第6章 无线资源管理.docx

1、第6章 无线资源管理课程WCDMA基本原理 (cover)ISSUE 1.0模板使用说明：(Notes Heading,F10) 1. 本模板为培训手册写作专用模板。模板中蓝字字体为该段落应选取的样式，红色字体为模板的使用说明。(Notes Text,F8)2. 套用该模板时，请按正确步骤加载模板。3. 建议直接用该模板建一个新文件来进行写作。写作时一定不要删除文中的分节，直接将封面、课程说明、正文、小结等几部分内容直接拷贝到相应位置，并删除该位置的示例内容，再套用相应的样式。样式说明：(Notes Heading,F10)4. 本模板中标题号、页码为自动编号，不需要修改。5. 表格和图形编号

2、会在章内自动重新编号，正文中的表格和图形编号需要手动插入“交叉引用”。6. Notes Text为自动编号。若不需要编号，需要手动取消编号。(Notes Text,F8)7. 页眉中左侧的课程名称需手动修改；右侧的章节名称及编号由原来的“交叉引用”改为“域”，会自动更新。设置好后就不再需要插入和更新。样式快捷键样式快捷键标题1 (Heading 1)Alt+1表格题注 (Table Description)F5标题2 (Heading 2)Alt+2表头 (Table Heading)F6标题3 (Heading 3)Alt+3表正文 (Table Text)F7标题4 (Heading 4)

3、Alt+4说明内容 (Notes Text)F8正文 (Normal)F2特别说明 (Notes Heading)F10正文项目 (Item List)F3图题注 (Figure Description)F11自动编号 (Item Step)F4图文本 (Figure Text)F12模板中样式与快捷键对应表：8. 强烈推荐大家使用快捷键，真的又快又方便。9. 请将该模板放到MicrosoftTemplate下，只有这样快捷键才能生效。目 录（TOC Heading）6.1 概述 26.1.1 无线资源管理的目的 26.1.2 无线资源管理的任务 36.1.3 无线资源管理的流程 46.2 信

4、道配置 46.2.1 基本信道配置 46.2.2 DCCC（Dynamic Channel Configuration Control） 56.2.3 码资源管理算法 76.3 功率控制 96.3.1 功控的目的和分类 96.3.2 开环功控 106.3.3 闭环功控 116.3.4 多业务功控 146.3.5 软切换下的功控 156.3.6 下行功率平衡 166.4 连接移动性管理 176.4.1 UE在不同模式和状态下的越区 176.4.2 切换的分类 186.4.3 切换的基本流程和基本概念 196.4.4 软切换 206.4.5 硬切换 226.4.6 压缩模式 246.4.7 SRN

5、S（Serving Radio Network Subsystem）迁移 256.5 负载控制 276.5.1 负载控制概述和负载测量 276.5.2 准入控制 286.5.3 负载平衡 296.5.4 数据调度 316.5.5 拥塞控制 316.6 AMRC（AMR模式控制） 326.6.1 AMR语音编码 326.6.2 AMRC 32说明：在目录表格中单击鼠标右键，选择更新域菜单项即可更新目录。第6章 无线资源管理6.1 概述无线资源管理（RRM，Radio Resource Management），采用一系列的算法，对空中接口资源，即无线资源进行管理。WCDMA系统为自干扰系统，即系统

6、内用户间存在相互干扰。为了尽可能保证系统内所有用户的QoS （Quality of Service），无线资源管理的算法从公平角度出发，制定了各用户使用无线资源的规则，即所有用户在保证自己进行业务所需要的QoS 前提下，最低限度地使用无线资源，从而降低该用户对系统内其他用户的干扰。用户在WCDMA系统中进行业务需要的无线资源有频率、信道化码和功率等，其中提高某用户的发射功率有利于提高该用户的QoS ，但同时该用户对系统内其他用户的干扰也相应增加。在WCDMA系统中，功率是最终的无线资源，管理无线资源最有效的手段就是严格控制功率的使用，在保证用户QoS 的前提下，遵循功率最小化的原则。（标题2，

