移動通信技術(shù)

第五章

蜂窩組網(wǎng)技術(shù)

MobileCommunicationTheory目錄移動通信網(wǎng)的基本概念

5.1頻率復(fù)用和蜂窩小區(qū)

5.2多址接入技術(shù)5.3切換、位置更新5.4無線資源管理技術(shù)5.5移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)5.65.7移動網(wǎng)絡(luò)安全MobileCommunicationTheory5.1移動通信網(wǎng)的基本概念

實現(xiàn)系統(tǒng)在其覆蓋區(qū)內(nèi)良好的語音和數(shù)據(jù)通信，這樣的通信網(wǎng)就是移動通信網(wǎng)學(xué)習(xí)的內(nèi)容包括：移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)蜂窩式組網(wǎng)理論

移動通信網(wǎng)的基本組成蜂窩移動通信系統(tǒng)圖示各子系統(tǒng)功能4.移動網(wǎng)絡(luò)安全的基本概念MobileCommunicationTheory移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)空中網(wǎng)絡(luò)基站與固定網(wǎng)絡(luò)

服務(wù)區(qū)內(nèi)各基站的相互連接

多址接入

切換和位置更新

頻率復(fù)用和蜂窩小區(qū)

地面網(wǎng)絡(luò)MobileCommunicationTheory蜂窩式組網(wǎng)理論無線蜂窩式小區(qū)覆蓋

將一個移動通信服務(wù)區(qū)劃分成許多以正六邊形為基本幾何圖形的覆蓋區(qū)域小功率發(fā)射

一個較低功率的發(fā)射機服務(wù)一個蜂窩小區(qū)，在較小的區(qū)域內(nèi)設(shè)置相當(dāng)數(shù)量的用戶頻率復(fù)用

蜂窩系統(tǒng)的基站工作頻率，由于傳播損耗提供足夠的隔離度，在相隔一定距離的另一個基站可以重復(fù)使用同一組工作頻率優(yōu)點：緩解了頻率資源緊缺，增加了系統(tǒng)容量缺點：同頻干擾MobileCommunicationTheory蜂窩式組網(wǎng)理論多信道共用

由若干無線信道組成的移動通信系統(tǒng)，為大量的用戶共同使用并且仍能滿足服務(wù)質(zhì)量的信道利用技術(shù)越區(qū)切換

當(dāng)正在通話的移動臺進入相鄰無線小區(qū)時，業(yè)務(wù)信道自動切換到相鄰小區(qū)基站，從而不中斷通信過程MobileCommunicationTheory5.2頻率復(fù)用和蜂窩小區(qū)用來解決頻率資源有限和用戶容量問題區(qū)域覆蓋方式小容量的大區(qū)制一個基站覆蓋整個服務(wù)區(qū)，發(fā)射功率要大利用分集接收等技術(shù)來保證上行鏈路的通信質(zhì)量只能適用于小容量的通信網(wǎng)大容量的小區(qū)制頻率復(fù)用

將覆蓋區(qū)域劃分為若干小區(qū)，每個小區(qū)設(shè)立一個基站服務(wù)于本小區(qū)，但各小區(qū)可重復(fù)使用頻率

帶來同頻干擾的問題切換和位置管理MobileCommunicationTheory大容量的小區(qū)制頻率復(fù)用和覆蓋方式帶狀服務(wù)覆蓋區(qū)面狀服務(wù)覆蓋區(qū)簇小區(qū)的覆蓋形狀同頻干擾同頻相鄰小區(qū)的找法MobileCommunicationTheory帶狀服務(wù)覆蓋區(qū)雙頻組頻率配置三頻組頻率配置

