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，北京（100876）E-mail：chicheng613@gmail.com摘要：随着全球化进程深入到人类生活的各个领域，通信界正在经历一个巨大的变革，使其能够满足不断增长的用户需求。在异构的无线网络环境背景下，无线终端能够选择一个最佳的无线接入点以一种最合适的无线接入技术接入网络是十分必要的。E2R工程研究的是在B3G背景下，资源和功能在用户终端和网络间的最佳配置。最近，随着E2R项目的深入，产生了CPC(CognitivePilotChannel感知导频信道)这样一个新的概念。CPC可以理解为网络选择过程中的一个辅助手段。用户通过CPC获得网络的存在信息，并联合网络完成网络选择的整个过程。鉴于CPC与网络选择有着密不可分的联系，这篇论文中还将介绍可以用于网络选择中的数学算法。关键词：B3G，异构，感知导频信道，网络选择，选择算法1.引文1在异构的无线网络环境背景下，无线终端能够选择一个最佳的无线接入点以一种最合适的无线接入技术接入网络是十分必要的[1]。尤其是在终端开机以后，终端是不知道哪种接入技术是最佳的以及这些接入技术都在哪些频带上工作[2][3]。从长远的角度来看，后一个问题也许更为重要，因为新的频谱管理办法将会允许动态的频谱分配（DynamicSpectrumAllocation）和灵活的频谱管理(FlexibleSpectrumManagement)。在这种情况下，终端在开启一个通信的时候将是完全不知道频谱情况的，这是因为有动态分配机制的存在。如果没有本地的无线接入技术的基本的频谱信息，对全频域的扫描是不可避免的[4]。本文在已有的CPC理论的基础上，提出了一种新的基于邻居网络的CPC实现方案。该方案使得CPC的使用更易推广。规避了由于不同国家频谱规划各异的政治风险。2.最初的CPC理论1本课题得到China-EUS&TCooperationFoundationofMinistryofS&TofChina(0516),EUFP6IntegratedProjectIST-E2RII(IST-2005-027714),andNationalNaturalScienceFoundationofChina(60632030)的资助。在异构网络环境下，带外CPC将会提供相关信息（最少包含可获得的接入技术以及它们的工作频带）给终端，这样终端就能够获得在当时当地情况下最好的方式开启一个通信[4]。这样做会带来多方面的便利：1这些CPC承载的信息会简化网络选择的过程，避免了大范围的扫描。2用户终端会减少电池消耗。3在动态频谱分配和灵活频谱管理的情况下，无论从运营商的角度还是频谱管理者的角度，CPC都是一个比较合适的解决方案。因此E2R设想在一个协调的频带上承载带外CPC。基于以上的分析，带外CPC的公共下行链路应该是没有运营商标识的，因为数据是公共广播的。在CPC中最少应该包含每个运营商的每个无线接入技术的频带信息。基于运营商的接入技术列表，终端选择合适的接入技术接入网络（基于终端本身的存在于SIM卡中的用户信息）。这样最大限度的减少了CPC上加载的信息，同时也减少了CPC所用频带不足的风险。考虑到频带分配上的一些问题，CPC的频带应该是固定的，而不是遵循频谱动态分配的机制。，无线接入技术的选择也将获得简化，CPC的信息将随着每个运营商的的情况的变化而动态更新。而运营商不用广播这些信息。下面将提出CPC一些可能的解决方案，更多的研究将在E2R的二期工程中进行。。使用CPC进行选择要包含一下步骤：1在切换时，手机应先监听带外CPC的信息。2获取存在的运营商和偏好接入方式的列表，手机选择其中最合适的接入方式接入网络。CPC信息将随着每个运营商的策略而更新。