（通信与信息系统专业论文）移动通信系统中的无线资源管理算法研究.pdf

摘要 摘要 无线资源管理的目标是在有限带宽的条件下，为网络内无线用户终端提供业务质量保障，最大 程度的提高无线频谱利用率。它涉及到一系列与无线资源分配有关的研究课题，包括信道分配、分 组调度、接入控制、负载控制、功率控制和切换技术等。良好的无线资源管理技术是充分发挥无线 传输技术优势的基础。g e r a n 系统作为向3 g 演进的途径之一，为了满足更高的传输速率和频谱利 用率，在其r 7 版本中引入了一系列新的物理层新技术，其无线资源管理部分也做了相应的改进，本 文主要研究了g e r a n 系统中的分组调度算法和链路自适应算法。 首先，本文第一章对无线资源管理相关算法进行了简要介绍，在第二章中介绍了g e r a n 系统 的概况，重点介绍其网络单元、协议结构以及与无线资源管理相关的无线技术，第三章对无线分组 调度算法进行了分类介绍，其中包括l 汛算法、m a xc i 算法和p f 算法等。前三章的介绍为后边章 节的分析奠定了基础。 本文的第四章中重点研究了g e r a n 系统中的调度算法，首先分析并仿真了三种经典算法的系 统性能。在此基础上，针对三种经典算法的固有缺点，考虑不同优化目标，提出了相应的改进算法， 并对其进行仿真验证，并最终提出一种适用于g e r a n 系统的分级调度策略。针对m a xc i 算法考 虑了用户缓存数据量的影响，并提出一种考虑缓存数据和等待时延的调度算法。针对r r 算法，分 析并仿真了一种叫做c a r r ( c h a r m e ! a w a r er o u n dr o b i n ) 的算法及其变形算法，不同算法在系统吞 吐量和公平性之间有不同的侧重。针对p f 算法，分析并仿真了指数p f 算法和a p f ( a d a p t i v e p r o p o r t i o n a lf a i r n e s s ) 算法，并对其中一些关键参数对系统性能的影响进行了分析说明与仿真验证。 然后本章分析并改进了一种保障用户速率的调度算法，该算法能很好的满足用户请求速率要求。最 后一节提出了适用于g e r a n 系统的m a c 调度算法，详细说明了其工作流程，并对其性能进行了 分析。 本文第五章是对g e r a n 系统中的链路自适应算法的研究，先是介绍了两类链路自适应技术l a 和墩，然后介绍了两种常用的链路自适应算法。在此基础上，提出了一种改进的链路自适应算法， 针对不带瓜和带瓜的情况分别进行了说明，并考虑了下行情况下的修正。 第六章是对本文的总结，并就相关工作傲了展望。 关键词：g e r a n ，无线资源管理，分组调度，链路自适应，m a xc i 。r r ，p f 1 a b s t r a c t a b s t r a c t t h et a s ko fr a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t ( r a m ) i st om a k ef u l lu s eo fr a d i or e s o u r c eu n d e rt h e c i r c u m s t a n c eo fl i m i t e dr a d i ob a n d r r mc o n t a i n ss e v e r a ls u b j e c t sw h i c ha l er e l a t i v et or a d i or e s o u r c e a s s i g n m e n t ，s u c ha sc h a n n e la l l o c a i t o n ，p a c k e ts c h e d u l i n g ，a d m i s i o nc o n t r o l ，l o a dc o n t r o l ，p o w e rc o n t r o l a n dh a n d - o f f w i t h o u tg o o dr r ma l g o r i t h m s ，w ec a nn o tm a k ef u l lu s eo ft h er a d i ot r a n s m i s s i o n t e c h n o l o g y0 t r ) g e r a ns y s t e mh a sb e e nr e c o g n i z e da so n ee v o l v e m e n tp a t ht o3 gi no r d e rt oh i g h e r t r a n s m i s s i o nr a t ea n dm o r ee f f e c t i v er a d i os p e c t r