TD—LTE與TD—SCDMA切換判決機制的探究與仿真

王蕾　廖鑫　姚銳　黃幫明

摘要：不同網(wǎng)絡(luò)之間的切換問題是網(wǎng)絡(luò)間互操作的重要組成部分，尤其是當(dāng)前備受關(guān)注的TD-LTE與TD-SCDMA的切換問題。該文在對常規(guī)切換機制剖析的基礎(chǔ)上，通過詳盡的理論分析，根據(jù)現(xiàn)有切換機制的不足，提出了新的切換判決算法機制。新機制中結(jié)合了多屬性切換判決中的層次分析算法和二維函數(shù)收益法，考慮了移動用戶的業(yè)務(wù)喜好，并使用Matlab搭建了網(wǎng)絡(luò)模型著重針對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進行仿真，根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)收益值來實現(xiàn)切換的選擇，驗證了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)切換判決算法的有效性。

關(guān)鍵詞： TD-LTE；TD-SCDMA；切換；層次分析算法；二維函數(shù)收益法；Matlab

中圖分類號：TP393 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）13-3169-06

Research and Simulation of the Handoff Algorithm between the TD-LTE and TD-SCDMA

WANG Lei1， LIAO Xin2， YAO Rui3， HUANG Bang-ming3

（1.Institute of Information and Communication Engineering ， Chongqing University of Posts and Telecommunications， Chongqing 400065， China； 2.Shenzhen Huawei Technologies Co.， Ltd.， Shenzhen 518000，China；3.China Mobile Group Design Institute Co. Ltd.， Chongqing Branch， Chongqing 401147，China）

Abstract： Handoff between the different networks is an important part of network interoperability. Especially the handoff between TD-SCDMA and LTE has attracted much attention. This paper is base on the conventional handoff strategy and detailed theoretical analysis. According to the shortage of the existing handoff mechanism， this paper puts forward a new handoff judgment algorithm mechanism， which combines with analytic hierarchy process and two-dimensional function income approach in the multi-attribute switching judgment algorithm， and considers the mobile user's business preferences. To verify the effectiveness of this new mechanism， especially for data service， this paper uses Matlab to build a network model to simulate the handoff function performance indicators， and finally confirms the efficiency of this new handoff algorithm on mobile data service.

Key words： TD-LTE；TD-SCDMA；Handoff； analytic hierarchy process； two-dimensional function income approach； Matlab

1 概述

TD-LTE是我國自主知識產(chǎn)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)，得到了政府的大力支持，并且電信運營商中國移動已經(jīng)在廣州等10城市部署了實驗網(wǎng)，用來進行規(guī)模網(wǎng)絡(luò)技術(shù)試驗。在通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的承載方式上，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期的時候TD-LTE可能被作為純數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，語言業(yè)務(wù)則主要由2G/3G網(wǎng)絡(luò)來承載，但在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐步成熟，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模逐漸擴大以后，TD-LTE可能會同時提供語言和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。因此，在網(wǎng)絡(luò)逐步發(fā)展與成熟的一段長期的時間里， TD-LTE與TD-SCDMA共同覆蓋問題是不可避免的。

2 切換概述

在移動性管理中，切換問題是核心問題之一。在用戶終端的移動過程中，由于各種不同的原因，例如網(wǎng)絡(luò)性能的變化，常常要重新選取合適的網(wǎng)絡(luò)進行切換接入，為了使用戶在移動的過程中獲得不間斷，通信質(zhì)量良好的服務(wù)，也為了使網(wǎng)絡(luò)的各項性能更優(yōu)，就必須使用切換技術(shù)來達到上述目標(biāo)。

2.1 切換定義

切換是當(dāng)移動終端從一個基站覆蓋區(qū)變化到另一個基站覆蓋區(qū)，或者受到干擾，由原服務(wù)信道轉(zhuǎn)接到新的空閑信道上，以便確保連續(xù)的通信服務(wù)，并保證用戶感受“無縫的連接”，防止通信服務(wù)的中段。

