WCDMA无线资源管理.ppt

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1、,WCDMA 无线资源管理,2,前言,WCDMA系统是一个自干扰的系统，无线资源管理的过程就是一个控制自己系统内的干扰的过程； 功率是最终的无线资源，最有效地使用无线资源的唯一手段就是严格控制功率的使用。,3,课程目标,了解无线资源管理的目的； 了解基本的无线资源管理算法：信道配置，功率控制，移动性管理，负载控制，AMR模式控制等。,学习完本课程，您将能够：,4,课程内容,T,第一章 无线资源管理综述 第二章 信道配置 第三章 功率控制 第四章 连接移动性管理 第五章 负载控制 第六章 AMR模式控制,5,无线资源管理，RRM（Radio Resource Management) WCDMA系

2、统是一个自干扰的系统，无线资源管理的过程就是一个控制自己系统内的干扰的过程 功率是最终的无线资源，最有效地使用无线资源的唯一手段就是严格控制功率的使用 功率的使用在CDMA系统中是矛盾的 提高针对某用户的发射功率能够改善该用户的服务质量 另一方面，由于CDMA系统的自干扰性，这种提高会带来对其他用户干扰的增加，从而导致接收质量的降低,无线资源管理综述,6,几个概念：UTRAN, RAB，RB，RL UTRAN：为非接入层（NAS）提供无线接入承载RAB的建立，维护、释放等服务，以屏蔽NAS对于无线接入层特性的关注,几个概念,7,RAB：The service that the access s

3、tratum provides to the non-access stratum for transfer of user data between User Equipment and CN。 RB：The service provided by the layer2 for transfer of user data between User Equipment and Serving RNC RL：A “radio link“ is a logical association between single User Equipment and a single UTRAN access

4、 point. Its physical realization comprises one or more radio bearer transmissions,几个概念,8,根据UMTS协议栈结构和功能的划分，UTRAN的主要任务就是为非接入层（NAS）提供无线接入承载（Radio Access Bearer, RAB)的建立，维护、释放等服务，以屏蔽NAS对于无线接入层特性的关注 为NAS建立的RAB中，UTRAN必须提供相应的QoS（Quality of Service)保证。 一般的QoS主要存在三个方面要求 传输速率 传输时延要求 BER/FER质量要求,UTRAN的任务,9,RR

5、M的目的： 保证CN所请求的QoS 增强系统的覆盖 提高系统的容量,RRM的目的,10,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 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对于整个系统的干扰，提高系统的容量和覆盖-功率控制 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-切换控制 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,贯穿整个RRM过程的主线：保证QoS，节约功率,RRM的任务,11,RRM各算法在呼叫流程中的位

6、置（1）,12,RRM各算法在呼叫流程中的位置（2）,13,面向连接的RRM，确保该连接的QoS，并使该条连接占用的无线资源最少 信道配置，功率控制，切换 对于每条连接，根据需要创建一个实例专门处理本连接的资源配置 面向小区的RRM，在确保该小区稳定的前提下，能接入更多的用户，提高整个系统的容量 码资源管理，负载控制 为每一个小区创建一个实例，专门处理该小区的资源管理,RRM的划分,14,无线资源管理或控制的基本流程 测量控制 测量 UE，NodeB，RNC 测量报告 判决，决策 资源的控制和执行,RRM的流程,15,本章小结,本章主要介绍了： RRM的概念 RRM的目的和任务 RRM各算法在

7、呼叫流程中的位置 RRM的流程,16,课程内容,T,第一章 无线资源管理综述 第二章 信道配置 第三章 功率控制 第四章 连接移动性管理 第五章 负载控制 第六章 AMR模式控制,17,第二章 信道配置,第一节 基本信道配置算法 第二节 动态信道配置算法 第三节 码资源管理算法,18,基本信道配置就是根据CN所请求RAB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请求的QoS Traffic Classes Conversational Streaming Interactive Background 速率要求 质量要求（BLER）,基本信道配置,19,QoS映射,20,RB参

