（通信与信息系统专业论文）wcdma系统中的容量控制及其算法研究.pdf

重庆邮电大学硕士论文 摘要 摘要 容量控制技术作为w c d m a 系统中的一项关键技术，其目的是在维持小区的 服务质量( q o s ) 和覆盖范围的同时使其容量最大化。容量控制包括三个部分：资 源监控、接入控制和拥塞控制。本文主要对容量控制中的接入控制算法进行了研 究。3 g p p 对物理层的各个过程进行了明确的定义，但具体实现却交给了各设备商。 因此如何实现接入控制算法，如何选择最佳算法，便成了我们需要研究的一个课 题。 第二章首先介绍了容量控制的相关知识，包括物理信道，传输信道，切换， 功率控制等。在此基础上，第三章介绍了接入控制与资源监控、接入控制与拥塞 控制之间的相互关系，通过阐述资源监控和拥塞控制的原理及作用，说明了接入 控制的实现环境。 第四章阐述了一种基于固定干扰门限的接入控制算法。算法基本思路是预测 新用户加入系统中对系统所造成的干扰，并将当前的干扰与预测的增量之和同门 限值进行比较，若小于门限值，则允许新用户进入系统，否则拒绝新用户接入。 本章对这一算法进行了仿真实现，从理论和仿真结果两个方面进行了分析，指出 了固定干扰门限算法的优点与不足。 第五章依据不同服务类型不同优先级的思想，在已有算法的基础上，提出了 一种基于不同干扰门限的接入控制算法。对两种接入控制算法进行了仿真，通过 阻塞概率、中断概率和服务等级三项指标对两种接入控制算法进行了对比分析。 仿真结果表明，与固定干扰门限接入控制算法相比，采用不同干扰门限接入控制 算法在一定程度上提高了系统性能。 关键词：w c d m a , 容量控制，资源监控，接入控制，拥塞控制，切换 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a c t a so n eo ft h ek e yt e c h n o l o g i e si nw c d m a s y s t e m ，c a p a c i t ym a n a g e m e n ti st o m a x i m i z et h ec a p a c i t yi nw c d m ar a nw h i l em a i n t a i n i n gt h er e q u e s t e dq u a l i t yo f s e r v i c e s ( q o s ) a n dc o v e r a g e c a p a c i t ym a n a g e m e n ti n c l u d e st h r e ep a r t s ，r e c o u r c e m o i l i t o r a d m i s s i o nc o n t r o la n dc o n g e s t i o nc o n t r 0 1 3 g p ps p e c i f i e dt h ep r o c e d u r e so f a d m i s s i o nc o n t r o li nw c d m a ，b u ti td i d l l tg i v et h ed e t a i l e di m p l e m e n t a t i o n s s oh o w t oi m p l e m e n ta n dc h o o s et h ea l g o r i t h ma n dh o wt oc o n f i g u r et h ep a r a m e t e r st oi m p r o v e t h ep e r f o r m a n c eo ft h ec a p a c i t ym a n a g e m e n ts y s t e mi sas u b j e c tw h i c hi sw o r t ht ob e s t u d i e d i nt h i sp a p e r , t h er e l a t e dt h e o r i e so fc a p a c i t ym a n a g e m e n ta l ei n t r o d u c e di n c h a p t e r2 ，w h i c hi n c l u d ep h y s i c a lc h a n n e l s ，t r a n s p o r tc h a n n e l s ，h a n d o v e ra n dp o w e r c o n t r o lt e c h n o l o g i e sa n ds oo n b a s e do nt h e s et h e o r i e s ，i ti n t r o d u c e st h er e l a t i o n s h i po f a d m i s s i o nc o n t r o l ，r e s o u r c em o n i t o ra n dc o n g e s t i o nc o n t r o l ，p r e s e n t st h ep r i n c i p l e a n df u n c t i o no fr e s o u r c em o n i