2.2 切換種類

移動通信系統(tǒng)基于不同的原理和場景，有這不同的分類方法。例如：

1） 根據(jù)移動通信系統(tǒng)中四種不同的切換控制方式，可以分為，移動臺控制切換，網(wǎng)絡(luò)控制切換，以及移動臺輔助切換，網(wǎng)絡(luò)輔助切換。

2） 根據(jù)切換的同步機制又可分為：硬切換，軟切換和接力切換。硬切換是在不同頻率的基站貨覆蓋小區(qū)之間的切換。軟切換是指載波頻率相同的小區(qū)間的一種切換。接力切換時一種改進的硬切換技術(shù)，相比于硬切換，它提高了切換成功率；相比于軟切換，可減少占用鄰近基站信道資源，增加系統(tǒng)容量。endprint

3） 根據(jù)移動終端是否被接入到同一種技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，可以分為系統(tǒng)內(nèi)切換和系統(tǒng)間切換。系統(tǒng)內(nèi)切換是指同種技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的切換。系統(tǒng)間切換是指不同技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的切換。

2.3 切換過程

無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，切換一般包括3個基本步驟：第一，切換測量；第二，切換判決；第三，切換執(zhí)行。如下圖1所示。

圖1 切換基本流程圖

1） 切換測量

切換測量階段是搜索在搜索的范圍內(nèi)有哪些網(wǎng)絡(luò)，并且確定這其中有哪些網(wǎng)絡(luò)是符合切花要求的備選網(wǎng)絡(luò)的過程，完成測量各種切換信號的參數(shù)包括信號強度、頻率等，并根據(jù)提取到的參數(shù)信息生成相應(yīng)的測量報告。

2） 切換判決

切換判決階段是以切換測量階段所搜索到的信息為基礎(chǔ)的。切換的判決和對應(yīng)的資源分配需要移動終端評估所有目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的性能，同時再綜合自身所處的原網(wǎng)絡(luò)的性能之后，根據(jù)某種切換準(zhǔn)則來進行相應(yīng)的切換。

3） 切換執(zhí)行

在通信系統(tǒng)在切換判決階段完成了判決之后，相應(yīng)的與切換有關(guān)的工作由切換執(zhí)行階段來完成。

3 TD-SCDMA和TD-LTE切換算法的研究

TD-SCDMA與TD-LTE網(wǎng)絡(luò)之間的切換主要是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能要求，沒有考慮到用戶的對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的某方面的要求比如用戶注重高帶寬，因此時延可以相對的不那么重要，有些用戶希望資費低，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求不高，而現(xiàn)有的TD-SCDMA與TD-LTE網(wǎng)絡(luò)切換時只考慮了網(wǎng)絡(luò)性能而沒有考慮用戶的需求因素，比如TD-SCDMA 網(wǎng)絡(luò)注重語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)并重，而TD-LTE網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)運營前期會比較注重數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，語音業(yè)務(wù)會由TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)和GSM網(wǎng)絡(luò)來承載， 綜上所述TD-SCDMA與TD-LTE網(wǎng)絡(luò)之間的切換存在一定的瑕疵，也不能綜合反應(yīng)用戶對網(wǎng)絡(luò)的需求，而多屬性切換判決算法是綜合考慮多個因素的，其中層次分析法是其中的一種。

3.1 層次分析法（AHP）

層次分析（Analytical Hirachy Process）算法利用經(jīng)驗或其他方法得到各方案相對于每個準(zhǔn)則的相對權(quán)重，并根據(jù)每個準(zhǔn)則相對于總目標(biāo)的相對權(quán)重，得到各個方案相對于總目標(biāo)的權(quán)重，從而得以選出最優(yōu)方案。

運用AHP進行判決的時候，大體上可分為以下4個步驟：（1）建立系統(tǒng)的遞階層次結(jié)構(gòu)模型；（2） 構(gòu)造出比較判決矩陣，對同一級別的各參與到判決屬性的元素對于上一層中的某個判決標(biāo)準(zhǔn)的重要性進行相互間的比較，比較完之后用數(shù)字予以量化，從而就構(gòu)成了判決矩陣；（3）由判決矩陣計算出相應(yīng)的相對權(quán)重，并運用矩陣的相關(guān)理論進行一致性檢驗； （4）對各層元素的系統(tǒng)總目標(biāo)的組合權(quán)重進行計算。

