个人通信课件第四章 动态无线资源管理

1、1第四章 动态无线资源管理24.1 动态功率控制技术4.2 动态信道分配(DCA) 4.3 越区切换4.4 支持多媒体业务的动态资源分配 3为何需要功率控制 CDMA系统的干扰受限特点（根本原因）原因：扩频码得非理想相关特性；无线信道多经效应；蜂窝结构和大用户量；通过功控减少：符号间干扰（ICI）、用户间干扰（MAI）、邻小区干扰（ACI）； CDMA蜂窝系统容量主要受限于干扰。 节省功耗通过功率控制减少无谓功率消耗 减少电磁辐射根通过功率控制，减少基站和移动台无谓电磁辐射 改善时变信道传输质量根据信号强度探测，改变发送功率，保证无线链路质量 4上世纪80年代中期IEEE文章：CDMA用于蜂窝

2、系统不可行；1989.2 高通（Qualcomm）造访李建业： CDMA蜂窝系统商用必须解决功率控制；1989.4 高通再访李建业：6个月内演示CDMA功控，太平洋电话公司将支付100万美元；1993年高通基于功率控制、软切换等核心专利技术的IS-95标准通过，CDMA蜂窝系统商用；目前，1400多项专利，专利费已成为高通公司的重要经济支柱。功率控制技术的诞生5功率控制技术的作用远近效应若d2/d1=100，则S1/S2将达近80dB ! 强抑弱！反向d2d1前向S1S2MS2MS1 远近效应只有采用功率控制才能很好地解决CDMA蜂窝系统面临的问题。 这些问题包括： 远近效应； 快衰落与阴影衰

3、落； 多址干扰6 快衰落与阴影衰落衰落速率：可达100次/秒 （900MHz、60km/h时）衰落深度：可达30dB距离接收功率(dBm)慢衰落快衰落功率控制技术的作用7（a）基站对移动台的正向多址干扰（b）移动台对基站的反向多址干扰MS1MS1BS1BS1 多址干扰功率控制技术的作用8功率控制的目标核心目的：降低干扰，减少功耗 保证一定质量的前提下，尽可能降低功率，使接收功率始终刚刚够用！前向功控限制BS的发射功率，使所有MS在保证通信质量的条件下，BS的发射功率为最小。反向功控限制MS的发射功率，使所有MS到达基站的信号强度一样。多：多的部分是干扰；少：通信质量达不到9功率控制的方法开环功

4、控基于路径损耗的功率控制，补偿信道中平均路径衰落及慢衰落（阴影衰落） 根据接收信号强度（质量），调整自身的发射功率，以达到期望的通信质量。 闭环功控降低信道快衰落的影响根据接收信号强度（质量），调整对方的发射功率，对开环功率控制提供校正。内环功控调整信号强度外环功控调整功控门限104.1.1 蜂窝系统中的最佳功率控制4.1 动态功率控制技术功率控制准则：基于路径损耗的功率控制基于质量的功率控制功率控制的步长：0.25-1dB下行链路功率控制的目的： 减小对邻近小区的干扰11图例：某小区移动台I接收到的信干比G i iGij12令为任一移动台的CI，则的分布为： 若系统要求的最小(门限)CI为0

5、(被称为系统保护比) ，F(0)被称为干扰概率或中断概率，则功率控制算法应使F(0)最小。13定义功率控制矢量P=Pj；链路增益矩阵Z=Zij。如果有一个功率矢量P0，使所有移动台的i ，则认为CI电平是可以达到的。定理1：以概率为1，存在一个唯一的可达的最大CI：该最大值为： 14算法设计思想对于一个给定的功率控制算法，其可达到的CI矢量可表示为 ，是P和Z的函数， 。B(Z， )表示中小于0的元素数目。为使(0)最小，则对于每一个Z，应使B最小。该最小值用B *(Z)表示。定理2：令R= ，| R |= B *(Z)则至少有一个最佳功率 矢量P具有下列形式：15求解最佳功率矢量的步骤 对于

6、原始Z矩阵，如果为可达的CI，则最佳功率矢量即为Z的特征矢量；如果不可达，则移去一个小区，计算矩阵Z *，及Z *对应的特征值* ，看是否存在一个*满足* 0要求。如果移去一个小区后，CI仍达不到的要求，则移去两个小区，并分别求解此时的最佳功率矢量。如果所对应的CI仍都达不到要求，可继续移去更多的小区，直至移去Q-1小区，此时无任何干扰小区。16分步移去算法SRA令Z对应的可达CI为*。如果 * 0 ，则最佳功率矢量就采用特征矢量尸P*，否则令Q=Q。令 ， ， 对应 的小区为l，移去小区l，形成(Q- 1)(Q- 1)矩阵Z。又令Z对应的CI比为 *。若 * 0 ，则使用特征矢量P*作为最佳

