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电子科技大学博士论文分层小区系统的无线资源管理关键技术研究 摘要 分层小区系统无线资源管理技术的研究是小区无线通信系统研究的关 键和热点领域。f 无线小区移动通信网所能获得的无线资源是有限的，要支 持j “泛的业务、提高业务的服务质量以及通信系统的性能有赖于对无线资 源的合理利用。而且一无线资源管理技术所涉及的领域也是非常广泛的， 包含了无线资源分配、呼叫接纳控制、小区层选、小区切换、负荷控制、 功率控制和容量分析等领域。 论文在第二章提出了一种分层小区系统的多业务呼叫接纳控制策略， 建立了由宏小区层、微小区层和皮小区层构成的多码c d m a 系统分层小区 模型，更符合实际情形以及未来发展趋势。f 多业务呼叫接纳控制策略兼顾 移动性和小区信道利用率，减少了呼叫的切换频度，降低了系统的信令开 销。 x 继之而来吲第三章研究分层小区系统的一个特有l ；q 题即小区层选。该 章提出了一种分层小区系统的自适应控制择层策略，利用一个自适应门限 和两个辅助门限进行小区层与层之间的选择。门限的确定有赖于小区信道 利用率和一个基于几何参数的移动方向可变的微小区移动模型；同时，通 过利用各“历史”小区归一化逗留时间之间的相关性，对下一个小区内的 归一化逗留时间进行预测。 第四章“分层小区切换技术”是论文的一个重点，包含三个部分。 第一部分提出了g s m 下的双向层问切换模型以及基于呼叫业务代价函 数和业务质量( q o s ) 的信道分配算法。研究了宽带和窄带两类业务的呼 叫阻塞和切换失败性能。 ， 第二部分提出了带“返回”机制的逻辑分层模型。该模型物理上由宏 小区层和微小区层构成，逻辑上则包含宽带呼叫业务层、窄带呼叫业务层 和溢出呼叫业务层。在此基础上，作者对由于层间切换带来的宽带切换呼 叫q o s 下降以及“返回”机制引入的系统额外负载进行了定量分析。仿真 表明“返回”机制对于呼叫性能的改善是有益的。、) k 第1 页共v i i i 页 摘要 第三部分提出了适用于c d m a 系统的残余容损比( r c l r ) 软切换判决准 则，利用最大r c l r 确定呼叫软切换时的目的小区。接着，应用此判决准 则研究了分层小区系统的层内软切换和层间溢出特性；并与最小路径损耗 ( m p o l ) 判决准则下的性能进行了比较，得出了r c l r 准则改善了呼叫中 断和溢出性能的结论。 ， 悛所周知，任何一个小区通信系统都离不开功率控制。于是，第五章 通过提出改进的分布式功率控制算法( i d p c ) 的原型算法，再采用分布式 的方法来实现这种原型算法，从而得到改进的分布式功率控制算法。本章 还对不同的分布式功率控制算法做了理论分析以及仿真比较，最终得出了 i d p c 具有很快的收敛速度和优越的中断性能的结论。 作者顺理成章地在第六章中对c d m a 系统的上行链路容量进行了分析。 不同的是，通过将阴影和距离看成两个作用于传播信号的相关过程，计算 了传播损耗因子的概率密度函数，从而得到上行链路干扰的统计特征，作 者的分析更接近实际情形。在此基础上，作者分析了呼叫中断概率及其切 诺夫上界，理论分析和仿真是吻合的。 作为作者的另一部分工作，尽管与前面的内容不尽一致，但作者还是 决定将它作为论文的一部分写出来，以供有兴趣的研究人员参考。第七章 “一种适用于非城市区域的卫星移动信道统计模型”提出了一种适用于非 城市区域的卫星移动信道统计模型一莱斯一k 模型，采用k 一分布描述由于 遮蔽引起的接收信号包络的缓慢变化，莱斯分布描述包含直视信号分量在 内的多径快衰落，得到了接收信号包络的概率分布和误比特率。此外，作 者利用矩方法对莱斯一k 模型参数进行了估计，并在微扰法的基础上评价 了模型统计参数估计性能。最后，利用实测数据对模型进行了验证，取得 了良好的结论。 作者论文中阐述的内容不仅仅针对第三代无线移动通信系统，其中也 包含第二代无线移动通信系统的部分内容，更多的内容具有普遍的应用参 考价值，可以延伸到未来的无线移动通信系统中去。文 关键词：分层小区系统；无线资源管理i c d m a 卫星移动信道 第1 1 页共v l l l 页 电子科技大学博士论文分层小区系统的无线资源管理关键技术研究 a b s t r a c t a sa k e yt e c h n o l o g y ，t h e w i r e l e s s s p e c t r a l r e s o u r c e m a n a g e m e n t o f h i e r a r c h i c a lc e l l u l a rs y s t e m s ( h c s s ) h a sb e e nah o t s p o t a r e aa n d m a n y r e s e a r c h e sc e n t e r i n go ni th a v eb e e nd o n e w i d es e r v i c e s u p p o r t sa n dh i g h q u a l i t yo fs e r v i c e ( q o s ) d e p e n do nt h ee f f i c i e n ta l l o c a t i o na n du t i l i z a t i o no f s p e c t r u mr e s o u r c ed u et o l i m i t e da f f o r d a b l es p e c t r a lr e s o u r c e s f u r t h e r m o r e ， t h e t e c h n o l o g y o fw i r e l e s s s p e c t r a l r e s o u r c e m a n a g e m e n t i n c l u d e s m a n y s u b a r e a ss u c ha sa l l o c a t i o no fs p e c t r u m ，w i r e l e s sa d m i s s i o nc o n t r o ls t r a t e g y ， l a y e r s e l e c t i o no fh e s s ，h a n d o f ft e c h n o l o g y ，l o a db a l a n c i n g ，p o w e rc o n t r o l a n dc a p a c i t ya n a l y s i sa n ds oo n i n c h a p t e r2 ，s u c ht h r e el a y e r sa sm a c r o - c e l ll a y e r ，m i c r o c e l ll a y e ra n d p i c r o c e l ll a y e rc o n s t r u c tac e l l u l a rm o d e l o fam u l t i - c o d ec d m a b a s e dh c s ， w h i c h s y n t h e s i z e st h et w ot y p e so f h c ss t r u c t u r e sa n di sm o r ef i tt ot h er e a l c o n d i t i o n s o nt h i sb a s i s w i t hc h a n n e lu t i l i t i e sa n dm o b i l i t yc h a r a c t e r i s t i c s c o n s i d e r e d ，a n o v e lm u l t i s e r v i c e sc a l la d m i s s i o nc o n t r o l s t r a t e g y i s s u b m i t t e d i ti sv a l i d a t e dt ob es u p e r i o rt ot h ef i x e dt h r e s h o l dc a l la d m i s s i o n c o n t r o l s t r a t e g yc o m m o n l yu s e da n dd e c r e a s e s t h e s i g n a l i n gl o a d sa n dt h e h a n d o f f f r e q u e n c y a l la d a p t i v el a y e r - s e l e c t i o ns t r a t e g yo fh c s sw i l lb ed i s c u s s e di nc h a p t e r3 i nw h i c ha na d a p t i v et h r e s h o l dd e r i v e df r o mc h a n n e lu t i l i t ya n dt w oa u x i l i a r y t h r e s h o l d sf r o mt h em i c r o - c e l lm o b i l i t ym o d e lb a s e do ng e o m e t r i cp a r a m e t e r s a r ei n t r o d u c e d m e a n w h i l e w ee s t i m a t et h en o r m a l i z e dc e l ld w e l lt i m eo fa m o b i l eu n i ti nt h ef o r t h c o m i n gc e l lb ym e a n so ft h ec o r r e l a t i v eb e t w e e nt h e n o r m a l i z e dc e l ld w e l lt i m e si nt h i se e l la n dt h eo t h e rp a s tc e l l s t h i sm e t h o d d e v e l o p e dw a y so