WCDMA无线资源管理算法分析和策略--优秀毕业论文.pdf

i 2 0 1 0 年度专业硕士学位论文 19l l96 学校代码 1 0 2 6 9 学号 6 3 0 8 1 5 0 0 1 6 3 荦震印筇不擎 w c d m a 无线资源管理算法的分析与策略 院系 筮住堂院 类别 王程亟 领 域 筮住王捏 指导教师 羞室鏖数援一 申请人 赵遗挂 2 0 1 0 年9 月完成 2 0 0 9p r o f e s s i o n a lm a s t e r sd e g r e et h e s i s u n i v e r s i t yc o d e 1 0 2 6 9 s t u d e n ti d 6 3 0 8 1 5 0 0 1 6 3 e a s tc h i n an o r m a l u n i v e r s i t y w c d m ar a d i or e s o u r c ea r i t h m e t i ca n a l y z ea n ds t r a t e g y d e p a r t m e n t s o f t w a r ee n g i n e e r i n gi n s t i t u t e t y p e 堕墨墨l 曼 q 曼旦g i 堕曼曼 i 坠g d o m a i n 墨q 鱼堕垒 曼垦壁g i 卫星垦亘塾g s u p e r v i s o r i 垦塾g 丛i 堕g 量蛰卫g 里 q 量垦墨墨q 一一 a p p l i c a n t 2 0 1 0 9 哪0肌5 i i l舢6 4舢8 耵 i 脚y 赵泫祝工程硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 胡士强教授 上海交通大学主席 刘静教授 华东师范大学软件学院 琚小明副教授华尔师范人学软件学院 曹梓涛 副教授华尔师范人学软件学院 周勇院聘 副教授 华尔师范大学软件学院 略 华东师范大学学位论文原创性声明 行的研究工作及取得的研究成果 除文中已经注明引用的内容外 本论文不包含 其他个人已经发表或撰写过的研究成果 对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体 均已在文中作了明确说明并表示谢意 作者签名 氢盘控 日期 矽 6 年 f 月易r 华东师范大学学位论文著作权使用声明 g w c d m a 无线资源管理算法的分析与策略 系本人在华东师范大学攻读 学位期间在导师指导下完成的砚左 博士 请勾选 学位论文 本论文的研究成 果归华东师范大学所有 本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使用此学位 论文 并向主管部门和相关机构如国家图书馆 中信所和 知网 送交学位论文 的印刷版和电子版 允许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被查阅 借 阅 同意学校将学位论文加入全国博士 硕士学位论文共建单位数据库进行检索 将学位论文的标题和摘要汇编出版 采用影印 缩印或者其它方式合理复制学位 论文 本学位论文属于 请勾选 1 经华东师范大学相关部门审查核定的 内部 或 涉密 学位论文 宰 于月 同解密 解密后适用上述授权 2 不保密 适用上述授权 导师签 本人签名绁一 7 6 p 年 1 月矽日 摘要 无线资源管理方案是第三代及未来移动通信系统的关键技术和研究的热点 该技术包括切换控制部分 呼叫接纳部分 功率控制部分 分组调度部分 负荷 控制部分以及移动性管理等 合理使用这些算法能够有效地保证多媒体移动通信 系统中各种业务q o s 要求 优化配置有限的系统资源 提高资源的利用率 本文从软切换控制策略 接入控制策略两方面进行研究 提出了家庭微蜂窝 和宏蜂窝之问的切换 并引入了层的概念 家庭微蜂窝和宏蜂窝使用不同的频率 家庭微蜂窝的覆盖面积是宏蜂窝的一个子集 本文提出了一种提高安全性的切换策略 当某一用户从宏蜂窝切换到家庭微 蜂窝时 相关算法会检查该用户是否为该微蜂窝的家庭成员 否则将拒绝用户的 接入 这种策略提高了系统的安全性和保护了用户的私密性 相反 当用户从微 蜂窝切到宏蜂窝时 这个策略将被忽略 本文同时也研究了分组调度和过载控制两种算法 并提出了一个叫 动态功 率分配 的联合策略 当系统处在过载状念时 如何快速的让负载回到正常水平 保持系统运行稳定非常重要 动态功率分配就是通过降低非实时业务的速率 减 少基站的发射功率来达到这个目的 同时 当基浩处在拥塞时 通过实时调整非 实时业务和高速率业务的功率分配 使得更多的用户能接入到网络中来 提高了 系统的接通率和系统的容量 同时 针对下行过载 提出了基于用户等级的过载控制模式 当系统处于过 载时 过载控制是通过降低或释放部分用户的业务来实现的 一般的设备商都是 基于业务种类 按照其对时延的容忍度来处理的 而该策略是基于用户级别来处 理的 当发生拥塞时 首先处理的是用户级别低的用户 而级别较高用户的业务 将尽可能被保留 这体现了公平性 这个算法是参考了诺基亚西门子相关算法提出来的 虽然没有通过仿真软件 来测试 但对于无线移动多媒体网络具有一定的实用性 关键词 容量 无线资源管理 功率 