3.2 二維收益函數(shù)加權(quán)法

如果把網(wǎng)絡(luò)空間視作一個二維空間，在這個空間中，備選網(wǎng)絡(luò)使用行向量表示，網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)值使用列向量表示。屬性j的值被rij 來表示，屬性的重要性的權(quán)重的量化值我們用wj來表示。把各個備選網(wǎng)絡(luò)屬性的屬性值rij和它相對應(yīng)的其權(quán)重wj相乘，再把各個網(wǎng)絡(luò)不同的屬性加起來就得到這個網(wǎng)絡(luò)的總得分值A(chǔ)saw*。對收益函數(shù)來說，它會選擇總得分最大的網(wǎng)絡(luò)成為他首先考慮的切換的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，因為總得分最大，對收益函數(shù)來說意味著網(wǎng)絡(luò)收益是最大的，其公式用數(shù)學(xué)語言描述如下式（1）所示：

[A*saw=argmaxj=1Nrijwj] （1）

3.3 新的切換機制流程

根據(jù)以上闡述我們可以提出以下切換判決思想：

1） 首先把接收到的信號強度作為硬性切換判決，根據(jù)測量報告中獲得的RSS值，不同網(wǎng)絡(luò)的RSS值不相同。選取RSS值滿足切換條件的網(wǎng)絡(luò)，把RSS值是切換判決的必要條件。

2） 在1）的基礎(chǔ)上加入目標(biāo)函數(shù)的判決因子，根據(jù)AHP層次分析法構(gòu)造出判決矩陣，并用一致性檢測分析出判決矩陣是否合理，若合理得到相應(yīng)的權(quán)重。

3） 得到的權(quán)重與判決屬性相乘得到最大收益值的網(wǎng)絡(luò)進行切換。其流程圖如下圖2所示。

圖2 TD-LTE與TD-SCDMA切換新算法流程圖

3.4 判決因子的選取以及構(gòu)造判決矩陣

3.4.1判決因子的選取

因為TD-LTE網(wǎng)絡(luò)前期主要是承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，所以在TD-SCDMA與TD-LTE網(wǎng)絡(luò)間切換主要考慮數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中我們選擇接收到的信號強度、傳輸速率、時延以及資費4個參數(shù)作為判決因子。

1） 接收信號強度：我們分為兩個兩種情況分別是無線信號在自由空間中傳播考慮和不考慮快衰落的情況，無線信號在自由空間中傳播的信號強度與距離的關(guān)系如下式（2）， 式（3）所示。

[PL（dB）=32.44+20lgd（KM）+20lgf（MHZ）] （2）

[Pr（dB）=Pt-PL] （3）

PL為路徑損耗Pt為發(fā)射天線的信號強度。如果考慮快衰落的話則其服從瑞利分布。

2） 傳輸速率、時延、資費根據(jù)電信運營商實際工作中的來設(shè)置。

3.4.2 判決矩陣的構(gòu)造和一致性檢測

1） 判決比較判決矩陣的建立是要看各層元素中下一層各個元素之間對于上層要達到的目標(biāo)的重要性，并將其量化后得到的值。同層中的兩個元素u1 u2 進行比較，比較哪一個元素更重要一些并且這個元素比另外一個元素重要多少，然后按照T.L.Saaty教授的1-9標(biāo)度法將進行相對重要程度進行賦值，具體可參考文獻[4]中所述。

