GESTIONAREA RESURSELOR DE COMUNICATII

Cresterea puternica a numarului de utilizatori in sistemele de comunicatii mobile precum si a ponderii transmisiilor de date impune cu deosebita stringenta utilizarea mai eficienta a spectrului limitat de frecventa alocat sistemelor mobile. Eficienta spectrala sporita este ceruta si de nevoia micsorarii costului serviciului de comunicatii mobile prin micsorarea numarului statiilor de baza necesar acoperirii cu semnal radio a unei arii geografice date. Limitarea fundamentala in reutilizarea mai intensa a canalelor de comunicatie este interferenta cauzata de mobilele din sistem sau de alte sisteme ce opereaza in aceeasi arie. Ea poate fi redusa prin utilizarea unor echipamente de emisie performante si distributia adecvata a canalelor pe celule. Insa, interferenta izocanal cea mai importanta dintre toate tipurile de interferenta poate fi limitata numai prin tehnici eficiente de alocare a canalelor cu efect direct asupra nivelului de trafic preluat de sistem.

Deoarece interferenta izocanal este factorul ce influenteaza cel mai puternic capacitatea de trafic a unui sistem celular minimizarea ei prin mentinerea raportului semnal/interferenta la cea mai mica valoare necesara unei calitati impuse a comunicatiei constituie obiectivul fundamental al algoritmilor de alocare a canalelor de comunicatie.

Tehnici de alocare a canalelor

Banda de frecventa alocata unui sistem poate fi divizata intr-un numar de canale ortogonale, adica lipsite de interferenta reciproca. Toate aceste canale pot fi utilizate simultan daca se mentine un nivel minim acceptabil al puterii semnalului la receptie. Canalele pot fi obtinute prin divizare in frecventa (FDMA), in timp (TDMA), in cod (CDMA) sau combinat prin doua sau toate cele trei tipuri de divizare. Un acelasi canal poate fi utilizat simultan pe aria sistemului de mai multe unitati mobile daca sunt separate geografic suficient de mult. Distanta minima dintre doua unitati mobile izocanal se numeste distanta de reutilizare. Reutilizarea canalelor pe aria sistemului este posibila deoarece puterea receptionata la o distanta d de statia de baza este invers proportionala cu puterea n a distantei d, exponentul n al pierderilor de propagare cu distanta avand valori intre si De exemplu, pentru n puterea medie receptionata la distanta 2d reprezinta mai putin de din cea receptionata la distanta d. Astfel, prin alegerea adecvata a puterii de emisie sau a distantei dintre mobilele izocanal un acelasi canal poate fi reutilizat pe aria sistemului cu mentinerea raportului semnal/interferenta peste limita de prag.

De exemplu, mobilul aflat la distanta d_T de propria statie de baza T (Figura este interferat de alte sase mobile ce comunica cu alte statii de baza pe acelasi canal. Puterea de semnal este puterea receptionata de statia de baza T de la mobilul aflat al distanta d_T, iar puterea de interferenta este suma puterilor receptionate de statia de baza T de la fiecare din celelalte cinci mobile, astfel ca valoarea medie a raportului semnal/interferenta este:

Pentru a realiza un nivel minim impus al raportului semnal/interferenta fie se cresc distantele surselor de interferenta fata de statia de baza T pentru a micsora puterea de interferenta, fie se creste puterea emisa de statia de baza T pentru a mari nivelul puterii de semnal.

In functie de optiune algoritmul de alocare a canalelor se inscrie in una din cele doua clase fundamentale de algoritmi: cu respectarea unei distante minime de reutilizare sau cu controlul puterii de emisie.

Clasificarea algoritmilor de alocare

Exista mai multe criterii de clasificare. Astfel, in functie de maniera in care sunt separate celulele izocanal un algoritm poate fi static (FCA Fixed Channel Allocation), dinamic (DCA Dynamic Channel Allocation) sau hibrid (HCA Hybrid Channel Allocation).

Un algoritm static distribuie canalele pe celule pe baza unei scheme de reutilizare a canalelor cu obiectivul mentinerii calitatii impuse a comunicatiilor in cele mai defavorabile conditii. Rezulta structuri compacte de celule clustere ce se repeta pe aria sistemului. Canalele raman la dispozitia celulelor indiferent daca sunt solicitate sau nu de utilizatorii din celula. De aici rezulta si principalul dezavantaj al acestei clase de algoritmi: neadaptarea la conditiile de trafic in permanenta schimbare pe aria unui sistem de comunicatii mobile.

Un algoritm dinamic de alocare pastreaza toate canalele la nivel central si le repartizeaza celulelor numai la aparitia unui apel de comunicatie in celula. Dupa terminarea comunicatiei canalul este preluat la nivel central. Algoritmii dinamici se adapteaza foarte bine la conditiile variabile de trafic din sistemul mobil, insa pe baza unui volum de calcule si a unui nivel al traficului de control extrem de mari, deoarece alocarea fiecarui canal trebuie facuta cu respectarea nivelului minim prestabilit al raportului semnal/interferenta. Este si motivul pentru care algoritmii dinamici sunt mai putin eficienti decat cei statici in conditii de trafic de mare intensitate.

Algoritmii hibrizi combina cele doua tehnici si incearca sa pastreze avantajele fiecareia din cele doua clase si sa elimine cat mai multe din dezavantajele lor.

Algoritmii de alocare se clasifica si in functie de parametrul dupa care se face alocarea. Astfel, se poate utiliza interferenta dintre celule apreciata prin distantele ce le separa sau valoarea masurata a raportului semnal/interferenta in locul in care se afla unitatea mobila ce solicita un canal de comunicatie. In primul caz rezulta o utilizare ineficienta a resurselor de comunicatie prin luarea in consideratie a cazului cel mai defavorabil. In al doilea caz rezulta un trafic de control de nivel mare pentru transmiterea datelor de masura si o capacitate mare de calcul pentru prelucrarea datelor si luarea unei decizii in timp scurt.

In functie de entitatea care ia decizia de alocare algoritmii de alocare sunt cu control centralizat sau cu control distribuit. In primul caz, toate datele de masura sunt transmise unui controler central unde se realizeaza calculele privind valoarea raportului semnal/interferenta ,si se ia decizia de alocare. Rezulta o repartitie optima a canalelor pe aria sistemului deoarece controlerul are informatii globale despre sistem. Traficul de control asociat si capacitatea necesara de calcul sunt foarte mari. In cazul algoritmilor cu control distribuit decizia de alocare se ia la nivelul statiei de baza sau chiar a unitatii mobile, pe baza datelor masurate local, eventual si in urma unui schimb de informatii intre statii de baza vecine. Traficul de control asociat este redus si volumul de calcule mai mic. Repartitia canalelor pe aria sistemului poate sa difere de cea optima din cauza lipsei unei imagini globale asupra traficului si interferentelor in sistem, deci resursele de comunicatie sunt utilizate mai putin eficient.

