張 磊，段 毅

（安徽信息工程學(xué)院，安徽 蕪湖 241100）

一種基于簇結(jié)構(gòu)的PN重構(gòu)方法

張 磊，段 毅

（安徽信息工程學(xué)院，安徽 蕪湖 241100）

本文分析了目前PN重構(gòu)技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)，提出了一種基于簇結(jié)構(gòu)的PN重構(gòu)方法，采用對(duì)PN分組、分簇的規(guī)劃方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同覆蓋區(qū)域的PN重構(gòu).實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法在繼承原有鄰區(qū)關(guān)系的基礎(chǔ)上，增加了同PN復(fù)用距離，降低了規(guī)劃難度，提高了PN資源利用率，具有易擴(kuò)容性，適合于大、中型網(wǎng)絡(luò)的PN優(yōu)化及重構(gòu)工作.

PN碼；PN重構(gòu)；簇；優(yōu)化

1 概述

CDMA蜂窩通信系統(tǒng)中，合理的PN規(guī)劃是影響網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量的重要因素.隨著CDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷加大，站點(diǎn)密度隨之增大，建網(wǎng)初期的站點(diǎn)規(guī)劃以及PN規(guī)劃已不能滿足網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需求.為保持網(wǎng)絡(luò)的相對(duì)穩(wěn)定，大多本地網(wǎng)在后期建設(shè)過(guò)程中，都繼承了原有規(guī)劃數(shù)據(jù)，并未對(duì)CDMA網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)的規(guī)劃.隨著業(yè)務(wù)量的不斷增加，對(duì)于有限的PN資源的合理規(guī)劃逐漸成為制約著網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的瓶頸，如何在繼承現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)PN碼的合理重規(guī)劃，是CDMA網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)重要研究課題.目前業(yè)界對(duì)PN規(guī)劃技術(shù)已經(jīng)有一定的研究，其中文獻(xiàn)[1]給出了一種采用迭代算法實(shí)現(xiàn)對(duì)新建網(wǎng)絡(luò)PN初始規(guī)劃的解決思路；文獻(xiàn)[2]給出了一種采用映射關(guān)系解決PN復(fù)用、適合于小型網(wǎng)絡(luò)的PN規(guī)劃方法.本文提供了一種繼承現(xiàn)有鄰區(qū)關(guān)系、具有高擴(kuò)容性、基于簇結(jié)構(gòu)的PN重構(gòu)方法.

2 PN相關(guān)概念及重構(gòu)面臨的挑戰(zhàn)

2.1 PN碼與PN優(yōu)化調(diào)整

PN碼是CDMA系統(tǒng)中小區(qū)的唯一標(biāo)識(shí)，參與通話或通信信息的解碼.理論可用的PN碼為512個(gè)，為滿足解碼需求，實(shí)際可用PN碼只有（512/PILOT_INC）個(gè)，目前四川省除成都外其余本地網(wǎng)PILOT_INC設(shè)置為3，可以提供的PN資源為512/3＝170，由此可以看出PN資源的有限性.

PN優(yōu)化調(diào)整需要考慮相同PN的復(fù)用和相鄰PN的隔離問(wèn)題.密集區(qū)基站間距小，數(shù)量多，因此相同PN的復(fù)用距離必須足夠大，協(xié)議規(guī)定須大于64個(gè)碼片時(shí)延，即空中傳播距離為15.6km；另一方面，稀疏區(qū)基站間距大，信號(hào)的延遲時(shí)間長(zhǎng)，如果相鄰基站使用相近PN，可能出現(xiàn)由于延遲無(wú)法正常解調(diào)，出現(xiàn)PN混淆問(wèn)題.PN優(yōu)化工作依據(jù)不同時(shí)期的網(wǎng)絡(luò)情況主要分為：（1）針對(duì)個(gè)別站點(diǎn)的PN修改：主要解決個(gè)別站點(diǎn)與相鄰站點(diǎn)復(fù)用距離不足問(wèn)題；（2）區(qū)域性PN重構(gòu)：PN預(yù)留資源充足時(shí)，解決區(qū)域內(nèi)站點(diǎn)PN復(fù)用距離不足問(wèn)題；（3）全網(wǎng)性PN重構(gòu)：PN資源滿足網(wǎng)絡(luò)容量、覆蓋需求，通過(guò)規(guī)劃解決網(wǎng)絡(luò)PN資源預(yù)留、PN混淆問(wèn)題；（4）PN_INC調(diào)整及PN規(guī)劃：現(xiàn)有PN資源不能滿足網(wǎng)絡(luò)需要，通過(guò)調(diào)整PN_INC增加可用PN資源，合理規(guī)劃和預(yù)留PN資源，解決PN混淆問(wèn)題.

