WCDMA無線資源管理

1、wcdma無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃第五章 無線資源管理目 錄5.1 基于干擾的無線資源管理25.2 功率控制35.2.1 開環(huán)功率控制41. 上行開環(huán)功率控制42. 下行開環(huán)功率控制65.2.2 內(nèi)環(huán)功率控制71. 內(nèi)環(huán)功率控制過程72. 快速功率控制的增益93. 功率控制與分集104. 軟切換中的功率控制135.2.3 外環(huán)功率控制161. 外環(huán)功率控制的增益172. 接收質(zhì)量的估計183. 外環(huán)功控調(diào)整步長184. 高質(zhì)量業(yè)務(wù)195. 受限的功控變化范圍196. 多業(yè)務(wù)207. 下行鏈路外環(huán)功控215.3 切換225.3.1 頻率內(nèi)切換221. wcdma切換算法222. 切換測量233. 軟切換的增

2、益254. 軟切換概率275.3.2 wcdma和gsm系統(tǒng)間的切換271. 壓縮模式275.3.3 wcdma內(nèi)的頻率間切換285.3.4 切換總結(jié)285.4 負載監(jiān)測295.4.1 算法概述295.4.2 上行鏈路負載291. 基于寬帶接收功率電平的負載估計292. 基于吞吐量負載估計303. 上行鏈路負載估計方法的比較315.4.3 下行鏈路負載311. 基于功率的負載估計322. 基于吞吐量的負載估計325.5 準入控制335.5.1 算法概述335.5.2 準入控制策略335.6 負載平衡345.6.1 異頻負載平衡（負載切換）365.6.2 同頻負載平衡（小區(qū)呼吸）365.7 潛在

3、用戶控制（puc）365.8 信道資源管理375.8.1 總體概述375.8.2 信道資源配置過程概述375.8.3 基本信道配置385.8.4 動態(tài)信道配置（dccc）395.8.5 小區(qū)碼資源管理415.8.6 小區(qū)信道資源分配435.9 小區(qū)選擇和重選435.9.1 ue空閑模式435.9.2 小區(qū)選擇441. 小區(qū)選擇過程442. s準測463. 小區(qū)選擇的準測465.9.3 小區(qū)重選47參考文獻50第五章 無線資源管理5.1 基于干擾的無線資源管理無線資源管理（rrm，radio resource management）負責(zé)空中接口資源的利用，從確保系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量（qos）、獲得規(guī)劃

4、的覆蓋區(qū)域以及提高容量的角度來看它是必不可少的一環(huán)。無線資源管理主要包括功率控制、切換、準入控制、負載控制和小區(qū)選擇與重選等內(nèi)容。為確保空中接口的干擾維持在最低水平上，并提供要求的服務(wù)質(zhì)量（qos），功率控制是必須的。wcdma的功率控制在5.2節(jié)中予以敘述。在小區(qū)系統(tǒng)中，當(dāng)對用戶從一個小區(qū)覆蓋區(qū)域進入到另一個小區(qū)覆蓋區(qū)域的移動性進行處理時，需要用到切換的功能。切換將在5.3節(jié)敘述。在第三代移動通信網(wǎng)絡(luò)中，為保證服務(wù)質(zhì)量以及在不同比特速率、業(yè)務(wù)和質(zhì)量要求的混合情況下將系統(tǒng)的吞吐量最大化，還要求有準入控制、負載控制和分組調(diào)度算法。準入控制在5.5節(jié)敘述，負載控制在5.6敘述。小區(qū)選擇與重選作為移

5、動終端側(cè)重要的無線資源管理功能，在本章的最后作了詳細的介紹。無線資源管理算法可以基于網(wǎng)絡(luò)中硬件總量或基于空中接口的干擾水平。在空中接口過載之前由于硬件的原因而導(dǎo)致系統(tǒng)容量受限，這種情形定義為硬阻塞；估計的空中接口資源負載超過規(guī)劃的容量，這種情形定義為軟阻塞。基于軟阻塞的無線資源管理比基于硬阻塞的無線資源管理會獲得更大的容量。若是采用基于軟阻塞的無線資源管理策略，則需要測量空中接口的負載。5.4敘述了空中接口負載的測量手段。is-95網(wǎng)絡(luò)中的無線資源管理策略是基于可用信道單元（硬阻塞），但是該方法不能用在第三代標準wcdma的空中接口中，因為wcdma需同時支持多種傳輸比特速率。圖5-1-1說明

6、了無線資源管理算法在wcdma網(wǎng)絡(luò)中的典型位置。圖5-1-1 無線資源管理算法在wcdma網(wǎng)絡(luò)中的典型位置5.2 功率控制在1.1.5節(jié)已經(jīng)對功率控制進行了簡單介紹，本章將涉及wcdma功率控制中的幾個主要方面，其中一些問題在諸如gsm、is-95這些已有的第二代移動通信系統(tǒng)中并沒有出現(xiàn)，而是第三代移動通信系統(tǒng)中新出現(xiàn)的，一定要引起特別的注意。本章節(jié)中，首先分上下行具體論述了開環(huán)功率控制的控制過程及算法；接著主要利用仿真結(jié)果說明了快速功率控制和外環(huán)功率控制的必要性。5.2.1節(jié)描述了開環(huán)功率控制，開環(huán)功率控制在下行路徑損耗計算的基礎(chǔ)上提供了上下行的初始功率發(fā)射值。5.2.2節(jié)詳細描述了快速功率

