动态信道分配技术在TD-SCDMA系统中的应用

【百信手机网】本文介绍了动态信道分配技术（DCA）在TD-SCDMA系统中的应用，详细论述了信道选择、信道调整、资源整合等DCA主要处理过程。
1．引言
众所周知，可用的无线频率对于无线通信来说是一个非常重要的资源，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。如何有效地利用有限的信道资源，以提供尽可能多的用户接入、且保证接入用户的链路质量是信道分配技术的目的。
2．TD-SCDMA系统中的信道分配策略
TD-SCDMA 系统结合了时分和码分复用技术，一路载波资源被分成多个时隙，上下行链路分别在不同的时隙内进行通信实现时分双工，每个时隙内的资源通过码分的方式供多个用户复用, 具有灵活高效的无线传输能力，使得动态信道分配技术成为TD-SCDMA系统提高性能和扩大系统容量不可或缺的一项重要技术。
TD-SCDMA 系统中动态信道分配技术一般包含慢速动态信道分配(slow DCA)和快速动态信道分配(fast DCA)两个过程。慢速动态信道分配技术主要用在上下行业务比例不对称情况下，调整各小区上下行时隙比例；快速动态信道分配技术为申请接入的用户分配满足要求的无线资源，并根据系统状态对已分配的资源进行调整。
2.1 慢速动态信道分配
TD-SCDMA 系统中的慢速动态信道分配的主要任务是进行各个小区间的资源分配，依据小区内业务不对称性的变化，在每个小区内分配和调整上下行链路的资源，使时隙的上下行传输能力和业务上下行负载的比例关系相匹配，以获得最佳的频谱效率。
由于第三代移动通信系统支持多种业务，包括上、下行业务量不对称的业务，因此对于不同小区，在不同的时间对上下行容量的需求也是不断变化的。由于TD-SCDMA系统特有的帧结构, 可以通过慢速动态信道分配灵活地划分上下行时隙，来适应用户对上下行容量需求的变化，避免因资源单向受限而造成的容量损失，从而带来系统容量的提升，并满足业务的QoS需要。但是当相邻小区的上下行时隙划分不一致时，将会出现交叉时隙，产生较大的交叉时隙干扰，导致系统容量的损失。这就需要综合考虑以上两点的影响，动态分配各个小区上下行的资源，使系统的容量最大化，同时兼顾某些热点地区的容量极大化。
当系统中各小区的时隙上下行划分不完全一致时，存在交叉时隙的相邻小区之间在交叉时隙期间的干扰表现为基站－基站和终端－终端的干扰，如下图1所示：

（1）在交叉时隙中，基站A发射给终端A的信号会对接收终端B信号的基站B 造成干扰。此项干扰称为基站－基站的干扰，由于基站发射功率大，天线增益高，且路径损耗小，所以会严重干扰基站B接收终端B发射的信号。
（2）在交叉时隙中，终端B发射给基站B的信号会干扰终端A接收基站A 的信号。此项干扰称为终端－终端的干扰，一般说来终端发射功率小，且终端间路径损耗大，干扰不是很严重，但是当终端A与终端B距离较近时，终端B会严重干扰终端A接收基站A发射的信号。
慢速DCA，尤其是上下行时隙的灵活划分是近几年DCA技术研究的一个热点，其中包括针对不对称业务的资源分配，多小区交叉时隙干扰模型的研究和优化时隙分配的具体方法等等。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是DCA技术期待解决的一个问题，一旦在这个问题上获得突破，DCA技术的应用前景将相当广阔，同时对TDD系统容量和系统性能的提高也是比较明显的。
2.2 快速动态信道分配
快速动态信道分配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调整。在TD-SCDMA系统中，为用户分配无线信道包括为用户分配载波、时隙和扩频码资源；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接纳控制（CAC），决定是否接纳新用户。接纳控制要求完成两个方面的内容，一是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，另外还要确保新接入的业务对正在被服务业务的影响在可以容忍的范围内。
为了保证用户的服务质量，在用户接入以后系统还要对用户的通信质量进行监测，当用户的通信质量出现恶化，系统综合考察用户的服务质量要求、干扰情况做出判断，可能重新分配用户的无线资源，从而为用户提供稳定的服务。另外系统出于负荷或者算法优化方面的原因，也会主动的触发部分用户无线资源的重分配过程，无线资源的重分配过程要求能够快速的完成。
2.2.1 快速动态信道分配总过程
快速动态信道分配在实现时主要涉及到以下三个过程：信道选择、信道调整和资源整合。信道选择过程中可能触发资源整合，而资源整合过程是由信道调整来具体实现的，另外在通话过程中链路质量恶化时会触发信道调整，将用户调整到干扰较小的链路。下图2给出了一个简单的总体流程。

