CN100418386C - 基于可用信道搜索的动态信道接入方法 - Google Patents

Abstract

基于可用信道搜索的动态信道接入方法属于无线移动通信技术领域，其特征在于：分配信道时首先对所有非空闲信道进行接入检测，并确定哪些信道是申请信道的移动台可以使用的；在信道搜索时，将搜索范围限定在可用信道集合内，提高了搜索的有效性，避免了搜索得到的信道不能被移动台使用的情况的出现，从而降低单位时间内系统中切换失败总量，降低了系统中新呼叫阻塞概率，同时提高了系统所实际支持的用户容量。基于系统整体的信道利用方法有利于克服小区体制所带来得信道利用不充、切换频繁等弊端。在对可用信道集合进行信道搜索时，采用不同的搜索方法可以实现不同的系统性能目标。

Description

基于可用信道搜索的动态信道接入方法

技术领域

本发明涉及无线通信系统中的信道接入方法。本发明特别涉及到在分布式无线通信系统中用于减少信道切换失败总量，提高系统用户容量的分布式动态信道接入方法。

背景技术

现代社会对无线通信的需求明显地增长。然而无线通信系统可以利用的频率资源却非常有限，如何充分利用这些资源以维持最佳的系统容量就成为了无线通信系统中的一个重要问题。在传统蜂窝小区结构的网络中，同一个频率或者时隙的信道通常会被相距很远的小区重复使用，从而使得有限的频率资源能够被重复、有效的使用。当前用于改进信道利用率的信道分配方法包括静态信道分配(Fixed Channel Allocation，FCA)算法和动态信道分配(DynamicChannel Allocation，DCA)算法两大类。虽然这些方法都在一定程度上提高了信道的使用效率，但是当用户的数量迅速增加时，增加系统容量的最有效的方法仍然是减少蜂窝小区的尺寸，从而使同一个信道能够在更短的距离内被重复使用。但是蜂窝小区尺寸的减小将会导致越区切换数量显著增加，从而由于越区切换时不能获得新的信道而导致的通话中断也更容易发生。从用户的角度来看，一个正在进行的通话被强行终止要比准备打电话时不能获得服务更难以忍受。因此，如何降低系统中的信道切换失败概率，如何在一定的信道数目下支持更多的用户完成完整的通信过程，将是未来无线移动通信系统中所需要关心的关键问题。

在基于蜂窝小区的信道分配方法中，一旦按照某种搜索规则寻找到一条信道之后，就可以将该信道分配给用户使用，而无需进行任何的接入控制。这是因为信道的空间分割已经保证了信道复用条件的成立。然而在分布式无线通信系统中(Distributed Wireless CommunicationSystem，DWCS)，蜂窝小区结构被突破，以移动台为中心的虚拟小区概念代替了以基站为中心的传统小区的概念，每个移动台拥有相应的虚拟小区，虚拟小区由当前与移动台通信的天线组成。移动台将会同时与不同位置的若干天线进行通信。当移动台从一个地区转移到另一个地区时，虚拟小区也会相应的改变。因此，以天线为中心的基于蜂窝小区的信道分配算法也就不再适合于DWCS的系统特点。而当采用基于整个系统的动态信道分配算法时，由于信道可以在整个系统内使用，因此在按照某种最优规则搜索到一条信道后，并不能保证该信道是否满足复用条件。所以在将信道分配给用户使用之前，需要对该信道进行接入检测，以确定用户是否能够使用该信道。

在申请号为200510011384.8，申请日为2005年3月4日，名称为基于最远信道搜索的动态信道分配和使用方法的中国发明专利申请中提到了一种基于最远信道搜索的动态信道分配和使用方法，该方法通过降低系统整体的信道切换次数，降低系统的切换失败次数，从而提高了系统用户容量。上述方法的信道分配过程采用了如下的流程：先按照某种最优规则搜索得到一条信道，然后再对信道进行接入检测，以确定是否将这条信道分配给用户使用。如果接入检测的结果是用户可以使用该信道，则系统将信道分配给用户使用；如果接入检测的结果是用户不能使用该信道，则系统将中断用户的信道申请，这时，用户的新呼叫将被阻塞或者正在进行的通话将被中断。虽然先搜索、再检测的信道分配流程的系统复杂度低，但是，正是由于在搜索信道的时候并不知道信道是否可以被申请信道的用户使用，所以搜索得到的信道有可能是用户不能使用的信道，从而在一定程度上限制了系统用户容量的提高。本发明就是为了克服上述缺点而提出的。

本发明基于二维分布式无线通信系统，提出了一种全新的动态信道接入方法，即基于可用信道搜索的动态信道接入方法(Dynamic Channel Access-Search Available Channels，DCA-SAC)。相比于采用先搜索、再检测的动态信道分配算法，如基于最远信道搜索的动态信道分配和使用方法，这一方法可以有效的降低系统新呼叫阻塞概率和系统总切换失败次数，提高系统所能支持的用户容量。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于分布式无线通信系统的动态信道接入方法。这是一种基于整个系统的动态信道接入方法，根据这种信道接入方法，一个移动台将不会由于位置的改变或者与之通信的天线的改变而引起信道切换。切换将只发生在两个使用相同信道的移动台之间的距离过近，以至于同信道之间的干扰过大，移动台与虚拟小区之间的信道通信质量已经不能满足要求的情况。由于移动的随机特性，使用相同信道的移动台由于各自的运动使得之间距离小于信道复用距离的情况不能完全避免。信道复用距离是指当两个或者多个移动台使用相同信道时，为了满足信道通信质量的要求，它们相互之间的所需要的最小距离。利用这种新的方法，申请信道的移动台在进行信道搜索之前首先对系统中的每一条信道进行接入检测，并在所有信道中选出所有可用的信道，组成可用信道集合，然后在可用信道集合种选择最为合适的信道。由于信道搜索只在可用信道集合中进行，因此只要可用信道集合不为空集，移动台最终总能得到信道。正是这种信道搜索范围的限定，使得新呼叫阻塞率和系统总切换失败次数得到明显的下降，系统用户容量得到提高。