8、数 RB数目 RLC参数 不同的RLC传输模式 透明 非确认 确认 不同的逻辑信道参数,RB参数和RLC参数配置,21,MAC参数 逻辑信道到传输信道的映射/复用关系 不同的传输信道类型及参数 专用信道 公共信道 共享信道 不同的MAC实体的配置 MAC-d/MAC-c MAC子层的优先级配置 TFCS配置,MAC参数配置,22,PHY参数 传输信道到物理信道的映射关系 编码类型 Convolutional Turbo Non 交织长度 速率匹配因子 扩频因子SF 功率偏置 其他物理信道参数，如分集模式etc.,PHY参数配置,23,RB建立 RB重配置 RB释放 传输信道重配置 物理信道重配

9、置,因为原来可能已经建立了业务，配置以上各层所有参数时必须考虑到原有业务不受影响，并考虑到和原有业务的复用,基本信道配置使用的空中接口不同信令,24,RB建立举例,25,第二章 信道配置,第一节 基本信道配置算法 第二节 动态信道配置算法 第三节 码资源管理算法,26,DCCC（Dynamic Channel Configuration Control）动态信道配置 DCCC针对的对象: Best Effort（BE）业务 DCCC的目的 最大限度的满足用户对带宽的需求 实现空中接口资源的最有效利用 满足用户变动的数据传输速率需求 节省下行信道码（OVSF码）资源,实现带宽“按需分配”（BoD

10、）,动态信道配置,27,BE业务的特点 业务源速率变化范围大 时延要求低 误码率要求高 RLC选用确认模式，也就是所有数据必须在RLC Buffer中缓存,BE业务,28,DCCC判决 对RLC Buffer中Traffic Volume的测量报告 根据测量结果判决是否需要动态改变该UE所使用的带宽 在重配置的判决过程中，需要考虑空中接口是否受限，通过对该UE上下行功率的测量来完成,DCCC对于上下行原理相同，分别进行判决,DCCC的判决,29,DCCC的执行 RB重配置/传输信道重配置 Cell-FACHCell-DCH Cell-DCHCell-DCH （包括带宽的增加和减小） Cell-

11、DCHCell-FACH DCCC还需要根据拥塞控制的请求来限制MAC层对TF的选择,DCCC的执行,30,带宽“按需分配”,DCCC的效果,31,第二章 信道配置,第一节 基本信道配置算法 第二节 动态信道配置算法 第三节 码资源管理算法,32,OVSF码树,OVSF,33,码分配策略性能指标 利用率 分配的带宽 / 总带宽 越高越好 尽量保留扩频因子小的码字将提高利用率,码资源利用率,34,码分配策略性能指标 复杂度 与多码的数目成反比 越小越好 尽量使用单码传输,码分配复杂度,35,码资源分配原则 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

12、容量 降低系统的峰平比,码分配原则,36,本章小结,本章主要介绍了： 基本信道配置算法 动态信道配置算法（DCCC） 码资源管理算法,37,课程内容,T,第一章 无线资源管理综述 第二章 信道配置 第三章 功率控制 第四章 连接移动性管理 第五章 负载控制 第六章 AMR模式控制,38,CDMA自从被提出以来，一直没有得到大规模应用的主要问题就是无法克服“远近效应”,远近效应,39,由于远近效应，WCDMA系统必须引入功率控制；引入功率控制后，还能带来很多其它的好处： 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 降低网络干扰，提高系统质量和容量 分类： 开环功率控制 闭环功率

