蜂窩移動(dòng)通信中的無(wú)線(xiàn)資源管理負(fù)責(zé)空中接口資源的管理與調(diào)度。接納控制是無(wú)線(xiàn)資源管理重要組成部分，對(duì)于有效的資源管理和提供業(yè)務(wù)質(zhì)量（QoS）保證都非常重要。TD-SCDMA系統(tǒng)采用TDMA和CDMA相結(jié)合的多址方式，可同時(shí)通信的最大用戶(hù)數(shù)不僅受限于當(dāng)前可用碼的數(shù)量，而且也受限于用戶(hù)之間的干擾。每一個(gè)用戶(hù)都是其他用戶(hù)的干擾，用戶(hù)越多，系統(tǒng)的干擾越大。若過(guò)度增加空中接口的負(fù)荷，小區(qū)的覆蓋區(qū)域會(huì)降低到規(guī)劃值以下，并且無(wú)法保證現(xiàn)有連接業(yè)務(wù)的QoS。所以必須引入接納控制算法來(lái)控制用戶(hù)的接入，使系統(tǒng)處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

　　對(duì)于CDMA的接納控制，已有很多相關(guān)的研究文獻(xiàn)。文獻(xiàn)[1]基于SIR的接納控制策略，若SIR大于事先給定的門(mén)限值，則允許新呼叫接入。文獻(xiàn)[2]在[1]的基礎(chǔ)上考慮了鄰小區(qū)的干擾，這兩篇文獻(xiàn)都只是考慮單業(yè)務(wù)的情況。文獻(xiàn)[3]給出了基于多址干擾測(cè)量的多業(yè)務(wù)的接納控制方法。以上文獻(xiàn)都是FDD模式，而對(duì)于TDD的接納控制研究較少，文獻(xiàn)[4]給出了固定的SIR門(mén)限值的接納控制方法，文獻(xiàn)[5]考慮SIR服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布來(lái)研究基于SIR的接納控制策略，文獻(xiàn)[6]是基于干擾預(yù)測(cè)的方法，并考慮到TDD系統(tǒng)使用聯(lián)合檢測(cè)對(duì)接納算法的影響。但這些文獻(xiàn)考慮切換用戶(hù)比新呼叫用戶(hù)具有更高的優(yōu)先級(jí)時(shí)，只是簡(jiǎn)單的為切換用戶(hù)設(shè)定一個(gè)比較高的接納門(mén)限。兩個(gè)門(mén)限值的設(shè)定增加了算法的復(fù)雜度以及門(mén)限取值的難度。

　　文章根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)的方法，只需設(shè)定一個(gè)接納控制門(mén)限，通過(guò)使用信道切換的方法，使得切換用戶(hù)有更高的優(yōu)先級(jí)，所以文章提出接納控制的算法不僅算法簡(jiǎn)單，而且能獲得很好的系統(tǒng)性能。

1、TD-SCDMA上行鏈路負(fù)荷的關(guān)系式

　　系統(tǒng)的上行鏈路負(fù)荷與上行干擾有關(guān)，上行干擾除了熱噪聲和本小區(qū)干擾外還有來(lái)自鄰小區(qū)的干擾，因此可以得到：

　　　（1）

　　其中I_total表示系統(tǒng)總的干擾，P_own表示本小區(qū)干擾，P_other表示鄰小區(qū)干擾，P_N系統(tǒng)熱噪聲。

　　當(dāng)系統(tǒng)空載時(shí)（即系統(tǒng)內(nèi)不存在用戶(hù)），I_total=P_N。隨著系統(tǒng)內(nèi)用戶(hù)數(shù)的增大，系統(tǒng)內(nèi)的干擾也逐漸上升。為了描述干擾的上升程度，引入底噪抬升BNR（Background Noise Rise）的概念，定義如下^[7]：

