（通信与信息系统专业论文）第三代移动通信系统中的无线资源管理算法研究.pdf

电子科技大学硕士论文 摘要 全文共分六章，其中第二章到第五章是本文的重点章节，是对作者在硕士研 究生阶段所做研究工作的详细介绍。 在第一章中，作者首先介绍了第三代移动通信系统，即i m t - 2 0 0 0 的起源和 定义，然后介绍了i m t - 2 0 0 0 空中接口的主要目标。根据空中接口的这些主要目 标，作者分析了第三代移动通信系统与第一和第二代移动通信系统的不同之处， 指明了它所具有的显著特点。目前在被国际电联采纳的i m t - 2 0 0 0 空中接口标准 中，w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和t s s c d m a 占据了主导地位。作者从系统带宽、码 片速率、业务承载能力和版本演进等方面对这三种空中接口标准各自具有的特点 进行了讨论。在本章的第- - d , 节中，作者概要性地介绍了本文的研究对象3 g 中的无线资源管理关键技术。从无线资源管理的重要性着手，作者主要介绍了软 切换控制、功率控制、呼叫接纳控制、负载控制和分组调度等几大功能模块，并 对当前国内外的研究现状进行了分析。本章最后，作者给出了本文的研究意义和 全文结构安排。 在第二章中，作者对负载控制的功能和重要性进行了讨论，并分析了目前对 负载控制的研究状况。然后详细介绍了作者所提出的一种w c d m a 系统中业务 负荷的动态分配算法。此算法的基本思想是，中心小区基站根据干扰状况周期性 地调整下行导频信道的电平功率，使得移动台依据接收到的各个基站的导频信号 功率的高低，在中心小区和周围小区中平滑切换，从而实现业务负荷的动态分配， 使整个区域的负载情况尽量趋于动态平衡。从仿真结果可以看出，与恒定导频功 率的方案相比，本算法获得了较好的性能。在本章中，作者还介绍了所使用的系 统模型、仿真环境和仿真参数，给出了相应的仿真结果统计图。 在未来的移动通信系统中，分层小区结构是增大系统容量，满足用户不断增 加的通信需求的有效手段。在第三章中，作者结合分层小区结构的特点，提出了 一种分层小区c d m a 系统中的呼叫按纳控制算法：系统根据当前本小区和周围 小区的干扰情况实时地对呼叫请求作相应控制，保证正在通话的移动用户的通信 质量，以实时语音和非实时数据两种典型业务为研究对象，为切换呼叫设置了高 于新呼叫的优先级，并对暂时得不到资源的切换呼叫( 包括语音和数据业务) 进 行排队处理，计算机仿真结果证明，该算法有效地降低了系统的切换掉话率，适 应分层小区结构的特性要求。同样，本章也给出了所使用的系统模型和仿真参数 电子科技大学硕士论文 以及仿真结果统计图。最后，对该算法的特点和实用性进行了总结。 第四章是对软切换控制中重要门限参数的讨论分析。在w c d m a 系统所采 用的软切换控制算法中，有效集添加门限，有效集删除门限和有效集替换门限这 三个门限参数对整个软切换的控制起到了至关重要的作用。在本章中，作者讨论 分析了这三个重要的门限参数与系统呼叫阻塞率和中断掉话率的关系，并使用 l u c e n t 公司的无线系统设计软件工具c e l l u l a re n g i n e e r i n g4 0 和自编的仿真程序 进行仿真计算。 第五牵对移动台速度估计进行了分析和讨论。对移动台运动速度的估计在未 来的移动通信网络中具有重要意义，是无线资源管理技术向智能化，准确化方向 发展的关键技术。在本章中，作者介绍了目前常用的速度估计方法，并分析了它 们各自的优缺点。最后指出了将这些速度估计方法应用在c d m a 系统中面临的 问题。 第六章是全文的最后一章，作者对燕个研究工作进行了总结，并展望了移动 通信技术的发展为人类带来的美好未来。 关键词：无线资源管理，负载控制，呼叫接纳控制，软切换 电子科技大学硕士论文 a b s t r a c t t h i sp a p e ri n c l u d e ss i xc h a p t e r s t h e s es e c t i o n sf r o mc h a p t e rt w ot oc h a p t e rf i v e a r et h em o s t i m p o r t a n tp a r t s ，w h i c ha r cm a i n w o r k i nc h a p t e ro n e ，t h eo r i g i na n dd e f i n i t i o no f3 ga r ei n t r o d u c e df i r s t l y t h e n ，t h em a i n a i mo fa i ri n t e r f a c eo fi m t - 2 0 0 0i s g i v e n a c c o r d i n g t ot h em a i na i m ，t h e c h a r a c t e r i s t i c so f3 ga r ea n a l y z e d a tp r e s e n t ，w c d m a ，c d m a 2 0 0 0a n dt d s