基于多业务模式的软切换优化算法研究

聂 尧,吴 欢,汪德如

（1.皖西学院计算机科学与技术系,安徽六安237012;2.昆明理工大学通信工程系,云南昆明 650051）

基于多业务模式的软切换优化算法研究

聂 尧1,吴 欢2,汪德如1

（1.皖西学院计算机科学与技术系,安徽六安237012;2.昆明理工大学通信工程系,云南昆明 650051）

主要针对现阶段CDMA系统中传统软切换算法中所存在的问题,提出在多业务模式下进行软切换算法的优化。优化算法对不同的业务类型进行分类并标定优先级,兼顾小区负载平衡,达到各小区之间负载平衡和资源的合理利用的目的。仿真结果表明,优化算法显著降低了切换中断率,提高了系统性能,显示出较大的优越性。

3G;软切换;多业务

自从1979年第一个移动通信网络建立以来,移动通信系统经历了翻天覆地的变化[1]（P1-2）[2]（P1-2）。现阶段,我国的3G网络建设如火如荼,三大运营商的3G网络正在加紧建设,3G用户数量也有了大幅增长。3G即第三代移动通信系统,其关键技术有:多载波调制、多址技术、智能天线、信道编码、功率控制、切换技术等。其中切换技术是蜂窝移动网络所特有的保证服务质量的重要技术。切换技术又可分为硬切换和软切换,硬切换主要应用于2G网络,而在3G网络中主要使用软切换技术。在以往对软切换技术的研究中,大多针对参数设置和资源分配问题,而对软切换的判决准则问题则研究得非常少,而且也只针对单业务而言。本文就是针对实际3G网络中多种类型的业务,提出了对现有在CDMA系统中软切换技术的优化。

1 现有软切换算法

1.1 软切换的概念

在移动通信系统中,当移动台（MS）在通话过程中从一个基站（BS）覆盖区移动到另一个基站覆盖区时,用户必须改变在原小区的通信信道,而将通信业务转接到新小区以继续保持通信,这一过程称为切换[1]。目前的移动通信领域存在着不同类型的切换——硬切换、软切换。硬切换是指移动台暂时先断开与原基站联系的信道,而后与新的基站建立新的信道。硬切换可能会在切换过程中产生掉线影响使用者的正常通信。软切换[3]是指在切换过程中,移动用户始终与原基站和新基站都保持通信链路,只有当移动台在与新基站的小区建立稳定的通信后,才与原基站断开联系。

图1 软切换过程

1.2 CDMA系统中典型的软切换算法

无优先权的切换策略[3][4]:此切换策略针对语音业务,新呼叫和切换呼叫的用户共享小区中的S个信道。无论何种呼叫到达,如果小区内所有的信道都繁忙,则到达的呼叫都被系统阻塞。

图2 无优先权切换策略

基于信道预留切换策略[4][5],其又可以细分为:静态资源预留和动态信道预留策略。从用户的角度讲,切换阻塞更让人讨厌。于是人们提出了体现切换呼叫优先级的切换算法——资源预留策略,也就是通过信道预留来降低切换呼叫到达时被拒绝的概率。

图3 信道预留切换策略

基于请求排队的切换策略[6]:针对因切换呼叫到达时由于系统忙而直接被中断的状况,人们提出了对切换呼叫进行请求排队的策略,也就是先进先出（FIFO）的排队策略。当切换呼叫到达时,如果系统存在可以使用的信道,则为其分配信道。反之,如果切换呼叫到达而系统没有存在可以使用的信道时,系统将此切换请求放入排队队列,移动台此时继续使用原小区信道,直到新小区有空闲信道为止。

