总第１８卷２０５期 ２０１６年９月 大众科技 Ｐｏｐｕｌａｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＶＯＩ．１８ Ｎｏ．９ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２０１ ６ 协作多点通信系统中的资源分配算法及仿真 李俊杰许方敏潘鹏 （杭州Ｉ电子科技大学，浙江杭州１ ３１００１８） 【摘要】为了进一步提高协作多点通信系统的系统性能，文章将小区中的用户分为小区边缘用户和小区中心用户，小区 中心用户采用单小区服务的方式，而小区边缘用户采用多小区服务的方式，并为小区边缘用户选择路径增益最大的两个小区为 其提供服务。仿真结果表明，所提出的算法有效地提高了小区边缘用户的吞吐量，明显降低了用户掉话率。 【关键词】协作多点；小区边缘用户；小区中心用户；资源分配 【中图分类号】ＴＮ９２９．５ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】１００８．１１５１（２０１６）０９．００１５．０３ Ａ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｆ０ｒ Ｃ０ＭＰ ｓｙｓｔｅｍｓ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｆｕｒｔｈｅｒ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ ｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｐｌｉｔｓ ｔｈｅ ｕｓｅｒｓ ｉｎｔｏ ｃｅｌｌ－ｅｄｇｅ ＵＳｅｒＳ ａｎｄ ｃｅｌｌ—ｃｅｎｔｅｒ ｕｓｅｒｓ．Ｃｅｌｌ—ｃｅｎｔｅｒ ｕｓｅｒｓ ａｄｏｐｔ ｔｈｅ ｗａｙ ｏｆｓｉｎｇｌｅ—ｃｅｌｌ ｓｅｒｖｉｃｅ；ｃｅｌｌ・ｅｄｇｅ ｕｓｅｒｓ ｕｔｉｌｉｚｅ ａｎｏｔｈｅｒ ｗａｙ ｂｙ ｍｕｌｔｉ—ｃｅｌｌ ｓｅｒｖｉｃｅ，ａｎｄ ｉｔ ｃｈｏｏｓｅｓ ｔｗｏ ｃｅｌｌｓ ｗｈｉｃｈ ｈａｖｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｐａｔｈ ｇａｉｎ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｆｏｒ ｃｅｌｌ－ｅｄｇｅ ｕｓｅｒｓ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｄｒｏｐ ｃａｌｌ ｒａｔｅ ｏｆ ｃｅｌｌ－ｅｄｇｅ ｕｓｅｒｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ ｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｃｅｐｔｉｏｎ（ＣｏＭＰ）；ｃｅｌｌ—ｅｄｇｅ ｕｓｅｒ；ｃｅｌｌ—ｃｅｎｔｅｒ ｕｓｅｒ；ｒｅｓｏｕｒｃｅ￣ｌｏｃａｔｉｏｎ １ 弓ｌ言 为了实现５Ｇ系统在高速率、高质量方面的通信需求，除 了在物理层使用更能提高频谱效率的多天线（ＭＩＭＯ）技术、 正交频分复用（ＯＦＤＭ）技术等关键技术之外，小区边缘用 户问题也亟需得到有效的解决。因为小区边缘用户要忍受比 在小区中心用户更糟糕的通信环境，比如接收由于衰减和小 接入算法，并对其进行仿真分析。 ２系统模型 本文的系统模型可用图１表示： 区间干扰造成的劣质信号等。此时若只有一个天线为其提供 服务有可能不能保证用户的通话质量。这时就需要其它的一 个或几个天线同时为用户提供服务。 为了提高小区边缘用户性能，ＩＭＴ－Ａｄｖａｎｃｅｄ系统【１．４】引 入了协作多点（ＣｏＭＰ）传输／接收技术。ＣｏＭＰ技术是一种干 扰抑制技术，通过小区间的联合调度和协作传输，使小区边 缘的ＣｏＭＰ用户的干扰信号变为有用信号，或降低来自相邻 小区的干扰水平，从而提高小区边缘吞吐量，并且增强系统 性能，一定程度上达到了抑制协作簇簇内的小区间干扰（简 称协作簇簇内干扰）的目的。 另一方面，对于小区中心用户来说，一个天线为其提供 图１小区边缘用户的接入过程 服务已经保证用户的通话质量，不需要进行多根天线的服务。 因此，本文主要研究如何选择天线为用户提供服务，能使用 户通话质量较好且系统消耗最小。 下面，本文将主要针对在协作多点架构下用户的接入问 图ｌ描述了小区边缘用户接入系统时的天线选择情况。 