探究分布式無(wú)線通信系統(tǒng)頻譜資源的有效分配

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)通信技術(shù)也得到了高速的發(fā)展。其中分布式無(wú)線通信系統(tǒng)作為通訊系統(tǒng)中最受關(guān)注的一項(xiàng)技術(shù)，探究分布式無(wú)線通信系統(tǒng)頻譜資源的有效分配能夠使頻譜資源得到有效的利用，對(duì)無(wú)線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和使用性能都會(huì)有一定的積極影響。本文就如何進(jìn)行分布式無(wú)線通信系統(tǒng)頻譜資源的有效分配展開(kāi)論述。

關(guān)鍵詞：分布式；無(wú)線通信系統(tǒng)；頻譜資源；分配方法

中圖分類號(hào)：TN919.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）36-0237-02

1 引 言

移動(dòng)通信技術(shù)的高速發(fā)展，不僅僅提升了人們對(duì)于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的廣泛度，同時(shí)以分布式無(wú)線通信為代表的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)也得到了高速的發(fā)展。在未來(lái)的發(fā)展中，如何有效的分配分布式無(wú)線通信系統(tǒng)頻譜資源成為了制約分布式無(wú)線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題，本文針對(duì)分布式無(wú)線通信系統(tǒng)的現(xiàn)狀，根據(jù)頻譜資源分配的原理和方法，闡述了分布式無(wú)線通信系統(tǒng)頻譜資源進(jìn)行有效分配的優(yōu)勢(shì)。

2 分布式無(wú)線通信系統(tǒng)現(xiàn)狀

現(xiàn)代高速發(fā)展的社會(huì)正在步入一個(gè)完全信息化的時(shí)代，如何能夠?qū)崿F(xiàn)任何人在任意的時(shí)間和地點(diǎn)與任何人通訊是這個(gè)信息化時(shí)代應(yīng)該解決的問(wèn)題。無(wú)線通信系統(tǒng)作為解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)，其已經(jīng)發(fā)展成為通信技術(shù)的核心。

Distributed Wireless Communication System （DWCS）又稱分布式無(wú)線通信系統(tǒng)目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到各個(gè)不同的通信領(lǐng)域中。其中，20世紀(jì)60年代美國(guó)科學(xué)家提出的蜂窩移動(dòng)通信的概念大力推動(dòng)了DWCS的發(fā)展，同時(shí)蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)的提出為無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展起到了奠基性的作用。21世紀(jì)以后，由GPRS和EDGE組成的2.5G通信技術(shù)只能滿足部分低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的正常要求，對(duì)于高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求則滿不足了，3G通信技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。隨后WiMAX等新鮮元素陸續(xù)加入到3G通信技術(shù)中，為當(dāng)時(shí)的通信系統(tǒng)的發(fā)展加入了新鮮的發(fā)展動(dòng)力。

隨著網(wǎng)絡(luò)商業(yè)化的發(fā)展，人們對(duì)于移動(dòng)通信的要求越來(lái)越高，無(wú)線通信系統(tǒng)逐漸出現(xiàn)在人們的眼前，到現(xiàn)在為止人們對(duì)于新型組網(wǎng)技術(shù)的研發(fā)已經(jīng)趨于成熟。其中新型組網(wǎng)技術(shù)研究的重點(diǎn)在于對(duì)現(xiàn)有組網(wǎng)方案的改進(jìn)，現(xiàn)階段我國(guó)的組網(wǎng)方案仍然是傳統(tǒng)的蜂窩小區(qū)組網(wǎng)方案，如何改變這一傳統(tǒng)的組網(wǎng)方式，通過(guò)有效的部署來(lái)適應(yīng)更高的用戶體驗(yàn)，為用網(wǎng)用戶提供靈活高效的網(wǎng)絡(luò)，以完成分布式無(wú)線通信系統(tǒng)頻譜資源的有效分配，是現(xiàn)階段DWCS發(fā)展中遇到的主要問(wèn)題[1]。

3 DWCS頻譜資源分配原理和方法

DWCS頻譜資源能夠有效的進(jìn)行分配制約未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展。而DWCS頻譜資源分配的原理和目的是為了保障用戶對(duì)于使用網(wǎng)絡(luò)的各種各樣不同的用戶體驗(yàn)。在這個(gè)過(guò)程中用戶會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸速率、分組延時(shí)狀態(tài)和延時(shí)抖動(dòng)等一些用戶之間的公平性準(zhǔn)則提出一些要求，而DWCS頻譜資源分配的原理就是基于用戶提出的各種要求，依據(jù)不同的公平性原則，利用分布業(yè)務(wù)的本體特性以及信道衰落在時(shí)間空間上的選擇性，盡可能的保障用戶各種各樣的需求，以完成對(duì)DWCS頻譜資源的有效合理分配[2]。

3.1 DWCS頻譜資源分配原理

上文已經(jīng)提到對(duì)于分布式無(wú)線通信系統(tǒng)頻譜資源的分配主要是依據(jù)不同的公平性原則。在3G技術(shù)剛剛被人們使用時(shí)，網(wǎng)絡(luò)通信供應(yīng)商往往會(huì)將頻譜資源優(yōu)先考慮各用戶的最小需求，滿足用戶的最小需求后，再根據(jù)各個(gè)用戶的信道條件進(jìn)行頻譜資源的隨機(jī)分配，這種分配的原理就導(dǎo)致了信道條件不好的用戶不能夠完整的使用有效的頻譜資源，在現(xiàn)在看來(lái)，這種分配的原理是不公平的。