t o ra n dc o n g e s t i o nc o n t r o la n dd e s c r i p t st h e e n v i r o n m e n to f a d m i s s i o nc o n t r 0 1 i nc h a p t e r4i ta n a l y st h ea l g o r i t h mo f a d m i s s i o nc o n t r o lw i t hf i x e di n t e r f e r e n c e t h r e s h o l d s t h et h e o r i e si st h a tc o m p a r e st h et o t a li n t e r f e r e n c ew i t ht h e 丘x e d i n t e r f e r e n c et h r e s h o l d st om a k ed e c i s i o no fa d m i s s i o nc o n t r 0 1 i tm a k e st h es i m u l a t i o n o ft h ea l g o r i t h ma n da n a l y st h ep e r f o r m a n c eo fi t i nc h a p t e r5d u et ot h ed i f f e r e n tp r i o r i t yo ft h ed i f f e r e n ts e r v i c et y p e s ，i tc o m eu p w i t ha na l g o r i t h mo fa d m i s s i o nc o n t r o lb a s e do nd i f f e r e n ti n t e r f e r e n c et h r e s h o l d 。i t m a k e st h es i m u l a t i o no ft w oa l g o r i t h m sa n da n a l y st h e i r p e r f o r m a n c e i n t h e p r o p o b i l i t i e so f j a m m i n g ，i n t e r r u p t i o na n dt h el e v e lo fs e v i c e t h er e s u l ti n d i c a t e st h a t t h ep e r f o r m a n c eo ft h ea l g o r i t h mu s i n gd i f f e r e n ti n t e r f e r e n c et h r e s h o l d si sh i g e rt h a nt h e o n eo f t h ea l g o r i t h mu s i n gf i x e di n t e r e f e r e n c et h r e s h o l d s k e yw o r d s ：w c d m a , c a p a c i t ym a n a g e m e n t , d e d i c a t e dm o n i t o r e dr e s o u r c e h a n d l i n g , a d m i s s i o nc o n t r o l ，c o n g e s t i o nc o n t r o l ，h a n d o v e r n 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 1w c d m a 系统概述 第一章绪论 随着3 g 牌照发放时间的日益临近，各运营商开始加速了3 g 系统的商业化步 伐和网络设备的测试工作。目前主流的3 g 协议主要有w c d m a ，c d m a 2 0 0 0 及 我国的t s c d m a 等，w c d m a 作为3 g 标准中较早用于商业运行的一个标准， 在我国的网络建设也已经提上了议程。 w c d m a 规范由3 g p p 制定，到目前为止，i 圆9 ，r 4 ，i 巧等三个版本已经定稿，r 6 版本正在制定中。与第二代通信系统相比，w c d m a 是一个宽带直扩码分多址 sc d m a ) 系统，主要的特点有： 使用相同的频段，可以在整个系统甚至全球范围内漫游。 可以在不同速率，不同运动状态下获得有质量保证的服务。 多媒体业务支持能力有很大提高，能够提供话音分组数据，以及多媒体业 务所需的更高的带宽。 可以综合现在的p l m n 综合业务数字网，无绳系统，卫星系统等，来提供 无缝隙的覆盖。 由于采用了码分多址方式，频谱利用率得到了极大的提高。 由于采用了功率控制，软切换等技术，服务质量与系统容量得到了极大的 提高。 w c d m a 系统按功能分类【1 】【2 】，可以分为无线接入网( r a n , u m t st c r r e s t r i a l r a n = o t r a n ) 和核心网( c 。