2） 為了驗證構(gòu)造判決矩陣的構(gòu)造的合理性，矩陣的一致性檢驗是必不可少的也是保障。

進行一致性檢驗可按如下步驟來進行：

a） 首先是一致性指標(biāo)C.I.的計算，其計算公式如式（4）所示：

[C?I?=λmax-nn-1] （4）

其中[λmax]為Vm=λm中λ的最大特征值，n為判決矩陣的階數(shù)。

b） 其次是關(guān)于n的值對應(yīng)的平均隨機一致性指標(biāo)R.I.值的查找：T.L.Saaty教授在1980年給出了樣本容量100-500的1-15階矩陣的R.I.值，具體值可參考文獻[4]。

c） 最后是需要把[C?I?]與[R?I?]做比較得到一致性比例C.R.的大小，如式（5）所示：

[.C?R?=C?I?R?I?] （5）

如果按式（5）計算出的一致性比例[C?R?]的值小于0.1，那么表明判決矩陣的構(gòu)造是相對合理；反之，如果大于0.1判決矩陣的構(gòu)造不合理需要調(diào)整，以保持一定程度的一致性。

3.5 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)權(quán)重的分析與計算

因為TD-LTE前期是以承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主，我們就以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)來構(gòu)造的判決矩陣。通常來說數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對帶寬要求高 ，但對時延較敏感不高，實時性不強。根據(jù)前面描述可構(gòu)造判決矩陣以及計算出來的相對權(quán)重如下表1所示。

表1 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)判決矩陣及權(quán)重

[Vij＼&信號強度＼&傳輸速率＼&時延＼&資費＼&權(quán)重＼&信號＼&1＼&1/5＼&3＼&5＼&0.2218＼&速率＼&5＼&1＼&5＼&7＼&0.6129＼&時延＼&1/3 ＼&1/5＼&1＼&3＼&0.1127＼&資費＼&1/5＼&1/7 ＼&1/3 ＼&1＼&0.0527＼&]

根據(jù)式（4），式（5）對判決矩陣進行一致性檢驗：當(dāng)n=4時，查相關(guān)表可得R.I.=0.90，則C.R.=C.I./R.I.==0.089<0.1，因此這個判決矩陣具有一致性。

4 仿真驗證

4.1 仿真模型的搭建

4.1.1 參數(shù)的初始化和場景

1） TD-SCDMA與TD-LTE共覆蓋的范圍內(nèi)覆蓋半徑1000 m；TD-SCDMA中心坐標(biāo)（0，500），覆蓋半徑1000 m；兩個TD-LTE基站的中心坐標(biāo)為（150，0）（-150，0）覆蓋半徑為170 m；TD-SCDMA基站發(fā)射功率為70 dBm， TD-LTE基站發(fā)射功率為65 dBm， 移動終端以5 m/s的速度經(jīng)過指定的點，分為考慮快衰落和不考慮快衰落的兩種情景。

2） 用戶在這個范圍內(nèi)行走路線必須經(jīng)過以下幾點：（-600，300），（-20， 40），（0， 40），（20， 40），（600，500） 。

圖3 系統(tǒng)模擬場景仿真圖

3） TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)工作頻率2020 MHz，接入門限值為-55 dBm，斷開門限為-70 dBm；TD-LTE工作頻率為2600 MHz， 接入門限值為-50 dBm，斷開門限為-65 dBm。其場景如圖3所示。

4.2 仿真結(jié)果及分析

4.2.1 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)仿真結(jié)果一

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（自由空間損耗中不考慮快衰落）根據(jù)以上模型的搭建和參數(shù)的設(shè)置，在MATLAB仿真平臺在不考慮快衰落的情況下，用戶切換如下圖4，圖5，圖6所示。

圖4 仿真時接收信號強度圖 圖5 網(wǎng)絡(luò)貢獻值

圖6 用戶終端選擇接入網(wǎng)絡(luò)

4.2.2 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)仿真結(jié)果二

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（自由空間損耗中考慮快衰落）根據(jù)以上模型的搭建和參數(shù)的設(shè)置，在MATLAB仿真平臺在考慮快衰落的情況下，用戶切換如下圖7，圖8，圖9所示。

圖7 仿真時接收信號強度圖 圖8 網(wǎng)絡(luò)貢獻值

分析：仿真結(jié)果表明在考慮與不考慮快衰落的兩種情況下，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中，圖6和圖9的終端接入網(wǎng)絡(luò)都與圖5和圖8中的網(wǎng)絡(luò)收益情況相符合；從而驗證了AHP算法和二維函數(shù)收益法的有效性。