7、控制的兩個具體方面：快速功率控制與分集的關(guān)系、軟切換中的快速功率控制。5.2.3節(jié)描述了外環(huán)功率控制。外環(huán)功率控制設(shè)置快速功率控制的目標值以提供所要求的服務(wù)質(zhì)量。為了調(diào)整快速功率控制的目標值，它需要對接收質(zhì)量進行估計，這種服務(wù)質(zhì)量估計及外環(huán)功率控制算法將分別予以介紹。第三代網(wǎng)絡(luò)要求支持高質(zhì)量業(yè)務(wù)和一個連接上幾個業(yè)務(wù)的復(fù)用，這些要求對外環(huán)功率控制也有影響。最后討論了上下行鏈路外環(huán)功率控制算法之間的不同。5.2.1 開環(huán)功率控制開環(huán)功率控制的目的是提供初始發(fā)射功率的粗略估計。由于wcdma系統(tǒng)的上下行同處鄰近的2ghz頻帶，上下行鏈路的路徑損耗存在著較大的相似性。據(jù)此，在ue接入網(wǎng)絡(luò)和基站建立鏈路

8、連接時，它根據(jù)測量結(jié)果對路徑損耗和干擾水平進行估計，從而計算初始發(fā)射功率。utra fdd使用開環(huán)功率控制，它只用于rach、cpch和dpch中初始化傳輸之前。開環(huán)功率控制不是很精確，這是因為難以在終端設(shè)備中精確測量大的功率變化。由于傳播信號分量特性的變化以及環(huán)境條件（主要是溫度）的影響，將實際接收的絕對功率映射到發(fā)送的絕對功率也會出現(xiàn)大的偏差。同時，發(fā)送和接收處于不同的頻段也會對精度造成影響。而終端自身的精度是造成偏差的主要原因。正常條件下，開環(huán)功率控制精度的要求規(guī)定在9db的范圍內(nèi)。1. 上行開環(huán)功率控制上行開環(huán)功率控制功能由utran和移動終端共同完成。在上行開環(huán)功控中，移動終端首先接

9、收網(wǎng)絡(luò)側(cè)下發(fā)的小區(qū)系統(tǒng)廣播消息，讀取有關(guān)控制參數(shù)，同時對接收的導(dǎo)頻的cpich_rscp(接收信號碼片功率)值進行測量，然后根據(jù)開環(huán)功控算法，對第一prach前導(dǎo)及上行dpcch信道的初始發(fā)射功率進行設(shè)置。開環(huán)功率控制在內(nèi)環(huán)功率控制啟動前進行。上行開環(huán)功率控制示意圖如下圖5-2-1所示：圖5-2-1 上行開環(huán)功率控制示意圖在隨機接入過程中，第一prach前導(dǎo)初始發(fā)射功率根據(jù)如下算法公式進行設(shè)置：式中： ：表示主公共導(dǎo)頻發(fā)射功率，此值在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時設(shè)定； ：主公共導(dǎo)頻接收信號碼片功率，是ue的測量值； ：表示上行要求的載干比（在3gpp中定義為常量值），此值在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時設(shè)定； ：接收總干擾，此值在

10、基站側(cè)測量，并通過廣播信道bch在小區(qū)中廣播。在ue中，第一pcpch接入前導(dǎo)的初始發(fā)射功率依照與上式相同的計算方法進行設(shè)置。在建立dpcch信道時，ue根據(jù)下式進行dpcch信道初始化功率計算。此初始化功率將作為啟動上行內(nèi)環(huán)功率控制的初始參考值。式中：主公共導(dǎo)頻接收信號碼片功率，在ue中的測量值；：dpcch信道發(fā)射功率偏置，在rnc中由準入控制算法（ac）計算獲得。例如在rrc連接建立時或者在無線承載及物理信道重配置時由準入控制算法進行計算獲得該dpcch信道發(fā)射功率偏置。根據(jù)下式進行設(shè)置，并且由rnc下發(fā)給ue。式中：是sir初始目標值，由準入控制算法為專用連接提供；：dpdch的擴頻增

11、益。2. 下行開環(huán)功率控制在下行中，開環(huán)功控根據(jù)ue的上報的測量報告對下行物理信道進行功率初始化。下行開環(huán)功率控制功能同樣由utran和移動終端共同完成，如下圖5-2-2所示：圖5-2-2 下行開環(huán)功率控制示意圖在業(yè)務(wù)承載初始化時，dpdch信道的初始發(fā)射功率根據(jù)下式進行設(shè)置：式中：r：比特速率；：下行專用業(yè)務(wù)解調(diào)門限，此值在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時設(shè)置；w：碼片速率；：cpich接收信干比，是ue的測量值并上報給rnc；：下行正交化因子；：載波功率，此值在基站中測量并上報給rnc。5.2.2 內(nèi)環(huán)功率控制在wcdma中，上下行鏈路均支持1.5khz速率的內(nèi)環(huán)功率控制。gsm僅采用慢速（將近2hz的速率）功

12、率控制。is-95僅在上行鏈路支持800hz速率的快速功率控制。1. 內(nèi)環(huán)功率控制過程內(nèi)環(huán)功率控制，也稱快速閉環(huán)功率控制，快速閉環(huán)功率控制用來克服遠近效應(yīng)問題?？焖匍]環(huán)功率控制的目標是使接收信號的sir達到預(yù)先設(shè)定的門限值。在wcdma中，上行鏈路和下行鏈路的閉環(huán)功率控制都是由接收方估計接收到的dpch的sir，與預(yù)先設(shè)置的門限相比較。如果估計值大于門限就發(fā)出tpc命令“0”（降低功率）；如果小于門限就發(fā)出tpc命令“1”（升高功率）。接收到tpc命令的一方根據(jù)一定的算法決定發(fā)射功率的升高或降低。上行快速閉環(huán)功率控制過程如下圖5-2-3所示：圖5-2-3 上行快速閉環(huán)功率控制過程上行快速閉環(huán)功

13、率控制過程說明：1）基站測量上行dpch的接收sir與通信質(zhì)量所需要的目標sir進行比較，若sir大于目標sir，設(shè)置tpc0，否則設(shè)置tpc=1；2）基站在下行dpcch信道上將tpc信息傳送給手機；3）手機根據(jù)接收的tpc信息調(diào)整上行發(fā)射功率。下行快速閉環(huán)功率控制過程如下圖5-2-4所示：圖5-2-4 下行快速閉環(huán)功率控制過程下行快速閉環(huán)功率控制過程說明：1）手機測量下行dpch的接收sir與通信質(zhì)量所需要的目標sir進行比較，若sir大于目標sir，設(shè)置tpc0，否則設(shè)置tpc=1；2）手機在上行dpcch信道上將tpc信息傳送給基站；3）基站根據(jù)接收的tpc信息調(diào)整下行發(fā)射功率?？焖俟?/p>