fe s t i m a t i n gt h ec e l ld w e l lt i m eo f am o b i l eu n i t c h a p t e r4 d e s c r i b e st h eh a n d o f ft e c h n o l o g yo fh c s sa n di sd i v i d e di n t o t h r e ep a r t s t h ef i r s t p a r t c o n c e r n sa b o u tt h e h a n d o f f si nt d m a f d m a - b a s e 笫i 页共v i i i 页 a b s t r a c t c o m m u n i c a t i o ns y s t e m s i nt h i s p a r t ，w es t u d ya b i d i r e c t i o n a l i n t e r l a y e r h a n d o f fs t r a t e g yi nw h i c hw i d e a n dn a r r o w - b a n ds e r v i c e sa r em a p p e di n t o d i f f e r e n tc e l l u l a rl a y e r s m o r e o v e r ，ac h a n n e la l l o c a t i o na l g o r i t h mb a s e do n c o s tf u n c t i o na n dq o sa r es u b m i t t e d t h es e c o n d p a r tp r e s e n t s b o t ha l o g i c a l l yl a y e r e d m o d e lb a s e do n h i e r a r c h i c a lc e l l sa n di t sm o d i f i e dm o d e l w i t h r e p a c k i n g ”m e c h a n i s m p e r m i t t e d t h r e el o g i c a ll a y e r s a r e m a p p e d i n t ot w o p h y s i c a l l a y e r s c o n s t r u c t i n g ah c s t h ep e r f o r m a n c eo fn e wc a l l sa n dh a n d o f fc a l l s a r e a n a l y z e d t h eq o sd e g r a d a t i o no f w i d e - b a n dh a n d o f fc a l l sd u et oi n t e r l a y e r h a n d o f f sb e t w e e nc e l l u l a rl a y e r sa n dt h ee x t r as y s t e mo v e r l o a d sf r o mt h e “r e p a c k i n g ”m e c h a n i s m a r ep r e s e n t e di nd e t a i l sr e s p e c t i v e l y i nt h et h i r dp a r t ，w ed e f i n ean e wc o n c e p to fr e s i d u a lc a p a c i t y t o l o s sr a t i o ( r c l r ) b a s e do ni t ，a n o v e ls o f th a n d o f fc r i t e r i o n ( r c l rc r i t e r i o n ) o f c d m aw i r e l e s sc e l l u l a rs y s t e m si sp r e s e n t e d c o m p a r e dt om i n i m u mp a t ho f l o s s ( m p o l ) c r i t e r i o nc o m m o n l yu s e di ns y s t e m s ，r c l r c r i t e r i o nc o n s i d e r s n o to n l yp o lo fc a l l sb u ta l s ol o a db a l a n c e si nc e l l s f u r t h e r m o r e ，r c l r c r i t e r i o ni s a p p l i e di n ah i e r a r c h i c a lc e l l u l a rs t r u c t u r ea n dp e r f o r m a n c e so f t h ei n t r a 1 a y