無線資源管理

無線資源管理(RRM)的研究內容主要包括以下幾個部分：功率控制、信道分配、調度、切換、接入控制、負載控制、端到端的QoS和自適應編碼調製等。

圖1無線資源管理架構示意圖

依據對象的不同，無線資源管理可以有兩種不同的劃分：

（1）面向連接的RRM。確保該連接的QoS，並使該條連接佔用的無線資源最少。這時要考慮信道配置、功率控制、切換。對於每條連接，根據需要創建一個實例專門處理本連接的資源配置。

（2）面向小區的RRM。在確保該小區穩定的前提下，能接入更多的用户，提高整個系統的容量。這時要考慮碼資源管理、負載控制。為每一個小區創建一個實例，專門處理該小區的資源管理。

而實現無線資源管理或控制的基本流程是：測量控制→測量UE（用户設備）、NodeB（節點B）、RNC（無線網絡控制）→測量報告→判決、決策→資源的控制和執行。

RRM要做的就是能夠保證CN（核心網）所請求的QoS，增強系統的覆蓋，提高系統的容量。要達到RRM的目的，具體要做以下各項：信道配置、功率控制、切換控制、負載控制。

在移動通信系統中，近地強信號抑制遠地弱信號產生“遠近效應”。系統的信道容量主要受限於其他系統的同頻干擾或系統內其他用户干擾。在不影響通信質量的情況下，進行功率控制儘量減少發射信號的功率，可以提高信道容量和增加用户終端的電池待機時間。傳統的功率控制技術是以語音服務為主，這方面的研究已經相當多，主要涉及到集中式與分佈式功率控制、開環與閉環功率控制、基於恆定接收與基於質量功率控制。目前功率控制的研究集中在數據服務和多媒體業務方面，多為綜合進行功率控制和速率控制研究。功率控制和速率控制兩者的目標基本上是互相牴觸的，功率控制的目標是讓更多的用户同時享有共同的服務，而速率控制則是以增加系統吞吐量為目標，使得個別用户或業務具有更高的傳輸速率。如何滿足用户間不同的QoS要求和傳輸速率，同時達到公平性和高吞吐量的雙重目標，是目前較為熱門的課題。

用在電路交換網絡的功率控制技術已不能適應IP傳輸和複雜的無線物理信道控制，當IP網絡成為核心網絡，如何在分組交換網絡進行功率控制就成為功率控制研究的主要內容。針對基於突發模式（Burst-mode）功率控制的通信網絡的研究和連續突發模式（Burst-by-burst）的通信系統的設計已引起很大的注意。結合功率控制和其他新技術，如智能天線、多用户檢測技術、差錯控制編碼技術、自適應編碼調製技術、子載波分配技術等方面的聯合研究，提高系統容量也是比較熱門的研究課題。

在無線蜂窩移動通信系統中，信道分配技術主要有3類：固定信道分配（FCA）、動態信道分配（DCA）以及隨機信道分配（RCA）。 FCA的優點是信道管理容易，信道間干擾易於控制；缺點是信道無法最佳化使用，頻譜信道效率低，而且各接入系統間的流量無法統一控制從而會造成頻譜浪費，因此有必要使用動態信道分配，並配合各系統間做流量整合控制，以提高頻譜信道使用效率。FCA算法為使蜂窩網絡可以隨流量的變化而變化提出了信道借用方案（Channel borrowing scheme），如信道預定借用（BCO）和方向信道鎖定借用（BDCL）。信道借用算法的思想是將鄰居蜂窩不用的信道用到本蜂窩中，以達到資源的最大利用。