7、Alt+2）6.1.1 无线资源管理的目的 保证CN（Core Network）所请求的QoS无线资源管理的前提是要保证用户业务的QoS，业务的QoS要求有误块率、传输时延和业务速率等，该QoS由CN所请求。无线资源管理就是以CN所请求的QoS为依据，通过信道配置算法、功率控制算法、切换控制算法和负载控制算法等，分配和管理用户所需的无线资源，从而保证用户业务的QoS。 增强系统覆盖WCDMA系统通过采用AMRC（Adaptive MultiRate Control）算法和DCCC（Dynamic Channel Configuration Control）算法，以及通过采用功率控制算法降低系统

8、内干扰等手段，达到增强系统覆盖的目的。另外，WCDMA系统还采用了切换算法，为用户在无线网络覆盖范围内的移动过程中提供不中断的通信服务。 提高系统容量WCDMA系统容量主要是上行干扰受限，下行功率受限。通过功率控制算法为系统内每个用户合理分配功率，降低系统内干扰，可以达到提高系统容量的目的。采用AMRC算法和DCCC算法也可以提高WCDMA系统容量。另外，负载控制的系列算法在保证系统和小区负载稳定和平衡的同时，也可以在一定程度上达到提高系统容量的目的。通过无线资源管理算法，达到保证CN所请求的QoS，增强系统覆盖和提高系统容量的目的，必须建立在合理的网络规划基础之上，并结合必要的网络优化工作。

9、仅仅依靠无线资源管理算法无法解决所有的QoS、覆盖和容量问题。同时，WCDMA系统网络规划中也包含了无线资源管理算法参数的规划，特别是在网络优化的参数优化阶段，对无线资源管理的各算法参数的优化和调整，更是提高网络性能的重要手段。6.1.2 无线资源管理的任务无线资源管理的基本任务有信道配置、功率控制、切换控制和负载控制等。 信道配置：为了保证CN所请求的QoS，需要将QoS映射成接入层的一些特性，从而利用接入层的资源为本条连接服务。信道配置算法包括基本信道配置、DCCC（动态信道配置控制）和码资源管理算法。 功率控制：在保证CN所请求的QoS的前提下，使用户的发射功率最小，从而减少该UE对于整

10、个系统的干扰，提高系统的容量和覆盖。 切换控制：需要确保UE移动到其他小区（系统）后，能够继续得到服务，以保证QoS。 负载控制：接入一定数量的UE后，需要确保整个系统的负载保持在稳定的水平，以保证系统中每条连接的QoS。负载控制算法包括准入控制、负载平衡、数据调度和拥塞控制。 AMRC（AMR模式控制）：在UE进行AMR语音业务时，可以根据系统的负载情况以及无线链路质量状况对AMR编码的速率进行自适应的调整，以改善系统性能以及服务质量，这就是AMRC。UTRAN（UMTS Terrestrial Radio Access Network）根据CN的RAB ASSIGNMENT消息中所请求的Q

11、oS，通过基本信道配置算法完成QoS映射，确定该业务所需要的无线资源。并根据系统当前的资源使用状况和负载状况进行准入控制，如果准入通过，会使用码资源管理算法为其分配信道化码，并完成空口层2和层1资源的配置。当信道开始建立时，需要使用开环功控算法计算信道的初始发射功率。当上下行完成同步后，使用闭环功控算法实时调整上下行发射功率，在保证QoS的前提下降低系统内干扰。当数据业务速率发生改变时，使用DCCC算法实时为用户动态分配信道，调整信道带宽。通过AMRC算法调整语音业务的信源编码速率，解决小区边缘语音用户的覆盖问题，或降低WCDMA系统的小区负载。当UE移动越区时，需要切换算法为其提供不中断的通

