第三代移动通信系统TD-SCDMA无线资源管理技术的研究

　　自20世纪80年代以来，移动通信在全球范围内得到了迅速发展。据总部设在日内瓦的国际电信联盟的报告称，截至2009年年底，全球手机注册用户已经达到41亿，普及率为61.1%。而国家发展和改革委员会高技术产业司发布的“2009年我国电话用户发展情况’，报告显示，截至2009年年底，我国移动电话总数已突破7亿，普及率约为52.5%o据国外媒体报道，市场调研机构MIC公布最新调查数据显示，预计到2020年全球手机用户将达到78亿，手机的普及率将上升至81.6%。第三代移动通信技术在全球普及。移动通信在经历了第一代模拟移动通信系统和第二代数字移动通信系统之后，又进入了一个新的发展时期，即人们普遍关注的第三代移动通信系统(3G)。

　　与第一、二代无线通信系统所提供的传统语音及低速数据业务相比，第三代移动通信系统能够利用有限的频谱资源提供图像、语音、高速分组数据相结合的多媒体业务，从而使其成为近几年来移动通信领域研究和开发的热点，也逐步成为移动通信的发展方向。在无线通信系统中，为了将给定的无线频谱分割成一组彼此分开或互不干扰的无线信道，使用了诸如频分、时分、码分等技术。对于无线通信系统来说，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。在无线资源日益紧张的今天，信道分配技术对系统性能的影响越来越大。TD-SCDMA是中国百年通信史上第一个具有完全自主知识产权的国际通信标准，是世界土第个采用时分双工方式和智能天线的公众陆地移动通信系统。动态信适分配技术是该系统的重要技术之一。所以对动态信道分配技术的研究是非常有意义的。

　　根据IMT 2000系统的基本标准，第三代移动通信系统主要由4个功能子系统构成，分别是核心网(CN)、无线接入网(RAN)、移动台(MT)和用户识别模块(UIM)且基本对应于GSM系统的交换子系统(SSS)、基站子系统(BSS)、移动台(MS)和SIM卡4部分。其中核心网和无线接入网是第三代移动通信资源系统的重要内容，也是第三代移动通信标准制定中最难实现的技术内容。

　　按照当时的设想，第三代移动通信系统应该具有以下特点。

　　（1）可在全球范围覆盖和使用，可与固定网络业务及用户互连，无线接口的类型尽可能少，具有高度服容性。

　　(2)具有与固定通信网络相比拟的高话音质量和高安个性。

　　(3)具有在本地采用2Mbit/s高速率接入和在广域网采用384kbit/s接入速率的数据率分段使用功能。

　　(4)具有在2GHz左右的高效频谱利用率，且能最大程度地利用有限带宽。

　　(5)能够处理包括因特网和视频会议、高数据率通信和非对称数据传输在内的分组和电路交换业务。

　　(6)支持分层小区结构，也支持包括用户向不同地点通信时浏览因特网的多种同步连续。

　　(7)语音只占移动通信业务的一部分，大部分业务是非语音数据和视频信息。

　　(8)一个共用的基础设施，可支持同一地方的多个公共的和专用的运营公司。

　　(9)手机体积小、重量轻，具有真正的全球漫游功能。

　　(10)具有根据数据量、服务质量和使用时间，而不是以距离为收费参数的新收费机制。

　　经过国际电信联盟的评估和考察结果显示，中国的TD-SCDMA方案完全满足其对第三代移动通信的以上几点要求。在所有提交的标准提案中，它是唯一采用智能天线技术、上行同步等先进技术的系统，具有明显的技术优势。更重要的是厂中国的标准一旦被采用，将会改变我国以往在移动通信技术方面受制于人的被动局面。在经济方面，可减少昂贵的国外专利提成费，为国家带来巨大的经济利益;在市场方面，会彻底改变过去只有运营市场没有产品市场的畸形局面，从而使我国获得与国际同步发展移动通信的平等地位。我国在第一代和第二代移动通信系统标准中都是空白的，现在提出的TD-SCDMA系统能作为国际第三代移动通信系统的主流标准，是我国移动通信历史上的重大突破，标志着我国在国际移动通信技术领域已经占有一席之地。

　　TD-SCDMA,WCDMA和CDMA2000是被国际电信联盟(ITU)接纳的三个3GPP标准，其中WCDMA是以欧洲为主体提出的3G标准，CDMA2000是以X为主体提出的3G标准。