c d m a h a v eh e l dt h el e a d i n gp o s i t i o ni na l lo fa i ri n t e r f a c es t a n d a r d sa d o p t e db yi t u t h e k e yt e c h n o l o g i e so fr a d i or e s o u r c em a n a g e m e n ti n3 g a r ep r e s e n t e di nt h es e c o n d s e c t i o no ft h i sc h a p t e r , w h i c ha r eh a n d o i f , p o w e rc o n t r o l ，c a l la d n f i s s i o nc o n t r o l ，l o a d c 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 e r e s e a r c h s i g n i f i c a n c e a n dt h es t r u c t u r e a r r a n g e m e n t o f t h i sp a p e ra r eg i v e ni nt h ee n do f t h i sc h a p t 钉 i nc h a p t e rt w o ，t h ea u t h o rf i r s t l yd i s c u s s e st h ef u n c t i o na n ds i g n i f i c a n c eo fl o a d c o n t r o l ，a n da n a l y z e s t h er e s e a r c hs i t u a t i o no fl o a dc o n t r o la t p r e s e n t t h e n ，a d y n a m i c d i s t r i b u t i o ns c h e m eo f t r a f f i cl o a di nw c d m a s y s t e mp r o p o s e db y a u t h o ri s p r e s e n t e di nd e t a i l t h em a i ni d e ao ft h i s s c h e m ei st h a tt h ec e n t r a lb a s es t a t i o n p e r i o d i c a l l ya d j u s t s t h ep o w e ro fp i l o ts i g n a li nd o w nl i n ka c c o r d i n gt ot h et o t a l i n t e r f e r e n c es u f f e r e di nu p l i n ks ot h a tm o b i l es t a f f o ni sa b l et oh a n do f rb e t w e e n c e n t r a lc e l la n ds u r r o u n d i n gc e l l ss m o o t h l ya c c o r d i n gt oi n t e n s i t yo ft h ep i l o ts i g n a l f r o me a c hb a s es t a t i o n s t h es c h e m er e a l i z e st h ed y n a m i cd i s t r i b u t i o no ft r a 塌cl o a d n l er e s u l t so fs i m u l a t i o ni n d i c a t et h a tt h i ss c h e m ec a ng e tg o o dp e r f o r m a n c e c o m p a r e dt h es c h e m ei nw h i c ht h ep o w e ro fp i l o ts i g n a li si n v a r i a b l e a tt h es a m e t i m e ，s y s t e mm o d e l ，s i m u l a t i o np a r a m e t e r sa n ds t a t i s t i c a lg r a p h s a r eg i v e ni nt h i s c h a p t e r h i e r a r c h i c a le e l l s t r u c t u r ei st h ee f f e c t i v em e t h o di n t h ef u t u r em o b i l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，w h i c hc a ni n c r e a s et