蜂窩移動通信中的無線資源管理負責空中接口資源的管理與調度。接納控制是無線資源管理重要組成部分，對于有效的資源管理和提供業務質量（QoS）保證都非常重要。TD-SCDMA系統采用TDMA和CDMA相結合的多址方式，可同時通信的最大用戶數不僅受限于當前可用碼的數量，而且也受限于用戶之間的干擾。每一個用戶都是其他用戶的干擾，用戶越多，系統的干擾越大。若過度增加空中接口的負荷，小區的覆蓋區域會降低到規劃值以下，并且無法保證現有連接業務的QoS。所以必須引入接納控制算法來控制用戶的接入，使系統處于穩定的工作狀態。

　　對于CDMA的接納控制，已有很多相關的研究文獻。文獻[1]基于SIR的接納控制策略，若SIR大于事先給定的門限值，則允許新呼叫接入。文獻[2]在[1]的基礎上考慮了鄰小區的干擾，這兩篇文獻都只是考慮單業務的情況。文獻[3]給出了基于多址干擾測量的多業務的接納控制方法。以上文獻都是FDD模式，而對于TDD的接納控制研究較少，文獻[4]給出了固定的SIR門限值的接納控制方法，文獻[5]考慮SIR服從對數正態分布來研究基于SIR的接納控制策略，文獻[6]是基于干擾預測的方法，并考慮到TDD系統使用聯合檢測對接納算法的影響。但這些文獻考慮切換用戶比新呼叫用戶具有更高的優先級時，只是簡單的為切換用戶設定一個比較高的接納門限。兩個門限值的設定增加了算法的復雜度以及門限取值的難度。

　　文章根據負荷預測的方法，只需設定一個接納控制門限，通過使用信道切換的方法，使得切換用戶有更高的優先級，所以文章提出接納控制的算法不僅算法簡單，而且能獲得很好的系統性能。

1、TD-SCDMA上行鏈路負荷的關系式

　　系統的上行鏈路負荷與上行干擾有關，上行干擾除了熱噪聲和本小區干擾外還有來自鄰小區的干擾，因此可以得到：

　　　（1）

　　其中I_total表示系統總的干擾，P_own表示本小區干擾，P_other表示鄰小區干擾，P_N系統熱噪聲。

　　當系統空載時（即系統內不存在用戶），I_total=P_N。隨著系統內用戶數的增大，系統內的干擾也逐漸上升。為了描述干擾的上升程度，引入底噪抬升BNR（Background Noise Rise）的概念，定義如下^[7]：

　　　（2）

圖1　總干擾曲線和負荷因子的關系

　　其中η表示上行負荷因子，圖1表示總干擾曲線和負荷因子η的關系。由圖1可見影響系統穩定是系統負荷因子，如果系統負荷超過負荷因子門限η_threshold，用戶服務質量就得不到保證。因此，只有在

　　　（4）

　　允許呼叫用戶接入，否則拒絕用戶接入，以保證系統η_total的穩定。△η表示新用戶接入之前系統總負載，表示新用戶接入系統后引起系統負荷增量的估計值。這就是基于負荷預測的接納控制策略。

　　小區中一個上行時隙的負荷定義為本小區和鄰小區這個時隙的用戶產生的負荷^[5]，所以小區k上第i個時隙的負荷：

　　　（5）

　　其中α是聯合檢測因子，聯合檢測可消除本小區內的ISI、MAI干擾，而對小區間的干擾無能為力。假如α=0.7，也就是說能抑制小區內70%的干擾。Ω（k）表示第k個小區第i個時隙的用戶集合。T(k）表示第k個小區的相鄰小區第i個時隙的用戶集合。SIR_n表示小區中第n個用戶在NodeB處的信噪比，可以表示成：

　　　（6）

　　其中（E_b）_n是用戶n的比特能量。R_n是用戶n的比特速率。υ_n是用戶n的激活因子。I₀是指噪聲功率譜密度。W是指一個時隙的信號帶寬。可以由式（7）計算：

　　

　　當用戶分布非常均勻，而且系統處于穩定工作狀態時，f的變化非常小，可以看成一恒定值^[4]。所以式（8）也可以表示成：

　　　（10）

　　由式（10），新用戶接入系統后引入的系統負荷增量的估計值△η可表示如下：

　　　（11）

2、接納控制算法

　　TD-SCDMA系統不僅支持語音業務，還支持各種寬帶業務，如視頻、數據、E-mail等，這些多媒體業務的支持導致系統設計和無線資源管理更加復雜，但正是有這么多種類的業務，更顯無線資源管理的必要性和靈活性。就數據業務而言，上行方向有16 kbit/s、32 kbit/s、64 kbit/s和128 kbit/s等多種速率，這使無線資源管理變得復雜。但是也可以利用多業務的情況來提高系統的性能。當系統過載時，為了保證系統的穩定，必須使某些用戶掉話，但若是多業務系統，可以通過降低目前網絡中高速率業務的速率來達到目的，這樣比使用戶掉話能獲得更高的系統服務質量。文章提出的接納控制算法就是利用此原理使得切換用戶具有更高的優先級，以獲得更好的系統性能。

