（通信与信息系统专业论文）wcdma通信系统中的分层小区切换与呼叫接纳控制技术研究.pdf

电子科技大学硕士论文 摘要 | 7 随着移动通信技术的飞速发展，用户对于系统容量的要求日益增加，与此 同时，为移动用户提供多种业务类型的服务也是未来移动通信系统发展的必然 发展趋势。在基于c d m a 技术的第三代j 争劬通信系统中，无线资源管理( r r m ) 的设计成为一个十分关键的解决手段【1 。l 本文主要针对w c d m a 系统，从分层 小区切换和多媒体业务类型的呼叫接纳控制两个方面进行了研究。 为了在w c d m a 通信系统中达到提高系统容量的目的，最通用的方法就是 采用小区分裂和小区分区的方法，而在带来系统容量提高的同时会导致快速移 动用户的频繁切换【2 】。采用分层小区的结构则可以克服小区分裂和小区分区方法 所带来的这种缺陷。在分层小区结构下，快速移动用户在地理覆盖区域较大的 上层宏小区接受服务，以减少快速移动用户在频繁穿越微小区边界时所带来的 多次切换。 本文在分析分层小区移动通信系统特点的基础上，完成了一种适用于该结 构下的一种切换算法的设计。该算法对切换过程中的相关参数设定、速度用户 的划分、切换测量的执行都进行了相关研究。在第二章主要进行了切换算法研 究和设计工作，在第三章进行了参数设置和算法验证，提出了一个较为完整的 针对分层小区结构下的切换算法。 f 第三代移动通信系统为用户提供了语音、数据、视频等多媒体业务的服务。 为孓使系统的资源利用率达到最优化、在满足各种业务不同q o s 要求的同时， 使得系统达到规划的覆盖区域，无线资源管理中的呼叫接纳控制( c a c ) 就是 其中的一个关键技术【3 】。基于干扰受限的w c d m a 系统“软容量”的特点，系 统容量不是一个相对固定的值，则服务质量与同时接受服务的用户数量之间存 在着一个平衡与折衷的关系。所以设计合理有效的接纳控制算法对w c d m a 系 统的稳定运行具有重要意义。 本文在第三章研究了以往单一业务下的呼叫接纳算法后，提出了两种基于 s i r 的上行链路多媒体实时业务条件下的呼叫接纳控制算法，以满足各种业务类 电子科技大学硕士论文 型用户的不同q o s 要求。在第四章中，通过对话音和数据两类实时业务的仿真 分析了两种算法的性能差异及其各自的适合应用范围。 通过对无线资源管理中的切换和呼叫接纳控制的研究，作者在第五章中进 行了相关工作的简要总结，并提出了下一步无线资源管理研究工作的一些思路0 、 关键词：w c d 】无线碧i 耄箩理， 切擎，呼叫莓忽萝制，月哆g 强 x 一o ， i i 电子科技大学硕士论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fm o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e c h n i q u e ，u s e r s d e m a n d o nh i g hc a p a c i t yo fs y s t e mi s i n c r e a s i n g a t t h es a m et i m e ，i ti st h en e c e s s a r y d e v e l o p m e n t t r e n do ft h ef u t u r em o b i l ec o m m u n i c a t i o n s y s t e m s t o p r o v i d e m u l t i m e d i as e r v i c e sf o rt h eu s e r s r a d i or e s o u r c em a n a g e m e n ti so n eo ft h ek e y i s s u e si nc d m a b a s e d3 gm 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 s ”t h i sp a p e rs t u d i e s t h eh a n d o v e rd e s i g ni nah i e r a r c h i c a lc e l ls t r u c t u r ea n dc a l la d m i s s i o nc o n t r o l s u p p o r t i n gm u l t i m e d i a s e r v i c e so f t h ew c d m ac e l l u a rs y s t e m s i no r d e rt oi n c r e a s et h e c a p a c i t y o fw c d m ac o m m u n i c a t i o n s y s t e m ，c e l l s p l i t t i n ga n dt h es e c t o f i z a t i o no fc e l l