Controlul centralizat sau distribuit al alocarii este independent de clasa statica, dinamica sau hibrida in care se incadreaza algoritmul.

Metode statice de alocare a canalelor

Strategia acestor metode este de a aloca in mod permanent canale pentru fiecare celula care le foloseste in mod exclusiv. Fiecare celula are, deci, un numar de canale nominale, distributia acestora pe aria sistemului facandu-se cu respectarea stricta a distantei de reutilizare.

Numarul total C de canale este divizat in N seturi, iar acestea sunt repartizate celulelor cu ajutorul parametrilor de deplasare. Numarul N al seturilor nu poate lua orice valoare intreaga.

In metodele statice cele mai simple, celulele primesc acelasi numar de canale nominale. Ele sunt eficiente numai daca distributia traficului pe aria sistemului este, de asemenea, uniforma, valoarea medie a probabilitatii de blocare in sistem rezultand identica cu cea din fiecare celula a sistemului. Daca insa traficul este neuniform distribuit in sistem, o distributie uniforma a canalelor conduce la variatii mari ale probabilitatii de blocare de la o celula la alta si la o utilizare ineficienta a canalelor. Din aceasta cauza in metodele statice mai elaborate canalele sunt distribuite pe aria sistemului in acord cu distributia de trafic fie prin alocare neuniforma, fie prin imprumut static. In cazul alocarii statice neuniforme, numarul canalelor nominale ale unei celule este proportional cu valoarea medie a intensitatii traficului din celula. In acest fel, celulele cu trafic mai intens primesc un numar mai mare de canale decat cele cu trafic redus.

Un exemplu de alocare statica neuniforma este algoritmul de alocare compacta neuniforma in care numarul canalelor nominale se alege astfel incat sa se minimizeze valoarea medie a probabilitatii de blocare pe aria sistemului. Schema de alocare rezultata se numeste compacta deoarece minimizeaza valoarea medie a distantei de reutilizare. Schema de alocare compacta neuniforma se obtine prin alocarea succesiva a canalelor pe celule, la fiecare pas urmarindu-se minimizarea valorii medii a probabilitatii de blocare pe intreg sistemul.

Algoritmi cu imprumut de canale

In algoritmii de alocare cu imprumut de canale celulele care au toate canalele nominale ocupate si primesc apeluri suplimentare pot imprumuta canale de la celulele vecine, cu conditia ca acestea sa nu interfere cu canalele nominale. Tot pentru evitarea interferentei este prohibita utilizarea in anumite celule a unui canal imprumutat. Se spune ca se realizeaza blocarea canalului imprumutat pe aria celulelor respective. Numarul celulelor in care este blocat canalul depinde de dispunerea lor relativa si de modul in care a fost realizata repartitia canalelor nominale. De exemplu, in sistemul cu clustere de dimensiune sapte (un canal nu poate fi alocat in celule vecine) din Figura un canal imprumutat celulei D de catre celula A este blocat pe inca trei celule (P, Q si R), desi in absenta imprumutului el este blocat numai in cele sase celule vecine celulei A.

Spre deosebire de alocarea statica neuniforma imprumutul nu este permanent, canalul imprumutat fiind returnat celulei donoare imediat ce comunicatia se incheie. Diversi algoritmi se deosebesc prin modalitatea in care celula donoare selecteaza canalul nominal liber pe care il imprumuta unei celule acceptoare. In metodele de imprumut simplu celula donoare poate imprumuta orice canal nominal liber. In metodele hibride fiecare celula imparte canalele nominale in doua seturi: un set A de canale standard sau locale si un set B de canale nestandard sau imprumutabile. O celula imprumuta catre vecinele ei numai canale din setul B, daca sunt libere.

Metodele cu imprumut simplu asigura o probabilitate de blocare mai mica decat metodele statice fara imprumut in conditii de trafic redus sau mediu, dar valori mult mai mari ale acesteia in conditii de trafic intens din cauza generalizarii imprumuturilor de canale si blocarii acestora pe un numai mare de celule. Performantele unui algoritm cu imprumut hibrid depind esential de modul in care este ales canalul imprumutat din setul de canale imprumutabile. Obiectivul oricarui algoritm cu imprumut este acela de a minimiza numarul canalelor blocate din cauza imprumutului. Diferentierile dintre ele apar in criteriul specific prin care se selecteaza canalul imprumutat din setul de canale disponibile.

In Tabelul sunt prezentate sintetic metodele de alocare statica cu imprumut de canale prezentate in literatura.

Tabelul 1 - Metode de alocare statica cu imprumut

Astfel, in cazul imprumutului de la cel mai bogat canalele candidate sunt canalele nominale libere din celulele adiacente celulei acceptoare si se imprumuta un canal de la celula cu cel mai mare numar de canale disponibile. Nu se ia in consideratie numarul de celule in care urmeaza sa fie blocat canalul imprumutat.

In cazul imprumutului elementar se ia in consideratie faptul ca se blocheaza canalul imprumutat in anumite celule si se urmareste minimizarea probabilitatii de blocare in celula care este cea mai afectata de imprumut. Canalul imprumutat este un canal nominal disponibil din celulele vecine care conduce la maximizarea numarului total de canale disponibile in clusterul din care face parte celula acceptoare.

In varianta cu realocare, algoritmul de imprumut elementar transfera o comunicatie de pe un canal imprumutat pe un canal nominal de indata ce acesta devine liber. Daca in celula exista mai multe canale imprumutate se elibereaza acel canal care minimizeaza probabilitatea de blocare in celula cea mai afectata de imprumut, intocmai ca la efectuarea imprumutului.

Algoritmul cu imprumutul primului canal disponibil imprumuta primul canal liber dintr-o lista predefinita de canale. Celulele au liste specifice de cautare.

In cazul algoritmului de imprumut hibrid simplu fiecare celula isi imparte canalele nominale in doua seturi: standard (neimprumutabile) si nestandard (imprumutabile). Eventualele cereri de imprumut din partea celulelor vecine sunt satisfacute numai daca exista canale imprumutabile libere. Proportia in care se face impartirea in cele doua seturi poate fi prestabilita si fixa sau adaptabila la conditiile estimate sau masurate de trafic.

Pentru algoritmul de imprumut cu ordonarea canalelor fiecare celula stabileste o lista ordonata de canale si aloca unei comunicatii proprii canalul liber cu cel mai mic numar de ordine in lista si imprumuta celulelor vecine canalul liber cu cel mai mare numar de ordine in lista. Un canal poate fi imprumutat numai daca el este disponibil pentru imprumut simultan in trei celule adiacente.