　　　（2）

圖1　總干擾曲線(xiàn)和負(fù)荷因子的關(guān)系

　　其中η表示上行負(fù)荷因子，圖1表示總干擾曲線(xiàn)和負(fù)荷因子η的關(guān)系。由圖1可見(jiàn)影響系統(tǒng)穩(wěn)定是系統(tǒng)負(fù)荷因子，如果系統(tǒng)負(fù)荷超過(guò)負(fù)荷因子門(mén)限η_threshold，用戶(hù)服務(wù)質(zhì)量就得不到保證。因此，只有在

　　　（4）

　　允許呼叫用戶(hù)接入，否則拒絕用戶(hù)接入，以保證系統(tǒng)η_total的穩(wěn)定。△η表示新用戶(hù)接入之前系統(tǒng)總負(fù)載，表示新用戶(hù)接入系統(tǒng)后引起系統(tǒng)負(fù)荷增量的估計(jì)值。這就是基于負(fù)荷預(yù)測(cè)的接納控制策略。

　　小區(qū)中一個(gè)上行時(shí)隙的負(fù)荷定義為本小區(qū)和鄰小區(qū)這個(gè)時(shí)隙的用戶(hù)產(chǎn)生的負(fù)荷^[5]，所以小區(qū)k上第i個(gè)時(shí)隙的負(fù)荷：

　　　（5）

　　其中α是聯(lián)合檢測(cè)因子，聯(lián)合檢測(cè)可消除本小區(qū)內(nèi)的ISI、MAI干擾，而對(duì)小區(qū)間的干擾無(wú)能為力。假如α=0.7，也就是說(shuō)能抑制小區(qū)內(nèi)70%的干擾。Ω（k）表示第k個(gè)小區(qū)第i個(gè)時(shí)隙的用戶(hù)集合。T(k）表示第k個(gè)小區(qū)的相鄰小區(qū)第i個(gè)時(shí)隙的用戶(hù)集合。SIR_n表示小區(qū)中第n個(gè)用戶(hù)在NodeB處的信噪比，可以表示成：

　　　（6）

　　其中（E_b）_n是用戶(hù)n的比特能量。R_n是用戶(hù)n的比特速率。υ_n是用戶(hù)n的激活因子。I₀是指噪聲功率譜密度。W是指一個(gè)時(shí)隙的信號(hào)帶寬。可以由式（7）計(jì)算：

　　

　　當(dāng)用戶(hù)分布非常均勻，而且系統(tǒng)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，f的變化非常小，可以看成一恒定值^[4]。所以式（8）也可以表示成：

　　　（10）

　　由式（10），新用戶(hù)接入系統(tǒng)后引入的系統(tǒng)負(fù)荷增量的估計(jì)值△η可表示如下：

　　　（11）

2、接納控制算法

　　TD-SCDMA系統(tǒng)不僅支持語(yǔ)音業(yè)務(wù)，還支持各種寬帶業(yè)務(wù)，如視頻、數(shù)據(jù)、E-mail等，這些多媒體業(yè)務(wù)的支持導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計(jì)和無(wú)線(xiàn)資源管理更加復(fù)雜，但正是有這么多種類(lèi)的業(yè)務(wù)，更顯無(wú)線(xiàn)資源管理的必要性和靈活性。就數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)而言，上行方向有16 kbit/s、32 kbit/s、64 kbit/s和128 kbit/s等多種速率，這使無(wú)線(xiàn)資源管理變得復(fù)雜。但是也可以利用多業(yè)務(wù)的情況來(lái)提高系統(tǒng)的性能。當(dāng)系統(tǒng)過(guò)載時(shí)，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定，必須使某些用戶(hù)掉話(huà)，但若是多業(yè)務(wù)系統(tǒng)，可以通過(guò)降低目前網(wǎng)絡(luò)中高速率業(yè)務(wù)的速率來(lái)達(dá)到目的，這樣比使用戶(hù)掉話(huà)能獲得更高的系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量。文章提出的接納控制算法就是利用此原理使得切換用戶(hù)具有更高的優(yōu)先級(jí)，以獲得更好的系統(tǒng)性能。

　　假如定義高速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)向低速率轉(zhuǎn)化稱(chēng)為信道切換，切換規(guī)則如表1所示。

