下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的無線資源管理問題研究

馬衛(wèi)東　方彪

【摘 要】隨著移動(dòng)通信的快速發(fā)展，下一代移動(dòng)通信中關(guān)于無線資源管理變得更加有意義，鑒于此，對(duì)其中具有代表性的功率控制、移動(dòng)性管理、接入控制等技術(shù)做了詳細(xì)闡述。

【關(guān)鍵詞】移動(dòng)通信；無線資源管理；功率控制；移動(dòng)性管理；接入控制；信道分配

0 引言

就未來通信而言，發(fā)展方向是個(gè)人通信，即在全球范圍內(nèi)逐步實(shí)現(xiàn)在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)以任何通信方式與任何對(duì)象進(jìn)行任何業(yè)務(wù)的無縫隙、不間斷通信，這是人類為未來通信繪制的理想藍(lán)圖。移動(dòng)通信作為靈活接入的手段已經(jīng)成為現(xiàn)代通信領(lǐng)域中一大支柱通信方式和通信產(chǎn)業(yè)。

1 功率控制

在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，近地強(qiáng)信號(hào)抑制遠(yuǎn)地弱信號(hào)產(chǎn)生“遠(yuǎn)近效應(yīng)”。系統(tǒng)的信道容量主要受限于其他系統(tǒng)的同頻干擾或系統(tǒng)內(nèi)其他用戶干擾。在不影響通信質(zhì)量的前提下，進(jìn)行功率控制盡量減小發(fā)射信號(hào)的功率，可以提高信道容量并增加用戶移動(dòng)臺(tái)的電池待機(jī)時(shí)間。傳統(tǒng)的功率控制技術(shù)是以話音服務(wù)為主，這方面的研究已經(jīng)相當(dāng)多，主要涉及集中式與分布式功率控制、開環(huán)與閉環(huán)功率控制、基于恒定接收與基于質(zhì)量的功率控制等。

用于電路交換網(wǎng)絡(luò)的功率控制技術(shù)已經(jīng)不能適應(yīng) IP 傳輸和復(fù)雜的無線物理信道控制，在IP 網(wǎng)絡(luò)成為核心網(wǎng)的情況下，如何在分組交換網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行功率控制就成為功率控制研究的主要內(nèi)容。而在全 IP 網(wǎng)絡(luò)中存在著多種服務(wù)質(zhì)量不同的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，每種業(yè)務(wù)所需要的發(fā)射功率也各不相同，使得功率控制問題變得更加復(fù)雜。如何滿足不同類型用戶的 QoS 要求和傳輸速率，同時(shí)兼顧公平性和高吞吐量，是全 IP 網(wǎng)絡(luò)功率控制研究的目標(biāo)。這就要求不僅要在保證通話質(zhì)量的前提下降低移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率來提高系統(tǒng)容量，還要解決如何針對(duì)不同用戶需求提供最合理的發(fā)射功率。

2 移動(dòng)性管理

移動(dòng)性管理通常包括兩部分內(nèi)容：位置管理和切換管理。當(dāng)移動(dòng)用戶進(jìn)行呼叫或分組傳輸時(shí)，位置管理確保網(wǎng)絡(luò)能夠發(fā)現(xiàn)當(dāng)前附著點(diǎn)；如果移動(dòng)臺(tái)在移動(dòng)過程中改變其接入到網(wǎng)絡(luò)的附著點(diǎn)，切換管理應(yīng)保證網(wǎng)絡(luò)能夠維持用戶的連接。

位置管理可分為兩種情況：域間位置管理和域內(nèi)位置管理。域是針對(duì)移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)范圍而言的，通常由一個(gè)或多個(gè)小區(qū)組成。移動(dòng)臺(tái)在不同域之間的移動(dòng)稱為宏移動(dòng)，在域內(nèi)部的移動(dòng)稱為微移動(dòng)。就移動(dòng)IP技術(shù)而言，微移動(dòng)一般發(fā)生在相同的子網(wǎng)段內(nèi)，而在宏移動(dòng)情況下，移動(dòng)臺(tái)往往需要變換接入網(wǎng)關(guān)并更新 IP 地址。在全 IP 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，宏移動(dòng)還涉及接入網(wǎng)或接入技術(shù)的變化。MIP 對(duì)宏移動(dòng)的支持相對(duì)較好，而應(yīng)用于微移動(dòng)時(shí)會(huì)帶來一系列問題（如三角路由問題），為此，提出了 HAWAII、蜂窩 IP等微移動(dòng)方案來解決上述微移動(dòng)問題。

