TD-SCDMA集群通信系统基于移动速度的切换策略研究

20100429TD-SCDMA集群通信系统基于移动速度的切换策略研究于晓唐宏重庆邮电大学移动通信重点实验室重庆400065摘要TD-SCDMA数字集群系统是集群通信系统的一个发展方向。首先介绍集群通信系统的单呼和组呼，分析这两种不同通信方式切换的特点；然后对TD-SCDMA系统的传统切换进行介绍，给出TD-SCDMA集群系统基于移动台移动速度的自适应切换算法；最后对切换性能进行简单分析。关键词TD-SCDMA；集群；切换；速度引言随着国内外信息化建设步伐的加快，集群移动通信系统(TrunkingCommunicationSystem，TCS)得到了越来越广泛的发展和应用。集群通信系统分别经历了无线对讲系统、模拟集群系统和数字集群系统几个阶段。集群移动通信系统属于专用移动通信，是一种共享资源、分担费用、向用户提供优良服务的多用途、高效能而又廉价的先进无线调度指挥系统，代表着专用移动通信网的发展方向。集群系统在专业通信领域发挥着巨大的作用，在指挥调度功能要求较高的企业、公安、武警以及军队等部门都十分适用。目前，国内外已经有多种数字集群通信系统。国外如摩托罗拉公司研制、生产的集成数字增强型网络(iDEN)系统，欧洲电信标准委员会制定的TETRA数字集群通信系统。国内如中兴公司的开放式集群架构(GoTa)、华为公司的GT-800系统。作为第三代移动通信国际标准的TD-SCDMA无线接入技术，凭借其先进的技术和合理的成本在公众移动通信领域被广泛认可，在此基础上向具有自主知识产权的数字集群系统拓展[1]，完全符合集群技术发展方向和国家利益发展战略。切换技术的研究越来越深入成熟，基于运动状态的切换算法在国内外也有广泛的研究，如基于动态业务流量的切换算法[2]、基于滞后余量的切换算法[3]等。1TD-SCDMA集群通信系统的呼叫分类及切换方案在集群通信系统中，调度通信即无线通无线方式，主要分为单呼(privatecall)和组呼(groupcall)方式。单呼是用户可以选择和一个人通话(一对一)；组呼是用户选择和一组人一起通话(一对多)。1.1单呼切换方案集群系统的单呼通信是半双工的一对一呼叫，即两个用户之间的通话，它除了具有集群通信系统的半双工模式外，其它特征和普通TD-SCDMA系统的呼叫方式相同，因此其切换方式也是相同的[4]。在单呼方式中，由于是一对一通话，不论是说用户还是听用户中的任何一方产生掉话，最终都只影响两个用户的通话，因此说用户和听用户在切换过程中具有同等的地位，在切换中可以采用相同的方法处理。1.2组呼切换方案集群系统的组呼是一对多的通话，因此也叫群呼。Research&Development基金项目：国家863课题2009AA011302，教育部春晖计划项目Z2007-1-63002。信息通信技术30在组呼中，考虑到系统资源的利用率，下行采用共享信道的方式。在组呼中，由于是一对多通话，每一次通话过程中，只有一个说用户，但却有若干个听用户，如果说用户产生掉话，则所有的听用户也就不能接收到信号，影响的是一个组内所有成员的通话情况。但是对于听用户而言，任何一个听用户掉话，都只影响到自身的通话，对其他的组呼成员没有影响。因此，在组呼中，需要分别对待说用户和听用户的切换。若是说用户，则尽量不切换，例如，可以采用强拆低优先级用户的方法；若是听用户，则可以考虑切换。此外，由于TD-SCDMA通信系统为主被叫用户提供点对点的全双工通信，系统使用智能天线根据用户的上行来波计算出用户的位置，为接力切换的应用提供了可能。而集群通信系统，为组呼用户提供的是点对多点的半双工通信，被叫用户众多，无法在发射下行信号时使用智能天线进行波束赋形，使得系统无法知道每个用户的位置，因此接力切换在TD-SCDMA集群通信系统中的适用性还有待研究。2TD-SCDMA集群通信系统切换算法2.1TD-SCDMA系统中的接力切换算法TD-SCDMA中的接力切换技术一般是采用导频信号强度准则和滞后门限算法。无线网络控制器(RNC)根据用户设备(UE)测量报告的分析判决，当UE测量得到的当前服务小区主公共控制信道接收信号强度(PCCPCHRSCP，简记为RSCP)在一段时间T1内，持续低于一个预先给定的门限值RSCP_DL_DROP时，UE对RNC指配的相邻小区的RSCP进行测量，按如下标准判决是否切换并选择目标小区[5]：上述切换算法中涉及到的各个门限参数含义是：RSCP_DL_DROP(简记为DROP)为切换测量启动门限，RSCP_DL_ADD(简记为ADD)为相邻小区RSCP检测门限，RSCP_DL_COMP(简记为COMP)为切换过程中使用的滞后量，T1、T2为切换计时器门限，可避免由于信号随机起伏引起不必要的切换操作。当同时有多个相邻小区满足该条件时，则RNC可选择RSCP测量值最大的相邻小区作为切换目标小区，也可根据系统其它信息优化地选择一个相邻小区作为切换的目标小区。这些参数与系统的性能指标密切相关，与业务、环境和移动性也有很大关系，需要深入详细地分析、研究和仿真。图1是切换算法各参数之间关系。2.2基于移动速度的切换算法在切换发起时，速度是一个非常重要的影响因素之一。因此，在切换过程中，速度的影响作用是不可以忽视的。当UE在小区边界移动时，不同速度的UE对切换的时延要求不同，如果快速移动的UE不能优先接入目标小区，就会导致通话中断。快速移动用户和慢速移动用户的判定可参考文献[6]。关于切换的算法有很多种，有基于单参数的决策算法，比如传统的接力切换算法，是基于接收信号强度的算法；也有基于多参数的决策算法，如简单附加算法，即多个参数进行较简单附加，从而制定切换算法。本文的切换算法就是结合了接收信号强度和UE的移动速度制定的动态切换门限算法，可以提高切换性能，减少切换延时和增加网络资源利用率。根据参考文献[6]和[7],可知其切换算法有一定的缺陷，特别是速度的变化，导致切换门限变化较快，不利于切换。