13、控制 上下行内环功率控制 上下行外环功率控制,功控的目的,40,内环功控的收敛过程,准确计算内环所需要的初始发射功率，加速其收敛时间 降低对系统负载的冲击,开环功控对闭环功控的影响,41,NodeB,UE,RACH,BCH: CPICH channel power UL interference level,开环功控的目的是提供初始发射功率的粗略估计。它是根据测量结果对路径损耗和干扰水平进行估计，从而计算初始发射功率的过程。,UE测量CPICH的接收功率 计算上行初始发射功率,开环功控,42,内环功率控制的目的：使基站处接收到的每个UE信号的bit能量相等,每一个UE都有一个自己的控制环路,上

14、行内环功控,43,最终接入网提供给NAS的服务中QoS表征量为 BLER，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,SIR,BLER-SIR,44,上行外环功控,45,WCDMA的一个显著特点就是一个UE使用多个业务，甚至一个业务就会映射成几个传输信道,那么在多业务或者多传输信道情况下，如何保证各个业务或者传输信道的BLERtar？,多业务问题,46,每条传输信道不同的速率匹配因子（RMA）,传输信道的复用,47,速率匹配的过程就是传输信道数据映射到CCTrCH时，原有bit流的重复和打孔的过程 速率匹配因子（RMA）定义了在速率匹配过程中的匹配

15、增益（不同的重复和打孔有不同的增益） 根据各条传输信道的BLERtar，来配置各条传输信道的RMAi，从而在不同的传输信道上获得不同的增益，RMAi实际上确定了不同传输信道之间的相对增益 从而在用外环功控来保证一条传输信道的BLER以后，所有传输信道因为和该传输信道映射到一条CCTrCH上，他们的BLER也就得到了保证,多业务功控,48,10-100Hz,1500Hz,下行闭环功控,49,传统的下行功率控制方法，所有的基站都向UE发射信号,UE选择发射DPDCH的小区的标准是路径损耗最小，信号最强,SSDT（Site Selection Diversity Transmit)基站选择发射分集

16、对于下行，激活集中的小区都发DPCCH，而发射DPDCH的小区则最快每10ms由UE作出选择,软切换下的功控（SSDT）,50,WCDMA引入的快速功率控制技术（1500Hz）导致处于软切换下的UE的不同支路的下行功率发生漂移（功率差别较大），从而引起系统容量的降低,SRNC通过测量发现两个基站的功率相差较大 SRNC计算需要的功率，并通过Iub接口主动调整，实现下行功率平衡,下行功率平衡,51,本章小结,本章主要介绍了： 闭环功率控制 上行内环功率控制 上行外环功率控制 下行内环功率控制 下行外环功率控制 开环功率控制 下行功率平衡,52,课程内容,T,第一章 无线资源管理综述 第二章 信道

17、配置 第三章 功率控制 第四章 连接移动性管理 第五章 负载控制 第六章 AMR模式控制,53,UE工作的模式和状态,54,处于不同状态UE越区，使用不同的方法处理其移动性管理问题 Idle模式下，UTRAN根本不知道UE的存在，UE越区时，此时UE自己利用Cell Reselection算法选择新的小区，如果LA发生变化，则到CN进行登记处理 Cell-DCH状态下的UE越区时，切换时机，切换的目标小区，切换的类型等都由位于RNC中的切换算法进行判决和控制,Idle模式和Cell-DCH状态下UE的越区,55,Cell-PCH和Cell-FACH状态的UE越区时，由UE内部的Cell Res

18、election算法决定是否进行驻留小区的变换、变换时机、变换的目标小区等 。UTRAN需要根据UE从新小区上发来的“Cell Update”消息来更新UE的Cell信息 URA-PCH状态下的UE越区时，也是由UE内部的Cell Reselection算法决定是否进行驻留小区的变换、变换时机、变换的目标小区等 。 当UE所处的新小区的URA ID和原来小区不同时，UTRAN根据UE从新小区上发来的“URA Update”消息来更新UE的URA信息,公共信道状态下UE的越区,56,切换 软切换 更软切换 硬切换 同频硬切换 异频硬切换 系统间切换（Between WCDMA and GSM）,