Algoritmul de alocare cu imprumut cu blocare directionala restrange conditia de canal imprumutabil numai la cerinta ca el sa nu fie blocat in celule aflate in directia in care urmeaza sa fie imprumutat. In acest fel creste numarul de canale ce pot fi imprumutate. De exemplu, in Figura la imprumutul unui canal din celula A catre celula D, acesta este blocat pentru imprumut numai in celulele C si E si ramane disponibil pentru imprumut in celulele B, F si G. La blocarea unui canal imprumutat intr-o celula trebuie specificata si directia in care este blocat. Algoritmul impune si transferuri intercelulare pentru compactizarea listei canalelor proprii ocupate sau imprumutate, adica gruparea canalelor ocupate cu canale proprii in fruntea listei si a celor imprumutate altor celule in coada listei. Astfel, se minimizeaza imprumuturile intre celule si, mai ales, imprumuturile multiple ce pot aparea in conditii de trafic intens. Imprumuturile multiple caracterizeaza situatiile in care o celula imprumuta canale catre celulele vecine, dar are si canale imprumutate de la altele. Imprumuturile multiple provoaca utilizarea ineficienta a comunicatiilor prin cresterea numarului de celule in care sunt blocate o parte din canale.

Imprumutul selectiv permite imprumutul unui canal de catre o celula acceptoare numai din cele doua celule vecine sectorului in care se afla mobilul ce a lansat apelul de comunicatie. De exemplu, in Figura pentru un mobil aflat in sectorul X se pot imprumuta canale numai din celulele A si B.

Imprumutul cu ordonarea canalelor si rearanjarea comunicatiilor utilizeaza liste ordonate de canale pentru fiecare celula si divizarea lor in canale standard/nonstandard. Pentru comunicatiile proprii sunt folosite in ordine canalele din partea superioara a listei, iar pentru imprumut canalele din partea inferioara a listei, prioritate mai mare la imprumut avand canalele cu numar mai mare de ordine. Diferenta in raport cu alte metode consta in rearanjarea comunicatiilor pe canale la eliberarea acestora. Astfel, la eliberarea unui canal standard se transfera pe acesta comunicatia sustinuta de canalul nonstardard cu cel mai mic numar de ordine, iar daca toate canalele nonstandard sunt libere comunicatia sustinuta de canalul standard cu cel mai mare numar de ordine. La fiecare alocare de canal sau rearanjare a comunicatiilor este actualizata lista canalelor disponibile pentru imprumut si a celulelor afectate de imprumut.

Metode de alocare dinamica

Datorita variabilitatii spatiale si temporale a traficului intr-un sistem celular de comunicatii mobile metodele de alocare statica nu pot asigura o utilizare eficienta a resurselor de comunicatii, modificarea distributiei pe celule a canalelor in functie de evolutia traficului fiind singura cale de crestere a acestei eficiente. Se obtin, astfel, metode dinamice de alocare a canalelor in care nu mai exista o relatie fixa intre canale si celule. Canalele sunt mentinute la dispozitia unui controler central care le aloca temporar celulelor pe masura ce acestea primesc apeluri din partea utilizatorilor, canale ce sunt returnate controlerului central la sfarsitul comunicatiei.

Tabelul Principalele metode de alocare dinamica a canalelor

Alocarea unui canal se face cu conditia nedepasirii nivelului acceptat de interferenta. Deoarece pot exista mai multe canale ce indeplinesc conditia de alocare trebuie aleasa o strategie de selectare a unui canal si aceasta se bazeaza, la randul ei, pe o functie de cost ce trebuie minimizata. Diversi algoritmi de alocare dinamica se diferentiaza intre ei prin modul in care este definita functia de cost. Ca argumente ale functie de cost pot fi variatia probabilitatii de blocare in celulele adiacente celei in care se face alocarea, gradul de utilizare a canalului alocat, distanta de reutilizare, ocuparea canalului alocat pe aria sistemului in momentul alocarii, datele masurate de catre mobile, probabilitatea medie de blocare in sistem etc.

In functie de informatia utilizata pentru alocarea canalelor metodele dinamice pot fi cu alocare simpla sau cu alocare adaptiva. In primul caz algoritmul de alocare foloseste numai informatia despre utilizarea curenta pe aria sistemului a canalului alocat, in timp ce in al doilea caz se ia in considerare si modul in care a fost utilizat canalul in etapele anterioare.

Metodele dinamice pot fi cu control centralizat sau cu control distribuit.

in Tabelul sunt prezentate principalele tipuri de metode de alocare dinamica.

Metode de alocare dinamica cu control centralizat

Metodele din aceasta categorie aloca temporar canale catre celule din setul de canale aflat la dispozitia unui controler central. Ele difera intre ele prin functia de cost pe baza careia este selectat canalul alocat din multimea canalelor posibile.

In cea mai simpla implementare se aloca primul canal din lista centrala pentru care este respectata distanta de reutilizare. Este minimizat, in acest fel, timpul de calcul necesar selectiei canalului. Chiar in aceasta varianta se obtine o crestere cu 10% a traficului realizat in raport cu metodele statice pentru valori mici si moderate ale traficului oferit.

Metodele cu optimizare locala minimizeaza probabilitatea de blocare in celulele din vecinatatea celei in care se atribuie canalul.

O metoda ce asigura optimizarea globala a alocarilor de canale asociaza cate un graf fiecarui canal ale carui noduri reprezinta celulele sistemului, iar laturile unesc nodurile asociate celulelor ce nu se interfera reciproc. La fiecare noua alocare metoda calculeaza setul de canale ce asigura interconectarea unui numar cat mai mare de noduri, ceea ce este echivalent cu mentinerea celei mai mici interferente in sistem. Se asigura o probabilitate extrem de mica in sistem, insa in sisteme cu numar mare de celule timpul necesar calculului devine prohibitiv de mare.

Obiectivul central al oricarei metode de alocare este acela de a maximiza eficienta de utilizare a spectrului de frecventa alocat sistemului, ceea ce este echivalent cu maximizarea eficientei de utilizare a fiecarui canal. Aceasta din urma este cu atat mai mare cu cat distanta de reutilizare este mai mica. De aceea un grup de metode dinamice au ca obiectiv minimizarea distantei medii de reutilizare in sistem. Acestea sunt:

Alocarea canalului cu cea mai mare utilizare. In setul de canale alocabile celulei respective printr-o metoda statica se selecteaza canalul care in momentul alocarii este folosit in cele mai multe celule izocanal. Daca sunt mai multe se selecteaza unul in mod arbitrar, iar daca nu este nici unul se selecteaza primul canal disponibil.

Minimizarea valorii efective a distantei de reutilizare. Pentru fiecare din canalele disponibile se calculeaza media geometrica (valoarea efectiva) a distantei dintre celulele in care el este utilizat si se aloca acel canal ce conduce la cea mai mica valoare efectiva a distantei de reutilizare.

Alocarea unui canal folosit intr-o celula aflata la o distanta egala cu distanta de reutilizare.

Alocarea unui canal folosit intr-o celula aflata la o distanta mai mare decat distanta de reutilizare cu o valoare egala cu distanta dintre celule. In caz ca nu se gaseste nici un canal disponibil se aloca un canal folosit intr-o celula aflata la o distanta egala cu distanta de reutilizare. Aceasta ultima strategie conduce la micsorarea numarului de intreruperi fortate ale comunicatiilor deoarece creste probabilitatea ca mobilul sa-si pastreze canalul atunci cand trece intr-o celula adiacenta.