无线接入网负责处理所有与无线通信相关的功 能，核心网负责对语音及数据业务进行交换和路由查找，以便将业务连接至外部 网路。为了完备整个系统，协议还定义了用户和无线接口设备连接的用户设备 核心网( c n ) 的定义承袭了g s m 的技术，这样使得w c d m a 这个无线新技术 的系统具有一个全球认可的“强壮 的c n 技术，从而极大地加速和方便了从2 g 到3 g 系统的过渡。 从技术规范和标准化的角度来看，u e 和u t r a n 都是全新的协议，这些新协 议的制定基于对w c d m a 新无线技术的要求。其中w c d m a 物理层采用 d s c d m a 技术，支持两种基本的工作模式：频分双工伊d d ) 和时分双工( r d d ) 。 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 同时采用了多径和r a k e 接收，功率控制，软切换等关键技术。这些技术的采用使 系统具有频谱利用率高，通信质量好，软容量，保密性强，利于无缝切换和宏分 集等优点。 3 g p p 规范并没有对逻辑网络元素的内在功能做具体详细的说明，但是对逻辑 网络元素之间的接口做了详细定义。主要的接口为： c u 接口：它是u s i m 智能卡和m e 之间的电子接口，遵循智能卡的标准 格式。一 u u 接口：w c d m a 的无线接口，u u 是l i e 接入到系统固定部分的接口， 因此可以说是u t m s 中最重要的开放接口。 i u 接口：连接r a n 和c n 之间的标准接口，类似与g s m 网络中的a 接 口和g b 接口。 i u r 接口：l 斟c 之间的接口。 i u b 接口：它是连接n o d eb ( 基站) 与r n c 的标准开发接口。开放的i u b 接 口是为了保证不同设备通信设备制造商生产的n o d eb 和r n c 之间可以互联互通。 w c d m a 系统的网络单元构成如图1 1 所示。 1 2 本文的内容及意义 图i i 网络单元构成示意图 本文研究的内容是w c d m a 系统的关键技术之一：容量控制技术。 容量资源在w c d m a 系统中是非常重要的一种资源，为了能够更加有效的利 用容量资源，有效地避免过载，在维持小区的服务质量( q o s ) 和覆盖范围的同时 使其容量最大化，容量控制便成了其中非常重要的一环。 容量控制主要分为三个部分：资源监控，接入控制和拥塞控制。本文主要针 2 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 对容量控制中的接入控制的算法进行了研究和仿真实现。 1 3 论文结构 第一章，绪论，对w c d m a 系统进行简要的描述，指出了本文的意义和将要 做的工作。 第二章，简要介绍w c d m a 系统的基本原理，并对w c d m a 系统中容量控制 相关的技术如传输信道，物理信道，切换等技术做了简要的介绍。 第三章，介绍了接入控制与资源监控、接入控制与拥塞控制之间的相互关系， 通过阐述资源监控和拥塞控制的原理及作用，说明了接入控制的实现环境。 第四章，阐述了一种基于固定干扰门限的接入控制算法。算法基本思路是预测 新用户加入系统中对系统所造成的干扰，并将当前的干扰与预测的增量之和同门 限值进行比较，若小于门限值，则允许新用户进入系统，否则拒绝新用户接入。 本章对这一算法进行了仿真实现，从理论和仿真结果两个方面进行了分析，指出 了固定干扰门限算法的优点与不足。 第五章，依据不同服务类型不同优先级的思想，在已有算法的基础上，提出 了种基于不同干扰门限的接入控制算法。对两种接入控制算法进行了仿真，通 过阻塞概率、中断概率和服务等级三项指标对两种接入控制算法进行了对比分析。 仿真结果表明，与固定干扰门限接入控制算法相比，采用不同干扰门限接入控制 算法在一定程度上提高了系统性能。 第六章，结论，给出了全文的结论。 3 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d m a 系统基本原理及其关键技术介绍 第二章w c d m a 系统基本原理及其关键技术介绍 2 1w c d m a 系统的基本原理 w c d m a 在空中接口使用的是一种宽带码分多址接入技术，它的基本原理是 用户的原始数据与一个高速伪随机码序列相乘，在这里不同的用户和不同的高速 伪随机序列相乘，变码片速率为3 8 4 m e l l i p s ，经过脉冲整形电路，再进行相位调 制，再上变频到2 g h z 然后发送到空中传播。然后在接收端，接收机将接收到的 信号先进行下变频，脉冲整形，相位解调，然后再用与发送端相同的伪随机序列 进行去扰和解扩等操作。 下面给出w c d m a 系统空中接口的一些基本参数【3 l 【4 1 。 表格2 1w c d m a 基本参数 参数w c d m a 多址接入方式d s c d m a 双工方式频分双工时分双工 基站同步异步方式同步 码片速率 3 8 4 m c p s 信道带宽5 n 田【z 帧长1 0 l 璐 扩频参数 4 2 5 6 4 51 2 扩频调制( 下行)q p s 到16 q a m 扩频调制( 上行)q p s k b p s k 信道编码卷积编码f f u r b o 码 有不同服务质量要求的业务复用到一个 业务复用 连接中 检测使用导频符号或公共导频进行相关检测 多用户检测标准支持 w c d m a 支持两种基本的工作模式：频分双工( f d d ) 和时分双i ( t d d ) 。