（通信与信息系统专业论文）移动多媒体通信系统的无线资源管理策略研究.pdf

电子科技大学博士论文 中文摘要 ( 随着移动通信的发展，移动通信用户数和i n t e m e t 用户数急剧增加，人们 期望新一代移动通信系统不仅具有更大的容量，还要支持移动多媒体业务，除 了提供话音业务外，还支持低高速数据、图象等非话音业务的传输。不同业务 有不同的服务质量( q o s ) 要求，如对时延、误比特率、数据速率的要求不同。 无线蜂窝网络设计有两大目标：一是保证各类业务的q o s 要求，二是使网络的 资源利用率达到最大，这需要借助于无线资源管理。对于f d m a n ) m a 系统， 无线资源管理相对简单，只需对频率、时隙进行合理的分配，而c d m a 系统的 资源管理要复杂得多。第三代移动通信系统选用c d m a 作为空中接口的主要候 选方案，由于c d m a 系统是自干扰系统，其容量受干扰的限制，需要合理地分 配系统的资源。第三代移动通信系统的无线资源管理主要包括呼叫允许控制、 切换控制、功率控制、负荷控制、分组调度等口寸本文重点研究了多媒体移动通 信系统的呼叫允许控制、切换控制、功率控制以及负荷控制等。 第二章提出了多业务蜂窝移动通信系统的一种基于资源预留和切换排队的 呼叫允许控制策略，除了给切换呼叫预留资源外，还分别为实时业务和非实时 业务的切换呼叫设置了缓冲器，并给予实时业务的切换呼叫更高的接入优先权。 ( 该策略与只有资源预留的呼叫允许控制策略相比，降低了切换呼叫的切换失败 概率，而新呼叫的阻塞概率变化不明显，从而改善了系统的性能。太 第三章提出了多媒体c d m a 系统的一种基于自适应干扰门限的呼叫允许 控制策略，与固定干扰门限的呼叫允许控制策略相比，显著改善了系统的性能。 第四章提出了w c d m a 系统的一种基于切换排队的呼叫允许控制策略，与 无切换排队的呼叫允许控制策略相比较，在新呼叫阻塞概率无明显增加的前提 下，显著降低了切换呼叫的阻塞概率。 第五章对多业务c d m a 蜂窝移动通信系统的软切换进行了研究，分析了系 统性能与有效集增加门限、有效集删除门限的关系，对呼叫中断概率和软切换 率与有效集增加门限、有效集删除门限的关系作了相应的仿真，得到了有效集 增加门限、有效集删除门限的合理取值。 第六章提出了多业务c d m a 蜂窝移动通信系统的一种下行链路功率控制 策略，系统的最优功率分配可以归结为求解归一化链路增益矩阵在有约束条件 下的最大实特征值。( 与固定发射功率策略比较，大大降低了呼叫中断概率，同 电子科技大学博士论文 时减小了系统干扰，从而提高系统的容量。l 第七章对无线蜂窝c d m a 数据通信系统的功率控制进行了研究，针对数据 业务的非实时性和可以重传的特点，提出了一种基于净效益( 有代价函数) 的 功率控制策略，与基于效益( 无代价函数) 的功控策略相比，可以显著增加移 动终端的效益，降低终端的发射功率，从而延长终端的通信时间。 第八章研究了多业务c d m a 系统的负荷控制，首先对系统的上、下行链路负 荷进行估计，并采取呼叫接入控制策略，以保证激活用户的o o s 要求。 第九章是全文总结，并指出今后需要进一步研究的工作。 关键词：c d m a ( 呼叫允许控制，+ 切换功率控制，负荷控制 i i a b s tr a c t w i t ht h e d 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 n s ，m o b i l eu s e r sa n di n t e r n e t u s e r sa r e i n c r e a s i n gd r a m a t i c a l l yp e o p l ee x p e c t t h a tn e x t g e n e r a t i o n m o b i l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m sc a np r o v i d el a r g e rc a p a c i t ya n ds u p p o r tm o b i l em u l t i m e d i a s e r v i c e sb e s i d e s p r o v i d i n g r e a l t i m e s p e e c hs e r v i c e ，n e x tg e n e r a t i o n m o b i l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m sa r e r e q u i r e d t o s u p p o r t n o nr e a l t i m es e r v i c e ss u c ha s l o w h i g hr a t ed a t a ，p i c t u r e se t c h e t e r o g e n e o u ss e r v i c e sh a v ed i f f e r e n tq u a l i t yo f s e r v i c e ( q o s ) r e q u i r e m e n t s ，f o re x a m p l e ，t h er e q u i r e m e n t so ft i m ed e l a y , e r r o rb i t r a t e ，a n dt r a n s m i s s i o nr a t ef o rh e t e r o g e n e o u ss e r v i c e sa r ed i f f e r e n t i a t e dt h e r ea r e t w om a i no b j e c t sf o rw i r e l e s sn e t w o r k d e s i g n ，o n ei st og u a r a n t e eq o sr e q u i r e m e n t s o f h e t e r o g e n e o u ss e r v i c e s ，a n dt h eo t h e ri st om a k er e s o u r c eu t i l i z a t i o nm a x i m i z e d t h i sr e c u r st or a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t ( r a m ) r a mf o rf d m a t d m a s y s t e m s i sr e l a t i v e l ys i m p l ea n d j u s tn e e d s t oa s s i g nf r e q u e n c ya n dt i m es l o t sp r o p e r l y , w h i l e r r mf o rc d m a s y s t e m si sm u c hm o r ec o m p l e xc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s si s k e yc a n d i d a t ep r o j e c to f a i ri n t e r f a c ef o rt h et h i r dg e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s y s t e m s c d m as y s t e mi sas e l f - i n t e r f e r e do n e , t h ec a p a c i t yo f w h i c hi sl i m i t e db y c o c h a n n e li n t e r f e r e n c e i t sn e c e s s a r yt oa s s i g ns y s t e mr e s o u r c e sr e a s o n a b l yr a d i o r e s o u r c e m a n a g e m e n t f o rt h et h i r d g e n e r a t i o n m o b i l ec o m m u n i c a t i o n s y s t e m s i n c l u d e sc a l la d m i s s i o nc o n t r o l ，h a n d o f fc o n t r o l ，p o w e rc o n t r o l ，l o a dc o n t r o la n d p a c k e ts c h e d u l i n g t h i s d i s s e r t a t i o n p a y s a t t e n t i o no nc a l la d m i s s i o n c o n t r o l ， h a n d o f f c o n t r o l ，p o w e r c o n t r o la n dl o a dc o n t r o lf o rm o b i l em u l t i m e d i a c o m m u n i c a t i o ns y s t e m s c h a p t e r 2 p r o p o s e s ar e s o u r c er e s e r v a t i o na n dh a n d o f fq u e u i n g b a s e dc a l l a d m i s s i o nc o n t r o l p o l i c y f o rm u l t i s e r v i c e sw i r e l e s sc e l l u l a rm o b i l e s y s t e m i n a d d i t i o nt or e s e r v er e s o u r c ef o rh a n d o f fc a l l ，d i f f e r e n ts i z e db u f f e r sa r es e tf o r