本发明提出的信道接入方法主要目的在于通过限定信道搜索的范围，并选择合适的信道搜索方法从而降低新呼叫阻塞率和总切换失败次数，这一方法将包含“信道分配”和“切换检验”两个方法。

其中“信道分配”方法将被应用于移动台申请信道这一情况，这个过程所要完成的功能是：对每一条信道进行接入检测，确定移动台是否可以使用，并将所有可用信道组成可用信道集合；在可用信道集合中为申请信道的移动台搜索一个最合适的信道。

移动台在申请信道并被成功分配信道后，将使用所分配到的信道进行通信。由于移动台的移动具有随机性，使用相同信道的多个移动台之间的相对位置将会随着各个移动台的移动而发生变化。因此有必要周期性的对每一个正在通信的移动台所使用的信道的通信质量进行检测。以便确定移动台是否由于信道通信质量的恶化需要切换当前的信道。这个过程就是由“切换检验”方法来实现的。

在分布式无线通信系统中，处理节点分散在系统中并由光纤网络相连接，每一个节点执行无线通信系统中某一个功能，若干个处理节点组合在一起，组成一个分布式处理节点组，即可完成传统蜂窝小区系统中基站的信号处理和无线传输管理等功能。在分布式无线通信系统中，每一个移动台都有相对应的分布式处理节点组。因此，每一个移动台的信道分配和切换检验均是由移动台所对应的分布式处理节点组来执行的，移动台的分布式处理节点组通过与其它移动台的分布式处理节点组之间的信息交互获得其它移动台的相关信息，比如信道使用信息、信道质量信息、移动台位置信息等，从而完成信道分配和切换检验的各个步骤。

本发明所述的基于可用信道搜索的动态信道接入方法，其特征在于，它依次含有以下各步骤：

步骤(1)：以申请信道的移动台为分配对象，对系统中的每一条正在使用的信道进行接入检测，如果接入检测的结果是移动台可以使用该信道，则将该信道标记为可用信道；如果接入检测的结果是移动台不能使用该信道，则将该信道标记为不可用信道；

步骤(2)：将所有可用信道组成可用信道集合，如果可用信道集合为空集，则转步骤(4)；如果可用信道集合非空，则执行下一步；

步骤(3)：按照预先设定的信道搜索方法，在可用信道集合中为移动台寻找最为合适的信道，并将该信道分配给申请信道的移动台使用，同时结束信道分配过程，执行步骤(5)；

步骤(4)：查找系统中是否存在空闲信道，如果存在，则在空闲信道中选取任意一条信道分配给移动台，同时结束信道分配过程，执行步骤(5)；否则，拒绝信道申请，同时结束信道分配过程，执行步骤(11)；

步骤(5)：判断是否已经到了设定的切换检验时间间隔，如果已经到达，进行切换检验，执行步骤(7)；如果没有到达，执行步骤(6)；

步骤(6)：判断移动台是否要结束当前的通信，如果是，执行步骤(11)；否则，执行步骤(5)；

步骤(7)：检查移动台的虚拟小区是否与使用相同信道的其它移动台的虚拟小区发生重叠，如果发生重叠，那么系统将确定该移动台是否需要改变它当前的信道，如果移动台需要改变当前信道，执行步骤(10)；否则，执行步骤(8)；

步骤(8)：获得移动台与虚拟小区中各个天线之间的信号通信质量评价指标；

步骤(9)：根据虚拟小区中各个天线所对应的信号通信质量评价指标，利用信道通信质量评价方法，判断信道通信质量是否满足通信质量要求，如果是，移动台可以继续使用当前信道，同时结束切换检验过程，执行步骤(6)；否则执行下一步骤；

步骤(10)：中断该移动台在当前信道上的通信，移动台提出信道分配申请，同时结束切换检验过程；系统响应移动台的信道申请后，进行信道分配，执行步骤(1)；

步骤(11)：移动台中止在当前信道上的通信，同时退出系统；

每一个移动台拥有自己的虚拟小区，虚拟小区由当前与移动台通信的一个或多个天线组成，虚拟小区随移动台的运动而不断变化；

所述信号质量评价指标是指天线端所接收的上行链路信号的信号干扰比；

步骤(1)到步骤(4)描述了信道分配方法，步骤(7)到步骤(10)描述了切换检验方法。

本发明所述的接入检测方法，其特征在于，它依次含有以下步骤：

步骤(1)：对于正在进行接入检测的信道，检查所有正在使用该信道的移动台，如果其中任何一个移动台的虚拟小区与申请信道的移动台的虚拟小区重合，则记录接入检测的结果是移动台不能使用该信道，并结束接入检测；否则执行下一步；

步骤(2)：使申请信道的移动台短暂使用这条信道，获得申请信道的移动台与虚拟小区中各个天线之间的信号通信质量评价指标，并根据信道通信质量评价方法，检查申请信道的移动台在该信道上是否能够满足信道的通信质量要求；如果不能，则记录接入检测的结果为移动台不能使用该信道，并结束接入检测；否则执行下一步；

步骤(3)：对于每一个正常使用这条信道的移动台，获取该移动台与对应的虚拟小区中各个天线之间的信号通信质量评价指标，并根据信道通信质量评价方法，检查当申请信道的移动台接入该信道时，原先正常使用该信道的移动台在信道上是否还能满足信道的通信质量要求；如果每一个正常使用这条信道的移动台在检查中都满足信道的通信质量要求，则记录接入检测的结果为移动台可以使用该信道，并结束接入检测；如果有任意一个移动台在检查过程中不满足信道的通信质量要求，则记录接入检测的结果为移动台不能使用该信道，并结束接入检测。

本发明所述的信道通信质量评价方法，其特征在于，它依次含有以下步骤

设定一个信号干扰比门限，按照最大比合并的方式对移动台相对应的虚拟小区中各个天线所接收到的上行链路信号进行合并，最后得到最大比合并后的总信号干扰比，总信号干扰比为各个上行链路信号的信号干扰比的总和，将总信号干扰比与信号干扰比门限进行比较，如果总信号干扰比大于信号干扰比门限，则信道质量综合评价结果为信道可以使用；如果总信号干扰比小于信号干扰比门限，则信道质量综合评价结果为信道不可以使用。

