第三代移動通信中上、下行鏈路業務量不等時頻帶資源的分配
2019-11-03 09:50:17
供稿：網友
第三代移動通信中上、下行鏈路業務量不等時頻帶資源的分配（朱晴昱、蔣鈴鴿）[摘要] 本文討論了第三代移動通信中上、下行鏈路業務量不等時，頻帶資源的分配問題，分析了它與第二代移動通信的不同之處，然后以正交多碼DS－CDMA（Orthogonal Multicode DS-CDMA）為例，提出了具體的頻帶資源分配方案并進行了計算機模擬。[關鍵詞]頻帶資源；正交多碼；DS－CDMA；業務量1引言 第一代模擬移動通信和第二代數字移動通信所承擔的主要業務是話音業務以及有限的數據業務。根據IMT－2000的要求，第三代移動通信將承擔與窄帶ISDN相當的多種業務，包括語音，圖象等等，傳輸速率從幾kbps到2Mbps不等。由于無線通信的頻帶資源十分有限，如何靈活合理的安排頻帶資源以適應不同業務的要求已成為第三代移動通信中討論的一個關鍵性問題。 為了實現不同速率的多種數據業務的傳輸，可以采用正交多碼DS－CDMA（Orthogonal MulticodeDS-CDMA）系統。在此之外，本文還考慮了上、下行鏈路業務量不等的問題。在傳統的移動通信系統中，上行鏈路和下行鏈路的頻帶是事先規定的而且容量大致相當。這是因為過去的移動通信系統承擔的大多為話音業務。對于一個小區內的所有用戶而言，發出的信息和收到的信息大致相當，也就是說上、下行鏈路的業務量大致是相等的。而在第三代移動通信系統中，由于業務種類的擴展，上。下行鏈路的業務量將會有很大的差異，下行鏈路（從基站到移動臺）的業務量將普遍大于上行鏈路的業務量。比如說，對于使用移動筆記本電腦進行網上瀏覽的用戶而言，接受到的信息量遠大于發出的信息量。而這類業務將會成為未來無線通信的主要業務之一。因而，第三代移動通信系統中，如果還象以往那樣，分配給上、下行鍛路相同容量的頻帶寬度的話，當下行鏈路飽和時，上行鏈路還會有很大的空余。這實際上就造成了頻帶資源的浪費。為了解決這個問題，需要更加靈活的分配頻帶資源。 本文先介紹了正交多碼DS－CDMA的資源分配方案；然后，在正交多碼DS－CDMA的基礎上提出了解決上、下行鏈路業務量不等問題的具體方法；最后分析了系統性能的改善情況。2正交多碼DS－CDMA 給不同的業務分配不同數量的編碼信道（Code Channal）。每個編碼信道對應于一個擴頻碼。在同一頻帶內，所有編碼信道相互正交。每一個擴頻碼由兩個擴頻序列模2相加而得。一個是短碼，是由Walsh函數生成的哈達瑪序列（Hadamard Sequences）。另一個是長碼，長碼是m序列，對于任何一個小區是唯一的，同時也起到了擾碼的作用，減小相鄰小區之間的干擾。以下是正交多碼DS－CDMA的具體情況： 在基站，每個用戶視數據速率的大小而論，分配不同數量的幾個編碼信道：數據速率高的用戶分配較多的編碼信道，數據速率低的用戶分配較少的編碼信道。 擴頻碼由長碼和短碼模2相加而得：短碼分配給特定的用戶，長碼對于每個小區是唯一的。 使用RAKE接收機以減小信道頻率選擇性的影響。3編碼信道的分配方案 前面我們已經提到，未來的移動通信系統中，由于種類的變化，上、下行鏈路的業務量會有很大的不同，給上、下行鏈路分配相同的容量，會造成資源上的浪費。 解決的方案有多種。一種是按照統計和預測的數據，分配給上、下行鏈路不同的容量。但是，考慮到業務結構是在不斷變化的，五年前后就會有很大差異。