14、率控制按照每個時隙發(fā)送一個命令進行操作，因此命令的頻率是1500hz。功率調(diào)整的基本步長為1db。此外，可以使用該步長的倍數(shù)作為調(diào)整步長，也可以使用該基本步長實現(xiàn)更小的步長。例如，通過每兩時隙使用1db的步長來實現(xiàn)每個時隙0.5db的步長的調(diào)整。由于在較大的動態(tài)范圍內(nèi)很難確保所能達到的精度，故“真正”低于1db的步長由于相當(dāng)復(fù)雜而難以實現(xiàn)。規(guī)范中規(guī)定了1db功率控制步長的相對精度為0.5db，其他“真正”的步長規(guī)定為2db?？焖俟β士刂频牟僮饔袃蓚€特例：軟切換情況下的操作和處于連接中壓縮模式并且有切換測量情況下的操作。軟切換下的快速功率控制需要特別地考慮，因為幾個基站同時向單個終端發(fā)送命令；而

15、采用壓縮模式時，命令流的中斷操作命令被周期性地提供給終端。軟切換時終端要解決的主要問題是如何處理來自幾個源的多個功率控制命令。為了解決這一切問題，終端要對多個命令進行合并，并同時考慮每個命令值來決定增加或減少功率。壓縮模式時，快速功率控制在一個壓縮幀之后的短周期內(nèi)使用一個較大的步長，這樣在控制流的中斷之后，功率電平可以更迅速地收斂到更正確的值；是否需要使用該方法主要取決于外部環(huán)境，而與低檔的終端或非常短的傳輸間隔長度關(guān)系不大。閉環(huán)功率控制的目標sir由外環(huán)功率控制設(shè)定。1.2.8介紹了外環(huán)功率控制，5.2.3將對其進行詳細地介紹。在終端側(cè)，（快速）功率控制對終端應(yīng)進行的處理做了嚴格規(guī)定。在網(wǎng)絡(luò)

16、一側(cè)對于下列有較大的自由度，如基站在接收到功控命令之后怎樣進行操作，以及基站告訴終端增加或減少功率應(yīng)基于什么樣的準則等等。2. 快速功率控制的增益本節(jié)提供了一個從快速功率控制獲得好處的例子。仿真條件為8kbps的語音業(yè)務(wù)，且bler1，交織長度為10ms，對功控步長為1db的有快速功率控制和無快速控制兩種情況進行了仿真。慢速功率控制假設(shè)平均功率維持在要求的級別，并且慢速功率控制可對路徑損耗和陰影效應(yīng)進行理想補償，而快速功率控制也可對快衰落提供補償。假設(shè)基站采用兩支路接收分集。itu車載a信道是wcdma可分辨的五抽頭信道，itu步行a信道是兩徑信道且第二抽頭信號非常弱。有快速功率控制和無快速快

17、速功率控制所需要的eb/no值列在表5-2-1中，所要求的平均發(fā)送功率列在表5-2-2中。表5-2-1 有快速功率控制和無快速功率控制所要求的eb/no慢速功率控制/db1.5khz的快速功率控制/db從快速功率控制獲得的增益/dbitu步行a信道3km/h11.35.55.8itu車載a信道3km/h8.56.71.8itu車載a信道50km/h6.87.3-0.5表5-2-2 有快速功和無快速功率控制所要求的相對發(fā)射功率eb/no慢速功率控制/db1.5khz的快速功率控制/db從快速功率控制獲得的增益/dbitu步行a信道3km/h11.37.73.6itu車載a信道3km/h8.57.

18、51.0itu車載a信道50km/h6.87.6-0.8從表5-2-1和表5-2-2可見，快速功率控制可以獲得明顯的增益。從快速功率控制獲得的增益情況如下：1）低移動速度比高移動速度獲得的增益大。2）要求的eb/no獲得的增益比發(fā)送功率獲得的增益大。3） 在僅有少量多徑分集可以利用的情況下，比如itu定義的步行a信道下，獲得的增益也較大。快速功率控制與分集的關(guān)系在5.2.2.3中討論。表5-2-1和表5-2-2中在50km/h獲得負增益意味著理想慢速功率控制將會比實際的快速功率控制擁有更好的性能。負增益是由于sir的非精確估計、功控信令錯誤以及功控環(huán)路中的延時造成的。值得注意的是，表5-2-1

19、中從快速功率控制獲得的增益可用來估計鏈路預(yù)算中所要求的快衰落儲備。為了維護適當(dāng)?shù)拈]環(huán)快速功控，移動臺的發(fā)送功率留有快衰落儲備。當(dāng)移動臺以最大恒定功率工作時（即沒有快速功控增益），便可獲得小區(qū)的最大覆蓋范圍。3. 功率控制與分集本節(jié)將分析分集與快速功率控制的重要性。移動臺低速移動時，快速功率控制可以對信道衰落的影響予以補償，并將接收功率電平維持在穩(wěn)定地水平上。接收功率誤升高主要原因是信干比（sir）的非精確估計、錯誤的信令和功率控制環(huán)路的延時。對衰落的補償會導(dǎo)致發(fā)送功率峰值的出現(xiàn)。圖5-2-5和圖5-2-6分別顯示了移動臺速度為3km/h時發(fā)送功率、接收功率隨時間而變化的函數(shù)。這些仿真結(jié)果包括了