DCA根據不同的劃分標準可以劃分為不同的分配算法。通常將DCA算法分為兩類：集中式DCA和分佈式DCA。集中式DCA一般位於移動通信網絡的高層無線網絡控制器（RNC），由RNC收集基站（BS）和移動站（MS）的信道分配信息；分佈式DCA則由本地決定信道資源的分配，這樣可以大大減少RNC控制的複雜性，該算法需要對系統的狀態有很好的瞭解。根據DCA的不同特點可以將DCA算法分為以下3種：流量自適應信道分配、再用劃分信道分配以及基於干擾動態信道分配算法等。DCA算法還有基於神經網絡的DCA和基於時隙打分（Time slot scoring）的DCA。最大打包（MP）算法是不同於FCA和DCA算法的另一類信道分配算法。DCA算法動態為新的呼叫分配信道，但是當信道用完時，新的呼叫將阻塞。而MP算法的思想是：假設在不相鄰蜂窩內已經為新呼叫分配了信道，且此時信道已經用完，倘若這時有新呼叫請求信道時，MP算法 （MPA）可以將兩個不相鄰蜂窩內正在進行的呼叫打包到一個信道內，從而把剩下的另一個信道分配給新到呼叫。

RCA是為減輕靜態信道中較差的信道環境（深衰落）而隨機改變呼叫的信道，因此每信道改變的干擾可以獨立考慮。為使糾錯編碼和交織技術取得所需得QoS，需要通過不斷地改變信道以獲得足夠高的信噪比。

未來移動通信系統的主要特徵之一是存在大量的非實時性的分組數據業務。因為不同用户有不同速率，一個基站內所有用户速率總和往往會超過基站擁有頻帶所能傳輸的信道容量，因此必須要有調度器（Scheduler）在基站內根據用户QoS要求，判斷該業務的類型以便分配信道資源給不同的用户。 最近調度技術開始與其他技術相結合，如調度技術和功率控制整合，調度技術和軟切換技術相結合，軟切換技術和呼叫准入控制技術相結合等，且調度技術也擴展至實時性數據（Real-time data），提出了新的應用。另外，為了在Internet中提供QoS，如IntServ或DiffServ服務，調度技術也起重要的作用。

切換技術是指移動用户終端在通話過程中從一個基站覆蓋區內移動到另一個站覆蓋區內或者脱離一個移動交換中心（MSC）的服務區進入另一個MSC服務區內，以維持移動用户通話不中斷。有效的切換算法可以提高蜂窩移動通信系統的容量和QoS。切換技術一般分為硬切換、軟切換、更軟切換、頻率間切換和系統間切換。切換技術主要是以網絡信息信號質量的好壞、用户的移動速度等信息作為參考來判斷是否應執行切換操作。除了以上給出的切換技術以外，正在研究的切換技術基於信道借用和基於用户位置的切換。 未來移動通信系統中切換技術與移動性管理結合得越來越緊密，由於未來移動通信系統的核心網為IP網，這勢必會給移動用户的切換帶來新的問題和挑戰。現有的切換算法針對蜂窩移動通信系統設計，而Internet協議開始並不是針對無線通信環境所設計，要使得未來移動通信系統中切換技術得以實現，就必須對現有的切換技術進行修改。IETF在移動性管理方面做了許多工作，提出並制訂了一些相關的標準：如宏移動（Macro-mobility）和微移動（Micro-mobility）的標準。

以語音業務為主的呼叫准入控制決定是否接受新用户呼叫是相當簡單的問題，在基站有可用的資源時即可滿足用户的要求。在CDMA網絡中，使用軟容量的概念，每個新呼叫的產生都會增加所有其他現有呼叫的干擾電平，從而影響整個系統的容量和呼叫質量。因此以適當的方法控制接入網絡的呼叫顯得比較重要。第3代及未來移動通信系統要求支持低速話音、高速數據和視頻等多媒體業務，因此呼叫准入控制也就變得較為複雜。 未來移動通信系統中呼叫准入控制的要求是：在判決過程中，使用網絡計劃和干擾測量的門限，任何新的連接不應該影響覆蓋範圍和現有連接的質量（整個連接期間），當新連接產生時，呼叫准入控制利用來自負荷控制和功率控制的負荷信息估計上、下行鏈路負荷的增加，負荷的改變依賴於流量和質量等參數，若超過上行或下行鏈路的門限值，則不允許接入新的呼叫。呼叫准入控制算法給出傳送比特速率、處理增益、無線鏈路發起質量參數、誤碼率（BER）、信噪比（Eb/No）和信幹比（SIR）。呼叫准入控制管理承載映射、發起強制呼叫釋放、強制頻率間或系統間的切換等功能。