图4 请求排队的切换策略

2 基于CDMA系统的多业务软切换算法

2.1 CDMA系统中的业务类型

表1 3G业务分类

3G的业务可以从不同的角度进行不同的分类,每种分类所属的各种业务是相互交错的。UMTS规范定义了4种业务类别,分别是:会话类业务（Conversational）,交互业务 （Interactive）,流业务（Streaming）和背景业务（Background）。在本文中,我们按照业务的紧急程度将3G下的业务分为4类,其具体特性分别如表1所示。

2.2 系统模型

设N h、Nn、N d、Nv分别是在第n个时期小区中话音切换用户、话音新呼用户、数据用户、视频用户的数目,χh、χn、χd、χv分别是上述用户的激活因子。在理想功率控制情况下,基站接收到各移动台的信号具有相同的功率电平S。则对于小区的四种业务的用户移动台来讲,来自本小区的干扰功率分别为[7]:

基站接收到的本小区总功率和总干扰功率为:

其中NOW为背景噪声功率,如果忽略NOW,且令PO/P1=π,π表示接收到其他小区的总功率与接收到本小区的总功率之比。则

由以上可以得出第k个用户的信噪比为:

其中Rk为用户的传输速率,χk为其激活因子,W为系统带宽。

则根据可得到这四种业务的信噪比分别是:

如果定义小区中某种业务的剩余容量是基站在保证小区内用户通信质量的基础上还能接受新用户的数目[8],因此,当一个小区某一个时刻可以接受切换业务的移动台的数目为Ch,而其上行链路信噪比的门限为V h,则必须保证:

联立式（3-9）和式（3-13）可以解得能够接入切换用户的信道容量为:

同理可得接入剩余三种业务的信道容量分别为:

其中,Ch、Cn、Cv、Cd的取值分别向下取整。在以往的切换算法中,往往在选择切换的最佳小区时以传播损耗作为标准,进行切换。在本切换算法中,综合考虑小区的剩余容量和传播路径损耗,因此软切换时的目标小区为:

图5 新旧算法比较

其中假设本文中的视频源N=1,参考实际3G系统参数,M的取值为7～14,本文取M=8[9]。

本文使用MA TLAB作为仿真软件,在仿真中,我们假设四种业务均匀分布并且各业务按同样的到达率到达,结果如图5。从图5中我们可以看出在假设的情况下,话音、视频、数据用户的切换中断率随着用户到达率的增加而上升,这是由于到达的用户越多,产生的干扰越大,用户的切换成功率越低。而对每一种业务而言,优化算法的切换中断率明显要低于传统算法,这是由于优化算法考虑了小区负载,使得业务尽可能均匀分配,系统资源分配更加合理,从而提升了网络性能。

3 仿真参数设定及结果分析

表2 系统参数设定[7]

4 结论

本文针对现有CDMA系统中多业务情况下的软切换算法的不足,提出了一种新的算法,通过仿真实验,结果表明新算法较以往的传统软切换算法在多业务的情况下有了较大的改进。

当前,本系统还只是对几种业务进行建模仿真,今后,还要针对实际业务种类,加入更多的业务模型,以期系统能够更好地对实际CDMA系统进行仿真,发挥更大的作用。

[1]杨大成.Cdma2000技术[M].北京:北京邮电大学出版社,2000.

[2]彭林,等.第三代移动通信技术[M].北京:电子工业出版社,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,吴诗其.多业务CDMA蜂窝移动通信系统的软切换研究[J].系统工程与电子技术,2002,24（12）:43-46.

[8]肖琨,吴诗其.一种新的CDMA软切换算法及其对软切换性能的改善[J].通信学报,2003,24（11）:66-72.

[9]张丹丹,方旭明,朱龙杰.一种新的对称CDMA系统中非对称业务下的呼叫允许控制策略[J].电子学报,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

聂尧（1982-）,男,安徽六安人,硕士,助教,研究方向:数字图像处理、无线通信;吴欢（1983-）,女,陕西咸阳人,硕士生,研究方向:无线通信网络,网络融合;汪德如（1962-）,男,安徽六安人,皖西学院副教授,研究方向:信号处理。