20、實際的sir估計和功率控制信令，功率控制步長為1.0db。5-2-5中假設(shè)采用很少的分集，而圖5-2-6中則假設(shè)采用較多的分集。圖5-2-5中發(fā)送功率的變化比圖5-2-6中的大，這是由于分集數(shù)量不同造成的。分集可由諸如多徑分集、接收天線分集、發(fā)天線分集或宏分集獲得。圖5-2-6 在兩徑（平均抽頭功率0db，10db）瑞利衰落信道下的車速3km/h發(fā)送和接收功率。圖5-2-7 在三徑（相等的抽頭功率）瑞利衰落信道下的車速3km/h發(fā)送和接收功率當(dāng)分集數(shù)較少時，發(fā)送功率的變化較大，而且平均發(fā)送功率也較高。當(dāng)具有快速功率控制的衰落信道與非衰落信道接收功率電平相同時，我們定義功率增加量為衰落信道的平均

21、發(fā)送功率與非衰落信道的平均發(fā)送功率的比值。功率增加量如圖所示。圖5-2-8 具有快速功率控制的衰落信道中的功率增加量。圖示出兩徑信道中使用和不使用接收分集兩種情況下，功率增加量的理論計算值隨兩條分量平均功率差值的變化曲線。第二條路徑的功率越強，即可利用的多徑分集越多，則功率增量越小，天線分集也減少了功率增加量。如果兩條路徑有相同的平均功率，則無天線分集時的功率增加量是3db。在單徑信道有天線分集時我們也可獲得同樣的功率增加量。圖5-2-9 在兩徑瑞利衰落信道下，作為多徑分量間平均功率差值的函數(shù)的理論功率增加值在實際中功率控制并不是理想的，因此我們通過鏈路仿真來獲得實際的功率增加量。表5-2-3

22、列出了上行鏈路功率增加量的鏈路級仿真結(jié)果。仿真環(huán)境是移動臺有不同的移動速度、兩徑的itu步行a信道且信道平均多徑分量功率分別為0.0db和12.5db。仿真中接收與發(fā)送功率都逐時隙進行采集。根據(jù)圖5-2-8，在這種itu步行a信道多經(jīng)環(huán)境下，有天線分集時功率增加量的理論值為2.3db。我們注意到在表中，移動臺時速為3公里和10公里時，仿真的功率增加量分別為2.1db和2.0db，非常接近2.3db這一理論值。表5-2-3 功率增加量的仿真結(jié)果（假如有天線分集，在itu步行a多經(jīng)信道環(huán)境下）移動臺速度/(km/h)平均功率增加量/db32.1102.0201.6500.81400.2當(dāng)移動臺高速

23、（100km/h）移動時，由于快速功率控制無法對衰落進行補償，因此僅有少許功率增加量。在移動臺高速移動情況下快速功率控制跟蹤不上快衰落，為達到所要求的質(zhì)量，必定需要更高的接收功率電平，如表所示。在高速移動情況下，分集技術(shù)有助于將接收功率電平保持為常數(shù)，從而較低的接收功率電平也足夠提供相同的服務(wù)質(zhì)量。為什么功率增加量對wcdma系統(tǒng)性能如此重要？在下行鏈路，由于發(fā)送功率決定了發(fā)射的干擾，故空中接口的容量直接決定于所要求的發(fā)送功率。所以，為了最大化下行鏈路的容量，一條鏈路所需的發(fā)送功率應(yīng)該最小化。在下行鏈路，移動臺接收到的功率電平并不影響容量。在上行鏈路，發(fā)送功率決定了對相鄰小區(qū)的干擾數(shù)量，接收功

24、率決定了對同一小區(qū)中對其他用戶的干擾數(shù)量。例如，如果在一個區(qū)域僅有一個wcdma小區(qū)，通過將所需接收功率最小化，該小區(qū)的上行鏈路的容量將獲得最大化,并且功率增加量不會影響上行鏈路的容量。實際上，我們對這樣的小區(qū)網(wǎng)絡(luò)感興趣，在該網(wǎng)絡(luò)中上行鏈路分集方案的設(shè)計必須將發(fā)送接收功率加以考慮。網(wǎng)絡(luò)中相鄰小區(qū)的隔離度越低，則越要強調(diào)合適的發(fā)送功率。接收與發(fā)送功率對網(wǎng)絡(luò)干擾電平的影響可參見圖5-2-9。圖5-2-10 接收與發(fā)送功率對干擾電平的影響4. 軟切換中的功率控制與單一鏈路情形不同的是，軟切換中的快速功率控制有兩個主要問題：一個是下行鏈路基站功率中功率漂移，另一個是移動臺中上行鏈路功控指令的可靠檢測，

25、這兩方面如圖5-2-10所示，本節(jié)對此有更詳細的介紹，并且還提供了一個改善功控信令質(zhì)量的解決方案。圖5-2-11 軟切換中的快速功控下行鏈路功率漂移移動臺發(fā)送一條指令控制下行鏈路的發(fā)送功率，該指令被激活集中的所有基站接收。基站各自獨立地對指令進行檢測，這是由于功控指令不能與rnc相結(jié)合，否則會引起非常大的延時與網(wǎng)絡(luò)信令的大量增加。由于信令在空中接口中的錯誤，基站可能以不同方法檢測該功控指令。有可能會出現(xiàn)這樣的情形：一個基站降低對某一移動臺的發(fā)射功率而同時另一個基站卻提高對該移動臺的發(fā)射功率。這就導(dǎo)致下行鏈路功率開始分別漂移的情況，我們將這種情況稱為功率漂移。功率漂移是不能接受的，因為它大大降低

26、了下行鏈路軟切換的性能。它可以通過rnc來進行控制。最簡單的方法是對下行鏈路功率控制動態(tài)范圍設(shè)置相對嚴格的界限。這些界限應(yīng)用在移動臺具體的發(fā)送功率中。自然地，允許的功控動態(tài)范圍越小則最大功率漂移也越小，另一方面，如表5-2-2所示，大的功率控制動態(tài)范圍可改善功控的性能。降低功率漂移的另一方法如下：rnc可從基站接收到關(guān)于軟切換連接的發(fā)射功率電平的信息，這些功率電平在許多功控指令，比如在500ms或相當(dāng)于750條功控指令上進行平均?；谏鲜鰷y量，rnc就可將下行鏈路發(fā)射功率的參考值發(fā)給基站，軟切換基站在它們的下行鏈路功率控制中采用該參考值以減少該連接的功率漂移。該方法的思想就是周期性地對參考功率