u mu t i l i z a t i o n ，m a n yn e wp h y s i c a ll a y e rt e c h n o l o g i e sh a v e b e e ni n t r o d u c e dt og e r a ns y s t e mi nr e l e a s e7 a c c o r d i n g l y , t h er r ml a y e ri sa l s oi m p r o v e d i nt h i s d i s s e r t a t i o n ，w em a i n l yr e s e a r c ho np a c k e ts c h e d u l i n ga l g o r i t h m sa n dl i n ka d a p t a i o na l g o r i t h m s i nc h a p t e r1 ，w ef i r s t l yi n t r o d u c es e v e r a lk i n d so fr r ma l g o r i t h m s t h e n , t h eo v e r v i e wo fg e r a n s y s t e mi sd e s c r i b e di nc h a p t e r2 ，w i t he m p h a s i so nn e t w o r ku n i t s ，p r o t o c o ls t r u c t u r ea n dr r ti ng e r a n s y s t e m i nc h a p t e r3 ，w ed e t a i l e d l yr e c o m m e n dp a c k e ts c h e d u l i n ga l g o r i t h m s ，i n c l u d i n gr r ，m a xc i ，p f a n dw f s t h ef i r s tt h r e ec h a p t e r sl a yt h ef o u n d a t i o nf o rt h ec o m i n gc h a p t e r s i nc h a p t e r4 ，w ed e t a i l e d l yr e s e a r c ho nt h ew i r e l e s sp a c k e ts c h e d u l i n ga l g o r i t h m si ng e k a n s y s t e m f i r s t l y , t h ea n a l y s i sa n ds i m u l a t i o nr e s u l t so ft h r e ec l a s s i c a la l g o r i t h m sa r ep r e s e n t e d o nt h i sb a s i s ，w ep u t f o r w a r da ni m p r o v e dm e t h o da c c o r d i n gt ot h r e ec l a s s i c a la l g o r i t h m s t a k i n g a c c o u n to fd i f f e t e n t o p t i m i z a t i o no b j e c t s f o rm a xc i ，w ep a ya t t e n t i o nt ot h eb u f f e rd a t a ，a n dp r e s e n tas c h e d u l i n ga l g o r i t h m b a s e do nb u f f e rd a t aa n dd e l a y t h ec a r ra l g o r i t h m sa sw e l la si t st r a n s f i g u r a t i o na r ea n a l y s e da n d s i m u l a t e df o rr r ，i nw h i c ht h e r ei sat r a d e - o f fb e t w e e ns y s t e mt h r o u g h p u ta n df a i r n e s s m o r e o v e r ， e x p o n e n tp fa n da p fa l g o r i t h m sa lep r e s e n t e da n da n a l y s e da si m p r o v e m e n to fp f , a n dt h ee f f e c to f s e v e r a