表1　假設(shè)的信道切換規(guī)則

　　首先考慮小區(qū)新業(yè)務(wù)呼叫，以32 kbit/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為例，只考慮上行情況且上下行時(shí)隙對(duì)稱(chēng)分配。接納控制算法過(guò)程如下：

　　●根據(jù)式（10）分別計(jì)算3個(gè)上行時(shí)隙的負(fù)荷η_total；

　　●比較3個(gè)上行時(shí)隙的負(fù)荷，取負(fù)荷最小的時(shí)隙做為可能分配給32 kbit/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；

　　●根據(jù)式（11）來(lái)估計(jì)32 kbit/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入系統(tǒng)后引起系統(tǒng)負(fù)荷增加的量△η；

　　●若η_total+△η＜η_threshold，接納該用戶(hù)；

　　●否則，自動(dòng)降低該用戶(hù)的申請(qǐng)速率由32 kbit/s到16 kbit/s；

　　●重新計(jì)算△η；

　　●重新比較η_total+△η＜η_threshold，如果為真，接納該用戶(hù)；

　　●否則，拒絕接入。

　　對(duì)于32 kbit/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)切換用戶(hù)，它應(yīng)該比新呼叫有更高的優(yōu)先級(jí)，接納算法如下：

　　●根據(jù)公式（10）分別計(jì)算3個(gè)上行時(shí)隙的負(fù)荷η_total；

　　●比較3個(gè)上行時(shí)隙的負(fù)荷，取負(fù)荷最小的時(shí)隙作為可能分配給32 kbit/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；

　　●根據(jù)式（11）來(lái)估計(jì)32 kbit/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入系統(tǒng)后引起系統(tǒng)負(fù)荷增加量△η；

　　●如果η_total+△η＜η_threshold，接納該用戶(hù)；

　　●否則，自動(dòng)降低該用戶(hù)的申請(qǐng)速率由32 kbit/s到16 kbit/s；

　　●重新計(jì)算△η；

　　●重新比較η_total+△η＜η_threshold，如果為真，接納該用戶(hù)；

　　●否則，看本時(shí)隙中有沒(méi)有高速率的用戶(hù)。若有，則降低此用戶(hù)速率；

　　●重新計(jì)算此時(shí)隙的η_total；

　　●重新比較η_total+△η＜η_threshold，如果為真，接納該用戶(hù)；

　　●否則，拒絕接入。

3、仿真結(jié)果

　　為了評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能，引入服務(wù)等級(jí)（GoS）的概念，定義為：

　　　（12）

　　其中N_accept表示接納的用戶(hù)個(gè)數(shù)，N_unsatisfied表示信道切換用戶(hù)個(gè)數(shù)，N_block表示新呼叫未接入的用戶(hù)個(gè)數(shù)，Ndrop表示切換到本小區(qū)未接納的用戶(hù)。ω_unsatisfied表示不滿(mǎn)意用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)性能影響的權(quán)重大小，當(dāng)ω_unsatisfied=0.3時(shí)，表示一個(gè)不滿(mǎn)意用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響相當(dāng)于0.3個(gè)用戶(hù)被系統(tǒng)阻塞。ω_drop表示用戶(hù)掉話(huà)對(duì)系統(tǒng)性能影響的權(quán)重大小，當(dāng)ω_unsatisfied=5時(shí)，表示一個(gè)不滿(mǎn)意用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響相當(dāng)于5個(gè)用戶(hù)被系統(tǒng)阻塞。GoS越高，說(shuō)明系統(tǒng)性能越好。

　　仿真假設(shè)：為了方便程序設(shè)計(jì)，假設(shè)系統(tǒng)只有三種業(yè)務(wù)：12.2 kbit/s語(yǔ)音業(yè)務(wù)，32 kbit/s數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，64?kbit/s數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。在需要的時(shí)候，64 kbit/s數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)能切換到32 kbit/s數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。切換用戶(hù)和新呼叫用戶(hù)隨機(jī)到達(dá)。參數(shù)假設(shè)如表2所示。