在频 分双工模式下，上行链路和下行链路分别使用两个独立的5 m 舷的载波。t d d 模 式只使用一个载波。在w c d m a 系统中使用t d d 模式，是为了弥补基本w c d m a 系统的不足，以及使用不分配的不成对频谱。 4 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d m a 系统基本原理及其关键技术介绍 w c d m a 使用3 8 4 m e h i p s 的码片需要大约5 m h z 的载频带宽。w c d m a 这 种高的载波带宽可以使其支持高的用户数据速率，并且能够具备增强的多径分级 能力以增加系统的性能。比如，运营商可以以等级式的小区分层形式，使用多个 这样的5 m h z 载频来增加容量。 w c d m a 系统可以支持各种可变的用户数据速率。在每个系统帧长( 1 0 m s ) 期 间，用户数据速率是恒定的，然而这些用户数据帧与帧之间是可变的，以达到分组 数据业务的最佳吞吐量。 w c d m a 发射机的扩频操作就是将用户数据比特序列与速率较高的扩频码片 ( c h i p ) 序列相乘，即x ( ，) = d ( f ) c ( f ) 。相乘以后用户数据的带宽得以扩展并且具有与 扩频码片一样的随机特性，其中扩展的倍数我们用扩频因子( s f ) 来表示，取值范围 在上行链路为4 2 5 6 ，在下行链路为4 5 1 2 。 w c d m a 系统的上行链路和下行链路采用了不同的调制方式，其中，上行链 路专用物理信道采用了q p s k 或b p s k 调制，而下行链路专用物理信道采用了 q p s k 调制。另外在下行信道时，不同的信道调制方式是不同的。物理信道 p c c p c h ，s c c p c h ，c p i c h , a i c h ，p i c h ，p d s c h 采用q p s k 调制，而h s d s c h 采用q p s k 和1 6 q a m 两种调制方式。另外s c h 不需要调制和扩频处理。 w c d m a 系统采用了卷积码和t u r b o 编码两种编码方案，不同类型的编码方 案和编码速率如表格2 2 所示1 5 1 。 表格2 2 传输信道的编码方案和编码速率 传输信道类型编码方案编码速率 广播信道( b c h ) 寻呼信道( p c h ) 卷积编码 l 2 随机接入信道( r a c h ) 1 3 ，1 2 公共物理信道 t u r b o 编码i 3 ( c p c h ，d c h ，d s c h ，f a c h ) 不编码 w c d m a 在上行链路和下行链路中采用基于导频符号或公共导频的相干检 测。虽然i s 9 5 在下行链路中使用了相干检测，但是在公众c d m a 系统中上行链 路使用相干检测是一种新技术，这将全面增加上行链路的覆盖和容量。 w c d m a 空中接口中包括多用户检测和自适应智能天线等先进的接收机理 念，这些方案可以用来提高系统容量或者覆盖面积。这些技术在第二代通信系统 中没有得到应用。 5 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d m a 系统基本原理及其关键技术介绍 2 2 物理信道技术 在w c d m a 系统中移动用户终端l i e 与系统固定网络之间通过无线接口上的 无线信道相连，无线接口定义无线信道的信号特点性能。在第三代移动通信 w c d m a 系统中，无线接口称为u u 接口，因为w c d m a 系统同g s m 系统最大的不 同在于无线接入层使用了全新的协议，所以该接口在w c d m a 系统中是最重要的 接口。 在无线接 图2 1 物理层与上层关系 在本文中，无线接口指用户( u e ) 和网络之间的u u 接口。物理层与层2 的m a c 子层和层3 的r r c 子层相连，不同层之间的业务链接部分成为业务接入点。物理 层为m a c 层提供不同的传输信道，传输信道则定义信息是如何在无线接口上进行 传输的。 2 2 1 传输信道 传输信道是层i ( l 1 ) 提供到高层的业务。根据其传输方式或传输数据的特性， 传输信道分为两类【4 】【6 1 ： 1 ) 专用信道 专用信道使用u e 的内在寻址方式。w c d m a 仅存在一种专用传输信道，即 专用信道( d c h ) 。d c h 分为上行和下行，支持快速功率控制，分集技术和软切换。 6 ca 啦 m 湛 h 伽 黻 u 瓣 嗡 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d m a 系统基本原理及其关键技术介绍 2 ) 公共传输信道 a b c h ( 广播信道) 广播信道用来发送u t r a n 网络特定的信息或某一给定小区的特定信息。每 个网络所需的最典型数据是小区内可用的随机接入码和接入时隙，或其他小区中 与其他信道一起使用的发送分集方式。广播信道需要使用较高的功率进行发送， 以使覆盖范围内的所有用户都能接受到该信息。 