sa r et h em o s tc o m m o n l ym e t h o d s b u tt h e i r i n h e r e n td i s a d v a n t a g ei sa l li n c r e a s e dn u m b e ro fh a n d o f f s 2 1 h i e r a r c h i c a lc e l l u l a r n e t w o r k sc a no v e r c o m ei t ，i nh i e r a r c h i c a lc e l l u l a rn e t w o r k s ，f a s tm o b i l eu s e r sa r e s e r v e db ym a c r o c e l l sw h i c hc o v e rt h ea r e ao fs e v e r a lm i c r o - c e l l st od i m i n i s ht h e n u m b e ro f h a n d o f f sd u et oc e l lb o u n d a r y c r o s s i n g s o nt h eb a s eo f a n a l y s eo nt h ec h a r a c t e r i s t i c so f h i e r a r c h i c a lc e l l u l a rn e t w o r k s ，a n a l g o r i t h ma b l et oa d a p tt h eh i e r a r c h i c a lc e l ls t r u c t u r e si sp r o p o s e d i ti n c l u d e st h e h a n d o f f p a r a m e t e rs e t t i n g ，t h ec o m p a r t m e n t a l i z a t i o no f t h ev e l o c i t yo f t h em o b i l e ，t h e i m p l e m e n t o f t h eh a n d o f f m e a s u r e ，e t c t h eh a n d o f fs c h e m ei sd i s c u s s e di nc h a p t e r2 o nt h er e s u l t so ft h es i m u l a t i o nw es t u d yb r i e f l yt h ev a r i o u sp a r a m e t e r sd u r i n gt h e h a n d o f fa n dv a l i d a t et h eh a n d o f f a l g o r i t h mw ed e s i g nb a s e do nt h eh i e r a r c h i c a lc e l l s t r u c t u r ei nc h a p t e r3 3 gw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m sp r o v i d em u l t i m e d i as e r v i c e s ，e g ，v o i c e ， d a t aa n dv i d e o ，e t c e f f i c i e n tc a l la d m i s s i o nc o n t r o l ( c a c ) s c h e m ei s n e e d e dt o s u p p o r tm u l t i p l ec l a s s e so f t r a f f i cw i t hd i f f e r e n tq o sa n dm a x i m i z et h eu t i l i z a t i o no f r e s o u r c e 【3 】c d m as y s t e m sa r ei n t e r f e r e n c e 1 i m i t e ds y s t e m s t h u s ，t h ec a p a c i t yo fa c e l lv a r i e sw i t ht h el o a d i n go f t h eh o m ea n d n e i g h b o r i n g c e l l sb e c a u s et h ec o c h a n n e l 1 1 i 电子科技大学硕士论文 i n t e r f e r e n c e c h a n g e sa c c o r d i n gt o t h e l o a d i n g 1 1 1 es y s t e m h a st of i n dap r o p