2.2 PN重構(gòu)面臨的挑戰(zhàn)

PN重構(gòu)需要從目標(biāo)網(wǎng)的容量、覆蓋率要求、業(yè)務(wù)發(fā)展等多方面考慮，由于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等因素的不確定性給PN重構(gòu)帶來(lái)嚴(yán)重挑戰(zhàn)：

（1）PN重構(gòu)資源需具有合理的預(yù)留度.

通常規(guī)劃時(shí)預(yù)留了20%PN資源用于網(wǎng)絡(luò)的后期發(fā)展和擴(kuò)容.運(yùn)營(yíng)商迫于市場(chǎng)壓力，會(huì)短時(shí)間內(nèi)大規(guī)模的增加站點(diǎn)以滿足容量、質(zhì)量、業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，因此20%的預(yù)留遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的.但是預(yù)留太多又會(huì)使已占用PN復(fù)用隔離度達(dá)不到可靠保證網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的需求.

（2）PN重構(gòu)數(shù)據(jù)需具有可持續(xù)擴(kuò)容性.

PN重構(gòu)和優(yōu)化，將投入大量人力、物力、資金，進(jìn)行大量數(shù)據(jù)修改和調(diào)整，對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)安全也是極大的挑戰(zhàn).如何通過(guò)有效的技術(shù)手段或方法，在保持大面積網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的相對(duì)穩(wěn)定前提下，將局部區(qū)域問(wèn)題隔離解決，便于后期擴(kuò)容，使PN重構(gòu)具有可持續(xù)性.

（3）充分考慮室內(nèi)分布PN規(guī)劃的合理性和預(yù)留度.

城區(qū)內(nèi)通常需要建設(shè)大量的室內(nèi)分布系統(tǒng)，局部區(qū)域的室內(nèi)分布站點(diǎn)密度遠(yuǎn)大于室外宏站.考慮到室外宏站與室內(nèi)分布小區(qū)覆蓋特性，通常采用為室內(nèi)分布預(yù)留PN組.因此要充分考慮室內(nèi)分布PN規(guī)劃的合理性和預(yù)留度.

3 基于簇結(jié)構(gòu)的PN重構(gòu)

3.1 PN重構(gòu)總體流程

圖1 基于簇結(jié)構(gòu)的PN重構(gòu)流程圖

3.2 PN簇規(guī)劃

由2.1節(jié)得知PN網(wǎng)絡(luò)資源非常有限，因此一種合理的PN規(guī)劃策略對(duì)于全面平衡網(wǎng)絡(luò)容量與質(zhì)量之間的關(guān)系，確保后期建設(shè)的充分預(yù)留等非常重要.研究多方類似文獻(xiàn)后，結(jié)合本地網(wǎng)業(yè)務(wù)情況，制定了基于簇結(jié)構(gòu)的PN重構(gòu)的總體思路，具體步驟如下：

步驟1：確定PN_INC值.依據(jù)現(xiàn)網(wǎng)中基站的分布情況和地形地貌特征，以包括PN復(fù)用距離、One-way、PN混淆等關(guān)鍵指標(biāo)為衡量標(biāo)準(zhǔn)，可以得出適用于當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀況和無(wú)線傳播環(huán)境的PN_INC值.目前多數(shù)本地網(wǎng)采用的PN_INC=3，以調(diào)整目標(biāo)值PN_INC=2為例給出了PN簇規(guī)劃方法.

