动态信道分配技术：提高数字集群通信系统容量和通信效率的关键功

时间：2024-05-17　来源：网络　作者：网络　点击：次

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在无线通信系统中，无线信道数量有限，是极为珍贵的资源，要提高系统的容量，就要对信道资源进行合理的分配，由此产生了信道分配技术。为了将给定的无线频谱分割成一组彼此分开、互不干扰的无线信道，使用诸如频分、时分、码分、空分等技术。对于无线通信系统来说，系统的资源包括频率、时隙、码道和空间方向4个方面，一条物理信道由频率、时隙、码道的组合来标志。

动态信道分配方法

根据信道分割的不同方式，信道分配技术可以分为固定信道分配（FCA）、动态信道分配（DCA）和混合信道分配（HCA）。

FCA是指根据预先估计的覆盖区域内的业务负荷将信道资源分给若干个小区，相同的信道集合在间隔一定距离的小区内可以再次得到利用。FCA的主要优点是实现简单；缺点是频带利用率低，且不能很好地根据网络中存在的变化及时改变网络中的信道规划。为了克服FCA的缺点，人们提出了DCA。

DCA是指信道资源不固定属于一个小区，所有的信道被集中分配，DCA根据小区的业务负荷，通过信道的通信质量、使用率和复用距离等因素选择最佳的信道，动态地分配给接入的业务。

HCA是FCA和DCA的结合，在HCA中全部信道被分为固定和动态两个集合。

DCA算法具有以下优点：

· 能够较好地避免干扰，使信道重用距离最小化，从而高效率地利用有限的无线资源，提高系统容量；

· 适应第三代移动通信业务的需要，尤其是高速率的上、下行不对称的数据业务和多媒体业务。

采用DCA是TDD系统的优势所在，能够灵活地分配时隙资源，动态地调整上下行时隙的个数，从而可以灵活地支持对称及非对称的业务。DCA具有频带利用率高、无需信道预规划、可以自动适应网络中负载和干扰的变化等优点。其缺点是，DCA算法相对于固定信道分配来说较为复杂，系统开销也比较大。

信道分配过程一般包括呼叫接入控制、信道分配、信道调整3个步骤。不同的信道分配方案在这3个步骤中有所区别。

动态信道分配技术一般包括两个方面：一是把资源分配到小区，也叫慢速DCA；二是把资源分配给承载业务，也叫做快速DCA。

慢速DCA

在TD-SCDMA系统中，慢速DCA主要解决两个问题：一是由于每个小区的业务量不同，所以对于不同的小区，在不同的时间，对上下行链路资源的需求不同；二是为了满足不对称数据业务的需求，不同的小区上下行时隙的划分是不一样的，相邻小区间由于上下行时隙划分不一致会带来交叉时隙干扰，所以慢速DCA主要有两个方面内容。一是将资源分配到小区，根据每个小区的业务量情况，动态分配和调整上下行链路的资源。可以通过动态调整上、下行时隙转换点来实现。二是测量网络端和用户端的干扰，并根据本地干扰情况为信道分配优先级，解决相邻小区间由于上下行时隙划分不一致所带来的交叉时隙干扰。具体的方法是可以在小区边界根据用户实测上下行干扰情况，决定该用户在该时隙进行哪个方向上的通信比较合适。慢速DCA完成呼叫接入控制。

快速DCA

快速DCA主要解决以下问题：不同的业务对传输质量和上下行资源的要求不同，如何选择最优的时隙、码道资源分配给不同的业务，从而达到系统性能要求，并且尽可能地进行快速处理。

快速DCA包括信道分配和信道调整两个过程。信道分配是根据其需要资源单元的多少为承载业务分配一条或多条物理信道。信道调整（信道重分配）可以通过RNC对小区负荷情况、终端移动情况和信道质量的监测结果，动态地对资源单元（主要是时隙和码道）进行调配和切换。

快速DCA信道分配包括以下4个方面。

①时域动态信道分配

因为TD-SCDMA系统采用TDMA技术，在一个TD-SCDMA载频上，使用7个常规时隙，减少了每个时隙中同时处于激活状态的用户数量。每载频多时隙，可以将受干扰最小的时隙动态分配给处于激活状态的用户。