h es y s t e mc a p a c i t y i nc h a p t e rt h r e e ， c o m b i n i n gt h ec h a r a c t e r i s t i co f h i e r a r c h i c a lc e l ls t r u c t u r et h ea u t h o rp r o p o s e sac a l l a d m i s s i o nc o n t r o lp o l i c ya p p l i e di nh i e r a r c h i c a lc e l ls t r u c t u r ec d m a s y s t e m s y s t e m t i m e l yd e a l sw i t ht h ec a l lr e q u e s t sa c c o r d i n g t ot h ei n t e r f e r e n c el o v e lo fl o c a lc e l la n d a d j a c e n tc e l l s ，w h i c hc a ne n s u r et h ec o m m u n i c a t i o nq u a l i t yo fd i a l i n gu s e r s t w o t y p i c a ls e r v i c e si n c l u d i n gv o i c ea n d d a t aa r ec o n s i d e r e d t h ep r i o r i t yo fh a n d o f f c a l l i sh i g h e rt h a nt h a to fn e wc a l l t h er e s u l to fc o m p u t e rs i m u l a t i o ni n d i c a t e st h a tt h i s 1 1 i 电子科技大学硕士论文 p o l i c yr e d u c e se f f e c t i v e l yt h eh a n d o f f b l o c k p r o b a b i l i t y t h e k e yp a r a m e t e r si ns o f th a n d o f f c o n t r o la r ed i s c u s s e da n da n a l y z e di nt h ef o u r t h c h a p t e r i nt h es o f th a n d o f fc o n t r o lp o l i c ya d o p t e db yw c d m a s y s t e m ? a d d ， t _ d r o p a n dt _ r e p l a c et a k ev e r yr o l e i nt h i sc h a p t e r , t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n t h et n e ek e y p a r a m e t e r sa n db l o c kp r o b a b i l i t ya n dd r o p p i n gp r o b a b i l i t yi sd i s c u s s e d a tt h es a m et i m e ，c a l c u l a t ei sc o m p l e t e db yt h er a d i os y s t e md e s i g nt o o lc e l l u l a r e n g i n e e r i n g 4 0f r o ml u c e n tc o v e l o c i t ye s t i m a t i o no f m o b i l es t a t i o n si sa n a l y z e di nt h ef i f t hc h a p t e le s t i m a t i n g t h em o v e m e n t v e l o c i t yo f m o b i l es t a t i o nh a sv e r yi m p o r t m l ts i g n i f i c a n c ei nt h ef u t u r e m o b i l ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r k i nt h i s c h a p t e r , t h e a u t h o ri n t r o d u c e st h em a i n m e t h o d so f v e l o c i t ye s t i m a t i o n a n da n a l y z e st h ea d v a n t a g e sa n ds h o r t c o m i n g so ft h e m i nt h