h a n d o f fc a l l so fr e a l - t i m ea n dn o nr e a l - t i m es e r v i c e sr e s p e c t i v e l y , a n dh i g h e r p r i o r i t y i sg i v e nt oh a n d o f fc a l lo fr e a l - t i m es e r v i c e s c o m p a r e d w i t hc a l la d m i s s i o nc o n t r o l w i t hr e s o u r c er e s e r v a t i o n ，t h i sp o l i c yr e d u c e sh a n d o f ff a i l u r ep r o b a b i l i t ye v i d e n t l y , w h i l en e wc a l l sb l o c k i n g p r o b a b i l i t yi sh a r d l yc h a n g e d c h a p t e r3p r o p o s e s a 1 1 a d a p t i v ei n t e r f e r e n c et h r e s h o l d b a s e d c a l la d m i s s i o n 。t t t c o n t r o jf o rm u l t i m e d i ac d m a s y s t e mc o m p a r e d w 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 - b a s e dc a l la d m i s s i o n c o n t r o l ，t h i s p o l i c yi m p r o v e s t h e s y s t e m p e r f o r m a n c e c h a p t e r 4p r o p o s e sah a n d o f f q u e u i n g b a s e dc a l la d m i s s i o nc o n t r o ls t r a t e g yf o r w c d m a s y s t e m c o m p a r e dw i t hc a l l a d m i s s i o nc o n t r o lw i t h o u th a n d o f f q u e u i n g ， t h i s s t r a t e g yi m p r o v e st h es y s t e mp e r f o r m a n c ew i t hl o w e rh a n d o f fc a l lb l o c k i n g p r o b a b i l i t y c h a p t e r 5s t u d i e ss o f th a n d o i ti nm u l t i s e r v i c ec d m as y s t e m s a n a l y s e s r e l a t i o n s h i p b e t w e e ns y s t e mp e r f o r m a n c ea n da c t i v es e ta d dt h r e s h o l da n dd e l e t e t h r e s h o l d ，a n dg i v e ss i m u l a t i o nr e s u l t sa c c o r d i n g l y , f i n a l l yr e a s o n a b l ev a l u e s f o r a c t i v es e ta d da n dd e l e t et h r e s h o i da r eo b t a i n e d c h a p t e r 6p r o p o s e sad o w n i n kp o w e rc o n t r o ls c h e m ef o rm u l t i s e r v i c ec d m a c e l l u l a rm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m o p t i m a lp o w e r a l l o c a t i o nf o rt h es y s t e mc a n b ec o n s i d e r e d 孙g e t t i n gt h em a x i m u mr e a le i g e n v a l u eo ft h en o r m a l i z e dl i n kg a i n m a t r i c e sw i t hc o n s t r a i n e dc o n d i t i o n s c o m p a r e dw i t hp o w e rc