第 29卷 第 4期 昆 明 理 工 大 学 学 报 (理 工 版 ) vo1．29 No．4
2004年 8月 ureal of Ku |n ng niversity o
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f Sc
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ience and Technology(Science and Technology) Aug．2004
不同拓扑蜂房网中动态信道分配性能仿真分析
邵玉斌
(昆明理工大学 信息工程与自动化学院，云南 昆明 650051)
摘要 ：研 究了动态信道分配算法在不同蜂房网拓扑条件下的性能差异，介绍一种简单的适合于
分散控制式 DCA的算法，并以之为例作仿真性能分析．指 出动态信道分配的性能不仅与算法本
身有关，而且随蜂房网的结构变化而发生变化．通过计算机仿真分析，得到了在简化条件下动态
信道分配的性能的变化规律性 ，为动态信道分配的工程应用提供参考 ．
关键词 ：个人通信 系统 ；话务模型；动态信道分配(DCA)；计算机仿真
中图分类号 ：TN929．53 文献标识码 ：A 文章编号：1007—855X(2004)04—0126—04
Performance Simulation & Analysis of Dynamic
Channel Allocation in Different Cellular Topology
SHAO Yu—bin
(Faculty of Information Engineering and Automation，Kunming University of Science and Technology，Kunming 65005 1，China)
Abstract：The differences in the performance of a dynamic channel allocation(DCA)algorithm in different cel—
lular topologies are discussed．It is pointed out that the perform ance of DCA is not only related to the algorithm
itself but also to the cellular topology where it is applied．By computer simulation，their relationship pattern，
which is useful f0r cellular mobile communication engineering．is obtained．
Key words：Pe~onal Communication Systems(PCS)；traffic model；Dynamic Channel Allocation(DCA)；com—
purer simulation
O引 言
信息社会对通信容量需求不断增大，为了更有效地利用有限的信道资源，新一代个人通信系统(PCS)
将广泛采用微蜂窝(Microcellular)和微微蜂窝(Picrocellular)结构，但是，目前的频率配置和网络控制方式
并没有将通信容量最大限度地发挥出来，在 CDMA的PCS蜂房网中，提高信道资源利用率，从而提高通信
容量的解决方法 ，除了已经广泛研究的功率控制技术之外 ，另一个有效的方法就是动态信道分配(DCA)技
术的应用 ．关于各种动态信道分配算法的研究和性能比较已见诸于各类文献[1～7]，并得到一些结论 ：
(1)在话务量和阻塞概率确定的条件下 ，动态信道分配(DCA)一般 比固定信道分配(FCA)多提供大
约 10％的用户容量-．-1，这依赖于 DCA算法本身的有效性 、蜂房网的拓扑条件 、话务量 以及总信道数诸条
件 ；
(2)在某些 条件下 ，DCA的性 能可能 比 FCA的性 能差 ，特别是在阻塞率 比较高 的情况下更是 如
此[4·6：；
(3)分散控制式的DCA(由移动台或基站负责进行信道分配)比集中控制式的 DCA(由移动交换中心
负责信道分配)在系统的稳定性 、可扩充性和实现的方便性上都略胜一筹l3]．
本文讨论了 DCA算法特别是分散控制式 的 DCA算法在不同蜂房网拓扑模型下 的性能表现 ，在此基