另外，即使在同一天中，不同業務的高峰期也是不同的，比如網上瀏覽可能是在下午和夜間達到高峰，而手機的話音業務往往是在中午和傍晚達到高峰。因而事先規定好上、下行鏈路的容量是不合適的。 時分雙工（TDD）可以是一種解決方法，給不同數據速率的用戶分配不同的時隙。本文考慮的是頗分雙工（FDD）中的解決方案。具體內容如下： 為了充分利用頻帶資源，將整個可用頻段分成若干個子頻段，每個子頻段中采用DS－CDMA的方式，將一個子頻段劃分為若干個編碼信道。 對于CDMA系統來說，如果不采用時分雙工的方式，上行鏈路和下行鏈路不能同時存在于同一個子頻段中，否則可能會產生嚴重的遠近效應。而且上行鏈路和下行鏈路所用的調制方式往往不同，因此在本文中，對于任何～個子頻段而言，其中不會同時存在上行鏈路和下行鏈路。同時，對任何一個子頻段，事先不規定是用來傳輸上行鏈路的業務還是用來傳輸下行鏈路的業務。具體算法如下： （1）將可用頻段劃分為M個子頻段，由低頻至高頻分別標記為1，2，……M。 （2）設低頻部分承擔下行鏈路的業務，高頻部分承擔上行鏈路的業務。 （3）對下行鏈路而言，每接到一個業務，從頻段1開始向高頻搜索，遇到某個子頻段有足夠數量的編碼信道能承擔該項業務，則由該子信道承擔該項業務。當搜索到的某個子頻段含有上行鏈路的業務時，則表明已經達到飽和容量，業務阻塞。 （4）當下行鏈路中某個業務結束時，該業務原來占用的那部分編碼信道空出。這時從標號最大的下行鏈路子頻段開始搜索，尋找合適的業務填充到空出的子頻段。換句話說，也就是將下行鏈路的業務盡量向低頻段集中。 （5）對上行鏈路而言，有與（3）、（4）類似的方法，只是搜索次序正好相反而已。目的是使上行鏈路的業務盡量向高頻段集中。 總而言之，以上的方案，目的是使下行鏈路的業務盡量向低頻段集中，上行鏈路的業務盡量向高頻段集中。當下行鏈路的業務量大于上行鏈路的業務量時，相當于使上行鏈路中的業務向高頻段集中，從而空出一定數量的子頻段供下行鏈路的業務使用。這樣，在業務阻塞時，不會有哪個子頻段完全末被使用。從而提高頻帶的利用率。4系統性能的改善情況 為了簡要地說明采用該算法后，系統性能的改善情況，以下設立一個簡單的系統模型。 假設系統模型和參數如下： 設一共有10個子頻段，每個子頻段有64個可用編碼信道，一共有兩種業務。 第一種業務：下行鏈路的業務占用5個編碼信道，上行鏈路的業務占用1個編碼信道。業務以泊松率到來，平均每秒到達n個業務；每個業務的服務時間是隨機變量，且呈負指數分布，平均服務時間是1/p秒。 第二種業務：下行鏈路的業務占用3個編碼信道，上行鏈路的業務占用3個編碼信道。業務以泊松率到來，平均每秒到達n個業務；每個業務的服務時間是隨機變量，且呈負指數分布，平均服務時間也是1／p秒。（為了簡單起見，假設這兩種業務的服務時間都是符合負指數分布的隨機變量，并且參數相同。） 業務到達后，如果不能立即得到服務，則視為阻塞，并且立即退出。 本文以卞部分針對兩種算法進行計算機模擬。一種是傳統的方法：將總的頻帶資源劃分為容量相同的兩部分，分別供上行鏈路的業務和下行鏈路的業務使用。另一種是本文提出的算法。表示資源均分情況下的阻塞率；000表示本文所述方法下的阻塞率。 采用靈活的信道資源分配方案將明顯的降低阻塞率，相當于提高了信道容量。5結論 從本文可以看出，在第三代移動通信中，由于業務的擴展，將會提出許多新的要求，而如何充分的利用有限的頻帶資源，將成為問題的關鍵。其中，上、下行鏈路業務量不等的因素也必然會在未來移動通信系統的設計中得到考慮。
