LTE系統(tǒng)中基于圖著色算法的PCI自動分配方法

郝 龍

(中國電子科技集團公司第二十研究所,陜西 西安 710068)

0 引 言

PCI全稱Physical Cell Identity，即物理小區(qū)標志[1]。LTE系統(tǒng)中，用戶終端(UE)以此區(qū)分不同小區(qū)的無線信號。LTE系統(tǒng)提供最大504個PCI，網(wǎng)管配置時，為小區(qū)配置0～503之間的一個號碼。但在實際網(wǎng)絡環(huán)境中，PCI資源是大大受限的，無法保證每個小區(qū)的PCI唯一性[2]。因此，PCI資源的復用就成了LTE網(wǎng)絡規(guī)劃中非常重要的內(nèi)容。

本文使用基于頂點著色算法的PCI自配置技術(shù)，能夠最大限度地復用PCI資源，同時能夠在小區(qū)節(jié)點數(shù)目增加或減少時自動配置PCI，達到PCI有效復用。

1 PCI分配原則

在LTE系統(tǒng)中，用戶終端需要從基站信號中解出2個序列：主同步序列和輔助同步序列。由2個序列的序號組合，得到小區(qū)的ID[3]。

在PCI分配時，需要遵循以下原則：

(1) 不沖突原則：保證同頻相鄰小區(qū)之間的PCI不同，避免干擾，如圖1所示。

圖1 PCI分配沖突

(2) 不混淆原則：保證某個小區(qū)的同頻鄰小區(qū)PCI值不相等，即任何小區(qū)的所有鄰區(qū)都應有不同的PCI，如圖2所示。

圖2 PCI分配混淆

2 PCI自動分配設計

2.1 總體設計

PCI自動分配方法由2個部分內(nèi)容組成：PCI分配和PCI優(yōu)化。PCI分配是指在小區(qū)初始化階段時，網(wǎng)管即操作維護中心(OMC)給每個小區(qū)初始分配有效的PCI。PCI優(yōu)化是指網(wǎng)絡運行過程中，網(wǎng)管能夠?qū)Ω餍^(qū)進行PCI的自我優(yōu)化。其中，PCI優(yōu)化過程需保證PCI的分配原則，即不沖突、不混淆。

2.2 基于圖論的頂點著色算法PCI分配設計

將圖論中頂點著色算法應用到PCI分配中。PCI分配設計分為3個階段：網(wǎng)絡初始化階段、網(wǎng)絡節(jié)點變化分配階段和混淆解決階段[4]。

(1) 網(wǎng)絡初始化階段

在網(wǎng)絡初始化階段，網(wǎng)管(OMC)獲取管控小區(qū)范圍內(nèi)可用的PCI數(shù)量，結(jié)合已有小區(qū)相關(guān)信息(包括小區(qū)拓步結(jié)構(gòu)、鄰區(qū)關(guān)系等)，進行初始化PCI分配。將所有基站映射為圖著色節(jié)點，通過頂點著色方法，可保證節(jié)點之間采用不同的顏色，從而實現(xiàn)PCI的合理分配，如圖3所示。

圖3 圖著色PCI分配方法

(2) 網(wǎng)絡節(jié)點變化分配階段

通過迭代，對小區(qū)中每一個PCI節(jié)點進行著色，最終使得每對相鄰節(jié)點采用不同的顏色(即不同的PCI)[5]。

定義：一級鄰區(qū)：當前小區(qū)的直接鄰區(qū)；二級鄰區(qū)：當前小區(qū)一級鄰區(qū)的鄰區(qū)；三級鄰區(qū)：當前小區(qū)二級鄰區(qū)的鄰區(qū)。

遍歷循環(huán)網(wǎng)管管控范圍的小區(qū)節(jié)點。

步驟1：檢查當前節(jié)點的三級鄰區(qū)的PCI集合是否在一級鄰區(qū)和二級鄰區(qū)中未被使用，如果未被使用，則使用該集合中的最小PCI，結(jié)束該節(jié)點的分配。

