謝靜 唐宏

（重慶郵電大學移動通信重點實驗室 重慶 400065）

1 引言

隨著國內(nèi)外信息化建設步伐的加快，數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)作為專用移動通信的最新發(fā)展，在國內(nèi)外得到了越來越廣泛的應用。集群通信經(jīng)歷了簡單對講系統(tǒng)到單基站小系統(tǒng)，再到大容量多區(qū)域系統(tǒng)的發(fā)展歷程[1]，而后又經(jīng)歷了從模擬集群到數(shù)字集群的飛躍。

集群系統(tǒng)的小區(qū)化以及人們對集群業(yè)務需求的不斷提高，使得切換成為集群通信系統(tǒng)提供可靠服務的必要條件。切換是指移動終端與當前基站連接斷開，與新的基站重新建立連接的過程。移動臺移動到原基站覆蓋范圍以外、原有通信鏈路質量變差以至于無法繼續(xù)維持通信或者系統(tǒng)負荷過重都有可能觸發(fā)切換。一般來說切換分為3個階段：測量階段、判決階段和執(zhí)行階段，整個過程不會瞬間完成，所以可能出現(xiàn)各種錯誤，導致通信質量下降，嚴重的甚至造成通信中斷。現(xiàn)有的對切換策略的改進思路大多是從減少切換延遲角度進行考慮，而且多采用接收信號的信噪比（SNR）作為切換依據(jù)，基本上忽略了系統(tǒng)負荷的影響[2]。為了提供更多的服務、更高的質量，如何將系統(tǒng)負荷與接收信號的SNR結合起來，作為切換的依據(jù)之一成為當前的研究熱點。

2 TD-SCDMA集群通信系統(tǒng)

集群無線通信系統(tǒng)是近幾年來發(fā)展起來的一種較經(jīng)濟、較靈活的指揮調度通信系統(tǒng)，廣泛應用在政府機關、能源交通、機場碼頭、工礦企業(yè)、消防警察、水利和軍事等單位，用以滿足各單位內(nèi)部通信聯(lián)絡的需要。目前的集群通信系統(tǒng)是基于第二代移動通信技術發(fā)展起來的，即GSM技術，實現(xiàn)了將集群通信技術融入到公用移動通信網(wǎng)絡，將PTT業(yè)務集成到手機上。隨著第三代移動通信技術的發(fā)展，集群通信系統(tǒng)也將演進到采用3G技術的系統(tǒng)，采用TDSCDMA技術是集群的演進方向。

TD-SCDMA集群通信系統(tǒng)[1]基于現(xiàn)有的TD-SCDMA技術，在TD-SCDMA公用移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構基礎上增加相應的集群業(yè)務處理部分，即集群核心網(wǎng)或集群業(yè)務節(jié)點，并相應增加支持集群業(yè)務的接口與相應協(xié)議。所述無線集群通信系統(tǒng)，既能提供公用移動通信業(yè)務，也可以提供集群業(yè)務的功能。

3 基于系統(tǒng)負荷的切換

對于無線移動通信系統(tǒng)，雖然在新呼到達時，系統(tǒng)會執(zhí)行相應的呼叫接納控制算法，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和已有連接的服務質量，但還是難免出現(xiàn)系統(tǒng)負荷過高，超過系統(tǒng)規(guī)定的負荷閾值，導致服務質量下降的情況，此時必須實施由網(wǎng)絡側觸發(fā)的基于系統(tǒng)負荷的強制切換，以保證系統(tǒng)的整體性能。

觸發(fā)基于系統(tǒng)負荷的切換需要滿足以下條件：

（1）系統(tǒng)信令流量小于允許負荷切換系統(tǒng)流量級別門限；

（2）需要切換的小區(qū)負荷高于負荷切換啟動門限；（3）接受切換的小區(qū)的負荷低于負荷切換接收門限。

在滿足上述條件的基礎上還應保證目標小區(qū)與服務小區(qū)之間存在一定的負荷差，以避免產(chǎn)生乒乓效應，對網(wǎng)絡造成不必要的負擔。

在TD-SCDMA集群通信系統(tǒng)中業(yè)務的一個特點是突發(fā)性比較強[3]，由于系統(tǒng)負荷等原因，需要小區(qū)切換策略調整業(yè)務在小區(qū)間的分布來降低高負荷小區(qū)中的話務量。在系統(tǒng)負荷較高的情況下，可以考慮由系統(tǒng)側觸發(fā)部分業(yè)務的提前切換，以緩解網(wǎng)絡負荷等相關的策略，例如，將邊緣聽用戶提前切換到相鄰小區(qū)，從而減少當前小區(qū)的下行功率，降低系統(tǒng)負荷。在切換過程中，必須保證業(yè)務連接不中斷，并滿足業(yè)務QoS。

