净能源可降低污染物的排放。 第一章绪论 1 3g s m 多载波基站 基站在一个网络中主要负责管理无线资源、实现固定网络与移动用户之间的 通信连接，传送系统信息与用户信息。基站是移动通信系统中最关键的设备，随 着移动通信技术的发展基站也在发生着深刻的变化。 以g s m 系统为例，其基站的发展大致经历了3 个阶段【8 】。 第一阶段的g s m 基站，设备集成度低、耗电量大，功放效率低，能提供的容 量有限，产品形式单一，只有室内宏蜂窝基站。 经过3 5 年时间，随着微电子技术的发展，基站设备的性能也得以提升，第二 阶段的基站集成度高、耗电量小，功放效率高，单机柜的系统容量得到很大提升， 产品形式极大丰富，除了常用的室内宏蜂窝外，还有室外一体化基站、室内微蜂 窝基站和直放站等。 随着数据业务需求的出现，第二阶段基站通过部分硬件更换和软件升级的方 式，发展到第三阶段基站，具备了支持g p r s e d g e 、半速率、小区定位等功能， 同时设备向更高的集成度和更大的容量发展。 基站未来的发展趋势是高集成度、全口化、多载频、高效率数字功放、模块 化，这些特征将使新一代基站更节能。 g s m 多载波基站通过宽带功放、数字中频合路技术、数字预失真技术和多哈 里技术，提高了基站功放效率和载波集成度，极大地推动了2 g 网络节能减排工作。 与传统单载波基站相比，多载波基站主要具备以下优势： ( 1 ) 线性、高效率功放 传统基站使用窄带功放，功放效率仅为1 0 左右。多载波基站综合采用数字 预失真技术和多哈里技术可以实现高度线性，无失真的功放输出，提高功放效率。 多哈里技术与数字预失真技术配合使用时功放效率可提高至2 7 以上。 9 1 ( 2 ) 集成度高 传统单载波基站，单板集成度低，单机柜最大支持容量1 2 载波配置。多载波 基站集成度高，目前多载波基站最大支持3 6 载波配置，是传统基站容量的3 倍。 相同配置下可以提供更大的容量，采用多载波基站可以部署较少的基站达到较大 的网络容量，可缓解机房空间紧张问题，从而也能有效降低由机房及配套设备引 发的能耗。i l o j ( 3 ) 减小载频发射功率 传统g s m 基站使用单载波技术，多个载波的信号通过模拟合路器进行合路后 送到天线发射，模拟合路器的插入损耗较大( - 3 d b 2 载波合路) ，因此基站必须提 4 g s m 系统中多载波功率共享算法研究 高载频的发射功率，采用较大的功率进行发射以满足覆盖要求。 多载波基站采用数字中频合路技术取代模拟射频合路，极大地减小了合路损 耗( 数字中频合路的插入损耗为1 d b ) ，因而可以降低载频发射功率。 ( 4 ) 可实现网络软件扩容 传统基站的无线资源调配比较烦琐，遇有大话务量场景需要工作人员去现场 拔插硬件设备，拆闲补忙以弥补容量需求，效率比较低下。 多载波基站中单个载频板支持的载波数可以灵活配置，因而基站扩容不需要 进行硬件改造，仅需要进行软件扩容，可以根据用户增长和业务需要，灵活地进 行网络扩容，降低网络投资和运维成本。0 0 1 ( 5 ) 可实现网络平滑演进 多载波技术结合软件无线电技术，可使g s m 网络平滑地向e d g e 、e d g e + 甚至l t e 演进，有效保护运营商投资。【1 1 l 结合以上对多载波基站的描述可以发现，多载波基站具有功放效率高、集成 度高、可有效降低功耗、易于维护升级及网络平滑演进等优势，因而多载波基站 是解决基站节能降耗、网络持续演进的有效方案，是g s m 基站未来的发展方向。 1 4 论文研究内容及章节安排 由上节对多载波基站的描述可以看出多载波基站具有功放效率高，集成度高， 可以降低载频发射功率这些特点，可以从多个方面有效降低基站的功耗，然而它 们都是由硬件技术的发展带来的基站性能的提升，是否可以从算法设计的角度来 降低基站的功耗呢? 基于这一考虑，本文提出了一种基于多载波基站的多载波功率共享算法，该 算法通过记录每个空闲可用信道的功率情况，当新呼叫到来时，根据估计的呼叫 的功率需求及记录的可用信道的功率剩余情况将呼叫分配到合适的信道上，通过 算法的设计可以采用较小的功放功率来满足g s m 小区中呼叫的功率需求，从而可 以从算法设计角度进一步降低多载波基站的功耗。 