带外CPC必须具备终端随时能够获得的特性，即使终端对当前的无线环境一无所知。带外CPC的频带必然是固定的而且是为终端预知的。带外CPC可以在大范围（包含很多小区）广播，并且它应包含所有这些小区的信息。对于每个小区，带外CPC应当包含该小区内的一切可获得的运营商信息，它们的技术和频带信息的组织方式见图1。每个小区的信息可描述为：运营商1{无线接入技术1频带1，2，3}{无线接入技术2频带1，2，3}运营商2{无线接入技术1频带1，2，3}{无线接入技术2频带1，2，3}无线接入技术的选择流程见图21终端启动2确定自己的地理位置3我们假定终端是预知CPC的广播技术及其所占用的频带的4终端从CPC获取该地区的接入技术的信息，运营商的信息，频带信息5终端通过相关的运营商与网络建立连接如果终端定制了某个运营商的服务，它可以通过CPC获取该运营商的信息。继而用获得的信息接入网络.图1带外CPC的承载信息【4】图2使用CPC的网络选择流程【4】3.基于邻居网络的CPC方案3.1带外CPC辅助的异构网络CPC方案基本框架带外辅助带内为主的CPC设计思路，将简单的辅助信息在大区制的带外CPC中发送，将复杂的、细致的、高带宽的信息在小区制的带内CPC发送。通过这种方法，克服大区制的天，获得了CPC的所有益处，增强了无线资源的使用效率，简化了系统设计。现有的带外CPC，希望使用全球统一的频点。这在现实的世界中推广的难度很大。我们认为，需要确定一个大区制的带外CPC的频点集合，其包含了所有可以被使用的CPC频点，而在此频点集合中的每个频点都传输相同的数据。各国无线电管理部门可以应E2R项目组的要求根据当地情况向E2R项目组提供备选的CPC频点。E2R项目组根据未来用户数量的预测，从中选出重要的部分作为CPC集合的元素。从而简化了频点选择的流程，有效规避了政治风险，有利于此概念在世界范围内的推广。由于带外CPC起辅助作用，其传输的数据应该尽量简化，能够辅助手机完成初始搜索即可。内容可以包含国家编码、运营商编码、无线接入技术编码、频带范围等。详细情况如图3所示：图3：带外CPC的内容【4】自图3中可以看出，在一个带外CPC的覆盖范围之内可能会存在多个运营商，每个运营商会运营多种无线接入技术，每种无线接入技术可能会占据多个离散的频点。带外CPC面对的是异构的无线通信网络，在网络中已有多种通信技术，而新兴的无线接入技术和概念正在不断的涌现中。这些无线接入技术都各自规定了不同信道划分方法，在CPC中很难统一描述。因此有必要确定一种统一的编码方案。根据现有的资料，无线接入技术占用的最小带宽是5KHz，使用的最高频点是66GHz。考虑到现有技术的兼容性和未来移动通信技术的发展，可以使用如下的带宽频点表述方法：从0Hz到100GHz的范围内，频点号码从1开始，每隔5KHz加1，这样一个5KHz的频点可以用25bit表示。根据统计表明，一般在一个地区的移动运营商不会超过4个，否则就很难正常运营，而这些无线运营商的使用的无线接入技术非常有限，频点的分布也比较连续。可以假设在一个地区有8个运营商、每个运营商运营8种制式的无线接入技术，使用如上所示的数据广播方案，我们可以计算出，数据数量不超过4kbit。以大区制的无线接入技术，考虑到帧结构的开销，假定每秒每赫兹的数据传输量为0.1bit计算，使用一个50k赫兹带宽的无线频带就能够承载这些数据。图4：带内CPC内容【4】带内CPC由实际承载业务的无线接入技术的下行信道承载。发送的内容用来引导终端进行切换和驱动程序的下载。如同在带外CPC中的情况，基本的信息内容内容包含了国家编码、运营商编码、无线接入技术编码和频点范围。然而不同的是，带外CPC隶属于国家的政府部门，广播的内容包含在带外CPC的覆盖区域中所有运营商的信息。而带内CPC属于运营商自身，广播的信息根据运营商之间的合作关系而产生变化，广播的消息是相邻小区的消息。