e r b a l a n c eb e t w e e nt h eq u a l i t yo fs e r v i c ea n dt h el o a d i n g i ti sv e r yn e c e s s a r yt od e s i g n e f f i c i e n tc a c a l g o r i t h m s f o rw c d m aw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m s i nc a p t e r3o ft h ep a p e rw es t u d ys o m ed i f f e r e n ta d m i s s i o nc o n t r o ls t r a t e g i e sa n d p r o p o s et w os i r - b a s e du p l i n kc a l la d m i s s i o nc o n t r o ls c h e m e s t h et w os c h e m e s a r e a b l et og u a r a n t e ea d e q u a t ec a l lq u a l i t yo fd i f f e r e n tt y p eo ft r a f f i c s i m u l a t i o nr e s u l t s s h o wt h ei m p r o v e m e n to ft h es c h e m e si nn e t w o r kp e r f o r m a n c e s o m ec o n c l u s i o n so i l t h et w os c h e m e sa r ed r a w ni nc h a p t e r4 k e yw o r d s ：w c d m a ，r a d i o r e s o u r c e m a n a g e m e n t ，h a n d o v e r ( h a n d o 国，c a l l a d m i s s i o nc o n t r o l ，q o s ( q u a l i t yo f s e r v i c e ) 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：望丝 日期：工功j 年j 月t i c 日 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：鱼! 理导师签名：塞聋兰 日期：狮；年 ； 月，争日 电子科技大学硕士论文 图表目录 图1 1w c d m a 软切换算法方案通用机制 图1 2 主要的c a c 算法分类 图2 1 宏小区结构示意 图2 2 微小区结构示意 图2 3 分层小区结构示意一 图2 4 移动台转弯示意 图2 5 发起一个新呼叫时的流程 图2 - 6u e 监测同频基站示意图( b ss e r v em i c r o = t r u e ) 图2 7u e 监测异频基站示意图( b ss e r v em i c r o = t r u e ) 图2 8u e 监测同频基站示意图( b ss e r v em i c r o = f a l s e ) 图2 - 9u e 监测异频基站示意图( b ss e r v em i c r o = f a l s e ) 图2 1 0 i n t r a f r e q u e n c y 的测量过程( f = 1 ，2 ) 图2 1 1 i n t e rf r e q u e n c y 的测量过程( ，= 1 ，2 ) 图2 1 2u e 物理层测量模型 图2 - 1 3 a a c t i v es e t 的更新过程 图2 - 1 3 b a c t i v es e t 的更新过程图 图2 - 1 3 c a c t i v es e t 的更新过程图 图2 1 4 用以判别用户速度的数据维护流程 图2 一1 5 用户速度判别 图2 1 6 切换决策与执行的总流程 图2 1 7u e 的当前服务基站为宏小区 图2 1 8u e 的当前服务基站为微小区一 v i i “ 矗 m m 均 抖 巧 拍 拍 ” 勰 加 ” ” ” 娩 弘 ” 弘 卯 勰 电子科技大学硕士论文 图2 1 9 图3 1 图3 2 图3 3 图3 - 4 图5 1 图5 - 2 图5 - 3 图5 - 4 图5 5 图5 - 6 图5 7 图5 8 图5 - 9 图5 1 0 图5 1 l 图5 1 2 图5 1 3 表1 1 表2 - 1 表2 2 表3 - 1 表3 2 表3 3 t a k e - - b a c k 策略 不同切换门限设置下的掉话率比较 不同切换门限设置下的活动集平均大小比较 单层( 左图) 分层( 右图) 网络的负载跟踪曲线 在设置不同切换门限下的活动集尺寸统计对比 