2024年4月6日发(作者:)

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V01.15 NO.8 

研究与开发 

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殳啦编I。。I 1005.8451(2006)08.0013.04 

宽带CDMA蜂窝系统中控制切换掉线率的CAC算法 

尹琳琳,荆涛,陈栋 

(北京交通大学 电子信息工程学院,北京 l00044) 

捕 婴:呼叫接入控制是无线通信系统中资源管理的重要组成部分,它既要满足用户的服务质量要求, 

又要有效利用系统中有限的频谱资源。简要介绍基于小区资源占用情况和基于信号质量的两类进行呼叫接 

入控制的考察角度,并着重介绍预留资源、业务排队、最优化方法等控制切换掉线率的CAC算法及其优缺 

点分析。 

父键 d:宽带CDMA;资源管理;CAC;切换掉线率 

IIlr剞分类0:TP39l 文献标 : :A 

CAC f0r controlling hando仃failure probability in Wideband CDMA Systems 

YIN L'n.1in.riNG Tao.CHEN Dong 

(School ofElecttronic and Information Enginbeering,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China) 

Abstract:The Call Admission Control(CAC)was one ofthe most important issues for resource management ofWireless 

Communication Systems.CAC made het decision ofwhether or not to accept he tarriving(new or handoff)calls based on hte 

predefined criteria considering the users’QoS as well as the utilization of network resources.It was began wiht a brief 

ntiroductionofdiferentCAC schemesbasedonthe occupancy ofthe system resourceor signalqualiy,atndthenemphasis on 

hteCAC schemesforcontrollnighandofffailrepruobabiliyOahft),including reserving resources,queuingandoptimumCAC. 