e rs o f th a n d o f fa n di n t e r - l a y e ro v e r f l o wa r es t u d i e du n d e rb o t h c r i t e r i o n s r e s p e c t i v e l y f i n a l l y ，ac o m p r e h e n s i v e c o n c l u s i o nt h a tr c l r c r i t e r i o nr e d u c e sb o t ht h eo u t a g ea n do v e r f l o wp r o b a b i l i t ya n di t s h o w sa b e t t e rp e r f o r m a n c ec o m p a r e dt om p o l c r i t e r i o n o b v i o u s l y ，a n y c e l l u l a rc o m m u n i c a t i o ns y s t e mc a n n o tw o r kw i t h o u ta c e r t a i np o w e rc o n t r o lp r o c e d u r e t h u s ，i nc h a p t e r5w ef i r s t l yp r o p o s et h e p r o t o t y p ea l g o r i t h mo f a ni m p r o v e dd i s t r i b u t e dp o w e rc o n t r o l ( i d p c ) i nt h i s a l g o r i t h m ，t h em o b i l eu n i t sa d j u s tt h e i rt r a n s m i t t e rp o w e r sa c c o r d i n gt on o t o n l yt h e i rp o w e rl e v e l s a tl a s ti t e r a t i v es t e pb u ta l s ot h el a r g e s te i g e n v a l u e a n dt h es e c o n ds m a l l e s to n eo ft h el i n kg a i nm a t r i xa tc u r r e n tt i m ei n s t a n t a s f o rt h i sp r o t o t y p ea l g o r i t h m 1 i n kg a i n sf o ra l lm o b i l eu n i t sm u s tb em e a s u r e d a n dl a r g eb u r d e nm a yb eb r o u g h ti na tb a s es t a t i o n s 第1 v 页共v i i i 页 电子科技大学博士论文分层小区系统的无线资源管理关键技术研究 t h e r e f o r e ，w ed e v e l o p e dt h ep r o t o t y p ea l g o r i t h mf u r t h e ri nad i s t r i b u t e d w a ya n dl e a d t ot h ei d p ca l g o r i t h m b e s i d e s ，i ni d p cb o t ht h e p o s i t i v e r e c e i v e rn o i s ea n dc o n s t r a i n e dt r a n s m i t t e rp o w e ra r ec o n s i d e r e d a sar e s u l t ， w i t h p r o p o s e da l g o r i t h m ，t h e c i r sa r eb a l a n c e d q u i c k l y a n da s u p e r i o r o u t a g ep e r f o r m a n c et oo t h e ra l g o r i t h m si sr e a c h e d c h a p t e r 6 a n a l y z e s t h e u p l i n kc a p a c i t y o fac e l l u l a rc d m as y s t e m c o m p a r e d t oo t h e rm e t h o d si nl i t e r a t u r e s ，t h es o l u t i o no fo u r st ot h i sp r o b l e m f i t sr e a le n v i r o n m e n t sb e t t e r s u c ht w or a n d o mp r o c e s s e sa ss h a d