TDD/CDMA系统动态信道分配技术研究

TD-SCDMA系统的动态信道分配以及整个无线资源管理的算法研究是第三代移动通信系统中的关键技术。目前提出的任何一种解决方案总是不同矛盾折中的结果，在实际的组网中到底采用何种方案才合理、可行，要根据具体的情况而定。

TD-SCDMA系统是基于同步码分多址技术(SCDMA），使用时分双工(TDD)方式的未来通信系统。该系统采用了联合检测、智能天线、上行同步、接力切换、动态信道分配等技术。其中动态信道分配是TDD/CDMA系统中重要的研究领域之一。TD-SCDMA系统中的任何一条物理信道都是通过它的载频/时隙/扩频码的组合来标记的，采用动态分配信道（DCA)的方式将信道资源分配给用户。

动态信道分配技术全过程

TD-SCDMA中的DCA可分为两个实施阶段，一个阶段是慢速DCA，指对小区的资源分配，包括对不同小区的时隙分配以及在上/下行之间的时隙分配和预先为各小区按照时隙优先级排列的时隙优先级列表。另一个阶段是快速DCA，快速DCA算法就是将时隙、扩频码、频率这些信道资源分配给具体不同业务呼叫的用户，并根据系统对已分配的信道资源进行调整或重新分配。整个动态信道分配过程见图1。

图1  TD-SCDMA系统动态信道分配实现全过程

慢速DCA主要根据小区内业务不对称性的变化，动态地划分上下行时隙，使上下行时隙的比例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。TD-SCDMA系统可以灵活地划分上下行时隙，从而提升系统容量，但是交叉时隙干扰较大时（即一个小区处于上行同时邻近小区处于下行传输的时隙），会导致系统容量损失。这就需要综合考虑业务量之比动态分配各个小区上下行的资源，产生最小呼损率，又要使系统的容量最大化。

信道优先级排队算法是为接入控制算法做准备的，一般根据各时隙的干扰水平的不同来设置各时隙的优先级，当新呼叫到来时，通过查找时隙的优先级列表（上下行分开），按优先级从高到低的时隙顺序开始接入系统。

信道选择即为承载业务选择频率/时隙和码道。当用户终端申请一项业务或者需要进行切换时用户根据小区选定频率，然后根据信道优先级排队算法找到优先级最高的时隙，如果时隙的空余资源满足呼叫业务的资源要求，且通过了接纳控制过程，则接入此时隙。如果此时隙不满足资源要求，刚检测优先级次之的时隙。如果所有的时隙均不满足时，则触发资源整合过程。当频率、时隙都确定好后，就调用码分配算法进行扩频码的选择，扩频码的选择还要综合考虑扩频码的利用效率和本时隙已用扩频码之间的相关性，对于同频组网的系统还要考虑与相邻小区的同时隙上所用扩频码的相关性。

信道调整过程是指RNC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、系统负荷过大、不满足用户业务服务质量的情况下，触发DCA算法执行信道调整过程，调整用户占用的时隙和码道，以均衡负荷、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。

资源整合过程通过信道调整或压缩低优先级业务占用的信道等于段把可用的资源单元（RU）尽量集中在一个时隙，目的是提高系统的资源利用率、业务（尤其是高速率业务）接入成功率和切换成功率。

动态信道分配技术研究现状

当前TD-SCDMA系统中的DCA的算法多种多样，但多数算法都是围绕着以下几个研究关键问题进行：支持上下行不对称的多种业务，小区上/下行时隙比例的确定，合适地分配时隙、提高时隙的利用率，尽量地降低各种干扰、提高系统容量。为了解决以上问题，TD-SCDMA系统采用了包括慢速信道分配算法、快速信道分配算法以及考虑空间分布信息的信道分配方案三种分配方式。但每种方法都只是一种所谓的理想信道分配方案,只在某种特定环境下,满足某种要求的最优信道分配方案。

基于慢速DCA分配方式

慢速DCA主要的目的是根据业务量之比，提高系统容量利用率，降低交叉时隙干扰。一种方法是采用小区簇分配方法避免交叉时隙干扰，每一簇推选一个业务量最高的小区为"热点小区"，热点小区根据自身的业务状况调整上/下行比例，整个簇采用和热点小区相同的上/下行比例分配。即使存在交叉时隙干扰，那么它也发生在话务量较小的边缘小区，不会太大地影响系统性能。另一种方式所有小区上/下行时隙分配都不同的DCA。每个小区都可以根据自身的业务情况来改变上/下行时隙的分配比例，使单小区的性能理论上可能达到最大。这种方法明显优于前面相同上/下行时隙分配的方案，但是由于引入了交叉时隙的干扰，系统的总容量达不到最佳。

图2  小区间的交叉时隙干扰

基于快速DCA分配方式

对于快速DCA，主要的方法有时隙优先权法、可变边界法等。时隙优先权法是按照各时隙干扰值的大小进行优先级排序，按照业务要求分配资源，并且优先级列表应能够连续地进行更新。但由于3G网络支持的各种业务有不同的QoS要求，仅仅依靠时隙所受干扰大小还不能够很好地反映时隙所能提供的通信质量。一个改进方案是按时隙内承载的不同业务的QoS要求，计算时隙内所能容忍的干扰极限，把这个干扰极限称作干扰容量，减去时隙现在所受的干扰得到剩余干扰容量，按照剩余干扰容量的大小为时隙赋不同的优先权，按优先权的大小对时隙进行排队。此种方案能更准确地提供通信链路质量。

考虑空间分布信息的信道分配算法

TD-SCDMA是基于智能天线技术而设计的，对智能天线技术与信道分配算法结合的研究是TD-SCDMA系统的特色，也是我们将来研究的重点。采用智能天线进行波束赋形后，只有来自主瓣和较大旁瓣方向的干扰才会对用户产生干扰，因此信道可以进行复用。

总之，目前提出的任何一种解决方案总是不同矛盾折中的结果，在实际的组网中到底采用何种方案才合理、可行，要根据具体的情况而定。而且现在关于TDD模式的无线资源管理的研究相对于FDD模式来说还很少，要给出TDD模式下无线资源管理算法完备的解决方案，还需要不断深入研究，另外如何在优化分配方案的是同时，提高算法的执行效率，还是进一步研究的主要课题。

作者：辽宁工程技术大学电子与信息工程学院 姜仑 惠晓威 吴宏瑞