ee n do ft h i sc h a p t e r , t h ep r o b l e m so fv e l o c i t ye s t i m a t i o nf a c e di nc d m a s y s t e m a r ed i s e u s s e d t h es i x t hc h a p t e ri st h el a s ts e c t i o no ft h i sp a p e r t h ea u t h o rs u m m a r i z e st h et o t a l r e s e a r c hw o r ki nt h i sc h a p t e ra n dd e s c r i b e st h eb e a u t i f u lf u t u r eo fh u m a nb r o u g h to u t b y t h ed e v e l o p m e n to f m o b i l ec o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y , i v - 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：肼年 月“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：导师签名：羞邋 导师签名：盔! 硷 日期：w 暇戽月f1 日 电于科技大学硕士论文 c d m a c d m m 2 0 0 0 e d g e f d v i a g p r s g p s g s m i m 2 - 2 0 0 0 i t u h c s q o s r 鼢“ s i r t d m a t d s c d m a w c d m a 简略字表 c o d ed i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s2 0 0 0 e n h a n c e dd a t ar a t ef o rg l o b a le v o l u t i o n f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s g e n e r a lp a c k e tr a d i os y s t e m g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m n m n i c a t i o n s i n t e r n a t i o n a lm o b i l e r e l e c o m m u n i c a t i o n si n 2 0 0 0 i m e m a d o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n h 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 e q u a l i t yo f s e r v i c e r a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t 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 nm u l t i p l ea c c e s s t i m ed i v i s i o ns y n c h r o n o u sc o d ed i v i s i o n m u l t i p l ea c c e s s w i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s v 码分多址 码分多址2 0 0 0 全球演进增强数 据速率技术 频分多址 通用分组无线电 系统 全球定位系统 全球移动通信系 统 国际移动通信系 统2 0 0 0 国际电信联盟 分居小区结构 业务质量 无线资源管理 信干比 时分多址 时分一同步码分 多址 宽带码分多址 电子科披大学硕士论文 第一章绪论 1 1 第三代移动通信系统概述 现有的第二代蜂窝通信系统包括g s m 和i s 一9 5 ，它们能够为移动用户提供 9 6 k b p s 的低速话音业务。被称为2 5 代的g p r s ( g e n e r a l p a c k e tr a d i os y s t e m ) 和e d g e ( e r d a a n t e dd a t ar a t ef o rg l o b a le v o l u t i o n ) 系统增强了分组数据业务 的传输能力，将最大传输速率分别提高到1 6 0 k b p s 和3 8 4 k b p s 使移动用户能够 获得除话音以外的更多的无线数据服务。随着移动通信、数据通信和i n t e m e t 的飞速发展与日益融合，移动用户对于多种业务服务的需求不断增长，亟需研 究出能够提供更大带宽、更大容量和更灵活服务的第三代移动通信系统。 