本文借鉴WIMAX中基于速度的切换算法[8]，提出如下切换算法，通过对速度进行适当的处理，使其更好的适应切换的要求。如下是新的切换算法，分别记为准则1、2、3。图1切换算法各参数之间关系研究与开发20100431准则1准则2准则3其中，是速度门限值，是UE沿基站的移动速度，调整权值，可根据实际情况进行调整，取值范围[0,1]。该值越小，表示动态门限对切换门限的影响越小；若取0，则表示是固定切换门限，在低速移动用户中，可适当调小该值。2.3切换算法流程图在TD-SCDMA集群通信系统中，由于集群系统的特殊应用领域，因此无论是单呼还是组呼，都要尽可能的保证服务质量(QoS)。集群单呼切换与普通3G用户的切换类似，组呼切换中涉及到下行共享信道的问题，切换流程比较复杂，在此仅考虑切换算法的流程。综合以上的分析，系统的切换算法流程图如图2所示[9]。在图2的流程图中，根据UE运动方向优化候选小区的方法简述如下：参考图3，当UE从原服务小区移动，经过小区1的边缘，然后到小区2。当UE是高速移动用户时，移动到小区1边缘处时，这时小区1的RSCP大于小区2的RSCP，但是由于运动速度高，UE会很快移动到小区2，因此，在这种情况下，当小区2边缘RSCP满足UE的信号要求及QoS时，则可以直接切换到小区2，这样不但降低了切换次数，减少了信令开销，更重要的是减少了因切换时间短而引起的掉话。3切换算法性能分析切换过程是无限资源管理的重要组成部分，切换过程的优化对任何一个网络都有非常重要的影响。本论文从切换算法及切换流程两个方面对切换过程进行研究。本论文中提出的切换算法，能在一定程度上提高网络的性能。在切换算法中引入UE的速度，能够自适应的调整切换门限，满足不同速度的UE的切换要求。和其他文献中的相关算法有明显的优势，首先是能够准确而又简单的计算出不同用户的自适应切换门限；其次，当UE移动速度很高时，切换门限不是无限制的上升或下降，而是呈平缓的变化趋势，如图4所示。4总结本文简要阐述了集群通信系统的呼叫分类，并对单呼和组呼方式的切换方式进行了分析。再结合传统的接图2切换算法流程图图3UE运动方向示意图图4不同速度下的门限变化值Research&Development信息通信技术32力切换方式和UE的移动速度，提出了新的基于移动台移动速度的切换门限算法，并给出了切换的流程图。在下一步的研究工作中，需要对新提出的切换算法进行仿真验证，并从切换成功率、切换延时、拥塞率等多个方面进行评估。本文对进一步研究TD-SCDMA集群通信系统的切换有一定的指导意义。参考文献[1][2][3][4][5][6][7][8][9]ShiZhiyong,ZhangZhenyu.DesignandSimulationofTrunkingCommunicationSysteminTD-SCDMANetworkBasedonSIPProtocol[C].InternationalSymposiumonInformationEngineeringandElectronicCommerce,2009:481-485AzitaLailyYusof,MahamodIsmailandNorbahiahMisran.AdaptiveHandoffAlgorithminNext-GenerationWirelessSystems[C].RFandMicrowaveConference,2008:75-80BhattacharyaPP,BanerjeePK.Anewvelocityvariablehysteresis-margin-basedcallhandoverscheme[J].Indianjournalofradio&spacephysics,Vol.35,October2006:368-371黄国强.集群系统的切换技术研究[J].山西电子技术,2005(6):7-9李世鹤.TD-SCDMA第三代移动通信系统标准[M].北京:人民邮电出版社,2003田雨,李方伟.TD-SCDMA系统的自适应门限接力切换[J].中国无线电,2006,17(6):43-46黄丽聪.TD-SCDMA系统中新型接力切换算法研究[D].北京交通大学硕士论文,2008CaiyongHao,HongliLiu,JieZhan.AVelocity-AdaptiveHandoverSchemeforMobileWiMAX[J].Int.J.Communications,NetworkandSystemSciences,2009(2):874-878HandoverProcessors.3GPPTS23.009v5.1.02002-06作者简历ResearchonHandoverinTD-SCDMACommunicationTrunkingSystemYuXiaoTangHongKeyLabofMobileCommunication,ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications,Chongqing400065,ChinaAbstractTD-SCDMAbaseddigitaltrunkingsystemisadevelopmentdirectionoftrunkingcommunicationsystems.Firstly,thispaperintroducesprivatecallandgroupcallinthetrunkingcommunicationsystems,andanalyzesthedistinguishingfeaturesofhandoffintwokindsofcommunicationmodes.Then,thepaperintroducesthetraditionalhandoffoftheTD-SCDMAsystem,andpresentsanadaptivehandoffalgorithmbasedontheUE'svelocityoftheTD-SCDMAtrun