基于垂直切换的TD―LTE与LTE―FDD异系统负载均衡算法研究.docVIP

基于垂直切换的TD―LTE与LTE―FDD异系统负载均衡算法研究 　　【摘 要】为了提高多制式混合组网时的吞吐量和资源利用率，以网络资源利用率为参考对系统内的用户进行异系统垂直切换，从而使混合组网后的系统负载得到均衡。通过该整合系统的仿真，在保证无线链路丢失率不受显著影响的前提下，该方法使得蜂窝小区的平均吞吐率有所提高，并能找到使吞吐率最大时的最佳切换阈值。 　　【关键词】负载均衡 系统切换 资源块 下行链路 　　doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2016.24.015 中图分类号：TN915.81 文献标志码：A 文章编号：1006-1010（2016）24-0072-06 　　1 引言 　　LTE系统同时定义了频分双工（FDD）和时分双工（TDD）两种方式。FDD采用两个对称的频率信道来分别发射和接收信号，发生与接收信道分离到不通的频段上。FDD的频带是成对的频率，用频率进行上下行区分，其单方向的资源在时间上是连续的[1]。TDD在同一频率上接收和发送，但是要用不同时隙来作为时隙信道，上下行方向分配时间资源[1]。市场上，多家全球领先的芯片厂商都在研制同时支持TDD和FDD的产品。这类同时支持LTE-FDD和TDD产品的市场急剧扩大，逐渐完善运营商的自身网络需求，并满足了全球漫游需求。为了融合FDD和TDD的标准，在LTE被提出时，各大运营商就考虑到了将这两个标准予以兼顾，从而吸取了3G的经验教训[2]。未来的移动通信系统将是LTE-FDD与TD-LTE共存的情况，在此种情况下，需对其相互干扰[3，4]以及负载分布情况进行研究。负载分布方面，无论是TD-LTE小区还是LTE-FDD小区，都会存在小区负载过载情况，移动用户的移动特性造成数据流量的不均衡以及随着用户的总量增大，流量负载不仅不均衡还使得网络总负载发生很大变化，负载的不均衡会造成基站为用户分配的信道不均匀，小区内的信道资源极易造成浪费。所以为均衡每个小区的负载量需合理分配网络系统资源，在TD-LTE与LTE-FDD小区基站共址的前提下，用户需在两个系统间根据网络负载情况进行相互切换。 　　关于负载均衡基本方法的研究，文献[5]提出了LTE-WLAN异构网络的结构框架，并指出未来LTE和WLAN在接入网和核心网的融合方式。文献[6]通过仿真验证了通过WLAN可以降低LTE网络的负载。文献[7]研究了异构网络场景中的不同节能机制，指出低功率基站和WiFi-AP能够提高蜂窝通信系统的能效。文献[8]提出了一种LTE和WLAN异构网络的负载均衡方法，该方法能够通过均衡LTE和WLAN的负载来提高系统的总吞吐量。但其只针对网络中的固定速率（Constant Bit Rate，CBR）业务，而没有考虑非CBR业务对网络吞吐量的影响。文献[9]针对LTE宏微异构基站共存网络，不同类型的基站负载不均衡情况，提出了一种基于最大化凸性利用度函数的负载均衡方法，并给出了非CBR业务使网络资源利用度函数最大的资源分配方式，但该文没有涉及LTE和WLAN异构网络，同时给出的均衡算法求解复杂。 　　对于CDMA/WLAN混合的异构网络环境，文献[10]设计了在用户接入网络时，需进行联合会话的机制。该机制建立的模型根据CDMA网络里的信干比和中断率、WLAN中的数据包时延和吞吐率等参数来进行会话的接入控制，QoS的状态作为其接入控制的判决依据。然而，网内承载的业务类型、用户的移动特性模型考虑有限，网络的动态变化的问题也未涉及。对于CDMA、WMAN以及WLAN三种不同制式下的异构网络，文献[11]针对该三种制式混合的网络模型研究了非合作博弈的情形下带宽分配，首先文献评估异构网络中的带宽分布状态，对业务的准入的判定根据带宽分布状态的评估结果来进行控制，为新到业务提供QoS要求的带宽服务，但其未给出用户移动时的带宽分布情况。 　　?C上LTE、WLAN及CDMA系统中的负载均衡方面的文献分析，针对异系统垂直切换机制[12]的负载均衡，迄今还未有文献考虑TD-LTE与LTE-FDD系统间的负载均衡策略及其仿真。本文将在第二部分对情形进行分析，并在第三部分给出算法结构，最后对算法进行仿真分析。 　　2 资源利用率及负载均衡分析 　　LTE系统在进行数据传输时，将上行、下行时频域物理资源组成资源块（RB），它是调度的最小单位，由12个连续子载波组成，带宽180 kHz，时域上持续时间为1 ms（1个子帧或2个时隙）。LTE的每一帧的时间长度为10 ms，每一帧共有307 200个采样点，系统根据业务特性以及用户需求分配所需的RB资源。SINR（信干比）可作为TD-LTE中的CQI（信道质量指示）的判别依据之一，SINR对信号的接收有直接的影响，SINR高时有大