Celelalte strategii asigura o valoare mica a probabilitatii de blocare in conditii de trafic mic si moderat, insa aceasta creste brusc de indata ce traficul depaseste o valoare critica.

Din cauza ca alocarea de canale se face in ordinea aleatorie in care sosesc apelurile in celule metodele dinamice conduc la o valoare medie a distantei de reutilizare mai mare decat cea realizata de metodele statice, ceea ce face ca la valori mari ale traficului oferit, traficul realizat de sistem sa fie mai mic si, deci, eficienta de utilizare a spectrului sa fie mai redusa. Pentru cresterea performantelor metodelor dinamice in aceste conditii de trafic s-au propus algoritmi cu rearanjarea canalelor deja alocate. Acestia realizeaza transferuri ale comunicatiilor in desfasurare pe canale ce asigura cea mai mica valoare medie a distantei dintre celulele izocanal. Astfel, canalele sunt alocate mai compact pe aria sistemului si creste eficienta de utilizare a spectrului.

Metode de alocare dinamica cu control distribuit

Controlul centralizat al alocarii canalelor asigura teoretic o distributie optima a canalelor pe aria sistemului, insa cu pretul cresterii putemice a traficului de control si a volumului de calcule asociat fiecarei noi alocari. Traficul de control si volumul de calcule cresc rapid odata cu numarul total de celule din sistem, ceea ce inseamna ca metodele dinamice cu control centralizat nu pot fi aplicate in sistemele moderne de comunicatii mobile in care ariile celulelor sunt mici (microcelule) si numarul lor este foarte rnare.

Metodele de alocare cu control distribuit elimina acest dezavantaj prin transferarea functiilor controlerului central la nivelul statiilor de baza. Decizia de alocare este luata de statia de baza ce a primit apelul de comunicatie. Daca decizia este bazata pe schimbul de informatii cu statiile de baza vecine metodele asigura o optimizare locala prin minimizarea puterii de interferenta, iar daca ea este bazata numai pe datele masurate de statia de baza si de unitate mobila, atunci metodele maximizeaza puterea utila receptionata de mobil. Metodele cu maximizarea puterii utile sunt in principiu cele mai rapide, adaptabile la conditiile locale de interferenta si asigura cea mai compacta distribuire a canalelor pe aria sistemului, insa pot conduce la interferente mai mari pentru comunicatiile transferate catre alte celule cu posibile efecte nedorite precum intreruperea lor fortata sau producerea unei instabilitati in sistem.

Metodele cu optimizare locala, denumite si metode cu impachetare locala, folosesc pentru selectia canalului in vederea alocarii o matrice A de ocupare a canalelor. Pentru C canale in sistem si M_i celule cu care celula i poate interfera, aceasta isi defineste o matrice cu M_i+l linii si C+1 coloane (regiunea hasurata din Tabelul in care elementele pot avea valori de sau Valoarea a elementului A(i, c) semnifica faptul ca in celula i este alocat canalul c. Prima linie a matricii A specifica alocarile de canale in celula i, iar celelalte linii alocarile in celulele cu care ea interfera, aceasta ultima informatie fiind obtinuta prin schimburi de mesaje intre statiile de baza. In ultima coloana este consemnat numarul de canale disponibile pentru fiecare din cele M_i+1 celule. Un canal c este disponibil pentru alocare in celula i daca toate elementele din coloana c a matricii A sunt nule.

Intr-o varianta mai elaborata algoritmul cu impachetare locala ia in consideratie si interferentele cu canalele adiacente, interferente ce pot deveni foarte importante in conditii de trafic intens. In aceasta implementare la primirea unui apel de comunicatie se cauta in prima linie a matricii de ocupare A un grup de 2m-1 elemente succesive de valoare zero, daca m este

separatia minima intre doua canale ce se aloca in aceeasi celula. In cazul in care canalul corespunzator elementului central din acest grup este disponibil el este alocat apelului respectiv. Daca nu se cauta un nou grup de 2m - 1 elemente succesive de valoare zero.

Tabelul Constructia matricii de alocare

Daca se epuizeaza intreaga linie si nu se gaseste un canal disponibil se incearca o rearanjare a distributiei canalelor intre celulele izocanal. Pentru aceasta se cauta in prima linie a matricii de ocupare un grup de 2m-1 elemente nule in care pe coloana elementului central exista un singur element de valoare semnificand faptul ca este utilizat de o singura celula din aria de interferenta. Daca ultimul element din linia respectiva a matricii A este nenul inseamna ca celula in cauza mai are canale disponibile si prin schimburi de mesaje cu statia de baza corespunzatoare se transfera comunicatia pe unul din acele canale eliberandu-se canalul curent pentru a servi apelul sosit. Daca nu se reuseste nici rearanjarea comunicatiilor apelul este blocat. Simularile au aratat ca daca m este mai mic ca patru, ceea ce se intampla frecvent in practica, volumul de calcule nu creste semnificativ prin includerea constrangerii de interferenta cu canalele adiacente, insa robustetea algoritmului creste semnificativ, mai ales datorita rearanjarii comunicatiilor curente pentru a face loc uneia noi.

Un criteriu suplimentar de optimizare se poate introduce in sistemele celulare unidimensionale definite de-a lungul autostrazilor sau a altor artere de circulatie cu trafic intens. Fiecarui apel i se aloca un canal ce este deja alocat unui alt mobil aflat la o distanta mai mare ca distanta de reutilizare si se deplaseaza in acelasi sens. Se formeaza, astfel, grupuri de mobile ce se deplaseaza in acelasi sens si utilizeaza aceleasi canale. Daca viteza lor de deplasare este aproximativ aceeasi, creste probabilitatea ca la trecerea dintr-o celula in alta mobilele sa nu trebuiasca sa-si schimbe canalul de comunicatie si, deci, scade pericolul intreruperii fortate a unei comunicatii la transferul acesteia.

Metode bazate pe nivelul puterii semnalului

Alocarea canalelor in functie de valoarea masurata a puterii semnalului util sau a puterii semnalelor de interferenta sau a raportului lor (raportul semnal/interferenta) poate asigura, in principiu, o mai densa distributie a canalelor pe aria sistemului de comunicatii deoarece mobilele aflate in apropierea statiilor de baza proprii pot folosi simultan canale identice chiar daca se afla in celule separate de distante mai mici ca distanta de reutilizare. In acest fel valoarea medie a distantei de reutilizare scade si creste eficienta de reutilizare a canalelor. Exista, insa, pericolul ca raportul semnal/interferenta sa se deterioreze rapid imediat dupa alocare si sa fie necesare transferuri ale comunicatiei pe alte canale cu o valoarea acceptabila a raportului semnal/interferenta, Aceasta conduce la cresterea traficului de control si a numarului de intreruperi fortate ale comunicatiilor.

