2.3 无线资源管理
随着无线移动用户数目的与日俱增,无线移动通信系统为用户提供越来越多的数据、图像和视频等多媒体业务信息。这导致了对无线资源更大的需求与无线资源的有限性构成的矛盾。应该以怎样的方式合理有效的分配和利用有限的无线资源,支持尽可能多的用户并保证多种业务的服务质量——无线资源管理,成为重要的研究课题。
无线资源管理(Radio Resource Management,RRM),也称作无线资源控制(RRC)或者无线资源分配(RRA),是指通过一定的策略和手段进行管理、控制和调度,尽可能充分利用有限的无线网络各种资源,保证网络服务质量、满足各种业务的需求。无线资源管理的功能是以无线资源的分配和调整为基础展开的,包括控制业务连接的建立、维持和释放,管理涉及的相关资源等。具体可分为:功率控制(PC)、切换控制(HC)接纳控制(AC)、分组调度(PS)和负荷控制(LC)五个方面。这些功能一般是通过相应的算法来实现,其中接纳控制、分组调度和负荷控制面向网络,功率控制和切换控制面向某个连接。
在CDMA网络的发展过程中,业务以传统的电路型为主,并不断引入多种类型具有不同QoS要求的分组数据业务,这些业务对资源的需求特性是很不相同的,上下行往往是不对称的。广泛采用了以码分多址CDMA为主流的技术带来的“软容量”效应使得无线资源的划分和管理变得更加复杂。又由于CDMA系统是一个自干扰系统,使得资源的使用可以更加灵活和充分,同时使得各种资源的占用和消耗相互依赖关联,难以分析和研究,处理不当往往会造成资源利用效率低下。因此,随着无线通信网络的发展和演进,无线资源管理的功能和作用也日益多样和重要。
CDMA无线资源管理所涉及的主要资源包括码字(C)、功率(P)、时隙(T)和频率(F)四大类。码字是CDMA系统所特有的一种资源,主要包括导频相位和正交码资源等。CDMA系统中,由于传播环境的快速动态变化,对于电路型的数据业务就需要功率控制来动态分配功率资源。功率资源对于覆盖的好坏有直接作用。反向链路除了考虑移动台的发射功率外,基站端通常还将所允许的干扰与热噪声之比(系统负载)视为一种和功率有关的资源。针对那些时分复用的业务,时隙的分配可以靠分组数据业务的调度算法来进行,也就是把时间按照一定策略分配给不同的用户。载频资源主要靠设计网络时确定,网络运行中,可以通过适当手段(如频率间硬切换)来调节利用的情况。
无线资源管理功能在基站中实现,实现的方式各异,但其抽象模型及其相互关系在本质上相差不大。无线资源管理算法的基本模型如图2-9所示:
其中,由资源估计器控制触发整个无线资源管理算法的实现。当有用户业务请求资源时,接纳控制判断是否接纳该请求。对于电路交换类业务,若被接纳,则该业务经功率控制后即可得到服务;对于分组交换类业务,若被接纳,则根据其业务类型送到相应的队列中,由队列调度器进行发送调度,若采用时间调度器,则进行时隙分配。功率及速率调度器完成对发射功率及发送速率的分配。
2.3.1、功率控制
在CDMA系统中,每个用户都被调制到相同的频率上并发射信号,这使得每个用户都成为其他用户的干扰源,一旦这个干扰达到一定程度,每个用户都没法正常解调自己的信号,这时系统的容量也达到了极限,因此为了提高系统的容量和服务质量,精确的功率控制将必不可少。精确的功率控制能够快速实时的跟踪无线环境的变化,使得每个用户发射的功率在满足解调时所需的Eb/Nt的基础上尽可能的小,即它实现了每个移动台在满足通话质量的同时能发射最小功率的目标。在功率控制中需要考虑系统负载的变化、信道状态的快速和慢速变化以及信道的衰落等问题。
功率控制可分为前向功率控制(Forward Link Power Control)和反向功率控制(Reverse Link Power Control)。前、反向功率控制又可分为开环功率控制(Open-Loop PC)和闭环功率控制(Closed-Loop PC)。
由于基站的非相干检测(IS-95)以及基站接收信号定时的不同步,在反向链路上的干扰要比前向链路中的干扰严重,所以对CDMA系统来说反向链路功率控制是必不可少的。在IS-95标准中采用了反向功率控制已达到上述目的。为跟踪衰落的变化,IS-2000系统中的前向和反向链路中都使用了快速功率控制技术。
移动台在空闲状态、接入状态和业务信道的呼叫处理状态下都可以进行功率控制。在空闲状态时,开环功率控制测量值用来估计路径损耗。移动台根据这些测量值计算接入时需要的初始功率值。在系统接入状态下,开环功率控制总在进行,闭环功率控制根据接入过程的类型来决定是否启用。在业务信道状态下,同时使用开环功率控制和闭环功率控制。
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