第三代移动通信系统，俗称3 g ，即i m t - 2 0 0 0 ( i n t e r n a t i o n a l m o b i l e t e l e c o m m u n i c a t i o n - 2 0 0 0 ) ，是国际电信联盟( i t u ) 在1 9 8 5 年首先提出的。当 时被称为未来公众陆地移动通信系统，即f p l m t s ( f u t u r e p u b l i cl a n dm o b i l e t e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m s ) 。随着时间的推移，i m t - 2 0 0 0 的要求和目标愈加清 晰，由于f p l m t s 这个名称含义不准确，1 9 9 6 年i t u 正式将其更名为全球移 动通信系统i m t - - 2 0 0 0 ，意即工作在2 0 0 0 m h z 频段，预期在2 0 0 0 年左右商用 的系统。 i m t - 2 0 0 0 空中接口的主要i f l 标如下： 最高可达2 m b p s 的比特率： 可变比特速率以提供需求带宽； 将有不同服务质量要求的业务例如语音、视频和分组数据复用到一条单 一的连接中； 满足对时延敏感的实时业务到比较灵活的尽力而为型的分组数据的时 延要求； 从1 0 的误帧率到1 0 缶的比特误码率的质量要求； 与第二代系统的共存以及为增加覆盖和负载均衡而要在两种系统之间 进行切换的功能； 支持上下行业务量不对称的服务如浏览网页造成的下行负载远大 电子科技大学硕士论文 于上行负载； 高频谱利用率； f d d 、t d d 两种模式的共存； 从i m t - 2 0 0 0 空中接口的主要目标中可以看出，更高的特速率数据业务和 更好的频谱利用率是第三代移动通信系统不同于第一和第二代移动通信系统的 显著标志，它也体现了当今移动通信技术发展的新趋势。 围绕以上目标，各组织向国际电联提交了各自的空中接口标准，其中以 c d m a 技术作为多址接入方式的三大标准逐渐占据了主导地位，他们是 w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a 。三大标准在无线接入技术方面都有完整 的定义和提高速率的方案，在核心网技术方面，都有向分组化演进的路线。 w c d m a 标准由3 g p p 组织制订，目前己经有四个版本，即r 9 9 、r 4 、r 5 和r 6 。它的主要特点是无线接入网采用w c d m a 技术，核心网分为电路域和 分组域，分别支持话音业务和数据业务，并提出了开放业务接入( o s a ) 的概 念。其扩频码速率为3 8 4 m c h i p s ，载波带宽为5 m h z 。上下行链路都采用快速 闭环功率控制技术，各基站间无需同步。上下行链路采用基于导频符号和公共 导频的相干检测。 e d m a 2 0 0 0 标准由3 g p p 2 组织制订，版本包括r e l e a s e 0 、r e l e a s e a 、e v d o 和e v d v ，r e l e a s e 0 的主要特点是沿用基于a n s i - - 4 1 d 的核心网，在无 线接入网和核心网增加支持分组业务的网络实体。多载波方式下，多个带宽为 1 2 5 m h z 的窄带i s 9 5 载波捆绑在一起形成下行多载波传输，码片速率为n x 1 2 2 8 8 m c h i p s ( n 为载波个数，可取1 ，3 ，6 ，9 ，1 2 ) 。下行基站间必须同 步，因此需要全球定位系统( g p s ) 。c d m a 2 0 0 0 和w c d m a 都采用频分双工 ( f d d ) 方式，需要成对的频率规划。 t d - - s c d m a 标准也由3 g p p 组织制订，目前采用的是中国无线通信标准 组织( c h i n aw i r e l e s st e l e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d ，c w t s ) 制订的t s m ( t d - - s c d m ao v e rg s m ) 标准，基于t s m 标准的系统其实就是在g s m 网络支持 下的t d - - s c d m a 系统。一方面利用3 g 的频谱来解决g s m 系统容量不足， 特别是在高密度用户区容量不足的问题，另一方面可以为用户提供初期最高达 电子科技大学硕士论文 3 8 4 k b i t s 的各种速率的数据业务，t d s c d m a 采用时分双工( t d d ) 、 t d m a j c d m a 多址方式工作，扩频码速率为1 2 8 m c h i p s ，载波带宽为1 6 m h z ， 其基站间必须同步，与其他两种技术相比采用了智能天线、联合检测、上行同 步及动态信道分配、接力切换等技术。具有频谱使用灵活、频谱利用率高等特 点，适合非对称数据业务。 为移动用户提供高度灵活、速率可变的多种业务是第三代移动通信网络和 未来无线通信网络的主要发展方向。