本发明所述的信道搜索方法之一，其特征在于，它依次含有以下步骤：

步骤(1)：对可用信道集合中的每一条信道，遍历使用该信道的所有移动台，从中找出与申请信道的移动台距离最短的移动台，将所有距离最短的移动台组成一个新的集合；

步骤(2)：遍历上一步骤得到的移动台集合，从中找出距离申请信道的移动台最远的移动台，该移动台所使用的信道即为信道搜索结果；

由于每一个移动台的虚拟小区由多个天线组成，因此通过虚拟小区中多个天线的位置可以初步得到该移动台所在的大致范围，在此基础之上，可以通过多个天线所接收到的移动台发射信号的波达方向来进一步确定移动台的具体位置；这种信道搜索方法称为搜索最远信道的信道搜索方法。

本发明所述的信道搜索方法之二，其特征在于，它依次含有以下步骤：

步骤(1)：对可用信道集合中的每一条信道，计算其信道利用率，信道利用率的计算公式为： ${\mathrm{Me}}_i=\underset{{\mathrm{MS}}_j}{\mathrm{\Σ}}k,$ 其中i为信道的编号，求和是对所有使用信道i的移动台MS_j进行的，k_j表示移动台MS_j在统计中所占的权重，为一个正整数，k_j的取值与移动台MS_j和申请信道的移动台之间的相互距离有关，移动台之间的距离越大，则k_j越小，移动台之间的距离越小，则k_j越大，k_j的取值满足以下规定：假设使用信道i的移动台有M(M为一个有限正整数)个，分别标记为MS₁，MS₂…MS_M，每一个移动台与申请信道的移动台之间的距离为d₁，d₂…d_M，并满足d₁≤d₂≤…≤d_M，则有-∞＜k_M≤…≤k₂≤k₁＜+∞；

步骤(2)：在可用信道集合中，找出信道利用率最大的信道；如果有多个信道的信道利用率相同且都为最大，则将所有信道利用率相同且都为最大的信道组成可用信道备选子集，并执行步骤(3)，否则将信道利用率最大的信道分配给申请信道的移动台使用；

步骤(3)：在可用信道备选子集中，选择在接入检测中，申请信道的移动台所获得的信道通信质量最差的一条信道作为信道搜索结果；

这种信道搜索方法称为搜索利用率最高的信道搜索方法。

本发明所述的信道搜索方法之三，其特征在于，它依次含有以下步骤：

步骤(1)：对可用信道集合中的每一条信道，计算其信道距离度量，信道距离度量的计算公式为： ${\mathrm{Me}}_i=\underset{{\mathrm{MS}}_j}{\mathrm{\Σ}}(D_{\mathrm{up}}-D_{{\mathrm{MS}}_0,{\mathrm{MS}}_j}),$ 其中i为信道的编号，求和是对所有使用信道i的移动台MS_j进行的，D_up为一个常数，需要满足以下条件： $D_{\mathrm{up}}-D_{{\mathrm{MS}}_0,{\mathrm{MS}}_j}>0,\∀i,j,$

表示申请信道的移动台MS₀和使用信道i的移动台MS_j之间的距离；

步骤(2)：在可用信道集合中，找出信道距离度量最大的信道；如果有多个信道的信道距离度量相同且都为最大，则将所有信道距离度量相同且都为最大的信道组成可用信道备选子集，并执行步骤(3)，否则将信道距离度量最大的信道分配给申请信道的移动台使用；

步骤(3)：在可用信道备选子集中，选择在接入检测中，申请信道的移动台所获得的信道通信质量最差的一条信道作为信道搜索结果；

这种信道搜索方法称为搜索最大信道距离度量的信道搜索方法。

本发明所述的信道搜索方法之四，其特征在于，它依次含有以下步骤：

步骤(1)：对可用信道集合中的每一条信道，计算其信道信干比度量，信道信干比度量的计算公式为： ${\mathrm{Me}}_i=-{\mathrm{SIR}}_{i,{\mathrm{MS}}_0}+\underset{{\mathrm{MS}}_j}{\mathrm{\Σ}}({\mathrm{SIR}}_{\mathrm{up}}-{\mathrm{SIR}}_{i,{\mathrm{MS}}_j}),$ 其中i为信道的编号，后面的求和是对所有使用信道i的移动台MS_j进行的，其中，SIR_up为一个常数，需要满足以下条件： ${\mathrm{SIR}}_{\mathrm{up}}-{\mathrm{SIR}}_{i,{\mathrm{MS}}_j}>0,\∀i,j,$

表示申请信道的移动台MS₀在信道i上所获得的信道通信质量，

表示申请信道的移动台也在使用信道i时移动台MS_j在信道i上所获得的信道通信质量；

步骤(2)：在可用信道集合中，找出信道信干比度量最大的信道；如果有多个信道的信道信干比度量相同且都为最大，则将所有信道信干比度量相同且都为最大的信道组成可用信道备选子集，并执行步骤(3)，否则将信道信干比度量最大的信道分配给申请信道的移动台使用；

步骤(3)：在可用信道备选子集中，选择在接入检测中，申请信道的移动台所获得的信道通信质量最差的一条信道作为信道搜索结果；

这种信道搜索方法称为搜索最大信干比度量的信道搜索方法。

基于可用信道搜索的动态信道接入方法已经在奔腾4型微型计算机上使用MicrosoftVisual C++6.0平台实现。

为了验证所提出的动态信道接入方法的性能，并为了显示该方法的特点和相对于先进行信道搜索而后进行接入检测的信道分配方法的优势，我们进行了如下的实验和比较。

对比方法采用申请号为200510011384.8，名称为基于最远信道搜索的动态信道分配和使用方法的中国发明专利申请中提到的基于最远信道搜索的动态信道分配和使用方法。对于基于最远信道搜索的动态信道分配和使用方法，在仿真中我们采用本发明所述的信道通信质量评价方法对信道质量进行评价，采用下述信道分配方法为申请信道的移动台进行信道搜索和分配：