　　WCDMA是由GSM网络发展出来的3G技术规范，其支持者主要是以GSM系统为主的欧洲厂商，包括欧美的爱立信、诺基亚、朗讯、北电以及日本的NTT,富士通、夏普等厂商。这套系统能够架设在现有的GSM网络上，对于系统提供商而言可以较方便地过渡，GSM系统相当普及的亚洲对这套新技术的接受度会比较高。ICI此，WCDMA具有先天的市场优势。目前WCDMA网络在世界上的运营已经比较成功。在技术上，WCDMA主要采用了带宽为SMHz的带宽CDMA技术，上、下行快速功率控制，下行发射分集，基站间可以异步操作。

　　WCDMA和CDMA2000都是采用频分双工(FDD)模式，而TD-SCDMA采用的是时分双工(TDD)模式。TDD模式本身固有的特点突破了FDD技术的很多限制，如上、下行工作于同一频段，不需要大段的连续对称频段，等等;在频率资源日益紧张的今天，这一点尤显重要。这样，基站端的发射机可以根据在上行链路获得的信号来估计下行链路的多径信道的特性，便于使用智能天线等先进技术;同时能够简单方便地适应于第三代移动通信传输上、下行非对称数据业务的需要，提高系统频谱利用率。这些优势都是FDD系统难以实现的。因此，随着技术的发展，国际上对使用TDD的CDMA技术日益关注。

　　此外，TD-SCDMA综合了TDD和CDMA的所有技术优势，具有灵活的空中接口，并采用了智能天线、联合检测等先进技术，具有相当高的技术性。

　　1.3.1国外在该方向的发展现状和分析

　　从国外公开发表的学术文章来看，针对TD-SCDMA系统进行的DCA算法研究比较少，大多是研究TDD-CDMA系统的DCA算法。TDD-CDMA系统中的DCA通常由两个步骤来实现，首先是给小区进行资源分配，然后在对小区内的承载业务进行快速信道分配。根据单业务和多业务、对称业务和非对称业务不同，DCA机制研究的重点不一样。W.S.Jeon和D.G Jeong等人对上下行时隙分配策略进行了很多研究，他们的研究主要包括两个方面:一个是相同时隙分配策略;另一个是不同时隙分配策略。H.Haas和S.Mclaughlin提出了一种时隙反转技术(Time Slot Opposing Technique)来进行上下行时隙的分配，该技术主要是当前向链路的干扰小于反项链路的干扰时，就将该时隙反转。由于在TD-SCDMA系统中上行和下行时隙不能随意改变，所以该算法并不适用。研究比较多的算法还有L.Chen等人提出的可以有效适应对称和非对称业务的TDD切换点移动方法以及可移动边界(MB)策略的信道分配方法。由文献可知，TDD切换点移动方法在不影响话音业务性能的前提下，使数据业务时延大大降低。由于国外的研究并不是针对TD-SCDMA系统进行的，所以包括时隙反转技术在内的很多算法都不适用于TD-SCDMA系统。

　　1.3.2国内在该方向的发展现状和分析

　　动态信道分配作为TD-SCDMA系统的关键技术之一，国内在这方面的研究比较多。TD-SCDMA系统中的DCA的研究分为以下3个层次:首先是单业务情况下的DCA，在不同的蜂窝之间由于业务量大小的不同井且齐个蜂窝的业务量随着时间变化，从而需要不同数量的信道。目前主要的DCA算法将集中在这个部分，这部分的算法的主要思想是在FDMA和TDMA系统中动态地分配频率或时隙到各个蜂窝中去。此时DCA主要应用于业务自适应系统和!一扰自适应系统算法，利用DCA,负载高的蜂窝可以借用负载低的相邻蜂窝的信道。其次，混合业务环境中，不同业务之间的资源分配需要进行动态信道分配。这种DCA算法主要集中在话音和数据的资源分配和高速数据的资源分配。在TDD模式下，不同的蜂窝间上下行业务对称性的不同需要DCA。话音的上下行是对称的，而大部分数据在上下行是不对称的。相邻蜂窝如果用不对称的时隙，很有可能产生很大的干扰。这种DCA算法主要解决在不同蜂窝间如何分配上下行的时隙。

　　最后随着自适应天线技术在移动通信系统中的应用，通过自适应天线的波束赋形技术有效提高用户的信号质量，降低来自同信道和邻信道的干扰。

　　从DCA技术的研究现状来看，目前这方面的研究很多，但是也存在一些不足，已有的DCA算法大都基于快速或者慢速DCA单独进行，没有给出整体的解决方案;另外算法没有对采用固定波束切换型和自适应智能天线时的DCA算法进行深入的专门研究。