19、切换的分类,57,硬切换,58,硬切换的特点 先中断源小区的链路，后建立目标小区的链路 通话会产生“缝隙” 非CDMA系统都只能进行硬切换,硬切换,59,频内硬切换 码树重整 频间硬切换 网络规划的原因，在特定的区域需要 频间负载的平衡 系统间切换 2G-3G的平滑演进 3G初期的覆盖范围有限,硬切换在3G中的应用,60,软切换,61,软切换特点 CDMA系统所特有，只能发生在同频小区间 先建立目标小区的链路，后中断源小区的链路 可以避免通话的“缝隙” 软切换增益可以有效的增加系统的容量 软切换会比硬切换占用更多的系统资源,UE move,Target BS,Source BS,N o “GA

20、P” of communication,软切换,62,对于软切换，多条支路的合并，下行进行最大比合并（RAKE合并），上行进行选择合并 当进行软切换的两个小区属于同一个NodeB时，上行的合并可以进行最大比合并，此时，成为更软切换 由于最大比合并可以比选择合并获得更大的增益，在切换的方案中，更软切换优先,更软切换,63,软切换算法举例,64,需要根据不同的业务QoS来选择切换的类型 软切换可以提供比较好的业务质量 软切换占用更多的系统资源 不同的激活集大小、不同的软切换区大小在QoS保证和系统资源占用上各不相同 硬切换产生通话“缝隙” 硬切换占用系统资源少 需要综合考虑业务的QoS要求和切换对

21、于系统资源的占用，在系统资源占用和QoS保证上实现折衷,切换类型的选择,65,压缩模式（Compressed Mode） 由于一般的UE只有一个射频接收机，也就是同时只能接收一个载频 而进行频间切换和系统间切换时必须对目标载频或者目标基站（GSM）进行测量 CDMA所特有的码分多址决定了UE没有对目标小区进行测量的时间 压缩模式可以有效解决这个问题,压缩模式的引入,66,压缩模式的目的：用于异频切换和系统间切换时UE对目标小区的测量和同步,压缩模式,67,下行压缩模式 为UE创造出测量和同步所需要的时间 SF/2，打孔，高层调度三种可选方法实现 上行压缩模式 对某些特定的目标小区测量时，避免U

22、E对于自己下行测量和同步的干扰 UE的能力决定是否需要 SF/2，打孔两种可选方法实现,压缩模式分类,68,压缩模式的特点 拥有两个射频接收机的UE在频间切换和系统间切换时不需要压缩模式 压缩模式的所有参数由网络进行配置 压缩模式的使用会带来系统性能的下降 应该尽量减少压缩模式的使用,需要比较复杂的算法判决进入压缩模式的时机 需要复杂的算法来决定压缩模式的各种参数,压缩模式的特点,69,SNRS迁移（SRNS Relocation）的作用 有效减少Iur接口的流量 增强系统的适应能力 减少时延 SRNS Relocation的问题：需要大量的信令交互,SRNS 迁移,70,本章小结,通过本章的

23、学习，需要掌握： UE的4种状态及其相互转换的关系 WCDMA的各种切换类型 引入压缩模式的作用 迁移的作用,71,课程内容,T,第一章 无线资源管理综述 第二章 信道配置 第三章 功率控制 第四章 连接移动性管理 第五章 负载控制 第六章 AMR模式控制,72,负载控制技术分类: 准入控制（Call Admission Control) 小区间负载的平衡 数据调度（Packet Scheduling） 拥塞控制（Congestion control）,负载控制分类,73,准入控制的目的和任务 准入控制涉及 负载监测和衡量 负载预测 不同业务的准入策略 不同呼叫类型的准入策略 上下行分别进行准

