CN1286584A - 蜂窝移动通信系统中的动态信道分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种蜂窝移动通信系统中的动态信道分配方法,采用分类紧致的算法,根据信道的复用模式将整个服务区分成不同类别的小区及对应模块;确定信道在不同小区中的权值;将信道按权值的大小顺序排队。选择该模块中对该小区权值顺序最前的空闲信道进行响应;呼叫结束时,将该小区正在使用的权值顺序最后的信道的用户切换到该权值顺序最前的信道上。实施本发明方法,能够减少信道重新分配的频率,有效降低呼阻率。

Description

蜂窝移动通信系统中的动态信道分配方法

本发明涉及移动通信领域，尤其涉及蜂窝移动通信系统中的资源分配技术。

随着移动用户的急剧增加，如何提高现有频谱资源的利用率已成为制约移动通信发展的一个关键。采取良好的信道分配技术以提高频谱效率是解决拥挤的频谱资源的有效措施之一。

一般地，为了有效地利用有限的可用无线信道资源，移动通信系统采用了无线电信道的地理重复利用，其中相同的无线电信道被一个以上的在地理上相距一定距离的基站所使用，凭借这种方法，能够实现更高的频谱利用率，从而增大系统的容量。然而这种信道重复使用距离不能无限的小，因为当信道重复复用距离变小时，产生了来自相同的无线电信道的干扰，因此需要将相同无线电信道的重复使用限制在彼此在空间上充分分开的基站中，以将干扰限制在一定的可容忍范围内。

在实际条件下，实现这种无线电信道重复使用的方法，包括固定信道分配方案和动态信道分配方案。其中，固定信道分配是根据实际测量或通过理论计算而获得的服务区中的无线电电波传播状态和通信量分布，将无线电信道固定地分配给各个小区，某小区的呼叫只能使用该小区预先规定的信道。其特点是：方法简单、便于实现，但是未能从全局出发，因而有较高的呼阻率。动态信道分配不是将信道固定地分配给某个无线小区，而是所有信道归整个系统共享。当某个呼叫来临时，控制中心就从所有可用信道中选择一个合适的信道供其使用，而且每个无线小区所使用的信道数是不固定的，当某时刻话务量大时，所使用的信道数就要多一些，否则就少一些。显然若没有信道再分配技术，则仅当业务量较小时才有较低的呼阻率。一种典型的、理想化的信道分配方案是MP(Maximum Packing)算法，其思想是一种利用全局信息优化的思想，当某小区有呼叫时，若有可用信道则予以分配，若无，则对所有小区实施信道重分配，以便为新呼叫提供一可用信道，尽管MP算法可以达到良好的性能指标，但是由于算法的随机性必然使信道重新分配频繁发生，具极大的盲目性，而且计算量过大，没有有效的实现方式。

本发明的目的是克服现有技术的不足之处，而提供一种减少信道重新分配的频率，且有效降低呼阻率的优化的蜂窝通信系统中的动态信道分配方法。

本发明的目的是这样实现的，一种蜂窝移动通信系统中的动态信道分配方法，包括以下步骤：

(1)在系统的初始设置中，根据信道的复用模式将整个服务区分成不同类别的小区；并将整个服务区相应分成不同类别小区的对应模块；确定信道在不同小区中的权值，使每个小区均可使用系统中的任何一个信道，但每一个信道都有不同的权值，对于同一个信道，在同类小区中具有一致的权值，但在不同类小区中权值却不同；将信道按权值的大小顺序排队；

(2)在系统运行中，选择该模块中对该小区权值顺序最前的空闲信道进行响应；呼叫结束时，将该小区正在使用的权值顺序最后的信道的用户切换到该权值顺序最前的信道上。

本发明的蜂窝移动通信系统中的动态信道分配方法通过采用模块化分类紧致算法，可以保证某小区优先使用其他同类小区中正在使用的信道，而且使同类小区中，信道使用的相同程度尽量大，从而达到优化的信道分配，能够减少信道重新分配的频率，有效降低呼阻率。

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

图1为应用本发明方法的蜂窝移动通信系统的一个实施例的小区分类示意图；

图2(a)、(b)、(c)为图1所示的系统中，不同类小区所对应的模块示意图；

图3为本发明在响应呼叫时的信道分配流程图。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，使用本发明方法的系统为3-模式蜂窝移动通信系统，将可以使用相同信道的小区称为同类小区，整个系统可分为X、Y、Z三类小区。