12、信服务。业务结束时，将会释放为该用户分配的所有资源。如下图所示。图 61 基本信道配置无线资源管理算法可以分为两大类，一是面向连接的无线资源管理算法，二是面向系统（或小区）的无线资源管理算法，这两类算法的根本区别是算法触发的原因和产生结果面向的对象的不同。面向连接的无线资源管理算法由某个用户的状态变化而触发，产生的结果也主要只对该用户产生影响。而面向系统（或小区）的无线资源管理算法由系统（或小区）的状态变化而触发，产生的结果可能影响到系统（或小区）内所有用户。无线资源管理算法中，信道配置、功率控制、切换等属于面向连接的，码资源管理、负载控制等属于面向系统（或小区）的。而AMRC根据触发原因的不

13、同，可能面向系统（或小区），也可能面向连接。6.1.3 无线资源管理的流程无线资源管理的基本流程为，测量控制、测量、测量报告、判决和执行。无线资源管理相关算法配置在UTRAN的RRC层，UTRAN的RRC层把无线资源管理的相关算法的参数以测量控制的方式通知UTRAN层2或层1（NodeB）以及UE。UTRAN层2或层1（NodeB）以及UE收到测量控制后完成相应的测量过程，把测量结果以测量报告的方式上报UTRAN的RRC层，由UTRAN的RRC层根据收到的测量报告和当前系统资源的使用情况完成无线资源管理的判决。UTRAN的RRC层把判决结果以原语或信令的方式通知UTRAN层2或层1（NodeB

14、）以及UE，由相关的实体执行该次无线资源管理的过程。6.2 信道配置6.2.1 基本信道配置图 61 基本信道配置基本信道配置算法是根据CN所请求RAB（Radio Access Bearer）的QoS特性，将其映射成接入层各层的相应参数和配置模式。CN所请求RAB的QoS特性包括特定业务种类的业务速率、误块率以及传输时延等要求。RB（Radio Bearer）是UE层2和UTRAN层2之间的用户面承载。基本信道配置算法需要为不同类型的业务分配一定数量的RB。一般需要为AMR语音业务建立3个RB，VP（视频电话）和其他数据业务需要建立1个RB。RLC层根据业务的QoS特性不同，选择不同的传输模

15、式。针对语音等实时性要求高的业务，选择透明模式。针对BE（Best Effort）业务实时性要求低和误码率要求高的特点，选择确认模式。RLC层还要确定逻辑信道的映射关系和优先级。MAC层实现从逻辑信道到传输信道的映射，配置不同传输信道的类型以及参数。实时业务和高速数据业务使用专用信道，基本信令和少量数据传输用公共信道RACH/FACH。不同的MAC实体完成不同的信道映射关系，MAC-c实现公共逻辑信道到公共传输信道的映射，MAC-d实现专用逻辑信道到专用传输信道的映射。需要MAC-d和MAC-c一起完成从专用逻辑信道到公共传输信道的映射。MAC层还需要完成优先级配置和TFCS（传输格式组合集）

16、的配置。基本信道配置需要完成物理层配置，内容包括：传输信道到物理信道的映射关系，信道编码类型，是卷积码，Turbo码还是不编码，交织长度，速率匹配因子，扩频因子SF，功率偏置和分集模式等。6.2.2 DCCC（Dynamic Channel Configuration Control）DCCC针对的对象是BE（Best Effort）业务。BE业务是指3G四类典型业务中的交互类业务和背景类业务。BE业务的特点有：1、业务源速率变化范围大；2、时延要求低，误码率要求高，RLC选用确认模式，在RLC Buffer中对数据进行缓存；3、没有最低保障带宽的要求。WCDMA系统中，需要为每一个用户分配一