24、入控制,准入控制,74,小区间负载的平衡 同频小区间负载的平衡 小区呼吸 异频小区间负载的平衡 异频负载平衡 潜在用户控制,负载平衡,75,小区呼吸,76,多载频配置情况下，各载频间负载分布不均衡，导致负载较高的小区的无法继续接入用户，通过载频间负载搬移，平衡载频间负载，提高系统资源利用率。,重叠异频小区负载平衡,77,潜在用户控制 使那些处于Idle模式和Connected模式下但非Cell-DCH状态的UE预先停留到负载较轻的载频或者小区上，从而进入Cell-DCH状态后，可以有效的避免负载的不均衡 通过动态改变小区选择和重选的参数达到目的 通过系统消息进行控制,潜在用户控制,78,为了提

25、高小区资源的利用率，必须引入Packet Scheduling技术 小区内的速率不可控业务负载大时，降低BE业务的吞吐率，以控制小区的整体负载在一个稳定的水平 小区速率不可控业务负载小时，增加BE业务的吞吐率，以提高系统资源的利用率,数据调度,79,为了最大限度的利用系统的资源，仅仅准入控制，小区负载平衡，数据调度等技术不能保证系统的绝对稳定，必须引入拥塞控制技术 拥塞控制目的 保证系统的负载处于绝对稳定的门限以下 拥塞控制的手段 暂时降低某些低优先级业务的QoS 比较极端的手段，如暂时降低CS业务的QoS,拥塞控制,80,本章小结,本章主要介绍了各种负载控制技术： 准入控制 小区呼吸 异频小

26、区间负载平衡 潜在用户控制 数据调度 拥塞控制,81,课程内容,T,第一章 无线资源管理综述 第二章 信道配置 第三章 功率控制 第四章 连接移动性管理 第五章 负载控制 第六章 AMR模式控制,82,考虑和原有各种系统的语音编码器的兼容，WCDMA系统采用AMR（Adaptive Multi-Rate)语音编码，属于线性预测编码,AMR编码,83,AMR语音的显著特点是： 在一定的负载（对应于UE的CIR）情况下，用户所感受到的MOS（Mean Opinion Score）分并不是随UE所使用的语音速率上升而线性上升，也就是说，一定负载情况下，为获得用户的最高MOS分，最合适的AMR语音速率

27、不是最高速率，而是某一个合适的中间速率 UE的最大发射功率限制，使上行AMR语音的覆盖范围受到限制，为了扩大AMR语音的上行覆盖范围，在不影响UE的通话质量的前提下，需要适当降低上行的速率,AMR语音,84,MOS-CIR,85,通过对负载的衡量，AMR模式控制可以做到： 负载重的情况下，降低AMR的语音速率，这样既减轻了系统的负载，又相对改善了语音的质量 负载轻的情况下，增加AMR语音的速率，这样就尽量提高了QoS。 AMR语音模式控制最快可达20ms一次！ 对于上行覆盖受限的情况，降低AMR的语音速率可以有效的扩大上行的覆盖范围,AMR模式控制,86,TFO(Tanden Free Ope

28、ration)免汇接操作,TFO,87,特点： TC不进行码变换（汇接）不将AMR语音编码转化为64kbps PCM编码，而是直接将AMR语音编码在网络中传输。 优点： 提高语音质量，降低多次编码处理带来的噪声 节省CN传输带宽 要求： 在AMR模式调整时，存在对对端速率控制的约束。 在建立TFO时，一个方向上只有两边都允许的速率才能使用,TFO的一些特性,88,本章小结,本章主要介绍了AMR模式控制的一些知识。,89,课程总结,本课程介绍了无线资源管理的相关知识。 首先通过对无线资源管理的总体介绍，让大家对无线资源管理有了一个大体上的概念；接着对无线资源管理的几个方面：信道配置、功率控制、负载控制、连接移动性管理、AMR模式控制分别进行了详细介绍。 通过本课程的学习，大家可以较好地掌握无线资源管理，可以更好地理解RAN侧的相关原理与知识。,90,