o w i n ga n d d i s t a n c ep l a ye f f e c t so nt h ep r o p a g a t i n go f s i g n a l s b a s e do nt h i sa s s u m p t i o n ， t h es t a t i s t i c so ft h eo u t e ri n t e r f e r e n c ea r ea v a i l a b l e f o rm o r e ，e x p r e s s i o n so f o u t a g ep r o b a b i l i t ya n di t s c h e r n o f fu p p e rb o u n da r ed e r i v e da n ds i m u l a t i o n r e s u l t sf i ta n a l y t i c a lc u r v e sw e l l a sp a r to fw o r kw eh a v ed o n e ，an o v e ls a t e l l i t em o b i l ec h a n n e ls t a t i s t i c a l m o d e lf o rn o n u r b a na r e a sw i l lb ed e s c r i b e di nc h a p t e r7a sar e f e r e n c et o p e o p l ew h o a r ei n t e r e s t e di ni t ，a l t h o u g hi td o e sn o tc o i n c i d ew i t ht h ea b o v e c o n t e n t s i nt h i sc h a p t e r ，r i c e km o d e ld e s c r i b e st h er e c e i v e ds i g n a le n v e l o p e i nw i r e l e s sp r o p a g a t i o ne n v i r o n m e n t s l o wc h a n g e sd u et os h a d o w i n go ft h e r e c e i v e ds i g n a l e n v e l o p ef o l l o w s ak - d i s t r i b u t i o ni nar e l a t i v e l y l a r g ea r e a a n dt h em u l t i - p a t hf a s tf a d i n gi n c l u d i n gt h el i n eo fs i g h tc o m p o n e n ti sr i c i a n d i s t r i b u t e d t h ep r o b a b i l i t yd i s t r i b u t i o na n dt h ee r r o rb i tp r o b a b i l i t yo ft h e r e c e i v e ds i g n a le n v e l o p ea r ed e r i v e d m o r e o v e r ，b ym e a n so fm o m e n tm e t h o d a n dd i s t u r b m e t h o d ，p a r a m e t e r s o fr i c e km o d e la r ee s t i m a t e da n dt h e e s t i m a t i n gp e r f o r m a n c e i se v a l u a t e d o fc o u r s e ，t o t e s t i f y t h em o d e lt h e m e a s u r e dd a t af r o mt h ef i e l de x p e r i m e n t sa r eu s e d w h a tw el i s t e di nt h i sp a p e rd o e sn o tn e c e s s a r i l yd e a lw i t ht h et h i r do r s e c o n d g e n e r a t i o n w i r e l e s sm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s y s t e m s ，m o r e h a v e u n i v e r s a la p p l i c a t i o n sl e a d i n gt of u t u r eo n e s k e y w o r d s ：h i e r a r c h i c a l c e l l u l a r s y s t e m ，w i r e l e s ss p e c t r a l r e s o u r c e m a n a g e m e n t ，c d m a ，s a t e l l i t e m o b i l ec h a n n e l 第v 页共v i i i 页 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，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 获得电子科技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 说明并表示谢意。 