第三代移动通信系统为人们展现了一个随 时、随地、以多种方式进行高速通信的美好未来。从1 9 9 9 年3 月芬兰以甄选的 方式发放第一个3 g 牌照开始，到日本的n t td o c o m o 率先开通了全球第一个 3 g 业务，3 g 已在世界范围内掀起滚滚浪潮。我国3 g 的发展基本上是与国际 同步的，尤其是在我国自主提出t d - - s c d m a 的技术被i t u 接纳以后，3 g 更 成了人们所关注的焦点之一。毫无疑问，3 g 已经对全球的社会和经济产生了巨 大的影晌，成为2 0 世纪末和2 l 世纪初技术和经济发展的焦点之一。 1 ，2 无线资源管理技术概述 第三代移动通信系统中的无线资源管理( r a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t ，简 称r r m ) 负责空中接口资源的利用。它保障各类业务满足服务质量( q o s ) 的 要求，确保达到规划的覆盖区域，尽可能地提高系统容量和资源利用率。第三 代移动通信系统中的无线资源管理主要包括切换控制、功率控制、呼叫接纳控 制、负载控制和分组调度等内容。 第一和第二代系统中的相邻小区之间使用不同的载波频率，因而当移动台 在小区边界需要切换到新的目标小区时，必须中断业务信道，这被称之为硬切 换。在c d m a 系统中，由于相邻小区之间共用相同的频率，移动台可以不中断 原有连接，而同时与新的目标基站建立连接。这就是所谓的软切换( s o f t h a n d o f f ) 。由于处于软切换状态的移动台同时与多个基站保持连接，m s c 可以 从多个基站接收到的相同帧中选出质量最好的一个，从而提高了通信链路的健 壮性，产生了宏分集增益。但是软切换也占用了更多的下行信道资源，增加了 系统内的信令开销。与单层小区系统相比，分层小区系统存在层间切换。当低 速移动台在微小区层没有空闲信道可用时，可切换到宏小区层占用宏小区层的 电子科技大学硕士论文 空闲信道：而宏小区服务的呼叫业务不能切换到微小区层。对于“嵌入”式分 层小区( 较小的小区“嵌入”较大的小区) ，当移动台进入不被同层小区覆盖的 区域时也会发生层间切换。综上所述，处于软切换状态的移动台应该维持在一 个合理的比例，比例过多或过少都不能使系统的容量得到最大程度的发挥。因 此设计合理的软切换算法，设置恰当的软切换门限值是无线资源管理中的一项 重要内容。 功率控制是小区无线通信中的一个重要的问题。在f d m a 和t d m a 小区 系统中，有限带宽的频率被划分成一定数量的信道。在这些系统中，只要共信 道干扰是可容忍的，每个小区所要求的载干比( c i r ) 水平能得到满足，一个 小区中的信道就能被其它小区重用。一旦执行信道分配，功率控制必须限制共 信道干扰。一个小区的传输功率一方面必须被减小，以降低在其它共信道小区 中的干扰，另一方面必须大到接收端能够达到足够的信号质量，满足通信的需 要。因此，小区系统的容量在有效的功率控制下能达到最大。在c d m a 小区系 统中，功率控制是最重要的问题，因为c d m a 系统是仅仅干扰受限的。功率控 制( p o w e rc o n t r 0 1 ) 的主要目标是使得所有移动台以恰好能满足信号目标能干 比( c i r ) 要求的最低功率电平发送信号，以此降低整个系统的同频和邻频干 扰，节省移动台的能量消耗，同时使得基站接收到的本小区内的各个移动台的 上行信号功率相同，从而克服“远近效应”。3 g 系统中采用的快速功率控制技 术还能迅速的跟踪信道变化情况，对多径传播造成的快衰落进行补偿，保证接 收端的信号功率电平值。在开环功率控制技术中，移动台根据接收到的基站信 号功率的强弱来大致确定发射功率的大小。由于上下行链路的相关性很小，使 得上下行信号的传播经历不尽相同的衰落，因此开环功率控制技术很不准确， 需要闭环功率控制技术加以修正。在闭环功率控制技术中，基站通过估计接收 的比特能量与干扰功率谱密度之比并发出相应的功率调整命令，移动台根据功 率调整命令提升或降低发射功率以此补偿不相关的路径损耗变化以及附加的干 扰源。外环功率控制根据接收信号的误比特率或误帧率来调整目标能干比 ( c i r ) 的设置值。功率控制是c d m a 系统中不可缺少的重要部分，功率控制 算法的性能将对整个系统的性能产生很大的影响。 在c d m a 系统中，每增加一个呼叫，在所有移动台看来，干扰电平都会增 4 电子科技大学硕士论文 加，相应地，为了保证呼叫的完整性，每个移动台都应适当地提高自己的发射 功率，这种调整反过来又提高了下一个移动台所必须克服的干扰电平。这个过 程自身不断重复，直至一个移动台最终没有足够的功率来克服干扰电平，不能 在基站获得满意的话音质量，此时通信链路被迫中断，系统到达了它的容量极 限。过重的空中接口负载将使小区的覆盖区域下降到规划值以下，且已有的连 接的业务质量得不到保证。因此在c d m a 系统的无线资源管理中，呼叫接纳控 制( c a l l a d m i s s i o nc o n t r 0 1 ) 是必不可少的。有效完善的呼叫接纳控制算法能对 新呼叫请求进行控制，根据实际情况对当前的系统容量作出限制，从而很好地 保障已有连接的通信质量并最大限度地提高系统资源利用率。