27、執(zhí)行一個小的糾正，糾正大小是和實際發(fā)射功率與參考功率之間的差異成比例的，該方法將減少功率漂移的總量，僅當(dāng)在下行鏈路有快速功率控制時才會發(fā)生功率漂移。在is-95的下行鏈路中只有慢速功率控制，因此不需要控制下行鏈路功率漂移的方法。上行功控指令的可靠性激活集中的所有基站均獨立給移動臺發(fā)功控指令以控制上行鏈路的發(fā)射功率，如果激活集中的一個基站能正確接收上行鏈路的信號，則該方法已足夠。因此，如果其中一個基站發(fā)送降低功率的指令則移動臺會降低他的發(fā)射功率。軟切換過程中，移動臺對數(shù)據(jù)比特的接收可采用最大比特合并的方法，這是因為同一數(shù)據(jù)從所有的軟切換基站發(fā)出。但是該方法不能用于功控比特，因為從每一個基站發(fā)來的

28、功控比特所含的信息是不同的，因此功控比特的可靠性比不上數(shù)據(jù)比特的可靠性，于是移動臺采用一個閾值來檢查功控指令的可靠性。非常不可靠的功控指令應(yīng)被丟棄，因為它們已經(jīng)被干擾所破壞。功控信令質(zhì)量的改善當(dāng)移動臺處于軟切換時，通過下行鏈路中為專用物理控制信道（dpcch）設(shè)置比專用物理數(shù)據(jù)信道（dpdch）高的功率可以改善功控信令的質(zhì)量。這個dpcch與dpdch之間的功率偏移對于不同的dpcch域功控比特、導(dǎo)頻比特和tfci會有所不同。功控偏移量如圖5-2-11所示。圖5-2-12 為改善下行鏈路信令質(zhì)量的功率偏移一次話音連接過程中，采用下行功率偏移后移動臺發(fā)射功率的減少量示于圖5-2-12中。橫軸表示

29、從移動臺到兩個軟切換基站衰減的差值，0db表示對兩個軟切換基站的衰減是相同。在本例中，高出3db的功率用于導(dǎo)頻和功控信令。采用功率偏移后，移動臺發(fā)射功率的減少量為0.40.6db，之所以獲得該減少量是由于功控信令的質(zhì)量得到改善的緣故。圖5-2-13 采用功率偏移后上行鏈路發(fā)射功率的增益5.2.3 外環(huán)功率控制外環(huán)功率控制需要通過為快速功率控制設(shè)定目標值來保證所需電平的通信質(zhì)量。外環(huán)功控的目的是提供所需質(zhì)量：既不太差，也不太好。太高的質(zhì)量將浪費容量。由于上行鏈路和下行鏈路均存在快速功率控制，因此上下行鏈路兩者都需要外環(huán)功率控制。在隨后的章節(jié)中將對這種控制環(huán)路的一些方面以及在上下行鏈路中的應(yīng)用予以

30、描述。在is-95中，由于下行鏈路沒有快速功率控制，因此外環(huán)功率控制僅用在上行鏈路中。上行鏈路外環(huán)功率控制的概貌如圖5-2-13所示。上行鏈路質(zhì)量的觀測是在rnc進行宏分集合并之后，然后就將sir目標值發(fā)給基站?？焖俟β士刂频念l率是1.5khz，外環(huán)功率控制的頻率典型值為10100hz。圖5-2-14提供了一個外環(huán)功率控制的一般算法。圖5-2-14 在rnc中上行鏈路外環(huán)功率控制圖5-2-15 外環(huán)功率控制的一般算法常規(guī)的外環(huán)功率控制算法采用與內(nèi)環(huán)功率控制相似的方式，如下：如果ferestfertarget，則提高sirtarget一個事先確定的步長；如果ferestfertarget，則降低

31、sirtarget一個事先確定的步長。1. 外環(huán)功率控制的增益本節(jié)我們分析當(dāng)移動速度或多徑傳播環(huán)境變化時，sir目標值需要調(diào)整多少。在本章中sir目標值和eb/no目標值這兩個術(shù)語可互換。在amr語音業(yè)務(wù)、bler=1%并具有外環(huán)功率控制條件下的仿真結(jié)果見表5-2-4，我們采用了三種不同的多徑環(huán)境：對應(yīng)于強的直達路徑分量的靜態(tài)信道；itu步行a衰落信道；具有相等的多徑分量平均功率的三徑衰落信道。此處我們假設(shè)沒有天線分集。表5-2-4 不同環(huán)境下的平均eb/no目標值多移動速度平均eb/no目標值/db非衰落5.3itu步行a3km/h5.9itu步行a20km/h6.8itu步行a50km/h

32、6.8itu步行a120km/h7.1等功率3徑3km/h6.0等功率3徑20km/h6.4等功率3徑50km/h6.4等功率3徑120km/h6.9在靜態(tài)信道中所需要的平均eb/no目標值最低，在itu步行a衰落信道且高速移動時需要的平均eb/no目標值最高。此結(jié)果表明接收的功率的變化越大，若要提供相同的質(zhì)量則所需的eb/no目標值越高。我們選擇一個針對靜態(tài)信道的5.3db的eb/no目標值作為固定值，則對于衰落信道來說會導(dǎo)致連接期間過高的誤幀率并且會降低話音質(zhì)量；如果我們選擇7.1db為固定的eb/no目標值，通信質(zhì)量將得到充分滿足，但在大多數(shù)情況下并不需要如此高的功率。我們可得到結(jié)論，那