表2　相關(guān)參數(shù)的假設(shè)

　　圖2比較分析了使用信道切換和不使用信道切換得到的系統(tǒng)性能。從圖2中可以看出，使用信道切換的系統(tǒng)性能比沒(méi)有使用信道切換的系統(tǒng)性能有很大的提高，當(dāng)GoS=0.5時(shí)，沒(méi)有采用信道切換的系統(tǒng)只能有8個(gè)用戶(hù)，而采用信道切換的的系統(tǒng)可以有13個(gè)用戶(hù)，可見(jiàn)系統(tǒng)性能提高了60%。當(dāng)系統(tǒng)中有10個(gè)用戶(hù)的時(shí)候，沒(méi)有采用信道切換系統(tǒng)的GoS=0.45，而采用信道切換系統(tǒng)的GoS=0.65，系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量提高了44%。當(dāng)系統(tǒng)中用戶(hù)數(shù)較少和用戶(hù)數(shù)很多的時(shí)候，基于信道切換的算法和沒(méi)有采用信道切換算法得到的系統(tǒng)性能區(qū)別不大，因?yàn)橛脩?hù)較少，系統(tǒng)有足夠的容量，不需要運(yùn)行信道切換。而用戶(hù)很多時(shí)，系統(tǒng)早已達(dá)到飽和，信道切換不起作用。

圖2　使用信道切換和不使用信道切換時(shí)系統(tǒng)性能對(duì)比

　　聯(lián)合檢測(cè)是TD-SCDMA系統(tǒng)一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合智能天線(xiàn)技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)性能直接產(chǎn)生影響。圖3顯示聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響，為了保證系統(tǒng)GoS=0.6，當(dāng)聯(lián)合檢測(cè)因子JD=0時(shí)，系統(tǒng)只能有7個(gè)用戶(hù)，當(dāng)JD=0.5時(shí)，系統(tǒng)能有13個(gè)用戶(hù)，當(dāng)JD=0.7時(shí)，系統(tǒng)能有16個(gè)用戶(hù)，當(dāng)JD=0.9時(shí)，系統(tǒng)能有19個(gè)用戶(hù)，采用聯(lián)合檢測(cè)后系統(tǒng)性能顯著提升（JD=0是指沒(méi)有采用聯(lián)合檢測(cè)），聯(lián)合檢測(cè)因子0.7比聯(lián)合檢測(cè)因子0.5要提高23%的系統(tǒng)性能。

圖3　不同的聯(lián)合檢測(cè)因子對(duì)系統(tǒng)性能的影響

　　假設(shè)考慮一個(gè)語(yǔ)音用戶(hù)占2個(gè)碼道，一個(gè)32?kbit/s的數(shù)據(jù)用戶(hù)占4個(gè)碼道，一個(gè)64 kbit/s的數(shù)據(jù)用戶(hù)占8個(gè)碼道。基于負(fù)荷因子的信道分配狀況如圖4所示。從圖4中可以看出由于基于同一個(gè)信道分配準(zhǔn)則，所以?xún)煞鶊D區(qū)別不是很大。但從碼道的分配情況來(lái)看，可以得出結(jié)論，采用信道切換的系統(tǒng)，上行3個(gè)時(shí)隙碼道的分配非常均勻，相對(duì)而言，沒(méi)有采用信道切換的系統(tǒng)碼的分配不是很均勻。

圖4　使用信道切換和不使用信道切換碼道分配

4、結(jié)語(yǔ)

　　文章對(duì)TD-SCDMA上行鏈路的接納控制算法進(jìn)行了分析，推導(dǎo)出上行鏈路負(fù)荷的關(guān)系式，給出了基于信道切換的接納控制算法。文章還通過(guò)仿真將該接納控制算法與其它算法在性能上進(jìn)行了比較，仿真結(jié)果表明，采用本算法后系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量提高了44%。此外，還比較了聯(lián)合檢測(cè)因子對(duì)系統(tǒng)性能的影響，得出結(jié)論——聯(lián)合檢測(cè)因子越高系統(tǒng)性能越好。