收稿 日期 ：2004—06—15．
作者简介：邵玉斌(1970～)，男，副教授．主要研究方向：无线通信和个人通信系统．E—mail：haoyubin@263．net
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第4期 邵玉斌：不同拓扑蜂房网中动态信道分配性能仿真分析 127
础上 ，给出一些具有普遍意义的规律 ；同时，提出了与同等条件下的 FCA作为衡量标尺进行对比分析的方
法 ．
1仿真拓扑模型和参考话务模型
通过后面的分析我们将看到，同一种 DCA算法在不同的条件下进行仿真，其性能表现是大不相同的．
本文中，我们以全网平均呼叫阻塞概率 P6和归一化信道重用系数刁作为性能指标进行仿真．首先定义：
1)全网平均呼叫阻塞概率 P6：
Pb= lim (1)
其中：B为仿真时段内统计的发生阻塞的呼叫数目，Ⅳ为仿真时段内全网统计发生的总的呼叫数目。Ⅳ越
大，仿真数据的置信度就越高．
2)归一化信道重用系数 刁：
。
d z
7=— T——一 (2)
C ·l d￡
J n (f)>o
其中：n。(t)是t时刻全网中正在通话的用户数目；n (t)是 t时刻全网中正在通话的用户所占用的信道数
目；C为构成全网的总的小区数．为避免出现0／0的情况，我们定义 n (t)>0，即在计算时认为网中至少
有一个用户正在通话中．
叩的物理意义是从全网平均的意义上看 ，在一个小区中使用一个信道的平均用户数 目．叩表征了DCA
算法以尽可能少的信道支持尽可能多的用户呼叫的能力．刁越大，表明这种 DCA算法的性能越好．设全网
一 共有 条信道， 为小区复用模式l ，全网小区数为 c，则全网正在通话的用户数最多为 ·C；而此时
系统处于满负荷，用户占用了系统的全部信道 ，显然在这种极限条件下，刁最大，由(2)式易知
· c l
⋯
rimax≤ ■ 一K Lj
文献[2]指出，Pb与刁之间有以下近似关系：
Pb=ErlangB(』D，l ·M ·C J) (4)
其中：lD为全网总的话务量；叩为归一化信道重用系数；M为全网信道总数；C为全网小区总数；[ ]代表
取整．ErlangB(·，·)为爱尔郎 B阻塞率公式_8]：
ErlangB(p，n)= (∑ ) (5)
下面我们给出仿真的网络拓扑及话务条件 ：
(1)设网络中各个小区的话务量均匀，为常数 A．用 户呼叫到达过程服从参数为 的泊松分布 ，呼叫
到达率 =0．1次呼叫／s／，J、区，呼叫持续时间服从参数为 的负指数分布，平均呼叫持续时间为 l =
180 s．则各个小区的话务量均为 A= =18 Erlang／cell；
(2)设对应的FCA每一个小区的信道数为 m．我们从 m=14到 m=26进行仿真，这样可以对网络拓
扑不同但对应 FCA呼叫阻塞率性能相同的条件下的同一 DCA算法的性能作出比较．记蜂房网的小区复
用模式为 ， 由系统的抗干扰门限所决定[¨，那么全网总的信道数 为：M=K×m．我们以 K=3和
K=7这两种条件分别进行仿真 ；
(3)仿真蜂房网的拓扑为8×8小区平行四边形结构及3，7，l9相邻小区结构．如图 1、图2、图3所示．
图 1中，3小区拓扑代表了小区复用模式 =3条件下的最少小区数结构；7小区拓扑代表了小区复用模
式 =7条件下的最少小区数结构，即在这两种拓扑结构下 ，信道不能被重用 ，否则用户呼叫之间将发生
相互干扰．图2中的 l9小区结构代表了中等规模的蜂房网．图 3中8×8小区拓扑代表了较大一些规模的
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蜂房网．对于 19小区和 8×8小区我们在 K=3和 K=7两种情况下都作了仿真 ．我们将给出在对应 FCA
服务性能相同的条件下，DCA算法在上述不同拓扑条件下的性能差异．
图 1 3小区和 7小区拓扑
Fig．1 3 cells& 7cells
图 2 19小区拓扑
Fig．2 19 cells
图 3 8X 8小区拓扑
Fig．3 8×8 cells
2算法描述和仿真结果分析
首先说明一种适合于分散控制的 DCA算法，这种 DCA算法可以用简单的硬件实现[ ．分散控制的
DCA算法中，信道分配过程由小区基站 BS(Base Station)负责完成．以小区 i为例，其基站号设为 BS ，BS
