WCDMA无线资源管理.ppt

wcdma 无线资源管理 1 前言 lwcdma系统是一个自干扰的系统，无线资源管理 的过程就是一个控制自己系统内的干扰的过程； l功率是最终的无线资源，最有效地使用无线资源的 唯一手段就是严格控制功率的使用。 2 课程目标 l了解无线资源管理的目的； l了解基本的无线资源管理算法：信 道配置，功率控制，移动性管理， 负载控制，amr模式控制等。 学习完本课程，您将能够： 3 课程内容 t 第一章 无线资源管理综述 第二章 信道配置 第三章 功率控制 第四章 连接移动性管理 第五章 负载控制 第六章 amr模式控制 4 l无线资源管理，rrm（radio resource management) lwcdma系统是一个自干扰的系统，无线资源管理的过程就是一个 控制自己系统内的干扰的过程 l功率是最终的无线资源，最有效地使用无线资源的唯一手段就是严 格控制功率的使用 l功率的使用在cdma系统中是矛盾的 u提高针对某用户的发射功率能够改善该用户的服务质量 u另一方面，由于cdma系统的自干扰性，这种提高会带来对其他用户 干扰的增加，从而导致接收质量的降低 无线资源管理综述 5 l几个概念：utran, rab，rb，rl lutran：为非接入层（nas）提供无线接入承载rab的建立，维 护、释放等服务，以屏蔽nas对于无线接入层特性的关注 rab rb rl nodeb rnc cn ue utran 几个概念 6 l l rabrab：the the service service that that the the access access stratum stratum provides provides to to the the non-access non-access stratum stratum for for transfer transfer of of user user data data between between user user equipment and cnequipment and cn。 l l rbrb：the the service service provided provided by by the the layer2 layer2 for for transfer transfer of of user user data data between user equipment and serving rncbetween user equipment and serving rnc l l rlrl：a a “radio “radio link“ link“ is is a a logical logical association association between between single single user user equipment equipment and and a a single single utran utran access access pointpoint. . its its physical physical realization realization comprises comprises one one or or more more radio radio bearer bearer transmissionstransmissions 几个概念 7 l根据umts协议栈结构和功能的划分，utran的主要任务就是为 非接入层（nas）提供无线接入承载（radio access bearer, rab)的建立，维护、释放等服务，以屏蔽nas对于无线接入层特 性的关注 l为nas建立的rab中，utran必须提供相应的qos（quality of service)保证。 