o n t r o l w i t hf i x e d t r a n s m i s s i o np o w e r , t h i ss c h e m er e d u c e sc a l l o u t a g ep r o b a b i l i t y a n di n t e r f e r e n c e ， t h u si m p r o v e st h es y s t 啪c a p a c i t y c h a p t e r 7s t u d i e sp o w e rc o n t r o lf o rw i r e l e s sc e l l u l a rc d m ad a t ac o m m u n i c a t i o n s y s t e m s i n a l l u s i o nt od a t a sn o nr e a l - t i m ec h a r a c t e r i s t i ca n dr e t r a n s m i s s i o n m e c h a n i s m , an e tu t i l i t y - b a s e dp o w e rc o n t r o ls c h e m e ( w h i c h c o n s i d e r s p r i c e f u n c t i o n ) i sp r o p o s e d c o m p a r e dw i t hu t i l i t y b a s e dp o w e rc o n t r o l ( w h i c hc o n s i d e r s n op r i c ef u n c t i o n ) ，t h ef o r m e ri n c r e a s e sm o b i l e su t i l i t y , r e d u c e sm o b i l e se m i s s i o n p o w e r ，a n dt h u se x t e n d s m o b i l e ss e s s i o nt i m ea n d i m p r o v e s t h es y s t e m c a p a c i t y c h a p t e r 8s t u d i e sl o a dc o n t r o lf o rm u l t i s e r v i c e sc d m am o b i l e c e l l u l a r c o m m u n i c a t i o n s y s t e m s l o a d sa r ee s t i m a t e d f i r s t l y f o r u p l i n k a n dd o w n l i n k s e p a r a t e l y , a n dt h e nc o r r e s p o n d i n gc a l la d m i s s i o n c o n t r o lp o l i c yi sp r o p o s e dt om e e t q o sr e q u i r e m e n t so f h e t e r o g e n e o u s s e r v i c e s c h a p t e r 9i st h es u m m a r i z a t i o no ft h ed i s s e r t a t i o n , a n di n d i c a t e s f u r u r e s r e s e a r c hw o r k k e y w o r d s ：c d m & c a l la d m i s s i o nc o n t r o l ，h a n d o f f , p o w e rc o n t r o l ，l o a d c o n t r 0 1 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：日期：2 0 0 2 年7 月年日 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。 褓密萎爹置焉篓敞签名：三睦皇矗=导师签名：幺銎芝3 聃：渺游r 叶日 电子科技大学博士论文 缩略字表 q o s q u a l i t yo f s e r v i c e服务质量 e b n 0 b i t e n e r g yt oi n t e r f e r e n c ed e n s i t yr a t i o 能干比 b sb a s es t a t i o n基站 m sm o b i l es t a t i o n移动台 b e rb i tr a t ee r r o r误比特率 g o sg r a d eo fs e r v i c e服务等级 c a cc a l la d m i s s i o nc o n t r o l呼叫允许控制 h oh a n d o f f切换 p cp o w e rc o n t r