　　TD-SCDMA(Time Division Duplex一Synchronous Code Division Multiplex Access)是由中国无线通信标准化组织(CWTS制定，并被ITU(International TelecommunicationsUnion，国际电信联盟)接纳的三大3G无线通信主流标准之一。TD-SCDMA是FDMA,TDMA和CDMA这三种基本传输模式的灵活结合，具有系统容量大、频谱利用率高、抗干扰能力强等特点。

　　图2-1 TD-SCDMA多址方式

　　TD-SCDMA的多址接入方案是采用直接序列扩频码分多址(DS-CDMA)，扩频带宽约为1.6MHz，采用不需配对频率的TDD(时分双工)工作方式。

　　TD-SCDMA支持三种信道编码方式:1)在物理信道上可以采用前向纠错编码，即卷积编码，编码速率为1/2~1/3，用来传输误码率要求不高于10的业务和分组数据业务;2)Turbo编码，用于传输速率高于32Kbps并且要求误码率优于10的业务;3)无信道编码。信道编码的具体方式由高层选择，为了使传输错误随机化，需要进一步进行比特交织。

　　TD-SCDMA系统的物理信道采用四层结构:系统帧号、无线帧、子帧、时隙/码。系统使用时隙和扩频码来在时域和码域上区分不同的用户信号。在TD-SCDMA系统中，一个1Oms的无线帧可以分成2个5ms的子帧，每个子帧中有7个常规时隙和3个特殊时隙。因此，一个基本物理信道的特性由频率、时隙和码决定。TD-SCDMA使用的帧号(0-4095)与UTRA建议相同。信道的信息速率与符号速率有关，符号速率可以根据1.28Mcps的码速率和扩频因子得到。上下行的扩频因子都在1到16之间，因此各自调制符号速率的变化范围为80.0K符号/秒~1.28M符号/秒。

　　图2-2物理信道帧结构

　　TD-SCDMA采用QPSK方式进行调制(室内环境下的2M业务采用8PSK调制)，成形滤波器采用滚降系数为0.22的根升余弦滤波器。在TD-SCDMA系统中，功率控制分为开环(open-loop)、外环(outer-loop和内环(inner-loop)控制。这三部分在实际系统中的功能和作用有所不同，但是又互相结合，形成了整体的功率控制系统。在TD-SCDMA系统中的上、下行专用信道上使用内环功率控制，每一子帧(5ms进行一次)。功率控制速率为200Hz，功率控制步长为1 dB,ZdB,3dB。

　　在CDMA移动通信系统中，下行链路总是同步的。所以一般所说同步CDMA都是指上行同步，即要求来自不同距离的不同用户终端的上行信号能同步到达基站。上行同步过程包括上行同步的建立和保持。在TD-SCDMA系统中，同步调整的步长约为码片宽度的1/8，即大约100ns。在实际系统中所要求和可能达到的精度则将由基带信号的处理能力和检测能力来确定，一般可能在1/8至1个码片的宽度，因为同步检测和控制是每个子帧5ms/次。一般来说，在此时间内UE的移动范围不会超过十几厘米，因而，这个同步精度己经足够，并不会限制和影响UE的高速移动。

　　TD-SCDMA的关键技术主要集中在基带部分，如智能天线技术、联合检测技术、时分双工、上行同步技术、动态信道分配技术、接力切换技术、功率控制技术、软件无线电技术、信道估计与补偿技术等一系列高新技术，从而大大增加了系统容量，提高了系统抗干扰性能，大大降低了发射功率，节约了制造成本。

　　2.2.1时分双工

　　TDD(时分双工)定义:一种双工方法，它的前向链路和反向链路的信息是在同一载频的不同时间间隔上进行传送的。在TDD模式下，物理信道中的时隙被分成发射和接收两个部分，前向和反向的信息交替传送。

　　TDD是一种通信系统的双工方式，在移动通信系统中用于分离接收与传送信道(或上下行链路)。TDD模式的移动通信系统中接收和传送是在同一频率信道，即载波的不同时隙，用保护时间来分离接收与传送信道;而FDD模式的移动通信系统的接收和传送是在分离的两个对称的频率信道上，用保护频段来分离接收与传送信道。