3.1 切換測量啟動門限的設置

對于基于系統(tǒng)負荷的切換，首先必須確定切換的觸發(fā)門限值，這也是整個切換過程中十分關鍵的環(huán)節(jié)，關系到切換對網(wǎng)絡性能的影響。觸發(fā)系統(tǒng)負荷切換的閾值的設置需要綜合考慮多方面的因素：

若其值設置的過低，可能造成在系統(tǒng)還能保證所承載的各類業(yè)務的服務質量時就觸發(fā)基于系統(tǒng)負荷的切換，這不僅會造成系統(tǒng)資源的浪費，還會增大切換概率，從而增加切換失敗的可能性，對業(yè)務的服務質量造成消極影響；

相反地，若該閾值設置的過高，就有可能在系統(tǒng)負荷已經(jīng)很高時系統(tǒng)還沒有做出切換判決，在做出判決后又不能保證在規(guī)定的時間內(nèi)成功完成切換，某些業(yè)務的服務質量會因為過高的系統(tǒng)負荷而受到影響，甚至造成業(yè)務的中斷。

因此觸發(fā)基于系統(tǒng)負荷切換的閾值應該根據(jù)多種因素進行折中考慮，如系統(tǒng)當前的負荷狀況、系統(tǒng)規(guī)定的負荷閾值、系統(tǒng)所承載的各類業(yè)務對系統(tǒng)所造成的負荷量等。

3.2 需要切換的TT及目標Node B的選擇

基于系統(tǒng)負荷的切換策略的重點在于對將要進行切換的TT及其目標Node B的選擇。執(zhí)行該過程時需要綜合考慮鄰近Node B的負載情況和移動臺從可視Node B處接收到得SNR。如果僅考慮移動臺從候選小區(qū)接收到的SNR，則有可能因為該小區(qū)的負荷太重而無法為切換用戶分配所需的資源；若僅考慮鄰近基站的負荷狀況，又有可能因為無線信道的傳輸狀況不好或者干擾過強而無法保證切換用戶的服務質量。所以在選擇切換的目標小區(qū)時應綜合考慮該小區(qū)的負載狀況及TT從該小區(qū)接收到的SNR兩個方面。

另外TD-SCDMA集群業(yè)務是一種半雙工業(yè)務。在TD-SCDMA集群組呼業(yè)務中，主叫用戶占用上行業(yè)務信道，且一次僅有一個主叫群用戶；而被叫群用戶共享下行業(yè)務信道，這種情況下，組呼業(yè)務中的說用戶具有最高的優(yōu)先級別，說用戶的通信質量下降或者在切換過程中發(fā)生中斷是無法忍受的，所以在系統(tǒng)強制切換中應避免組呼中說用戶的切換，從而減少組呼說用戶斷話的可能性。

基于以上思想[4,5]，構造了下面的函數(shù)：

式中：1≤i≤n，n 是與Node Bi相鄰的Node B的個數(shù)；1≤j≤m，m是反饋Node B列表的TT的個數(shù)；i，j，m，n均為整數(shù)。SNRNodeBi-TTj(t)表示t時刻TTj探測Node Bi所得的SNR值；lNodeBi表示當前Node Bi的負載值。

Sα和Sβ是SNR的兩個閾值。當SNR>Sβ時，表示信號質量很好，此時，從其他Node B接收到得的SNR值肯定小于原Node B的SNR值，沒有必要對其進行切換，所以在啟動主動探測時，應預先排除SNR>Sβ的TT；當SNR

f(l)是Node B負載的函數(shù)，l0為Node B可承受的最大負載閾值?？梢酝ㄟ^f(l)根據(jù)需求靈活地調節(jié)負載所占的比例，其中k1，k2都是可調參數(shù)。由f(l)得表達式可知，f(l)的值隨著l的不斷增加而呈指數(shù)遞減。當某Node B的負載l大于等于l0時，f(l)等于零。