In cea mai simpla implementare a acestei strategii fiecare pereche mobil-statie de baza analizeaza in aceeasi ordine canalele disponibile pentru alocare si selecteaza primul canal pentru care raportul semnal/interferenta este mai mare ca valoarea de prag. Impachetarea canalelor rezulta aproape optima, dar traficul de control si numarul comunicatiilor intrerupte fortat cresc semnificativ.

Un al doilea algoritm urmareste minimizarea interferentei in sistem prin alocarea canalului care in acel moment este cel mai putin afectat de interferenta. S-a demonstrat ca el asigura o mai mica probabilitate de intrerupere fortata deoarece favorizeaza alocarea canalelor slab utilizate, insa probabilitatea de blocare creste datorita slabei impachetari a canalelor. In general, se poate observa ca cele doua marimi sunt afectate in sensuri diferite de mai toate strategiile de alocare si, deci, de regula, trebuie facut un compromis.

In cazul algoritmului de selectare dinamica a canalelor rolul esential in alocare revine unitatilor mobile care realizeaza estimari ale probabilitatii de interferenta pe toate canalele disponibile si selecteaza statia de baza si canalul ce asigura minimizarea acesteia. Pentru estimare mobilele trebuie sa dispuna de informatii privind puterea receptionata de la statiile de baza apropiate, disponibilitatea canalelor si interferenta izocanal pe fiecare din acestea, precum si de un algoritm (model) de calcul al probabilitatii de interferenta pe baza acestora. Cel mai performant algoritm de alocare bazat pe nivelurile masurate ale puterii semnalelor este cel cu segregarea canalelor. Fiecare statie de baza ordoneaza canalele sistemului in ordinea descrescatoare a probabilitatii de alocare P(i) si aloca de fiecare data canalul disponibil cel mai sus situat in lista. La fiecare apel lista este parcursa incepand cu primul canal si se masoara puterea de interferenta. Daca ea este sub un prag prestabilit si canalul este liber el este alocat, daca nu se trece la examinarea urmatorului canal din lista. Evident, daca nu se gaseste nici un canal apelul este blocat. La fiecare examinare a unui canal probabilitatea lui de alocare este crescuta daca poate fi alocat si scazuta daca nu poate fi alocat. Algoritmul este cu alocare dinamica deoarece nu repartizeaza canalele pe celule, este autonom deoarece nu este necesara o planificare initiala a distributiei canalelor pe aria sistemului, este adaptiv deoarece ia in consideratie modificarile de trafic din sistem si este cu auto-organizare deoarece nu are nevoie de controler central pentru a se adapta la conditiile de trafic. S-a aratat prin simulare ca algoritmul micsoreaza numarul de transferuri, deci si probabilitatea de intrerupere fortata, reduce volumul traficului de control si mentine probabilitatea de blocare la cele mai mici valori in raport cu toate metodele statice sau dinamice prezentate anterior. Viteza de convergenta (masurata prin timpul necesar atingerii solutiei) este foarte buna daca se accepta o solutie neoptima, insa este prohibitiv de mica daca se urmareste atingerea optimului global din cauza existentei a foarte multor puncte de optim local in spatiul solutiilor.

Tabelul 4 - Comparatie intre metodele de alocare dinamica

Metode de alocare pentru sisteme unidimensionale

Sistemele celulare unidimensionale acopera zone inguste de lungime foarte mare precum strazi principale din orase mari sau autostrazi. Pentru aceste sisteme au fost dezvoltate metode speciale care folosesc avantajos aceasta configuratie in care o celula are numai doua celule vecine.

Una dintre metode are ca obiectiv minimizarea interferentei izocanal si este aplicata in trei variante in functie de modul in care este selectat un canal dintre cele disponibile. Astfel exista:

alocare aleatoare: alocarea canalelor se face in ordinea aleatorie in care sosesc apelurile de comunicatie;

alocare aleatoare cu rearanjare: apelurile sunt servite in ordinea in care apar in sistem, dar dupa fiecare alocare are loc o rearanjare a comunicatiilor pe canale pentru minimizarea interferentei totale in sistem. Se pot efectua mai multe rearanjari dupa o alocare, deoarece interferenta totala rezultata dupa rearanjare depinde de ordinea in care sunt examinate comunicatiile si de ordinea in care se aloca noile canale.

alocare secventiala: apelurile sunt servite in ordinea sosirii, dar alocarea unui canal este conditionata de rearanjarea prealabila a tuturor comunicatiilor mobilelor aflate in fata.

O a doua metoda are ca obiectiv maximizarea valorii minime a raportului semnal/interferenta pentru comunicatiile active in momentul respectiv si de aceea se numeste metoda minimax. Se adopta un sens de servire a apelurilor, de exemplu de la stanga la dreapta, mobilul aflat imediat in dreapta grupului celor ce au primit deja canale pentru comunicatie fiind cel ce provoaca cea mai mare interferenta acestora si care este cel mai puternic interferat de ele. Alocarea se incheie atunci cand toate cererile de apel au fost examinate.

Comparatie intre metodele statice si cele dinamice

Toate metodele trebuie sa realizeze un compromis intre calitatea comunicatiei, complexitatea implementarii si eficienta de utilizare a spectrului. Simularile au relevat ca in conditii de trafic redus si moderat neuniform distribuit pe aria sistemului metodele de alocare dinamica sunt superioare celor de alocare statica. Metodele statice sunt superioare in conditii de trafic intens si mai ales daca acesta este uniform distribuit pe aria sistemului.

In conditii de trafic intens cu distributie neuniforma metodele de alocare statica utilizeaza ineficient spectrul deoarece, din cauza repartizarii rigide a canalelor pe celule, pot exista canale nefolosite in unele celule, desi este nevoie de ele in altele.

Metodele de alocare statica au o eficienta mai redusa de acces multiplu deoarece definesc subseturi de canale utilizate independent, in timp ce metodele de alocare dinamica pastreaza toate canalele sistemului intr-un set unic la care au acces toti utilizatorii sistemului si se cunoaste ca eficienta de acces multiplu pentru un set de canale este mai mare decat oricare dintre eficientele de acces multiplu ale subseturilor independente ale acestuia.

Metodele dinamice realizeaza o valoare medie a distantei de reutilizare mai mare decat cea a metodelor statice deoarece distribuie canale celulelor in ordinea aleatorie in care sosesc apelurile, in timp ce metodele statice utilizeaza exact valoarea distantei de reutilizare impusa. Rezulta, astfel, o mai slaba reutilizare a canalelor pe aria sistemului de catre metodele dinamice. Totusi, performantele metodelor dinamice sunt putin influentate de fluctuatii mari temporale si spatiale ale traficului, in timp ce ele sunt mult inrautatite in cazul metodelor statice, chiar pentru valori mici ale modificarilor distributiei de trafic fata de cea luata in calcul la alocare.