5 總結(jié)

綜上所述， 在TD-SCDMA與TD-LTE切換引入層次分析法能更好的為移動客戶服務(wù)，客戶提供更多的選擇，同時能為運營商提供更好的網(wǎng)絡(luò)部署的指導(dǎo)，下一步我們可以從陰影衰落對切換次數(shù)的角度出發(fā)，看網(wǎng)絡(luò)的切換次數(shù)情況。

參考文獻：

[1] 阮國偉.UMTS切換子系統(tǒng)的設(shè)計與研究[D]. 武漢：華中科技大學(xué)，2005.

[2] 張凱.TD-LTE與TD-SCDMA、GSM跨系統(tǒng)重選技術(shù)及其測試方法研究 [D]. 北京：北京郵電大學(xué)碩士論文，2010.

[3] 3GPP TR 36.300T Radio Access Network Overall description；stage2.Release10[S].

[4] 賀昕，李斌.異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)切換技術(shù)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2009.

2） 為了驗證構(gòu)造判決矩陣的構(gòu)造的合理性，矩陣的一致性檢驗是必不可少的也是保障。

進行一致性檢驗可按如下步驟來進行：

a） 首先是一致性指標(biāo)C.I.的計算，其計算公式如式（4）所示：

[C?I?=λmax-nn-1] （4）

其中[λmax]為Vm=λm中λ的最大特征值，n為判決矩陣的階數(shù)。

b） 其次是關(guān)于n的值對應(yīng)的平均隨機一致性指標(biāo)R.I.值的查找：T.L.Saaty教授在1980年給出了樣本容量100-500的1-15階矩陣的R.I.值，具體值可參考文獻[4]。

c） 最后是需要把[C?I?]與[R?I?]做比較得到一致性比例C.R.的大小，如式（5）所示：

[.C?R?=C?I?R?I?] （5）

如果按式（5）計算出的一致性比例[C?R?]的值小于0.1，那么表明判決矩陣的構(gòu)造是相對合理；反之，如果大于0.1判決矩陣的構(gòu)造不合理需要調(diào)整，以保持一定程度的一致性。

3.5 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)權(quán)重的分析與計算

因為TD-LTE前期是以承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主，我們就以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)來構(gòu)造的判決矩陣。通常來說數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對帶寬要求高 ，但對時延較敏感不高，實時性不強。根據(jù)前面描述可構(gòu)造判決矩陣以及計算出來的相對權(quán)重如下表1所示。

表1 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)判決矩陣及權(quán)重

[Vij＼&信號強度＼&傳輸速率＼&時延＼&資費＼&權(quán)重＼&信號＼&1＼&1/5＼&3＼&5＼&0.2218＼&速率＼&5＼&1＼&5＼&7＼&0.6129＼&時延＼&1/3 ＼&1/5＼&1＼&3＼&0.1127＼&資費＼&1/5＼&1/7 ＼&1/3 ＼&1＼&0.0527＼&]

根據(jù)式（4），式（5）對判決矩陣進行一致性檢驗：當(dāng)n=4時，查相關(guān)表可得R.I.=0.90，則C.R.=C.I./R.I.==0.089<0.1，因此這個判決矩陣具有一致性。

4 仿真驗證

4.1 仿真模型的搭建

4.1.1 參數(shù)的初始化和場景

1） TD-SCDMA與TD-LTE共覆蓋的范圍內(nèi)覆蓋半徑1000 m；TD-SCDMA中心坐標(biāo)（0，500），覆蓋半徑1000 m；兩個TD-LTE基站的中心坐標(biāo)為（150，0）（-150，0）覆蓋半徑為170 m；TD-SCDMA基站發(fā)射功率為70 dBm， TD-LTE基站發(fā)射功率為65 dBm， 移動終端以5 m/s的速度經(jīng)過指定的點，分為考慮快衰落和不考慮快衰落的兩種情景。

2） 用戶在這個范圍內(nèi)行走路線必須經(jīng)過以下幾點：（-600，300），（-20， 40），（0， 40），（20， 40），（600，500） 。

