CN103491635A - 一种TD-SCDMA与Ad hoc异构网络的时隙分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种TD-SCDMA与Ad hoc异构网络的时隙分配方法，包括如下步骤：获取TD-SCDMA子帧格式的转换点位置；存在两个或两个以上的上行时隙和下行时隙，分别选择两个最优的上行时隙和个最优的下行时隙；对上行时隙和下行时隙进行分配；至少只有一个上行时隙或下行时隙，如果只有一个上行时隙，选择3个最优的下行时隙，分别进行分配；如果只有一个下行时隙，选择3个最优的上行时隙，分别进行分配。本发明方法能有效降低异构网络的额外干扰，最大化网络性能，具有易于实现、性能优越的特点。

Description

一种TD-SCDMA与Ad hoc异构网络的时隙分配方法

技术领域

本发明涉及一种TD-SCDMA与Ad hoc异构网络的时隙分配方法，属于异构网络领域。

背景技术

目前存在的各种各样的无线通信系统中，时分同步的码分多址技术（TD-SCDMA）和自组织网络（Ad hoc）是比较典型的两种网络结构。其中，TD-SCDMA网络能够提供广泛区域的覆盖范围，是一个中央控制的通信网络，移动终端与基站之间建立通信链路来实现通信。而Ad hoc是一种自组织短距离通信网络，不用靠固定的基站而直接通过单跳或者多跳模式来进行通信。所以Adhoc网络可以作为TD-SCDMA网络的一个补充，从而实现任何时间、任何地点、任何终端之间的无缝通信。因此，TD-SCDMA网络与Ad hoc网络这两种典型网络的优势互补也促使了它们之间的异构融合。在TD-SCDMA与Ad hoc异构网络中，移动终端均具备了TD-SCDMA网络和Ad hoc网络两种空中接口。在传统TD-SCDMA网络中，两个移动终端必须经过各自的基站从而完成信息的传递，而在TD-SCDMA与Ad hoc异构网络中，若两个移动终端相距较近，则可以通过Ad hoc网络直接进行通信。同时，移动终端不仅自己可以正常通信，还能够以中继或者协同的方式帮助其他移动终端完成高质量的通信，更能充分发挥出每种网络的独特优势，最大化提高异构网络的性能。与蜂窝网与WLAN网络的异构不同，TD-SCDMA与Ad hoc异构网络也更易于配置，不需要布置固定的接入点。

众所周知，传统的Ad hoc网络通常运行在2.4GHz的频段，该频段是一个拥挤和嘈杂的频段，原因是目前大多数国家和地区将它用于工业、科学、医疗领域的频段，在该频段内工作的移动终端之间会产生干扰，原则上不予保护。目前研究比较多的3G与WLAN的异构网络中，WLAN用的就是免费的2.4GHz频段，因此在WLAN网络配置的密集区域内的移动终端可能会因为相互之间产生的严重干扰而不能正常通信。在TD-SCDMA与Ad hoc异构网络中，如果主呼移动终端和被呼移动终端距离较近则可以直接建立Ad hoc网络来完成通信。此时，如果两个移动终端传输的是语音业务，则需要实时可靠的链路保障，对QoS要求也很高。因此，使用Ad hoc网络通信的两个移动终端既要满足实时语音业务和实时多媒体业务的要求，也要满足非实时数据业务的要求。基于此，在TD-SCDMA与Ad hoc异构网络中，TD-SCDMA网络和Ad hoc网络采用了同一工作频率，所以使用TD-SCDMA网络的移动终端和使用Ad hoc网络的移动终端相互之间会产生干扰。一方面，不同网络之间的异构融合提高了网络容量，而另一方面，同频引入的干扰则降低了网络容量。

鉴于TD-SCDMA是时分系统，因此，TD-SCDMA与Ad hoc异构网络如何来分配时隙，从而达到网络最优性能则尤其重要。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对背景技术中提出的缺陷，提出一种提高TD-SCDMA与Ad hoc的性能的时隙分配方法，用以降低额外的干扰，从而最大化网络性能。

技术方案：本发明所述的TD-SCDMA与Ad hoc异构网络的时隙分配方法，我们定义源移动终端MS到通信另一方终端或中继终端MSr的方向为上行链路，反之为下行链路，时隙分配方法步骤如下：