签名：态丑乞日期：0 2 。z 年毕月j 泪 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：翩躲墨越。导师签名：丞! 正2 ，。 日期：i o o # 年牛月z 妒日 电子科技大学博士论文分层小区系统的无线资源管理关键技术研究 第一章绪论 分层小区系统( h c s ) 有可能主导未来的无线移动通信系统。h c s 扩大了无线覆盖区域，在兼顾业务移动性和平衡系统负荷上有其独 特的优势，能较好地处理业务各类特征之间的关系。此外，第三代 系统要求能在无线工作环境中支持广泛的业务，分层小区系统为实 现这一目标提供了可能。 i 1 分层小区系统 无线小区移动通信网所能获得的无线资源是固定的、有限的。用 户数的增加和不被中断的呼叫数的增加有赖于对无线频谱资源的合 理利用。从业务角度来有效地管理可能的无线频谱资源是十分重要 的。所有这些因素降低了网络的硬件成本，减少了服务某一特定地 域的基站数。 分层小区系统可能包含两层或更多层小区，小区越小就位于层式 结构的越底层，较大的小区用于覆盖较大的区域，同时当较小的小 区负荷过重时，大的小区可为成簇的小小区提供溢出的信道。h c s 有 助于提高覆盖面积，增大系统容量，平衡各层之间的负载，为具有 不同移动特性的用户提供服务。 用户的移动速度决定了哪一层最适于提供服务。一旦选择了某一 层用户将努力进入那一层，而如果在合适的层缺少资源，分层小区 系统的下一较高层将接受呼叫。皮小区层服务于室内的环境，通常 将在室内环境中工作的人们与皮小区联系起来；微小区层服务于室 内室外环境，通常将步行者、慢速移动用户的车辆和微小区联系起 来；在微小区和皮小区层上还可以叠加服务于城市室外环境或边远 地区的宏小区层，将快速移动的车辆和宏小区联系起来；最后在h c s 的最顶端，通信卫星可以覆盖所有地面设备，为由于自然或人工障 碍而不能到达的地点提供服务，因此通常将飞机、轮船与层式结构 的最高层联系起来。 第1 页共1 1 5 页 第一章绪论 然而呼叫用户是属于高速移动用户或是属于低速移动用户并没 用清晰的划分。将两者区分开来的门限有赖于系统的负荷，这一负 荷在一天中是可能发生变化的。通常系统营运者为区分二者而提供 的门限主要取决于移动速度的概率密度函数、建立呼叫和切换的时 间、小区的半径。以速度为参考的分层小区系统成功的用户分类有 助于减少小小区层呼叫的强迫中断和基站控制器( b s c ) 之间的信令 负载，改善大小区层的信道利用率。最常用的允许溢出的双层小区 系统( 只包含微小区层和宏小区层) 的用户分类( 通常只考虑高速 用户和低速用户) 应按照运行中的现实情况来决定，某一特定小区 层内的用户类型在本质上区别于另一小区层内的用户类型。在早期 的无线小区移动通信网中数据用户和语音用户的比值是低的，主要 通信流量来自于语音用户，但是由于多媒体平台多种应用的出现， 这一比值在某种意义上为l ，而且正在上升。 1 2 分层小区系统的无线资源管理 1 2 1 无线资源管理概述 无线资源管理技术是无线移动通信系统中的关键技术之一，它直 接关系到移动用户的服务质量和通信系统的性能，涉及到众多相关 领域：无线资源分配、呼叫接纳控制、层选技术、切换技术、功率 控制、容量分析、负荷控制、小区设计、无线传播环境等。国外对 于h c s 系统在第三代系统中的研究尚处于起步阶段，因此进行分层 小区系统的研究是十分有意义和有价值的。 1 2 2 呼叫接纳控制 c d m a 系统每个扇区能容纳的用户数没有绝对的限制。用户数是由 所有上行链路信号与传播条件( 包含距离和阴影等) 在基站处产生 的多址干扰决定的。 一个资源有限并指明了的系统如t d m a 系统和f d m a 系统，每个扇 第2 页共1 1 5 页 电子科技大学博士论文分层小区系统的无线资源管理关键技术研究 区提供的信道数是固定的。在这类系统中，呼叫接纳控制( c a c ) 包 括了对这些受到硬性限制的信道的管理，和对从本扇区或相邻扇区 接入系统的用户进行信道的合理分配。由于相邻扇区中分离信道的 使用，因此一个扇区中的负荷对它的邻扇区没有影响。然而，在 个像c d m a 这样采用统一频率复用，其资源没有硬性上界( 软容量) 的系统，情形是非常不同的。 c o i a 小区网络的流量建模在一些文献 1 卜 5 中进行了阐述，网 络的每个小区被建模成一个独立的m m o o 队列。这个模型对应于 个没有阻塞和中断的系统。由于c d m a 的软阻塞特性，如果可能提供 的信道数没有硬性限制，当负荷增加时所有用户经历一个缓慢的性 能下降，这种场景在某种程度上是存在的。