Q是一個布爾變量，取值由用戶類型決定，若該用戶為組呼業(yè)務中的說用戶，則取Q值為0；若該用戶為其他用戶，則取Q值為1。這樣做是為了避免組呼中的說用戶因為切換而產(chǎn)生掉話的可能。

在t時刻，對每個TT-Node B對進行SLP函數(shù)計算，并選取其中的最大值SLPNode-TvT＝max{SLPNodeB-TTi(tj)}(1≤u≤n；l≤v≤m)，u，v都為整數(shù)，對應的Node Bu和TTv即為被選擇的TT及其目標Node B，這樣既保證了服務質量，也能夠起到均衡系統(tǒng)負載的作用；若經(jīng)過判斷TTv是除組呼業(yè)務說用戶以外的其他用戶，則把與原Node B相連的TTv強制切換到Node Bu上。若Node Bu拒絕接收TTv，則在排除Node Bu和TTv后，再進行SLP函數(shù)的計算，取其中的最大值，直至找到符合條件的強制切換結果為止。

TD-SCDMA集群系統(tǒng)中基于系統(tǒng)負荷的切換過程可以總結如圖1所示。

圖1 TD-SCDMA集群系統(tǒng)中基于系統(tǒng)負荷的切換流程圖

綜上所述本文提出的基于系統(tǒng)負荷的強制切換策略，綜合考慮了集群終端接收到的信號強度和基站端的負載信息，從負載過重的基站處選擇一個或者多個集群終端切換到最佳的基站上，同時考慮集群系統(tǒng)的組呼業(yè)務中說用戶和聽用戶的區(qū)別，對組呼說用戶給予了特殊考慮，避免了集群組呼業(yè)務中說用戶的無謂切換，能夠降低說用戶的切換中斷率，從而提高系統(tǒng)的整體性能。

4 結論

隨著公眾移動通信系統(tǒng)的快速發(fā)展及人們對于集群系統(tǒng)調度功能需求的逐步增強，集群系統(tǒng)出現(xiàn)了與公眾移動通信系統(tǒng)融合的發(fā)展趨勢。這種情況下，為了構建服務質量更高、覆蓋范圍更廣的集群通信系統(tǒng)，基于我國自主提出的第三代移動通信系統(tǒng)標準TD-SCDMA技術的集群系統(tǒng)成為現(xiàn)階段的研究熱點。

集群業(yè)務的一個重要特點是突發(fā)性比較強，可能造成網(wǎng)絡的負載較重，甚至超過系統(tǒng)規(guī)定的負載閾值，從而影響到系統(tǒng)的性能和服務質量。本文所述的基于系統(tǒng)負荷的強制切換策略，綜合考慮了TT接收的SNR和Node B的負載信息，從超過負載閾值的Node B處選擇一個或者多個TT切換到最佳的Node B上，同時避免了集群組呼業(yè)務中說用戶的無謂切換，能夠降低說用戶的切換中斷率，從而提高系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。

[1]柳光，陳德. 在TD-SCDMA系統(tǒng)中實現(xiàn)集群業(yè)務的方法. 中國專利：200510085333.X，2007-01-24

[2]Wang L, Niu Z, Zhu Y,et al. Integration of SNR, load and time in handoff initiation for wireless LAN: the 14th IEEE 2003 International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communication, Beijing,China, September 7-10, 2003. Washington: IEEE, 2003: 2032-2036

[3]李立平，宋莉，熊衛(wèi)剛. 一種數(shù)字集群終端跨調度客戶端的切換方法. 中國專利：200610011126.4，2009-07-22

[4]彭蔓蔓，寧晨，李仁發(fā). WLAN中一種基于負載平衡的AP切換機制.湖南大學學報，2007,34(3)

[5]Sang A, Wang X D, Madihian M,et al. A load-aware handoff and cell-site selection scheme in multi-cell packet data systems. Global Telecommunications Conference, 2004. IEEE, 2004:3931-3936

[6]徐小濤等. 數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)原理與應用. 北京: 人民郵電出版社，2008