（1）获取TD-SCDMA子帧格式的转换点位置；

（2）如果同时存在两个或两个以上的上行时隙和下行时隙，则选择两个最优的上行时隙，分别记为TSi和TSj(i<j)；选择两个最优的下行时隙，分别记为TSm和TSn(m<n)；否则转向步骤（5）；

（3）上行时隙分配，把TSi分配给MS，TSj分配给MSr；

（4）下行时隙分配，把TSm分配给MS，TSn分配给MSr；

（5）此时只有一个上行时隙或下行时隙；如果只有一个上行时隙，转向步骤（6），否则转向步骤（7）；

（6）选择3个最优的下行时隙，分别记为TSi，TSj和TSk(i>j>k)，TSi分配给MSr的下行链路，TSj分配给MS的下行链路，TSk分配给MS的上行链路，剩下的上行时隙分配给MSr的上行链路；

（7）选择3个最优的上行时隙，分别记为TSi，TSj和TSk(i>j>k)，TSi分配给MS的下行链路，TSj分配给MS的上行链路，TSk分配给MSr的上行链路，剩下的下行时隙分配给MSr的下行链路。

本发明TD-SCDMA与Ad hoc的时隙分配方法包括基于基站端功率和基于移动终端功率两种方法。

对于基于基站端功率的时隙分配方法，上行时隙计算基站接收到的所有移动终端的功率总和，下行时隙计算基站的总发射功率；其中，

在上行时隙k中，基站端接收到的所有用户的功率总和记为

${\mathrm{PR}}_k^{\left(\mathrm{ul}\right)}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{P_i^{\left(c\right)}}{r_i^{\mathrm{\&alpha;}}}+\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{P_j^{\left(a\right)}}{r_j^{\mathrm{\&alpha;}}},$

其中：m是上行时隙k中正在使用TD-SCDMA网络通话的用户数，n是上行时隙k中正在使用Ad hoc网络通话的用户数；

是使用TD-SCDMA网络的移动终端i的发射功率，

是使用Ad hoc网络的移动终端j的发射功率；r_i(i=1…m)是使用TD-SCDMA网络的移动终端i与基站之间的距离，r_j(j=1…n)是使用Ad hoc网络的移动终端j与基站之间的距离；α是路径损耗因子；

在下行时隙k中，基站的总发射功率PTB_k ^dl记为

${\mathrm{PTB}}_k^{\left(\mathrm{dl}\right)}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{PB}}_i^{\left(c\right)}$

其中，m是下行时隙k中正在使用TD-SCDMA网络通话的用户数，

是TD-SCDMA网络基站分配给移动终端i的功率。

对于基于移动终端功率的时隙分配方法；其中，

在上行时隙k中，基站接收到的所有用户的功率总和记为

${\mathrm{PRMS}}_k^{\left(\mathrm{ul}\right)}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{P_i^{\left(c\right)}}{r_i^{\mathrm{\&alpha;}}}+\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{P_j^{\left(a\right)}}{r_j^{\mathrm{\&alpha;}}}$

其中：m是上行时隙k中正在使用TD-SCDMA网络通话的用户数，n是上行时隙k中正在使用Ad hoc网络通话的用户数；

是使用TD-SCDMA网络的移动终端i的发射功率，是使用Ad hoc网络的移动终端j的发射功率；r_i(i=1…m)是使用TD-SCDMA网络的移动终端i与基站之间的距离，r_j(j=1…n)是使用Ad hoc网络的移动终端j与基站之间的距离；α是路径损耗因子；

在下行时隙k中，移动终端l所接收到的信号功率记为

${\mathrm{PRMS}}_{l,k}^{\left(\mathrm{ul}\right)}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{{\mathrm{PB}}_i^{\left(c\right)}}{r_l^{\mathrm{\&alpha;}}}+\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{P_j^{\left(a\right)}}{r_{j,l}^{\mathrm{\&alpha;}}}$