服务质量 论文类型 应用研究 a b s tr a c t t h er a d i or e s o u r c em a n a g e m e n ti sak e yt e c h n i q u ea n dar e s e a r c hh o t s p o ti nt h e3 g o rf u t u r em o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m i ti n c l u d e sh a n d o f f c o n t r o l c a l la d m i s s i o nc o n t r o l p o w e rc o n t r o l p a c k e ts c h e d u l e l o a dc o n t r o l a n dm o b i l i t y m a n a g e m e n ts oo n i fu s e dp r o p e r l y t h es t r a t e g yc a n b et og u a r a n t e et h er e q u i r e d q u a l i t yo fs e r v i c e o o s o fv a r i o u sc a l l si nm u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o ns y s t e m o p t i m i z et h ea v a i l a b l er e s o u r c ei nt h es y s t e m a n di m p r o v e r e s o u r c eu t i l i z a t i o n t h e h a n d o f fc o n t r o ls c h e m e t h ec a l la d m i s s i o nc o n t r o ls c h e m ea r ed i s c u s s e di nt h i sp a p e r a n dt h e nah a n d o v e rs t r a t e g yb e t w e e nh o m ec e l la n dm a c r oc e l li sp r e s e n t e d i ta d d u c e l a y e r c o n c e p t t h eh o m e c e l la n dm a c r oc e l lu s ed i f f e r e n c ef r e q u e n c ya n dt h e c o v e r a g ea r e ao fh o m ec e l li sas u b s e to f m a c r o s w h i l eau s e rh a n d o v e r f o r mm a c r o c e l lt oh o m ec e l l t h es t r a t e g yc o u l dc h e c kt h eu s e ri st h ef a m i l ym e m b e ro rn o t o t h e r w i s et h eu s e ri sr e j e c t e dt oa c c e s s t h i ss t r a t e g yi m p r o v et h es y s t e ms e c u r i t ya n d u s e rp r i v a c y o nt h ec o n t r a r y i fau s e rh a n d o v e r f r o mh o m ec e l lt om a c r oc e l l t h e s t r a t e g ys h o u l db ei g n o r e d f o rt h ep a c k e ts c h e d u l ea n do v e rl o a dc o n t r o l t h e ya r ea l s od i s c u s s e di nt h i s p a p e r a n das t r a t e g yn a m e d y n a m i cp o w e r d i s t r i b u t i o n i sm a d e w h i l et h es y s t e m i sa to v e rl o a ds t a t u s i ti si m p o r t a n c et om a k et h el o a db a c kt oan o r m a ll e v e la n d r e m a i nt h es y s t e mw o r k i n gs t a b l y d y n a m i cp o w e rd i s t r i b u t i o nc o u l dd o w n g r a d et h e b i tr a t eo ft h en o n r e a lt i m es e r v i c et or e d u c et h et r