lk e yp a r a m e t e r si nt h e s et w oa l g o r i t h m sa r ei l l u m i n a t e da n dv a l i d a t e db ym e a n so fs i m u l a t i o n t h e n ， w es h o wa n ds i m u l a t ea na l g o r i t h mw h i c hc a ng u a r a n t e eu s e i j sr a t e ，w h i c hc a ns a t i s f yt h eu s e r sq o s a t l a s t ，w ep r o p o s et h em a cs c h e d u l i n ga l g o r i t h mf o rg e r a n ，a n dg i v et h ed e t a i ld e s c r i p t i o no ff l o wc h a r t a n da n a l y s et h ep e r f o r m a n c eo fi t c h a p t e r5i sr e l a t e dt ot h er e s e a r c ho nl i n ka d a p t a t i o ni ng e r a ns y s t e m a b o v ea l l ，w ei n t r o d u c et w o l i n ka d a p t a t i o nt e c h n o l o g i e s ，l aa n di r ，a n dt w oa l g o r i t h m so fl i n ka d a p t a t i o n o nt h eb a s i so fa b o v e a n a l y s i s ，a ni m p r o v e dl i n ka d a p t a t i o na l g o r i t h mi sp r o p o s e d ，w h i c ht a k e st h ef a c t o rw i t hi ra n dw i t h o u ti r i a b s t r a c t a n dm o d i f i c a t i o no fd o w n l i n ki n t oa c c o u n t i nt h ee n d ，w es u m m a r i z et h ed i s s e r t a t i o na n di n d i c a t ef u t u r e sr e s e a r c hw o r k k e y w o r d s ：g e r a n ，r r m ，p a c k e ts c h e d u l i n g ，l i n ka d a p t a t i o n ，m a xc i ，r r ，p f i v 缩略语 a m c a m r a p f a r q b e r b l e r b s c b t s c a r r c d m a c s d p s d c a d c d l e d g e e g p r s f c a f d d f i f o f 删r e g e r a n g g s n g p r s g s m h c a h s p a i f , r w f q 缩略语 a d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g a d a p t i v ep r o p o r t i o n a lf a i r n e s s a u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t b i te r r o rr a t e b l o c ke r r o rr a t e b a s es t a t i o nc o n t r o l l e r c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s c h a n n e ls t a t ed e p e n d e n tp a c k e ts c h e d u l i n g d y n a m i cc h a n n e la l l o c a t i o n d u a l c a r r i e rd o w nl i n k e n h a n c e dd a t ar a t ef o rg l o b a le v o l u t i o n e n h a n c e dg e n e r a lp a c