多载波功率共享算法是通过信道分配的实施来发挥作用的，因而本文首先介 绍了g s m 系统中的信道分配算法，然后详细介绍了多载波功率共享算法的算法思 想及算法具体实现方法，以及多载波功率共享算法如何通过信道分配算法来发挥 作用，还对一些参数的设置对算法性能的影响进行了分析，本文最后对算法进行 仿真验证，并对仿真结果进行了分析。 本文的整体结构及各章节的安排如下： 第二章首先介绍了g s m 系统中的信道、频率规划，然后详细介绍了信道分配 算法流程。 第一章绪论 第三章详细介绍了多载波功率共享算法，包括算法的整体结构，算法实现的 细节，多载波功率共享算法如何通过信道分配来起作用，并且介绍了多载波功率 共享算法的两个子算法削峰算法和功率不足切换算法，最后介绍了多载波功率共 享算法中参数的选取、以及该算法如何与功率控制算法相配合来保证网络的整体 性能。 第四章对多载波功率共享算法进行仿真分析，首先介绍了仿真平台，然后介 绍了仿真中的参数配置及算法的评价指标，最后介绍了四组仿真，每一组仿真中 都详细介绍了仿真背景，参数设置，给出仿真结果，并对仿真结果进行了分析， 从而得出仿真结论。 第五章对论文的内容进行了总结，得出论文的结论。并对论文后续研究工作 进行了展望。 第二章g s m 系统信道复用和信道分配算法7 第二章g s m 系统信道复用和信道分配算法 多载波功率共享算法是通过信道分配算法的实施来发挥作用的，所以在介绍 多载波功率共享算法之前，首先介绍g s m 系统中的信道分配算法。 无线通信系统的频率资源是有限的，从而可以提供的信道数量是有限的。在 无线通信系统中无线接口上的信道是按需分配的，仅在m s ( 移动台) 需要和通话 期间建立，通信结束时即释放掉。因而需要对信道资源进行动态分配和管理，当 m s 呼叫到来时，需要综合考虑呼叫本身以及当前网络的状况建立m s 与m s c ( 移 动交换中心) 之间的传输路径和信令路径。【1 2 l 信道分配算法即采用一定的规则根 据呼叫的需求对网络中空闲信道状况进行评估，根据一定的评价准则在可用空闲 信道中选取一条最优信道进行分配，信道的分配既要保证当前呼叫能够获得较好 的质量，同时要保证该呼叫接入之后网络的质量及后续呼叫接入的性能。 本章首先介绍g s m 系统中的信道概念，然后介绍有限的频率资源如何分配到 各个小区，即信道复用和频率规划，最后详细介绍在一个小区中如何给一个呼叫 分配信道，即信道分配算法流程。 2 1g s m 系统中的信道 在蜂窝移动通信系统中，许多移动台要同时通过一个基站与其它移动台进行 通信，因而必须对不同的移动台和基站发出的信号赋予不同的特征，以便使基站 和移动台对不同的信号做出准确的区分，识别属于自己的信道。解决这一问题的 办法称为多址技术。多址技术主要有4 种：频分多址( f d m a ) 、时分多址( t d m a ) 、 码分多址( c d m a ) 和空分多址( s d m a ) 。【1 】 图2 1 频分多址 8 g s m 系统中多载波功率共享算法研究 频分多址就是把整个可分配的频谱划分成许多单个无线信道( 发射和接收载 频对) ，每个信道可以传输一路语音或控制信息。如图2 1 所示。 时分多址是在一个宽带的无线载波上，按时间划分为若干个时分信道，每个 时分信道称为一个时隙( t u n es l o t ) ，每一个用户占用一个时隙，并且只在这一指 定的时隙内接收( 或发送) 信号。如图2 2 所示。 ol23o123 图2 2 时分多址 g s m 系统中采用时分多址和频分多址相结合的方式，将g s m 系统可使用频 段中每2 0 0 k h z 分为一个频道，再将每个频道分为8 个时分信道。如图2 3 所示。 频率 m i - i z 8 9 0 ，十 ， l ，4 8 个时分信道 叫g r d b a n d 保护频带 图2 3g s m 系统中的频分多址和时分多址 图2 3 中所示为g s m 9 0 0 m h z 系统，以基站为参考将通信链路分为上行和下 行，基站发一移动台收( b s m s ) 为下行，移动台发一基站收( m s b s ) 为上 行，上行工作频段为8 9 0 9 1 5 m h z ，下行工作频段为9 3 5 - 9 6 0 m h z ，带宽为2 5 m h z ， 上下行频率间隔4 5 m h z 。