基于多業務模式的軟切換優化算法研究

聶 堯,吳 歡,汪德如

（1.皖西學院計算機科學與技術系,安徽六安237012;2.昆明理工大學通信工程系,云南昆明 650051）

基于多業務模式的軟切換優化算法研究

聶 堯1,吳 歡2,汪德如1

（1.皖西學院計算機科學與技術系,安徽六安237012;2.昆明理工大學通信工程系,云南昆明 650051）

主要針對現階段CDMA系統中傳統軟切換算法中所存在的問題,提出在多業務模式下進行軟切換算法的優化。優化算法對不同的業務類型進行分類并標定優先級,兼顧小區負載平衡,達到各小區之間負載平衡和資源的合理利用的目的。仿真結果表明,優化算法顯著降低了切換中斷率,提高了系統性能,顯示出較大的優越性。

3G;軟切換;多業務

自從1979年第一個移動通信網絡建立以來,移動通信系統經歷了翻天覆地的變化[1]（P1-2）[2]（P1-2）。現階段,我國的3G網絡建設如火如荼,三大運營商的3G網絡正在加緊建設,3G用戶數量也有了大幅增長。3G即第三代移動通信系統,其關鍵技術有:多載波調制、多址技術、智能天線、信道編碼、功率控制、切換技術等。其中切換技術是蜂窩移動網絡所特有的保證服務質量的重要技術。切換技術又可分為硬切換和軟切換,硬切換主要應用于2G網絡,而在3G網絡中主要使用軟切換技術。在以往對軟切換技術的研究中,大多針對參數設置和資源分配問題,而對軟切換的判決準則問題則研究得非常少,而且也只針對單業務而言。本文就是針對實際3G網絡中多種類型的業務,提出了對現有在CDMA系統中軟切換技術的優化。

1 現有軟切換算法

1.1 軟切換的概念

在移動通信系統中,當移動臺（MS）在通話過程中從一個基站（BS）覆蓋區移動到另一個基站覆蓋區時,用戶必須改變在原小區的通信信道,而將通信業務轉接到新小區以繼續保持通信,這一過程稱為切換[1]。目前的移動通信領域存在著不同類型的切換——硬切換、軟切換。硬切換是指移動臺暫時先斷開與原基站聯系的信道,而后與新的基站建立新的信道。硬切換可能會在切換過程中產生掉線影響使用者的正常通信。軟切換[3]是指在切換過程中,移動用戶始終與原基站和新基站都保持通信鏈路,只有當移動臺在與新基站的小區建立穩定的通信后,才與原基站斷開聯系。

圖1 軟切換過程

1.2 CDMA系統中典型的軟切換算法

無優先權的切換策略[3][4]:此切換策略針對語音業務,新呼叫和切換呼叫的用戶共享小區中的S個信道。無論何種呼叫到達,如果小區內所有的信道都繁忙,則到達的呼叫都被系統阻塞。

圖2 無優先權切換策略

基于信道預留切換策略[4][5],其又可以細分為:靜態資源預留和動態信道預留策略。從用戶的角度講,切換阻塞更讓人討厭。于是人們提出了體現切換呼叫優先級的切換算法——資源預留策略,也就是通過信道預留來降低切換呼叫到達時被拒絕的概率。

圖3 信道預留切換策略

基于請求排隊的切換策略[6]:針對因切換呼叫到達時由于系統忙而直接被中斷的狀況,人們提出了對切換呼叫進行請求排隊的策略,也就是先進先出（FIFO）的排隊策略。當切換呼叫到達時,如果系統存在可以使用的信道,則為其分配信道。反之,如果切換呼叫到達而系統沒有存在可以使用的信道時,系統將此切換請求放入排隊隊列,移動臺此時繼續使用原小區信道,直到新小區有空閑信道為止。

圖4 請求排隊的切換策略

2 基于CDMA系統的多業務軟切換算法

2.1 CDMA系統中的業務類型

表1 3G業務分類

3G的業務可以從不同的角度進行不同的分類,每種分類所屬的各種業務是相互交錯的。UMTS規范定義了4種業務類別,分別是:會話類業務（Conversational）,交互業務 （Interactive）,流業務（Streaming）和背景業務（Background）。在本文中,我們按照業務的緊急程度將3G下的業務分為4類,其具體特性分別如表1所示。

2.2 系統模型

設N h、Nn、N d、Nv分別是在第n個時期小區中話音切換用戶、話音新呼用戶、數據用戶、視頻用戶的數目,χh、χn、χd、χv分別是上述用戶的激活因子。在理想功率控制情況下,基站接收到各移動臺的信號具有相同的功率電平S。則對于小區的四種業務的用戶移動臺來講,來自本小區的干擾功率分別為[7]:

基站接收到的本小區總功率和總干擾功率為:

其中NOW為背景噪聲功率,如果忽略NOW,且令PO/P1=π,π表示接收到其他小區的總功率與接收到本小區的總功率之比。則

由以上可以得出第k個用戶的信噪比為:

其中Rk為用戶的傳輸速率,χk為其激活因子,W為系統帶寬。

則根據可得到這四種業務的信噪比分別是:

如果定義小區中某種業務的剩余容量是基站在保證小區內用戶通信質量的基礎上還能接受新用戶的數目[8],因此,當一個小區某一個時刻可以接受切換業務的移動臺的數目為Ch,而其上行鏈路信噪比的門限為V h,則必須保證:

聯立式（3-9）和式（3-13）可以解得能夠接入切換用戶的信道容量為:

同理可得接入剩余三種業務的信道容量分別為:

其中,Ch、Cn、Cv、Cd的取值分別向下取整。在以往的切換算法中,往往在選擇切換的最佳小區時以傳播損耗作為標準,進行切換。在本切換算法中,綜合考慮小區的剩余容量和傳播路徑損耗,因此軟切換時的目標小區為:

圖5 新舊算法比較

其中假設本文中的視頻源N=1,參考實際3G系統參數,M的取值為7～14,本文取M=8[9]。

本文使用MA TLAB作為仿真軟件,在仿真中,我們假設四種業務均勻分布并且各業務按同樣的到達率到達,結果如圖5。從圖5中我們可以看出在假設的情況下,話音、視頻、數據用戶的切換中斷率隨著用戶到達率的增加而上升,這是由于到達的用戶越多,產生的干擾越大,用戶的切換成功率越低。而對每一種業務而言,優化算法的切換中斷率明顯要低于傳統算法,這是由于優化算法考慮了小區負載,使得業務盡可能均勻分配,系統資源分配更加合理,從而提升了網絡性能。

3 仿真參數設定及結果分析

表2 系統參數設定[7]

4 結論

本文針對現有CDMA系統中多業務情況下的軟切換算法的不足,提出了一種新的算法,通過仿真實驗,結果表明新算法較以往的傳統軟切換算法在多業務的情況下有了較大的改進。

當前,本系統還只是對幾種業務進行建模仿真,今后,還要針對實際業務種類,加入更多的業務模型,以期系統能夠更好地對實際CDMA系統進行仿真,發揮更大的作用。

[1]楊大成.Cdma2000技術[M].北京:北京郵電大學出版社,2000.

[2]彭林,等.第三代移動通信技術[M].北京:電子工業出版社,2003.

[3]Tekinay S.,Jabbbari B.Handover and Channel Assignment in Mobile Cellular Networks[J].IEEE Commun Magzine,1991,29（11）:42-46.

[4]Tekinay S.,Jabbari B.A Measurement-based Prioritization Scheme for Handovers in Mobile Cellular Networks [J].IEEE Jounal on Select Areas in Commun,1992,10 （8）:1343-1350.

[5]Hong,D.,and Rappaport S.S.Traffic Model and Performance Analysis for Cellular Mobile Radiotelephone Systems with Prioritized and Non-prioritized Handoff Procedures [J].IEEE Trans.On Vehicular Technology,1986,35（1）: 77-92.

[6]Ebersman Howard G,Tonguz Ozan K.Handoff Ordering Using Signal Prediction Priority Queuing in Personal Communication System[J].IEEE Trans.Veh Tech,1999,48 （1）:20-35.

[7]朱立冬,吳詩其.多業務CDMA蜂窩移動通信系統的軟切換研究[J].系統工程與電子技術,2002,24（12）:43-46.

[8]肖琨,吳詩其.一種新的CDMA軟切換算法及其對軟切換性能的改善[J].通信學報,2003,24（11）:66-72.

[9]張丹丹,方旭明,朱龍杰.一種新的對稱CDMA系統中非對稱業務下的呼叫允許控制策略[J].電子學報,2006,34 （10）:1745-1751.

Soft Handoff Optimized Algorithm Based on Multi-traffic

NIE Yao1,WU Huan2,WANG De-ru1

（1.Department of Computer Science and Technology,West Anhui University,Lu’an237012,China;2.Department of Communication Engineering,Kunming University of Science and Technology, Kunming650051,China）

This paper focus on soft handoff algorithm optimization for multi-traffic.This algorithm identify the priority by the different types of traffic and could achieve load balance and reasonable use of resources.The simulation results indicate that the optimized algorithm could reduce the transition interruption and imp rove system performance significantly.The algorithm has some theoretical value and significance of engineering practice.

3G;soft-switching;multi-service

TP391.41

A

1009-9735（2010）02-0039-04

2010-03-06

聶堯（1982-）,男,安徽六安人,碩士,助教,研究方向:數字圖像處理、無線通信;吳歡（1983-）,女,陜西咸陽人,碩士生,研究方向:無線通信網絡,網絡融合;汪德如（1962-）,男,安徽六安人,皖西學院副教授,研究方向:信號處理。