k e tr a d i os y s t e m f i r s ti n p u tf i r s to u t p u t 自适应调制编码 自使用多速率 自适应比例公平 自动重传请求 误比特率 误块率 基站控制器 基站收发系统 信道感知轮询 码分多址 信道状态依赖分组调度 动态信道分配 下行双载波 增强型数据速率全球演化 增强型通用分组无线系统 固定信道分配 频分双工 先进先出 f u t u r et e c h n o l o g i e sf o ru n i v e r s a lr a d i oe n v i r o n m e n t 未来无线通信通用环境 g s m e d g er a d i oa c c e s sn e t w o r k g a t e w a yg p r ss u p p o r tn o d e g e n e r a lp a c k e tr a d i os y s t e m g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s h y b r i dc h a n n e la l l o c a t i o n h i g hs p e e dp a c k e ta c c e s s 蛔e m e n m lr e d u n d a n c y i d e a l i z e dw i r e l e s sf a i rq u e u i n g x j i i - g s m e d g e 无线接入网 g p r s 网关支持节点 通用分组无线系统 全球移动通信系统 混合信道分配 高速分组接入 增量冗余 理想无线公平排队 缩略语 l a l q f m a c m s m s c m s r d o v s f p b c c h p c c c h p c u p d c p d t c h p d u p f s q o s r l c r r r t t i u t i s b f a s f i s g s n t b f t d d u m t s u t r a n u s f 弭r r w f s l i n ka d a p t a t i o n l o n g e s tq u e u ef i r s t m e d i u ma c c e s sc o n t r o l m o b i l es t a t i o n m o b i l es w i t c h i n gc e n t e r m o b i l es t a t i o nr e c e i v e rd i v e r s i t y o r t h o g o n a lv a r i a b l es p r e a d i n gf u n c t i o n p a c k e tb r o a d c a s tc o n t r o lc h a n n e l p a c k e tc o m m o nc o n t r o lc h a n n e l p a c k e tc o n t r o lu n i t p a c k e td a t at r a 伍cc h a n n e l p a c k e td a t au n i t p r o p o r t i o n a lf a i r n e s ss c h e d u l i n g q u a l i t yo fs e r v i c e r a d i ol i n kc o n t r o l r o u n dr o b i n r a d i ot r a n s m i s s i o nt e c h n i q u e r e d u c e dt r a n s m i s s i o nt h ei n t e r v a l s e r v e rb a s e df a i r n e s sa p p r o a c h s e r v i c ef a i r n e s si n d e x s e r v i c eg p r ss u p p o r tn o d e t e m p o r a r yb l o c kf l o w t i m ed i 们s i o nd u p l e x 链路自适应 最长队列优先 媒体接入控制 移动台 移动交换中心 终端接收分集 正交可变扩频因子 分组广播控制信道 分组公共控制信道 分组控制单元 个人数字蜂窝 分组数据话务信道 分组数据单元 比例公平调度 服务质量 无线链路控制 轮询 无线传输技术 减小传输时间间隔 服务器公平方法 业务公平指数 g p r s 业务支持节点 临时块流 时分双工 