g s m 系统的工作频段，每2 0 0 k h z 为一个频道，两端留 有2 0 0 k h z 的保护带，这样g s m 系统2 5 m h z 的工作频段可分为1 2 4 对频道，其 o 5 5 q 咖 哪 哪 ， 蛳 链m 链咀 焉 瀚 第二章g s m 系统信道复用和信道分配算法9 频道序号为1 - - 1 2 4 ，上下行两频段中序号为n 的频道可以分别用式( 2 1 ) 和式( 2 2 ) 计算得到： 上行，基站收 厶舭g ) = 8 9 0 2 + g 一1 ) 幸0 2 】m h z ( 2 - 1 ) 下行，基站发 k g ) = 厶黼( n ) + 4 5 = 9 3 5 2 + 一1 ) o 2 】m h z ( 2 - 2 ) g s m 9 0 0 m 系统2 5 m h z 的频段中可用频道为1 2 4 个，每个频道可以分为8 个 时分信道，每个时分信道称为一个时隙( t u n es l o t ) ，时隙宽度为0 5 7 7 m s ，8 个时 隙构成一个t d m a 帧，帧长为4 6 1 5 m s 。特定频率和特定的时隙即构成一个物理 信道，图2 4 为g s m 系统中的物理信道示意图，如图中z + 2 频段的1 号时隙，即 图中蓝色部分所示，即为一个物理信道，g s m 系统中共有1 2 4 8 = 9 9 2 个物理信 道。 图2 4g s m 系统中的物理信道 蜂窝通信系统要传输不同类型的信息，按信息的逻辑功能而言，可分为业务 信道和控制信道。 业务信道( t c h ) 是用于传送用户信息的信道。用户信息可以是语音也可以 是数据，其次还有少量的随路控制信令。根据传输的用户信息的不同可以将业务 信道分为语音业务信道和数据业务信道。 控制信道c c h 用于传输信令和同步信号。它主要有三种：广播信道( b c h ) 、 1 0 g s m 系统中多载波功率共享算法研究 公共控制信道( c c c h ) 和专用控制信道( d c c h ) 。 逻辑信道是信道功能的划分，实际信息的传输是在物理信道中进行的，因而 需要将各种逻辑信道装载到物理信道中去，这即为逻辑信道的组合。 一般情况下，若每一个基站有n 个载频( 双工) ，分别用f d ，f 1 ，f i ：l - i 表 示，其中f o 称为主载频。每个载频有8 个时隙，分别用t s 0 ，t s l ，t s 7 表示。 f 0 上的t s 0 用于广播控制信道b c c h ，广播信道b c h 和公共控制信道c c c h 在 该信道上复用，t s l 用于专用控制信道，t s 2 t s 7 用于业务信道。其余载频f l 墙- l 上的8 个时隙均可用于业务信道。如图2 5 所示，若一个基站有两个载频，f o 和n ， 则将f o 的0 号时隙作为主b c c h 信道，1 号时隙作为专用控制信道，而f o 的其它 时隙及f 1 的8 个时隙均可用于业务信道。0 4 1 n l 帧 i o l234 567 0l23456 7 01 。 上 业务信道 图2 5 逻辑信道在物理信道上的组合 2 2g s m 系统信道复用和频率规划 g s m 系统中的频率资源是有限的，因而需要在相隔一定距离的小区中，对频 率资源进行复用以实现频谱资源的有效利用，提高系统的通信容量。 频率的重复使用会造成频点之间的干扰，包括同频干扰和邻频干扰。在频率 复用时必须要满足干扰保护比的要求。 频率复用度可用来表征频率复用效率，简单地讲频率复用度就是每个基本复 用簇中小区的数量。对于n x m 频率复用方式：n 表示复用簇中有n 个基站，m 表 示每个基站有m 个小区，它的复用度为n x m 。 显而易见，频率复用度越小，其频率复用越紧密，频率的利用率越高，但随 第二章g s m 系统信道复用和信道分配算法 1 1 着频率复用紧密程度的增加，带来的网络干扰也越大，通话质量会恶化，此时需 要采取抗干扰技术，如不连续传输d t x 、功率控制、跳频等技术来对抗干扰；频 率复用度越大，其频谱利用率越小，但容易获得较高的话音质量。