目前正在研究的呼叫准入控制算法主要有以下幾類：基於QoS的呼叫准入控制算法，該算法對接入的呼叫業務進行分類，如分為實時性業務和非實時性業務，然後再分別對其執行不同的呼叫連接；交互式呼叫准入控制算法；基於等效帶寬的呼叫准入控制算法；基於容量的呼叫准入控制算法；基於功率的呼叫准入控制算法；分佈式呼叫准入控制算法等。

隨着未來移動通信系統對數據、圖像、視頻等多媒體業務的支持，其業務的傳輸速率也越來越高，這就要求研究新的適合於高速移動通信系統的呼叫准入控制算法。此外，在考慮移動通信系統的呼叫准入控制時，擁塞控制策略也是通常需要考慮的一個方面，因此常將呼叫准入控制與擁塞控制進行結合研究。

傳統的Internet網絡提供是“盡力而為”（Best effort）服務，IP層無法保證業務的QoS要求，端到端QoS保障要通過傳輸控制協議（TCP）層來實現。儘管TCP層可以保障一定的QoS，如減少分組丟失率，但是仍無法滿足高實時性要求的圖像、視頻等多媒體業務在無線系統中傳輸的端到端QoS要求。而且未來移動通信系統的核心網絡將是基於IP的網絡，這就給如何在移動Internet網絡上為未來高速多媒體業務提供可靠的端到端QoS要求提出了新的問題。 目前對移動IP業務的服務質量（QoS）的保證方法，大多沒有考慮到端到端QoS保證。下一代高速無線/移動網絡要求能夠接入Internet、支持各種多媒體應用並保證業務的 QoS。但由於用户的移動性和無線信道的不可靠性，使得QoS保證問題比有線網絡更復雜。傳統IP網絡無法保證用户業務的QoS，這已經成為Internet向前發展的巨大障礙，為此IETF為增強現有IP的QoS性能提出了兩種典型的保障機制即：綜合業務/資源預約協議 （InterServ/RSVP）和區分業務（DiffServ）。

在無線網絡中，傳統的流量控制並不適應用來提供QoS 保證，因為會把無線信道傳輸過程中的分組丟失當作網絡擁塞來處理。UMTS定義了4類QoS類型，即對最大傳輸遲延有嚴格的要求的會話類別，對端到端數據流的遲延抖動有一定要求的流類別，對往返延遲時間有要求的交互式類別，對延遲敏感性要求很低的後台類別。網絡根據不同QoS類型的業務分別為其分配不同信道資源。此外還有其他幾種解決QoS的算法，如無線鏈路層解決方案、TCP連接分離方法、TCP迭加解決方案、套接口/網關解決方案等。