u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m通用移动通信系统 u m t st e r r e s t r i a lr a d i oa c c e 踮n e t w o r k u p l i n ks t a t ef l a g w e i g h t e dr o u n dr o b i n w i r e l e s sf a i r n e s ss c h e d u l i n g x i v u m t s 地球无线接入网络 上行状态标志位 加权轮询 无线公平调度 插图目录 插图目录 图1 1无线资源管理算法的基本模型示意图3 图2 1 通向u m t s 的g s m 演化示意图7 图2 2g p r s 系统网络结构图8 图2 3g p r s 协议栈结构图9 图2 4g e r a n 系统中m m a 与t d m a 的组合示意图1 1 图2 5g e r a n 系统中的5 2 复帧结构图1 1 图3 1 简单的调度器模型示意图1 5 图3 2r r 算法流程图1 8 图3 3m a xc i 调度算法流程图1 9 图3 4c s d p s 组成模型示意图2 2 图3 5 应用r r 的s b f a 的算法示意图2 5 图4 一l调度算法仿真流程图2 8 图4 2 三种经典调度算法的吞吐量对比图3 0 图4 3 三种经典调度算法的s f i 值对比图3 1 图4 _ 4 ( a ) 系统吞吐量比；( b ) 系统吞吐量累积分布函数；( c ) 用户被调度次数；( d ) 用户速率。3 2 图4 5 考虑待发送数据量时的算法步骤流程图3 3 图4 - 6 ( a ) 1 2 8 k b p s 时系统吞吐量；( b ) 1 2 8 k b p s 时归一化s f i 值；( c ) 3 2 k b p s 时系统吞吐量：( d ) 3 2 k b p s 时归一化s f i 值3 4 图4 7 基于吞吐量和延时的算法流程图3 6 图4 - 8 ( a ) n = l 时系统吞吐量对比；( b ) n = l 时用户速率对比：( c ) n = 8 时系统吞吐量对比；( d ) n = 8 时用户速率对比3 8 图4 9 ( a ) 系统吞吐量随n 变化曲线图：( b ) 归一化s f i 值随n 变化曲线图3 9 图4 1 0 ( a ) 系统吞吐量随用户数变化曲线图；( b ) 归一化s f i 值随用户数变化曲线图。4 0 图4 11 ( a ) r r 算法示意图；( b ) m a xc i 算法示意图；( c ) c a r r 算法示意图4 0 图4 1 2n = 1 0 0 时几种调度方法的用户速率概率分布图。4 3 图4 - b ( a ) 用户平均速率随k 值变化曲线图；( b ) 归一化s f i 值随k 值变化曲线图4 6 图4 1 4 ( a ) 随k 值增加用户在每个r o u n d 里的最大速率变化曲线图：( b ) 随k 值增加用户在每个 i x 插图目录 r o u n d 里归一化速率方差的变化曲线图；4 8 图4 1 5 ( a ) 用户速率随x 增加的变化曲线图；( b ) 归一化s f i 值随x 增加的变化曲线图；。5 0 图4 1 6 ( a ) n 值不同时系统吞吐量变化曲线图；( b ) n 值不同时归一化s f i 值对比图；5 2 图4 1 7 ( a ) 随指数n 增加吞吐量变化曲线图：( b ) 随指数n 增加归一化s f i 值变化曲线图；一5 2 图4 18a p f 算法流程图o 5 5 图4 - 1 9 ( a ) 三种调度算法系统吞吐量对比图；( b ) - - 种调度算法归一化s f i 值对比图；5 6 图4 2 0 ( a ) 系统吞吐量；c o ) 用户被调度次数；( c ) 用户速率5 7 图4 - 2 1 ( a ) 系统吞吐量随s i g m a 变化曲线图；( b ) 归一化s f i 值随s i g m a 变化曲线图；5 8 图4 2 2 ( a ) 系统吞吐量随t 变化曲线图；( b ) 归一化s f i 值随t 变化曲线图；5 9 图4 2 3 ( a ) 系统吞吐量随d e l t a 变化曲线图；( b ) 归一化s f i 值随d e l m 变化曲线图；。5 9 图4 2 4 保障服务速率的调度算法流程图6 l 图4 - 2 5 保障用户速率调度算法下各用户速率随时间变化图。6 3 图4 - 2 6 分层m a c 调度算法总体策略图6 4 图4 - 2 7 紧急调度队列流程图。6 5 图4 2 8 时延敏感队列调度流程图6 6 图4 - 2 9 流量敏感队列调度流程图6 7 图4 3 0 交互业务队列调度流程图。