　　图2-3TDD系统和FDD系统的区别

　　由于TD-SCDMA的上下行使用同一频率，因此其上下行具有相似的空中无线传播特性。这样，根据上行信道空中传播特性就很容易估算出下行信道特性。从而简化智能天线选址的复杂程度，降低基站覆盖规划的难度。上下行时隙可以支持非对称的2:4和1:5配置，能有效地支持未来TD-SCDMA的非对称业务(例如视频点播、数据下载、PTT业务)。对于不同的业务类型区域(如城区与农村、会议集中地等)，可以采用不同的上下行时隙比配置(如城区数据业务多的可以使用2:4，而以通话为主的农村可使用3:3)。时隙转换点配置的灵活性，可根据业务类型的分布提高系统无线资源的利用率，但是要注意非对称时隙比的配置，也有可能对其邻近小区造成一定的干扰。

　　TDD系统相对于FDD系统的优势:

　　1.易于使用非对称频段，无需具有特定双工间隔的成对频段;

　　2.适合传输上下行不对称的数据业务;

　　3.上行和下行使用相同载频，无线传播是对称的，这有利于智能天线技术的实现。

　　2.2.2多址方式

　　TD-SCDMA系统中由于采用了TDD的双工方式，使其可以利用时隙的不同来区分不同的用户。同时，由于每个时隙内同时最多可以有I6个码字进行复用，因此同时隙的用户也可以通过码字来进行区分。另外，每个TD-SCDMA载频的带宽为1.6MHz，使得多个频率可以同时使用。可见，TD-SCDMA系统集合CDMA,FDMA,TDMA三种多址方式于一体，使得无线资源可以在时间、频率、码字这三个维度进行灵活分配，也使得用户能够被灵活分配在时间、频率、码字这三个维度从而降低系统的干扰水平。

　　图2-4 TD-SCDMA多址方式

　　2.3.1TD-SCDMA网络结构

　　TD-SCDMA系统的网络结构，它与标准化组织3GPP制订的通用移动通信系统UMTS(Universal Mobile Telecommunication System)网络结构是一样的。UMTS系统由核心网CN、无线接入网UTRAN和手机终端UE三部分组成。UTRAN由基站控制器RNC和基站Node B组成。

　　图2-5 UTRAN总体结构图

　　CN通过Iu接口与UTRAN的RNC相连。其中Iu接口又被分为连接到电路交换域的Iu-CS，分组交换域的Iu-PS。Node B与RNC之间的接口叫做Iub接口。在UTRAN内部，RNC通过Iur接口进行信息交互。Iur接口可以是RNC之间物理上的直接连接，也可以靠通过任何合适传输网络的虚拟连接来实现。Node B与UE之间的接口叫Uu接口。

　　图2-6 TD-SCDMA网络结构(R4)

　　2.3.2 UTRAN通用协议模型

　　UTRAN层次从水平方向上可以分为传输网络层和无线网络层;从垂直方向上则包括四个平面:控制平面:包含应用层协议，如:RANAP,RASAP,NBAP和传输层应用协议的信令承载。

　　用户平面:包括数据流和相应的承载，每个数据流的特征都由一个和多个接口的帧协议来描述。传输网络层控制平面:为传输层内的所有控制信令服务，不包含任何无线网络层信息。它包括为用户平面建立传输承载(数据承载)的ALCAP协议，以及ALCAP需要的信令承载。传输网络层用户平面:用户平面的数据承载和控制平面的信令承载都属于传输网络层的用户平面。

　　图2-13 UTRAN通用协议模型

　　无线频谱资源有限，分配给移动通信系统的带宽资源更加稀少，因此现在2G和3G移动通信系统都使用蜂窝系统来解决无线资源不足和用户容量问题。蜂窝系统在有限的频谱上通过空间复用提供更大的系统容量与覆盖范围，而不需要做物理层技术上的重大修改。由于基站和移动终端传输范围以及所占用的系统无线资源有限，无线资源在基站端体现为复用关系，而在移动终端之间表现为竞争关系，特别是在QoS要求相对较低的分组数据业务中竞争更为激烈。为防止无线资源的无序竞争，需要有合理的无线资源管理(RRM)机制对无线资源进行系统地复用、分配和释放，以确保系统的整体性能。无线资源管理负责空中接口无线资源的使用，监测业务和无线环境的变化，分配并调整无线资源的使用，以期达到最佳系统性能。

　　在移动通信中，无线资源主要是指空中接口中的资源。在CDMA系统中，主要指码字资源，不同的业务需求需要不同的码字组合。传统的CDMA系统，由于存在远近效应，如果不进行功率控制，系统将不能正常工作，因此空中接口资源也包括功率资源。而TD-SCDMA系统由于采用了TDD技术，相比于FDD模式的WCDMA和CDMA2000系统，增加了一维时隙资源。TD-SCDMA还采用智能天线技术，智能天线具有空分多址特性，因此又增加一维空间资源。在实际运营中，1.6M的单载波TD-SCDMA可能无法满足实际容量需求，TD-SCDMA还可能采用多载波运行，因此也增加了一维频率资源。这样TD-SCDMA系统中可控的无线资源包括码字、功率、时隙、空间和频率五维资源。由此可见，TD-SCDMA的无线资源管理将十分复杂，它关系到如何充分进行资源管理和调配，使TD-SCDMA的系统优势充分发挥出来。RRM是无线网络控制器的重要组成部分。