有關自適應編碼調製、無線資源預留等其他無線資源管理方面的研究內容也在進一步的研究和探討中 ^[1]  。

TD-SCDMA移動通信系統由於使用了智能天線、聯合檢測和上行同步等先進的通信技術，使其在系統性能、容量和製造成本上都具有明顯的優勢。而作為具有CDMA特徵的移動通信系統，可靠和高效的無線資源管理（Radio Resource Management，RRM）策略和方法，則是CDMA移動通信系統性能和容量的重要保證。 TD-SCDMA系統中無線資源包括碼字、頻率、時隙、功率和空間角度，該系統之所以頻譜利用率高，是因為它綜合使用了時分、頻分、碼分和空分以及其它多種新技術。在基於CDMA技術的移動通信系統中，採用智能天線技術可以提高系統的容量、減少用户間的干擾、擴大小區的覆蓋範圍、支持新的業務、提高網絡的安全性以及實施用户定位等。多用户聯合檢測和上行同步技術對多址干擾的有效抑制使CDMA系統在相同處理增益下可同時容納更多的激活用户。因此，TD-SCDMA系統通過空域處理或空時域聯合處理的數字信號處理技術，可提高SINR，減少時延擴展和衰落帶來的影響，進而提高鏈路質量。鏈路性能的提高可以更輕鬆地提供各種新業務，如對誤碼率有較高要求的數據業務和無線Internet業務。但採用智能天線等技術後，它必將涉及到許多網絡功能的變化，如無線資源管理和移動性管理等。由於空間角度成為可利用的資源，在對系統資源進行分配和管理時，既要考慮最大限度地提高系統資源利用率，又要協調好各種資源之間的相互關係，以便最大限度地降低用户之間的干擾，只有這樣才能保證系統的整體性能達到最優狀態。由於資源內涵的擴展和資源類型的增加，特別是空間角度成為可用資源後，系統的資源分配和管理算法比傳統的移動通信系統要靈活得多，同時也複雜得多。但目前對智能天線和聯合檢測技術的研究都是基於物理層的信息技術進行的，即只是研究技術本身的實現和所具有的鏈路級性能，還沒有研究它們所涉及到的網絡效能，不能充分合理髮揮智能天線和聯合檢測的效能。無線資源管理是信息技術和網絡技術的綜合，而傳統的RRM所具有的功能都是以實際物理資源的分配和調整為基礎來展開的（硬資源管理方法）。但是，TD-SCDMA系統在使用智能天線和聯合檢測等空時處理技術後，系統增加和派生出了新的邏輯資源和虛擬資源，系統資源的內涵得到了擴展，因此，必須研究利用新的無線資源管理的理論和策略（軟資源管理方法、等效資源管理方法），對空時處理系統中的多種無線資源進行有效的分配與管理，才能真正提高頻率資源、碼道資源的複用率和功率資源的利用率，進而達到系統的設計目標。 ^[2] 

無線資源管理（RRM，RadioResourceManagement）功能是無線網絡控制器（RNC）的重要組成部分，其作用主要包括以下3個方面。

（1）確保用户申請業務的服務質量（QoS），包括誤塊率（BLER）、誤比特率（BER）、時間延遲（Delay）、業務優先等級等。

（2）確保系統規劃的覆蓋。

（3）充分利用和提高系統容量。

RRM的功能主要為計算、控制及資源配置。它主要由算法模塊、決策模塊、資源分配模塊、無線資源數據庫和對外接口模塊組成。其中最主要的是算法模塊，包括以下幾個功能模塊。

（1）功率控制（PC，PowerControl）模塊：在維持鏈路通信質量的前提下儘可能小地消耗功率資源，從而降低網絡中的相互干擾和延長終端電池的使用時間。

（2）切換控制（HC，HandoverControl）模塊：保證移動用户通信的連續性，或者基於網絡負載和操作維護等原因，將用户從當前的通信鏈路轉移到其他小區。

（3）接入控制（AC，AdmissionControl）模塊：當新的用户和越區切換的用户發起呼叫時，網絡執行接納控制過程，其目的是維持網絡的穩定性和已接納用户的QoS。

（4）負載控制（LC，LoadControl）模塊：連續計算網絡的負荷信息，並將該信息提供給其他模塊。當網絡出現過載情況時，LC通過RRM中其他模塊的綜合作用將網絡恢復到正常的狀態。

（5）分組調度（PS，PacketScheduler）模塊：用於服務分組數據業務，其具體的調度速率由網絡負荷情況決定。

（6）動態信道分配（DCA）模塊：負責將信道分配到小區、信道優先級排序、信道選擇、信道調整和資源整合。

（7）無線鏈路監測（RLS）模塊：負責監測無線鏈路的質量，當檢測到通信鏈路質量變壞時，向相應的RRM模塊發出報告，並進行惡化處理或惡化恢復處理。

（8）資源管理（RM，ResourceManagement）模塊：包括碼分配（CA，CodeAssignment）、邏輯信道資源和傳輸信道資源的管理。

除以上所列的模塊之外，RRM還包括擁塞控制（CC，CongestionControl）模塊、小區選擇（CS，CellSelection）模塊和無線承載控制（RBC，RadioBearerControl）模塊。

無線通信系統、QoS、UMTS、誤碼率、切換、TDSCDMA