o l功率控制 l cl o a dc o n t r o l负荷控制 p sp a c k e ts c h e d u l i n g分组调度 r r mr a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t无线资源管理 i t r cr a d i or e s o u r c ec o n t r o l无线资源控制 a sa c t i v es e t有效集 t a d da c t i v es e ta d dt h r e s h o l d有效集增加门限 t - d e l e t ea c t i v es e td e l e t et h r e s h o l d有效集删除门限 t - r e p l a c ea c t i v es e tr e p l a c et h r e s h o l d有效集取代门限 v ， 一 电子科技大学博士论文 第一章绪论 1 1 蜂窝移动通信系统的发展概述 蜂窝组网理论由美国贝尔实验室提出，是移动通信发展引发的构想，是构 造移动通信网的一种新方法。从8 0 年代初开始，蜂窝理论进入移动通信。第 代蜂窝移动通信系统是模拟移动通信系统，利用模拟传输方式实现话音业务， 包括美国的a m p s ( 先进的移动电话业务) 、英国的t a c s ( 全接入通信系统) 、斯 堪的纳维亚的n m t ( 北欧移动电话) 以及日本的n t t ( 日本电话和电报) 等。第 二代蜂窝移动通信系统是数字蜂窝移动通信系统，利用数字传输方式实现话音 和低码率数据业务，其容量和频谱利用率高于第一代，包括g s m ( 全球移动通 信系统) 、p d c ( 个人数字蜂窝) 、c d m a o n e ( i s - 9 5 ) 以及u s t d m a ( i s 一1 3 6 ) 。 第二代进一步向第三代演变，提供更先进的业务，如速率为1 0 0 - 2 0 0 k b p s 的电 路和分组交换数据业务，这些演变的系统称为2 5 代系统，如g p r s ( 一般分组 无线业务) 。 除了增强第二代移动通信系统支持数据业务的能力外，以i t u ( 国际电信 联盟) 为首的许多国际组织和机构，致力于第三代移动通信系统的研究开发及 相关标准的制定。第三代移动通信系统的特点是宽带化、智能化、个人化，具 有大容量，高速率，多业务，多码率以及变码率的特点，支持移动多媒体业务， 可以为个用户同时提供多种业务，而不同业务具有不同的服务质量要求。 下面对第三代移动通信系统的w c d m a 空中接口和第二代移动通信系统的 g s m 空中接口、i s - 9 5 空中接口进行比较。 表1 - 1w c d m a 和g s m 空中接口的主要差别 w c d v i ag s m 载波间隔5 姗z 2 0 0 k h z 频率复用因子 l1 一1 8 功率控制频率 1 5 0 0 h z2 t t z 或更低 质量控制无线资源管理算法网络规划( 频率规划) 频率分集r a k e 接收机宏分集跳频 分组数据基于负荷的分组调度基于时隙的分组调度 ( g p r s ) 电子科技大学博士论文 下行链路发射分1 支持，可提高下行链路容i 标准不支持，但可应用 集l 量 f 表卜2w c d m a 与i s - 9 5 空中接口的主要差别 i w c d m ai s - 9 5 【载波间隔 5 m h z1 2 5 脚z | 码片速率3 8 4 姐z 1 ，2 2 8 8 m h z l 功率控制频率上行和下行链路都是上行：8 0 0 h z l 1 5 0 0 h z下行：慢功率控制 基站同步不需要需要，通过g p s 同步 i 频率间切换是，通过时间槽测量可能，测量方法来说 明 有效的无线资源管理是，提供要求的服务质量 对于仅有话音业务的 算法 网络不需要 分组数据基于负荷的分组调度 分组数据传送与电路 交换相同 下行链路发射分集支持，可提高下行链路容 标准不支持 量 由于第三代移动通信系统是当前研究的热点，下面介绍第三代移动通信系 统的研究现状。 1 2 第三代移动通信系统在国内、外的研究现状 欧洲、美国、日本以及韩国、中国都在积极开展第三代移动通信系统的研 究工作。 在欧洲，有关第三代移动通信系统的标准化工作主要在e t s i ( 欧洲电信标 准化协会) 内进行，由s m g ( s p e c i a lm o b i l eg r o u p ) 负责。e t s i 定义的第三 代移动通信网络称为u 盯s ( 通用移动通信系统) ，具有与i m t 一2 0 0 0 基本相同的 功能。最早实行的r a c e ( r e s e a r c h a n da d v a n c e dc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g i e s i ne u r o p e ) 计划，是第三代移动通信系统的基础研究。1 9 9 5 年，欧洲又提出 了a c t s ( a d v a n c e dc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g i e sa n ds e r v i c e s ) 计划t 以支持 移动通信系统的研究和开发。