33、就是通過外環(huán)功控來調(diào)整快速閉環(huán)功率控制的目標值顯然是有必要的。外環(huán)功控對目標值的調(diào)整應(yīng)該多快呢？有這樣一個例子：在微小區(qū)環(huán)境下，移動臺首先進入與基站存在直達路徑傳播的區(qū)域，此時平均eb/no值為5.3db即可提供要求的質(zhì)量；如果移動臺繞過拐角，則直達傳輸徑消失，此時多徑情形變?yōu)閕tu步行a信道情形，若移動臺以20km/h的速度移動，則eb/no值需迅速從5.3db提高到6.8db。2. 接收質(zhì)量的估計本節(jié)介紹一些測量接收質(zhì)量的不同方法。一個簡單可靠的方法是利用錯誤檢測，如利用循環(huán)冗余檢測（crc）的結(jié)果來檢測是否有錯誤。利用循環(huán)冗余檢測的優(yōu)勢在于它對幀錯誤的檢測非?？煽坎⑶液唵巍＠没赾rc

34、的方法非常適合這樣一些業(yè)務(wù)：允許錯誤以相當(dāng)高的頻率發(fā)生，至少每隔幾秒中出現(xiàn)一次。例如非實時分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在重傳之前塊錯誤率（bler）可達1020%；又例如話音業(yè)務(wù)在提供所需質(zhì)量情況下其典型的bler=1%時。利用自適應(yīng)多速率（amr）聲碼器且交織深度為20ms、bler=1%時，相應(yīng)平均每2s有一個錯誤。接收質(zhì)量也可以通過基于幀可靠性軟信息來進行估計。這些信息可以是，例如：信道譯碼之前估計的誤比特率（ber），稱為原ber或物理信道ber；來自有卷積碼的維特比譯碼器的軟信息；來自turbo譯碼器的軟信息，例如中間迭代譯碼后的ber或bler；接收到的eb/no。這些量的問題是它們可能給接收質(zhì)量

35、一個錯誤的估計?？紤]到原ber的用途，為了獲得譯碼后要求的最終bler，要求的原ber不是一個常量而依賴于多徑環(huán)境、移動速度和接收器算法。軟信息對于高質(zhì)量業(yè)務(wù)是必須的，參見5.2.3.4。在iub接口上原ber被當(dāng)作軟信息使用。圖5-2-15介紹了接收質(zhì)量的估計。圖5-2-17 rnc外環(huán)功控中的質(zhì)量估計3. 外環(huán)功控調(diào)整步長外環(huán)功控調(diào)整步長這個參數(shù)既決定了該算法的收斂到期望目標值的速度，也定義了該算法的開銷。其原理就是步長越大則收斂得越快，同時開銷也越高。圖5-2-16給出了反映該算法特點得一個例子。其fer目標值為1，步長為0.5db。圖5-2-18 在itu步行a信道、amr聲碼批器、b

36、ler值為1、步長0.5db、速度為3km/h時的eb/no值。4. 高質(zhì)量業(yè)務(wù)第三代網(wǎng)絡(luò)要求支持非常低的bler(最佳導(dǎo)頻_ec/io報告范圍滯后事件1a，且激活集未滿，該小區(qū)被加入激活集，此事件稱為事件1a或無線鏈路加入。如果在t期間內(nèi)，導(dǎo)頻_ec/io先前最差的導(dǎo)頻_ec/io滯后事件1c，激活集中最弱的小區(qū)被最強的候選小區(qū)（即監(jiān)測集中最強的小區(qū)）替換。此事件被稱為事件1c或無線鏈路加入和刪除的組合。圖520中假設(shè)激活集最多為兩個小區(qū)。其中:報告范圍是軟切換的閾值；滯后事件1a是加入磁滯；滯后事件1b是刪除磁滯；滯后事件1c是替換磁滯；t是觸發(fā)時間；最佳導(dǎo)頻_ec/io是激活集中小區(qū)測量

37、的最強值；先前最差的導(dǎo)頻_ec/io是激活集中小區(qū)測量的最強值；最佳候選導(dǎo)頻_ec/io是監(jiān)測集中小區(qū)測量的最強值；導(dǎo)頻_ec/io是測量與過濾的量。wcdma切換測量在激活集采用導(dǎo)頻ec/io來更新移動臺算法前，運用了一些過濾。測量在第1層和第3層進行過濾，第3層的過濾可由網(wǎng)路控制。下一小節(jié)討論了導(dǎo)頻ec/io的測量。從移動臺到rnc的切換測量報告可配置為周期性報告方式，或配置為事件觸發(fā)式報告，像gsm那樣。根據(jù)理論分析可知事件觸發(fā)式報告以更少的信令負荷提供與周期性報告一樣的性能。2. 切換測量切換測量的準確性，即導(dǎo)頻ec/io的測量準確性對于切換性能是很重要的。過濾長度對測量準確性的影響示

38、于圖5-3-2和圖5-3-3，其中圖5-3-2是3km/h的仿真結(jié)果，圖5-3-3是50km/h的仿真結(jié)果，移動臺在兩圖中移動的距離相同，本例中不考慮路徑損耗、陰影衰落和干擾，僅顯示了快衰落的影響。切換測量的目標是獲得一個平均化快衰落影響的測量結(jié)果。此處測量的例子是每10ms幀取一個樣本，正確的測量值是0db，與該值不同的那些值是有未完全平均化的快衰落所致。此處假設(shè)的多經(jīng)環(huán)境是單徑瑞利衰落信道，這是最差情況的假設(shè)。如果多經(jīng)分集可以利用并且移動臺能夠利用多個指峰進行測量，則快衰落導(dǎo)致的不準確性比這種單徑信道要小。圖5-3-2 在單徑瑞利衰落信道下，速度為3km/h時，切換測量的準確性圖5-3-3