　　3.1.1无线资源管理的模块组成及功能

　　RRM主要由算法模块、决策模块、资源分配模块、无线资源数据库和对外接口模块组成。在TD-SCDMA中，无线资源是根据用户要求进行分配的，因此无线资源管理算法模块的组成部分与用户事件有紧密联系。RRM模块在各通信实体中的位置如图3.1所示。其中起决定作用的是算法模块，包括:

　　图3.1RRM模块在各通信实体中的位置

　　(1)功率控制模块(PC,Power Control):主要功能是在维持链路通信质量的前提下尽可能小的消耗功率资源，从而降低网络中的相互干扰和延长终端电池的使用时间。由于CDMA是自干扰系统，且存在远近效应，因此在功率发送一上只需保证最低的QoS要求，过多的发射功率会造成额外的干扰。同时移动信道是在不停变化当中，发送功率需要始终随着信道的变化而变化。功率控制使空中接口的干扰电平维持最小，保证大部分移动用户的QoS要求。

　　(2)切换控制模块(HC,Handover Control)主要功能是为保证移动用户通信的连续性，或者基于网络负载和操作维护等原因，将用户从当前的通信链路转移到其它小区。蜂窝系统中，基站是空间位置复用的，覆盖范围有限。用户是移动的，会出现从个基站覆盖范围移动到邻基站的覆盖范围的情况，因此需要通信系统对此种行为做合理的控制和资源调配，使得用户的服务不中断，尽量使用户感觉小到服务华站的改变。

　　(3)接纳控制模块(AC,Admission Control):当新的用户和越区切换的用户发起呼叫时，网络执行接纳控制过程，其目的是维持网络的稳定性和己接纳用户的QoS。无线通信系统采用的蜂窝体制是空间复用，此种复用方法是以干扰在可控制的范围内为前提。在CDMA蜂窝系统中，一般采用频率复用因子为1的体系，这样不可避免地带来小区间干扰。这种小区间干扰不是不可接受，只要干扰经过空间衰减，在接收处干扰控制在一定得范围内即可。同时在CDMA小区内，多径等移动环境造成了小区内有很强的多址干扰(MAI,Multiple Access Interference)。每接入一个新的用户都会带来这两种干扰，因此在移动通信系统接入一个用户前，需要评估该用户的接入是否会对当前其他用户造成很大的干扰。如果造成的干扰在系统的承受范围之外，拒绝该用户的接入。

　　(4)分组调度模块(PS Packet Scheduler):主要功能是用于服务分组数据业务，其具体的调度速率由网络负荷情况决定。在用户传输分组数据过程中，不同的业务对于时延的QoS要求不同。移动环境中，多径效应以及用户的高速移动带来的多普勒效应导致用户的信道状态始终变化，因此在时延要求不是很高的条件下，系统可以让信道状况更好的用户来传送数据，既维持用户的QoS要求，又使整个系统的吞吐量得到提升。此过程需要一个很好的调度器来调度这些分组数据。

　　3.1.2 TD-SCDMA无线资源管理特点

　　由于TD-SCDMA和WCDMA都是3GPP组织的标准，共用一个核心网，所以很多协议标准都是相似的。WCDMA的标准制定更早，因此TD-SCDMA的无线资源管理算法就可借鉴WCDMA现有的比较成熟的算法。但是TD-SCDMA毕竟不同于WCDMA,有很多独特的地方，如TD-SCDMA的扩频因子最大为16，最小为1，最多可用的扩频码字数为16，相比于WCDMA来说，信道数少，干扰相对较小。TD-SCDMA在上行中还采用了同步的CDMA，使得上行的码字间基本同步，保证码道的基本正交，这一点与WCDMA的异步模式并产生很大的干扰截然不同。