l一般的qos主要存在三个方面要求 u传输速率 u传输时延要求 uber/fer质量要求 utran的任务 8 lrrm的目的： u保证cn所请求的qos u增强系统的覆盖 u提高系统的容量 rrm的目的 9 l为了保证cn所请求的qos，需要将qos映射成接入层的一些 特性，从而利用接入层的资源为本条连接服务-信道配置 l在保证cn所请求的qos的前提下，使用户的发射功率最小， 从而减少该ue对于整个系统的干扰，提高系统的容量和覆盖- -功率控制 l需要确保ue移动到其他小区（系统）后，能够继续得到服务， 以保证qos-切换控制 l接入一定数量的ue后，需要确保整个系统的负载保持在稳定的 水平，以保证系统中每条连接的qos -负载控制 贯穿整个rrm过程的主线：保证qos，节约功率 rrm的任务 10 cn rnc iu rab assignment （qos) qos映射 准入控制 码资源请求 接入层各层配置 信道配置-基本信道配置 负载控制-准入控制 信道配置-码资源管理 负载控制 -负载平衡 rrm各算法在呼叫流程中的位置（1） 11 信道建立并通话 功率控制 业务速率改变 越区 通话结束 资源回收 end 功率控制-闭环功控 功率控制-开环功控 信道配置-dccc amrc 连接移动性管理 信道配置-码资源管理 负载控制 -负载平衡 rrm各算法在呼叫流程中的位置（2） 12 l面向连接的rrm，确保该连接的qos，并使该条连接占用的 无线资源最少 u信道配置，功率控制，切换 u对于每条连接，根据需要创建一个实例专门处理本连接的资源 配置 l面向小区的rrm，在确保该小区稳定的前提下，能接入更多 的用户，提高整个系统的容量 u码资源管理，负载控制 u为每一个小区创建一个实例，专门处理该小区的资源管理 rrm的划分 13 l无线资源管理或控制的基本流程 u测量控制 u测量 n ue，nodeb，rnc u测量报告 u判决，决策 u资源的控制和执行 rrm的流程 14 本章小结 l本章主要介绍了： rrm的概念 rrm的目的和任务 rrm各算法在呼叫流程中的位置 rrm的流程 15 课程内容 t 第一章 无线资源管理综述 第二章 信道配置 第三章 功率控制 第四章 连接移动性管理 第五章 负载控制 第六章 amr模式控制 16 第二章 信道配置 l l 第一节第一节 基本信道配置算法基本信道配置算法 l l 第二节第二节 动态信道配置算法动态信道配置算法 l l 第三节第三节 码码资源管理算法资源管理算法 17 l基本信道配置就是根据cn所请求rab的qos特性，将其 映射成接入层各层的相应参数和配置模式 lcn请求的qos utraffic classes nconversational nstreaming ninteractive nbackground u速率要求 u质量要求（bler） 基本信道配置 18 qos映射 19 lrb参数 urb数目 lrlc参数 u不同的rlc传输模式 n 透明 n 非确认 n 确认 u不同的逻辑信道参数 rb参数和rlc参数配置 20 lmac参数 u逻辑信道到传输信道的映射/复用关系 u不同的传输信道类型及参数 n专用信道 n公共信道 n共享信道 u不同的mac实体的配置 nmac-d/mac-c umac子层的优先级配置 utfcs配置 mac参数配置 21 lphy参数 u传输信道到物理信道的映射关系 u编码类型 nconvolutional nturbo nnon u交织长度 u速率匹配因子 u扩频因子sf u功率偏置 u其他物理信道参数，如分集模式etc. phy参数配置 22 lrb建立 lrb重配置 lrb释放 l传输信道重配置 l物理信道重配置 因为原来可能已经建立了业务，配置以上各层所有参数时必 须考虑到原有业务不受影响，并考虑到和原有业务的复用 基本信道配置使用的空中接口不同信令 23 rb建立举例 24 第二章 信道配置 l l 第一节第一节 基本信道配置算法基本信道配置算法 l l 第二节第二节 动态信道配置算法动态信道配置算法 l l 第三节第三节 码码资源管理算法资源管理算法 25 ldccc（dynamic channel configuration control）动态信 道配置 ldccc针对的对象: best effort（be）业务 ldccc的目的 u最大限度的满足用户对带宽的需求 u实现空中接口资源的最有效利用 u满足用户变动的数据传输速率需求 u节省下行信道码（ovsf码）资源 实现带宽“按需分配”（bod） 动态信道配置 26 lbe业务的特点 u业务源速率变化范围大 u时延要求低 u误码率要求高 urlc选用确认模式，也就是所有数 据必须在rlc buffer中缓存 mac-d dl transport channel traffic volume threshold configuration in l2 rlc signalling bearer dch1 rlc tfc select dch2 channel switching dcchdtch be业务 