从数学的观点看，每个 小区的用户数变成了一个泊松随机变量，整个干扰被建模成一个复 合泊松和。 m g o o 模型导致了一些研究c d m a 小区系统反向链路容量简单技 术的诞生。当这些模型在软阻塞的基础上是可行的时候，从网络营 运商的角度来看却是不现实的。在有些时候，当网络负荷相当沉重 时，为了保证已存在连接用户的服务质量，新呼叫请求不得不被拒 绝。 我们假设网络营运商能够接受或拒绝基于网络状态的移动台申 请，网络状态包括了网络中每个小区的每一类用户中当前活跃的用 户数。用信号对于抚的比值来表征业务质量。对于每个移动台来说， 我们的目的是仅仅让网络状态以高概率被网络接受。 对一个只包含一类用户的系统，一种初级的机制描述如下。假设 每个小区活跃的移动台数相等，在业务质量( o o s ) 的限制下最大化 这个数字。对于一般的c d m a 移动网络，静态容量的计算是解决不了 的，有一系列的文献集中讨论了这个问题。一旦我们确定了用户数 ，如果该小区已经有个呼叫业务正在处理当中，我们的c a c 算 法简单地拒绝到达该小区的呼口q 。我们为每个小区建模为m g n n 损失系统，有e r l a n gb 公式计算新呼叫阻塞概率。 第3 页共1 1 5 页 第一章绪论 这种资源分配的途径类似于传统信道化系统的固定信道分配，没 有利用c d m a 网络的内在灵活性。有时，当相邻小区负荷很轻时，一 个小区可能容纳超过个用户。于是我们可能探讨一种更加灵活的 c a c 算法所带来的可能增益。而且，这种途径对于多业务网络似乎只 具备有限的延伸空间，而多业务网络是未来无线通信系统的一个重 要部分。 第一种建立灵活的c a c 机制的尝试出现在文献 6 和 7 中，作者 使用小区间干扰因子给出了一套线性限制，这些线性限制定义了每 个小区中以用户数来表征的容量区域。考虑来自其它小区的干扰时， 这些小区间的干扰因子为常数。然而，就如 8 中所指出的，其它小 区的干扰描述的随机特性强烈地依赖于移动台的分布、信道传播效 应和语音激活。这个问题在 6 卜 7 中没有重点阐述，后者的重点是 流量建模和使用灵活容量区域的c a c 算法的性能。 一种处理外来小区干扰的随机性的可能途径是使用期望值。如果 总干扰有大的变化，o o s 可能经历较低的无线链路质量。另一方面， 尖峰干扰值将提供一个非常鲁棒的干扰因子，系统将不会从统计复 接中得到好处。我们愿意在干扰均值和尖峰干扰值之间选择一个值， 该值能被用来定义符合一定q o s 限制的容量区域。 一个相似的问题出现在使用异步传输模式( a t m ) 的宽带综合业 务数字网( i s d n ) 的呼叫接纳控制中。在那里，将一个有效带宽分 配给可变比特数据源是有用的。 8 中尽管没有详细地阐述，但是建 议有效带宽的基本概念应用于小区c d m a 系统可能是很有用的。 9 作了类似的评价，提到有效带宽的概念可能被应用于c d m a 网络去模 拟小区中不同距离处的语音用户，也可能是具有突发比特率要求的 语音和数据源。 关于呼叫接纳策略的研究还有很多，可以参考多业务c d m a 小区 网络基于有效带宽的接纳控制技术n ”、基于用户终端发射功率的接 纳控制技术1 、基于能干比( s i r ) 的接纳控制技术”、基于s i r 和 基站总接收功率的接纳控制技术“3 1 等，限于篇幅，不一一在此介绍。 第4 页共1 1 5 页 电子科技大学博士论文分层小区系统的无线资源管理关键技术研究 作者的贡献 ：将支持高速率和多业务的多码传输方案应用于分 层小区系统，建立了由宏小区层、微小区层和皮小区层组成的多码 c d m a 分层小区模型，更符合实际情形。在此基础上，作者提出了 一种兼顾移动性和小区信道利用率的多业务呼叫接纳控制策略，减 少了呼叫的切换频度，降低了系统的信令开销。 1 2 3 系统的层选技术 在微小区系统中，切换的次数会增加“。这意味着切换之间的时 间间隔，或者说完成切换的时间会缩短，关于快速切换算法的研究 在文献 1 5 1 6 作了描述。而在一个微小区上重叠伞状宏小区的双 层小区系统中，低移动性的移动台应该被分配到微小区，当穿过微 小区边界时经历切换过程；同样，高移动性的移动台应该被分配到 宏小区，当穿过宏小区边界时也经历切换过程。于是，我们把基于 用户移动性将移动台分配到微小区或者宏小区的问题称为微一宏小 区选择问题，也就是本论文中的层选问题。相关的问题在文献 17 卜 1 8 中作了研究。 文献 1 7 中，所有的发起呼叫都被分配到微小区。如果移动台在 发起微小区的残余逗留时间( 发起呼叫后) 长于一个预定义门限， 呼叫将被切换到相邻微小区。否则，呼叫将被切换到重叠的宏小区。 该文中没有从宏小区到微小区的“向下”切换，因此低移动性的移 动台将从微小区丢失。既然呼叫持续时间是短的，那么频率复用效 率上的损失也是小的，因为低效率的持续时间只和呼叫停留在宏小 区中的剩余时间一样长。 另外一种途径在文献 1 8 中针对g s m 系统进行了讨论。当一个移 动台决定它将进入一个微小区时，在一个指定的时间段内移动台对 接收功率电平进行一个确定的负补偿。