圖3 系統(tǒng)模擬場景仿真圖

3） TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)工作頻率2020 MHz，接入門限值為-55 dBm，斷開門限為-70 dBm；TD-LTE工作頻率為2600 MHz， 接入門限值為-50 dBm，斷開門限為-65 dBm。其場景如圖3所示。

4.2 仿真結(jié)果及分析

4.2.1 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)仿真結(jié)果一

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（自由空間損耗中不考慮快衰落）根據(jù)以上模型的搭建和參數(shù)的設(shè)置，在MATLAB仿真平臺在不考慮快衰落的情況下，用戶切換如下圖4，圖5，圖6所示。

圖4 仿真時接收信號強度圖 圖5 網(wǎng)絡(luò)貢獻值

圖6 用戶終端選擇接入網(wǎng)絡(luò)

4.2.2 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)仿真結(jié)果二

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（自由空間損耗中考慮快衰落）根據(jù)以上模型的搭建和參數(shù)的設(shè)置，在MATLAB仿真平臺在考慮快衰落的情況下，用戶切換如下圖7，圖8，圖9所示。

圖7 仿真時接收信號強度圖 圖8 網(wǎng)絡(luò)貢獻值

分析：仿真結(jié)果表明在考慮與不考慮快衰落的兩種情況下，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中，圖6和圖9的終端接入網(wǎng)絡(luò)都與圖5和圖8中的網(wǎng)絡(luò)收益情況相符合；從而驗證了AHP算法和二維函數(shù)收益法的有效性。

5 總結(jié)

綜上所述， 在TD-SCDMA與TD-LTE切換引入層次分析法能更好的為移動客戶服務(wù)，客戶提供更多的選擇，同時能為運營商提供更好的網(wǎng)絡(luò)部署的指導(dǎo)，下一步我們可以從陰影衰落對切換次數(shù)的角度出發(fā)，看網(wǎng)絡(luò)的切換次數(shù)情況。

參考文獻：

[1] 阮國偉.UMTS切換子系統(tǒng)的設(shè)計與研究[D]. 武漢：華中科技大學(xué)，2005.

[2] 張凱.TD-LTE與TD-SCDMA、GSM跨系統(tǒng)重選技術(shù)及其測試方法研究 [D]. 北京：北京郵電大學(xué)碩士論文，2010.

[3] 3GPP TR 36.300T Radio Access Network Overall description；stage2.Release10[S].

[4] 賀昕，李斌.異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)切換技術(shù)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2009.

2） 為了驗證構(gòu)造判決矩陣的構(gòu)造的合理性，矩陣的一致性檢驗是必不可少的也是保障。

進行一致性檢驗可按如下步驟來進行：

a） 首先是一致性指標(biāo)C.I.的計算，其計算公式如式（4）所示：

[C?I?=λmax-nn-1] （4）

其中[λmax]為Vm=λm中λ的最大特征值，n為判決矩陣的階數(shù)。

b） 其次是關(guān)于n的值對應(yīng)的平均隨機一致性指標(biāo)R.I.值的查找：T.L.Saaty教授在1980年給出了樣本容量100-500的1-15階矩陣的R.I.值，具體值可參考文獻[4]。

c） 最后是需要把[C?I?]與[R?I?]做比較得到一致性比例C.R.的大小，如式（5）所示：

[.C?R?=C?I?R?I?] （5）

如果按式（5）計算出的一致性比例[C?R?]的值小于0.1，那么表明判決矩陣的構(gòu)造是相對合理；反之，如果大于0.1判決矩陣的構(gòu)造不合理需要調(diào)整，以保持一定程度的一致性。

3.5 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)權(quán)重的分析與計算

因為TD-LTE前期是以承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主，我們就以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)來構(gòu)造的判決矩陣。通常來說數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對帶寬要求高 ，但對時延較敏感不高，實時性不強。根據(jù)前面描述可構(gòu)造判決矩陣以及計算出來的相對權(quán)重如下表1所示。