r a c e 和a c t s 在第三代移动通信系统方面的研究 成果为e t s 制定相应的标准提供了重要的参考。e t s i s 啪的工作重点在无线 2 - 电子科技大学博士论文 传输技术( r t t ) 及网络结构方面，对r t t 的研究包括w c d m a ( 由e r i c s s o n 公 司提出) 和t d 姒c d m a ( 由s i e m e n s 公司提出) 。w c d m a 和t d m a c d m a 都作为 u m t s i m t 一2 0 0 0 的r t t 候选方案，其中w c d m a 用于f d d ( 频分双工) 方式，而 t d m a c d m a 用于t d d ( 时分双工) 方式。 日本的第三代移动通信系统的标准化研究工作主要由a r i b ( t h e a s s o c i a t i o nf o rr a d i oi n d u s t r i e sa n db u s i n e s s ，对应于i t u - r ) 和t t c ( t h e t e l e c o m m u n c a t i o nt e c h n o o g yc o m m i t t e e ，对应于i t u - t ) 负责。a r i b 通过对 几种r t t 方案的比较，最终选择w c d m a ，其绝大部分参数与e t s i 的w c d m a 一致。 不过，a r i b 的w c d m a 既可用于f d d ，也可用于t d d 。 在美国，第三代移动通信系统的标准化工作主要由t i a ( t e l e c o m m u n i c a t i o ni n d u s t r ya s s o e i a t i o n ) 和t 1 p 1 负责，另外c d g ( c d m a d e v e l o p m e n tg r o u p ) 也在参与对c d m a 的标准化工作。t 1 p 1 提出的w - c d m a n a 与欧洲e t s 、日本a r i b 的w c d m a 有很多相似之处。t i a4 5 3 提出了u w c 一1 3 6 ， t i a4 5 5 提出了c d m a 2 0 0 0 ( 由i s - 9 5 演变而来) 。除此之夕 ，t i at r 4 6 1 还提 出了一种和第二代网络无任何联系的r t t 方案w l m sw - c d m a 。由t 1 p 1 提出的 w c d 姒n a 与t r 4 6 1 提出的w i m sw - c d m a 合并，形成_ i 】p c d 姒方案。 韩国由t t a ( t h et e l e c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ya s s o c i a t i o n ) 负责第三 代移动通信系统的标准化工作，t t a 提出了两套方案，一是t t a l ，二是t t a 2 。 t t a i 对应于多带同步w c d m a ，与e t s i ，a r i b ，t i p l 的w c d m a 相似：t t a 2 对应 于异步w c d m a ，与t r 4 5 5 的e d m a 2 0 0 0 相似。为研究w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 ，分别 成立了3 g p p 和3 g p p 2 。 中国的第三代移动通信系统的标准化由c a t t 负责，提出了具有自主知识产 权的t d s c d m a 方案，被i t u - r 正式接纳，正在完成3 g p p 的标准化工作。我国 提出的另一项标准l a s - c d m a 正在被列为3 g p p 2 的增强型数据业务三种候选方案 之一。 1 3 无线资源管理概述 移动通信系统的目标是提高系统容量，同时保证高质量的通信，要实现这 一目标，可以通过选用高效的调制解调方式、编码方式( 包括信源和信道编码) 、 多址方式、小区复用方式等来实现。这些措施确定了系统中可供使用的物理信 3 电子科技大学博士论文 道和网络结构，可供使用的两个重要的无线资源就是发射功率和信道。无线资 源管理就是通过合理地动态分配这些无线资源，有效地降低系统的干扰，提高 系统的容量，保证通信链路的质量。 无线资源管理( r a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t ) 负责空中接口资源的利用， 保证移动用户的q o s 要求，维持系统预规划的覆盖区，为系统提供大容量。无 线资源管理包括切换控制、功率控制、允许控制、负荷控制以及分组调度等。 切换控制负责处理用户的移动性。当移动用户从一个小区进入另一个小区时， 必然发生切换。切换控制就是运用一定的策略，保证用户越区切换或系统间切 换时通话的连续性，并且使通信质量达到预定的q o s 要求。