Tabelul Comparatie intre metodele de alocare statica si alocare dinamica a canalelor

La aceeasi rata de blocare a apelurilor metodele dinamice asigura o mai mica rata a intreruperilor fortate decat metodele statice deoarece in primul caz exista sansa ca in noua celula mobilul sa foloseasca vechiul canal daca interferenta nu creste peste limita admisa, in timp ce canalul de comunicatie trebuie schimbat obligatoriu la schimbarea celulei in cazul metodelor statice. Acest avantaj devine extrem de important in sistemele celulare modeme cu celule de arie mica (microcelule) si, din aceasta cauza, cu numar mare de transferuri.

In ceea ce priveste complexitatea implementarii este evident ca majoritatea metodelor dinamice necesita algoritmi de calcul eficienti si schimb intens de informatii de control pentru efectuarea unei alocari deoarece urmaresc, de regula, o distributie globala optima. In absenta unei capacitati substantiale de calcul si de memorie metodele dinamice au timp de raspuns extrem de mare. Metodele statice necesita resurse reduse de calcul si schimb de informatii de control insignifiant deoarece alocarea se face numai in functie de conditiile particulare ale unei celule. in schimb metodele dinamice solicita un efort sustinut de estimare a distributiei traficului pe aria sistemului si de repartitie adecvata a canalelor pe celulele acestuia.

Algoritmii folositi de metodele statice pot fi condusi centralizat in timp ce in cazul celor din metodele dinamice controlul distribuit este singurul recomandabil.

In Tabelul sunt prezentate comparativ performantele metodelor de alocare statica si, respectiv, dinamica a canalelor.

Metode hibride de alocare a canalelor

In cazul metodelor hibride de alocare a canalelor acestea se impart in doua seturi: un set ce se aloca static celulelor si un set ce se pastreaza centralizat la dispozitia sistemului si se aloca dinamic celulelor pentru momentele in care numarul de apeluri depaseste numarul de canale nominale primite prin alocare statica. Pentru un sistem fara memorie (apelurile blocate sunt eliminate din sistem) pentru un raport de de exemplu, intre numarul canalelor alocate static si cel al canalelor alocate dinamic rezulta o crestere de aproximativ a traficului preluat de sistem la aceeasi valoare a probabilitatii de blocare.

Un obiectiv de interes pentru optimizarea unei metode hibride de alocare este stabilirea valorii adecvate a raportului dintre numarul canalelor ce se aloca static si cel al canalelor ce urmeaza a se aloca dinamic. Simularile au aratat ca valoarea optima a acestui raport pentru un sistem cu asteptare este dependent de valoarea traficului. Astfel, performante optime ale unei metode hibride de alocare s-au obtinut pentru un raport favorabil canalelor alocate dinamic, atunci cand traficul este cu pana la mai mare decat valoarea nominala. La o crestere de a traficului raportul celor doua tipuri de alocari trebuie sa fie aproximativ unitar pentru ca performantele sa fie optime. La cresteri de peste a traficului performantele se imbunatatesc in cazul metodelor hibride de alocare numai daca alocarea se face preponderent static. Aceste rezultate sunt in concordanta cu studiile anterioare care au relevat ca metodele statice de alocare sunt performante la trafic intens, daca distributia reala de trafic se apropie de cea estimata, in timp ce metodele de alocare dinamica sunt mai performante la nivele mici si moderate ale intensitatii traficului oferit.

Simularile au demonstrat si pentru metodele hibride de alocare ca sistemele cu memorie au performante superioare celor fara memorie, tocmai datorita sansei suplimentare oferite apelurilor si cererilor de transfer de a beneficia de un canal devenit disponibil in intervalul de timp in care sunt mentinute in lista de asteptare.

De asemenea, rearanjarea comunicatiilor la fiecare noua alocare sau transfer conduce la cresterea performantelor metodelor hibride prin cresterea densitatii de utilizarea a canalelor. Rearanjarea comunicatiilor consta in realizarea de transferuri intra si intercelulare in vederea micsorarii interferentei izocanal si a valorii medii a distantei de reutilizare.

Metode de alocare flexibila

Fiecare celula primeste canale prin alocare statica si prin alocare dinamica. Alocarea flexibila difera de cea dinamica prin aceea ca un canal alocat flexibil unei celule nu este inapoiat controlerului central la incheierea comunicatiei, ci ramane la dispozitia celulei pentru un timp mai indelungat fiind tratat de celula ca si cum ar fi un canal nominal alocat static.

Alocarea flexibila poate fi predictiva sau programata. In primul caz se utilizeaza masuratori privind nivelul de trafic in fiecare celula si valorile probabilitatii de blocare, se estimeaza (prezice) evolutia acestora in perioada de timp urmatoare si se aloca suplimentar (flexibil) canale celulelor pentru care traficul urmeaza sa creasca si se dealoca o parte din canalele alocate flexibil in etapele anterioare in celulele in care traficul urmeaza sa scada. In cazul alocarii programate se cunoaste evolutia temporala si spatiala a distributiei de trafic pe aria sistemului si se redistribuie periodic canalele pe celule conform unui orar prestabilit.

Alocarea flexibila predictiva are nevoie de un controler central si de un schimb de trafic de control de valoare extrem de mare, insa probabilitatea de blocare este mentinuta la niveluri mici. Alocarea flexibila programata este mai simplu de implementat, nu necesita trafic de control suplimentar, dar probabilitatea de blocare poate creste extrem de mult atunci cand distributia reala a traficului nu corespunde cu cea avuta in vedere la stabilirea repartitiei canalelor pe celule.

Alocare statica si dinamica

Avand in vedere ca metodele de alocare statica sunt performante la niveluri mari de trafic, iar cele de alocare dinamica la niveluri mici de trafic se pot imagina tehnici de alocare in care se foloseste o metoda de un tip sau de altul in functie de nivelul masurat al traficului. Problema principala in acest caz este de a decide momentul in care se realizeaza comutarea de la o metoda la alta si, in plus, realizarea unei tranzitii gradate intre metode pentru a nu produce blocari masive ale apelurilor sau intreruperi fortate numeroase. Un criteriu de decizie 1-ar putea constitui numarul de canale libere in sistem: daca acesta este mare traficul este mic, daca nu traficul este intens. Alocarea dinamica este permisa numai daca numarul canalelor libere depaseste un prag prestabilit.

Tratarea prioritara a transferurilor

Prin transfer se intelege schimbarea canalului pe care se desfasoara o comunicatie, atunci cand calitatea acesteia scade sub un prag prestabilit, scadere ce se poate datora fie trecerii mobilului intr-o noua celula, fie cresterii interferentei pe canalul curent din cauza alocarii lui intr-o celula apropiata. In sistemele ce utilizeaza metode de alocare cu rearanjarea canalelor transferul poate fi provocat si de rearanjarea comunicatiilor pe canale in vederea minimizarii interferentei in sistem sau eliberarii unui canal pentru servirea unui apel sau transfer. Daca nu se gaseste un canal liber si comunicatia pe canalul curent trebuie incheiata aceasta este intrerupta fortat. Acest fenomen are efect subiectiv mult mai deranjant asupra utilizatorului decat servirea cu intarziere a unei cereri de stabilire a unei noi comunicatii. Din acesta cauza transferurile trebuie tratate prioritar in raport cu apelurile.