在接受一个新的 连接前，呼叫接纳控制必须检查请求接入是否会牺牲规划好的覆盖区域或已有 连接的质量。呼叫接纳控制是在无线接入网络中接受或拒绝建立无线接入承载 的请求，当承载建立或修改时呼叫接纳控制算法就被执行。呼叫接纳控制功能 体位于无线网络控制器( r n c ) 中，在该处可获得来自几个小区的负载信息。 呼叫接纳控制算法将评估建立这些承载所导致的无线网络负载的增加，这必须 对上下行链路两个方向分别进行评估。请求的承载仅当上下行链路的呼叫接纳 控制均接受它才可被接纳，否则由于它会在网络中产生过量的干扰而将它拒绝。 呼叫接纳控制的限制条件由无线网络规划来设置。 无线资源管理功能体的一个重要任务是确保系统不过载并维持稳定。但仅 仅依靠恰当的规划设计、呼叫接纳控制和分组调度功能还不能保证返一点。如 果遇到过载，无线资源管理中的负载控制功能体将使系统迅速并且可控地回到 无线网络规划所定义的目标负载值。为降低负载，可能的负载控制方案有这些： 上行链路快速负载控制：降低被上行链路快速功控使用的上行链路e b n o 的目标值； 减少分组数据业务的吞吐量： 切换到另一个载波： 将用户切换到邻近小区； 降低实时业务的比特速率： 强制中断已有的通信连接； 以分组交换方式为基于i n t e m e t 的大量非实时数据业务提供服务可以优化 电子科技大学硕士论文 系统的频谱利用率。在分组交换网络里，业务的q o s 要求通常包括分组延时 ( p a c k e td e l a y ) 、延时抖动( d e l a yj i t t e r ) 、吞吐量( t h r o u g h p u t ) 和分组丢失率( p a c k e t l o s sr a t e ) 等性能参数。当有多个分组业务流等待接受服务时，必须确定合理的 服务规则，安排流的服务顺序和服务时间，以满足各个业务流的q o s 要求，这 就是分组调度所要解决的基本问题。无线资源管理功能体中的分组调度器位于 r n c 中，它负责在分组数据用户之间划分可用的空中接口容量，确定用于每个 用户的分组数据传输的传输信道，监视分组分配和系统负载。 目前3 0 系统中无线资源管理领域下的一些关键技术还不太成熟、有待于 进一步改进。例如多业务下的系统容量估计、上、下行非对称业务的接入控制 方案以及快速功率控制和软切换的优化等等都是值得进一步研究的技术点。随 着3 g 网络的技术日渐成熟，无线通信领域的研究热点逐渐转移到4 g 网络。4 g 网络可以向移动用户提供分布的多媒体业务，即任何时间，任何地点都可以向 用户提供多媒体业务，要满足这个要求，需要采用宽带无线接入技术，终端可 以有多种工作模式，可以工作在多个频段。随着研究的深入和技术的发展，用 户要求的最大数据速率将不断增加，不同接入技术最终融合，网络将演化为“全 i p ”网。终端向多种无线配置演化，可以选择多种接入技术，工作在不同的网 络。针对第四代移动通信系统的新的业务要求，4 g 中的无线资源管理技术将得 到新的发展。联合信道分配、天线及基站选择等新技术、新概念将会成为新的 研究热点。 1 3 本文的研究意义及课题来源 无线资源管理是3 g 系统设计中的关键技术，是保证各用户多业务q o s 质 量、维持系统稳定工作的不可或缺的一环，它涉及到u e 、n o d eb 和r n c 等 多个网络单元的设计构造。如何在恶劣的无线传播环境里以及用户运动且相互 干扰的情况下为各类业务提供q o s 保证，同时充分利用珍贵的无线频谱资源， 是3 g 系统必须认真解决的问题。3 g 系统较高的传输速率和繁多的业务种类使 得无线资源的管理控制更加复杂。研究无线资源管理算法的重要意义已被3 0 业界所广泛认同，目前对它的研究已成为无线通信研究领域中的热点。 本课题的研究目标是在负载控制、呼叫接入控制和软切换控制等关键技术 电子科技大学硕士论文 中提出具有创新性和可行性的算法，对已有算法的关键技术参数进行仿真讨论。 采用数学理论推导和计算机程序仿真验证相结合的研究方法，通过程序仿真来 验证算法的正确性，并对算法进行修正。本课题是针对还没有商用的3 g 系统而 进行的研究，因而具有很强的针对性和前沿性。所提出的各项无线资源管理算 法是别人没有提过的或者是对以有算法的改进，因此具有一定的创新性，这些 算法和仿真结果对于3 g 系统的初始网络布局和网络节点的优化设计具有一定 的参考价值。通过本课题的研究工作，使研究者对3 g 系统，尤其是3 g 中的无 线资源管理技术有更深刻的理解和掌握，在数学推算能力、计算机编程技巧等 方面得到一定的提升。从而使研究者的科研水平得到一次很好的锻炼并积累相 关经验，为阻后进一步从事移动通信领域的研究工作打下良好的基础。 本课题受中兴基金项目第三代移动通信系统的无线资源管理及系统优化 的研究支助。 1 4 全文结构安排 全文共分六章，其中第二章到第五章是本文的重点章节，是对作者在硕士 研究生阶段所做研究工作的详细介绍。 在第一章中，作者首先介绍了第三代移动通信系统，即i m t - 2 0 0 0 的起源 和定义，然后介绍了i m t - 2 0 0 0 空中接口的主要目标。