小区结构示意 a l g o r i t h m l 2 数据业务掉话率性能对比 a l g o r i t h m l 2 话音业务掉话率性能对比 a l g o r i t h m l 2 数据业务阻塞率性能对比 a l g o r i t h m l 2 话音业务阻塞率性能对比 a l g o r i t h m l 2 数据业务服务等级性能对比 a l g o r i t h m i 2 话音业务服务等级性能对比 a l g o r i t h m l 中话音数据业务阻塞率性能对比 a l g o r i t h m l 中话音数据业务掉话率性能对比 a l g o r i t h m l 中话音，数据业务服务等级性能对比 a l g o r i t h m 2 中话音数据业务阻塞率性能对比 a l g o r i t h m 2 中话音数据业务掉话率性能对比 a l g o r i t h m 2 中话音数据业务服务等级性能对比 u m t s q o s 类型 移动台运动速度分布 估计异频测量时间间隔考察表 下行链路测量时的部分参数设置 对参数t i m et ot r i g g e r 的验证( s t e pi ) 对参数t i m e t o t r i g g e r 的验证( s t e p j i ) v 1 1 i 的 铝 甜 舛 甜 ：3 酌 的 铝 乏 2 加 勰 加 叭 舵 电子科技大学硕士论文 i x 鱼三型垫盔堂堡主笙苎 a s 3 g p p c a c c d m a c p i c h d c a f c a f d d f d m a h c s h o i t u l o s m s c p d c q o s r r m r n c r s c p s t t d d 缩略字表 a c t i v es e t t h e3 一g e n e r a t i o n p a r t n e r s h i pp r o j e c t c a l la d m i s s i o nc o n 9 0 1 c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s c o m m o np i l o tc h a r m e l d y n a m i c c h a n n e l a s s i g n m e n t f i x e dc h a n n e l a s s i g n m e n t f r e q u e n c y d i v i s i o nd u p l e x f r e q u e n c y d i v i s i o nd u p l e x h i e r a r c h i c a lc e l ls t r u c t u r e h a n d o i f h a n d o v e r i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n l i n eo f s i g h t m o b i l es w i t c h i n gc e n t r e p e r s o n a ld i g i t a lc e l l u l a r q u a l i t y o fs e r v i c e r a d i or e s o u r c e m a n a g e m e n t r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r r e c e i v e ds i g n a lc o d ep o w e r s i g n a lt oi n t e r f e r e n c er a t i o t i m ed i v i s i o nd u p l e x 活动集 第三代移动通信伙伴计划 呼叫接纳控制 码分多址 公共导频信道 动态信道安排 固定信道安排 频分双工 频分多址 分层小区结构 切换 国际电信联盟 视距 移动交换中心 个人数字蜂窝系统 服务质量 无线资源管理 无线网络控制器 接收信号码功率 信干比 时分双工 x 屯子科技大学硕士论文 t d m a u e u m t s t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s 时分多址 u s e r e q u i p m e n t用户设备 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 n s y s t e m 通用移动通信系统 u t r au n i v e r s a lt e r r e s t r i a lr a d i o a c c e s s 通用陆地无线接入 w c d m aw i d e b a n dc o d ed i v i s i o n m u l t i p l e a c c e s s 宽带码分多址 一一一 x i 第一章引言 第一章引言 1 1 第三代移动通信系统的发展与现状 随着通信技术的飞速发展，移动通信系统经历了从第一代模拟制式的蜂窝 移动通信系统到至今正在展现无限生命力的第三代移动通信系统的过渡。