Exista doua categorii de metode pentru tratarea prioritara a transferurilor: cu rezervare de canale si, respectiv, cu memorarea transferurilor. In primul caz, fiecare celula pastreaza un numar de canale pentru servirea cererilor de transfer. Chiar daca acestea sunt libere ele nu sunt folosite pentru servirea unor apeluri. Mai mult, daca aceste canale rezervate pentru transferuri sunt deja ocupate si soseste o noua cerere de transfer se pot utiliza alte canale pentru satisfacerea cererii de transfer daca exista canale libere. Se observa ca, astfel, micsorarea numarului de trasnsferuri nereusite se face cu pretul cresterii numarului de apeluri blocate si trebuie realizat un echilibru intre acesti parametri, ambii influentand calitatea comunicatiilor in sistem.

Memorarea cererilor de transfer si servirea lor atunci cand apar canale disponibile reprezinta o solutie de crestere a numarului de transferuri reusite deoarece exista un interval de timp intre momentul lansarii cererii de transfer pana in momentul in care raportul semnal/interferenta scade sub pragul ce nu mai permite desfasurarea comunicatiei. Disciplina cozii de asteptare a cererilor de transfer poate fi una de tip FIFO (First In First Out, adica cererile sunt satisfacute in ordinea in care au fost memorate), in functie de viteza de scadere a raportului semnal/interferenta sau cu prioritate pentru transferurile al caror raport semnal/interferenta este mai apropiat de pragul de intrerupere fortata. Servirea in functie de raportul semnal/interferenta nu conduce la cresterea traficului de control deoarece masurarea acestui parametru se realizeaza in permanenta.

Rata transferurilor reusite creste prin memorarea lor deoarece exista sansa aparitiei unui canal liber in intervalul de timp petrecut de cererea de transfer in lista de asteptare. Transferurile sunt tratate in continuare prioritar deoarece orice canal eliberat este folosit cu precadere pentru servirea cererilor de transfer memorate si numai dupa epuizarea listei pot fi servite si eventuale apeluri pentru noi comunicatii.

In cazul memorarii cererilor de transfer nereusita unui transfer se poate datora atingerii pragului de intrerupere fortata inaintea aparitiei unui canal liber, atingerii limitei maxime de timp pe care o cerere de transfer il poate petrece in lista sau atingerii capacitatii finite a memoriei destinate acestui scop.

Tratarea prioritara a transferurilor, desi cu efect pozitiv asupra calitatii comunicatiei in sistem, conduce la scaderea traficului realizat prin blocarea unui numar de apeluri. O metoda alternativa ce conduce si la cresterea traficului realizat de sistem consta in rezervarea de canale pentru transferuri si memorarea apelurilor. Calitatea comunicatiei creste prin sansa suplimentara oferita transferurilor de a gasi canale libere, iar traficul realizat creste prin sansa apelurilor de a beneficia de un canal liber in timpul petrecut in coada de asteptare si de a fi servite in cele din urma. In plus, ele nefiind sensibile la intarziere, nu este afectata calitatea comunicatiei in sistem.

Divizarea radiala

Divizarea radiala a celulelor consta in definirea unor zone pe aria fiecarei celule in functie de distanta fata de centrul celulei. Rezulta zone de forma unor coroane circulare, cu exceptia celei centrale care ramane circulara (Figura Avand in vedere ca mobilele aflate in zonele mai apropiate de statia de baza au un nivel mare al semnalului util reutilizarea canalelor alocate acestor zone se poate face la distante mai mici. Creste, astfel, eficienta de utilizare a spectrului.

Divizarea radiala a celulelor este un efect al tehnicii de alocare a canalelor si nu presupune introducerea de echipamente suplimentare ca in cazul divizarii clasice a celulelor. Alocarea canalelor pe zone se face prin metode statice sau adaptive.

Metode statice

Canalele sistemului sunt divizate in mai multe seturi disjuncte ce sunt, apoi, repartizate zonelor folosind distante de reutilizare diferite de la un set al altul. Obiectivul urmarit este acela de a minimiza raportul semnal/interferenta pe aria sistemului prin mentinerea lui la o valoare usor superioara pragului minim pentru toate mobilele, cu efect benefic asupra capacitatii sistemului. Mobilele ce receptioneaza valori mari ale puterii utile primesc canale din seturile cu distanta de reutilizare mica si reciproc. Cand nivelul puterii utile se schimba comunicatiile lor sunt transferate pe canale din alt set din aceeasi zona. Uzual, mobilele aflate mai aproape de centrul celulei folosesc canale din seturi cu distanta de reutilizare mai mica.

Pentru atingerea unei capacitati maxime de comunicatie trebuie rezolvate optim doua probleme: repartitia canalelor pe zone si, respectiv, alocarea canalelor catre apeluri si transferuri.

Repartitia canalelor pe zone se poate face printr-un algoritm simplu de sortare care consta in ordonarea mobilelor active din celula descrescator in functie de raportul semnal/interferenta. Celula retine din lista un numar de mobile egal cu numarul total de canale ce i-au fost repartizate. Apoi se aloca mobilelor retinute canale in ordinea crescatoare a raportului semnal/interferenta si se foloseste succesiv pana la epuizare canalele fiecarei zone incepand cu zona exterioara si terminand cu cea in care se afla statia de baza. Repartitia canalelor pe zone trebuie sa se realizeze in ordine diferita de la o celula la alta, in caz contrar primul canal al fiecarei zone fiind supus unei interferente extrem de mari. Prin divizarea radiala a celulelor capacitatea de trafic a sistemului poate creste cu pana la de trei ori fata de cea a sistemului cu celule nedivizate radial.

Alocarea statica a canalelor in sisteme cu celule divizate radial nu exploateaza indeajuns flexibilitatea introdusa prin introducerea zonelor si sporul de capacitate, desi important, nu este pe masura cresterii complexitatii sistemului. In plus, determinarea unei alocari eficiente in sistemele microcelulare trebuie reluata frecvent din cauza fluctuatiilor mari si rapide ale traficului si devine extrem de complicata datorita numarului mare de (micro)celule si a formei lor neregulate.

Metode adaptive

Un numar de metode adaptive de alocare a canalelor in sisteme cu celule divizate radial incearca sa elimine o parte din dezavantajele metodelor statice, toate avand ca obiectiv mentinerea raportului semnal/interferenta la valori usor peste pragul de intrerupere fortata a comunicatiei cu efect benefic asupra valorii medii a acestuia pe aria sistemului si, in ultima instanta, asupra capacitatii de trafic a sistemului.