表1 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)判決矩陣及權(quán)重

[Vij＼&信號強度＼&傳輸速率＼&時延＼&資費＼&權(quán)重＼&信號＼&1＼&1/5＼&3＼&5＼&0.2218＼&速率＼&5＼&1＼&5＼&7＼&0.6129＼&時延＼&1/3 ＼&1/5＼&1＼&3＼&0.1127＼&資費＼&1/5＼&1/7 ＼&1/3 ＼&1＼&0.0527＼&]

根據(jù)式（4），式（5）對判決矩陣進行一致性檢驗：當(dāng)n=4時，查相關(guān)表可得R.I.=0.90，則C.R.=C.I./R.I.==0.089<0.1，因此這個判決矩陣具有一致性。

4 仿真驗證

4.1 仿真模型的搭建

4.1.1 參數(shù)的初始化和場景

1） TD-SCDMA與TD-LTE共覆蓋的范圍內(nèi)覆蓋半徑1000 m；TD-SCDMA中心坐標(biāo)（0，500），覆蓋半徑1000 m；兩個TD-LTE基站的中心坐標(biāo)為（150，0）（-150，0）覆蓋半徑為170 m；TD-SCDMA基站發(fā)射功率為70 dBm， TD-LTE基站發(fā)射功率為65 dBm， 移動終端以5 m/s的速度經(jīng)過指定的點，分為考慮快衰落和不考慮快衰落的兩種情景。

2） 用戶在這個范圍內(nèi)行走路線必須經(jīng)過以下幾點：（-600，300），（-20， 40），（0， 40），（20， 40），（600，500） 。

圖3 系統(tǒng)模擬場景仿真圖

3） TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)工作頻率2020 MHz，接入門限值為-55 dBm，斷開門限為-70 dBm；TD-LTE工作頻率為2600 MHz， 接入門限值為-50 dBm，斷開門限為-65 dBm。其場景如圖3所示。

4.2 仿真結(jié)果及分析

4.2.1 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)仿真結(jié)果一

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（自由空間損耗中不考慮快衰落）根據(jù)以上模型的搭建和參數(shù)的設(shè)置，在MATLAB仿真平臺在不考慮快衰落的情況下，用戶切換如下圖4，圖5，圖6所示。

圖4 仿真時接收信號強度圖 圖5 網(wǎng)絡(luò)貢獻值

圖6 用戶終端選擇接入網(wǎng)絡(luò)

4.2.2 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)仿真結(jié)果二

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（自由空間損耗中考慮快衰落）根據(jù)以上模型的搭建和參數(shù)的設(shè)置，在MATLAB仿真平臺在考慮快衰落的情況下，用戶切換如下圖7，圖8，圖9所示。

圖7 仿真時接收信號強度圖 圖8 網(wǎng)絡(luò)貢獻值

分析：仿真結(jié)果表明在考慮與不考慮快衰落的兩種情況下，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中，圖6和圖9的終端接入網(wǎng)絡(luò)都與圖5和圖8中的網(wǎng)絡(luò)收益情況相符合；從而驗證了AHP算法和二維函數(shù)收益法的有效性。

5 總結(jié)

綜上所述， 在TD-SCDMA與TD-LTE切換引入層次分析法能更好的為移動客戶服務(wù)，客戶提供更多的選擇，同時能為運營商提供更好的網(wǎng)絡(luò)部署的指導(dǎo)，下一步我們可以從陰影衰落對切換次數(shù)的角度出發(fā)，看網(wǎng)絡(luò)的切換次數(shù)情況。

參考文獻：

[1] 阮國偉.UMTS切換子系統(tǒng)的設(shè)計與研究[D]. 武漢：華中科技大學(xué)，2005.

[2] 張凱.TD-LTE與TD-SCDMA、GSM跨系統(tǒng)重選技術(shù)及其測試方法研究 [D]. 北京：北京郵電大學(xué)碩士論文，2010.

[3] 3GPP TR 36.300T Radio Access Network Overall description；stage2.Release10[S].

[4] 賀昕，李斌.異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)切換技術(shù)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2009.