步骤(1)：对信道搜索集合中的每一条信道，遍历使用该信道的所有移动台，从中找出与申请信道的移动台距离最短的移动台，将所有距离最短的移动台组成一个新的集合；

步骤(2)：遍历上一步骤得到的移动台集合，从中找出距离申请信道的移动台最远的移动台，该移动台所使用的信道即成为申请信道的移动台的待分配信道。

步骤(3)：检查所有使用待分配信道的移动台，如果其中任何一个移动台的虚拟小区与申请信道的移动台的虚拟小区重合，则跳转到步骤(5)，否则执行下一步；

步骤(4)：使申请信道的移动台短暂使用待分配信道，检查申请信道的移动台在待分配信道上是否能够满足信道的通信质量要求。同时检查所有正常使用待分配信道的移动台在该信道上是否满足信道的通信质量要求。如果以上检查中所涉及到的移动台都满足信道的通信质量要求，则将待分配信道分配给申请信道的移动台；如果有任意一个移动台在检查过程中不满足信道的通信质量要求，则跳转到步骤(5)；

步骤(5)：查找系统中是否有空闲信道。如果有，则在空闲信道中选取任意一条信道分配给移动台；否则，拒绝信道申请。

这一配置的方法在上述专利申请中被简称为DCA-SFUC(Dynamic ChannelAlgorithm-Search Farthest Used Channel)方法。在上述专利申请中，对这一方法在衰落环境只包含路径衰落的环境下的性能进行了仿真。

对于基于可用信道搜索的动态信道接入方法，我们采用了本发明所提出的多种信道搜索方法进行仿针。第一种方法为搜索最远信道的信道搜索方法。第二种方法为搜索利用率最高的信道搜索方法，在仿真中我们将k表示为相互距离的分段函数，当移动台之间相互距离大于等于600m，令k＝1；而当相互距离小于600m，同时大于等于300m时，令k＝2；当相互距离小于300m时，令k＝3。第三种方法为搜索最大信道距离度量的信道搜索方法，在仿真中我们设定D_up＝1700m。第四种方法为搜索最大信干比度量的信道搜索方法，在仿真中我们设定SIR_up＝200。

仿真模型：仿真在一个拥有169根天线的二维系统中进行，系统如图9所示。天线按照正方形排列。无论采用基于最远信道搜索的动态信道分配和使用方法还是采用基于可用信道搜索的动态信道接入方法，都设定虚拟小区的大小为4，因此，移动台在同一时刻只和四个天线进行通信。上述对虚拟小区大小的设定将保证在系统采用不同的动态信道接入方法时，系统内的移动台所获得的通信质量相同，从而保证比较的公平性。在实验系统中，移动台在初始生成的时候移动方向将随机产生，随后移动台将做直线运动，当移动台运动到系统边界时，将被镜像折回，改变运动方向，并按照新的方向继续作直线运动，所以没有移动台通过边界进入或者离开系统。

表1实验参数设定

移动台运动速度	10m/s
		相邻两天线间距离	100m
系统中信道总数目	90
		信号干扰比门限	35dB
每个移动台通过时间长度	180s
		路径衰减指数	3.5

阴影衰落方差	8dB
		平均每秒钟系统中的新呼叫数(单位小正方形内平均用户负载)	8/s(10Erlangs)

表1给出了在对比实验中所采用的实验参数，仿真时所采用的路径衰落模型为L＝d^-λ，λ表示路径衰减指数。在申请号为200510011384.8，名称为基于最远信道搜索的动态信道分配和使用方法的中国发明专利申请中，我们对所提出的基于最远信道搜索的动态信道分配和使用方法的性能仿真中，所采用的衰落环境只含有路径衰落，而不包含阴影衰落，而在本发明对相关算法的性能仿真中，衰落环境将同时包含路径衰落和阴影衰落。由于阴影衰落的加入，使得系统性能恶化；我们在申请号为200510011384.8，名称为基于最远信道搜索的动态信道分配和使用方法的中国发明专利申请和本发明中，都对DCA-SFUC方法进行了性能仿真，结果显示DCA-SFUC方法在衰落环境包含阴影衰落和路径衰落的环境中的性能要差于衰落环境只包含路径衰落的环境中的性能。

仿真结果：

表2显示了采用不同信道分配方法时，每秒钟系统中的平均信道切换总次数、每秒钟系统中平均信道切换失败总次数、每秒钟系统中发起呼叫的移动台平均呼叫失败总次数以及完整通话比例。完整通话比例是指在一段时间内完成完整通话的移动台占发起呼叫的移动台的百分比，这一指标指示了采用某种信道分配算法时，该算法所实际支持的系统用户容量。

通过表2可以看出，相比于最远信道搜索的动态信道分配和使用方法，基于可用信道搜索的动态信道接入方法可以更大程度的降低系统整体的信道切换失败次数，降低新呼叫阻塞概率，提高系统用户容量；其代价是系统开销增大(单位时间内系统切换次数增加)以及移动台通信质量下降。

在表2中，DCA-SAC1表示基于可用信道搜索的动态信道接入方法中的信道搜索方法采用搜索最远信道的信道搜索方法；DCA-SAC2表示基于可用信道搜索的动态信道接入方法中的信道搜索方法采用搜索利用率最高的信道搜索方法；DCA-SAC3表示基于可用信道搜索的动态信道接入方法中的信道搜索方法采用搜索最大信道距离度量的信道搜索方法；DCA-SAC4表示基于可用信道搜索的动态信道接入方法中的信道搜索方法采用搜索最大信干比度量的信道搜索方法。

表2不同信道分配方法的系统性能比较

	每秒钟信道切换次数	每秒钟切换失败次数	新呼叫阻塞概率	完成通话比例	移动台平均信干比(dB)
						DCA-SFUC	26.290	2.668	0.0473	0.6186	68.8267
DCA-SAC1	44.079	1.474	0.00494	0.8102	60.0886

DCA-SAC2	121.692	0.435	0.00181	0.9435	50.6265
						DCA-SAC3	116.472	0.484	0.00209	0.9364	51.2961
DCA-SAC4	117.886	0.471	0.00207	0.9382	51.1862