根据空中接口的这些主 要目标，作者分析了第三代移动通信系统与第一和第二代移动通信系统的不同 之处，指明了它所具有的显著特点。目前在被国际电联采纳的i m t - 2 0 0 0 空中 接口标准中，w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和t s s c d m a 占据了主导地位。作者从系 统带宽、码片速率、业务承载能力和版本演进等方面对这三种空中接口标准各 自具有的特点进行了讨论。在本章的第二小节中，作者概要性地介绍了本文的 研究对象3 g 中的无线资源管理关键技术。从无线资源管理的重要性着手， 作者主要介绍了软切换控制、功率控制、呼叫接纳控制、负载控制和分组调度 等几大功能模块，并对当前国内外的研究现状进行了分析。本章最后，作者给 出了本文的研究意义和全文结构安排。 在第二章中，作者对负载控制的功能和重要性进行了讨论，并分析了目前 电子科技大学硕士论文 对负载控制的研究状况。然后详细介绍了作者所提出的- t o ow c d m a 系统中业 务负荷的动态分配算法。此算法的基本思想是，中心小区基站根据干扰状况周 期性地调整下行导频信道的电平功率，使得移动台依据接收到的各个基站的导 频信号功率的高低，在中心小区和周围小区中平滑切换，从而实现业务负荷的 动态分配，使整个区域的负载情况尽量趋于动态平衡。从仿真结果可以看出， 与恒定导频功率的方案相比，本算法获得了较好的性能。在本章中，作者还介 绍了所使用的系统模型、仿真环境和仿真参数，给出了相应的仿真结果统计图。 在未来的移动通信系统中，分层小区结构是增大系统容量，满足用户不断 增加的通信需求的有效手段。在第三章中，作者结合分层小区结构的特点，提 出- r 一种分层小区c d m a 系统中的呼叫接纳控制算法：系统根据当前本小区和 周围小区的干扰情况实时地对呼叫请求作相应控制，保证正在通话的移动用户 的通信质量，以实时语音和非实时数据两种典型业务为研究对象，为切换呼叫 设置了高于新呼叫的优先级，并对暂时得不到资源的切换呼叫( 包括语音和数 据业务) 进行排队处理，计算机仿真结果证明，该算法有效地降低了系统的切 换掉话率，适应分层小区结构的特性要求。同样，本章也给出了所使用的系统 模型和仿真参数以及仿真结果统计图。最后，对该算法的特点和实用性进行了 总结。 第四章是对软切换控制中重要门限参数的讨论分析。在w c d m a 系统所采 用的软切换控制算法中，有效集添加门限，有效集删除门限和有效集替换门限 这三个门限参数对整个软切换的控制起到了至关重要的作用。在本章中，作者 讨论分析了这三个重要的门限参数与系统呼叫阻塞率和中断掉话率的关系，并 使用l u c e n t 公司的无线系统设计软件工具c e l l u l a re n g i n e e r i n g4 0 进行仿真计 算。 第五章对移动台速度估计进行了分析和讨论。对移动台运动速度的估计在 未来的移动通信网络中具有重要意义，是无线资源管理技术向智能化，准确化 方向发展的关键技术。在本章中，作者介绍了移动台速度估计对将来的无线资 源管理技术的进步所起到的关键作用。然后详细介绍了目前常用的速度估计方 法，并分析了它们各自的优缺点。最后指出了将这些速度估计方法应用在 c d m a 系统中面临的问题。 电子科技大学硕士论文 第六章是全文的最后一章，作者对整个研究工作进行了总结，并展望了移 动通信技术的发展为人类带来的美好未来。 电子科技大学硕士论文 第二章w c d m a 系统中业务负荷的动态分配算法 负载控制是第三代移动通信系统中无线资源管理的重要组成部分。由于用 户的移动性和无线传播环境的变化，每个小区的负载情况是动态的。负载控制 功能体使得系统能够稳定工作在不过载的状态。在当前关于3 g 无线资源管理 的研究工作中，人们对负载控制算法的研究较少。本章以w c d m a 系统为研究 对象，以单一的语音业务为例，提出了一种业务负荷的动态分配算法，最大限 度地平衡各个小区的负载情况，起到了一定效果。 2 1 引言 w c d m a 系统所采用的码分多址接入方式确定了它是一个自干扰系统。当 某个小区的业务负荷过高时，此小区内的移动台和基站都将大大提升发送功率， 从而对l 临近小区造成严重干扰，降低了整个系统的服务质量。如果将业务负荷 尽可能地在各基站间平均分配，使得移动台以满足通信质量要求的最小功率发 送信号，则能够降低整个系统的干扰，最大限度地提高系统容量和服务质量， 使有限的空中接1 ：3 资源得到充分地利用。在参考文献【1 中，作者推导出了上、 下行链路的负载因子，以此作为负荷控制的参数依据。在参考文献【2 和【3 】中， 作者提出了一种自适应负载控制算法。并给出了算法带来的容量增益与周围小 区自身负载强度的关系。在w c d m a 系统中，导频信号强度是移动台进行软切 换的一种参数依据，在这种方式下，移动台与测量到的导频功率最强的一个或 多个基站进行通信。当基站的导频功率升高时，将有更多的移动台与其连接； 反之，当导频功率降低时，部分移动台将切换到有更高导频功率的基站。基于 这一机制，本章提出了下面的业务负荷平均分配算法。此算法的基本思想是， 中心小区基站根据干扰状况周期性地调整下行导频信道的电平功率