　　TD-SCDMA系统还采用智能天线和联合检测技术，大大减少了码道上的多址干扰和多径干扰，使得干扰的总体水平远远小于WCDMA系统。上述因素使得TD-SCDMA不再像WCDMA一样是一个单纯的干扰受限的系统，在某些场景下表现为资源受限，因此导致负载控制和接纳控制的作用相对减小。但TD-SCDMA系统终究是一个CDMA系统，接纳控制和负载控制可以使整个系统工作在更稳定的环境下，可以进一步提高吞吐量，提高频率效率。同时，TD-SCDMA智能天线的空分作用和多载波运营会使得TD-SCDMA的无线资源管理算法更复杂。业务模型、信道模型和系统模型将对R.RM算法的设计产生决定性的影响。

　　由于业务参数模型和信道模型对所有3G系统是相同的，决定各系统RRM不同的因素主要是物理层技术。和其它3G系统相比，TD-SCDMA系统再物理层技术上采用了智能天线(SA)、联合检测(JD)、上行同步以及特殊的帧结构等，因此，该系统的RRM设计一比较灵活。其中最具有代表性的是该系统的RRM算法中采用了接力切换和动态信道分配(DCA)技术，并且SA对一于各个算法的影响较大。

　　在无线通信系统中，为了将给定的无线频谱分割成一组彼此分开或者互不干扰的无线信道，需要使用诸如频分、时分、码分等技术。对于无线通信系统来说，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分配，由此产生了信道分配技术。如何有效地利用有限的信道资源，为尽可能多的用户提供满意的服务，是信道分配技术的目的。

　　按照信道分割的不同方式，信道分配技术可分为固定信道分配(FCA,Fixed ChannelAllocation)、动态信道分配(DCA,Dynamic Channel Allocation)和混合信道分配(HCA,Hybrid Channel Allocation)。FCA指根据预先估计的覆盖区域内的业务符合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，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技术，在采用DCA的系统中，信道资源不固定属于某一个小区，所有的信道被集中分配，只要能提供足够的链路质量，任何小区都可以将该信道分给呼叫。DCA根据小区的业务负荷，通过信道的通信质量、使用率及信道的再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则是二者的结合，在HCA中全部信道被分配为固定的和动态的两个集合。

　　信道分配技术通过寻找最优的信道资源配置来提高资源利用率，从而提高系统容量。信道分配实质是在一定约束条件下的系统优化问题，为了分析和研究信道分配技术，首先需要了解信道分配究竟需要受到哪些约束条件的限制，如何为信道分配建立优化模型，如何设计信道分配方案。

　　采用DCA是TDD系统的优势所在，能够灵活的分配时隙资源，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。因此，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。其缺点在于，DCA算法相对于FCA来说较为复杂，系统开销也比较大。在DCA技术中，信道并不是固定地分给某个小区，而是被集中在一起进行分配;只要能提供足够的链路质量任何小区都可以将该信道分给呼叫。在实际运行中，RNC集中管理一些小区的可用资源，根据各个小区的网络性能参数、系统负荷情况和业务的QoS参数，动态地将信道分配给用户。在小区内分配信道的时候，相邻小区的信道使用情况对于RNC来说是己知的，不需要再通过小区间的信令交互获得。

　　3.3.1中心控制式DCA

　　经典的DCA算法是由控制中心来执行的，即信道分配算法的操作是在移动通信交换中心MSC(Mobile Switching Center)进行的。每次用户发起呼叫或某小区内在越区切换请求时，该用户所在的小区都将此信息告知MSC，由MSC为其搜索并分配空闲的信道。这种方法过去一直用在蜂窝小区制系统中，近年来，随着微小区的应用，一个区域内的小区数量明显增多，导致用户的需求和越区切换的次数也大大增加。这样控制几个小区的MSC常常出现分配任务过载的情况，于是出现了其它的方案。

　　3.3.2基于单业务的DCA

　　基于单业务的DCA主要有业务自适应以及干扰自适应两种分配算法，比较实用的是干扰自适应算法。对于业务自适应算法，需要根据服务小区的业务基站以及相邻小区基站的信道占用信息，进行信道的合理分配，因而信道分配需要在基站间交互信道状态信息，而干扰自适应算法仅仅使用本地的信息，而没有必要与其他的基站交互信息，因而，系统是自组织的，可以根据需要，在任何地方设置和增加信道，提高系统容量和无线覆盖，而且允许快速的实时处理。当然，这种方法也有自身的缺陷，比如死锁、不稳定、系统性能恶化。

　　一般来说，使用的系统信息越多，能达到的优化效果就越好，同时相应的系统开销就越大。业务自适应算法需要本小区和相邻小区的信道信息，因而它是一种较干扰自适应算法更为全局的优化措施;而干扰自适应算法只关注本小区的信道分配。所以业务自适应能达到最优信道分配性能，而干扰自适应算法只能达到次最优信道分配性能。