6 8 图4 3 l背景业务队列调度流程图6 9 图4 3 2 补充队列调度流程图7 0 图5 1e g p r s 中的9 种m c s 方式7 4 图5 2e g p r s 中的编码族7 4 图5 3m c s 9 方式下的瓜传输及合并示意图一7 5 图5 - 4基于b l e r 的链路自适应算法门限示意图7 6 图5 5基于c i 的最大化吞吐量算法门限示意图7 7 图5 - 6 基于b l e r 的吞吐量最大自适应算法的门限示意图7 8 图5 7m c s 切换门限表示意图7 9 图5 8 上行不带瓜情况下的链路自适应流程图。8 0 图5 - 9 上行带取情况下的链路自适应流程图。8 2 x 表格目录 表3 1 表3 2 表4 1 表4 2 表4 3 表4 4 表4 5 表5 - i 表格目录 四类业务特性比较表1 7 三种经典调度算法比较表2 0 仿真中采用的自适应调制编码方案及切换门限值表2 8 用户数为4 时归一化s f i 值对比表3 2 1 3 取不同值时系统吞吐量和归一化s f i 值对比表3 8 几种调度算法的性能比较表。4 3 四种调度算法下各用户的平均速率统计表 6 2 链路自适应中的切换表7 9 x 1 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：基主导师签名： 第l 章绪论 第1 章绪论 人类不断增长的信息交流需求作为永恒的动力促进着通信方式的持续演变。移动通信与i n t e m e t 的飞速发展与融合将把人类实现个人多媒体通信任何人无论何时、何地都能与任何对象，以任何 方式实现所谓5 w 信息交流一的梦想正逐步变为现实。 1 1 研究背景 现代无线通信系统在近几十年的时间里得到了迅猛的发展，经历了第一代模拟移动通信系统 ( 1 g ) 、第二代数字移动通信系统( 2 g ) 和即将商用的第三代宽带数字移动通信系统( 3 g ) ，后三代移动通 信系统( b e y o n d3 g ) 的研发也已经取得了阶段性的成果。 第一代通信系统( 1 g ) 以模拟网为主要特征，于2 0 世纪7 0 年代末8 0 年代初开始商用。1 g 是采 用频分多址来实现频率复用，来满足覆盖范围扩大和用户数量增长的需求。l g 采用模拟调制方式， 取得了很大的成功，但也暴露了诸如容量小、频谱利用率低、移动设备复杂、费用昂贵等问题。 第二代通信系统( 2 g ) 以数字化为主要特征，其代表有欧洲的时分多址( t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s ，t d m a ) 的g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ) 、北美的i s 1 3 6 ( d a m p s ) 以及码分 多j 址( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，c d m a ) i s - 9 5 、日本的p d c ( p e r s o nd i 百t a lc e l l ) 。2 g 采用频分多 址加时分多址的复用技术以及数字调制，提高了频谱利用率和传输速率。为了满足用户对更高速率 业务的需求，运营商纷纷将2 g 系统升级到2 5 g 。以g p r s 和e d g e 为代表的2 5 g 系统提供并行的 电路交换和分组交换两种方式，除提供原有2 g 的数字语音业务以外，还提供分组数据交换业务。 对更高数据速率业务和频谱利用率的迫切要求是推动3 g 发展的主要动力。目前，国际上以形 成以欧洲主导的w c d m a 、以美国主导的c d m a 2 0 0 0 和以中国为主导的t d s c d m a 三大主流技术 标准。3 g 将提供更高数据速率、支持多媒体业务，实现全球漫游以及支持更高的频谱效率。 伴随着第三代通信系统的逐步商用。各国已开始纷纷着手第四代( 4 g ) 移动通信系统的研究。在 中国。第四代移动通信系统已经被正式列入8 6 3 中国高技术研究发展计划，启动了未来无线通 信通用环境( f u t u r e ，f u t u r et e c h n o l o g i e sf o ru n i v e r s a lr a d i oe n v 拍姗e n t ) 研究课题。f u t u r e 研究课 题的主要目标是面向未来十年无线领域的发展趋势和要求，研究后3 g 系统( b 3 g ) 或4 g 蜂窝移动通 信系统空中接e l 技术，建立关键技术验证系统，支持面向未来的无线通信新业务。可以预言，在以 1 东南大学硕士学位论文 信息技术为主导的2 1 世纪，移动通信技术必将得到更广阔的发展空间。 1 2 无线资源管理概述 以移动通信为代表的无线通信系统都是资源受限的系统，而用户的数量却在持续高速增长，如 何利用有限的资源来满足日益增长的用户需求，已经成为移动通信系统发展过程中急需解决的问题。 