Key words:wideband CDMA;resource management;CAC;handofffailure probabiliy t

呼叫接纳控制(CAC,Call Admission Contro1) 察的小区参数不同,大体分为以下两类:基于小区 

即对到达的呼叫进行接入判决,它是无线资源管理 中资源的使用情况,如已接纳的用户数、已占用的 

的重要内容。对CAC进行算法研究的主要目的是在 

信道数等;根据到达的呼叫请求对小区中已有用户 

保证用户服务质量的前提下,接纳更多的用户,并 

信号质量的影响,如系统的干扰水平、用户接收到 

降低呼叫阻塞率和掉线率。服务质量(QoS,Quality 的SIR值等。CDMA系统是一个干扰受限的系统。在 

of Service),包括信号质量、呼叫阻塞率Pb、切换 CDMA系统中,所有用户共享同一频段,同一小区 

掉线率Phf、数据包延时及丢失率等,各参数之间是 

中以及相邻小区间的用户间存在着不同程度的干 

互为消长的关系。对于用户来说,正在进行中的呼 扰。小区中用户个数的增加或功率的增大都会增加 

叫由于切换失败而造成的呼叫丢失比新呼叫被阻塞 对当前用户的干扰,导致其接收信号的SIR下降。因 

更难以接受。因此,控制呼叫掉线率Pd或比保证Pb 

此干扰的大小取决于系统的负载,而且它直接影响 

要重要得多,这是CAC算法研究的一个关键问题。 

到系统容量。也就是说,基于资源占用情况和基于 

本文总结研究不同角度CAC算法,重点介绍了 

信号质量在本质上是一致的,只是研究问题的切入 

几种控制切换掉线率的CAC算法,并对它们进行对 

点不同。 

比分析。 

1.1 基于小 资源占用情况的CAC算法 

基于小区资源占用情况的算法中,最典型的是 

根据小区中的已有用户数进行判决。一个呼叫请求 

到达目标小区时,若小区中的用户数小于系统的接 

1 CAC算法概述 

不同的呼叫接纳判决准则,在进行判决时所考 入门限则接入,否则拒绝。文献【1】将系统中的业务 

分为语音业务和数据业务两类,并根据不同的优先 

收稿日期:2006—04—19 

基金项目:国家自然科学基金资助项目(No 60472034)。 

作者简介:尹琳琳,在读硕士研究生,荆涛,副教授。 

级设定不同的接入门限。考虑到小区中不同位置的 

用户对小区容量的不同影响,文献【2】引入了等效负 

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载的概念来表示小区中的资源占用情况,并将其作 

c 。在考虑其它相邻小区中用户的服务质量时,判 

为接入控制的判决准则。文中将用户数的加权和作 

决准则中还可以包含对周围小区中已用带宽总数的 

为等效负载,处于小区边界的用户权重较大,越靠 

要求。 

近小区中心权重越小。而文献[3】根据小区中带宽的 

以上是从小区的角度设定保护带宽的,而文献 

占用情况进行判断,由于各业务占用的带宽是不同 

[7】中的算法则是从用户的角度出发。即呼叫接人到 

的,因此它比依据用户数进行判断的算法更能准确 

目标小区的同时,也在其周围小区中预留了一定的 

反应系统资源的使用状态。 

1.2坫r价 质: 的CAC算法 

用户的QoS是否能够得到保障,最直接的表现 

就是其接收到的SIR值,当用户接收到的SIR小于 

某一阈值时,就不能进行正常的通话,通话中断。 

因此可直接将用户的SIR值作为进行接纳控制的判 

决参数。文献[4】中,分别为新呼叫和切换呼叫设定 

了不同的门限值SIR…,和SIR 只有呼叫接入后获 

得的SIR值大于对应的门限值时,才接入该呼叫请 

求。考虑到相邻小区的用户间的影响,在判决时还 

要兼顾周围小区内用户的SIR。文献[5】用系统的干 

扰水平作为CAC判决参数。由于CDMA系统是干 

扰受限的系统,基于干扰分析与基于SIR值的算法 

在实质上是一致的。文中近似认为呼叫接入后系统 

的干扰水平等于系统原有干扰水平与到达呼叫干扰 

水平的预测值之和,通过将其与系统的干扰水平门 

限值相比较,来决定是否接入该呼叫请求。 

基于用户数或负载的CAC算法及基于SIR值或 

干扰水平的CAC在本质上是一致的。基于负载的 

CAC更简单且易于实行,而基于干扰的CAC中,阈 

值对传播模型、业务分布、传输速率等系统参数不 

敏感,不易受影响。 

2控制切换掉线率的CAC 

2.1 颅留资源的CAC 

为了控制切换掉线率P f(Handoff Failure Proba— 

bility),在小区中为切换呼叫预留一定的专用带宽, 

这就是在8 0年代中期首次提出的保护带宽策略 

(GB,Guard Band)。但是,GB策略会导致系统阻塞 

率Pb的升高,并降低资源利用率。因此,预留多少 

资源,以及如何管理这部分预留资源,使系统性能 

达到最佳,是GB策略的关键。 

对新呼叫和切换呼叫设定不同的接入门限c 

和C,那么(C C )就是为切换呼叫所预留的保 

护带宽,只有切换呼叫才可以占用这部分资源。文 

献[6】的算法还根据实时测得的P 值调整门限值 

0— 币 

资源,以备切换所需。这样在其持续期内,无论它 

是一直停留在目标小区中还是切换到其他小区,都 

能保证其资源需求得到满足。由于并非所有的呼叫 

都会发生切换,因此结合用户发生切换的概率,而 

不是在所有的小区中都预留保护带宽。周围小区的 

总信道占用数和呼叫发生切换的概率决定了每个小区 

为其它小区内呼叫所预留的保护带宽。由于现实中很 

难对呼叫发生切换的概率值进行准确预测,因此一般 

用小区中的历史统计值来近似呼叫切换的概率。 

2.2财呼叫进行排队的CAC 

对呼叫进行排队的算法是利用了宽带CDMA系 

统中所采用的软切换技术的特性。当呼叫不能立即 

进行切换时,不是直接拒绝,而是进入缓存器排队, 

等待小区分配信道资源。它一般适用于对实时性要 

求较低的非实时业务,如数据传输及TCP/IP业务 

等,且常与GB策略结合使用。 

2.3 以P 为约束条什的最优化CAC算法 

控制P 的CAC可通过有约束条件的最优化算 

法来实现。即在P 取用户满意的最大值时,最优化 

关于某一系统参数的目标方程,从而得到最优化该 

参数的CAC算法,例如在保证P 的前提下最小化 

P 或最大化系统资源利用率。一般这种算法先用马 

尔可夫决策过程(MDP,Markov Decision Process) 