a n s m i t t e rp o w e ro f b a s es t a t i o n f u r t h e rm o r e w h i l et h ec e l li si nc o n g e s t i o ns t a t e i tc a na d j u s tt h ep o w e r d i s t r i b u t i o no fr e a lt i m es e r v i c ea n dn o n r e a lt i m es e r v i c et ol e tm o r eu s e rc a na c c e s s t h en e t w o r k w h i c hi m p r o v et h ec a l ls e t u ps u c c e s s f u lr a t ea n ds y s t e mc a p a c i t ya s p o s s i b l y f u r t h e rm o r e as t r a t e g yb a s eo nu s e rc l a s s e di sm a d e w h i l ed o w nl i n ko v e rl o a d h a p p e n s o v e rl o a dc o n t r o lw o u l dn o r m a l l yd o w n g r a d e o rr e l e a s es e r v i c eo ft h eu s e r s w h i c hc a nm o r ea b i d et i m ed e l a yt h a nt h eo t h e r s b u tf o rt h i ss t r a t e g y l o w e rc l a s s c a t e g o r yu s e rw o u l db et r e a t e df i r s t h i g h e rc l a s sc a t e g o r yu s e rc a n b er e m a i n e da s p o s s i b l e n t h i ss t r a t e g yu s e l i as i e m e n sc o r r e s p o n d i n ga r i t h m e t i ca sr e f e r e n c e i ti s p r a c t i c a b l ef o rm o b i l em u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o nn e t w o r k sw i t hm u c h s i m u l a t i o n e x p e r i m e n td a t ac v e nt h o u g ht h ef e a s i b i l i t yi sn o tv e r i f i e db yt h es i m u l a t o r k e yw o r d c a p a c i t y r a d i o r e s o u r c em a n a g e m e n t p o w e r s e r v i c e q u a l i t y t h e s i st y p e a p p l i c a t i o ns t u d y i i i 录 第1 章序论 1 1 1 课题背景 1 1 2 本课题的目的和主要任务 2 1 3 论文章节安排 2 第2 章w c d m a 系统结构描述 4 2 1 无线接入网络u t r a n 4 2 1 1u m t s 系统网络构成 4 2 1 2 系统接口 8 2 1 3 无线网络控制器体系结构 9 2 1 4n o d e b 体系结构 9 2 1 5u t r a n 各接口的基本协议结构 1 0 2 2 基本呼叫流程 1 2 2 2 1 基本概念 1 2 2 2 2p s 呼叫流程 1 4 2 3 无线资源管理 1 9 2 3 1 概述 1 9 2 3 2 无线资源管理的功能划分 2 1 第3 章过载控制算法 2 4 3 1 过载控制的基本原理 2 4 3 2 基于宽带发射功率的拥塞控制算法 2 4 3 2 1 上行链路功率组成 2 6 3 2 2 下行链路功率组成 2 6 3 2 3 上行链路负载 p r x t o t a l 2 7 3 2 4 下行链路负载 p t x t o t a l 一3 0 3 3 过载处理的策略 3 2 3 3 1 动态功率分配 3 2 3 3 2 基于用户级别的下行链路负载控制 3 4 第4 章切换算法 3 5 4 1 同频切换 3 5 4 1 1 软切换算法 3 5 4 2 异频切换 3 8 4 2 1 通系统内的硬切换 3 8 4 2 2 异系统间的硬切换 4 0 4 3 宏蜂窝和家庭基站的切换策略 4 0 第5 章分组调度算法 4 2 5 1 分组调度算法 4 2 5 1 1 总体概述 4 2 5 1 2 功率改变估算 4 2 5 2 基于业务类型的分组调度策略 4 6 第6 章总结与展望 4 8 6 1 总结 4 8 6 2 展望 4 8 