无线资源的概念是很广泛的，它既可以是频率，也可以是时隙，也可以是码字，还可以是空间。 无线资源管理就是对移动通信系统的空中接口资源的规划和调度，目的就是在有限的带宽资源下， 为网络内的用户提供业务质量保证，在网络话务量分布不均匀、信道特性因信道衰落和干扰而起伏 变化等情况下，灵活分配和动态调整无线传输部分和网络的可用资源，最大限度地提高无线频谱利 用率，防止网络阻塞。并保持尽可能小的信令负荷。如果没有好的无线资源管理技术，再好的无线 传输技术( r a d i ot r a n s m i s s i o nt e c h n i q u e ，r t a 3 也无法发挥它的优势，极端的情况甚至会导致系统无法 正常运转。无线资源管理涉及一系列与无线资源分配相关的技术，主要包括信道分配、分组调度、 呼叫接入控制、负载控制、功率控制和切换等。它们可以分为以下三个部分4 2 1 ： 无线资源的分配和调度 主要包括信道分配和分组调度。在t d m a 系统中，信道资源是指某个载频的某个时隙，在c d m a 系统中信道资源是正交的可变扩频因子( o v s f ) 码，如何合理地为用户分配信道资源是信道分配技 术研究的重点。分组调度( p a c k e ts c h e d u l i n g ) 是根据不同队列的信道质量、q o s 要求等，在保证一 定公平性的基础上，最大化系统吞吐量，使系统资源得到充分利用。 面向网络的无线资源管理 主要包括呼叫接入控制和负载控制。当用户请求发生时，呼叫接入控制裁决是否接纳该请求， 对于语音和电路交换业务，被接纳成功后可直接进行业务通信：对于分组业务，被接纳后则送到相 应的队列中等待分组调度。负载控制的主要目的是保证系统不过载因而能够稳定工作。 面向连接的无线资源管理 主要包括功率控制、速率控制、切换技术。现代通信系统中的功率控制主要包括开环、闭环和 外环功率控制，通过功率控制可以有效地抑制远近效应。对于数据业务和多媒体业务，必须把功率 控制和速率控制结合起来。切换技术包括硬切换、软切换和更软切换，考虑到不同系统或者不同频 率运营商的存在，还包括系统间切换和频率间切换。 2 第l 章绪论 无线资源管理主要负责对无线系统可以使用的所有无线资源进行分配和管理，其目的是在保证 网络服务质量的前提下提高频谱利用率。图1 1 给出了无线资源管理算法的基本模型。资源估计器 控制着整个无线资源管理算法的实现，它还监测各队列状态并接收干扰估计和信道估计参数。当用 户请求发生时，接入控制决定是否接入该请求，然后业务被放入相应的队列，等待调度器的调度， 功率和速率调度器完成对发射功率和发射速率的分配。下面将无线资源管理的主要功能做一个简单 介绍： 信道分配 ，由赍谭估计量对无线蹙潭臂理算法的控制 一用户的业务湃和相应信息 图1 1无线资源管理算法的基本模型示意图 无线通信系统中，将给定的无线频谱按照彼此分开或者互不干扰的原则划分成信道，这些信道 可以同时使用并保证一定的信号接收质量。通常使用的信道划分技术有频分、时分和码分，实际的 系统中往往会同时采用几种技术，如在g s m 系统中频谱首先采用频分技术划分成若干频段，然后再 采用时分技术使多个用户共享相同的载频。 对于无线系统来说，无线信道的数量是有限的，要提高系统的容量，就要对信道资源进行合理 的分配。按照信道分配方式的不同，信道分配技术可以分为固定信道分配( f c a ) 、动态信道分配( d c a ) 和混合信道分配( h c a ) 。f c a 根据预先估计的覆盖区域内的业务负荷将信道资源分给若干个小区， 相同的信道集合在间隔一定距离的小区内可以再次得到利用，f c a 的实施方式较为简单，但信道利 用率较低，无法适应空间或时间上的突发业务波动，不能很好地适应网络中的负荷变化。在数据和 多媒体业务占有相当比重的3 g 系统中，由于业务的多样性，使得不同用户对于信道的需求有所不 同。同时，由于小区半径变小，同样的服务区域所划分的小区数目急剧增长，使得f c a 的实现愈加 困难。因此，3 g 系统信道分配方案将以d c a 为主。在d c a 系统中，信道资源不固定属于一个小 区，所有信道被集中分配，d c a 根据小区的业务负荷，通过信道质量、使用率和信道的复用距离等 3 东南大学硕士学位论文 因素选择最佳的信道，动态地分配给接入的业务。h c a 是f c a 和d c a 的结合，在h c a 中信道被 分为固定和动态两个集合，各小区可优先使用分给它的固定信道，当固定信道不够用时，再按d c a 方式使用空闲的动态信道。 分组调度 由于移动数据业务的增长，不少学者认为高速分组接入( h i 曲s p e e dp a c k e ta c c e s s ，h s p a ) 将是 移动通信演进的必经之路。