下一代移動通信系統中的無線資源管理問題研究

馬衛東　方彪

【摘 要】隨著移動通信的快速發展，下一代移動通信中關于無線資源管理變得更加有意義，鑒于此，對其中具有代表性的功率控制、移動性管理、接入控制等技術做了詳細闡述。

【關鍵詞】移動通信；無線資源管理；功率控制；移動性管理；接入控制；信道分配

0 引言

就未來通信而言，發展方向是個人通信，即在全球范圍內逐步實現在任何時間、任何地點以任何通信方式與任何對象進行任何業務的無縫隙、不間斷通信，這是人類為未來通信繪制的理想藍圖。移動通信作為靈活接入的手段已經成為現代通信領域中一大支柱通信方式和通信產業。

1 功率控制

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于其他系統的同頻干擾或系統內其他用戶干擾。在不影響通信質量的前提下，進行功率控制盡量減小發射信號的功率，可以提高信道容量并增加用戶移動臺的電池待機時間。傳統的功率控制技術是以話音服務為主，這方面的研究已經相當多，主要涉及集中式與分布式功率控制、開環與閉環功率控制、基于恒定接收與基于質量的功率控制等。

用于電路交換網絡的功率控制技術已經不能適應 IP 傳輸和復雜的無線物理信道控制，在IP 網絡成為核心網的情況下，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。而在全 IP 網絡中存在著多種服務質量不同的數據業務，每種業務所需要的發射功率也各不相同，使得功率控制問題變得更加復雜。如何滿足不同類型用戶的 QoS 要求和傳輸速率，同時兼顧公平性和高吞吐量，是全 IP 網絡功率控制研究的目標。這就要求不僅要在保證通話質量的前提下降低移動臺發射功率來提高系統容量，還要解決如何針對不同用戶需求提供最合理的發射功率。

2 移動性管理

移動性管理通常包括兩部分內容：位置管理和切換管理。當移動用戶進行呼叫或分組傳輸時，位置管理確保網絡能夠發現當前附著點；如果移動臺在移動過程中改變其接入到網絡的附著點，切換管理應保證網絡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位置管理。域是針對移動臺的移動范圍而言的，通常由一個或多個小區組成。移動臺在不同域之間的移動稱為宏移動，在域內部的移動稱為微移動。就移動IP技術而言，微移動一般發生在相同的子網段內，而在宏移動情況下，移動臺往往需要變換接入網關并更新 IP 地址。在全 IP 異構網絡中，宏移動還涉及接入網或接入技術的變化。MIP 對宏移動的支持相對較好，而應用于微移動時會帶來一系列問題（如三角路由問題），為此，提出了 HAWAII、蜂窩 IP等微移動方案來解決上述微移動問題。

切換指的是將當前正在進行的移動臺與網絡連接點之間的通信鏈路從當前連接點轉移到另外一個連接點的過程。在蜂窩移動通信網絡中，這樣的連接點稱為基站；在無線局域網中，這樣的連接點稱為 AP。切換過程通常包括兩個階段：切換初始階段和切換執行階段。在切換初始階段，系統將不斷地對某一移動用戶的服務質量實施監測，從而決定何時觸發切換；在切換執行階段，系統將移動臺和一個新的連接點關聯。根據切換發起和執行的實體，可將切換分為網絡控制切換、移動設備控制切換、移動設備輔助切換和網絡輔助切換。

按照切換處理過程的不同，即當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絡時保留原有連接，直到移動臺業務穩定才轉移到新的網絡。

當移動用戶從一個小區運動到另一個小區時，或系統為了容納新的業務而對資源進行重新分配時，以及由于信道傳輸特性的惡化造成移動臺接收到的信號質量有所下降時，將觸發切換。切換判決準則包括接收信號強度準則、載波干擾比準則、移動臺和基站之間的距離準則以及網絡準則等。在全 IP異構通信網絡中，由于采取了混合小區的結構，切換不只發生在同層（同種技術）的網絡之間。根據切換是否發生在同一標準的網絡中，可將切換分為水平切換和垂直切換：水平切換也稱為系統內切換，指的是傳統意義上同構通信網絡內部的越區切換；垂直切換也稱為系統間切換，指的是不同標準、不同通信協議的異構通信網絡之間的切換

3 接入控制

接入控制技術是無線資源管理的一個重要組成部分，它根據系統的實際情況決定是否接受新到達的呼叫請求和切換請求，從而控制系統的用戶數量，保障系統中用戶的服務質量。傳統的接入控制算法一般可分為基于有效帶寬的算法、基于網絡容量的算法、基于功率測量的算法、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信道的算法、基于業務優先級的算法、基于切換阻塞率（切換優先）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，允許準入用戶跨越網絡邊界使用并管理其業務。因此，用戶可以使用多種接入技術從任一網絡接入點接入網絡，從而得到連續性的服務和網絡應用?？紤]到已有用戶的服務質量，異構網絡中是否接納新用戶（包括切換來的用戶），即異構網絡的接入控制策略是迫切需要解決的技術難題。

4 信道分配

信道在不同的移動通信系統中的含義不同：在 FDMA 系統中指頻率，在 TDMA 系統中指時隙，在 CDMA 系統中指 PN 碼。信道分配技術主要有 3 類：固定信道分配、動態信道分配以及混合信道分配。固定信道分配的優點是信道管理容易，信道間干擾易于控制；缺點是信道無法最佳化使用，信道頻譜效率低，而且各接入系統間的流量無法統一控制，從而造成頻譜浪費。因此需要使用動態信道分配和混合信道分配，預留全部或部分信道供服務區域內的所有用戶使用，并考慮信道復用和同頻干擾的因素，以提高信道利用率、增強對業務負載的適應性以及對干擾的適應性。為使蜂窩網絡可以隨流量的變化而變化，FCA 算法提出了信道借用方案，如信道預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，以達到信道資源的最大利用。

5 負載均衡

在 B3G 系統中設計負載均衡方案時面臨更多的挑戰，需要考慮多方面的問題，如針對當前及未來的應用需求分析網絡瓶頸的不同所在，確定不同負載均衡技術和均衡策略的選擇，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）可擴展性：均衡解決方案應能滿足技術的發展需求，均衡不同系統和平臺之間的負載，均衡話音、視頻等不同業務流的負載；

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

（3）可靠性：對于服務質量要求較高的用戶業務，負載均衡解決方案應能提供容錯性及冗余解決方案，以提高可靠性。

6 結束語

總之，隨著現代科學技術的飛速發展，移動通信在社會生活中發揮著越來越重要的作用?，F今 3G 技術已經得到商用，而下一代移動通信系統，即 B3G 的研究也方興未艾。B3G 是從接入技術、網絡架構到系統性能的全面演進，其無線資源管理是極具價值的研究課題。因此如何研究開發更有效、更適合的自適應資源分配技術并應用于下一代移動通信系統是一個非常有挑戰性的研究課題。

【參考文獻】

[1]王建，李方偉.HSDPA關鍵技術演進的研究[J].電信建設，2004，04.

[2]李翠然，李承恕.4G系統中的關鍵技術[J].重慶郵電學院學報：自然科學版，2002，02.

[責任編輯：鄧麗麗]