参考文献 一4 9 附录 5 2 附录一 部分消息内容 5 2 附录二 公式图表索引 5 5 致谢 5 7 w c d m a 无线资源管理算法的分析与策略 1 1 课题背景 第1 章序论 对于无线系统来说 无线资源的概念是很广泛的 它既可以是频率 也可以 是时间 还可以是码字i l l 不论是从哪个角度来看 以移动通信为代表的无线通 信系统都是资源受限的系统 而与此同时用户的数量却在持续地高速增长并且对 通信质量的要求越来越高 因而如何高效地利用有限的无线资源来满足同益增长 的用户需求 提高用户感知度 已经成为令移动通信系统的制造商和运营商同益 关注的问题 无线资源管理 r r m 就是对移动通信系统的空中接口资源的规划和调度 之所以要研究无线资源管理就是希望在有限的无线资源和一定的规划覆盖和服 务质量 q o s 要求的情况下 接入尽可能多的用户 如果没有良好的无线资源 管理技术 即使再好的无线传输技术也无法发挥出它的优势 极端的情况甚至会 导致系统无法讵常运转 无线资源管理涉到一系列与无线资源的分配有关的研究 课题 如接入控制 信道分配 功率控制 切换 负载控制以及分组信息的调度 等 无线资源管理包括以下几个主要方面 1 切换算法 h a n d o v e rc o n t r 0 1 作为无缝通信的一种关键技术 w c d m a 的切换分为软切换 更软切换 和硬切换 2 拥塞控制算法 o v e r l o a dc o n t r 0 1 简单来说 网络负载一般指对网络数据流的限制 使发送端不会因为 发送的数据流过大或过小而影响数据传输的效率 同时可以避免由于网络过分拥 塞 导致不必要的掉线 以维护系统的稳定性 那么就用到了负载控制技术 3 分组调度算法 p a c k e ts c h e d u l e 数据调度是为了提高小区资源的利用率 引入p a c k e ts c h e d u l i n g 技 术 在小区内的速率不可控业务负载过大或过小时 降低或增加b e 业务的吞吐 率 以控制小区的整体负载在一个稳定的水平 w c d m a 无线资源管理算法的分析与策略 4 接入控制 a d m i s s i o nc o n t r 0 1 接入控制涉及负载监测和衡量 负载预测 不同业务的准入策略 不 同呼叫类型的准入策略 而且 上下行链路要分别进行准入控制 从而尽量避免 了系统负载过重的情况 减少了网络拥塞的发生 1 2 本课题的目的和主要任务 无线资源管理的目标是在有限带宽的条件下 为网络内无线用户终端提供业 务质量保障 其基本出发点是在网络话务量分布不均匀 信道特性因信道衰弱和 干扰而起伏变化等情况下 灵活分配和动念调整无线传输部分和网络的可用资 源 最大程度地提高无线频谱利用率 防止网络拥塞和保持尽可能小的信令负荷 通过研究各种业务类型的话务模型 无线传播模型 对现有的一些无线算法进行 研究并优化 使其更能适用于一些新的技术领域 如h s p a m i m o 等 1 3 论文章节安排 论文结构安排大致如下 第一章 序论 介绍课题产生的背景 课题任务和相关功能组成 第二章 w c d m a 系统结构描述 介绍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 第三章 过载控制 介绍和研究了过载控制的算法 并在此基础上提出了动 态功率分配算法基于用户级别的下行链路过载控制策略 第四章 切换算法 介绍和研究了切换算法 结合过载控制和接入控制算法 提出了关于宏蜂窝与家庭基站切换策略 第五章 分组调度 介绍和研究了分组调度算法 通过分析接入控制中对负 载变化的估算 提出了不同业务类型下的分组调度策略 w c d m a 无线资源管理算法的分析与策略 第六章 总结和展望 回顾和总结整个论文过程中的收获 将知识沉淀下来 并记录一些遗留问题 和展望未来 w c d m a 无线资源管理算法的分析与策略 第2 章w c d m a 系统结构描述 2 1 无线接入网络u t r a n u m t s 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 ss y s t e m 通用移动通信系统 是采用w c d m a 空中接口技术的第三代移动通信系统 通常也把u m t s 系统称为 w c d m a 通信系统 u m t s 系统采用了与第二代移动通信系统类似的结构 包括 无线接入网络 r a d i oa c c e s sn e t w o r k r a n 和核心网络 c o r e n e t w o r k c n 其中无线接入网络用于处理所有与无线有关的功能 而c n 处理u m t s 系 统内所有的话音n 乎n t t 和数据连接 并实现与外部网络的交换和路由功能 c n 从 逻辑上分为电路交换域 c i r c u i ts w i t c h e dd o m a i n c s 和分组交换域 p a c k e t s w i t c h e dd o m a i n p s u t r a n c n 与用户设备 u s e re q u i p m e n t u e 一起 构成了整个u m t s 系统 其系统结构如图2 一l 2 1 所示 终瑞援久醒 一荔x 络 