　　在通常情况下，业务自适应DCA能在小业务量的情况下达到最小的全局呼叫阻塞率，而固定信道分配(FCA)则能在大话务量的情况下达到更大的系统容量。当采用干扰自适应DCA时，系统容量在一定的条件下可能超过FCA。由于业务自适应DCA算法需要传递大量关于各小区信道使用状况的信令，因而实用性较差;干扰自适应DCA算法则仅需要测量本小区的干扰电平，因而相对较灵活，易于实现。

　　3.3.3基于交叉时隙干扰的DCA

　　交叉时隙干扰非常严重，尤其是基站一基站的干扰严重影响通信质量，使得交叉时隙在承担上行业务的小区容量大大受损。在承担下行任务的小区，交叉时隙一般可以正常工作，但是在小区边缘地带可能受到强干扰，使其不能稳定工作。如果不采取适当的措施，交叉时隙内的强干扰会导致较大的容量损失。由此产生了许多基于交叉时隙干扰的DCA算法。

　　(1)基于最小发射功率的DCA

　　基于最小发射功率的DCA可以节省下行系统的发射功率资源，尽量分配小的功率给接入的用户以便最大化系统容量。需要注意的是如果同时考虑上下行链路，只要有任何一条链路不允许系统接入，则已经分配的资源必须无条件释放。

　　(2)基于最小干扰的DCA

　　基于最小干扰的DCA主要思想使根据用户在不同时隙接收到的干扰功率不同，把具有最小干扰功率的时隙分配给该用户，通过这种资源分配调度算法，可以有效地控制整个系统的干扰功率，从而提高系统上下行容量。基于最小干扰的DCA主要运用在上行链路，通过该算法能够保证新用户接入具有最小干扰的时隙，同时保证每个时隙的负载尽量均衡，是一种非常理想的资源调度算法。

　　(3)基于路径损耗的DCA

　　尽可能将交叉时隙分配给离基站近的用户，而将非交叉时隙分配给小区的边缘用户。

　　图3.2客户端/服务器模式基本流程

　　上图描述的是客户端和服务器建立连接的基本流程：服务器调用socket函数分配一个文件描述符，接着绑定本地要监听的端口，然后调用accept函数会阻塞等待客户端发起连接。客户端同样分配文件描述符后发起连接请求，此时客户端处于阻塞等待服务器应答状态，当服务器返回确定信息后，connect函数返回，连接建立。通过上面的一系列措施后，服务器和客户端可以建立连接。客户端/服务器模式流程如下:当服务器从accept返回后，下一步服务器可以调用read函数，如果管道中没有要接收的数据就保持阻塞等待，读socket就像读管道一样，这时候客户端通过调用write发送请求给服务器，当服务器收到数据后便可以后从read函数返回，对客户端的请求进行处理。与此同时客户端调用read函数一直处于阻塞等待状态等待来自服务器端数据，服务器将数据写入套接字，再次调用read函数保持阻塞等待下一条请求的状态，客户端接收到数据后read函数返回，下一步才能发送接下来的数据，从而如此循环下去。

　　如果客户端不会再有数据发送给服务器，调用close函数即可；服务器此时read会接收到确定的返回值0，通过这种方式服务器可以确定客户端不再发送数据，如果服务器不再有数据发送给客户端，调用close便会断掉他们之间的连接。然而需要我们注意的是，服务器和客户端任何一方调用close完成的时候，服务器和客户端之间会关闭掉两个传输方向，所以上面完成之后是不能再发送数据信息的。当服务器、客户端两者之中其一使用shutdown函数，都会使得当前连接位于半关闭的形式状态，但是还是可以接收客户端或者服务器的数据。

　　应用程序和TCP协议层之间的交互过程对于学习socket编程的API时是比较看重的难点之一：应用程序调用某个socket函数时对应的TCP协议层完成了什么动作任务，举个例子，当你connect时会向对方发出SYN段，TCP协议层的状态变化是如何被应用程序感知的，另外一个例子：从某个阻塞的套接字函数返回的时候，是可以表示TCP协议这一端收到了数据，比如当套接字函数read返回0就表明收到的数据是FIN段。

　　学习上面的客户端/服务器流程是非常有必要的，它是我们数据通道构建过程中的基础，对于我们有着很好的模范作用，当然通过多线程机制、多路IO复用方式可以使得我们的数据通道更加稳健和智能。知道其基本流程是远远不够的，接下来的一节中我们会详细介绍下各个套接字涉及到的函数重点讲解，这可以更加详细化我们的实现方案。