b f a c h ( 前向接入信道) 前向接入信道是下行链路传输信道，用于向处于给定小区的终端发送控制信 息，即用于基站接收到随机接入消息以后。一个小区可以有多个f a c h ，但其中必 须有一个较低的比特速率，以使该小区范围内的所有终端都能接受到。 c p c h ( 寻呼信道) 寻呼信道是一个下行传输信道，用来发送与寻呼数据相关的下行链路传输信 道，也就是用于网络与终端开始通信时的初始化工作。寻呼信道总是在整个小区 内发送，寻呼信道的发射与物理层产生的寻呼指示是互相随路的，以支持有效的 休眠模式。 d r a c h ( 随机接入信道) 随机接入信道是上行链路传输信道，用来发送来自终端的控制信息。随机接 入信道的实际速率必须足够低，至少对整个系统初始化接入和其它控制过程应该 如此。 ec p c h ( 上行链路公共分组信道) 公共分组信道是上行链路传输信道，用来在上行链路方向发送基于分组方式 的用户数据。c p c h 与一个下行链路的专用信道相随路，该专用信道用于提供上行 链路c p c h 的功率控制和c p c h 控制命令。 f d s c h ( 下行链路共享信道) 下行链路共享信道( d s c h ) 是下行链路传输信道，是用来发送专用用户数据和 或控制信息的传输信道，它可以由几个用户共享。d s c h 在整个小区内发射，或者 使用波束成形天线在一部分小区内发射。 2 2 2 传输信道到物理信道的映射 传输信道是由物理层提供给层2 的信道，所以不同的传输信道必须映射到不 同的物理信道上，传输信道和物理信道的映射关系如图2 2 所示【6 】。 7 重鏖坚皇丕堂堡圭丝塞箜三童竖兰! ! 坠薹丝董查匾望垦基羞壁垫查金缉 _ _ _ _ _ _ 。- _ - - i - - _ _ 。_ - _ - _ _ _ - _ i _ l - _ _ - - - _ - - - _ _ _ _ _ - _ _ _ _ - - _ l l _ _ l _ _ _ _ - - - _ _ - - 。- 。_ _ 。一一一一 传输信道 b c h f a c h p c h r a c h 物理信道 主公共控制信道( p c c p c i o 辅公共控制信道( s c c p c h ) 物理随机接入信道( p r a c l o 咖一= d s c h c p c h 2 2 3 物理信道 物理下行共享信道( p d s c i - i ) 物理公共分组信道( p c p c h ) 同步信道( s c r l ) 公共导频信道( c p i c h ) 捕获指示信道( m c 田 寻呼指示( p i c 哪 状态指示信道( c s i c 哟 碰撞检测( c d ) 图2 2 传输信道到物理信道的映射 物理信道可用一个给定的载频，扰码，可选的扩频码，开始和结束的时间来 定义。物理信道的无线帧包含1 5 个时隙的单元，一个无限帧的长度是3 8 4 0 0 个码 片。无线帧中的时隙是由包含一定比特的字段组成的单元，时隙的长度是2 5 6 0 个 码片。 物理信道分为上行物理信道和下行物理信道。 1 ) 上行物理信道 6 1 8 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d m a 系统基本原理及其关键技术介绍 a 专用上行物理信道 上行专用物理信道包括上行专用物理数据信道( d p d c h ) 和上行专用物理控制 信道( d p c c h ) 。它们在每个无线帧内是f q 码复用的。上行d p d c h 用来传输专用 传输信道( d c h ) ，在每个无线链路中可以有o ，1 或者几个上行d p d c h 。上行d p c c h 用来传输层l 产生的控制信息。这些控制信息包括用于相干检测的已知导频比特， 发射功率控制指令( t p c ) ，反馈信息( f b i ) 以及一个可选的传输格式组合指示 ( f t c d 。 上行专用物理信道的帧格式可以用图2 3 表示。 i d a t a l d p d c h i n 。b i t s l t 曲z2 5 6 0c h i p s ，n - “= 1 0 2 b i t s ( k - - 0 。6 ) p i l o tt f c i i f b it p c n o i l db i t sn 嗍b i t si n 删b i t sn 饿b i t s 入( 1 2 5 6 。c h i p l j ：一7 s l o t 撑os l o t 群1s l o t 捍is l o t # 1 4 ir a d i of l a n l c - t t 21 0m s 图2 3 上行d p d c h d p c c h 的帧结构 图中的参数k 决定了每个上行d p d c h d p c c h 时隙的比特数。它与物理信道 的扩频因子有关，s f = 2 5 6 2 k ，上行链路d p d c h 的扩频因子的变化范围是4 - 2 5 6 ， 而上行d p c c h 的扩频因子一直为2 5 6 。 d p d c h 的数据速率可以逐帧改变。通常d p d c h 的数据速率信息包含在传输 格式组合指示( t f c l ) 中，并在d p d c h 上连续传输，用来指示当前d p d c h 帧的数 据速率。