一 一一一 一一 3 gc s x l 一p 洲 q 二一 毋fl 删i 一i n t e r n 醴u f 一3 g 一 图2 1u m t s 的系统结构 从3 g p pr 9 9 标准的角度来看 用户设备 u e 和u t r a n u m t s 的陆地无 线接入网络 由全新的协议构成 其设计基于w c d m a 无线技术 而核心网 c n 则采用了2 g 即g s m g p r s 的定义 这样可以实现网络的平滑过度 此外在 第三代网络建设的初期可以实现全球漫游 2 1 1u m t s 系统网络构成 u m t s 网络单元构成如图2 2 囱所示 w c d m a 无线资源管理算法的分析与策略 图2 2u m t s 网络单元构成示意图 从图2 2 的u m t s 系统网络构成示意图中可以看出 u m t s 系统的网络单 元包括如下部分 u e u s e r e q u i p m e n t u e 是用户终端设备 射频处理单元 基带处理单元 协 义栈模块以及应用 软件层软件模块等共同构成了用户终端设备 u e 通过空中接口与网络设备进行 数据交互 为用户提供电路域和分组域的各种业务功能 包括普通的语音业务 可视电话业务 流媒体 i n t e r a c t 应用 如e m a i l w w w 浏览 f r p 等 u e 包括两部分 m e t h em o b i l ee q u i p m e n t 提供应用和服务 u s i m n eu m t ss u b s c r i b e rm o d u l e 提供用户身份识别 u t r a n u m t st e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s sn e t w o r k u m t s u t r a n 即陆地无线接入网 分为基站 n o d e b 和无线网络控制器 r n c 两部分 n o d e b n o d eb 是w c d m a 系统的基站 即无线收发信机 包括无线收发信机和基 带处理部件 3 1 r n c 通过标准开放接口i u b 接口与n o d eb 互连 n o d eb 主要完成 空中接口物理层协议的处理 即物理过程 它的主要功能是扩频 调制 加扰 及解扩 解调 解扰 还包括基带信号和射频信号的相互转换等功能 一个基站 可以有多个射频模块 每个射频模块的基带带宽为1 0 m 如果一个基站的同一扇 区同时拥有一对d ch s d p a d 区和其他r 9 9 瓜5 瓜6 小区 那么该基站应该由多个 w c d m a 无线资源管理算法的分析与策略 射频模块组成 否则会因为带宽不够而导致小区无法建立 n o d eb 由下列几个逻辑功能模块构成 r f 收发放大 射频收发系统 n 基带部分 b b 传输接口单元 基站控制部分 3 r n c r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r r n c 是无线网络控制器 主要完成无线链路的连接建立 修改和删除 手机 移动性管理 宏分集合并 无线资源管理控制等功能 具体如下 1 执行系统信息广播与系统接入控制功能 2 提供移动性管理 呼叫处理 链接管理和切换机制 3 连接i p 分组交换网络提供桥接功能 r n c 不仅支持传统的a t ma a l 2 话音 和a a i5 数据 功能 还支持a t m 上的i p i p o a 和s o n e t 上的数据包 p o s 功能 3 c n c o r en e t w o r k c n 即核心网络 负责与其他网络的连接和对u e 的通信和管理 主要功能 实体如下 1 m s c v l r m s 州l r 是w c d m a 核心网c s 域功能节点 它通过l uc s 接口与u t r a n 相 连 通过p s t n l s d n 接口与外部网络 p s t n i s d n 等 相连 通过c d 接口与 h u 淞u c 相连 通过e 接口与其它m s c u 己 g m s c 或s m c 相连 通过c a p 接 口与s c p 相连 通过g s 接口与s g s n h 连 m s c v l r 的主要功能是提供c s 域 的呼叫控制 移动性管理 鉴权和加密等功能 2 m g w m g w m e d i a g a t e w a y 媒体网关 主要功能是提供承载控制和传输资源 简单的说 m s c 实现了协议中的用户面而m g w j i j 实现了协议中的控制面 m g w 通过与 m s c 和g m s c 的交互 针对核心网的实时可川网络资源 实现资源控制 同时 m g w 具 有完成回声消除 多媒体数字 信号的编解码以及通知音的播放 如现在流行的彩铃 等 功能 另外 m g w 还可以作为信令网中的信令转接点 s t p 为其他网元提供路由和帧协 议转换 3 s g s n s g s n 服务g p r s 支持节点 是w c d m a 核心网p s 域功能节点 它通过i up s w c d m a 无线资源管理算法的分析与策略 接口与u t r a n 相连 通过c n c p 接口与g g s