自从 八十年代初期，第一代模拟制式的蜂窝移动通信系统投入商用以来，全球的移 动通信产业就进入了一个崭新的时代，到了九十年代以g s m 和c d m a 为代表 的第二代蜂窝移动通信系统很快以其技术上的优势成为发展的主流产品。第二 代移动通信系统在八十年代末期引入了数字传输技术，为用户提供了更高的频 谱效率、更好的数据业务，以及更先进的漫游服务。g s m 、p d c 、i s 一1 3 6 和i s 。9 5 是其中投入使用的几个系统，主要为用户提供话音和低速率的数据业务1 4 】。 目前，第二代通信系统正在向第三代移动通信系统( 3 g ) 衍变。第三代移 动通信系统是为多媒体通信设计的，通过该系统提供的高质量图像和视频等服 务，人与人之间的通信能力进一步增强。而与此同时，第三代系统所带来的更 新、更灵活的通信能力和更高的数据速率使得对于公众网和专用网上的信息与 业务的接入能力要求大大提高。 目前，国际上最具竞争力的i m t - 2 0 0 0 无线传输技术主要分为三大类：即日 本和欧洲一些国家提出的w c d m a 技术，北美提出的c d m a 2 0 0 0 技术，以及我 国自己提出的t d s c d m a 系统【5 】。其中，w c d m a 系统是基于窄带c d m a 基 础上改进的，具备可适应多种速率的传输，并且基站问无需同步，支持不同载 频间的切换，上下行快速功率控制等优势。c d m a 2 0 0 0 是基于i s 9 5 c d m a 系统 的改进发展而来，沿用了i s 9 5 的主要技术，基站间需要g p s 同步，反向信道 采用连续导频方式，前向信道采用多载波方式等。相对于采用f d d 的w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 系统，中国提出了自己基于t d d 方式的t d s c d m a 系统。 t d s c d m a 中使用了直接序列扩频的码分多址方式( d s c d m a ) ，采用t d d 技术的基站适用于在城市人口集中地区，实现大容量的话音、数据及多媒体业 务的传输。 电子科技大学硕士论文 在标准化论坛中，w c d m a 技术已经成为了被广泛采纳的第三代空中接口， 其规范已在3 g p po p $ f j 定。3 g p p 是集合欧洲、日本、韩国、美国和中国的标准 化组织的一个联合标准化方案。在3 g p p 中，w c d m a 被称作u t r af d d 和 u t r a t d d ，w c d m a 涵盖了f d d 和t d d 两种工作模式。 第三代移动通信系统将为用户提供更全面的服务，将各种业务结合起来用 一个单一的全功能网络来实现，与第一代和第二代移动通信系统相比，其显著 的特点就是支持多媒体业务。i t u 在规定的第三代移动通信系统无线传输技术的 最低要求中指出：对于快速移动环境，最高传输速率可以达到1 4 4 k b i l l s 室外到 室内或者步行环境，最高传输速率达到3 8 4 k b i t s ；室内环境，最高速率到达 2 m b i t s 。 u m t s 试图很好的完成用户或者应用提出的q o s 请求。在u m t s 中，将应 用和服务划分成了四种业务类型【6 】 即： 会话类型( c o n v e r s a t i o n a lc l a s s ) ； 数据流类型( s t r e a m i n gc l a s s ) ； 互动类型( i n t e r a c t i v ec l a s s ) ； 后台类型( b a c k g r o u n d c l a s s ) 。 这些业务类型之间的主要区别在于对时延的敏感程度。其中，会话类业务 对于时延非常敏感，而后台类型是最不敏感的业务类型。u m t s 对于各类业务 的具体要求可以参见表l l 所示。 表1 - 1u m t s q o s 类型 l 业务会话类型数据流类型互动类型后台类型 类型 ( c o n v e r s a t i o n a lc l a s s )( s t r e a m i n gc l a s s )( i n t e r a c t i v ec l a s s )( b a c k g r o u n dc l a s s ) 须保持数据流中信息须保持数据流中信“请求一响应”的工接收数据的目的端 i 业务实体间的不断变化的息实体间的不断变作模式；并不在某一时间内 i 基本时间关系；化的时间关系。须保证内容的完整期待数据的到达； l 特征要求严格的、低时延性。须保证内容的完整 的会话模式。性。 