如果t f c i 没有被正确译码，那么整个数据帧将会被丢弃。 上行链路d p c c h 采用1 0 m s 无线帧内有1 5 个时隙的结构，因此一个时隙周 期内为2 5 6 0 个码片或与6 6 6j t s 相当接近。每个时隙由4 部分组成，分别是导频比 特，t f c i ，传输功率控制比特( t p c ) 和反馈比特( f b i ) 。导频比特用于基站接受机的 信道估计：t p c 比特承载用于下行链路功率控制指令：f b i 比特用于下行链路采用 内环发送分集技术的情况。 b 上行公共物理信道 与上行传输信道对应，上行公共物理信道也分为两类。用于承载ra c h 的物 理信道称作物理随机接入信道( p k a c h ) ，用于承载c p c h 的物理信道称作物理公 共分组信道( p c p c h ) 。 9 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d m a 系统基本原理及其关键技术介绍 无线帧随机接入消息部分的结构和专用信道的结构完全相同，但扩频因子仅 有2 5 6 ，1 2 8 ，6 4 ，3 2 几种形式。其控制部分的扩频比与专用信道完全相同，但其导频 比特仅有8 比特一种形式。 2 ) 下行物理信道哪5 】【6 l a 下行专用物理信道 w c d m a 只有一种类型的下行专用物理信道，即d p c h 。在一个下行d p c h 内，专用数据在层2 以及更高层产生，且来自专用传输信道( d c h ) ，它与层1 产生 的控制信息以时间复用的方式进行传输。因此一个下行d p c h 可看作是一个下行 d p d c h 和下行d p c c h 的时间复用。 下行d p c h 的帧结构如图2 4 所示。 q p q 鲤- q g 丛 - d 立h ，q 里g g h - i d a t a l l t p c l t f c i l d a t a 2p i l o t ln d m ib i t si b i t sin 丌a b i t sln d m 2 b i t sn o mb i t s 1 b e s t _ p i l o t _ e c i o - r e p o r t i n g _ r a n g e + h y s t e r e s i se v e n t l a , 目激活集未满，则该小区加入l i e 的激活集列表，此事件称为 e v e n t l a ( 事件1 a ) 或无线链路添加事件。 如果在t 期间，p i l o t _ e j n 0 w o r s to l dp i l o te o i d + h y s t e r e s i se v e n t l c ，则激活集中的最弱小区被最强候选小区 ( 监测集中最强的小区) 替换。此事件称为e v e n t l c ( 事件l o 或组合的无线链路删除 事件。 图中的算法假定激活集最多可以容纳两个小区，其中：r e p o r t i n g _ r a n g e ( 报告范 围) 是软切换的门限值；h y s t e r e s i s _ o v e n t l a ( 滞后事件i a ) 是加入滞后； h y s t e r e s i s _ e v e n t l b ( 滞后时间i b ) 是删除滞后；h y s t e r e s i s _ e v e n t l c ( 滞后时间1 c ) 是 替换滞后；r e p o r t i n g r a n g e - h y s t e r e s i s _ e v e n t l a 也称为w i n d o w _ a d d ( 添加窗口) ； r e p o r t i n g r a n g o + h y s t c r e s i s _ c v e n t l b 也称为w i n d o w _ d r o p ( 删除窗口) ； b e s tp i l o t 民i d ( 最佳导频e 。1 0 ) 是激活集中测量的各小区导频e 。i o 的最强值； w o r s to l dp i l o te 。i o ( 先前最差的导频e 。1 0 ) 是激活集中测量的各小区导频e c 1 0 的 最强值；p i l o t _ e o i d ( 导频- e 。1 0 ) 是测量与过滤的量。 2 ) 软切换的过程 从w c d m a 系统的整个切换过程来看，一般分为三个阶段：测量，判决和执行 阶段。在测量阶段，移动台要测量下行链路的信号质量，该移动台所属小区及邻 近小区的信号能量；n o d eb 需要测量上行链路的信号质量。测量结果被送到相关 的r r c 层( 移动台和r n c 之间) 。随后进入r n c 切换判决阶段，也称为评估阶段， r n c 将l i e 与n o d eb 上报的测量结果与预先定义的阀值比较，以决定是否执行切 换。 这个过程可以用图2 6 来表示。 图2 6 软切换测量过程 1 4 重庆邮电大学硕士论文 第二章w c d m a 系统基本原理及其关键技术介绍 au e 的测量 u e 在处于c d i _ d c h 状态时，要连续扫描同一个频率上的其他小区信号。