【l 5 】 频率规划就是在频率利用率和网络容量之间寻找平衡点，做到保证一定网络 质量的前提下，使网络容量最大。 g s m 系统中最基本的频率复用方式是4 3 频率复用方式，“4 表示4 个基站， “3 表示每个基站由3 个小区组成，如图2 6 所示，黑色框中这1 2 个扇形小区为 一个频率复用簇，它的频率复用度为1 2 。同一簇中频率不能被复用，不同簇中的 频率是重复使用的。在具体分配时，是在一个簇内将所有待分配频率按照一定的 规律分配到各个小区，在其它小区簇内，情况相同，这样每个频段在不同小区簇 内就被一遍一遍的重复使用了。 a 1 一 一a 2 一o 一 一b 1 广一 r y 将将当前信道代价值作为新的最 小代价值，并记录当前信道的索引 值t a r z e t c h l d x = c u r c h l d x 第二章g s m 系统信道复用和信道分配算法 1 5 n n l n 上 磊磊蕊 、 y 上 程磊涤 、， y 1 分配信道成功，最优信道 叫的索引为t a r g e t c h l d x y i 将空闲载频时隙转换成符 一1 合信道分配要求的信道 伺仅丌一船划y 袅垒器当薯集霎柔嚣袭 垫态p d c h 信道! i 二不p d c h 一信道一 n 土 磊盒未找到可用信j 呼叫支持抢占? 、1 yi 挑选一个优先级比当前呼叫低 并支持抢占的呼叫，抢占信道 抢占成功? n l ，、 呼叫支持排队? 、l ，7 yi 进入排队过程 、王 n ，队痴 j 排队成功? 二 _ 、l yi 记录信道分配结果为等 待其他呼叫释放信道 记录信道分配结果 为抢占一个信道 记录信道分配结 果为无可用信道 记录信道分配结 果为无可用信道 图2 8g s m 系统信道分配算法流程图 1 6 g s m 系统中多载波功率共享算法研究 在指配、入b s c 切换过程中b s c 根据m s c 在a s s i g n m e n t r e q u e s t h a n d o v e rr e q u e s t 消息确定呼叫的信道分配要求。在b s c 内切换 过程中，b s c 根据c c b 中记录的m s c 的信道分配请求确定呼叫的信道分配请求。 确定信道分配必要条件 当确定了信道分配要求之后，就进入相应的信道资源池( 业务信道或信令信 道) 中对信道进行排除和选择。 信道分配必要条件是指信道分配过程中候选信道必须满足的条件，如果候选 信道不满足必要条件，则将该信道排除掉。例如如果信道不能进行速率类型转换， 只能支持特定的速率类型，此时速率类型即为信道分配的必要条件，若当前呼叫 要求分配一个半速率信道，候选信道中如果信道类型为全速率信道，即将该信道 排除掉。 采用信道分配必要条件对不满足要求的信道进行排除，满足必要条件的信道 则进入下面的最优信道选择流程。 计算信道分配代价函数 对满足必要条件的候选信道计算每个信道的代价函数( c o s tf u n c t i o n ) 。信道 的代价函数即对待分配信道的各个因素进行评估，得到各因素的评估值e v ( e v m u a t i o nv a l u e ) ，根据各个因素在信道分配中的重要性给各个因素设置不同的 权值w ，信道的代价值( c o s tv a l u e ) 即将信道各因素的评估值加权求和 c o s tv a l u e = e v l + w l + e v 2 w 2 + + e v n * w n 其中，n 为评估的因素的个数。信道的代价值越小，优先级别越高，即优先 分配代价值小的信道。 信道分配时需要考虑的因素可以分为两大类，质量类和容量类。 质量类因素中主要有： 信道的历史记录 每次信道占用失败( 激活未应答、激活超时、掉话) 则将该因素的评估值置 为1 ，否则为o 。 干扰电平 实时测量信号空闲信道受到的上行干扰电平，上行干扰电平的取值范围为 1 1 0 d b m - - 4 7 d b m ，将干扰电平的取值分为六个区间，对应六个等级，如表2 3 所 示。根据测量到空闲信道的上行干扰电平得到干扰电平所对应的等级，将等级值 作为该因素的评估值。 可以看到，干扰电平越低，表明受到的干扰越小对应的等级值越小，干扰电 平因素的评估值越小，从而分配信道的优先级别越高。 