l 应用 l 范例 话音业务视频流网页浏览，网络游戏e m a i l 的后台下载 2 第一章引言 1 2w c d m a 通信系统的无线资源管理 随着移动通信系统的飞速发展i _ ”，人们对于无线个人通信系统的要求与日 俱增，对于无线网络提出新的挑战，诸如能够满足高用户量、高数据传输速率、 高数据传输量以及多种业务并存等。目前，国际上提高网络容量( n e t w o r kc a p a c i t y ) 的方式可分为两类。一种是提高传统的无线链路本身的性能( 1 i n kl e v e l i m p r o v e m e n t ) ，即由点到点调制和解调、编码和解码等各个方面提高单一链路的 数据传输量。这种方式的问题是收发信机可能变得很复杂，也意味着成本的提 高。另一种是把蜂窝网络看作一个整体( n e t w o r k l e v e li m p r o v e m e n t ) ，即加入有效 的无线资源管理，使用简单的收发信机，通过优化分配有限的无线资源来提高 网络容量。 在移动蜂窝网中，无线资源管理问题是指对于一个进入网络的移动用户， 网络需要分配适当的基站、信道、发信功率，以使具有固定硬件设备的无线网 络获得更高容量的同时，满足用户的q o s 。无线网络是一个动态网络，随时都 有用户发出呼叫、中断呼叫，并在网络内部移动。因而，无线资源管理技术应 该是实时( r e a lt i m e ) 型的，并能充分利用网络内部的所有有效资源达到资源的最 佳分配。 对于c d m a 系统而言，其主要的无线资源要素包括：频率、码字、功率、 导频相位偏置等。而基于c d m a 系统干扰受限的特点，系统发射功率和系统中 总的干扰电平是影响系统容量的决定性因素。c d m a 中所有的无线资源管理与 控制策略都是以系统中基站和移动台的发射功率和总干扰电平为中心的，其根 本目标就是尽可能地降低系统中的干扰电平，减少基站与移动台的发射功率， 以提高系统容量。无线资源管理的核心问题是在保证网络服务质量的前提下， 提高频谱利用率。其基本出发点是在网内话务量分布不均匀、信道的状态因信 号衰落和干扰而起伏变化的状况下，设法灵活地分配和及时调整可用资源。 无线资源管理( r r m ) 负责空中接口资源的利用，从确保系统的服务质量 ( q o s ) 、获得规划的覆盖区域以及提高容量的角度来看它都是必不可少的一环。 无线资源管理( r r m ) 主要包括功率控制、切换、接纳控制、拥塞控制和分组 调度几个方面。下面将对于r r m 中的这几个方面逐一作简要的阐述。 3 电子科技大学硕士论文 1 2 1 功率控制 功率控制技术是c d m a 系统的核心技术之一。c d m a 系统是一个自干扰系 统，所有移动用户都占用相同带宽和频率，因而”远近效应”问题特别突出。c d m a 功率控制的目的就是克服”远近效应”，使系统在保证用户q o s 的同时尽量减少 对其他用户的干扰。 功率控制分为前向功率控制和反向功率控制，其中反向功率控制又分为反 向开环功率控制和反向闭环功率控制。在前向功率控制中，基站根据测量结果 调整每个移动台的发射功率，其目的是对路径衰落小的移动台分配较小的前向 链路功率，而对那些远离基站的和误码率高的移动台分配较大的前向链路功率。 在反向开环功率控制中，由移动台根据本次发起呼叫的业务类型和基站到移动 台的路径损耗，调节自身发射功率以达到所有移动台发出的信号在基站侧都有 相同的功率。它主要是为了补偿阴影、拐弯等效应，所以它有一个很大的动态 范围。在反向闭环功率控制中，移动台、基站同时参与其中，使得基站对移动 台的开环功率估计迅速做出纠正，以使移动台保持最理想的发射功率。 在w c d m a 中，上、下行链路均支持1 5 k h z 的快速功率控制，在g s m 中 仅采用慢速功率控制( 频率大约为2 h z ) ，i s 9 5 仅在上行链路支持8 0 0 h z 的快 速功率控制。相对于可以补偿路径损耗和阴影衰落的慢速功率控制而言，快速 功率还可以补偿快衰落。 由于太高的通信质量必将是以牺牲系统容量为代价的，为了达到为快速功 率控制设定目标值来确保所要求的通信质量的目的，故w c d m a 上、下行链路 中都采用了外环功率控制，其主要目的就是使得提供的通信质量刚好满足系统 要求。快速功率控制的频率是1 5 k h z ，外环功控的频率一般是1 0 1 0 0 h z i ”。 1 2 2 切换 在小区系统中，当一个用户从一个小区覆盖区域运动到另外一个小区覆盖 区域时，就需要用到切换的功能，以确保用户能够进行不问断的通信。在 w c d m a 系统中通常会涉及到的切换类型主要有- + e e ，即： w c d m a 频率内切换 4 第一章引言 就是通常所说的软切换。导致切换动作的通常因素主要是移动台的移动， 切换测量是利用匹配滤波器进行全时段测量，从移动台到r n c 的切换测量报告 方式通常采用典型的事件触发报告。 w c d i c l a 到g s m 系统间切换 通常导致需进行系统间切换的因素主要有，达到当前系统的覆盖边界、当 前系统负载过重，或者业务类型要求等方面。