　　通过前几次的测试,考虑到在TD公网环境下,上行速率有限制为速率无法提升的主要因素,于是将整套系统移植到大唐移动专网环境下测试,以验证模块和DTD系统软件在专网环境下的上行传输速率。

　　大唐移动专网和公网的区别是：移动公网的带宽受限，因而上行速率是受限的；移动专网可以相对的去调节带宽，从而影响上行速率，我们的测试地点位于大唐移动基站实验室（可提供大唐移动TD专网），我们具有的测试设备是笔记本电脑一台、DTD设备一套、LC6341模块2块。测试方案我们一共提出来了三套，这是为后面分析测试结果而准备。方案一：将6341模块（也就是支持TD-SCDMA的模块）直接与PC机通过USB接口相连,作为无线拨号上网设备使用,PC机用通讯软件通过TD专网上传文件,不经过TD-3G主板系统软件：

　　图3.3移动通信项目部测试方案一

　　方案二：将6341放入DTD设备中,经过TD-3G主板系统软件拨号接入TD专网,控制主板通过USB连接线控制DTD设备,并发送数据:在控制主板一侧通过测试程序与DTD的3G-TD设备连接,并控制发送数据到指定IP的端口,测试器速率：

　　图3.4移动通信项目部测试方案二

　　方案三：将6341放入DTD设备中,经过3G-TD主板系统软件拨号接入TD专网,在DTD3G-TD主板设备一侧直接发送数据到指定IP的端口,测试其传输速率：

　　图3.5移动通信项目部测试方案三

　　通过测试我们知道第一种方案下速率为80Kbps-104Kbps；第二种方案为74.4Kbps；第三种方案为100Kbps；通过以上结果可以看出,在大唐移动TD专网下获得的上行速率,明显好于公网下得到的速率.同时方案1与方案3对比得出6341模块在TD专网下的传输性能与通过DTD3G-TD设备系统软件传输得到的上行速率差异不是很大，也就是说3G-TD主板的系统软件对于速率是没有太大影响的;方案2与方案3对比得出,控制主板侧发送数据通过USB通道传输到DTD3G-TD设备的过程中有较大的延时，控制主板到3G-TD主板的数据传输对于整体的性能影响较大;方案1与方案2对比再次验证了控制主板通过USB通道到DTD3G-TD设备的过程中有较大的延时。在专网下得到的系统软件的上行速率,明显好于公网的上行传输速率，进一步证明公网下,上行速率限制对整套系统的传输速率影响很大；实测速率接近74.4Kbps，与理论最高上行速率384Kbps显然还有差距，这跟3G传输专网带宽的调整幅度显然有很大关系，但是这样的传输速率已经满足了对传输性能的基本要求。除此之外，与WCDMA实测上行速率为200Kbps~900Kbps相比,TD-SCDM的速率在专网下上行速率为80Kbps-104Kbps（公网下只有33.33Kbps~36.36Kbps），可见WCDMA相对于TD-SCDMA性能在实测中还是比较优异的，它们同时也都符合了项目标准，不过TD-SCDMA的速率稳定性良好，而WCDMA的速率波动性是比较大的。

　　动态信道分配是TD-SCDMA系统的一项关键技术。它的分配方法不是将信道固定地分配给某个无线小区，而是多个无线小区都可以共同使用同一个信道。每个无线小区使用的信道数不是固定的，当某时刻业务量大时，使用信道数就多，否则就少，以增大系统容量和改善通信质量。这样的信道分配方案可以动态地利用其他小区的空闲信道。它的优点是频带利用率高，能很好地适应网络中负载的变化，特别适合在多媒体通信中非对称业务和多种不同业务共存情况下的无线通信。本课题的研究目的主要是设计高效实用的动态信道分配算法。在深入分析TD-SCDMA系统特性的基础上，围绕交叉时隙干扰这个动态信道分配需要解决的重要问题。

　　TD-SCDMA系统是采用时分双工模式，上下行业务在同一载波不同时隙中被承载，慢速动态信道分配技术通过对当前系统中各小区的上下行业务比例和业务强度进行估计和判断，灵活调整上卜行时隙分配的比例，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。但是针对相邻小区的上下行时隙划分不一致时所产生的交叉时隙干扰，本文通过研究系统平均资源利用率，提出了热点小区慢速DCA，动态地安排资源，并通过仿真与没有慢速DCA的算法进行了比较，并分析了热点小区慢速DCA性能上的优点和不足，以双小区模型为例进行了理论分析，得出了热点小区慢速DCA能改善系统性能的边界条件，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。

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