39、 在單徑瑞利衰落信道下，速度為50ms/h時，切換測量的準確性當(dāng)移動速度為3km/h時，正如圖5-3-2最上端所示，100ms的過慮長度導(dǎo)致非常大的測量錯誤，這是因為快衰落不能在如此短的時間內(nèi)過濾掉。由于測量錯誤，發(fā)生了沒必要的切換，導(dǎo)致切換信令增加和激活集更新周期變短。將過濾長度提高到1s，則測量準確性可得到明顯改善，在低速移動時，長的過濾周期是有利的。當(dāng)移動速度為50km/s時，100ms的過濾周期表現(xiàn)出了相當(dāng)好的性能，若提高過濾周期，性能僅能得到很小的改善。長過濾周期的缺點是延時并導(dǎo)致了切換。在高速移動時，快速切換是重要的，特別是在宏小區(qū)網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)移動臺繞過墻角時，到基站的路徑損耗變化很快

40、。當(dāng)快速移動、高比特速率連接情況下延時切換的影響示于圖5-3-4。當(dāng)基站bs2不在移動臺激活集中的時候，它不能控制上行鏈路的發(fā)射功率，且噪聲惡化量的峰值可能有基站bs2而導(dǎo)致。僅在下述情況下才會發(fā)生這樣的問題：在切換時由于測量的長時間平均或由于切換信令中的延時而存在長的延時；移動臺的移動速度很快；正在進行高比特速率的連接。因此，在切換測量中不能使用太長的過濾周期，最優(yōu)的過濾周期是測量準確性和切換延時之間的折衷。3gpp中切換測量的周期是200ms，另外第3層的過濾周期最高是200ms。圖5-3-4 由于延時切換，基站接收中噪聲惡化量的峰值3. 軟切換的增益本節(jié)介紹一些從仿真中獲取的軟切換增益的

41、例子，這些是結(jié)合抵抗快衰落的宏分集增益與理想硬切換比較的結(jié)果，硬切換時移動臺將被連接到路徑損耗最小的基站。軟切換增益改善了wcdma網(wǎng)絡(luò)的覆蓋和容量。圖5-3-5和圖5-3-6顯示了仿真結(jié)果，仿真條件是itu步行a信道，速度為3km/h，軟切換激活集中含有兩個基站。與到bs2基站相比，移動臺到bs1基站相對路徑損耗是0，3，6和10db，當(dāng)?shù)絻蓚€基站的路徑損耗相同，即相對路徑損耗差值為0db時，可達到最高增益。圖5-3-5顯示的是有基站接收天線分集時在上行鏈路發(fā)射功率獲得的軟切換增益，圖5-3-6顯示的是沒有收或發(fā)天線分集時下行鏈路發(fā)射功率獲得的相應(yīng)增益。這些增益是相對于移動臺僅與最好的基站相

42、連接的單鏈路情況相比得到的。應(yīng)當(dāng)注意，itu步行a信道環(huán)境有少量多徑分集，因而軟切換增益相對更高一些；多徑分集增多時，切換增益就會降低。圖5-3-5 上行鏈路發(fā)射功率軟切換增益（正值增益，負值損耗）圖5-3-6 下行鏈路發(fā)射功率軟切換增益（正值增益，負值損耗）在圖5-3-5中，如果到兩個軟切換基站的路徑損耗是一樣的，則由于軟切換導(dǎo)致的移動臺發(fā)射功率最大減少量為1.8db。如果路徑損耗相差很大，則軟切換會導(dǎo)致移動臺發(fā)射功率的升高，這種升高是由于通過下行鏈路傳輸?shù)纳闲墟溌饭刂噶畹男帕铄e誤而導(dǎo)致的。但是典型的，如果基站的路徑損耗比最近的基站路徑損耗大36db，則該基站不會在移動臺的激活集中。在下行

43、鏈路最大軟切換增益是2.3db(圖5-3-6)，比上行鏈路高一些（圖5-3-5），原因是我們假設(shè)下行鏈路無天線分集，因而在下行鏈路更需要軟切換中的宏分集。對于下行鏈路，如果本例中路徑損耗差值大于45db，則軟切換會導(dǎo)致所需下行鏈路發(fā)射功率提高，在這種情況下，移動臺不能有效接收來自更遠處基站的信號，也就無法提供額外的分集增益。這些軟切換增益僅是示例值，增益依賴于多徑環(huán)境、移動臺速度、接收機算法和基站天線配置。本節(jié)顯示的增益是從容量的觀點來看的，而對于覆蓋軟切換增益不作討論。這兩方面的不同是在最大化覆蓋范圍時移動以恒定的最大功率發(fā)送，而本節(jié)中有快速功控的假設(shè)。4. 軟切換概率無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃要負責(zé)適當(dāng)

44、的切換參數(shù)設(shè)置和站點規(guī)劃，這樣軟切換的概率才不會超過期望值。典型地，軟切換概率要求維護在30%40以下，主要是因為過多地軟切換概率會降低下行鏈路的容量，如圖5-3-6所示。在下行鏈路，每一個軟切換會提高對網(wǎng)絡(luò)的發(fā)射干擾，當(dāng)增加的干擾超過分集增益時，軟切換無法給系統(tǒng)性能提供任何增益。同時在下行鏈路，軟切換連接比單一鏈路連接使用更多的正交碼字。在上下行鏈路，軟切換都需要基站中的基帶資源、iub接口的傳輸容量，以及rnc資源。無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化的任務(wù)就是保持軟切換的開銷低于要求的閾值，并且上下行鏈路提供足夠的分集。5.3.2 wcdma和gsm系統(tǒng)間的切換wcdma和gsm標準支持wcdma與gsm

45、之間兩個方向的切換。這些切換被使用是為了覆蓋和負載平衡的原因。在wcdma配置的初期，有必要能切換到gsm系統(tǒng)以提供連續(xù)的覆蓋，從gsm切換到wcdma可用來減少gsm小區(qū)的負載。當(dāng)wcdma網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)量提高時，由于負載的原因而進行雙向切換是很重要的。系統(tǒng)間的切換是由源rnc/bsc觸發(fā)的，從接收系統(tǒng)的角度來看，系統(tǒng)間切換與rnc間切換或bsc間切換相似。切換算法和觸發(fā)機制沒有標準化。而且切換過程是標準化的，參見2.2.8.3節(jié)的介紹。1. 壓縮模式wcdma采用連續(xù)的發(fā)送與接收方式，并且如果wcdma信號沒有間隙產(chǎn)生則移動臺不能夠用一個接收機進行系統(tǒng)間的測量。因此頻率間和系統(tǒng)間的測量均需要壓