In cazul metodei de alocare adaptiva cu divizare radiala autonoma canalele sunt alocate independent de statiile de baza catre apelurile provenite din propriile celule folosind liste ordonate identice de canale. Se aloca de fiecare data primul canal din lista ce indeplineste conditia de prag pentru raportul semnal/interferenta. Astfel, la nivelul fiecarei celule se realizeaza o distribuire a canalelor in functie de distanta fata de statia de baza cu canalele cu numar mare de ordine in lista alocate mobilelor mai apropiate de statia de baza. Metoda asigura practic dublarea capacitatii celulei in raport cu metoda statica de alocare, precum si o reducere cu pana la a valorii medii a raportului semnal/interferenta pe aria celulei. Datorita mentinerii raportului semnal/interferenta in apropierea valorii de prag mobilele cu viteza mare de deplasare au dificultati in mentinerea continuitatii comunicatiei, variatia valorii acestui raport fiind extrem de rapida, existand permanent pericolul de a scadea sub valoarea de prag. Introducerea controlului puterii de emisie elimina si acest dezavantaj si chiar creste suplimentar capacitatea celulei cu aproximativ

Intr-o varianta imbunatatita se selecteaza din lista in vederea alocarii canalul cu cea mai mica valoare a raportului semnal/interferenta, obtinandu-se o crestere de ori a capacitatii celulei in raport cu metoda statica de alocare. Numarul mare de masuratori necesar o face de improprie de aplicat in sistemele microcelulare.

In cazul metodei de alocare adaptiva cu autoorganizare fiecare statie de baza mentine un tabel cu valorile medii ale puterii de emisie folosite de mobile pentru fiecare din canale. La sosirea unui apel se cauta in tabel canalul disponibil cu valoarea medie cea mai apropiata de puterea de emisie a mobilului ce a lansat apelul. Valoarea medie din tabel este actualizata in conformitate cu noua alocare si este comunicata tuturor celorlalte statii de baza. Apare astfel o grupare a canalelor in functie de puterea de emisie a mobilelor si, deoarece aceasta depinde in principal de distanta care le separa de statia de baza, canalele sunt de fapt repartizate pe aria celulei in functie de distanta, deci celula este divizata radial.

Metoda de alocare adaptiva cu control distribuit utilizeaza aceeasi lista de canale pentru toate statiile de baza, alocarea se face pe baza valorii masurate a raportului semnal/interferenta si presupune ca in fiecare celula exista alte sase substatii de baza interconectate cu statia de baza centrala (Figura si care functioneaza sub controlul direct al acesteia. In conditii de trafic redus toate substatiile sunt pasive, intregul trafic fiind preluat direct de statia centrala. La cresterea intensitatii traficului, creste numarul apelurilor blocate si cel al comunicatiilor intrerupte fortat, motiv pentru care statia de baza centrala activeaza una sau mai multe din substatii in functie de apropierea lor fata de mobilele care solicita canale de comunicatie. Din punctul de vedere al mobilului activarea unei substatii este echivalenta modificarii pozitiei statiei de baza mai aproape de el cu efect benefic asupra raportului semnal/interferenta si, deci, al calitatii comunicatiei.

Tehnici suplimentare de crestere a eficientei de utilizare a canalelor

Impreuna cu metodele statice, dinamice sau hibride de alocare a canalelor se pot utiliza unele tehnici suplimentare de crestere a eficientei de utilizare a canalelor ce exploateaza faptul ca in realitate separatia dintre celule nu este foarte neta, ci exista o zona de suprapunere in care mobilele receptioneaza semnal de nivel acceptabil de la doua sau mai multe statii de baza.

Astfel, lansarea directionata a apelului permite unui mobil sa solicite un canal de comunicatie si altor statii de baza daca cea receptionata cu nivel maxim ii blocheaza apelul. In plus, transferul comandat permite unei statii de baza sa diminueze rata de blocare a apelurilor prin comanda catre unele mobile de a-si transfera comunicatiile catre alte statii de baza daca traficul devine prea intens. In acest fel, raman canale libere ce pot fi folosite pentru servirea unora dintre apeluri. Prin transfer comandat traficul de nivel mare oferit intr-o celula este preluat, in parte, de celulele vecine micsorand probabilitatea de blocare a acestora. Eficacitatea directionarii apelurilor si transferurilor depinde de procentul din suprafata sistemului acoperita simultan de mai multe celule. Daca aceasta ajunge la 30-40% performantele sistemului pot atinge pe cele ale unui sistem fara suprapuneri, dar folosind o metoda de alocare dinamica cu impachetare maxima.

Metoda cu transfer selectiv initiaza procedura de transfer a comunicatiilor din zona de suprapunere numai pentru mobilul cu cel mai mic nivel al semnalului receptionat de la propria statie de baza sau, intr-o alta varianta, numai pentru mobilul cu cel mai mare nivel receptionat de la statia adiacenta. In prima varianta exista pericolul intreruperii fortate a comunicatiei, deoarece un nivel mic receptionat de la propria statie de baza nu garanteaza si un nivel acceptabil din partea statiei de baza vecine. Intr-o varianta imbunatatita metoda cu transfer selectiv realizeaza transferul comunicatiei cu interferenta minima dintre primele trei ca nivel de putere receptionata de la statiile de baza vecine avand cel putin un canal liber. Metoda conduce la cresterea cu aproximativ a capacitatii in conditii de trafic uniform distribuit si se presupune ca eficacitatea ei este si mai mare la trafic neuniform distribuit.

Dimensionarea benzii de frecventa

Metodele de alocare prezentate anterior se bazeaza pe ipoteza ca la dispozitia sistemului se afla un numar de canale ce trebuie distribuite eficient catre celule. Metodele de dimensionare a benzii de frecventa isi propun sa determine numarul minim de canale puse la dispozitia unui sistem pentru a asigura un nivel minim impus calitatii comunicatiei in sistem.

O metoda propusa pentru aceasta este aceea a impachetarii maxime care consta in definirea unei matrici de compatibilitate ale carei elemente semnifica separarea minima necesara intre doua canale alocate. Pe baza ei se construieste un graf ale carui noduri reprezinta celulele, iar laturile unesc nodurile ce reprezinta celule ce se interfera reciproc. Se 'coloreaza' nodurile grafului astfel ca doua noduri ce sunt unite cu o latura sa nu aiba aceeasi culoare. Culoarea unui nod are semnificatia de canal alocat celulei respective, astfel ca a minimiza numarul de canale alocate sistemului de comunicatii este echivalent cu a minimiza numarul de culori necesar colorarii grafului asociat cu restrictiile mentionate.

Se cunoaste, insa, ca problema colorarii unui graf cu un numar minim de culori este o problema NP (Non-Polynomial) completa a carei solutie optima nu poate fi determinata pentru sisteme mari din cauza volumului de calcule extrem de mare. In consecinta, se propun solutii aproape optime bazate pe diverse metode empirice.