其中：m是下行时隙k中正在使用TD-SCDMA网络通话的用户数，n是下行时隙k中正在使用Ad hoc网络通话的用户数；

是TD-SCDMA网络基站分配给移动终端i的功率；是使用Ad hoc网络的移动终端j的发射功率；r_l是基站和移动终端l之间的距离；r_j,l是使用Ad hoc网络的移动终端j和使用TD-SCDMA网络的移动终端l之间的距离。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：1、本发明TD-SCDMA与Ad hoc的时隙分配算法能有效分配时隙，有效降低异构网络的额外干扰，提高TD-SCDMA与Ad hoc异构网络的性能，方法简洁，收敛速度快，具有易于实现、性能优越的特点。2、本发明方法包括基于基站端功率和基于移动终端功率两种方法，在相同条件下，基于移动终端功率方法的性能要优于基于基站端功率方法的性能，然而这种方法需要搜集每个移动终端的信息，也需要更大的计算量。

附图说明

图1为TD-SCDMA子帧结构图；

图2为Ad hoc帧结构图；

图3为基于基站端功率和基于移动终端功率两种方式下的时隙分配方法阻塞率性能比较图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：在传统TD-SCDMA网络中，一个TD-SCDMA无线帧(RadioFrame)长10ms，1.28MChips，分为2个5ms的子帧。子帧长5ms，即6400码片。每个子帧包含7个固定长度的业务时隙TS0～TS6（675us），3个特殊时隙：下行传输特殊帧（DwPTS）、保护时隙（GP）、上行传输特殊帧（UpPTS），如图1所示。在这7个主要时隙中，除了TS0必须用于下行方向、时隙TS1必须用于上行方向外，其余时隙的方向可以变化。同时，上行时隙和下行时隙通过转换点分开，转换点之前的时隙分配为上行时隙，转换点之后的时隙分配为下行时隙。

对于Ad hoc网络，我们使用类似于TD-SCDMA帧的时隙分配格式，如图2所示。每个Ad hoc帧分为7个时隙，DwPTS、GP和UpPTS与TD-SCDMA子帧设置相同。TS0用于Ad hoc网络控制信令，TS_i(i=1…6)用于两个移动终端之间的数据传输。

本发明时隙分配方法如下：

步骤（1），获取TD-SCDMA子帧格式的转换点位置；

步骤（2），如果同时存在两个或两个以上的上行时隙和下行时隙，则选择两个最优的上行时隙，分别记为TSi和TSj(i<j)；选择两个最优的下行时隙，分别记为TSm和TSn(m<n)；否则转向步骤（5）；

步骤（3），上行时隙分配，把TSi分配给MS，TSj分配给MSr；

步骤（4），下行时隙分配，把TSm分配给MS，TSn分配给MSr；

步骤（5），此时，只有一个上行时隙或下行时隙。如果只有一个上行时隙（即有5个下行时隙），转向步骤（6），否则转向步骤（7）。

步骤（6），选择3个最优的下行时隙，分别记为TSi，TSj和TSk(i>j>k)，TSi分配给MSr的下行链路，TSj分配给MS的下行链路，TSk分配给MS的上行链路，剩下的上行时隙分配给MSr的上行链路；

步骤（7），选择3个最优的上行时隙，分别记为TSi，TSj和TSk(i>j>k)，TSi分配给MS的下行链路，TSj分配给MS的上行链路，TSk分配给MSr的上行链路，剩下的下行时隙分配给MSr的下行链路；

图3是由MATLAB软件得到的基于基站端功率和基于移动终端功率两种方式下的时隙分配算法阻塞率性能的比较图。从图中我们可以看出，在相同的通信量条件下，基于移动终端功率方式的性能要优于基于基站端功率方式的性能。基于移动终端功率方式下的时隙分配算法能有效提高网络容量，降低阻塞率，然而这种方式需要搜集每个移动终端的信息，需要大量的控制信息和更大的计算量。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (3)

1.一种TD-SCDMA与Ad hoc异构网络的时隙分配方法，其特征在于：定义源移动终端MS到通信另一方终端或中继终端MSr的方向为上行链路，反之为下行链路，时隙分配方法步骤如下：

（1）获取TD-SCDMA子帧格式的转换点位置；

（2）如果同时存在两个或两个以上的上行时隙和下行时隙，则选择两个最优的上行时隙，分别记为TSi和TSj(i<j)；选择两个最优的下行时隙，分别记为TSm和TSn(m<n)；否则转向步骤（5）；