步驟2：選取準(zhǔn)備使用的PN資源組.依據(jù)PN_INC=2，可以得到可用的PN資源為256（512/2）.PN_INC確定后需明確PN設(shè)置方式（目前采用間隔設(shè)置的方式，相同的基站不同的扇區(qū)相差168），對(duì)于三個(gè)扇區(qū)的基站PN設(shè)為2n、2n+168、2n+336，規(guī)劃時(shí)3個(gè)PN資源作為一組PN進(jìn)行規(guī)劃，每個(gè)基站占用一個(gè)PN資源組，如表1中2、170、338為一個(gè)PN資源組.為滿足后期網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容的需求，從可用的PN資源組中，預(yù)留一部分用作擴(kuò)容，如表1中黃色部分為預(yù)留PN資源組，本文給出的預(yù)留PN約占總PN資源的21%.

表1 PN_INC=2的城區(qū)及農(nóng)村PN簇劃分

步驟3：明確不同覆蓋場(chǎng)景下的PN規(guī)劃策略.根據(jù)不同覆蓋場(chǎng)景（城區(qū)、農(nóng)村、邊界、室內(nèi)分布）對(duì)PN進(jìn)行分類.城區(qū)及農(nóng)村基站采用2的整數(shù)倍，且不包含6的整數(shù)倍PN偏置，如表1所示；考慮邊界切換等因素，邊界及室內(nèi)分布采用6的整數(shù)倍.另外，室內(nèi)分布多數(shù)基站通常只有1個(gè)或2個(gè)扇區(qū)，因此打亂PN組的概念，對(duì)于室內(nèi)分布1扇區(qū)PN多于2扇區(qū)，2扇區(qū)PN多于3扇區(qū).對(duì)于多于3個(gè)扇區(qū)的室分采用PN資源循環(huán)設(shè)置，如第3扇區(qū)仍使用第0扇區(qū)的資源，如表2所示.這樣的PN規(guī)劃策略，極大地增加了PN預(yù)留資源.

步驟4：確定PN簇劃分.城區(qū)及農(nóng)村基站分為4個(gè)子簇（CLUSTER），每個(gè)子簇包含14個(gè)PN組，每組使用11組，預(yù)留3組，如表1所示；邊界及室內(nèi)分布基站采用6的整數(shù)倍PN偏置，分為4個(gè)子簇，邊界每個(gè)子簇包含7組共21個(gè)PN偏置；室分分為4個(gè)子簇且無(wú)PN組概念，每個(gè)子簇第0（3）扇區(qū)9個(gè)PN，預(yù)留3個(gè)；第 1（4）扇區(qū) 7個(gè) PN，預(yù)留 2 個(gè)；第 2（5）扇區(qū) 5個(gè) PN，預(yù)留 2個(gè).

表2 PN_INC=2的室內(nèi)分布PN簇劃分

3.3 站點(diǎn)PN規(guī)劃

完成上述PN簇劃分后需將每個(gè)PN映射到網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)上，站點(diǎn)PN規(guī)劃具體步驟如下：

步驟1：劃分城區(qū)及農(nóng)村（去除邊界和室分）區(qū)域，每11個(gè)相鄰基站為一簇，如圖2所示，不同基站顏色區(qū)分不同基站簇.

步驟2：確定起始組進(jìn)行PN簇至站點(diǎn)的映射.如圖2所示，確定起始基站簇，依次將PN簇映射到每一個(gè)基站上.如：1-1區(qū)域（其中1-1代表第一簇使用第一次，2-1代表第一簇使用的第二次）內(nèi)的11個(gè)站點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)表1中CLUSTER1的可用PN組，依次類推.對(duì)于邊界區(qū)域不足11個(gè)站點(diǎn)的區(qū)域仍定義為一個(gè)基站簇如圖2所示的1-3區(qū)域.

圖2 城區(qū)及農(nóng)村區(qū)域PN簇映射圖

步驟3：同理，完成對(duì)室內(nèi)分布的PN簇的站點(diǎn)映射，如圖3所示，為區(qū)分城區(qū)站點(diǎn)的規(guī)劃，圖中g(shù)roup1-subsluster1代表第一簇使用第一次，group2-subsluster1代表第一簇使用的第二次.