27 ldccc判决 u对rlc buffer中traffic volume的测量报告 u根据测量结果判决是否需要动态改变该ue所使用的带宽 u在重配置的判决过程中，需要考虑空中接口是否受限，通过 对该ue上下行功率的测量来完成 dccc对于上下行原理相同，分别进行判决 dccc的判决 28 ldccc的执行 urb重配置/传输信道重配置 ncell-fachcell-dch ncell-dchcell-dch （包括带宽的增加和减小） ncell-dchcell-fach ldccc还需要根据拥塞控制的请求来限制mac层对tf的 选择 dccc的执行 29 l带宽“按需分配” dccc的效果 30 第二章 信道配置 l l 第一节第一节 基本信道配置算法基本信道配置算法 l l 第二节第二节 动态信道配置算法动态信道配置算法 l l 第三节第三节 码资源管理算法码资源管理算法 31 ovsf码树 ovsf 32 l码分配策略性能指标 u利用率 n分配的带宽 / 总带宽 n越高越好 n尽量保留扩频因子小的码字将提高利用率 码资源利用率 33 l码分配策略性能指标 u复杂度 n与多码的数目成反比 n越小越好 n尽量使用单码传输 码分配复杂度 34 l码资源分配原则 u提高码字利用率 u降低码分配策略复杂度 u确保尽量使用正交性好的码字 u降低信道间干扰 u提高系统容量 u降低系统的峰平比 码分配原则 35 本章小结 l本章主要介绍了： 基本信道配置算法 动态信道配置算法（dccc） 码资源管理算法 36 课程内容 t 第一章 无线资源管理综述 第二章 信道配置 第三章 功率控制 第四章 连接移动性管理 第五章 负载控制 第六章 amr模式控制 37 lcdma自从被提出以来，一直没有得到大规模应用的主要问题就 是无法克服“远近效应” 信号被离基站 近的ue的信号 “淹没”，无 法通信 一个ue 就能阻 塞整个 小区 远近效应 38 l由于远近效应，wcdma系统必须引入功率控制；引入功率 控制后，还能带来很多其它的好处： u调整发射功率，保持上下行链路的通信质量 u克服阴影衰落和快衰落 u降低网络干扰，提高系统质量和容量 l分类： u开环功率控制 u闭环功率控制 n上下行内环功率控制 n上下行外环功率控制 功控的目的 39 内环功控的 收敛过程 time power time power l准确计算内环所需要的初 始发射功率，加速其收敛 时间 l降低对系统负载的冲击 开环功控对闭环功控的影响 40 nodeb ue rach bch: cpich channel power ul interference level 开环功控的目的是提供初始 发射功率的粗略估计。它是 根据测量结果对路径损耗和 干扰水平进行估计，从而计 算初始发射功率的过程。 ue测量cpich的接收功率 计算上行初始发射功率 开环功控 41 内环功率控制的目的： 使基站处接收到的每个 ue信号的bit能量相等 nodebue 下发tpc 测量接收信号 sir并比较 内环 设置sirtar 1500hz 每一个ue都有 一个自己的控 制环路 上行内环功控 42 l最终接入网提供给nas的服务中qos表征量为 bler，而非sir！ l根据无线通信的原理，sir固定的情况下，bler会随着无线环境的 变化而变化 sir bler bler 不同曲线对 应不同的多 径环境 bler-sir 43 nodebue 下发tpc 测量接收信号 sir并比较 内环 设置sirtar 可以得到bler 稳定的业务数 据 测量传输信道 上的bler 外环 rnc 测量接收数 据 bler并比较 设置blertar 10-100hz 上行外环功控 44 lwcdma的一个显著特点就是一个ue使用多个业务 ，甚至一个业务就会映射成几个传输信道 那么在多业务或者多传输信道那么在多业务或者多传输信道 情况下，如何保证各个业务或情况下，如何保证各个业务或 者传输信道的者传输信道的blertarblertar？ 