46、縮模式。第二章描述了壓縮模式的過程。在壓縮模式間隙期間快速功控不能使用，部分交織增益將會損失；因此在壓縮幀期間需要更高的eb/no值，從而導(dǎo)致容量的降低。一個對容量影響計算的例子示于表5-3-1中，此處假設(shè)在壓縮幀期間所需的eb/no值要高2.0db，進一步的假設(shè)是每個第三幀被壓縮，并且有10的用戶同時使用壓縮模式。這種情況下，小區(qū)的干擾電平提高了1.9%，換言之，如果我們想保持干擾電平為常數(shù)，則小區(qū)容量降低1.9%。表5-3-1 壓縮模式對容量的影響假設(shè)平均升高的干擾電平在壓縮模式期間要求的eb/no值要高2.0db每個第三幀被壓縮10的用戶同時在壓縮模式2.0db在壓縮幀期間多58的干擾5

47、8/3從該連接多出19%干擾19/10在小區(qū)內(nèi)多出1.9%干擾表5-3-1清楚地表明，在全部時間內(nèi)讓所有用戶處于壓縮模式則會浪費容量，本例中降低了19的容量。因此，壓縮模式僅在需要執(zhí)行系統(tǒng)間切換或頻率間切換時激活。典型的系統(tǒng)間切換過程如下：系統(tǒng)間切換觸發(fā)器在rnc實現(xiàn)，例如移動臺跑出wcdma覆蓋范圍；rnc命令移動臺用壓縮模式開始系統(tǒng)間的測量；rnc根據(jù)移動臺的測量選擇目標gsm小區(qū)；rnc給移動臺發(fā)切換命令。壓縮模式也影響實時業(yè)務(wù)上行鏈路覆蓋范圍，這些實時業(yè)務(wù)在壓縮模式期間不能降低比特率，一個對覆蓋范圍影響的例子示于表5-3-2表中，此處覆蓋減少了2.4db。因此，由于覆蓋原因，系統(tǒng)間切換

48、過程在小區(qū)邊緣應(yīng)該足夠早地發(fā)起，以避免壓縮模式期間任何質(zhì)量地降低。表5-3-2 壓縮模式對覆蓋的影響假設(shè)平均升高的干擾電平在壓縮模式期間要求的eb/no值要高2.0db在15時隙幀里采用7時隙間隙每第二幀被壓縮，交織深度為20ms2.0db 10log10（15/(15-7)）=2.7db(2.0db+2.7db)/2=減少覆蓋2.4db從gsm到wcdma系統(tǒng)間的切換由gsm的bsc發(fā)起。由于gsm采用非連續(xù)發(fā)射與接收方式，因此從gsm獲得wcdma的測量值不需要壓縮模式。5.3.3 wcdma內(nèi)的頻率間切換大多數(shù)umts運營商由23個可用的fdd載波，運營商可使用一個頻率開始運營，第二和第

49、三頻率需要用來對付隨后容量的增加。幾個頻率可以通過兩種不同的方法使用。對于高容量的站點，在同一個站點可使用幾個頻率，或者宏小區(qū)層與微小區(qū)層使用不同的頻率。在wcdma載波間的頻率間切換需要支持這些方案。與系統(tǒng)間切換一樣，頻率間切換也需要同樣方式的壓縮模式測量。5.3.4 切換總結(jié)表5-3-3總結(jié)了wcdma的切換類型，最典型的wcdma切換是由于用戶的移動性所需要頻率內(nèi)切換。頻率內(nèi)切換被圖5-3-1所示的那些參數(shù)所控制，從移動臺到rnc頻率內(nèi)切換報告的典型方式是事件觸發(fā)方式，根據(jù)切換報告rnc命令進行切換。假設(shè)進行頻率內(nèi)切換，移動臺應(yīng)當(dāng)連接到最好的基站以避免遠近問題，并且rnc沒有選擇目標小區(qū)

50、的自由。表5-3-3 wcdma切換類型切換類型切換測量從移動臺到rnc典型的切換測量報告切換原因wcdma頻率內(nèi)利用匹配濾波器進行全時段測量事件觸發(fā)報告正常移動wcdma到gsm系統(tǒng)間僅當(dāng)需要時才開始測量，使用壓縮模式在壓縮模式期間周期性地報告覆蓋、負載、業(yè)務(wù)wcdma頻率間僅當(dāng)需要時才開始測量，使用壓縮模式在壓縮模式期間周期性地報告覆蓋、負載為了降低壓縮模式使用的頻率，典型情況下，僅當(dāng)需要進行系統(tǒng)間和頻率間切換時發(fā)起系統(tǒng)間和頻率間測量。頻率間切換需要用來在wcdma載頻和小區(qū)層間平衡負載，或由于覆蓋的原因要從微小區(qū)頻率切換到宏小區(qū)頻率。為了延伸wcdma的覆蓋范圍、平衡系統(tǒng)間的負載、指導(dǎo)業(yè)務(wù)到最合適的系統(tǒng)，需要到gsm的系統(tǒng)間切換。5.4 負載監(jiān)測5.4.1 算法概述無線資源管理是基于空中接口干擾電平的管理，則需要進行空中接口負載的測量，負載監(jiān)測算法為其他無線資源管理算法提供空中接口的負載情況。負責(zé)監(jiān)測的主要方式是控制node b測量負載，上報負載，并記錄負載值。負責(zé)的測量包括上下行兩部分,本小節(jié)主要討論負載測量的幾種方法，關(guān)于測量的過程請讀者參見第二章2.1.9節(jié)的測量過程。5.4.2 上行鏈路負載本節(jié)介紹兩種上行鏈路負載的測量方