n 相连 通过g f 接口与h l r a u c 相 连 通过g s 接口与m s c m 凡通过c a p 接口与s c p 相连 通过g d 接口与s m c 相 连 通过g a 接口与c g 相连 通过g n g p 接口与s g s n 相连 3 1 s g s n 的主要功能 是提供p s 域的路由转发 移动性管理 呼叫控制 鉴权和加密等功能 与m w g 类似 s g s n 实现了p s 域协议结构中的控制面 4 g g s n g g s n 网关g p r s 支持节点 是w c d m a 核心网p s 域功能节点 通过g n g p 接口与s g s n 相连 通过g i 接口与外部数据网络 i n t e r a c t i n t r a n e t 相连 g g s n 提供数据包在w c d m a 移动网和外部数据网之间的路由和封装 3 g g s n 主要功能是同外部i p 分组网络的接口功能 g g s n 需要提供u e 接入外 部分组网络的关口功能 从外部网的观点来看 g g s n 就好象是可寻址w c d m a 移动网络中所有用户i p 的路由器 需要同外部网络交换路由信息 3 1 5 h l r h l r 归属位置寄存器 是w c d m a 核心网c s 域和p s 域共有的功能节点 它通过c 接口与m s c l r 或g m s c 相连 通过g r 接口与s g s n 相连 通过g c 接口 与g g s n 相连 h l r 的主要功能是提供用户的签约信息存放 新业务支持 增强 的鉴权等功能 4 o m c o m c 功能实体包括设备管理系统和网络管理系统 设备管理系统完成对各独立网元的维护和管理 包括性能管理 配置管理 故障管理 计费管理和安全管理等功能玛1 网络管理系统能够实现对全网所有 相关网元的统一维护和管理 实现综合集中的网络业务功能 同样包括网络业务 的性能管理 配置管理 故障管理 计费管理和安全管理 5 e x t e r n a ln e t w o r k s e x t e r n a ln e t w o r k s h p b 部网络 可以分为两类 电路交换网络 c sn e t w o r k s 提供电路交换的连接 象通话服务 i s d n 和p s t n 均属于电路交换网络 分组交换网络 p sn e t w o r k s 提供数据包的连接服务 i n t e r a c t 属于分组 数据交换网络 w c d m a 无线资源管理算法的分析与策略 2 1 2 系统接口 u m t s 网络单元构成如图2 3 所示 i 歹t r a np l o t o c o ls t a c k s c o n t r o ip l a n e r a n a p s c c p 赫t p 3 b s e r i c es p e 二i f i cl a y e r s a a l 6 a t m p h y c o t en e t w o r kl c sd o m a i n c o r en e t w o r kf p sd o l a j i l 图2 3u m t s 网络单元示意图 4 1 从图2 3 的u m t s 网络单元构成示意图中可以看出 w c d m a 系统主要有如 下接口 1 u u 接口 u u 接口是w c d m a 的无线接口 u e 通过u u 接口接入至i j u m t s 系统的固定网 络部分 可以说u u 接口是u m t s 系统中最重要的丌放接口 2 1 u 接口 l u 接口是连接u t r a n 和c n 的接口 类似于g s m 系统的a 接口和g b 接口 l u 接口是一个开放的标准接口 这也使通过l u 接口相连接的u t r a n 与c n 可以分别 由不同的设备制造商提供 3 i u r 接口 i u r 接口是连接r n c 之间的接口 i u r 接口是u m t s 系统特有的接口 用于对 r a n 中移动台的移动管理 比如在不同的r n c 之间进行软切换时 移动台所有 数据都是通过i u r 接口从正在工作的r n c 传到候选r n c i u r 是开放的标准接口 w c d m a 无线资源管理算法的分析与策略 4 i u b 接口 l u b 接口是连接n o d eb 与r n c 的接口 l u b 接口也是一个开放的标准接口 这 也使通过l u b 接口相连接的r n c 与n o d eb 可以分别由不同的设备制造商提供 2 1 3 无线网络控制器体系结构 无线网络控制器r a d i o n e t w o r k c o n t r o l e r r n c 用于控制u 删的无线 资源 它通常与一个移动交换中心 m s c 和一个s g s n 以及广播域通过i u 接 口相连 在移动台和u t r a n 之间的无线资源控制 r r c 协议在此终止 它在 逻辑上对应g s m 网络中的基站控制器 b s c 控制n o d e b 的r n c 称为n o d c b 的控制r n c c r n c c r n c 负责对其控制的小区的无线资源进行管理 如果在一个移动台与u t r a n 的连接中用到了超过一个r n s 