步驟4：邊界基站PN規(guī)劃.導(dǎo)入相鄰BSC的外部小區(qū)信息以及本次規(guī)劃范圍內(nèi)的工參信息表中的邊界站點(diǎn)信息，結(jié)合外部小區(qū)和本BSC需要規(guī)劃的站點(diǎn)工參信息，規(guī)劃邊界區(qū)域站點(diǎn).邊界區(qū)域站點(diǎn)與室內(nèi)分布系統(tǒng)一樣，使用PN_INC為6n的PN offset.

圖3 室內(nèi)分布的PN簇映射圖

步驟5：結(jié)合步驟2、3、4得出的城區(qū)及農(nóng)村基站、室內(nèi)分布、邊界基站的規(guī)劃結(jié)果，得出整體PN規(guī)劃結(jié)果.

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

根據(jù)上述方法和步驟，對(duì)某本地網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)劃和驗(yàn)證.結(jié)果表明該方法具有如下優(yōu)勢(shì)：

（1）具有高預(yù)留度.表3給出了試點(diǎn)本地網(wǎng)PN重構(gòu)前后的效果對(duì)比，受前期大規(guī)模的增加站點(diǎn)的影響，目前多數(shù)本地網(wǎng)PN預(yù)留資源為0，而本方案將室內(nèi)、室外的PN預(yù)留度提高到了21%，為后期建站提供了充足的預(yù)留資源.

表3 規(guī)劃前后結(jié)果對(duì)比

（2）降低后期規(guī)劃難度，具有可持續(xù)擴(kuò)容性.如圖2所示，1-3區(qū)域不足11個(gè)站點(diǎn)，若后期在A點(diǎn)加站只需從對(duì)應(yīng)CLUSTER3的PN 簇中選取沒(méi)用的 PN 資源（94、110、118、134）即可，避免了傳統(tǒng)規(guī)劃方式盲目選取PN資源的復(fù)雜方式.對(duì)于新基站簇的擴(kuò)容，如圖2所示的2-3區(qū)域只需選取CLUSTER3的PN簇進(jìn)行規(guī)劃即可，極大地降低了規(guī)劃難度.

圖4 同PN復(fù)用距離示意圖

（3）降低了城區(qū)及農(nóng)村站點(diǎn)在城郊結(jié)合部的同、鄰PN干擾.基于簇結(jié)構(gòu)的規(guī)劃方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同覆蓋區(qū)域的分簇規(guī)劃，極大地提高了PN復(fù)用距離，如圖4所示，將理論的最大PN復(fù)用距離提高到了17.1R，最小復(fù)用距離提高到了7R（D為復(fù)用距離，R為小區(qū)覆蓋半徑）.

（4）室內(nèi)分布PN隔離度相對(duì)傳統(tǒng)的分組規(guī)劃較大.傳統(tǒng)室分PN規(guī)劃采用3個(gè)PN為一組的劃分方式，而通常室內(nèi)分布并非3個(gè)扇區(qū)，對(duì)于僅有一個(gè)扇區(qū)的室分，將造成了一個(gè)PN組的另2個(gè)PN資源的浪費(fèi).本方案采用如表2所示的不對(duì)稱的PN分組，極大提升了室內(nèi)分布PN資源利用率.

5 結(jié)束語(yǔ)

PN碼的設(shè)定及調(diào)整作為CDMA網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，直接影響到網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量.本文提出的基于簇結(jié)構(gòu)的PN重構(gòu)方法，能夠繼承現(xiàn)有鄰區(qū)關(guān)系，減小PN調(diào)整對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成的影響.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法增加了同PN復(fù)用距離，降低了規(guī)劃難度，提高了室內(nèi)分布PN資源利用率，有利于后期局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容的數(shù)據(jù)改造，適合于大、中型城市CDMA網(wǎng)絡(luò)的PN優(yōu)化及重構(gòu)工作.

〔1〕中興通訊股份有限公司.一種用于CDMA蜂窩系統(tǒng)的PN規(guī)劃方法[P].中國(guó)專利,1556601A,2004-1-8.

〔2〕中興通訊股份有限公司.PN規(guī)劃算法 [EB/OL].百度文庫(kù)，2010.10.

TN929.5

A

1673-260X（2017）12-0025-03

2017-09-08

安徽省教育廳高校自然科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目：項(xiàng)目名稱：基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)和云端控制的全自助電瓶車充電站系統(tǒng)（KJ2017A794）