步驟2：檢查在一級鄰區(qū)和二級鄰區(qū)中未被使用的PCI集合是否包含在已使用的PCI集合中，如果是，則從集合中選擇最小PCI作為當前節(jié)點的PCI，否則執(zhí)行下一步。

步驟3：如果可用的PCI集合和已使用的PCI集合相同，全網(wǎng)重新規(guī)劃；否則，從可用的PCI集合中選擇最小的PCI作為當前節(jié)點的PCI。

對所有小區(qū)循環(huán)執(zhí)行以上步驟，完成節(jié)點變化分配階段的分配。

(3) 混淆解決階段

步驟1：建立當前節(jié)點的一級鄰區(qū)中使用的相同PCI的節(jié)點列表。

步驟2：將列表中的節(jié)點按小區(qū)ID降序排列。

步驟3：刪除列表中小區(qū)ID號最大的節(jié)點。

步驟4：更改列表中剩余節(jié)點的PCI。

3 網(wǎng)絡節(jié)點的增加和刪除

在實際網(wǎng)絡中，存在網(wǎng)絡節(jié)點增加或刪除的可能。若每次增加或刪除需要重新規(guī)劃一遍PCI，則非常消耗資源。這里對網(wǎng)絡節(jié)點的增加和刪除進行了自配置，能夠?qū)σ岩?guī)劃的PCI進行最小程度的規(guī)劃更改。需要注意的是，實際網(wǎng)絡節(jié)點增加或者刪除時，其他小區(qū)的鄰區(qū)關(guān)系也可能發(fā)生改變。

3.1 小區(qū)增加

步驟1：獲取增加小區(qū)的信息，包括小區(qū)ID、位置信息和鄰區(qū)關(guān)系，同時更新整個網(wǎng)絡的網(wǎng)絡關(guān)系拓撲圖。

步驟2：使用圖著色算法進行PCI分配。

步驟3：混淆處理。

3.2 小區(qū)刪除

步驟1：將需要刪除小區(qū)設為當前小區(qū)，獲取當前小區(qū)的信息，包括小區(qū)ID、新增加的剩余小區(qū)鄰區(qū)關(guān)系，同時更新整個網(wǎng)絡的網(wǎng)絡關(guān)系拓撲圖。

步驟2：建立當前小區(qū)更新后的一級鄰區(qū)列表，使用圖著色算法為該列表內(nèi)的小區(qū)重新分配PCI。

步驟3：刪除當前小區(qū)的所有信息。

步驟4：混淆處理。

4 仿真結(jié)果和分析

仿真驗證中，讀取了某地區(qū)真實的小區(qū)位置信息和鄰區(qū)關(guān)系，采用文中的圖著色算法分別對原始小區(qū)拓撲關(guān)系、刪除小區(qū)節(jié)點和增加小區(qū)節(jié)點3種情況進行了仿真。為方便展示，輸出最大12個小區(qū)節(jié)點，仿真結(jié)果如圖4～圖6所示。

圖4 采用圖著色算法的PCI分配結(jié)果

圖5 小區(qū)節(jié)點刪除后的PCI分配結(jié)果

圖6 小區(qū)節(jié)點增加后的PCI分配結(jié)果

圖4為讀取小區(qū)拓撲后的仿真結(jié)果，其中圓內(nèi)括號內(nèi)的數(shù)字為小區(qū)ID，括號外數(shù)字為PCI。可以看到總共12個小區(qū)，使用本文的PCI分配方法后，PCI號使用了0～6共7個PCI號。

刪除小區(qū)節(jié)點12后，小區(qū)2的PCI號由4更新為3，符合PCI分配原則。

改變小區(qū)9的鄰區(qū)關(guān)系，增加小區(qū)1后，PCI進行了自動重新分配。

5 結(jié)束語

本文將圖著色算法應用至LTE系統(tǒng)的PCI分配中，能夠?qū)崿F(xiàn)多小區(qū)無沖突無混淆的PCI分配，并能在小區(qū)節(jié)點增加或刪除時最小變動的情況下自動分配PCI，通過仿真結(jié)果驗證了可行性。