建模,然后用线性规划方法求解。但是由于系统中 

用户数过多,求解计算量过大,其可实现性差。为 

了简化计算,文献[8】在最优化系统资源利用率时把 

用遗传算法求得的结果近似为最优化解。虽然所求 

得的结果与MDP的最优化解有细微差别,但仍得到 

较满意的资源利用率,且计算量显著降低。 

2.4 州"IIr1 ̄宽的动念涧祭卡}I结合的CAC 

宽带CDMA系统支持多种业务,且各业务传输 

所需的带宽各不相同,QoS也是多级可调的。因此 

将接纳控制和带宽资源的再分配相结合,在对呼叫 

请求进行判决的同时对系统带宽进行再分配,既能 

保证P 和P 还能提高系统资源的利用率。 

文献[3】将系统业务分为两类,即固定带宽业务 

(CBS),如话音、视频会议等;可变带宽业务(VBS) 

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如流类、Internet交互类业务等。两类业务的目标 

服务质量要求的前提下,通过逐步减少已有呼叫 

带宽分别为B 和B 且VBS带宽的变化范围为 所分配的带宽数来接纳更多的用户,并能保证各 

B 

】。呼叫到达时,小区为不同的业务分配 

业务的服务公平性,但其缺点是业务带宽的波动 

In,

。 

相应的带宽,若没有足够的带宽,则降低小区中已 过于频繁。 

有VBS的服务质量来获得能够接纳该呼叫的带宽。 2.5 比较分析 

当小区中VBS的带宽降至最小带宽B…,仍不能满 各种控制P 的CAC算法都是采用不同的方法, 

足到达呼叫的带宽要求时,拒绝该呼叫请求,如图 

使切换呼叫优先于新呼叫。各种方法各有侧重点和 

1所示。另一方面,保护带宽空闲时,则分配给VBS 

使用,当切换呼叫到来时,则降低VBS的QoS等级 

来归还所借用的带宽。这种CAC算法既能保证切换 

呼叫的正常接入,又充分利用了空闲的带宽资源。 

接受 拒绝 拒绝 接受 

图1呼叫接入控制流程图 

与文献[3】不同的是,文献[9】中的保护带宽是 

固定的,且只能用于满足切换的实时业务的最低带 

宽需求,而不能被其他业务所占用。在该算法中, 

每种业务都设定了最大带宽和最小带宽以及可借用 

的带宽ABB,并把ABB均分为入份。在进行带宽 

借用和归还操作时,每个呼叫每次增加或减少的带 

宽只能为ABB/入。这样,虽然不同的业务可以借 

用的带宽数不同,但在同一时刻所借出的比例是相 

同的。当小区中的带宽资源小于到达呼叫(新呼叫 

及切换呼叫)所需带宽时,便向小区中已有呼叫借 

用带宽,当所有的呼叫借出ABB/入带宽仍不能满 

足时则拒绝该呼叫。对于切换的实时业务,只有当 

借用带宽和预留带宽之和还不能满足其最低带宽要 

求时,才会被拒绝。只有小区中没有空闲带宽时, 

切换的非实时业务才会被拒绝,因为预留带宽只用 

于满足切换的实时业务的最小带宽请求。另一方 

面,当小区中的呼叫结束或切换至其他小区时,把 

其释放的带宽优先分配给小区中借用带宽比例较 

高的呼叫。这种CAC算法能够在保证用户的最低 

优缺点,如表1所示。但是随着CDMA系统业务的 

不断发展和对系统性能要求的不断提高,需要将各 

种方法综合使用,实现系统性能的最优化。 

表1控制P 的CAC算法比较 

方法 内容 优缺点 相关文献 

提高切换呼叫的 

为切换呼叫预留 优先级,降低了 

预留资源法 一定的专用 

资源利用率降低

P 但P 增大, 【6】

[1Ol-D4】 

带宽。 需要合理设计预 。 

留方寨. 