　　假如定義高速率的數據業務向低速率轉化稱為信道切換，切換規則如表1所示。

表1　假設的信道切換規則

　　首先考慮小區新業務呼叫，以32 kbit/s的數據業務為例，只考慮上行情況且上下行時隙對稱分配。接納控制算法過程如下：

　　●根據式（10）分別計算3個上行時隙的負荷η_total；

　　●比較3個上行時隙的負荷，取負荷最小的時隙做為可能分配給32 kbit/s的數據業務；

　　●根據式（11）來估計32 kbit/s的數據業務接入系統后引起系統負荷增加的量△η；

　　●若η_total+△η＜η_threshold，接納該用戶；

　　●否則，自動降低該用戶的申請速率由32 kbit/s到16 kbit/s；

　　●重新計算△η；

　　●重新比較η_total+△η＜η_threshold，如果為真，接納該用戶；

　　●否則，拒絕接入。

　　對于32 kbit/s的數據業務切換用戶，它應該比新呼叫有更高的優先級，接納算法如下：

　　●根據公式（10）分別計算3個上行時隙的負荷η_total；

　　●比較3個上行時隙的負荷，取負荷最小的時隙作為可能分配給32 kbit/s的數據業務；

　　●根據式（11）來估計32 kbit/s的數據業務接入系統后引起系統負荷增加量△η；

　　●如果η_total+△η＜η_threshold，接納該用戶；

　　●否則，自動降低該用戶的申請速率由32 kbit/s到16 kbit/s；

　　●重新計算△η；

　　●重新比較η_total+△η＜η_threshold，如果為真，接納該用戶；

　　●否則，看本時隙中有沒有高速率的用戶。若有，則降低此用戶速率；

　　●重新計算此時隙的η_total；

　　●重新比較η_total+△η＜η_threshold，如果為真，接納該用戶；

　　●否則，拒絕接入。

3、仿真結果

　　為了評價系統性能，引入服務等級（GoS）的概念，定義為：

　　　（12）

　　其中N_accept表示接納的用戶個數，N_unsatisfied表示信道切換用戶個數，N_block表示新呼叫未接入的用戶個數，Ndrop表示切換到本小區未接納的用戶。ω_unsatisfied表示不滿意用戶對系統性能影響的權重大小，當ω_unsatisfied=0.3時，表示一個不滿意用戶對系統性能的影響相當于0.3個用戶被系統阻塞。ω_drop表示用戶掉話對系統性能影響的權重大小，當ω_unsatisfied=5時，表示一個不滿意用戶對系統性能的影響相當于5個用戶被系統阻塞。GoS越高，說明系統性能越好。

　　仿真假設：為了方便程序設計，假設系統只有三種業務：12.2 kbit/s語音業務，32 kbit/s數據業務，64?kbit/s數據業務。在需要的時候，64 kbit/s數據業務能切換到32 kbit/s數據業務。切換用戶和新呼叫用戶隨機到達。參數假設如表2所示。

表2　相關參數的假設

　　圖2比較分析了使用信道切換和不使用信道切換得到的系統性能。從圖2中可以看出，使用信道切換的系統性能比沒有使用信道切換的系統性能有很大的提高，當GoS=0.5時，沒有采用信道切換的系統只能有8個用戶，而采用信道切換的的系統可以有13個用戶，可見系統性能提高了60%。當系統中有10個用戶的時候，沒有采用信道切換系統的GoS=0.45，而采用信道切換系統的GoS=0.65，系統的服務質量提高了44%。當系統中用戶數較少和用戶數很多的時候，基于信道切換的算法和沒有采用信道切換算法得到的系統性能區別不大，因為用戶較少，系統有足夠的容量，不需要運行信道切換。而用戶很多時，系統早已達到飽和，信道切換不起作用。

圖2　使用信道切換和不使用信道切換時系統性能對比

　　聯合檢測是TD-SCDMA系統一個關鍵技術，結合智能天線技術，對系統性能直接產生影響。圖3顯示聯合檢測技術對系統性能的影響，為了保證系統GoS=0.6，當聯合檢測因子JD=0時，系統只能有7個用戶，當JD=0.5時，系統能有13個用戶，當JD=0.7時，系統能有16個用戶，當JD=0.9時，系統能有19個用戶，采用聯合檢測后系統性能顯著提升（JD=0是指沒有采用聯合檢測），聯合檢測因子0.7比聯合檢測因子0.5要提高23%的系統性能。

圖3　不同的聯合檢測因子對系統性能的影響

　　假設考慮一個語音用戶占2個碼道，一個32?kbit/s的數據用戶占4個碼道，一個64 kbit/s的數據用戶占8個碼道。基于負荷因子的信道分配狀況如圖4所示。從圖4中可以看出由于基于同一個信道分配準則，所以兩幅圖區別不是很大。但從碼道的分配情況來看，可以得出結論，采用信道切換的系統，上行3個時隙碼道的分配非常均勻，相對而言，沒有采用信道切換的系統碼的分配不是很均勻。

圖4　使用信道切換和不使用信道切換碼道分配

4、結語

　　文章對TD-SCDMA上行鏈路的接納控制算法進行了分析，推導出上行鏈路負荷的關系式，給出了基于信道切換的接納控制算法。文章還通過仿真將該接納控制算法與其它算法在性能上進行了比較，仿真結果表明，采用本算法后系統的服務質量提高了44%。此外，還比較了聯合檢測因子對系統性能的影響，得出結論——聯合檢測因子越高系統性能越好。