因 为n o d c b 在w c d m a 系统中都是异步工作的，所以u e 也对相邻小区的系统帧号 ( s f n ) 进行解码。同频切换测量进程如图2 7 所示。 厂 u e 利用p s c h ，s 、 s c h 和c p i c h 与所在范围内的小区建立 同步，并识别这些小区， u e 通过临小区的b c h 解码得到系 统帧号( s f n ) 如果满足触发条件( 如w i n d o wa d ) ，u e 将切换测量结果上报给r n c r n c 给u e 发送激活集更新命令 图2 7 同频切换测量进程 3 铆规范给出了u e 的切换测量性能要求：当c p i c h 的e c 1 0 2 0 d b 和s c h 的e c 1 0 = 2 0 d b 时，u e 必须在2 0 0 m s 内报告已识别小区的测量值，在8 0 0 m s 内 报告测量集内的一个新小区的测量值。 bn o d eb 的测量 n o d eb 的测量类型有两种：公共资源的测量和专用资源的测量。n o d eb 的测 量报告通过i u b 接口的n b a p 协议告知r n c ，所以n o d eb 的测量也称n b a p 测量。 除n b a p 测量外，n o d eb 也支持通过d c h f p ( f r a m ep r o t o c 0 1 ) 或 r a c h f p ( f r a m ep r o t o c 0 1 ) 的测量。 3 ) 更软切换的过程 更软切换发生在同一个n o d eb 内，它的过程包括激活集中导频的增加增加和 删除两个过程。 ， 更软切换中，激活集增加无线链路的主要步骤如下： au e 给r n c 发出m e a s u 迎m 册盯r e p o r t 消息，该消息中包含激活集中 的小区和6 个最强监视集小区的导频强度。r n c 根据软切换策略来决定哪个小区 被加入到激活集或是从激活集中删除。 b 如果r n c 决定给u e 增加一条无线链路( 在原n o d e b ，更软切换) ，由于该 n o d eb 已经与u e 建立了无线链路，那么i 斟c 直接给该n o d eb 下发r a d i ol i n k 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d m a 系统基本原理及其关键技术介绍 a d d i t i o n r e q u e s t 消息，n o d eb 以r a d i ol i n ka d d i t i o nr e s p o n s e 消息 应答。 cr n c 给u e 下发a c t i v es e tu p d a t e 消息，指示u e 在激活集内增加小 区。u e 执行完以后以a c t i v es e t u p d a t ec o m p l e t e 消息应答。 d 经过上述过程后，如果u e 的主要小区发生了改变，r n c 要通过 m e a s u r e m e n tc o n t r o l 消息重新给l i e 下发新的小区配置参数，如邻区，事 件触发等参数消息。 更软切换下无线链路的增加流程可以如图2 8 所示。 图2 8 更软切换过程 1 6 重庆邮电大学硕士论文 第三章接入控制与资源监控及拥塞控制的相互关系 第三章接入控制与资源监控及拥塞控制的相互关系 3 1 引言 容量控制是w c d m a 系统中的一项关键技术【1 1 1 ，主要用于控制w c d m a 无线 接入网( r a n ) 的负载，容量控制的目的是在维持小区的服务质量( q o s ) 和覆盖 范围的同时使其容量最大化。容量控制主要分为三个部分：资源监控，接入控制 和拥塞控制。 3 2 资源监控 资源监控的目的是为接入控制和拥塞控制提供关于小区资源负载以及更新每 条无线链路的添加，删除和修改后的信息【12 1 。资源监控是容量控制的前提和基础， 只有依据资源监控提供的数据信息，接入控制和拥塞控制才能够准确的做出接入 或拥塞的决策。 3 2 1 下行链路传输功率监控 下行链路传输功率监控提供一个下行链路长时间的负载测量，功率监控以最 大下行链路传输功率的百分比的形式计算瞬时功率，这一计算基于小区下行链路 传输功率的周期性测量报告，并结合小区无线链路的添加，删除和修改的估计【1 3 1 。 每条无线链路的下行链路功率的估计，当一个接入请求被同意接入。那么这 条新的无线链路所消耗的下行链路传输功率在一个最大值和一个最小值之间，这 条无线链路的功率估计的计算公式( 3 1 ) 【1 4 】所示： = f r p 眦一 ( 3 1 ) 上a 埔m 招 一 上眦一 、- ，。- 7 在式( 3 1 ) 中，k ，f 表示新建链接的下行链路传输功率的估计，一表 示这条链路所允许的最大下行链路传输功率，f 表示一个功率刻度因子，与行为 因子( a c t i v i t yf a c t o r ) 以及距离参数相关。 每条无线链路的行为因子取决于该链路的d c h 性质。如果一条无线链路可以 选择的传输格式( t f ) 越灵活，那么它的行为因子就越小。假设传输格式集( t f s ) 中只有2 种传输格式供无线链路选择，那么这条无线链路的行为因子为l 。