切換指的是將當(dāng)前正在進(jìn)行的移動(dòng)臺(tái)與網(wǎng)絡(luò)連接點(diǎn)之間的通信鏈路從當(dāng)前連接點(diǎn)轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)連接點(diǎn)的過程。在蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，這樣的連接點(diǎn)稱為基站；在無線局域網(wǎng)中，這樣的連接點(diǎn)稱為 AP。切換過程通常包括兩個(gè)階段：切換初始階段和切換執(zhí)行階段。在切換初始階段，系統(tǒng)將不斷地對(duì)某一移動(dòng)用戶的服務(wù)質(zhì)量實(shí)施監(jiān)測(cè)，從而決定何時(shí)觸發(fā)切換；在切換執(zhí)行階段，系統(tǒng)將移動(dòng)臺(tái)和一個(gè)新的連接點(diǎn)關(guān)聯(lián)。根據(jù)切換發(fā)起和執(zhí)行的實(shí)體，可將切換分為網(wǎng)絡(luò)控制切換、移動(dòng)設(shè)備控制切換、移動(dòng)設(shè)備輔助切換和網(wǎng)絡(luò)輔助切換。

按照切換處理過程的不同，即當(dāng)前鏈路是在新鏈路建立之前還是之后釋放，可將切換類型分為硬切換、軟切換和更軟切換三種，其中軟切換和更軟切換是 CDMA 系統(tǒng)中特有的切換方式。硬切換采用先斷后通的方式，在新的連接建立之前斷開舊的連接；而軟切換和更軟切換指的是切換到新的網(wǎng)絡(luò)時(shí)保留原有連接，直到移動(dòng)臺(tái)業(yè)務(wù)穩(wěn)定才轉(zhuǎn)移到新的網(wǎng)絡(luò)。

當(dāng)移動(dòng)用戶從一個(gè)小區(qū)運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)小區(qū)時(shí)，或系統(tǒng)為了容納新的業(yè)務(wù)而對(duì)資源進(jìn)行重新分配時(shí)，以及由于信道傳輸特性的惡化造成移動(dòng)臺(tái)接收到的信號(hào)質(zhì)量有所下降時(shí)，將觸發(fā)切換。切換判決準(zhǔn)則包括接收信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)則、載波干擾比準(zhǔn)則、移動(dòng)臺(tái)和基站之間的距離準(zhǔn)則以及網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)則等。在全 IP異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)中，由于采取了混合小區(qū)的結(jié)構(gòu)，切換不只發(fā)生在同層（同種技術(shù)）的網(wǎng)絡(luò)之間。根據(jù)切換是否發(fā)生在同一標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)中，可將切換分為水平切換和垂直切換：水平切換也稱為系統(tǒng)內(nèi)切換，指的是傳統(tǒng)意義上同構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的越區(qū)切換；垂直切換也稱為系統(tǒng)間切換，指的是不同標(biāo)準(zhǔn)、不同通信協(xié)議的異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)之間的切換

3 接入控制

接入控制技術(shù)是無線資源管理的一個(gè)重要組成部分，它根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況決定是否接受新到達(dá)的呼叫請(qǐng)求和切換請(qǐng)求，從而控制系統(tǒng)的用戶數(shù)量，保障系統(tǒng)中用戶的服務(wù)質(zhì)量。傳統(tǒng)的接入控制算法一般可分為基于有效帶寬的算法、基于網(wǎng)絡(luò)容量的算法、基于功率測(cè)量的算法、基于 QoS 的算法和分布式算法等；也可將接入控制算法分為基于保護(hù)信道的算法、基于業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)的算法、基于切換阻塞率（切換優(yōu)先）的算法等。接入控制算法的有效性決定了無線信道資源的利用率。