附图说明

图1为分布式无线通信系统示意图；

图2为信道分配方法过程流程图；

图3为切换检验方法过程流程图；

图4为搜索最远信道的信道搜索方法过程流程图；

图5为搜索利用率最高的信道搜索方法过程流程图；

图6为搜索最大信道距离度量的信道搜索方法过程流程图；

图7为搜索最大信干比度量的信道搜索方法过程流程图；

图8为信道接入方法总体流程图；

图9为169根天线的二维系统模型；

图10一维示例系统示意图。

具体实施方式

a)本发明所述方法的总体流程

在系统中，当一个移动台发起呼叫或者准备接受呼叫时，系统便为其执行基于可用信道搜索的动态信道接入方法。当出现下述两种情况之一时，系统将停止执行该方法：

A.移动台主动要求结束当前通信，同时放弃当前使用的信道；

B.移动台在信道分配过程中没有获得信道，系统强制移动台结束当前的通信，同时中止移动台使用当前的信道。

对于每一个移动台，基于可用信道搜索的动态信道接入方法的总体流程包含以下步骤：步骤(1)：按照信道分配方法，为申请信道的移动台寻找信道。如果找到可以使用的合适的

信道，移动台使用该信道进行通信，执行步骤(2)；否则，如果移动台未能获得信道，执行步骤(5)；

步骤(2)：判断是否已经到了设定的切换检验时间间隔，如果已经到达，执行步骤(4)；如果没有到达，执行步骤(3)；

步骤(3)：判断移动台是否要结束当前的通信，如果是，执行步骤(5)；否则，执行步骤(2)；

步骤(4)：按照切换检验方法检测移动台是否需要变更信道，如果移动台需要切换信道，则向系统发出信道分配申请，系统响应移动台的信道申请后，执行步骤(1)；如果移动台不需要切换信道，执行步骤(3)；

步骤(5)：移动台中止在当前信道上的通信，同时退出系统。

总体流程说明：

在系统中，当一个移动台发起呼叫或者准备接受呼叫时，都需要占用一条信道进行通信，因此移动台会发起信道分配的申请。当系统收到移动台的信道分配申请后，便为其执行基于最远信道搜索的动态信道分配和使用方法。系统为每一个移动台执行该方法的过程是独立的。但是系统可以通过设置每一个移动台的切换检验时间，从而控制使用相同信道的移动台在相同的时刻开始切换检验，从而为系统性能的优化提供便利。

由于移动台的随机移动特性，纵然在信道初始分配时候，使用相同信道的移动台之间的距离都被充分的拉大，在移动过程中仍然可能出现使用相同信道的移动台距离小于信道复用距离甚至发生虚拟小区重叠的情况。所以每一个移动台都需要定期的检查当前所使用的信道能否继续使用。如果不能继续使用，则移动台需要选择新的信道以便能够继续进行通信。

b)信道分配

信道分配采用如下的方法。

步骤(1)：以申请信道的移动台为分配对象，对系统中的每一条正在使用的信道进行接入检测。如果接入检测的结果是移动台可以使用该信道，则将该信道标记为可用信道；如果接入检测的结果是移动台不能使用该信道，则将该信道标记为不可用信道；

步骤(2)：将所有可用信道组成可用信道集合，如果可用信道集合为空集，则转步骤(4)；如果可用信道集合非空，则执行下一步；

步骤(3)：按照预先设定的信道搜索方法，在可用信道集合中为移动台寻找最为合适的信道，并将该信道分配给申请信道的移动台使用，同时结束信道分配过程；

步骤(4)：查找系统中是否存在空闲信道，如果存在，则在空闲信道中选取任意一条信道分配给移动台，同时结束信道分配过程，执行步骤(5)；否则，拒绝信道申请，同时结束信道分配过程。

以下按信道分配方法所述步骤逐步进行说明：

步骤(1)说明：

对系统中所有正在使用的信道进行接入检测后，可以确定系统中的每一条信道是否能够被移动台所使用。接入检测的结果为移动台可以使用该信道，表明当申请信道的移动台使用该信道时，正在使用该信道进行正常通信的移动台以及申请信道的移动台都能满足通信质量的要求，并且申请信道的移动台的虚拟小区与其它正在正常使用该信道的移动台的虚拟小区未发生重叠。如果接入检测的结果为移动台不能使用该信道，则可能的原因有如下三种情况，一是申请信道的移动台的虚拟小区与其它正在正常使用该信道的移动台的虚拟小区间出现重叠；二是申请信道的移动台在该信道上的通信质量达不到要求；再有就是原先正常使用该信道的某些移动台的通信质量因为申请信道的移动台的加入而达不到通信质量要求。

步骤(2)说明：

将可用信道组成一个集合，缩小了信道搜索的范围。如果可用信道集合为空集，则说明系统中所有正在使用的信道都不能被申请信道的移动台使用，在这种情况下，就不需要进行信道搜索；而当可用信道集合非空时，说明存在若干可以被申请信道的移动台使用的信道，也同时说明在信道分配过程中，申请信道的移动台最终将可以分配到信道以开始一个新的通信过程或者继续原有的通信过程。

步骤(3)说明：

信道搜索只在可用信道集合中进行，并且只当可用信道集合非空时才进行信道搜索。信道搜索的规则是灵活的，也就是说，根据所需要实现的系统性能目标，可以设计不同的信道搜索规则。例如，当希望降低系统整体切换次数的时候，可以采用搜索距离最远的信道的搜索方法；而如果希望提高系统的信道利用率，则可以搜索信道利用率最高的信道的搜索方法。对于采用不同的信道搜索规则，所能实现的系统性能在各项指标上有所差别。但是，由于将信道搜索的范围限定在可用信道集合内，因此不会出现搜索到的信道不可以使用的现象，也因此提高了系统的用户容量。

下面举一个一维环境下的例子说明各种信道搜索方法的执行过程。示例系统如图10所示，假设移动台MS0现在向系统提出信道分配申请，并且对移动台MS0来说当前可用信道有四条，分别用ch1、ch2、ch3、ch4表示。在示例系统中，只标出使用信道ch1、ch2、ch3、ch4的移动台。各移动台的坐标如表3所示，MS0与各移动台之间的距离如表4所示。