另外，为了在异构网络条件下进行无线资源管理和网元管理，带内CPC还可以广，并对邻区信息的顺序进行排列。采用和带外CPC相似的数据格式，可以预计带内CPC的数据量基本上是现存的无线通信系统能够承受的。3.2CPC应用场景分析图5：重构终端的应用场景图5中描述了这样的场景：有两个城市，覆盖他们的无线接入技术都包含有较大的覆盖范围的蜂窝和覆盖孤立的热点地区的高速无线接入系统。在图5，高速无线接入系统分别覆盖了机场和火车站。在两个城市中，可能采用不同的蜂窝技术和高速无线接入技术。在每个城市中，高速无线接入系统、蜂窝系统和其他为的无线接入系统是异构协同的，能够为用户提供最好的业务体验。为了让异构的无线通信网络能够更好的工作，两个城市的政府部门都使用带外CPC对本城市进行覆盖。这两个城市之间有较多的商业往来，通过飞机和火车两种交通工具进行连接。在两个城市之间，有稳定的蜂窝技术进行覆盖，没有高速无线接入系统，而由于发送功率和信道环境等因素的影响，带外CPC的也仅仅覆盖了城市中心区的范围，对于两个城市的交接区域存在CPC覆盖盲区。我们可以假设在城市1中，使用的蜂窝技术是CDMA2000，使用的高速无线接入系统是HIPERLAN；在城市2中，使用的蜂窝技术是WCDMA，而使用的无线接入技术是WALN。BS3使用的蜂窝技术是CDMA2000。乘客A（终端A），将乘坐火车从居住城市1到城市2，并假设终端A更加偏好使用高速无线接入系统。其终端中已经存储了城市1使用的RAT的驱动程序，因此无需下载服务。其终端将首先进入到BS1的覆盖范围。在BS1的带内CPC消息中，广播了A和D两个热点地区和BS2的信息。当终端进入火车站，也就是热点地区Ａ，终端将附着在HIPERLAN上。在热点Ａ的带内CPC消息中，只有BS1的信息。随着列车移动，终端重新进入BS1的覆盖范围，并附着在BS1上。并进一步附着在BS2、BS3等基站上。随着列车的进一步移动，终端将进入WCDMA的覆盖范围。幸运的是，两个城市的运营商是一种伙伴的关系，所以在CDMA2000的覆盖范围中广播了BS4采用的蜂窝技术的详细信息，包括使用的国家代码、运营商代码、无线接入技术代码、频率范围和资源占用情况等。终端自主的决定下载WCDMA无线接入技术的驱动程序，并将此程序完整的存储在终端的存储器中以备未来使用。当列车进入到BS5的覆盖区域，终端监听到BS5的临区信息中包含热点地区B、C和BS4的信息，并察觉到热点地区B、C中采用的无线接入技术和终端中存储的驱动程序不同。通过蜂窝系统，终端下载了802.11的驱动，并在到达热点地区B的时候，顺利地使用802.11进行通信。假设乘客B（终端B），从居住城市2乘坐飞机到城市1。与上面的例子类似，乘客B更加偏好使用高速无线接入系统，终端中已经存储了本城市中使用的RAT的驱动，因而无需使用下载服务。当终端到达热点地区C，终端将附着在802.11上。通过802.11的带内CPC信息和上下文关系，终端判定将在未来的时间内，可能工作在CDMA2000或者HIPERLAN的覆盖下。检索自身存储的驱动程序，发现终端中没有CDMA2000或者HIPERLAN的驱动程序。终端将自动的下载这两种驱动程序。此后，用户将登机，并关闭终端。当乘客到达城市1的热点地区D，乘客开机。终端将搜索城市1的带外CPC1，并根据CPC1提供的无线接入技、SIM卡中存储的信息和终端中存储的驱动程序的内容，开始小区搜索。在热点地区D，搜索到两种不同的无线接入技术，CDMA2000和HIPERLAN。随后，根据用户的偏好，终端B选择附着在HIPERLAN上。3.3感知无线电在CPC中的应用图6：感知无线电在CPC中的应用如图6所示，在某城市中，有三种不同的网络覆盖：一是蜂窝系统，二是高速无线接入系统，三是带外CPC。其中，高速无线接入系统的传输速率很高，覆盖范围很