17、个信道化码资源和一定的下行功率资源，一个小区的信道化码资源和功率资源都是有限的，需要尽可能地节约，这样才能接入更多的用户。Iub接口带宽资源也是宝贵且有限的，同样需要节约。根据BE业务源速率变化范围大的特征，为BE业务动态分配资源和带宽，可以达到节省小区信道化码资源、下行功率资源和Iub接口资源的目的。使用了DCCC算法之后，根据BE业务源速率变化的特点，DCCC为BE业务动态分配带宽的效果如图6-2所示。图 62 动态信道配置效果可以看出，采用了DCCC之后带来的好处有：1、最大限度地满足用户对带宽的需求，满足用户变动的数据传输速率需求，实现带宽按需分配；2、实现空中接口资源的最有效利用，节

18、省下行信道化码（OVSF码）资源和下行功率资源；3、节省Iub接口资源。针对BE业务的特点，RLC层采用的传输模式为确认模式，在RLC Buffer中对数据进行缓存，通过RLC层重传的方式满足BE业务很高的误码率要求。MAC层在接收RLC Buffer中的数据时，同时对RLC Buffer中缓存的业务量进行测量，并把测量的结果和DCCC算法设置的业务量门限进行比较，如果满足DCCC算法所设置的门限要求，MAC层即产生业务量测量的事件报告4A事件和4B事件。DCCC算法分别为业务量测量的事件进行了定义。4A事件：MAC层测量到RLC Buffer中的业务量超过一绝对门限。4B事件：MAC层测量到

19、RLC Buffer中的业务量小于一绝对门限。图 63 动态信道配置产生4A事件报告，表明当前分配的信道带宽满足不了业务源速率的要求，需要为该业务增加信道带宽。产生4B事件报告，并且报告次数达到“监测次数”，表明当前分配的信道带宽超出了业务源速率的要求，可以把分配给该业务的信道带宽降下来。MAC层根据测量的结果，上报4A事件和4B事件到RRC层。RRC层根据MAC层上报的事件类型，判决如何调整该UE所使用的信道带宽。在判决过程中，还需要考虑空中接口是否受限，该过程是通过对该UE上下行功率的测量来完成。如果判决的结果是要为用户调整信道带宽，将通过RB重配置或传输信道重配置来执行这一过程。DCCC

20、的判决结果可能是在CELL_DCH状态下信道带宽发生改变，也可能是UE在不同状态之间的迁移。例如，用户的初始业务速率为64kbps，在业务进行过程中，源速率上升，DCCC的判决的结果是要为该用户增加带宽，则把该用户信道带宽从64kbps调整到128kbps或384kbps。随着用户业务源速率的下降，DCCC算法把为该用户分配的带宽调整到64kbps。在CELL_DCH状态下，在一段的时间内，如果业务量一直很低，则把UE从CELL_DCH状态迁移到 CELL_FACH状态。当然，在CELL_FACH状态下，如果收到4A 事件，则又把UE从CELL_FACH 状态迁移到 CELL_DCH状态。在一

21、段的时间内，如果业务量一直为0，还可能把UE从CELL_FACH状态 迁移到CELL_PCH状态。6.2.3 码资源管理算法图 64 OVSF码树 在WCDMA系统中，下行采用扰码区分小区，在一个小区内部，采用不同的信道化码（OVSF码）区分小区内的不同用户。码资源管理算法主要针对下行OVSF码资源的管理。一个小区内的用户所使用的OVSF码都是从OVSF码树上选取的，不同的用户使用不同的OVSF码。OVSF码树结构如上图所示，下行OVSF码的SF（Spreading Factor）范围是4512。在OVSF码树上分配OVSF码时，为保证不同用户使用的OVSF码之间的正交性，必须遵循的一个原则是

22、，如果在OVSF码树上有一个OVSF码需要分配给一个用户时，必须保证从该OVSF码到OVSF码树根节点的路径上，和该 OVSF码后的OVSF码树分支上都不能有OVSF码被分配使用过。在分配OVSF码时，要考虑的码分配策略性能指标有OVSF码的利用率和复杂度。图 65 码资源管理利用率OVSF码资源利用率等于可分配的带宽/总带宽，利用率越高越好。码资源管理算法通过保留扩频因子较小的码字，达到尽可能提高码资源利用率的目的。图6-5显示了在一个SF=4的OVSF码树分支上OVSF码的使用情况。同样是分配两个SF=16的OVSF码，但方案2保留了SF较小（等于8）的OVSF码，因而其码资源利用率高于方

