LTE系统中基于图着色算法的PCI自动分配方法

郝 龙

(中国电子科技集团公司第二十研究所,陕西 西安 710068)

0 引 言

PCI全称Physical Cell Identity，即物理小区标志[1]。LTE系统中，用户终端(UE)以此区分不同小区的无线信号。LTE系统提供最大504个PCI，网管配置时，为小区配置0～503之间的一个号码。但在实际网络环境中，PCI资源是大大受限的，无法保证每个小区的PCI唯一性[2]。因此，PCI资源的复用就成了LTE网络规划中非常重要的内容。

本文使用基于顶点着色算法的PCI自配置技术，能够最大限度地复用PCI资源，同时能够在小区节点数目增加或减少时自动配置PCI，达到PCI有效复用。

1 PCI分配原则

在LTE系统中，用户终端需要从基站信号中解出2个序列：主同步序列和辅助同步序列。由2个序列的序号组合，得到小区的ID[3]。

在PCI分配时，需要遵循以下原则：

(1) 不冲突原则：保证同频相邻小区之间的PCI不同，避免干扰，如图1所示。

图1 PCI分配冲突

(2) 不混淆原则：保证某个小区的同频邻小区PCI值不相等，即任何小区的所有邻区都应有不同的PCI，如图2所示。

图2 PCI分配混淆

2 PCI自动分配设计

2.1 总体设计

PCI自动分配方法由2个部分内容组成：PCI分配和PCI优化。PCI分配是指在小区初始化阶段时，网管即操作维护中心(OMC)给每个小区初始分配有效的PCI。PCI优化是指网络运行过程中，网管能够对各小区进行PCI的自我优化。其中，PCI优化过程需保证PCI的分配原则，即不冲突、不混淆。

2.2 基于图论的顶点着色算法PCI分配设计

将图论中顶点着色算法应用到PCI分配中。PCI分配设计分为3个阶段：网络初始化阶段、网络节点变化分配阶段和混淆解决阶段[4]。

(1) 网络初始化阶段

在网络初始化阶段，网管(OMC)获取管控小区范围内可用的PCI数量，结合已有小区相关信息(包括小区拓步结构、邻区关系等)，进行初始化PCI分配。将所有基站映射为图着色节点，通过顶点着色方法，可保证节点之间采用不同的颜色，从而实现PCI的合理分配，如图3所示。

图3 图着色PCI分配方法

(2) 网络节点变化分配阶段

通过迭代，对小区中每一个PCI节点进行着色，最终使得每对相邻节点采用不同的颜色(即不同的PCI)[5]。

定义：一级邻区：当前小区的直接邻区；二级邻区：当前小区一级邻区的邻区；三级邻区：当前小区二级邻区的邻区。

遍历循环网管管控范围的小区节点。

步骤1：检查当前节点的三级邻区的PCI集合是否在一级邻区和二级邻区中未被使用，如果未被使用，则使用该集合中的最小PCI，结束该节点的分配。

步骤2：检查在一级邻区和二级邻区中未被使用的PCI集合是否包含在已使用的PCI集合中，如果是，则从集合中选择最小PCI作为当前节点的PCI，否则执行下一步。

步骤3：如果可用的PCI集合和已使用的PCI集合相同，全网重新规划；否则，从可用的PCI集合中选择最小的PCI作为当前节点的PCI。

对所有小区循环执行以上步骤，完成节点变化分配阶段的分配。

(3) 混淆解决阶段

步骤1：建立当前节点的一级邻区中使用的相同PCI的节点列表。

步骤2：将列表中的节点按小区ID降序排列。

步骤3：删除列表中小区ID号最大的节点。

步骤4：更改列表中剩余节点的PCI。

3 网络节点的增加和删除

在实际网络中，存在网络节点增加或删除的可能。若每次增加或删除需要重新规划一遍PCI，则非常消耗资源。这里对网络节点的增加和删除进行了自配置，能够对已规划的PCI进行最小程度的规划更改。需要注意的是，实际网络节点增加或者删除时，其他小区的邻区关系也可能发生改变。

3.1 小区增加

步骤1：获取增加小区的信息，包括小区ID、位置信息和邻区关系，同时更新整个网络的网络关系拓扑图。

步骤2：使用图着色算法进行PCI分配。

步骤3：混淆处理。

3.2 小区删除

步骤1：将需要删除小区设为当前小区，获取当前小区的信息，包括小区ID、新增加的剩余小区邻区关系，同时更新整个网络的网络关系拓扑图。

步骤2：建立当前小区更新后的一级邻区列表，使用图着色算法为该列表内的小区重新分配PCI。

步骤3：删除当前小区的所有信息。

步骤4：混淆处理。

4 仿真结果和分析

仿真验证中，读取了某地区真实的小区位置信息和邻区关系，采用文中的图着色算法分别对原始小区拓扑关系、删除小区节点和增加小区节点3种情况进行了仿真。为方便展示，输出最大12个小区节点，仿真结果如图4～图6所示。

图4 采用图着色算法的PCI分配结果

图5 小区节点删除后的PCI分配结果

图6 小区节点增加后的PCI分配结果

图4为读取小区拓扑后的仿真结果，其中圆内括号内的数字为小区ID，括号外数字为PCI。可以看到总共12个小区，使用本文的PCI分配方法后，PCI号使用了0～6共7个PCI号。

删除小区节点12后，小区2的PCI号由4更新为3，符合PCI分配原则。

改变小区9的邻区关系，增加小区1后，PCI进行了自动重新分配。

5 结束语

本文将图着色算法应用至LTE系统的PCI分配中，能够实现多小区无冲突无混淆的PCI分配，并能在小区节点增加或删除时最小变动的情况下自动分配PCI，通过仿真结果验证了可行性。