表3移动台坐标示意

移动台编号	MS0	MS1	MS2	MS3	MS4	MS5	MS6	MS7	MS8
										坐标	0.5	-5.5	-8.5	7.5	10.5	21.5	5.5	-11.5	13.5

表4移动台之间距离示意

移动台编号	MS1	MS2	MS3	MS4	MS5	MS6	MS7	MS8
									与移动台MS0之间距离	6	9	7	10	21	5	12	13
k值	3	3	7	2	1	3	2	2

当搜索方法为搜索最远信道的信道搜索方法时，对于使用信道ch1的移动台来说，距离MS0最近的移动台为MS1；对于使用信道ch2的移动台来说，距离MS0最近的移动台为MS6；对于使用信道ch3的移动台来说，距离MS0最近的移动台为MS3；对于使用信道ch4的移动台来说，距离MS0最近的移动台为MS4。在MS1、MS6、MS3、MS4所组成的移动台集合中，距离MS0最远的移动台为MS4，所以MS4所使用的信道ch4将作为信道搜索结果，被分配给MS0使用。

当搜索方法为搜索利用率最高的信道搜索方法时，首先计算信道ch1、ch2、ch3、ch4的信道利用率。我们假设k的取值按照如下方法：当移动台之间相互距离大于等于20，令k＝1；而当相互距离小于20，同时大于等于10时，令k＝2；当相互距离小于10时，令k＝3。则可以得出ch1的信道利用率为5，ch2的信道利用率为7，ch3的信道利用率为3，ch4的信道利用率为4。因此，在信道ch1、ch2、ch3、ch4中，信道ch2的信道利用率最高，所以信道ch2将作为信道搜索结果，被分配给MS0使用。

当搜索方法为搜索最大信道距离度量的信道搜索方法时，首先计算信道ch1、ch2、ch3、ch4的信道距离度量。我们假设D_up＝50。则可以得出ch1的信道距离度量为81，ch2的信道距离度量为115，ch3的信道距离度量为43，ch4的信道距离度量为78。因此，在信道ch1、ch2、ch3、ch4中，信道ch2的信道距离度量最大，所以信道ch2将作为信道搜索结果，被分配给MS0使用。

当搜索方法为搜索最大信道信干比度量的信道搜索方法时，首先计算信道ch1、ch2、ch3、ch4的信道信干比度量。我们假设SIR_up＝100。表5显示了当申请信道的移动台MS0使用信道ch1时，移动台MS0、MS1、MS8的信道通信质量；表6显示了当申请信道的移动台MS0使用信道ch2时，移动台MS0、MS2、MS5、MS6的信道通信质量；表7显示了当申请信道的移动台MS0使用信道ch3时，移动台MS0、MS3的信道通信质量；表8显示了当申请信道的移动台MS0使用信道ch4时，移动台MS0、MS4、MS7的信道通信质量。根据表5至表7的数据，可以得到信道ch1的信道信干比度量为5.4897，信道ch2的信道信干比度量为47.6749，信道ch3的信道信干比度量为-21.8254，信道ch4的信道信干比度量为-22.2042。因此，在信道ch1、ch2、ch3、ch4中，信道ch2的信道信干比度量最大，所以信道ch2将作为信道搜索结果，被分配给MS0使用。

表5使用信道ch1的移动台信道通信质量统计

移动台编号	MS0	MS1	MS8
				信道通信质量(dB)	59.8513	55.5581	79.1009

表6使用信道ch2的移动台信道通信质量统计

移动台编号	MS0	MS2	MS5	MS6
					信道通信质量(dB)	48.3394	70.7503	84.2269	49.0085

表7使用信道ch3的移动台信道通信质量统计

移动台编号	MS0	MS3
			信道通信质量(dB)	60.9127	60.9127

表8使用信道ch4的移动台信道通信质量统计

移动台编号	MS0	MS4	MS7
				信道通信质量(dB)	69.4857	75.1332	77.5853

步骤(4)说明：

当可用信道集合为空集时，如果还存在空闲信道，则可以将空闲信道分配给申请信道的移动台。这是因为，由于信道之间是正交的，不同信道之间不会产生相互干扰。所以把任意一条空闲信道分配给申请信道的移动台，能够保证该移动台不会与当前系统内存在的任何移动台之间产生相互干扰。如果当系统中不存在空闲信道时，移动台将不会获得任何信道，因此会出现新呼叫阻断或者正在进行的通话被强行中断的情况。

c)切换检验

切换检验方法包含以下步骤：

步骤(1)：检查移动台的虚拟小区是否与使用相同信道的其它移动台的虚拟小区发生重叠，如果发生重叠，那么系统将确定该移动台是否需要改变它当前的信道，如果移动台需要改变当前信道，执行步骤(4)；否则，执行下一步；

步骤(2)：获得移动台与虚拟小区中各个天线之间的信号通信质量评价指标；

步骤(3)：根据虚拟小区中各个天线所对应的信号通信质量评价指标，判断信道通信质量是否满足通信质量要求。如果是，结束切换检验，否则执行下一步骤；

步骤(4)：中断该移动台在当前信道上的通信，引导移动台进入信道分配过程。

以下按所述步骤逐步进行说明：

步骤(1)说明：

在检查移动台是否能够继续适用当前信道的过程中，首先需要检查移动台的虚拟小区与当前使用相同信道的其它多个移动台的虚拟小区是否出现重叠。如果出现移动台与使用相同信道的另外一个移动台的虚拟小区重叠，则需要对其中的一个移动台进行信道切换，以保证两个移动台与各自的虚拟小区之间能够正常的通信。在两个移动台中选择哪一个移动台进行信道切换是由系统决定的。同理，对于移动台与多个使用相同信道的其它移动台的虚拟小区重叠，只需要使部分移动台切换到新的信道，从而使得未切换信道的移动台的虚拟小区不再重叠即可。在多个移动台中，选择哪几个移动台进行信道切换也是由系统决定的。当然，在虚拟小区重叠的时候，也可以通过改变虚拟小区的组成或者虚拟小区的大小来解决虚拟小区的重叠问题。本发明所述方法是针对不通过虚拟小区的改变来解决重叠问题的情况。系统可以通过控制各移动台的切换检验时间，使得使用相同信道的移动台在同一时刻开始切换检验，这样，系统可以综合所有使用相同信道的移动台的信息，进行综合优化，从而合理确定哪些移动台需要切换当前使用的信道。对于某一个信道，系统在获知使用该信道的所有虚拟小区出现重叠的移动台后，为了保证需要切换的移动台的数目尽可能的少，采用如下的方法来选择需要切换的移动台：