本发明中，不同类别小区所对应的模块的大小为以该小区为中心，以同道复用距离为半径所围成的面积。如图2(a)、(b)、(c)所示，在本实施例中，将同道复用距离设为D=3R，其中R为蜂窝半径，则本系统可以分成三类模块：X类模块、Y类模块、Z类模块。当响应呼叫时，呼叫的阻塞与否仅与该小区所处的模块的信道使用情况有关。

假定整个服务区域共有N个小区，可用的信道总数为M，进行信道配置时，首先必须满足给定的非干扰的限制条件，这些限制条件指定了两个信道在频域中为了满足可接受的信干比S／I条件所必须分开的最小距离，这些距离放在相关矩阵C中，其大小为N*N，本发明中我们所考虑的相关矩阵为：

上式表示当分配给小区i与小区j之间的距离小于复用距离时，分配给小区i与小区j的最小间隔为1。

我们采用模块化分类紧致的方法对系统进行信道配置，使每类小区均可使用系统中的任何一个信道，但每一个信道都有不同的权值。对于同一个信道，在同类小区中具有一致的权值，但在不同类小区中权值却不同。需要说明的是，同类小区中各小区正在使用的信道数是不一定相同的。

令N(A)表示小区A所在的对应类模块(X、Y或Z类模块)中正在使用的不同信道的数量。首先，将整个服务区域所有可用的信道按照可用频点及时隙排队，其排队原则是先频点后时隙顺序排队，也就是说将信道对应的频率值越小的信道排在前面，而较大的相应排在后面，在同一频率中对应时隙较小的信道排在前面，而时隙较大的放在后面，记排队序列为：C₁，C₁，……，C_j，……，C_M，其中j代表某信道的在整个系统中可用信道中对应的编号；然后，将所有可用信道按服务区复用模式K分成K个序列，各序列的长度尽量相近。将不同类小区中权值最小的信道编号分别定义为上述序列段的起点，此后某类小区中信道随该序列段中信道编号的顺序递增而相应的信道权值依次变大；当一个序列段信道权值分配结束后，该类小区中信道的权值分配的顺序是：依次交错选取其他类小区中信道权值分配所对应的序列段编号最大的信道，在其他类小区中对应的序列段中编号越大的信道，在该类小区中相应的权值相对越小，直至穷尽所有信道。

当M可以被K所整除时(M=Kn)，信道的权值分配的一个具体实施例如下：

将整个服务区域所有可用的信道按照先频点后时隙顺序排队，并均匀等分为K份，形成K个长度相同的序列段，记排队序列为：C₁，C₂，……，C_n；C_n+1，C_n+2，……，C_2n；……；C_(K-1)n+1，C_(K-1)n+2，……，C_Kn。将不同类小区的信道权值的最小值所对应的信道编号分别定义为上述序列段的起点，即C₁，C₂，……，C_(K-1)n+1；此后某类小区中信道随该等分序列段中信道编号的顺序递增而相应的信道权值依次变大。当一个序列段信道权值分配结束后，该类小区中信道的权值分配的顺序是：依次交错选取其他类小区中信道权值分配所对应的序列段编号最大的信道，在其他类小区中对应的序列段中编号越大的信道，在该类小区中相应的权值相对越小，直至穷尽所有信道。

在某类小区中信道权值的大小依上述所有信道在该类小区中的选择顺序由小变大，但权值的大小选取不完全确定，一种实用的取法是依信道在该类小区中的选择顺序依次将权值赋为：1、2、……、Kn。如表1所示是K=3时，信道的权值分配的一个实例：表1

需要说明的是，在某类小区中，权值较小的信道有较高的使用机会，也就是说当有呼叫到达某小区，首先给其分配一较低权值的信道，只有当低权值的信道正被同小区的其他呼叫或被其所在模块内的其他小区的呼叫使用，才能分配较高权值的信道。

如图3所示，当响应呼叫时，信道分配的流程如下：

(1)判断某小区A是否存在呼叫，若有，则执行下一步；若无，则跳到第4步；

(2)研究小区A所在的对应模块，若N(A)=M，则呼叫受阻；若N(A)＜M，则继续；

(3)按照不同类小区的所有可使用信道(如上表所示)的权值从低到高为该呼叫分配信道，只有当低权值的信道正被同小区的其他呼叫或被其所在模块内的其他小区的呼叫使用，才能分配较高权值的信道；

