蜂窩移動通信系統頻寬管理策略應用研究

楊東福

（南陽農業職業學院機電工程學院，河南南陽 473000）

1 蜂窩式系統的基礎架構

蜂窩網絡即為移動網絡，它是實現移動通信所需的基礎硬件架構，在生產實際中，一般將其劃分成模擬以及數字等兩種不同的蜂窩網絡。

無線通信利用蜂窩式系統的架構，讓MH可以在不同的蜂窩間移動，并且透過此架構就能與全世界進行通話聯機。因此，不論MH是否在同一個業者的蜂窩或是移動交換中心下，都要能夠提供換手和建立連線的服務。

2 區域配置策略

2.1 固定配置策略

固定式配置策略中，需要確定蜂窩Ci集合中的所有傳感器Si，j的管理區域Ci，j，建立區域范圍，并明確固定為Ci，j=Ni，j∪Oi，j，變量j為整數。

2.2 最大最小配置策略

初始：O（Ci）為全部的重迭區域{Oi，1，Oi，2，…，Oi，m}，將Ni，j指定到Ci，j其中j=1，2，…，m，而m為AAA分割的數量。

步驟1：判斷O（Ci）內的區域是否為空集合，假如是空集合就代表重迭區域內已配置完畢；不是空集合則繼續往下執行步驟2。

步驟2：對集合O（Ci）中間的流量進行兩兩比較，最終選擇出區域Oi，j，該區域具有最大流量λ（Oi，j），然后接著執行下一步驟3；

步驟3：由Oi，j的非重迭區域N（Oi，j）內進行區域流量比對，尋找出流量較小的區域為Ci，k，然后繼續完成步驟4的操作。

步驟4：可以把區域Oi，j交付于Ci，k進行管理，支持將Oi，j從O（Ci）中刪除，后重新返回步驟1執行相關操作。

2.3 最大最大配置策略

初始：O（Ci）為全部的重迭區域的集合{Oi，1，Oi，2，…，Oi，m}，將Ni，j指定到Ci，j其中j=1，2，…，m，而m為AAA分割的數量。

步驟1：判斷O（Ci）內的區域是否為空集合，假如是空集合就代表重迭區塊內已配置完畢；不是空集合則繼續往下執行步驟2。

步驟2：對集合O（Ci）中間的流量進行集中比較，最終選擇出區域Oi，j，該區域具有最小流量λ（Oi，j），然后接著執行下一步驟3；

步驟3：由Oi，j的非重迭區域N（Oi，j）內進行區域流量比對，尋找出流量較小的區域為Ci，k，然后繼續完成步驟4的操作。

步驟4：可以把區域Oi，j交付于Ci，k進行管理，支持將Oi，j從O（Ci）中刪除，后重新返回步驟1執行相關操作。

2.4 頻寬配置方法介紹

在固定的配置方法中，蜂窩Ci被m個傳感器分割成Ci，1，Ci，2，…，Ci，m等m個區域，然后給所有的傳感器Si，k都可以分別配置相應碼B的部分碼B（Si，k），需要采用的碼配置策略具體如下所示：

步驟1：首先可以將分布于區域內的Si，1，Si，2，…，Si，m等所有傳感器進行分割處理，形成由G1，G2，…，GCS等構成的子集合，這些子集合具有許多傳感器，它們中任意兩個傳感器的實際距離必須要大于Dmin。同時可以將系統頻寬B進行進一步分割，形成由B1，B2，…，BCS等構成的子集合，它們之間處于相互獨立的狀態。

步驟2：Gk中的傳感器，配置頻寬Bk，其中k等于1，…，CS。

在固定配置方法中，系統碼B主要由B1，B2，…，BCS這些子碼構成，這些子集合所具有的碼的個數基本相同，區域Gk中的傳感器可以配置CS個碼到Bk中，同時可以確定采用固定配置方法時，不同傳感器被配置的碼的數基本一樣，而且是固定的。

3 自適應控制策略設計

在蜂窩移動系統服務區域配置部分中，我們利用最小標準偏差的服務區域配置策略，對于一個由m個傳感器所組成的基站Ci，它內部的區域可分成m個重迭區域{Oi，1，Oi，2，…，Oi，m}和m個非重迭區域{Ni，1，Ni，2，…，Ni，m}。對于一個非重迭區域Ni，j他只能由傳感器Si，j負責，但是對于一個重迭區域Oi，j它能負責的傳感器有兩個。因此，m個傳感器所能形成的配置方式共有2m組，為方便起見用A（Ci）={Ai，1，Ai，2，…，Ai，2m}代表全部的可能配置情形。

步驟1：當S偵測到環境改變時（如S的流量變高），就會進行步驟2，不斷優化迭代，使系統趨于更好的穩定性和魯棒性。

步驟2：傳感器S會去收集S’中的主頻寬集B（S’）配置和它們目前的流量λ（S’），其中接著執行步驟3。

步驟4：由B（S）中尋找是否有Reward（S，c）大于0的碼c。若有的話就執行步驟5。反之，則中止頻寬重新配置，并且回到步驟1。

步驟5：S會獲得碼c，而原來擁有碼c的傳感器IP（S，c）放棄碼c（B（S'）←B（S'）-{c}），接著將c由B'（S）中移除（B'（S）←B'（S）-{c}），再回到步驟3繼續執行。

4 仿真結果分析

在仿真中，分布重迭區域的人數分別為20%、30%及40%。在324個區域中，又分成5個以及8個高負載區域的情況。其橫坐標表示移動用戶的平均通話到達率，縱坐標表示通話的阻礙。為方便顯示，圖標中我們將以Fixed表示固定式配置策略，以MinSTD表示最小標準偏差配置策略，以MaxMin表示最大最小配置策略，以MaxMax表示最大最大配置策略。

圖1顯示，分布在重迭區域人數為20%，高負載區域為5個時，并且分布在高負載區域人數為10 000人的10%的情況，在平均通話到達率為0.36通至2.52通下，固定式配置策略的通話故障率為0%至6.44%，最大最大配置策略為0%至6.80%，最大最小配置策略為0%至3.96%，而最小標準偏差配置策略的通話故障率為0%至3.88%。就整體的通話故障率而言，最小標準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則可降低0.33%至15.39%的平均通話故障率。

圖1 POA=20%，nhot=5，Phot=10%時的通話故障率

圖2顯示，重迭區域人數為30%，高負載區域為5個時，高負載區域的人數有10 000人的10%分布，在平均通話到達率為0.36通至2.52通下，固定式配置策略的通話故障率為0%至6.44%，最大最大配置策略為0%至6.99%，最大最小配置策略為0%至2.80%，而最小標準偏差配置策略的通話故障率為0%至2.75%。就整體的通話故障率而言，最小標準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則可降低1.32%至87.50%的平均通話故障率。

圖2 POA=30%，nhot=5，Phot=10%時的通話故障率