23、案1。码资源分配复杂度与多码的数目成反比，复杂度越小越好，尽量使用单码传输可以降低复杂度。图6-6显示的两种方案可以支持相同速率的业务，但方案2的复杂度小，所以优选方案2。图 66 码资源管理复杂度码资源分配的原则有，提高码字利用率，降低码分配策略复杂度，确保尽量使用正交性好的码字，降低信道间干扰，提高系统容量，降低系统的峰均比等。6.3 功率控制6.3.1 功控的目的和分类在CDMA系统中，不同UE的信号通过不同的码序列来区分，所有UE将会在相同时间、采用相同的频率通信，不同UE的信号之间不可避免的存在相互干扰，即CDMA系统的自干扰特性。由于RAKE接收机（相关接收机）特性和自干扰的存在的

24、原因，使得在CDMA系统的上行链路中，只有当NodeB接收到小区范围内所有UE的信号功率大致相等时，才能保证这些UE的信号都能被识别。在一个小区的覆盖范围内，不同的UE离基站距离不同，有些离基站距离远，有些离基站距离近。因为距离不同，传播损耗大小也不一样，如果距离基站远近不同的UE均以相同的功率发射，会导致NodeB接收到不同UE的接收功率大小不同， 甚至相差很大。往往，一个离基站近的UE的信号就可以阻塞整个小区，而离基站远的UE信号会被淹没在离基站近的UE信号中，无法被基站接收机识别。这种现象在CDMA的系统里被称为远近效应，只存在于上行链路中，如下图所示。克服远近效应是CDMA系统采用功控

25、算法的一个重要目的。采用功控算法计算和调整各UE发射功率，可以保证无论UE距离基站距离远近，其到达基站接收端的功率都大致相等，这样就可以克服远近效应的问题。图 67 远近效应 在WCDMA系统中，采用功率控制技术除了克服远近效应外，还有其他的目的： 调整发射功率，保持上/下行链路的通信质量。 克服阴影衰落和快衰落，发射功率和无线信道衰落特性呈相反的变化趋势，只要发射功率的变化速度能跟上无线信道衰落变化的速度，便可以克服无线信道的阴影衰落和快衰落带来的影响，如下图所示。 在满足无线链路通信质量的基础上，采用节省功率的原则，可以降低网络干扰，从而提高系统质量和容量。图 68 功率控制克服信道衰落功

26、率控制可分为开环功控和闭环功控。其中，开环功控用于确定物理信道的初始发射功率。而闭环功控是当UE和UTRAN获取上下行链路同步之后所进行的，通过实时调整发射功率达到满足通信要求和降低干扰的目的。闭环功控又分为内环功控和外环功控。另外，根据功率控制算法所控制的对象的不同，可以把功控分为上行功控和下行功控。用于计算和调整UE发射功率的功控算法称为上行功控，用于计算和调整基站发射功率的功控算法称为下行功控。6.3.2 开环功控开环功控算法用于确定物理信道初始发射功率。对于上行信道而言，UE通过对下行信道信号进行测量，估算出下行信号在传播路径上的传播损耗。因为上下行信号的传播路径距离相等，所以上下行信

27、号在传播路径上的传播损耗大致相同，因而UE可以据此确定其上行信道信号的发射功率。但由于在FDD模式下，上行信道的快衰落和下行信道的快衰落的不相干特性，所以，开环功控只是对初始发射功率进行粗略的估计。对于下行信道而言，则是网络侧根据UE的测量报告，对下行信道的发射功率初值进行设置。采用开环功控算法的物理信道有：PRACH、上行DPCCH和下行DPCCH信道。UE用来计算PRACH信道第一个前导初始发射功率的公式为：公式 61 PRACH信道开环功控图 69 PRACH开环功控Primary CPICH DL TX power表示主公共导频信道发射功率，此值在网络规划时设定，UE可以从系统信息中读