初始：集合A表示为空集，集合B包含使用该信道的所有出现虚拟小区重叠的移动台，然后开始如下的筛选过程。

A.选择与其它移动台的虚拟小区重叠最多的一个移动台，将其从集合A中删除，并加入到集合B；

B.判断集合B中的移动台的虚拟小区是否有重叠的情况，如果有，返回到A，如果没有，结束筛选过程。

在筛选过程结束后，集合A中包含了所有需要进行信道切换的移动台，而集合B中则包含了所有不需要进行信道切换的移动台。

当系统通过以上方法得到需要切换信道的移动台集合之后，就会通知相应的移动台中止在当前信道上的通信，从而保证其它不需要切换信道的移动台的正常通信。

步骤(2)说明：

经过步骤(1)的检查，确保了各天线在每一个信道上最多只为一个移动台服务。但是当两个使用相同信道的移动台距离较近时，虽然彼此使用的虚拟小区没有重叠，彼此之间仍然会产生强烈的干扰，从而导致两者的通信质量都不能满足要求。因此也需要定期获取各移动台所对应的虚拟小区中各个天线的信道通信质量，并按照评价方法进行检查。

步骤(3)说明：

如果信道通信质量满足要求，则说明当前时刻使用同一信道的其它移动台对该移动台的干扰很小，移动台在该信道上的通信不受影响，仍然可以正常进行。否则，就说明该信道上的通话受到的干扰太大，信道通信质量不满足要求，移动台当前的正常通信受到影响，需要切换到新的信道上。

步骤(4)说明：

为了延续移动台正在进行的通话过程，移动台将向系统重新申请信道，与第一次申请信道的其他移动台相比，该移动台的申请优先级将更高，以此来降低正在进行的通话过程由于切换失败而发生中断的概率。

Claims (7)

1. 基于可用信道搜索的动态信道接入方法，其特征在于，它依次含有以下各步骤：

步骤1：以申请信道的移动台为分配对象，对系统中的每一条正在使用的信道进行接入检测，如果接入检测的结果是移动台能使用该信道，则将该信道标记为可用信道；如果接入检测的结果是移动台不能使用该信道，则将该信道标记为不可用信道；

步骤2：将所有可用信道组成可用信道集合，如果可用信道集合为空集，则转步骤4；如果可用信道集合非空，则执行下一步；

步骤3：按照预先设定的信道搜索方法，在可用信道集合中为移动台寻找最为合适的信道，并将该信道分配给申请信道的移动台使用，同时结束信道分配过程，执行步骤5；

步骤4：查找系统中是否存在空闲信道，如果存在，则在空闲信道中选取任意一条信道分配给移动台，同时结束信道分配过程，执行步骤5；否则，拒绝信道申请，同时结束信道分配过程，执行步骤11；

步骤5：判断是否已经到了设定的切换检验时间间隔，如果已经到达，进行切换检验，执行步骤7；如果没有到达，执行步骤6；

步骤6：判断移动台是否要结束当前的通信，如果是，执行步骤11；否则，执行步骤5；

步骤7：检查移动台的虚拟小区是否与使用相同信道的其它移动台的虚拟小区发生重叠，如果发生重叠，那么系统将确定该移动台是否需要改变它当前的信道，如果移动台需要改变当前信道，执行步骤10；否则，执行步骤8；

步骤8：获得移动台与虚拟小区中各个天线之间的信号通信质量评价指标；

步骤9：根据虚拟小区中各个天线所对应的信号通信质量评价指标，利用信道通信质量评价方法，判断信道通信质量是否满足通信质量要求，如果是，移动台可以继续使用当前信道，同时结束切换检验过程，执行步骤6；否则执行下一步骤；

步骤10：中断该移动台在当前信道上的通信，移动台提出信道分配申请，同时结束切换检验过程；系统响应移动台的信道申请后，进行信道分配，执行步骤1；

步骤11：移动台中止在当前信道上的通信，同时退出系统；

每一个移动台拥有自己的虚拟小区，虚拟小区由当前与移动台通信的一个或多个天线组成，虚拟小区随移动台的运动而不断变化；

所述信号通信质量评价指标是指天线端所接收的上行链路信号的信号干扰比；

步骤1到步骤4描述了信道分配方法，步骤7到步骤10描述了切换检验方法。

2. 根据权利要求1中基于可用信道搜索的动态信道接入方法，其特征在于，所述接入检测方法依次含有以下步骤：

步骤1：对于正在进行接入检测的信道，检查所有正在使用该信道的移动台，如果其中任何一个移动台的虚拟小区与申请信道的移动台的虚拟小区重合，则记录接入检测的结果是移动台不能使用该信道，并结束接入检测；否则执行下一步；

步骤2：使申请信道的移动台短暂使用这条信道，获得申请信道的移动台与虚拟小区中各个天线之间的信号通信质量评价指标，并根据信道通信质量评价方法，检查申请信道的移动台在该信道上是否能够满足信道的通信质量要求；如果不能，则记录接入检测的结果为移动台不能使用该信道，并结束接入检测；否则执行下一步；

步骤3：对于每一个正常使用这条信道的移动台，获取该移动台与对应的虚拟小区中各个天线之间的信号通信质量评价指标，并根据信道通信质量评价方法，检查当申请信道的移动台接入该信道时，原先正常使用该信道的移动台在信道上是否还能满足信道的通信质量要求；如果每一个正常使用这条信道的移动台在检查中都满足信道的通信质量要求，则记录接入检测的结果为移动台可以使用该信道，并结束接入检测；如果有任意一个移动台在检查过程中不满足信道的通信质量要求，则记录接入检测的结果为移动台不能使用该信道，并结束接入检测。