切换测量只要在需要时才开始测 量，通常采用压缩模式完成，从移动台到r n c 的切换测量报告方式通常采用在 压缩模式期间进行周期性地报告。 w c d m a 频率问切换 通常导致需进行w c d m a 系统内频率间切换的因素主要有，达到当前使用 频率的覆盖边界，或者是当前使用频率的负荷已经接近或达到满荷的情况下。 切换测量也是仅在需要时才开始测量，通常采用压缩模式完成，从移动台到r n c 的切换测量报告方式也是通常采用在压缩模式期间进行周期性地报告。 需要着重指出的是，为了避免不必要地使用压缩模式，典型的做法是仅当 需要进行系统间或频率间切换是才发起系统间或频率间切换。频率间切换用来 在w c d m a 载频和小区层间平衡负载，或由于覆盖的原因需要从微小区频率切 换到宏小区频率。而为了延伸w c d m a 的覆盖范围、平衡系统间的负载、指导 业务分配到最合适的系统中，则需要进行w c d m a 和g s m 系统间的切换。 软切换是指移动台在中断与原来基站的业务通信之前，和工作在相同频点 的另一基站建立起业务联接。软切换是c d m a 系统特有的关键技术之一，是系 统无线资源优化的重点，软切换算法和相关参数的设置直接影响着系统的容量 和服务质量。软切换用户比例过低会降低宏分集增益，减小系统容量，而软切 换用户比例过高则会占用基站过多的发射功率，占用过多的无线资源，同样会 造成系统容量的下降。 在3 g p p 的规范中，我们可以看到关于w c d m a 软切换算法的一个典型范 例1 8 1 。参见图1 1 所示，该w c d m a 典型软切换算法i s 使用导频信道c p i c h 的 最，0 作为切换测量数值，图中曲线1 、曲线2 、曲线3 分别代表小区1 、小区 2 、小区3 c p i c h 的e 眠测量值。该值通过使用第三层的信令告知r n c 。它与 i s 9 5 类似，将小区集合划分为活动集( a c t i v es e t ) 和监视集( m o n i t o r e ds e t ) 。 电子科技大学硕士论文 j p i c h +h i 斗 c no 曲线l 久 l 蕊 i 围+ 后量 、一 彳n r 报告范围一 后量 加入滞后量 r 苎竺! 一 l 曲线3 l 时间 e v e n1 a e v e n【l c e, e n t l b = 此时在小区1 中辛舔加小区2 小区3 替换小区1 剔除小区3 图1 - 1w c d m a 软切换算法方案通用机制 结合图1 1 ，可以简要说明w c d m a 软切换算法中的几个主要事件触发通 用机制： 如果在r 时间内，随着小区2 的信号强度逐渐增强，其c p i c h 的e n 值始终大于( 当前服务小区的c p i c h 的巨0 一( 报告范围一加入滞后 量) ) ，且活动集没有满，此时，小区2 被加入到活动集中，该动作称为 e v e n t1 a 。 如果在丁时间内，活动集中小区3 的信号强度逐渐减弱，且小区3 的 c p i c h 的疋0 值始终比( 活动集中c p i c h 的巨。的最大值( 报 告范围+ 剔除滞后量) ) 小，则此时小区3 ( 活动集里最差的信号) 被移 出活动集。该动作称为e v e n t1 b 。 如果在r 时间内，小区3 的信号强度逐渐增强，其c p i c h 的e 眠值 始终大于( 活动集中c p i c h 的疋0 最小值+ 替换滞后量) ，且此时活 动集的数目已满( 假设此时系统设置的活动集最大数目是2 ) ，则此时小 区3 ( 监视集中最强的信号) 替代小区1 ( 活动集里最差的信号) 加入 到活动集中，同时，小区l 被移出活动集。该动作称为e v e n t1 c 。 6 第一章引言 其中，报告范围是软切换中要增加或删除活动集中小区的相对门限；r 是 为实现事件触发的一个时间滞后量；每个小区的c p i c h 的疋_ 。值是指测量得 到的每个小区公共导频信道的e 0 强度。 在上面的阐述中可以看到其中设计了三个门限值的设定，即： 加入滞后量：是要增加无线链路的滞后门限： 剔除滞后量：是要删除无线链路的滞后门限； 替换滞后量：是要增加一条无线链路并同时释放另一条无线链路的滞 后门限。 在w c d m a 系统中，软切换使用了相对的门限值。相对于在i s 一9 5 a 和i s - 9 5 b 系统中所采用的绝对门限( 即固定门限值) 切换策略，在w c d m a 中使用的相 对门限切换策略其最大的优点是参数确定相对简单，对于干扰过强或过弱的地 区，不需要对参数进行调整。 1 2 3 接纳控制 w c d m a 系统是一个自干扰的系统，它的系统容量不是一个相对固定的值， 而具有较大的弹性，服务质量与同时接受服务的用户数量之间存在着平衡与折 衷的关系。如果允许空中接口负荷过渡增长，那么小区的覆盖面积就会减少到 预计的数值以下，而且已有连接的服务质量也无法得到保证。所以设计合理有 效的接纳控制算法对w c d m a 系统的稳定运行具有重要意义。 接纳控制必须对上下行链路两个方向分别进行评估。