实时扫描全网的所有信道 1～M，监测每一条信道上的载干比 C／I，作为判断信道忙闲的标志，当 C／I值
小于某一门限时，判决该信道空闲，即 使用该信道之后将不会对其他用户形成干扰．当小区 i中有用
户发出呼叫后，BS 扫描寻找空闲信道；如果信道均忙，则拒绝用户呼叫，于是发生 1次呼叫阻塞；如果 BS
监测到有 条信道空闲，设这些空闲信道的序号为 厂l，． ，⋯， ，则
(1)随机分配方式：日．s 在／。， ，⋯， 这 条空闲信道中随机选取一条 ，分配给发出呼叫申请的用户
使用 ；
(2)最小序号信道分配方式：8s 在
．
厂l'．厂’，⋯，． 这 条空闲信道中选取信道序号最小的那一条信道
i ，／mi =min{／-，／2，⋯， }，并将 i 分配给发出呼叫申请的用户使用．
在这两种DCA算法中，最小序号信道分配方式的DCA性能优于随机分配方式的 DCA，而且硬件实现
十分简单，算法速度极快[2,51．基于此，本文对最小序号信道分配方式作计算机仿真性能分析．
图 4 k=3时不同拓扑的蜂房网DCA
呼叫阻塞率性能仿真结果
Fig．4 Simulation result of different
cellulartopology Pb VS．m when K =3
图 5 k=7时不同拓扑的蜂房网 DCA
呼叫阻塞率性能仿真结果
Fig．5 Sim ulation result of different
cellular topo logy Pb VS．m when K =7
图6 小区复用模式 对用户呼
叫阻塞率的影响
Fig．6 Impact of duster size K Oil
caller blocking probability P6
图 4是小区复用模式 K=3时，蜂房网拓扑结构分别为 3小区、19小区、8 X 8小区时的全网平均呼叫
阻塞概率 P6随对应 FCA每小区信道数 rn变化而变化的仿真结果．我们发现，rn相同时，P (3小区拓扑
条件)<P6(19小区拓扑条件)< P6(64小区拓扑条件)，即在对应 FCA性能相同的条件下，全网所包含
的小区数越多，则 DCA仿真的全网平均呼叫阻塞率就越高．换句话说，在小区数较少的拓扑条件下，DCA
对网络性能的改善很明显，而在全网包含小区数 比较多时，DCA的性能改善就不如前者了．从图 4还可以
看到，DCA在呼叫阻塞概率 P6较小时(如 1％以下)的性能改善度比 P6较大时好，因此，DCA更适用于信
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第4期 邵玉斌：不同拓扑蜂房网中动态信道分配性能仿真分析 l29
道比较松闲时的信道利用率的改善 ．当信道 比较拥挤时，由于基站 BS往往要么没有空 闲信道可用，要么
仅有 1条空闲信道(因为此时Bs寻找到多条可用信道的概率为寻找到 1条可用信道的概率的高阶无穷
小)，所以此时DCA各种算法均无改善意义．当信道十分拥挤时，据文献[4]，DCA的性能将不如优化配置
的 FCA的性能．图 5是小区复用模式 K=7时，蜂房网拓扑结构分别为 7小区、19小区、8×8小区时的全
网平均呼叫阻塞概率 P6随对应 FCA每小区信道数 m变化而变化的仿真结果，与 K=3的情况具有同样
的变化规律 ．图 6是图 4和图 5的综合 ，它指出 19小区及 64小区拓扑结构中，对应 FCA相同性能的条件
下 ，小区复用模式 K的变化对 DCA性能的影响 ．我们看到，小区复用模式 K=7时的 DCA对网络性能的
改善度比 K=3时的大．显然，小区复用模式 K越大 ，DCA对网络呼叫阻塞率性能的改善程度也就越明
显．
3 结 论
以上我们讨论了一种简单的分散控制式的 DCA算法在不同蜂房网拓扑条件下的性能差异，指出蜂房
网的拓扑结构对 DCA算法的性能有很大影响．在工程上 ，选择某种 DCA算法时必须考虑具体工程网的拓
扑结构，在定性的考察后进行计算机仿真分析，才能确定这种 DCA算法的适用程度．全局阻塞概率 P6和
归一化信道重用系数叩是仿真衡量 DCA性能的主要指标，在 P6难以仿真得到时，借助 叩可以估算出P6
很小时的 DCA性能．
进一步的工作是寻找更好的 DCA算法以及研究 DCA在 CDMA微蜂网和三维微蜂网中的性能特征 ．
参考文献 ：
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