如果在时间溢出之前有一个 呼叫产生，由于负补偿的作用，移动台将决定发起在宏小区内。一 旦时间周期满之后，负的功率补偿被移去，因此呼叫能在微小区发 起。关于这种途径的改进详见文献 1 9 2 0 。 第5 页共1 1 5 页 第一章绪论 在以上情形中，呼叫发起小区中移动台花费的时间被用于决定微 一宏小区分配，此外，呼叫的层选依赖于微小区中的呼叫发起时间。 既然用户移动性和微小区边界的穿越独立于呼叫的到达，以上的途 径是有缺陷的；快速移动台被分配到微小区的错误，或者慢速移动 台被分配到宏小区的错误将可能发生。 文献 2 1 将微一宏小区层选问题和呼叫发起时间分离开来，呼叫 层选取决于用户自身的移动性。文献 2 2 通过移动台速度的最大似 然和最小均方误差估计来体现这种层选方法的优势。但是，如果需 要由系统来估计用户的移动性，网络因素( 基站和交换中心) 将不 得不收集每个移动台大量的数据，即使移动台空闲的时候也要如此， 在现实中并不可行。于是， 2 1 建议移动台自身估计用户移动性， 指数加权平均即是有名的均值缓慢变化的序列的最优估计方法。移 动台跟踪自己的微小区逗留时间( 甚至当它们是空闲的时候) ，使用 它们来估计自身的移动性。这种移动性估计能在呼叫持续期间连续 跟踪，移动性的改变可以用来判断应该从微小区“向上”切换到宏 小区，还是从宏小区“向下”切换到微小区。让移动台自己跟踪移 动性的想法可以推广到对它的习惯的跟踪，有许多的应用之处。通 过移动台自己作统计收集，没有额外的处理负担加在网络上，统计 数据能充分地服务于网络资源的有效利用。 如果把上面的层选途径统称为门限方法的话，一种模糊层选思路 出现在文献 2 3 中。门限方法能减少切换的次数，然而却没有考虑 系统的动态特性。例如，如果在宏小区中存在很多的空闲信道的话， 我们将倾向于在宏小区中接入更多的移动台，这是由于宏小区中的 移动台越多，切换的次数就越少。就这个问题，y e u n g ”和n a n d a 1 提出根据呼叫到达率均值动态地调整门限；然而，由于呼叫持续时 间的随机本质，一个小区的呼叫到达率均值不能准确地反映小区的 即时通信流量负荷。模糊层选思路提出了一种更灵活和直接的思路， 即在层选的时刻检查目标微小区和宏小区的信道利用率，并用模糊 数学的工具提出了层选算法。 此外，还有一些其它方法，如基予传呼信号强弱的层选策略” 第6 页共1 1 5 页 电子科技大学博士论文分层小区系统的无线资源管理关键技术研究 等。 作者的贡献 ：注意到分层小区系统层选问题的实质是：兼顾移 动性、信令负载等各方面情况，研究更合理地分配小区层资源的策 略。围绕这个核心，提出了一种分层小区系统的自适应控制择层策 略，利用一个自适应门限和两个辅助门限进行小区层与层之间的选 择。具体贡献如下： 第一、从平衡分层小区系统各小区层的信道利用率( 某个小区已 占用的信道数与总信道数之比) 出发，提出了一种具有较强灵活性 和应变能力的，适用于多种多址方式( t d m a 、f d b l a 以及c d m a ) 的自 适应控制择层策略。 第二、提出了基于几何参数的方向可变的微小区移动模型。根据 这一模型，可以得到移动台在小区内的逗留时间的统计特性，确定 辅助门限。在以前的研究工作中，或者假设移动台在小区内方向不 变f t o z ，或者采用仿真的方法来得到小区逗留时间“”3 。作者提出的小 区移动模型相对文献 1 0 2 中的模型更接近实际情形，而相对文献 1 0 3 中的模型来说由于能得到微小区逗留时间的统计特性表达式 而体现出优势。 第三、不同于以往预测移动台在某一小区的逗留时间的方法”， 作者利用各小区逗留时间之间的相关性对移动台在将要进入的下一 小区中的逗留时间进行预测估计。 1 2 4 切换技术 1 2 4 1 切换的分类 从系统角度来看，切换可以分为系统内切换和系统间切换。系统 内切换是指发生在一个系统内部的切换，如发生在第二代基于 t d m a f d m a 的系统内切换，或发生在第三代基于c d m a 的系统内切换。 系统间切换是指发生在两个系统之间的切换，如从第二代系统到第 三代系统的切换。 从切换方式来分类，切换可以分为硬切换、软切换和更软切换， 第7 页共1 1 5 页 第一章绪论 硬切换是指一个时间只有一个业务信道可用时发生的切换，软切换 是指移动台可以同时连接到多个基站的切换。更软切换是指在同一 小区的扇区间发生的软切换。 从切换的内容来看，切换又可以分为时间切换、频率间切换和空 间切换。时间切换足指不同时间的切换，频率间切换是指不同频率 之间的切换，空间切换是指不同空间域的切换。 从切换优先级来看，切换可以分为带优先级的切换和不带优先级 的切换，在多业务模型中，某些业务较另外一些业务具有更高的优 先级，业务优先级高的业务在进行切换时享有优先权。 1 2 4 2 主要的切换策略 一、基于优先权的切换策略5 ”1 ( 1 ) 非优先权的切换策略：切换技术首先针对话音业务而言， 并且从非优先权机制开始。在非优先权机制中，切换呼叫业务和新 呼叫业务被同等对待，也就是说，切换呼叫业务和新呼叫业务一样， 如果没有空闲信道可用，新呼叫业务和切换呼叫业务都会被阻塞或 切换失败。 ( 2 ) 切换优先的切换策略：在现实