我们对 行为因子的定义如公式( 3 2 ) l l5 】所示： 1 7 重庆邮电大学硕士论文第三章接入控制与资源监控及拥塞控制的相互关系 a c t i v i t yf a c t o rp e rd c h = i 一( n u m b e r o f t fi nt i c s 2 ) c 在式( 3 2 ) 中c 的取值为o 1 。f 的取值等于行为因子与距离参数相乘， 参数的值一般取o 3 。 p m , ，f 的取值如图3 1 【1 6 】所示。 对应的无线链路功率 n t 哺刨w 湃戤 m i n p w r m a x 大d c h 速率 ( 3 2 ) 距离 m i n i m u m r a t l 嗽n t a 瞳 i m l x r a i e 图3 1 无线链路最大功率取值 由图3 1 可知，无线链路有一个固定最大传输速率并对应一个固定的最大传输 功率，有一个固定最小传输速率并对应一个固定的最小传输功率，图中的3 个点 分别对应6 个参数：枷p w r m a x ，m m i m u m p 龇e ，i n t e i 酬戤，i n t e r r a t e ，m a x p w r m a x ， m a x r a t e 他们都与c p i c h 信道功率相关，当无线链路选择一种无线连接类型的时 候，该无线链接类型就有一个固定的最大传输速率，对应的最大功率也就固定了。 3 2 2 上下行链路的空中接口话音等效( a s e ) 监控 空中接口话音等效的作用是为上下行链路提供空中接口资源的预留，这一监 控是基于对小区中每个无线链路类型的空中接口资源使用的估计，这种估计是对 上下行链路分别进行的【1 7 】。无线链路的空中接1 ：3 话音等效是一个相关值，与一条 话音无线链路( 1 2 2 k b p s ，5 0 a c t i v i t y ) 相关，一条特定的空中接口话音等效估计 如公式( 3 3 ) 【1 8 1 所示： a s e ：坚塑! 圣竺丝：竺空! 竺= ! ! 竺生 activity_factor_radio_link m a xr a t er a d i ol i n ks p e e c h a c t i v i t yf a c t o rs p e e c h ( 3 3 ) 在式( 3 3 ) 中，a s e 表示空中接口话音等效，m a x r a t e r a d i o l i n k 表示无线链路 最大传输速率，a c t i v i t y _ f a c t o r _ r a d i o _ l i n k 表示无线链路行为因子， m a x r a t e r a d i o _ l i n k _ s p e e c h 表示话音无线链路最大速率，取值1 2 2 k b p s ， a e t i v i t y _ f a c t o r s p e e e h 表示话音无线链路行为因子，取值5 0 。 假设一条无线链路在下行链路中有一个数值为3 的a s e ，那么我们就认为它 重庆邮电大学硕士论文第三章接入控制与资源监控及拥塞控制的相互关系 在下行链路中所产生的干扰相当于小区中的3 条话音无线链路【1 9 】。应当注意的是 所有的空中接口话音等效值都包括控制信令( 3 4 k b p s ) 相当于0 6 1a s e 。 3 3 拥塞控制 拥塞控制的主要目的是处理系统过载的情况。上行链路的干扰波动和下行链 路的功率波动都会引起过载。这种波动是一种不可避免的自然过程，比如传输过 程中信号的衰落，小区内的干扰和通信环境的不断变化都会造成这样的波动。当 小区出现过载的情况时，将会触发拥塞控制。发生拥塞时，拥塞控制系统首先命 令接入控制系统拒绝接入任何接入请求，以保证拥塞的程度不会更加的严重。然 后通过拥塞控制的具体算法降低负载，直到拥塞的情况解决为止【2 0 】。在执行拥塞 控制算法的时候，必须保证尽量不影响保留的已存在无线链接。 3 3 1 下行链路拥塞控制 根据下行链路传输功率的测量，通过设置门限参数：下行链路传输功率门限 p w r a d m ，下行链路传输功率门限偏差值p w r a d m o f f s e t ，下行链路传输功率滞后时 间门限p w r h y s t 和功率偏差值p w r o f f s e t ，对下行链路拥塞进行检测和处理。 下行链路拥塞控制的实现方法如图3 2 2 1 】所示。 开始1 1 隘a s e 图3 2 下行链路拥塞控制的实现方法 由图3 2 可知，随着下行链路传输功率的增加，资源监控系统周期性的将下行 链路传输功率的测量报告发送给拥塞控制系统，当下行链路传输功率在 1 9 重庆邮电大学硕士论文第三章接入控制与资源监控及拥塞控制的相互关系 p w r a d m + p w r a d m o f f s e t + p w r o f f s c t 门限值以下时，则认为系统不拥塞。当下行链 路传输功率超过p w r a d m + p w r a d m o f f s o t + p w r o f f s e t 时，p w r h y s t 开始记时，如果 下行链路传输功率超过p w r a d m + p w r a d m o f f s e t + p w r o f f s e t 的时间小于3 0 0 m s ，即 p