②频域动态信道分配

频域DCA中每一小区使用多个无线信道（频道）。在给定频谱范围内，与5MHz的带宽相比，TD-SCDMA的1.6MHz带宽使其具有3倍以上的无线信道数（频道数）。可以把激活用户分配在不同的载波上，从而降低小区内用户之间的干扰。

③空域动态信道分配

TD-SCDMA系统采用智能天线技术，可以通过用户定位、波束赋形来降低小区内用户之间的干扰、增加系统容量。

④码域动态信道分配

在同一个时隙中，通过改变分配的码道来避免偶然出现的码道质量恶化。

在TD-SCDMA系统中用扰码来区分小区，用信道化码区分物理信道，相同小区的同一时隙的不同用户用小区基本Midamble码的不同移位。信道化码即扩频码，TD-SCDMA采用正交可变扩频因子（OrthogonalVariableSpreadingFactor，OVSF）码作为扩频码。由于OVSF码是宝贵的稀有资源，一个小区对应一张码表，为了使得系统既能接入尽量多的用户，提高系统的容量，就必须考虑码资源的合理使用问题，所以对于OVSF码资源的规划和管理就非常重要。另外对于Midamble码的分配也采用一定的策略。

OVSF码

在TD-SCDMA系统中，用OVSF码作为扩频码，下行链路可采用的扩频码长度为1或16，上行链路可采用的扩频码长度为1、2、4、8、16。OVSF码一般用码树来表示。对于OVSF码树的码分配需要进行专门管理和控制。

分配码的前提是要保证其到树根路径上和其子树上没有其他码被分配。

分配码的结果是会阻塞掉其子树上的所有低速扩频码和其到根路径上的高速扩频码。

所谓码阻塞是指当一个新的呼叫用户请求资源时，系统检测到此时的干扰很小，完全允许用户接入。而且对于OVSF码树来说，剩余的可用码完全能满足申请呼叫的要求。但是由于OVSF码的管理混乱，导致无法找到一个合适的码资源，造成用户的阻塞。

由上面的分析可知，码阻塞和呼叫阻塞是完全不同两个概念，前者是由于OVSF码树管理不当所致，而后者是由于系统容量和干扰受限所致。

码分配准则考虑两个因素。

· 码表利用率高，分配掉的码字所阻塞掉的码字越少，说明码表利用率越高。

· 码表复杂度低，尽量用短码分配。比如，一个的单码C4,1承载能力与（C8,1,C8，3）的双码承载能力是相等的，用一个单码C4,1更好。多码传输增加复杂度，尽量避免多码传输。另外遵循紧挨原则，即在码的分配与管理时，尽量紧挨，以免利用率不高。

信道化码分配示例。

训练序列码分配

训练序列码的作用主要包括：信道估计、功率测量和上行同步。

训练序列码有3种分配原则，采用第二种方式：

①UE特定Midamble分配

高层明确地为上行和下行分配UE一个特定的Midamble码。

②默认的Midamble码分配

上行和下行Midamble码由一层根据相应信道化码来分配。

③公共的Midamble码分配

下行的Midamble码由一层根据当前下行时隙中使用的信道化码的个数来分配。

信道调整和整合的目的是通过进行资源调整，减少资源碎片以便接纳更多的用户。信道调整和整合的触发原因如下。

①负荷控制：各时隙负荷不均衡时。

②周期性触发：主要是为了防止分配在许多时隙槽中的物理信道碎片，在干扰容许的前提下，尽可能将所有所分配物理信道分配在一个时隙内。

③动态码资源分配：为了接纳用户需求，对把某些业务调整到其他时隙和码道。

TD-SCDMA对DCA的考虑

为了使组网规范，频率分配仍然采用FCA方式。时隙分配必须先于码道分配。在码道分配时，同一时隙内最好采用相同扩频因子。根据DOA信息，尽量把相同方向上的用户分散到不同时隙中，把同一时隙内的用户分布在不同的方向上，充分发挥智能天线的空分功效，使多址干扰降至最小。在接纳控制时，首先搜索已接入用户数小于系统可形成波束数的时隙，然后针对该接入用户进行波束成形，使波束的最大功率点指向该用户。系统测量最好以5ms为周期进行。在智能天线波束成形效果足够好的情况下，可以为不同方向上的用户分配相同的频率、时隙和扩频码，将使系统容量成倍地增长。