功率控制使空中接 口的干扰电平维持最小，保证移动用户的q o s 要求。允许控制是对于预期魄信 干比和码率，确保有空闲的无线资源。负荷控制的目的是，以目标方式在给定 的限制条件范围内维持网络无线资源的使用。分组调度是使各分组用户合理地 使用系统的可用资源，为各个用户分配数据速率和分组长度。 无线资源管理算法可以是基于网络的硬件数量，也可以是基于空中接口的 干扰电平，与其相对应的阻塞是硬阻塞和软阻塞。硬阻塞定义为，在空中接口 过载前，硬件限制了容量；软阻塞定义为，空中接口负载超过了设计值。基于 软阻塞的无线资源管理比基于硬阻塞的无线资源管理可以提供更大的容量。在 i s 一9 5 网络中，无线资源管理是基于可用信道( 硬阻塞) ，但是那种方法不适合 于第三代w c d m a 的空中接口。 本论文着重对无线资源管理中的呼叫允许控制、切换控制、功率控制以及 负荷控制进行研究，而负荷控制与允许控制有着直接的联系。在切换控制、允 许控制和负荷控制中，始终贯穿着功率控制，因为功率分配直接影响到不同业 务的相互干扰，从而影响业务质量和系统容量。 1 4 无线资源管理的国内外研究现状晒”3 第三代移动通信系统选用码分多址作为空中接口方案，支持多媒体业 务，且能保证各类业务的不同q o s 要求。下面介绍3 g p p 定义的四种业务类型及 其特征。 第三代移动通信系统u m t s 包括会话类、流类、交互类、背景类四类业务， 电子科技大学博士论文 其主要差别体现在对时延和丢失的敏感性，会话类业务对时延最敏感，对丢失 不敏感；背景类业务对时延不敏感，对丢失最敏感。表卜3 给出了u m t s 的四类 业务及其特征，表1 - 4 给出了业务与服务类型的映射关系。 表卜3u m t s 的四类业务及其特征 i 业务种类基本特征应用举例 会话类流信息实体之间有时延( 时延抖动) 要求，话音 会话类型( 有严格的低时延要求) 流类流信息实体之间有时延( 时延抖动) 要求视频流 交互类要求响应类型，保护有效负荷内容网络浏览 背景类目的地不要求数据在一定时间内到达，保护e m a i l s 的 有效负荷内容 背景下载 、 表卜4 业务与服务类型的映射关系 业务电路分组传输信道服务类型是否需要 交换允许控制 话音电路交换专用信道保险是 分组交换专用信道保险是 w e b 分组交换下行共享信道有保证是 浏览分组交换下行共事信道尽力否 针对第三代移动通信系统的业务类型及其不同的q o s 要求，要采取相应的 无线资源管理策略。 以下的无线资源管理算法都支持移动多媒体业务并满足其相应的q o s 要 求，许多算法可以用于第三代移动通信系统。 1 4 1 切换控制 对于移动多媒体无线网络，当用户从一个小区切换到另一个小区时，要保 证服务的连续性和各类业务的q o s 要求。由于不同业务有不同的带宽要求，要 ：；：；：；：；：圣茎垒查塑主丝塞 动态估计不同业务的切换呼叫所需带宽，从而在切换呼叫的目标相邻小区预留 相应数量的信道“1 。用户可以利用局部信息预测未来切换呼叫的资源需求，为 切换呼叫预留一定数量的资源“3 。切换呼叫还可以采用排队的策略，切换呼叫 的排队优先级根据信号强度及其变化率而动态调整，呼叫的服务顺序不仅依赖 于排队优先级，还依赖于排队等待时间。 对于多媒体无线a t m 网络，可以为切换呼叫预留一定的带宽资源“3 ，不同 业务具有不同的优先等级，对应着不同的预留带宽资源。对于微小区皮小区结 构的移动多媒体网络，采用自适应q o s 切换方案8 1 ，移动多媒体业务的q o s 随 系统已用带宽的变化而自适应调整，可以减小切换失败概率。 在第三代蜂窝移动通信系统中，移动用户使用同一个终端，可以跨越 不同的网络进行通信。无线接入网将移动终端业务发送到当前核心网络的交换 中心，通过路由算法确定目的终端。在不同网络之间漫游时，移动终端要进行 切换。在i m t 一2 0 0 0 中，要考虑不同系统之间的切换，如从u m t s 到g s m g p r s 的 切换，或从g s m g p r s 到u m t s 的切换。m c n a i r 和y l ia n t t il a 分别在文献 6 、 7 提出了不同系统之间的切换。a n 在文献 8 研究了g p r s 与u m t s 网络之间的 切换，用户的q o s 随所处网络的变化而自适应调整。 切换技术是蜂窝移动通信的一个研究热点，与第一代、第二代移动通信相 比，第三代移动通信容量更大，数据速率更高，业务种类更多，在切换中将要 考虑更多的因素，需要改善现有的切换算法，以满足不同业务的q o s 要求。本 文作者在文献【z 5 对第三代移动通信系统切换技术的研究进展作了较为详细的 综述。 14 2 呼叫允许控制 在多业务宽带d s - c d m a 系统中，可以采用三种呼叫允许控制策略”j ，分别 是基于接收功率的呼叫允许控制策略( r p c a c ) ，基于预测的呼叫允许控制策略 ( p c a c ) ，改进的基于预测的呼叫允许控制策略( m p c a c ) 。三种策略都考虑了话 音、视频、w w w 浏览、e - m a i l 业务，对三种策略的呼叫阻塞概率、呼叫掉话概 率以及吞吐量进行了比较，其中改进的基于预测的呼叫允许控制策略优于另外 两种策略。 