7、功率矢量，否则令Q=Q- 1，并且重复步骤。17SRA算法性能仿真条件：设系统含16个共道干扰小区，采用7个小区的 复用图样，=4，=6 dB 。18 SRA算法与固定功率法的性能比较 仿真条件：设系统含16个共道干扰小区，采用7个小区的 复用图样，=4，=6 dB ，分别采用k=3、 5、7、9、13的小区的复用图样。 194.1.2 CDMA功率控制干扰用户Mi对Bj的干扰为： rmr020IS-95系统的功控实现前向链路功率控制机制：通过响应移动台提供的测试来调整各用户链路信号的前向链路功率组成：开环功率控制闭环功率控制。其中开环功控是基站通过接入程序期所接收的移动台功率，估算出传输损耗

8、来调整各业务信道的起始功率；闭环功控是基站和移动台相配合而动态地改变功率。调节步长：约0.5dB，动态范围限制在标称功率的 6dB，调节速率：缓慢，每秒2次（30ms）21反向链路的功率控制开环功控MS在接入过程中进行MS通过估算接收信道的路径损耗，来决定自身的发射功率调节步长：每次0.5dB动态范围：32dBIS-95系统的功控实现22IS-95系统的功控实现反向链路闭环功控MS获得业务信道后内环功控调整信号强度外环功控调整功控门限23IS-95系统的功控实现反向链路闭环功控MS获得业务信道后内环功控：调节发射功率，保持MS尽可能地接近信干比目标值BS测量反向信道的信干比，与目标值比较后调整

9、MS的发射功率。调节步长：1dB调节速率：800次/S（1.25ms）动态范围：48dB（ +/-24dB ）外环功控：计算FER（误帧率），调整信干比目标值 ，平衡FER与系统容量的关系。调节速率：20ms24Eb/It目标值（5dB话音质量良好）MS发射功率时间ItEb/ItEb/It设定值下一个Eb/It设定值1.25msEbEbi 幀i1 幀闭环功控示意图25IS-95闭环反向功率控制方案总结将20ms的帧分成16个1.25 ms的功率控制段，基站每隔1.25ms测量接收到的SIR，与目标SIR相比较，决定增加移动台功率还是降低（0增1降）。功率控制命令误码率较高。功率控制调整幅度：0

10、.25、0.5、1dB，闭环功控动态范围是24dB。采用插入技术，功率控制比特每1.25ms( 800Hz传输速率）在下行链路上传输。在移动台连续发射的情况下，其功率可以得到连续的调整。264.2 动态信道分配（DCA）中心思想：系统根据当前的业务负载和干扰情况，动态将信道(频率或时隙)分配给所需的用户，以达到最大的系统容量和最佳的通信质量。动态信道分配方法：1、业务自适应系统2、干扰自适应系统274.2.1 信道借用法信道集Z仅在热点小区4的A扇区中使用；干扰小区8和9的A扇区使用Y信道集，它们的B和C扇区首先使用信道集Z，然后再使用信道集Y。信道集使用规则一、采用扇区化的信道借用法28扇区

11、A中的呼叫，首先使用信道集Z，用完之后，再使用信道集X； 扇区B和C中的呼叫仅使用信道集X。 热点小区信道指配规则29呼损率与出租信道数|Z|的关系曲线 30热点小区不同到达率H条件下|Z|和呼损率曲线 31二、动态共享式信道借用法信道集Z在热点小区和出租小区之间共享 出租小区中的呼叫首先使用信道集Y，然后再使用信道集Z热点小区B扇区和C扇区中的呼叫仅使用信道集X热点小区A扇区中的呼叫使用信道集X或Z，但要使得在热点小区中的剩余信道数尽可能地接近出租小区中的剩余信道数+32设i，j，k分别为X，Y，Z中已使用的信道数， a)如果(i=|X|且k|Z|)或(i|X|，且k=|Z|)，则在非阻塞的