28、取；CPICH_RSCP为主公共导频信道接收信号码片功率，是UE的测量值。UL interference表示上行接收总干扰，此值在基站侧测量，通过系统消息下发。Constant Value，该参数是用于UE在开环功率控制时，计算PRACH的初始发射功率时的校正常数，其值的大小可以进行设置，并通过系统消息下发给UE。UE计算出其PRACH前导发射功率，并发送第一个前导。如果在规定时间内，UE没有收到AICH捕获指示响应，UE将会按照一定的功率攀升步长增加其发射功率再发前导，直到收到AICH捕获指示响应为止。开环功控一般只用于物理信道初始发射功率的确定，精确的功率控制需要通过闭环功率控制来完成。6

29、.3.3 闭环功控闭环功控需要内环功控和外环功控协同配合完成，能够精确的控制发射功率。闭环功控还可以根据所控制和调整的功率是UE的发射功率还是NodeB的发射功率分为上行闭环功控和下行闭环功控。闭环功控在上下行无线链路完成同步之后才能进行。对上行闭环功控的内环功控而言，其过程如下：NodeB以一个时隙为周期估计UE上行专用信道的接收功率和当前频段的干扰大小，得出SIR（Signal-to-Interference Ratio，反映无线链路质量），并把估计的结果和闭环功控算法所设置的SIR目标值进行比较。根据比较的不同结果，1、如果SIR的估计值比SIR目标值小，NodeB把相应的下行DPCCH

30、信道一个时隙的TPC置为1；2、如果SIR的估计值比SIR目标值大，NodeB把相应的下行DPCCH信道一个时隙的TPC置为0。UE接收NodeB下行DPCCH每个时隙TPC，根据一定的功控算法输出TPC_CMD，TPC_CMD的值可以为1、0、或1。UE计算其发射功率调整量的公式如下：公式 62 UE发射功率调整该公式计算UE下一时隙发射功率的调整量的大小，TPC 为UE功率调整的步长。在功控算法中，UE根据每个时隙接收到的TPC直接输出TPC_CMD，TPC0时TPC_CMD等于1，TPC1时TPC_CMD1。UE可以根据计算出的DPCCH来调整其发射功率。快速功率控制按照每个时隙发送一个

31、TPC命令进行操作，因此其调整频率是1500Hz。图 610 上行内环功控不难理解，在上行内环功控正常的情况下，可以保证NodeB接收到该UE的上行专用信道的SIR估计值会在所设置的目标值附近。作为无线资源管理算法之一的功控算法，要求满足CN所请求的QoS，UTRAN提供给CN的服务中QoS表征量为 BLER（Block Error Rate），而非SIR，根据无线通信的原理，SIR固定的情况下，BLER会随着无线环境的变化而变化，如图6-11所示。图 611 BLERSIR引入外环功控算法可以保证CN所请求的QoS中的BLER要求。图 612 上行外环功控外环功率控制是通过设置内环功控的SIR目标值，以保证CN所请求的QoS的BLER要求。在上行外环功控中，由RNC在传输信道上对UE上行信号进行接收后，把接收到的信号质量和功控算法所设置的目标的信号质量（由BLER表征）相比较。如果接收到的信号质量好于所要求的目标信号质量，就降低内环功控所采用的目标SIR，反之，就提高内环功控所采用的目标SIR。然后，把调整后的目标SIR发送给NodeB。外环功控的频率一般为10100Hz。可以看出，上行外环功控并不直接调整UE的发射功率，而是通过设定目标SIR间接调整UE的发射功率。下行闭环功控在上下行同步后进行，目的在于调整NodeB针对某一用户的专用信道发射功率，需要下行外