请求的承载只有仅当 上下行链路的接纳控制均接受它才可被接纳，否则会由于它会在网络中产生过 量的干扰而将其拒绝。在以往的研究中，下行链路的接纳控制算法是十分简单 的甚至被忽略，其中一个重要的原因是i s 9 5 系统的“软容量”是受限于上行链 路【9 j ，而在w c d m a 系统中支持上下行非对称业务，那么系统的“软容量”有 可能是受限于下行链路，所以在w c d m a 系统中的下行链路接纳控制的研究也 是不可被忽视的。 迄今为止，围绕着c d m a 系统的呼叫准入控制技术研究，已经提出了多种 c a c 算法，需要指出的是上行与下行的呼叫准入控制设计是相互独立的，可以 7 电子科技大学硕士论文 使用不同的呼叫准入控制算法【10 1 。目前主要的c a c 算法可以归纳为如图1 2 所 示。 在接纳控制过程中，首先需要完成的就是对于空中接口的负荷估计，对于空 中接口的负荷估计也可以分为上行链路的负荷估计和下行链路的负荷估计。较 为通用的估计方法有上下行链路基于功率的负荷估计和上下行链路基于吞吐 量的负荷估计。以上行链路基于功率的接入控制为例，系统需要分别估计用户 接入可能会对上、下行链路造成的影响。只有上下行两个方向的负荷情况都允 许用户业务接入系统才能批准其接入申请。允许用户接入的负荷门限可以在系 统的设计规划过程中设定。 c a c 算法 1 2 4 拥塞控制 上行链路上的c a c 算法 基于s i r 的c a c 算法 基于q o s 的c a c 算法 基于总干扰功率的c a c 算法 基于吞吐量的c a c 算法 在多业务情况下的c a c 算法 其它 f 基于总发射功率的c 么c 算法 下行链路上的c 爿c 算法 基于吞吐量的c a c 算法 i f 其它 图1 - 2 主要的c a c 算法分类 无线资源管理功能的一个重要任务是确保系统不要过载并保持稳定。如果 系统规划适当，并且接纳控制和分组调度工作得很好，则可以避免过载情况的 发生。如果遇到了过载的情况，则无线网络规划定义的拥塞控制功能让系统快 速而有控制地达到无线网络规划所定义的目标负荷值。为了降低系统负荷，可 能采取的必要拥塞控制措施主要有： 下行快速拥塞控制：拒绝执行由移动台发出的下行链路功率增加命令； 上行快速拥塞控制：降低上行快速功控使用的上行链路疋n 目标值； 降低分组数据业务的吞吐量： g 第一章引言 切换到另一个w c d m a 的载波 与g s m 之间的切换； 减少实时业务的比特速率； 以控制方式停止呼叫。 拥塞控制的基本原理和接纳控制基本一样，当接纳控制被作为一个单独的 事件完成时，拥塞控制可以被看作是一个在系统运行过程中连续处理的过程， 可以实时的监视干扰。 1 2 5 分组调度 分组调度功能是在分组用户之间分配可用的空中接口资源。分组调度能决 定比特速率和相应的数据长度。在w c d m a 中，分组调度的两种基本方式是码 分或时分。 在码分方式下，大量的用户可同时使用一个低速率信道，当用户容量需要 增加时，码速率就要降低。由于比特速率低，码分调度中给每个用户带来的传 输延迟比时分调度长。码分调度可以是静态的或是动态的。在静态调度中，整 个连接中所分配的比特速率保持固定。而通常情况下，分组业务是突发和不可 预测的，需要动态的码分调度，增加或者减少所分配的比特速率。 在时分方式下，在某一时刻所有资源可被分配给一个或少数的几个用户， 这样一个用户可以有很高的比特速率，故而其平均时延比码分方式小。在 w c d m a 中，最小的时间分辨率是1 0 m s 长的帧。当在时分方式下用户数增加时， 每个用户都要等待较长的时间来传输。但是，采用时分方式的一个缺点是用于 数据传输的相对时间短。一个连接的建立和释放都需要时间，而在此期间基站 的物理资源，如信道单元，被未激活的连接所占用。这样导致时分调度中物理 资源未使用的时间比码分调度方式中要多。 1 3 课题来源和本文所做工作 在本硕士论文的研究工作中，主要涉及了两个课题的研究工作。第一个是 与华为技术有限公司上海研究所的合作项目分层小区结构下的无线资源管 9 电子科技大学硕士论文 理，这其中的主要任务是完成分层小区结构下的小区选择与重选及立即小区评 估、系统干扰与容量、分层切换，以及分层小区频率配置研究。本论文主要涉 及了其中分层小区结构下的切换算法研究。第二个课题是来自华为技术有限公 司上海研究所提供的科教基金项目w c d m ar n cr r m 高效能的u t r a 呼叫 准入控制研究，主要任务是完成对针对宽带c d m a 的支持多业务、基于q o s 的接入控制算法的设计。 本文的研究工作可分为两大部分：( i ) 研究针对分层小区结构下的切换算 法，以有助于系统的切换算法设置和相关参数设定，这包括了本文的第二章和 第三章的全部内容。( 2 ) 对w c d m a 蜂窝通信系统中的适用于多业务的呼叫接 纳控制算法进行了研究，包括了本文第四章和第五章的全部内容。 在第二章中，作者主要是结合以往各种切换算法的设计思想，针对分层小 区的系统结构提出了一种适用于