的无线资源 那么这些涉及的r n s 可以分为 服务r n s s r n s 管理u e 和u t r a n 之前的无线连接 它是对应于该 u e 的l u 接口的终止点 无线接入承载的参数映射到传输信道的参数 是否进行 越区切换 丌环功率控制等基本无线资源管理都是有s r n s 中的s r n c 服务 r n c 来完成的 一个与u t r a n 相连的u e 有且只有一个s r n c 漂移r n s d r n s 除了s r n s 以外 u e 所用到的r n s 称为d r n s 其 对应的r n c 则是d r n c 一个用户可以没有 也可以有一个或多个s r n s 通常在实际的r n c 中包含了所有c r n c s r n c 和d r n c 的功能 一2 jf 4n o d e b 体系结构 n o d eb 是w c d m a 系统的基站 即无线收发信机 通过标准的l u b 接口和 r n c 互连 主要完成u u 接口物理层协议的处理 它的主要功能是扩频 调制 信 道编码及解扩 解调 信道解码 还包括基带信号和射频信号的相互转换等功能 同时它还完成一些如内环功率控制等的无线资源管理功能 它在逻辑上对应于 g s m 网络中基站 b t s n o d eb 由下列几个逻辑功能模块构成 r f 收发放大 射频收发系统 t r x 基带部分 b a s eb a n d 传输接口单元 基站控制部分 n o d e b 的逻辑组成如图 2 4 所示 f 一 参 w c d m a 无线资源管理算法的分析与策略 图2 4n o d eb 的逻辑组成框图 2 1 5u t r a n 各接口的基本协议结构 u t r a n 各个接口的协议结构是按照一个通用的协议模型设计的 设计的原 则是层和面在逻辑上是相互独立的 如果需要 可以修改协议结构的一部分而无 需改变其他部分 如图2 5 5 1 所示 一 一 r a d i o c o n e o ip l a n e j s e rp l a r e n e l w o r k l a y e r a p p ka t i o n d d a p r o t 0 c o is t r e i m s 一 t r a n s p o r t t r a r e c t th e t w o r k 了他n s o o r 1 4 e t t o r k t r a n s p o 喜 d k n e 撕o 出u 吝e rp 沮n 等c o n t r 0 p 1 3 暑u e rp 3 n e l a y e r a l c a p s 1 工 s g n a l l m g s i g n a n n g d a t a b e a r e r s b e a r e r i s jb e a r e r s 奉 i 一 p h y s i o a l l 3 y e r 图2 5u t r a n 接口的通用协议模型 从水平层来看 协议结构主要包含两层 无线网络层和传输网络层 所有与 陆地无线接入网有关的协议都包含在无线网络层 传输网络层是指被u t r n q 所选 用的标准的传输技术 与u 豫a n 的特定的功能无关 从垂直平面来看 包括控制面和用户面 控制面包括应用协议 1 u 接口中的r a n a p h r 接口中的r n s a p i u b 接口中 的n b a p 及用于传输这些应用协议的信令承载 应用协议用于建立到u e 的承载 w c d m a 无线资源管理算法的分析与策略 例如在i u 中的无线接入承载及在l u r i u b 中无线链路 而这些应用协议的信 令承载与接入链路控制协议 a ic a p 的信令承载可以一样也可以不一样 它 通过o m 操作建立 用户面包括数据流和用于承载这些数据流的数据承载 用户发送和接收的所 有信息 例如话音和数据 是通过用户面来进行传输的 传输网络控制面在控制 面和用户面之间 只在传输层 不包括任何无线网络控制平面的信息 它包括 a l c a p 协议 接入链路控制协议 和a l c a p 所需的信令承载 a l c a p 建立用于 用户面的传输承载 引入传输网络控制面 使得在无线网络层控制面的应用协议 的完成与用户面的数据承载所选用的技术无关 在传输网络中 用户面中数据面的传输承载是这样建立的 在控制面罩的应 用协议先进行信令处理 这一信令处理通过a l c a p 协议触发数据面的数据承载 的建立 并非所有类型的数据承载的建立都需通过a l c a p 协议 如果没有a l c a p 协议的信令处理 就无需传输网络控制面 而应用预先设置好的数据承载 a l c a p 的信令承载与应用协议的信令承载可以一样也可以不一样 a l c a p 的信令承载通常是通过o m 操作建立的 在用户面里的数据承载和应用协议罩的信令承载属于传输网络用户面 在实 时操作中 传输网络用户面的数据承载是由传输网络控制面直接控制的 而建立 应用协议的信令承载所需的控制操作属于o m 操作 综上所述 u t r a n 遵循以下原则 1 信令面与数据面的分离 2 u t r a n c n 功能与传输层的分离 即无线网络层不依赖于特定的传输技 术 3 宏分集 f d do n l y 完全由u