12、信道集中指定一个信道；b)如果(i|X|，且k|Z|，指配X或Z中的信道按下列规则：热点小区的剩余信道出租小区的剩余信道热点小区A扇区使用X或Z的原则33三、重叠小区结构中的信道借用法 被借用的信道仅在热点小区和干扰小区中心的一个小区域内使用。如何确定重叠面积？344.2.2 平衡双向性能的动态信道分配法 一、动态信道分配算法的实现问题 无线基站必须提供一个信标(Beacon)信 号； 系统提供信标两种方法频率合成器的转换速度应足够快； 系统范围内的定时同步 。35二、平衡双向性能的DCA算法36三、平衡双向性能DCA算法的性能表43 移动台独立进行DCA算法的性能表44 平衡双向性能的DCA

13、算法的性能 374.2.3 信道分离法 信道分离法的核心思想是：每个小区根据信道使用情况，自动形成一个信道优先级表，在呼叫到达时，首先尝试使用具有最高优先级的信道。信道的优先级是根据其使用情况动态改变的。每小区不需要满配置收发信机和有线链路，但会有“不可接入信道”的情况。 38信道分离法流图 39信道分离法的性能 404.3 越区切换 越区切换是指将当前正在进行的移动台与基站之间的通信链路从当前基站转移到另一个基站的过程。也称自动链路转移。 越区切换从小区的性质上可分的类型：同一交换中心基站之间的越区切换同一BSC之间的切换不同BSC之间的切换不同交换中心之间基站的越区切换同基站内不同扇区的切

14、换不同运营商之间的切换。41越区切换的研究包括三个方面的问题：越区切换的准则越区切换如何控制越区切换时信道分配越区切换总体概念越区切换分类：硬切换 软切换越区切换算法性能指标包括：越区切换的失败概率、因越区失败而使通信中断的概率、越区切换的速率、越区切换引起的通信中断的时间间隔，以及越区切换发生的时延等。 切换过程：测量、决策、执行424.3.1 越区切换的准则相对信号强度准则(准则1) 具有门限规定的相对信号强度准则(准则2) 具有滞后余量的相对信号强度准则(准则3) 具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则(准则4)切换种类-硬切换硬切换最主要的特点就是在切换情况下，同一时刻占用一个无线信

15、道，它必须在一个指定时间内，先中断与原基站的联系，调谐到新的频率上，再与新基站取得联系，在切换过程中可能会发生通信短时中断(200ms)。硬切换主要是不同频率的基站和扇区之间的切换。当硬切换区域面积狭窄时，会出现新基站与原基站之间来回切换的“乒乓效应”，影响业务信道的传输。硬切换主要用于GSM系统中。43切换种类软切换在软切换过程中，两条链路及相对应的两个数据流在一个相对较长的时间内同时被激活，一直到进入新基站并测量到新基站的传输质量满足指标要求后，才断开与原基站的连接。软切换是同一频率下不同基站之间的切换。在软切换中，移动台只有在取得了与新基站的链接之后，才会中断与原基站的联系，因此在切换过

16、程中没有中断。软切换中移动台和基站均采用分集技术和反向功率控制，能很好地提高系统的性能。软切换主要用于CDMA系统中。44切换种类更软切换在CDMA 系统中，移动台在扇区化小区的同一小区的不同扇区之间进行的软切换称为更软切换。实际上是相同信道上的导频之间的切换。这种切换是由BSC 完成的，并不通知MSC。45切换种类接力切换接力切换是一种基于智能天线的切换方案。利用终端上行预同步技术，预先取得与目标小区的同步参数，并通过开环方式保持与目标小区的同步，一旦网络判决切换，终端可迅速由原小区切换到目标小区，在切换过程中，终端从源小区接收下行数据，向目标小区发送上行数据，即上下行通信链路先后转移到目标

17、小区。TD-SCDMA中采用了接力切换。46474.3.2 越区切换控制1移动台控制的越区切换移动台连续监测当前基站和几个越区时的候选基站的信号强度和质量。在需要切换时，移动台选择最佳基站。2网络控制的越区切换基站监测来自移动台的信号强度和质量，当信号低于某个门限后，网络开始安排向另一个基站的越区切换。3移动台辅助的越区切换网络要求移动台测量其周围基站的信号并把结果报告给旧基站，网络根据测试结果决定何时进行越区切换以及切换到那一个基站。48移动台辅助的软切换导频信道分类：活动导频集(Active Set)候选导频集(Candidate Set)相邻导频集(Neighbor Set)剩余导频集(Remaining Set) 导频集维护控制：活动导频集维护候选导频集维护相邻导频集维护剩余导频集维护软切换依据软切换控制49软切换的控制过程 504.4