考虑到未来的移动通信系统是以数据业务传输为主的系统，为了适应这 种需求，保证实时的、非实时的、高速的、低速的不同业务的服务质量，并同时对无线资源加以优 化使用，需要采用流量控制技术，结合无线链路特性，通过先进的分组调度算法提高数据业务吞吐 量、保证用户公平性和满足业务q o s 。 无线分组调度算法是提高系统容量的一项关键技术，它以最大化系统吞吐量为目标，以保证用 户间的公平性为前提，以确保不同业务的q o s 要求为基础。无线分组调度算法主要是判决在什么时 间分配给哪些用户什么样的无线资源来进行通信，其中无线资源包括频率、时间、码字，甚至子载 波。无线分组调度的主要功能可以概括为：在分组用户之间共享可用的空中接口资源；确定用于每 个用户分组数据传输的传输信道；监视分组分配和系统负载。 呼叫接入控制 呼叫接入控制是指对于用户发起的呼叫连接请求，按照其服务质量要求，根据整个网络资源决 定是否被接纳。呼叫可以分为两类，新的呼叫和切换呼叫。新的呼叫是移动客户需要通话时向基站 发起的呼叫：切换呼叫是由于客户在通话过程中从一个服务区域移动到另一个服务区域时由于发生 切换所产生的。不管呼叫属于哪种类型，其接入过程都要不影响或尽可能少地影响正在通信的用户 的服务质量。 对于语音和电路交换业务，如呼叫请求被接纳则经功率控制后就直接进行业务通信；对于分组 业务，如被接纳则被送到相应的队列中由分组调度技术进行控制。一个好的接入控制策略，不仅可 以保证新用户和已有用户的业务质量，同时还能最大限度地提高系统容量，使业务分布更合理，资 源分配更有效。呼叫接入控制方案主要分为两大类：预留信道方案和设置等待队列方案。前者为切 换呼叫设置( 静态或动态的) 专用信道；后者在呼叫发现无空闲信道时，不是被立即阻塞而是先进入队 列等待，一旦有呼叫结束，队列中的呼叫就可以得到服务。等待队列方案由于需要排队，更加适合 非实时的数据业务，如第三代移动通信系统中的交互类( i n t e r a c t i v ec l a s s ) 和背景类( b a c k g r o u n dc l a s s ) 业务。对于实时性要求较高的会话类( c o n v e r s a t i o n a lc l a s s ) 业务来说，预留信道方案更加适合。 4 第1 章绪论 负载控制 负载控制可以分为两个部分，正常情况下负载控制的任务是确保系统在不过载的情况下工作， 并保持稳定。为了实现这个目的，负载控制必须和接入控制以及分组调度技术紧密结合，如果能安 排得当，过载就可以避免。一般称这种机制为预防性负载控制算法。在特殊情况下，比如信道环境 突然恶化，系统受到的干扰突然增加，导致系统瞬时过载，负载控制此时的功能是使系统迅速并且 可控地回到无线网络所定义的目标负载值。 要进行负载控制，首先必须对系统的容量和负载进行正确有效的评估。为了降低负载，可能采 取的负载控制措施有强制某些用户掉话；在同一基站的不同时隙间进行负载均衡：下行链路执行快 速负载控制，拒绝移动台发来的下行功率增加命令；降低分组数据流的吞吐量；减少实时业务的传 l 输速率；切换到另一个载波；减小基站的发射功率：减小本基站的覆盖范围；迫使本基站内的部分 移动台切换到其他小区等。 功率控制 功率控制在无线通信系统的资源分配中占有重要的地位。一个好的功率控制算法可以使系统容 量大大增加，从而提高系统的频谱利用率。功率控制的主要目的是使得所有的移动台以恰好能满足 信号目标载干比要求的最低发射功率电平发送信号，以此降低整个系统的同频干扰和邻频干扰，减 小移动台的能量消耗，同时使得基站接收到的本小区内的各个移动台的上行信号功率相同，以克服 “远近效应”。 目前上行功率控制主要可以分为开环和闭环两种形式。利用移动台测得的基站导频的发射功率， 通过开环功率控制算法决定移动台的发射功率。如果上下行链路是互易关系，比如时分双i ( t d d ) 模式中上下行载频相同，则这种方式可以较为精确地设定发射功率。但是在频分双工d ) 的模式下， 上下行之间有一个较大的频率间隔，传输损耗可能会有很大的差别，这样利用下行链路估计上行链 路损耗的方法就不太适用了。所以在f d d 的模式下，开环功率控制只适用于上行链路的初始化，在 通话的过程中还是由闭环功率控制来完成。闭环功率控制算法是根据基站接收到的信噪比，决定移 动台的发射功率，以保证基站收到信号足够强，同时对其它信道干扰最小。目前使用比较多的是基 于信噪比的固定步长功率控制方法，虽然收敛较慢，但是占用的信令资源比较少。 切换技术 切换是一项重要的移动性管理功能，它是蜂窝系统所独有的，也是移动通信一个重要特征。直 5 东南大学硕士学位论文 接影响整个系统的性能。切换不仅要保证用户在穿越边界时能正常通话，而且还要做到快速准确。 这样有利于降低整个系统的干扰，减少掉话，提高系统容量。切换技术有硬切换、软切换和更软切 换之分：软切换是当移动台从一个蜂窝移动到另一个蜂