現(xiàn)階段，我國(guó)電信運(yùn)營(yíng)商通常會(huì)按照最大-最小公平性準(zhǔn)則、比例公平準(zhǔn)則、時(shí)間平均公平性準(zhǔn)則等多種公平性準(zhǔn)則來(lái)進(jìn)行DWCS頻譜資源的有效分配。

其中，最大-最小和比例公平準(zhǔn)則是在資源分配中最常運(yùn)用的準(zhǔn)則，都是基于這樣的工作原理，如圖1所示。

在圖1公式中一共有三個(gè)約束條件（C），C1表示用戶的最大資源使用量在系統(tǒng)本身的資源量之內(nèi)，C2表示各個(gè)用戶的資源分配功率在系統(tǒng)本身的功率之內(nèi)，C3表示任意用戶使用的網(wǎng)絡(luò)速度均不低于用戶的平均使用速率，其中ri為用戶使用網(wǎng)絡(luò)的使用速率。正是基于這樣的工作原理，最大-最小和比例公平準(zhǔn)則才能夠在DWCS品族資源的分配的過(guò)程中保證資源的有效分配和重復(fù)利用，但是這兩種公平性分配準(zhǔn)則受限于它們的工作原理，只能夠在單次的使用中起到公平分配的作用。而時(shí)間平均公平性準(zhǔn)則保證在一定的時(shí)間段內(nèi)用戶可以獲得相同的時(shí)間平均性能。由于時(shí)間平均公平性準(zhǔn)則對(duì)應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)度比較長(zhǎng)，就可以進(jìn)一步保證充分發(fā)掘時(shí)間分集的潛在潛力[3]。

3.2 DWCS頻譜資源分配方法

在進(jìn)行DWCS頻譜資源分配方法的研究中，應(yīng)該充分考慮到其與遺傳算法的結(jié)合，同時(shí)要充分的考慮到載波與功率在頻譜資源容量上的相互關(guān)聯(lián)的關(guān)系和信道條件以及容量的需求之間的差值，以改善新到的條件為出發(fā)點(diǎn)，建立合理的DWCS頻譜資源分配模型，利用完整的遺傳算法公式設(shè)計(jì)出有效的DWCS頻譜資源分配方案，以完成對(duì)頻譜資源的有效分配。

利用字符編碼的方式，通過(guò)遺傳算法的基礎(chǔ)公式，編碼出含有無(wú)線通信系統(tǒng)中沒(méi)有被用戶進(jìn)行占用子載波長(zhǎng)度的頻譜資源分配方法模型。

同時(shí)在確定該模型之前，必須考慮到不同載波的數(shù)量對(duì)能量的制約和影響?；谧畲?最小公平性準(zhǔn)則，在保證用戶的容量需求在無(wú)線通信系統(tǒng)能夠正常承載的范圍內(nèi)，就可以將用戶的容量需求隨機(jī)生成。在這期間需要注意一個(gè)問(wèn)題，載波作為一種不可持續(xù)的資源，可以起到這樣的一種作用：通過(guò)算法消耗的能量與載波的數(shù)量是成反比的，也就是說(shuō)載波的數(shù)量越高，算法消耗的能量越少。從這一點(diǎn)就可以看出來(lái)，是可以通過(guò)選擇不同的算法，消耗不同的載波來(lái)確定不同的分布式無(wú)線通信系統(tǒng)頻譜資源的模型[4]。

在確定好DWCS模型之后，需要在保證最低效率的情況下，保證該模型能夠自動(dòng)的對(duì)發(fā)射的功率進(jìn)行調(diào)試，避免單一功率的發(fā)射波不僅造成能源的浪費(fèi)，同時(shí)不能夠保證分布式無(wú)線通信系統(tǒng)頻譜資源的能效的提高，最終導(dǎo)致用戶的使用體驗(yàn)并不能夠達(dá)到理想的效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)面臨的巨大問(wèn)題就是如何將維護(hù)用戶的使用體驗(yàn)和合理的分配分布式無(wú)線通信系統(tǒng)頻譜資源有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，研究出真正能夠有效的分配DWCS頻譜資源的方法，并使之發(fā)展成熟，這對(duì)我國(guó)整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步是必不可少的。在這個(gè)發(fā)展的過(guò)程中，我們應(yīng)該做到取長(zhǎng)補(bǔ)短，充分借鑒國(guó)外DWCS頻譜資源分配技術(shù)較為成熟的國(guó)家，吸取發(fā)達(dá)的技術(shù)，轉(zhuǎn)變?yōu)橥苿?dòng)我國(guó)該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力，促進(jìn)分布式無(wú)線通信系統(tǒng)頻譜資源的有效分配，進(jìn)一步保證用戶的使用體驗(yàn)和資源的合理分配，最終為我國(guó)信息化時(shí)代的建設(shè)起到推動(dòng)的作用[5]。

參考文獻(xiàn)

[1]林俊如，曾 鵬，于海斌.面向高速工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的TDMA MAC協(xié)議設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2011，38（10）：299～304.

[2]高 男，周金和.分布式無(wú)線通信系統(tǒng)頻譜資源有效分配研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2018，35（06）：180～183.

[3]王 瑜，李 征，吳偉陵.分布式無(wú)線通信系統(tǒng)的反向鏈路容量分析.北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，27（3）：103～107.

[4]葉曉暉.分布式無(wú)線通信系統(tǒng)信道接入關(guān)鍵技術(shù)研究.清華大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，05（10）：99～104.

[5]吳 非.認(rèn)識(shí)無(wú)線電多小區(qū)間頻譜分配算法研究[J].計(jì)算機(jī)通信，2008，15（07）：122～124.

收稿日期：2018-11-17