(4)判断小区A有否呼叫结束，当使用较小权值的信道上的呼叫结束后，则将该小区中具有最大权值的信道上的呼叫切换到该空闲的较小权值的信道上。

通过对该算法的分析，可以发现：整个系统是由一个个相互交错的不同类模块构成的，在每一个模块中可用的信道总数均为一个常数M，只要该区正在使用的信道数没有达到这个极值，且满足非干扰的限制条件，就可以保证呼叫不会受阻。当为某小区的呼叫分配信道时，权值较小的信道有较强的使用机会，只有当低权值的信道正被该模块中某呼叫使用，才能分配较高权值的信道。

上述模块化分类紧致算法，可以保证某小区优先使用其他同类小区中正在使用的信道，而且使同类小区中信道使用的相同程度尽量大，从而达到优化的信道分配。

Claims (6)

1．一种蜂窝移动通信系统中的动态信道分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在系统的初始设置中，根据信道的复用模式将整个服务区分成不同类别的小区；并将整个服务区相应分成不同类别小区的对应模块；确定信道在不同小区中的权值，使每个小区均可使用系统中的任何一个信道，但每一个信道都有不同的权值，对于同一个信道，在同类小区中具有一致的权值，但在不同类小区中权值却不同；将信道按权值的大小顺序排队；

(2)在系统运行中，选择该模块中对该小区权值顺序最前的空闲信道进行响应；呼叫结束时，将该小区正在使用的权值顺序最后的信道的用户切换到该权值顺序最前的信道上。

2、根据权利要求1所述的动态信道分配方法，其特征在于：所述步骤1)中所述不同类别小区的对应模块的是以某小区为中心，以同道复用距离为半径所围成的面积。

3、根据权利要求1所述的动态信道分配方法，其特征在于：所述步骤(1)中确定信道在不同小区中的权值的方法如下：

(1)将整个服务区域所有可用的信道按照先频点后时隙顺序排队，记排队序列为：C₁，C₂，……，C_j，……，C_M，其中j代表某信道的在整个系统中可用信道中对应的编号；

(2)将所有可用信道的按服务区复用模式数K分成K个序列段；将不同类小区中权值最小的信道编号分别定义为上述序列段的起点，此后某类小区中信道随该序列段中信道编号的顺序递增而相应的信道权值依次变大；当一个序列段信道权值分配结束后，该类小区中信道的权值分配的顺序是：依次交错选取其他类小区中信道权值分配所对应的序列段编号最大的信道，在其他类小区中对应的序列段中编号越大的信道，在该类小区中相应的权值相对越小，直至穷尽所有信道。

4、根据权利要求3所述的动态信道分配方法，其特征在于：整个服务区域中可用信道总数M可以被复用模式数K所整除，所述步骤(1)中确定信道在不同小区中的权值的方法如下：

(1)将整个服务区域所有可用的信道按照先频点后时隙顺序排队，并均匀等分为K份，形成K个长度相同的序列段，记为：C₁，C₂，……，C_n；C_n+1，C_n+2，……，C_2n；……；C_(K-1)n+1，C_(K-1)n+2，……，C_Kn；

(2)将不同类小区权值最小的信道编号分别定义为上述序列段的起点，即C₁，C₂，……，C_(K-1)n+1；此后某类小区中信道随该等份序列段中信道编号的顺序递增而相应的信道权值依次变大，当一个序列段信道权值分配结束后，该类小区中信道的权值分配的顺序是：依次交错选取其他类小区中信道权值分配所对应的序列段编号最大的信道，在其他类小区中对应的序列段中编号越大的信道，在该类小区中相应的权值相对越小，直至穷尽所有信道。

5、根据权利要求1所述的动态信道分配方法，其特征在于：所述步骤(2)中，当响应呼叫时，按以下流程进行信道分配：

(1)判断某小区是否存在呼叫，若有，则执行下一步；若无，则跳到第4步；

(2)研究该小区所在的对应模块，若N(A)=M，则呼叫受阻；若N(A)＜M，则继续；

(3)按照不同类小区的可使用信道的按权值为该呼叫分配信道，只有当较低权值的信道正被同小区的其他呼叫或被其所在模块内的其他小区的呼叫使用，才能分配较大权值的信道；

(4)判断该小区有否呼叫结束，当使用较低权值的信道上的呼叫结束后，则将该区中具有最大权值的信道上的呼叫切换到该空闲的较小权值的信道上；

其中N(A)表示该小区所在的对应类模块中正在使用的不同信道的数量，M表示系统可用的信道总数。

6、根据权利要求5所述的动态信道分配方法，其特征在于：所述信道分配流程步骤(3)中，呼叫阻塞与否，仅与该模块的信道使用情况有关，由下列矩阵保证：

即当分配给小区i与小区j之间的距离小于复用距离时，分配给小区i与小区j的最小间隔为1。

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