多业务问题 45 rate matching trch multiplexing cctrch channel coding and the other operations rate matching channel coding and the other operations trch2trch1 每条传输信道不同的 速率匹配因子（rma ） 传输信道的复用 46 l速率匹配的过程就是传输信道数据映射到cctrch时，原有bit 流的重复和打孔的过程 l速率匹配因子（rma）定义了在速率匹配过程中的匹配增益（ 不同的重复和打孔有不同的增益） l根据各条传输信道的blertar，来配置各条传输信道的rmai， 从而在不同的传输信道上获得不同的增益，rmai实际上确定 了不同传输信道之间的相对增益 l从而在用外环功控来保证一条传输信道的bler以后，所有传 输信道因为和该传输信道映射到一条cctrch上，他们的 bler也就得到了保证 多业务功控 47 nodeb 设置sirtar 发tpc 测量sir并比较 测量bler并比较 外 环 内环 ue物理层 ue层3 下行内环和外环功率控制 10-100hz 1500hz 下行闭环功控 48 传统的 下行功 率控制 方法， 所有的 基站都 向ue发 射信号 ue选择发 射dpdch 的小区的 标准是路 径损耗最 小，信号 最强 lssdt（site selection diversity transmit)基站选择发射分集 l对于下行，激活集中的小区都发dpcch，而发射dpdch的小区则最快 每10ms由ue作出选择 软切换下的功控（ssdt） 49 lwcdma引入的快速功率控制技术（1500hz）导致处于软切换下 的ue的不同支路的下行功率发生漂移（功率差别较大），从而引 起系统容量的降低 lsrnc通过测量发现两个基站的功 率相差较大 lsrnc计算需要的功率，并通过iub 接口主动调整，实现下行功率平衡 srnc 下行功率平衡 50 本章小结 l本章主要介绍了： 闭环功率控制 上行内环功率控制 上行外环功率控制 下行内环功率控制 下行外环功率控制 开环功率控制 下行功率平衡 51 课程内容 t 第一章 无线资源管理综述 第二章 信道配置 第三章 功率控制 第四章 连接移动性管理 第五章 负载控制 第六章 amr模式控制 52 ue工作的模式和状态 53 l处于不同状态ue越区，使用不同的方法处理其移动性管理问题 lidle模式下，utran根本不知道ue的存在，ue越区时，此时 ue自己利用cell reselection算法选择新的小区，如果la发 生变化，则到cn进行登记处理 lcell-dch状态下的ue越区时，切换时机，切换的目标小区， 切换的类型等都由位于rnc中的切换算法进行判决和控制 idle模式和cell-dch状态下ue的越区 54 lcell-pch和cell-fach状态的ue越区时，由ue内部的cell reselection算法决定是否进行驻留小区的变换、变换时机、 变换的目标小区等 。utran需要根据ue从新小区上发来的 “cell update”消息来更新ue的cell信息 lura-pch状态下的ue越区时，也是由ue内部的cell reselection算法决定是否进行驻留小区的变换、变换时机、 变换的目标小区等 。 当ue所处的新小区的ura id和原来小区 不同时，utran根据ue从新小区上发来的“ura update”消 息来更新ue的ura信息 公共信道状态下ue的越区 55 l切换 u软切换 n更软切换 u硬切换 n同频硬切换 n异频硬切换 n系统间切换（between wcdma and gsm） 切换的分类 56 ue move target bs source bs time data ue received/ sent 硬切换 57 ue move target bs source bs time data ue received/ sent “gap” of communication l硬切换的特点 u先中断源小区的链路，后建立目标小区的链路 u通话会产生“缝隙” u非cdma系统都只能进行硬切换 硬切换 58 l频内硬切换 u码树重整 l频间硬切换 u网络规划的原因，在特定的区域需要 u频间负载的平衡 l系统间切换 u2g-3g的平滑演进 u3g初期的覆盖范围有限 硬切换在3g中的应用 59 ue move target bs source bs time data ue received/ sent 软切换 60 l软切换特点 ucdma系统所特有，只能发生在同频小区间 u先建立目标小区的链路，后中断源小区的链路 u可以避免通话的“缝隙” u软切换增益可以有效的增加系统的容量 u软切换会比硬切换占用更多的系统资源 ue move target bs source bs time data ue