（3）上行时隙分配，把TSi分配给MS，TSj分配给MSr；

（4）下行时隙分配，把TSm分配给MS，TSn分配给MSr；

（5）此时只有一个上行时隙或下行时隙；如果只有一个上行时隙，转向步骤（6），否则转向步骤（7）；

（6）选择3个最优的下行时隙，分别记为TSi，TSj和TSk(i>j>k)，TSi分配给MSr的下行链路，TSj分配给MS的下行链路，TSk分配给MS的上行链路，剩下的上行时隙分配给MSr的上行链路；

（7）选择3个最优的上行时隙，分别记为TSi，TSj和TSk(i>j>k)，TSi分配给MS的下行链路，TSj分配给MS的上行链路，TSk分配给MSr的上行链路，剩下的下行时隙分配给MSr的下行链路。

2.根据权利要求1所述的TD-SCDMA与Ad hoc异构网络的时隙分配方法，其特征在于：基于基站端功率的时隙分配方法，上行时隙计算基站接收到的所有移动终端的功率总和，下行时隙计算基站的总发射功率；其中，

在上行时隙k中，基站端接收到的所有用户的功率总和记为

${\mathrm{PR}}_k^{\left(\mathrm{ul}\right)}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{P_i^{\left(c\right)}}{r_i^{\mathrm{\&alpha;}}}+\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{P_j^{\left(a\right)}}{r_j^{\mathrm{\&alpha;}}},$

其中：m是上行时隙k中正在使用TD-SCDMA网络通话的用户数，n是上行时隙k中正在使用Ad hoc网络通话的用户数；

是使用TD-SCDMA网络的移动终端i的发射功率，

是使用Ad hoc网络的移动终端j的发射功率；r_i(i=1…m)是使用TD-SCDMA网络的移动终端i与基站之间的距离，r_j(j=1…n)是使用Ad hoc网络的移动终端j与基站之间的距离；α是路径损耗因子；

在下行时隙k中，基站的总发射功率PTB_k ^dl记为 ${\mathrm{PTB}}_k^{\left(\mathrm{dl}\right)}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{PB}}_i^{\left(c\right)}$

其中，m是下行时隙k中正在使用TD-SCDMA网络通话的用户数，

是TD-SCDMA网络基站分配给移动终端i的功率。

3.根据权利要求1所述的TD-SCDMA与Ad hoc异构网络的时隙分配方法，其特征在于：基于移动终端功率的时隙分配方法；其中，

在上行时隙k中，基站接收到的所有用户的功率总和记为

${\mathrm{PRMS}}_k^{\left(\mathrm{ul}\right)}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{P_i^{\left(c\right)}}{r_i^{\mathrm{\&alpha;}}}+\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{P_j^{\left(a\right)}}{r_j^{\mathrm{\&alpha;}}}$

其中：m是上行时隙k中正在使用TD-SCDMA网络通话的用户数，n是上行时隙k中正在使用Ad hoc网络通话的用户数；是使用TD-SCDMA网络的移动终端i的发射功率，

是使用Ad hoc网络的移动终端j的发射功率；r_i(i=1…m)是使用TD-SCDMA网络的移动终端i与基站之间的距离，r_j(j=1…n)是使用Ad hoc网络的移动终端j与基站之间的距离；α是路径损耗因子；

在下行时隙k中，移动终端l所接收到的信号功率记为

${\mathrm{PRMS}}_{l,k}^{\left(\mathrm{ul}\right)}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{{\mathrm{PB}}_i^{\left(c\right)}}{r_l^{\mathrm{\&alpha;}}}+\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{P_j^{\left(a\right)}}{r_{j,l}^{\mathrm{\&alpha;}}}$

其中：m是下行时隙k中正在使用TD-SCDMA网络通话的用户数，n是下行时隙k中正在使用Ad hoc网络通话的用户数；

是TD-SCDMA网络基站分配给移动终端i的功率；是使用Ad hoc网络的移动终端j的发射功率；r_l是基站和移动终端l之间的距离；r_j,l是使用Ad hoc网络的移动终端j和使用TD-SCDMA网络的移动终端l之间的距离。

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