蜂窝移动通信系统频宽管理策略应用研究

杨东福

（南阳农业职业学院机电工程学院，河南南阳 473000）

1 蜂窝式系统的基础架构

蜂窝网络即为移动网络，它是实现移动通信所需的基础硬件架构，在生产实际中，一般将其划分成模拟以及数字等两种不同的蜂窝网络。

无线通信利用蜂窝式系统的架构，让MH可以在不同的蜂窝间移动，并且透过此架构就能与全世界进行通话联机。因此，不论MH是否在同一个业者的蜂窝或是移动交换中心下，都要能够提供换手和建立连线的服务。

2 区域配置策略

2.1 固定配置策略

固定式配置策略中，需要确定蜂窝Ci集合中的所有传感器Si，j的管理区域Ci，j，建立区域范围，并明确固定为Ci，j=Ni，j∪Oi，j，变量j为整数。

2.2 最大最小配置策略

初始：O（Ci）为全部的重迭区域{Oi，1，Oi，2，…，Oi，m}，将Ni，j指定到Ci，j其中j=1，2，…，m，而m为AAA分割的数量。

步骤1：判断O（Ci）内的区域是否为空集合，假如是空集合就代表重迭区域内已配置完毕；不是空集合则继续往下执行步骤2。

步骤2：对集合O（Ci）中间的流量进行两两比较，最终选择出区域Oi，j，该区域具有最大流量λ（Oi，j），然后接着执行下一步骤3；

步骤3：由Oi，j的非重迭区域N（Oi，j）内进行区域流量比对，寻找出流量较小的区域为Ci，k，然后继续完成步骤4的操作。

步骤4：可以把区域Oi，j交付于Ci，k进行管理，支持将Oi，j从O（Ci）中删除，后重新返回步骤1执行相关操作。

2.3 最大最大配置策略

初始：O（Ci）为全部的重迭区域的集合{Oi，1，Oi，2，…，Oi，m}，将Ni，j指定到Ci，j其中j=1，2，…，m，而m为AAA分割的数量。

步骤1：判断O（Ci）内的区域是否为空集合，假如是空集合就代表重迭区块内已配置完毕；不是空集合则继续往下执行步骤2。

步骤2：对集合O（Ci）中间的流量进行集中比较，最终选择出区域Oi，j，该区域具有最小流量λ（Oi，j），然后接着执行下一步骤3；

步骤3：由Oi，j的非重迭区域N（Oi，j）内进行区域流量比对，寻找出流量较小的区域为Ci，k，然后继续完成步骤4的操作。

步骤4：可以把区域Oi，j交付于Ci，k进行管理，支持将Oi，j从O（Ci）中删除，后重新返回步骤1执行相关操作。

2.4 频宽配置方法介绍

在固定的配置方法中，蜂窝Ci被m个传感器分割成Ci，1，Ci，2，…，Ci，m等m个区域，然后给所有的传感器Si，k都可以分别配置相应码B的部分码B（Si，k），需要采用的码配置策略具体如下所示：

步骤1：首先可以将分布于区域内的Si，1，Si，2，…，Si，m等所有传感器进行分割处理，形成由G1，G2，…，GCS等构成的子集合，这些子集合具有许多传感器，它们中任意两个传感器的实际距离必须要大于Dmin。同时可以将系统频宽B进行进一步分割，形成由B1，B2，…，BCS等构成的子集合，它们之间处于相互独立的状态。

步骤2：Gk中的传感器，配置频宽Bk，其中k等于1，…，CS。

在固定配置方法中，系统码B主要由B1，B2，…，BCS这些子码构成，这些子集合所具有的码的个数基本相同，区域Gk中的传感器可以配置CS个码到Bk中，同时可以确定采用固定配置方法时，不同传感器被配置的码的数基本一样，而且是固定的。

3 自适应控制策略设计

在蜂窝移动系统服务区域配置部分中，我们利用最小标准偏差的服务区域配置策略，对于一个由m个传感器所组成的基站Ci，它内部的区域可分成m个重迭区域{Oi，1，Oi，2，…，Oi，m}和m个非重迭区域{Ni，1，Ni，2，…，Ni，m}。对于一个非重迭区域Ni，j他只能由传感器Si，j负责，但是对于一个重迭区域Oi，j它能负责的传感器有两个。因此，m个传感器所能形成的配置方式共有2m组，为方便起见用A（Ci）={Ai，1，Ai，2，…，Ai，2m}代表全部的可能配置情形。

步骤1：当S侦测到环境改变时（如S的流量变高），就会进行步骤2，不断优化迭代，使系统趋于更好的稳定性和鲁棒性。

步骤2：传感器S会去收集S’中的主频宽集B（S’）配置和它们目前的流量λ（S’），其中接着执行步骤3。

步骤4：由B（S）中寻找是否有Reward（S，c）大于0的码c。若有的话就执行步骤5。反之，则中止频宽重新配置，并且回到步骤1。

步骤5：S会获得码c，而原来拥有码c的传感器IP（S，c）放弃码c（B（S'）←B（S'）-{c}），接着将c由B'（S）中移除（B'（S）←B'（S）-{c}），再回到步骤3继续执行。

4 仿真结果分析

在仿真中，分布重迭区域的人数分别为20%、30%及40%。在324个区域中，又分成5个以及8个高负载区域的情况。其横坐标表示移动用户的平均通话到达率，纵坐标表示通话的阻碍。为方便显示，图标中我们将以Fixed表示固定式配置策略，以MinSTD表示最小标准偏差配置策略，以MaxMin表示最大最小配置策略，以MaxMax表示最大最大配置策略。

图1显示，分布在重迭区域人数为20%，高负载区域为5个时，并且分布在高负载区域人数为10 000人的10%的情况，在平均通话到达率为0.36通至2.52通下，固定式配置策略的通话故障率为0%至6.44%，最大最大配置策略为0%至6.80%，最大最小配置策略为0%至3.96%，而最小标准偏差配置策略的通话故障率为0%至3.88%。就整体的通话故障率而言，最小标准偏差配置策略能降低固定式策略39.71%至95.27%、最大最大配置策略可降低42.96%至96.68%、而最大最小配置策略则可降低0.33%至15.39%的平均通话故障率。

图1 POA=20%，nhot=5，Phot=10%时的通话故障率

图2显示，重迭区域人数为30%，高负载区域为5个时，高负载区域的人数有10 000人的10%分布，在平均通话到达率为0.36通至2.52通下，固定式配置策略的通话故障率为0%至6.44%，最大最大配置策略为0%至6.99%，最大最小配置策略为0%至2.80%，而最小标准偏差配置策略的通话故障率为0%至2.75%。就整体的通话故障率而言，最小标准偏差配置策略能降低固定式策略57.19至99.56%、最大最大配置策略可降低60.60%至99.70%、而最大最小配置策略则可降低1.32%至87.50%的平均通话故障率。

图2 POA=30%，nhot=5，Phot=10%时的通话故障率