received/ sent n o “gap” of communication 软切换 61 l对于软切换，多条支路的合并，下行进行最大比合并 （rake合并），上行进行选择合并 l当进行软切换的两个小区属于同一个nodeb时，上行 的合并可以进行最大比合并，此时，成为更软切换 l由于最大比合并可以比选择合并获得更大的增益，在 切换的方案中，更软切换优先 更软切换 62 软切换算法举例 63 l需要根据不同的业务qos来选择切换的类型 u软切换可以提供比较好的业务质量 u软切换占用更多的系统资源 u不同的激活集大小、不同的软切换区大小在qos保证和系统资源占 用上各不相同 u硬切换产生通话“缝隙” u硬切换占用系统资源少 l需要综合考虑业务的qos要求和切换对于系统资源的占用，在 系统资源占用和qos保证上实现折衷 切换类型的选择 64 l压缩模式（compressed mode） u由于一般的ue只有一个射频接收机，也就是同时只能接收一个 载频 u而进行频间切换和系统间切换时必须对目标载频或者目标基站 （gsm）进行测量 ucdma所特有的码分多址决定了ue没有对目标小区进行测量的 时间 u压缩模式可以有效解决这个问题 压缩模式的引入 65 压缩模式的目的：用于异频切换和系统间切换时ue对 目标小区的测量和同步 压缩模式 66 l下行压缩模式 u为ue创造出测量和同步所需要的时间 usf/2，打孔，高层调度三种可选方法实现 l上行压缩模式 u对某些特定的目标小区测量时，避免ue对于自己下行测量和同步 的干扰 uue的能力决定是否需要 usf/2，打孔两种可选方法实现 压缩模式分类 67 l压缩模式的特点 u拥有两个射频接收机的ue在频间切换和系统间切换时不 需要压缩模式 u压缩模式的所有参数由网络进行配置 u压缩模式的使用会带来系统性能的下降 u应该尽量减少压缩模式的使用 需要比较复杂的算法判决进入压缩模式的时机 需要复杂的算法来决定压缩模式的各种参数 压缩模式的特点 68 lsnrs迁移（srns relocation）的作用 u有效减少iur接口的流量 u增强系统的适应能力 u减少时延 lsrns relocation的问题：需要大量的信令交互 cn srnsdrns cn rnssrns srns 迁移 69 本章小结 l通过本章的学习，需要掌握： ue的4种状态及其相互转换的关系 wcdma的各种切换类型 引入压缩模式的作用 迁移的作用 70 课程内容 t 第一章 无线资源管理综述 第二章 信道配置 第三章 功率控制 第四章 连接移动性管理 第五章 负载控制 第六章 amr模式控制 71 l负载控制技术分类: u准入控制（call admission control) u小区间负载的平衡 u数据调度（packet scheduling） u拥塞控制（congestion control） 负载控制分类 72 l准入控制的目的和任务 l准入控制涉及 u负载监测和衡量 u负载预测 u不同业务的准入策略 u不同呼叫类型的准入策略 l上下行分别进行准入控制 准入控制 73 l小区间负载的平衡 u同频小区间负载的平衡 n小区呼吸 u异频小区间负载的平衡 n异频负载平衡 u潜在用户控制 负载平衡 74 小区呼吸 75 l多载频配置情况下，各载频间负载分布不均衡 ，导致负载较高的小区的无法继续接入用户， 通过载频间负载搬移，平衡载频间负载，提高 系统资源利用率。 重叠异频小区负载平衡 76 l潜在用户控制 u使那些处于idle模式和connected模式下但非cell-dch 状态的ue预先停留到负载较轻的载频或者小区上，从 而进入cell-dch状态后，可以有效的避免负载的不均 衡 u通过动态改变小区选择和重选的参数达到目的 u通过系统消息进行控制 潜在用户控制 77 l为了提高小区资源的利用率，必须引入packet scheduling技术 l小区内的速率不可控业务负载大时，降低be业务的吞吐 率，以控制小区的整体负载在一个稳定的水平 l小区速率不可控业务负载小时，增加be业务的吞吐率， 以提高系统资源的利用率 数据调度 78 l为了最大限度的利用系统的资源，仅仅准入控制，小区负载平 衡，数据调度等技术不能保证系统的绝对稳定，必须引入拥塞 控制技术 l拥塞控制目的 u保证系统的负载处于绝对稳定的门限以下 l拥塞控制的手段 u暂时降低某些低优先级业务的qos u比较极端的手段，如暂时降低cs业务的qos 拥塞控制 79 本章小结 本章主要介绍了