第二章g s m 系统信道复用和信道分配算法 1 7 表2 3 干扰电平分布区间与等级的对应关系表 等级干扰电平分布区间 o1 1 0 1 0 5 d b m 110 5 9 8 d b m 29 8 9 0 d b m 39 0 8 7 d b m 4 - 8 7 8 5 d b m 58 5 4 7 d b m 信道质量 根据估测到的信道的信噪比位于信噪比分布区间对应的等级，将该因素设置 为不同的值，方法同干扰电平，不同的是信道的信噪比越高，对应的等级值越小， 评估值越小，从而分配信道的优先级别越高。 容量类因素主要有： 是否支持信道类型转换 信道所属载频是否支持信道类型转换，若支持则将该因素的评估值置为1 ，否 则置为0 。优先分配不支持信道类型转换的信道。支持信道类型转换的信道使用范 围较大，可以保留到后面使用。 信道所属频段 g s m 系统中的频段共有8 个，g s m p 、g s m e 、g s m r 、g s m 8 5 0 m 、 g s m 4 5 0 m 、g s m 4 8 0 m 、p c s l 9 0 0 m 和d c s l 8 0 0 m 。根据信道所属的频段位于以 上哪个频段中，将“信道所属频段”因素设置为不同的评估值。依据上面八个频 段的排列顺序“信道所属频段”因素设置的评估值逐渐增大。可以看到根据“信 道所属频段的设置规则，相比较1 8 0 0 m 频段，优先分配9 0 0 m 频段信道，在9 0 0 m 频段中优先分配基本频段信道，后分配扩展频段信道。这样设置是由于部分旧式 m s 只支持g s m 9 0 0 m 基本频段，因而扩展频段的信道的使用范围比基本频段的小， 而通过将位于扩展频段的信道设置为较高的值，位于g s m 9 0 0 m 频段的信道设置 为较低的值，可以优先分配扩展频段的信道，可把基本频段的信道保留给只支持 基本频段的m s 。 4 0 1 可以看到容量类的因素设置规则即遵循了优先分配使用范围小的信道的原 则，而将使用范围较大适应性强的信道保留到以后使用，这样避免了对于有些呼 叫到来时，由于找不到可满足其要求的信道而不是没有空闲信道而带来的不必要 的拥塞或接入失败。在不增加信道个数的情况下，通过容量类因素的设置，合理 地进行信道分配，无形之中增加了信道的利用率，提高了系统的呼叫建立成功率。 而质量类因素是对信道的质量进行评估，按照它的设置规则可以看到优先分 g s m 系统中多载波功率共享算法研究 配信道质量好的信道。遵循了信道分配的第二个原则。 根据各因素在信道分配中的重要性，可以灵活设置各因素权重的大小。 信道分配策略 将信道中各因素的评估值加权求和即得到该信道的代价值，将所有满足信道 分配必要条件的信道的代价值进行比较，选择代价最小的信道，即为最优信道。 没有最优信道时的处理 如果经过必要条件筛选之后没有符合要求的空闲信道，但有足够的载频时隙 资源，并且允许进行信道类型转换，则进行信道类型转换，把空闲的载频时隙资 源转换成符合信道分配要求的信道。 如果遍历完整个小区信道资源表，但没有找到任何可用资源，但部分动态 p d c h 被分组业务占用，由于分组业务的优先级别低于语音业务，因而可向分组业 务信道管理模块发出t c h 信道请求，要求分组业务释放一个配置类型为动态 p d c h 的时隙，发起p d c h - - t c h 的转换。 信道分配过程中如果没有足够的载频时隙满足呼叫的要求，也没有被分组业 务占用的动态时隙资源，并且呼叫支持抢占，则进入抢占过程，挑选一个优先级 比当前呼叫低且可以被抢占的呼叫，释放该呼叫或对该呼叫发起出小区切换，如 果抢占成功，则把呼叫放入抢占队列中。将信道分配结果更新为抢占了其它呼叫 的信道。 如果抢占失败即没有搜索到可以释放的呼叫或者呼叫不支持抢占，但支持排 队，则进入排队过程，如果排队成功，则更新信道分配结果为等待其它呼叫释放 信道。否则将信道分配结果更新为无可用信道。 如果呼叫不支持抢占也不支持排队，则更新信道分配的结果为无可用信道。 仅在指配过程中允许进行抢占和排队。 信道被释放时，首先查看等待信道队列中是否存在因抢占而进入队列的呼叫， 如果存在并且被释放的信道满足呼叫的必要条件，则把呼叫分配给抢占入队的