k i m 在文献 1 0 中提出了多业务c d m a 系统中的一种呼叫允许控制策略，与 6 。 电子科技大学博士论文 文献 1 8 有相似之处。以总的接收功率作为门限值，只有在满足各类业务信干 比和负荷要求的前提下才允许呼叫接入。为了体现不同业务的优先权，对不同 业务设置不同的干扰门限，门限值越高，则该类业务的优先等级越高。另外k i m 还同时考虑了上、下行链路“，上行链路的呼叫接入以干扰为门限，下行链路 的呼叫接入则以发射功率为门限。 多业务c d m a 蜂窝网络可以采用基于有效带宽的呼叫允许控制“，有效带宽 概念来自基于a t m 的宽带综合业务数字网，可以克服c d g j t 蜂窝网络干扰的变 化，从而保证系统的性能。多业务c d m a 蜂窝网络还可以采用基于预测的呼叫允 许控制“，对切换呼叫的允许控制采用了两种策略，一种是切换呼叫完全共享 信道，另一种是基于资源分割的信道保留方案，即对不同业务的切换呼叫预留 不同数量的信道。z h a o 在文献 1 4 提出了混合业务无线网络中的一种分布式呼 叫允许控制策略，利用用户的移动信息来估计未来的需求及可用资源，给切换 呼叫预留资源，该部分资源周期性地刷新，以保证各类业务的q o s 要求。 对于多媒体w - c d m a 系统，由于移动终端的最大发射功率受限制，同时无 线信道是时变的，呼叫允许控制要考虑终端允许的最大发射功率和信道条件， 尽量减小无线信道以及多址干扰的影响“。多媒体w c d m a 系统还可以根据所有 用户的q 0 s 要求计算系统的剩余容量，再确定相应的呼叫接入门限“，并分别 采用固定和动态的呼叫允许控制策略。w c d m a 系统除了采用上述呼口q 允许控制 策略外，还可以采用智能化的呼叫允许控制“，运用模糊逻辑和神经网络技术， 考虑所有业务的0 0 s 要求，预测下一步激活呼叫和新呼叫的干扰，为是否允许 呼叫接入作出判决。 另外，呼叫允许控制也可以基于干扰门限“，当新呼叫到达后，首先测量 多址干扰，再与多址干扰门限值进行比较，若低于门限值，则接纳该呼叫，否 则阻塞该呼叫。多址干扰门限值决定于呼叫中断概率门限，系统的呼叫中断概 率与比特率、0 0 s 要求、传播信道、功控策略直接相关。 对于具有多类业务的分层小区结构的无线蜂窝系统，系统由宏小区和微小 区组成，微小区用以覆盖用户密集的区域，宏小区用以覆盖用户稀疏的区域。 宏小区采用切断优先策略“，以保证宏小区内呼叫的q o s 。当微小区的呼叫出 现拥塞时，可以切换到宏小区。宏小区和微小区的可用资源有差异，各类业务 可以共享这些资源。系统通过微小区优先服务宽带呼叫来降低不周业务服务的 不公平性。 7 ：；：；! 兰型塞奎堂堕圭笙塞 此外，第三代c d m a 系统还考虑将允许控制和流量控制结合起来锄1 ，根据 呼叫到达的时标进行允许控制，根据时隙( 帧持续期) 进行流量控制。呼叫允 许控制可以保证系统各类业务的q o s 要求，如误比特率、时延要求等，流量控 制通过对实时用户和非实时用户的合理调度，保证用户的o o s 要求。 1 4 3 功率控制 发射机功率控制是无线资源管理的重要组成部分，在多媒体c d c a 网络中， 需要对移动终端的功率进行控制，既保证每个用户的q o s 要求，又不增加对其 它用户的干扰。同时还要对用户的数据速率进行控制，以避免出现拥塞。 多速率、多媒体c d l a 系统的功率控制，可以归结为一个有限制的优化问 题“。系统的用户可以分为两类，一类是对时延敏感的用户，另一类是能容忍 时延的用户。对于能容忍时延灼用户，目标是使其有效数据速率达到最大；对 于时延敏感的用户，目标是在保证低时延的前提下，使信干比达到目标值。多 小区、多业务d s c d m a 系统的功率分配也可以归结为最优化问题”“，在保证各 类业务q o s 的前提下，使功耗最小，从而提高系统的吞吐量。对于变速率多媒 体无线蜂窝系统，将功率控制和速率控制相结合“”，并将固定速率的功控算法 加以扩展，将功控问题表述为个线性优化问题。 k a n a d e 在文献 2 4 提出了多媒体d s c d i , i a 系统反向链路的一种最优功率 分配策略，与文献 2 2 相似，其目标是使功耗最小，即容量达到最大。最优功 率分配可以通过一个统一的功率控制函数来近似。 功率控制还可以基于预测”，设计简单的k a l m a n 滤波器来预测信道增益 和干扰功率，从而刷新发射功率，基于预测的功率控制可以降低呼日q 阻塞概率 和呼叫掉话概率。 在新一代移动通信系统中，随着移动i n t e r n e t 用户的增加，数据业务将最 终占支配地位，因而无线数据通信系统的功率就显得尤为重要。由于数据业务 对时延不敏感，当在传输过程中出现误码时，可以选择某种重传协议对数据进 行重传。x i a o 在文献 2 6 提出了无线数据通信系统中种基于效益的分布式功 率控制策略，不再以信干比作为唯的功控目标门限，而是综合信干比、发射 功率，将信干比映射为效益函数，将发射功率映射为代价函数，用户的效益减 去为达到目标信干比所付出的代价为净效益，功控的策略是，使各个用户的净 电子科技大学博士论文 效益达到最