3. 根据权利要求1中基于可用信道搜索的动态信道接入方法，其特征在于，所述步骤9中利用信道通信质量评价方法依次含有以下步骤：

设定一个信号干扰比门限，按照最大比合并的方式对移动台相对应的虚拟小区中各个天线所接收到的上行链路信号进行合并，最后得到最大比合并后的总信号干扰比，总信号干扰比为各个上行链路信号的信号干扰比的总和，将总信号干扰比与信号干扰比门限进行比较，如果总信号干扰比大于信号干扰比门限，则信道质量综合评价结果为信道能使用；如果总信号干扰比小于信号干扰比门限，则信道质量综合评价结果为信道不能使用。

4. 根据权利要求1中基于可用信道搜索的动态信道接入方法，其特征在于，所述的信道搜索方法依次含有以下步骤：

步骤1：对可用信道集合中的每一条信道，遍历使用该信道的所有移动台，从中找出与申请信道的移动台距离最短的移动台，将所有距离最短的移动台组成一个新的集合；

步骤2：遍历上一步骤得到的移动台集合，从中找出距离申请信道的移动台最远的移动台，该移动台所使用的信道即为信道搜索结果；

由于每一个移动台的虚拟小区由多个天线组成，因此通过虚拟小区中多个天线的位置初步得到该移动台所在的大致范围，在此基础之上，通过多个天线所接收到的移动台发射信号的波达方向来进一步确定移动台的具体位置；这种信道搜索方法称为搜索最远信道的信道搜索方法。

5. 根据权利要求1中基于可用信道搜索的动态信道接入方法，其特征在于，所述的信道搜索方法依次含有以下步骤：

步骤1：对可用信道集合中的每一条信道，计算其信道利用率，信道利用率的计算公式为： ${\mathrm{Me}}_i=\underset{{\mathrm{MS}}_j}{\mathrm{\Σ}}{k}_j,$ 其中i为信道的编号，求和是对所有使用信道i的移动台MS_j进行的，k_j表示移动台MS_j在统计中所占的权重，为一个正整数，k_j的取值与移动台MS_j和申请信道的移动台之间的相互距离有关，移动台之间的距离越大，则k_j越小，移动台之间的距离越小，则k_j越大，k_j的取值满足以下规定：假设使用信道i的移动台有M个，，分别标记为MS₁，MS₂…MS_M，每一个移动台与申请信道的移动台之间的距离为d₁，d₂…d_M，并满足d₁≤d₂≤…≤d_M，则有-∞＜k_M≤…≤k₂≤k₁＜+∞，M为一个有限正整数；

步骤2：在可用信道集合中，找出信道利用率最大的信道；如果有多个信道的信道利用率相同且都为最大，则将所有信道利用率相同且都为最大的信道组成可用信道备选子集，并执行步骤3，否则将信道利用率最大的信道分配给申请信道的移动台使用；

步骤3：在可用信道备选子集中，选择在接入检测中，申请信道的移动台所获得的信道通信质量最差的一条信道作为信道搜索结果；

这种信道搜索方法称为搜索利用率最高的信道搜索方法。

6. 根据权利要求1中基于可用信道搜索的动态信道接入方法，其特征在于，所述的信道搜索方法依次含有以下步骤：

步骤1：对可用信道集合中的每一条信道，计算其信道距离度量，信道距离度量的计算公式为： ${\mathrm{Me}}_i=\underset{{\mathrm{MS}}_j}{\mathrm{\Σ}}(D_{\mathrm{up}}-D_{{\mathrm{MS}}_0},{\mathrm{MS}}_j),$ 其中i为信道的编号，求和是对所有使用信道i的移动台MS_j进行的，D_up为一个常数，需要满足以下条件： $D_{\mathrm{up}}-D_{{\mathrm{MS}}_0,{\mathrm{MS}}_j}>0,\∀i,j,$

表示申请信道的移动台MS₀和使用信道i的移动台MS_j之间的距离；

步骤2：在可用信道集合中，找出信道距离度量最大的信道；如果有多个信道的信道距离度量相同且都为最大，则将所有信道距离度量相同且都为最大的信道组成可用信道备选子集，并执行步骤3，否则将信道距离度量最大的信道分配给申请信道的移动台使用；

步骤3：在可用信道备选子集中，选择在接入检测中，申请信道的移动台MS₀所获得的信道通信质量最差的一条信道作为信道搜索结果；

这种信道搜索方法称为搜索最大信道距离度量的信道搜索方法。

7. 根据权利要求1中基于可用信道搜索的动态信道接入方法，其特征在于，所述的信道搜索方法依次含有以下步骤：

步骤1：对可用信道集合中的每一条信道，计算其信道信干比度量，信道信干比度量的计算公式为： ${\mathrm{Me}}_i=-{\mathrm{SIR}}_{i,{\mathrm{MS}}_0}+\underset{{\mathrm{MS}}_j}{\mathrm{\Σ}}({\mathrm{SIR}}_{\mathrm{up}}-{\mathrm{SIR}}_{i,{\mathrm{MS}}_j}),$ 其中i为信道的编号，后面的求和是对所有使用信道i的移动台MS_j进行的，其中，SIR_up为一个常数，需要满足以下条件： ${\mathrm{SIR}}_{\mathrm{up}}-{\mathrm{SIR}}_{i,{\mathrm{MS}}_j}>0,\∀i,j,$

表示申请信道的移动台MS₀在信道i上所获得的信道通信质量，

表示申请信道的移动台MS₀也在使用信道i时移动台MS_j在信道i上所获得的信道通信质量；

步骤2：在可用信道集合中，找出信道信干比度量最大的信道；如果有多个信道的信道信干比度量相同且都为最大，则将所有信道信干比度量相同且都为最大的信道组成可用信道备选子集，并执行步骤3，否则将信道信干比度量最大的信道分配给申请信道的移动台使用；

步骤3：在可用信道备选子集中，选择在接入检测中，申请信道的移动台MS₀所获得的信道通信质量最差的一条信道作为信道搜索结果；

这种信道搜索方法称为搜索最大信干比度量的信道搜索方法。

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