t r a n 处理 4 r r c 连接的移动性管理完全由u t r a n 处理 2 2 4u t r a n 完成的功能 1 和总体系统接入控制有关的功能 准入控制 拥塞控制 系统信息广播 w c d m a 无线资源管理算法的分析与策略 2 和安全与私有性有关的功能 无线信道加密 解密 消息完整性保护 3 和移动性有关的功能 切换 s r n s 迁移 4 和无线资源管理和控制有关的功能 无线资源配置和操作 无线环境勘测 宏分集控制 f d d 无线承载连接建立和释放 r b 控制 无线承载的分配和回收动态信道分配d c a t d d 无线协议功能 r f 功率控制 r f 功率设置 5 时间提前量设置 t d d 6 无线信道编码 7 无线信道解码 8 信道编码控制 9 初始 随机 接入检测和处理 1 0 n a s 消息的c n 分发功能 2 2 基本呼叫流程 2 2 1 基本概念 下面简要介绍信令流程涉及的几个基本概念 1 r n s r a d i on e t w o r ks u b s y s t e m 无线网络子系统 r n s 是一个u t r a n 或者只是u t r a n 的一部分 它通过分配 释放特定无 线资源 用于建立u e 和u t r a n 之间的连接 r n s 包含一个r n c 负责管理 w c d m a 无线资源管理算法的分析与策略 一个小区集内的资源 及其数据发射和接收 2 d r n s d r i f tr n s 漂移r n s d r n c d r i f tr n c 漂移r n c d r n s 是负责维持u e 和u t r a n 之间某个连接的r n s 当u t r a n 和l i e 之间的连接需要使用由非s r n s 控制的小区时 这种能够向s r n s 提供无线资源 的r n s 称为d r n s 此时 d r n s 内部的r n c 就是d r n c 3 s r n s s e r v i n gr n c 服务r n s s r n s 负责维护u e 和u t r a n 之问某个连接的r n s 对于u e 若与u t r a n 之间存在一条r r c 连接 则存在一个s r n s 管理u e 和u t r a n 之间的r r c 连 接 s r n s 内部的r n c 就是s r n c s l 矾c 与d r n c 之间一个很重要的区别是 s r n c 与c n 之问存在i u 连接 而d r n c 与c n 之间没有 从这个角度讲 迁移的过程 也就是删除s r n c 与 c n 之间的l u 连接 建立起d r n c 与c n 之间的l u 连接 从而使s r n c 的功能 向d r n c 转移的过程 4 c r n c c o n t r o l l i n gr a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r 控制r n c c r n c 是负责控制特定u t r a n 接入点的r n c 任何u t r a n 接入点都存 在且只存在一个控制r n c 控制r n c 对u t r a n 接入点的逻辑资源进行总体控 制 5 r n t i r a d i on e t w o r kt e m p o r a r yi d e n t i f i e r 无线网络临时标识 当存在r r c 连接时 用r n t i 标识u e 例如 m a c 协议在公共传输信道 r a c h f a c h p c h 上采用r n t i 来标识u e 有以下几种r n t 小区无线网络临时标识 c r n t i 用于在小区内唯一标识 有r r c 信令连接的u e u t r a n 无线网络临时标识 u r n t i 分配给与u t r a n 之 间具有一条r r c 连接的u e 目的是在u t r a n 内唯一确定一个u e 它是由r n c i d 和s r n t i 组成 s r n c 无线网络临时标识 s 舳 是由s r n c 分配的标 识 目的是在s r n c 中唯一确定一个u e d r n c 无线网络临时标识 d r n t i 由d r n c 为u e 分配 的标识 目的是在d r n c 中唯一确认一个u e 广一 w c d m a 无线资源管理算法的分析与策略 2 2 2p s 呼叫流程 阶段1 r r c 连接建立 u e 处于空闲模式时 如果u e 的n a s 非接入层 请求建立信令连接 u e 将发起r r c 连接建立过程 r r c 建立流程如图2 6 所示 图2 6r r c 建立流程 信令流程描述 1 u e 通过上行c c c h 发送r r c 连接请求消息r r c c o n n e c t i o nr e q u e s t 请求建立一个r r c 连接 该消息包含了连接 请求的原因以及u e 的能力 2 r n c 根据r r c 连接请求的原因以及参数配置情况 决定u e 建 立在专用信道上或公共信道上 并分配r n t i 无线资源和其它资源 l 1 l 2 资源 3 如果r r c 连接建立在专用信道上 r n c 向n o d e b 发送