B3G 移動(dòng)通信系統(tǒng)要求支持低速話音、高速數(shù)據(jù)和視頻等多媒體業(yè)務(wù)，允許準(zhǔn)入用戶跨越網(wǎng)絡(luò)邊界使用并管理其業(yè)務(wù)。因此，用戶可以使用多種接入技術(shù)從任一網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)接入網(wǎng)絡(luò)，從而得到連續(xù)性的服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。考慮到已有用戶的服務(wù)質(zhì)量，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中是否接納新用戶（包括切換來的用戶），即異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的接入控制策略是迫切需要解決的技術(shù)難題。

4 信道分配

信道在不同的移動(dòng)通信系統(tǒng)中的含義不同：在 FDMA 系統(tǒng)中指頻率，在 TDMA 系統(tǒng)中指時(shí)隙，在 CDMA 系統(tǒng)中指 PN 碼。信道分配技術(shù)主要有 3 類：固定信道分配、動(dòng)態(tài)信道分配以及混合信道分配。固定信道分配的優(yōu)點(diǎn)是信道管理容易，信道間干擾易于控制；缺點(diǎn)是信道無法最佳化使用，信道頻譜效率低，而且各接入系統(tǒng)間的流量無法統(tǒng)一控制，從而造成頻譜浪費(fèi)。因此需要使用動(dòng)態(tài)信道分配和混合信道分配，預(yù)留全部或部分信道供服務(wù)區(qū)域內(nèi)的所有用戶使用，并考慮信道復(fù)用和同頻干擾的因素，以提高信道利用率、增強(qiáng)對(duì)業(yè)務(wù)負(fù)載的適應(yīng)性以及對(duì)干擾的適應(yīng)性。為使蜂窩網(wǎng)絡(luò)可以隨流量的變化而變化，F(xiàn)CA 算法提出了信道借用方案，如信道預(yù)定借用算法和方向信道鎖定借用算法等。信道借用的思想是將鄰居蜂窩不用的信道用到本蜂窩中，以達(dá)到信道資源的最大利用。

5 負(fù)載均衡

在 B3G 系統(tǒng)中設(shè)計(jì)負(fù)載均衡方案時(shí)面臨更多的挑戰(zhàn)，需要考慮多方面的問題，如針對(duì)當(dāng)前及未來的應(yīng)用需求分析網(wǎng)絡(luò)瓶頸的不同所在，確定不同負(fù)載均衡技術(shù)和均衡策略的選擇，以及可用性、兼容性、安全性等方面的需求，總的來說包含以下幾方面：

（1）可擴(kuò)展性：均衡解決方案應(yīng)能滿足技術(shù)的發(fā)展需求，均衡不同系統(tǒng)和平臺(tái)之間的負(fù)載，均衡話音、視頻等不同業(yè)務(wù)流的負(fù)載；

（2）靈活性：均衡解決方案應(yīng)能靈活地提供不同的應(yīng)用需求，并滿足應(yīng)用需求的不斷變化；

（3）可靠性：對(duì)于服務(wù)質(zhì)量要求較高的用戶業(yè)務(wù)，負(fù)載均衡解決方案應(yīng)能提供容錯(cuò)性及冗余解決方案，以提高可靠性。

6 結(jié)束語

總之，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，移動(dòng)通信在社會(huì)生活中發(fā)揮著越來越重要的作用?，F(xiàn)今 3G 技術(shù)已經(jīng)得到商用，而下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)，即 B3G 的研究也方興未艾。B3G 是從接入技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)到系統(tǒng)性能的全面演進(jìn)，其無線資源管理是極具價(jià)值的研究課題。因此如何研究開發(fā)更有效、更適合的自適應(yīng)資源分配技術(shù)并應(yīng)用于下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)是一個(gè)非常有挑戰(zhàn)性的研究課題。

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[責(zé)任編輯：鄧麗麗]