资源有限时,令 降低业务阻塞率, 

业务排队法 切换的非实时业 但延时大,实时 【l】 

务排队等待。 性差。 

以P 为限制条 

以P 为限制 件,对系统的某 需要用马尔可夫 

条件的最傥化 性能参数进行最 决策过程解决, 【B】 

算法 优化。求得预留 计算量大。 

资源数量。 

与带宽的动态 进行揍人控制的 提高系统资源的 

调整相结合的 同时考虑带宽资 利用率,适应 【3】,【9】 

算法 源的动态分配。 网络。 

3结束浯 

CAC算法的研究是宽带CDMA无线资源管理 

的一个重要方面,同时,随着无线通信技术的不断 

发展,出现了许多新的问题和挑战。为了增大容量, 

并解决业务分部不均的问题,人们提出了多层小区 

的概念,即用微小区和宏小区覆盖同一片区域。用 

微小区获得较大的容量,满足热点地区大业务量的 

带宽需求,而利用宏小区提供连续的覆盖。但微小 

区间更加频繁的切换,便对系统的CAC提出了更高 

的要求。同时随着各种多媒体业务的出现,尤其是 

不对称业务的发展,系统下行链路的容量也逐渐成 

为CAC的瓶颈问题,因此在设计CAC算法时,需 

要综合考虑上行链路和下行链路的接入问题,例如 

只有上行链路和下行线路的CAC都满足接入条件 

时,才能接纳呼叫[1 Ol。 

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团 E—曰— 匪蛔R、l lA、(O、II’l¨R ,_ lL_、l1(]\  

研究与开发 

上 编 :1005.8451(2006)08

0016.03 

64D半自动闭塞的电子模块研究 

孙 慧,魏宗寿,李文慧,高利民 

(兰州交通大学 光电技术与智能控制教育部重点实验室,兰州 730070) 

悯 :根据半自动闭塞的办理过程将该电子模块的软件程序划分为各功能子程序,对软件设计方面 

的问题做了重要说明,并给出了程序流程图。该电子模块在硬件和软件的设计上都遵循了“故障一安全”的 

原则,体现了可靠性和安全性。 

火键i"h联锁;继电半自动闭塞;计算机技术;故障一安全 

lIl}冬1分类 :TP39 文献标 l码:A 

Research of Electronic Module on 64D Semi.automatic Blocking System 

SUN Hui,WEI Zong-shou,LI Wen—hui,GAO Li-min 

(Key Laboratory Opto-Eletronic Technology and Intelligent ControlMinistry of Education, 

Lanzhou Jiaotong University,Lanzhou 730070,China) 

Abst t:On the basis of semi-automatic blocking system s running process

this electronic module’s software 

program was divided various subprogram,problems about software design were explained,and critical program s 

lowchart fwas given.This electronic module complied with the principle of“fail-safe”either in the hardware or 

in the software,and embodied reliabiliy atnd safety, 

Key words:interlock;relay semi-automatic blocking;computer technique;fail-safe 

目前国内投入使用的计算机联锁都是从继电电 

收稿日期:2006-03-21 

作者简介;孙慧,在读硕士研究生;魏宗寿,教授 

气集中过渡发展起来的,还都不是以计算机技术为 

核心的全电子联锁系统。不同制式的计算机联锁系 

统都保留了相当数目的继电器,随着铁路运输的发 

control in wireless networks[J].Global’ Confer. 

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