图中数字１～７号表示协作小区编号，Ｃ表示资源。此时该用 户正处在小区ｌ的边缘，当它请求接入时系统通过接收到的 导频信号强度计算其路径增益并和增益门限值比较以判断它 属于小区边缘用户。然后根据最优原则选择此时增益最优的１ 号天线和次优的２号天线作为服务天线，并为其分配此时１ 题展开讨论，将分别阐述小区中心用户和小区边缘用户的接 入问题，并特别针对边缘用户提出基于路径增益最优原则的 【收稿日期】２０１６。０８．１２ 【基金项目】浙江省自然基金项目（ＬＱ１５Ｆ０１０００４）；浙江省教育厅项目（Ｙ２０１２２４１７１）。 【作者简介】李俊杰（１９９４一），浙江仙居人，杭州电子科技大学学生，研究方向为通信工程。 ．１５－ 号和２号都空闲的资源，如图中的资源Ｃ。若此时没有共有 的空闲资源为其服务，则将该用户转入等待队列。然后，协 作处理中心获得当前服务天线单元使用所分配资源与用户通 信时该用户接收信号的总信干噪ＬＬ（Ｓ１ＮＲ１，与设定的门限值 比较，若低于该门限值，直接将该用户转入等待队列或者阻 塞掉。否则准许接入，接入过程结束。 ３资源分配算法 ３，１小区中心用户的接入算法 与小区边缘用户相比，处于小区中心的用户通信环境较 好、受到干扰较小。所以，处于中心的用户在系统负载不大 的时候，一根天线就基本可以满足其Ｑｏｓ的要求，在系统负 载过大时，多天线技术的使用也能保证小区中心用户的业务 需要。因此，对于小区中心用户的接入算法，可以总结为协 作处理中心根据系统负载、用户需求、链路质量、协作簇大 小等因素来调整天线单元个数，以保证小区中心用户的通话 质量。在论文的仿真设计中，小区中心用户只由一个小区为 其提供服务。 ３．２小区边缘用户的接入算法 对于小区边缘用户而言，要忍受比在小区中心的用户更 糟糕的通信环境，比如接收由于衰减和小区间干扰造成的劣 质信号等。因此，需要多个小区为其提供服务，为了进一步 防止资源的浪费，本节针对小区边缘用户提出了基于路径增 益最优原则的接入算法。 该算法的基本思想是，在用户请求接入时，对用户根据 路径增益大小进行判断，以分辨该用户是否小区边缘用户。 如增益低于门限值，则视为小区边缘用户并选择增益最优和 次优的天线，当这两个天线都无法满足其需求时，则将该用 户转入等待。在信道分配方面，为用户选择这两个天线共有 的空闲资源或者是效果最优的资源。具体步骤如下： （１）系统根据用户的接入请求信号判断用户是否为小区 边缘用户。比如：根据用户发送来的信号强度，计算该用户 的路径增益，若路径增益低于门限值的用户则判定为小区边 缘用户；否则判断为中心用户； （２）按照最优原则为该用户选择增益最优和次优的两个 天线作为该用户的服务天线，并为用户分配这两个天线共有 的空闲资源接入。若此时检测的所有天线都不存在空闲资源， 则将该用户转入等待队列； （３）系统获得当前服务天线单元使用所分配资源与用户 通信时该用户接收信号的总信￣Ｌ（ＳＩＮＲ），与设定的门限 值比较，若低于该门限值，直接将该用户转入等待队列或者 阻塞掉。否则准许接入，接入过程结束。 ４性能分析 为了仿真该算法的性能，将其与另外一种传统的接入算 法比较。算法一，协作小区大小固定为３，小区边缘用户接入 时选择路径增益最大和次大的两个天线单元，并为用户分配 二者共有且是最优的空闲资源为其服务。算法二，小区边缘 一１６一 用户接入时只选择路径增益最大的一个天线单元，并随机为 用户分配该天线空闲资源为其服务。由于本仿真主要比较接 入算法的性能，故仿真中用户静止，当新用户接入而影响系 统中已有用户的通话时，将引起切换，切换的用户作为新用 户，重新选择天线单元及分配资源。 仿真参数设置如表１所示。 表１仿真参数 仿真参数 设置 小区半径 ｌＯ００ｍ ＡＰ连接天线单元数 ２７ 数据子载波数 ６００ 判别门限 一Ｉｉ５ｄＢ 阻塞门限 一ｌ ｌ４６７ｄＢ 基站与用户的最小距离 ３５ｍ 阴影衰落 服从对数正态分布 图２给出每个小区不同的用户数量时，系统的总吞吐量 的变化情况。蓝色线表示算法一即当有小区边缘用户接入时， 系统选择路径增益最大和次大的两根天线作为用户的服务单 元并为用户分配共有空闲资源的算法的性能。虚线则表示算 法二即只为小区边缘用户选择路径增益最大的一根天线为用 户服务的算法的性能。吞吐量是指通信系统在单位时间内可 以传输数据的量，以Ｍｂｐｓ为单位，从图中可以看出，随着用 户数的增加，算法一发挥了多天线技术，使得总吞吐量明显 高于算法二。 １６ ４ ５０ ６０ ７０ ８０ ９Ｄ １ｏ０ 每个小区用户数 图２系统吞吐量随用户数变化曲线 ｌ，ｏ０ ５０ ‰ ４０ ５０ ６０ 南 南 ｇ０ ００ 每个小区用户数 图３小区边缘数据速率随用户变化曲线 图３表明当用户数不断增加，虽然小区边缘的数据速率 在不断下降，但算法一的数据速率仍然高于算法二。这是因 为随着用户数的不断增加，系统的负载开始加大，而在资源 固定不变的情况下，高负载必定使系统的处理过程变慢。而 算法一采用的最优原则在一定程度上提高了系统的处理性 能，使其在同等条件下数据速率仍然高于算法二。 图４给出了当用户数不断增加时，小区边缘用户的接入 失败率的变化曲线。该失败率包含了由于载波不够而随机阻 塞的用户和由于信干噪比不够而被阻塞的用户。从图中很明 ５总结 在协作多点的网络架构下，基于路径增益最优原则的小 区边缘用户的接入算法充分考虑了这种分布式结构的特点， 本章首先针对该算法构建了仿真环境，分模块介绍了仿真的 流程，最后从仿真的结果可以看出该算法可以有效的解决小 区边缘用户接入通信系统时的天线选择问题，保证小区边缘 显的看出，使用算法一小区边缘接入的成功率明显高于算法 二。在算法一中，小区边缘用户得到的是路径最优和次优的 两根天线为其服务，而算法二只有一根天线，并是随机选择 空闲资源为用户服务，因此，采用算法一的接入成功率明显 高于算法二。 用户的通话质量，大幅提高系统的容量，提高了用户的接入 成功率和资源利用率。 【参考文献】 『１】Ｌｅｅ，Ｄａｅｗｏｎ；Ｓｅｏ，Ｈａｎｂｙｕｌ；Ｃｌｅｒｃｋｘ，Ｂｒｕｎｏ，ｅｔ ａ１．Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ ｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｃｅｐｔｉｏｎ ｉｎ ＬＴＥ．ａｄｖａｎｃｅｄ： ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ ｓｃｅｎａｒｉｏｓ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ［Ｊ］． Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｍａｇａｚｉｎｅ，ＩＥＥＥ，２０１２，５０ｆ２）：１４８．１５５． ［２】Ｄｏｎｇｗｏｏｋ Ｃｈｏｉ，Ｄｏｎｇｗｏｏ Ｌｅｅ，Ｊａｅ Ｈｏｎｇ Ｌｅｅ［Ｊ］．Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ＣＯＭＰ Ｗｉｔｈ Ｍｕｌｔｉｕｓｅｒ ＭＩＭＯ．ｏＦＤＭＡ． ＩＥＥＥ ＴＲ ＡＮＳＡＣｌ１Ｉｌ１３ｌＮＳ ｏＮ ＶＥ｝ⅡＣＵＬＡＲ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ， ２０１ １．６０（９）：４６２６．４６３２． 【３】韩东升，袁华璐，丁莎莎，等．一种无线异构网络中的分步协 作基站分簇方法［Ｊ１．电讯技术，２０１６，５６（５）：５３１－５３７． ［４］ 王盛，郑娜娥．ＣｏＭＰ中以天线为基本单位的双向协作集 生成算法设计［Ｊ１．软件，２０１５，３６（８）：９９．１０６． 图４掉话率随用户变化曲线 （上接第５页） ４主题测试 ４．１测试准备 （１）测试设备的选择。首先通过在线测试工具进行测试， 正常，联系人是否正常显示，电话号码是否突出显示，拨号 按钮点击是否正常。短信界面需要重点测试的级别较深的项 目，信息收藏按钮，信息置顶效果显示，编写信息按钮点击 及二态是否正常，是否有错位的情况。桌面测试的基本图标 风格是否统一，插件显示是否正常，页码提示是否正常，未 适配图标显示是否添加遮罩。应用测试是对于系统及第三方 然后选择２台魅族手机进行真机测试，分别是ＰＲＯ５和 ＭＸ４Ｐｒｏ。 （２）主题安装。为了规避主题被盗用的风险，主题源文 件需通过魅族的在线打包工具打包才能生成主题主题，并通 过ＩＭＥＩ和ＳＮ生成测试证书，将主题文件和证书文件导入真 机中方可进行测试。 应用，需根据不同的程序做不同的测试。 ５总结 经过测试功能模块满足平台要求之后，即可将主题包上 传申请上架销售，经过大半年左右的时间，目前总共在Ｆｌｙｍｅ 主题市场完成了２Ｏ套主题的上架，总下载量在１００万左右。 接下来将根据ＥＭＵＩ平台规则，实现现有主题对ＥＭＵＩ平台 ４．２锁屏、电话、信息、桌面、应用测试 锁屏界面，需要测试的是，解锁是否方便，解锁是否正 常，各项功能是否完整。电话界面测试主要是拨号功能是否 的适配上架。 ．１７．