2.2.2 信道选择过程
信道选择，即为承载业务选择载波（频率）、时隙和码道，总流程见下图3。当UE申请一项业务或者需要进行切换的时候RNC都要执行信道选择过程，为用户寻找干扰较小、能够提供稳定服务的信道并分配给用户。

2.2.3 信道调整过程
在3G移动通信系统中，多媒体通信业务所占的比重越来越大，同时为了提高系统的容量，小区的半径将进一步的缩小；无论是多媒体业务的比重增大，还是小区半径的缩小，对于系统的服务质量的保证能力都会有更高的要求。为了提供所需的质量保证，系统应该具有根据无线信道质量和用户业务需求，对已接入的用户信道进行调整的能力。
快速DCA可根据对信道通信质量监测的结果，自适应地对资源单元进行调配和切换，以保证业务质量。具体地说，在TD-SCDMA系统中，当一次呼叫被接入后，RNC还可以根据承载业务的要求、终端的移动和干扰的变化等因素，在链路质量恶化、功控失效的情况下，启动信道调整过程，调整用户占用的载波、时隙和码道，来均衡负荷、避免强干扰的出现、维持链路质量、减少掉话率，从而保证服务质量。
另外，TD-SCDMA系统采用了智能天线技术，在资源分配中增加了空分的效果，基站通过智能天线的波束赋形和定向接收功能进行信号的发送和接收，可以大大减少发射功率和同频干扰；但当相邻小区的两个使用了相同资源的用户靠近时，两个基站都往同一个地理位置发射信号，这样就必然会引起较大的同频干扰，此时可以通过新信道调整技术将其中一个用户调整到其它载波或时隙上。智能天线条件下的信道调整技术也是一个值得研究的课题。
2.2.4 资源整合
资源整合过程就是通过信道调整或压缩分组数据业务速率等手段把可用的RU资源尽量集中在一起，目的是提高业务（尤其是高速率业务）的接入成功率和切换成功率，充分利用系统的资源。为了保证系统能够提供稳定的服务，被移出的用户在新时隙中被接纳前也需要做接纳判决，如果不能通过接纳判决，则整合操作失败。资源整合是在用户接入过程执行的，对处理时延有较严格要求，因而需要快速高效的处理流程。资源整合示意如下图4：

2.3 性能分析
通过进行TD-SCDMA系统动态仿真，可以得出在一定业务模型下，采用信道调整能使12.2K业务上行掉话率减少了50%左右（相对不采用信道调整而言）；采用资源整合能使64K业务的接入成功率与无资源整合相比提高30%~100%。总的来说，合理的DCA算法能使TD-SCDMA的系统性能有较大提升。
3．结束语
对于TD-SCDMA系统来说，由于结合了TDMA、CDMA、FDMA等技术，信道分配的灵活性大为增强，使得动态信道分配算法对系统性能和容量的影响大为增加。同时未来3G 业务的上下行不对称性对信道分配提出了新的要求，为动态信道分配算法赋予了新的内容，动态调整上下行时隙的研究还有待进一步深入。DCA能为用户分配满意的资源，还可以自动调用信道调整和资源整合过程，避免强干扰的出现、维持链路质量、减少掉话率，从而保证服务质量。动态信道分配是TD-SCDMA 系统的核心技术之一，未来对于TD-SCDMA系统中的DCA技术及其实现方案的研究将是一个热点。