f1

f2

f1

f2

f1

f2

f1

f1

f2

f3

f1

f2

f3

f1

MobileCommunicationTheory面狀服務(wù)覆蓋區(qū)簇共同使用全部可用頻率的N個小區(qū)叫做一簇同一個小區(qū)簇內(nèi)，要使用不同的頻率不同的小區(qū)簇間使用對應(yīng)的相同頻率圖5－2蜂窩系統(tǒng)的頻率復(fù)用和小區(qū)面狀覆蓋圖示q=D/R=4.6N=7DR2132421313424134MobileCommunicationTheory小區(qū)的覆蓋形狀采用六邊形的原因用最小的小區(qū)數(shù)就能覆蓋整個地理區(qū)域最接近于全向的基站天線和自由空間傳播的全向輻射模式基站發(fā)射機位置中心激勵小區(qū)：安置在小區(qū)的中心頂點激勵小區(qū)：安置在六邊形頂點之中的三個上實際形狀由于地形地貌、傳播環(huán)境、衰落形式的多樣性，小區(qū)的實際無線覆蓋是一個不規(guī)則的形狀MobileCommunicationTheory同頻干擾小區(qū)簇的意義頻率復(fù)用距離與小區(qū)簇的關(guān)系載波干擾比與小區(qū)簇的關(guān)系MobileCommunicationTheory小區(qū)簇的意義

一個共有S個雙向信道的蜂窩系統(tǒng)，如果每簇含N個小區(qū)，每個小區(qū)分配K個信道（k<S）

那么如果簇在系統(tǒng)中共同復(fù)制了M次，則信道的總數(shù)C可作為容量的一個度量N叫做簇的大小，典型值為4、7或12。N的值表現(xiàn)了移動臺或基站在保證通信質(zhì)量的同時，可以承受的干擾（主要是同頻干擾）MobileCommunicationTheory頻率復(fù)用距離與小區(qū)簇的關(guān)系頻率復(fù)用距離（即同頻距離）D是指最近的兩個頻點小區(qū)中心之間的距離在小區(qū)中心作兩條與小區(qū)的邊界垂直的直線，其夾角為120o。此兩條直線分別連接到最近的兩個同頻點小區(qū)中心，其長度分別為I和J，于是（＊）令：I=2iH，J=2jH

式中H為小區(qū)中心到邊的距離其中，R是小區(qū)的半徑。這樣，代入（＊）式得：其中N又稱為頻率復(fù)用因子N越大，則D越大，這樣同頻干擾越小，但是頻率利用率越低；N越小，則D越大，這樣頻率利用率越高，但是同頻干擾越大?？梢婎l率利用率與同頻干擾是一對矛盾×62×15376××15×××76×41××4DJI圖5－3N=7頻率復(fù)用設(shè)計示例MobileCommunicationTheory頻率復(fù)用距離與小區(qū)簇的關(guān)系

在實際蜂窩小區(qū)部署時為了進一步提高頻率復(fù)用，常采用定向天線構(gòu)成扇形小區(qū)。下圖為4×3復(fù)用模式，即N=4，采用定向天線，每基站用3個方向性天線構(gòu)成3個扇形小區(qū)。在業(yè)務(wù)量較大的地區(qū)，根據(jù)設(shè)備的能力可采用其它的復(fù)用方式，如3×3，2×6，1×3復(fù)用方式等。MobileCommunicationTheory推導(dǎo)載波干擾比與小區(qū)簇的關(guān)系

假定小區(qū)的大小相同，移動臺的接收功率門限按小區(qū)的大小調(diào)節(jié)。若設(shè)L為同頻干擾小區(qū)數(shù)，則移動臺的接收載波干擾比可表示為

式中，C為最小載波強度；為第l個同頻干擾小區(qū)所在基站引起的干擾功率移動無線信道的傳播特性表明:小區(qū)中移動臺接收到的最小載波強度C與小區(qū)半徑的成正比設(shè)是第l個干擾源與移動臺的間距，則移動臺接收到的來自第l個干擾小區(qū)的載波功率與成正比。n為衰落指數(shù)，一般取4如果每個基站的發(fā)射功率相等，整個覆蓋區(qū)域內(nèi)的路徑衰落指數(shù)相同，則移動臺的載干比可近似表示為MobileCommunicationTheory推導(dǎo)載波干擾比與小區(qū)簇的關(guān)系通常在被干擾小區(qū)周圍，干擾小區(qū)是多層，一般第一層起主要作用?，F(xiàn)僅考慮第一層干擾小區(qū)，且假定所有干擾基站與預(yù)設(shè)被干擾基站的間距相等，即，則載干比可簡化為:

式中同頻復(fù)用比例（也稱同頻干擾因子），一般用Q表示即MobileCommunicationTheory載波干擾比與小區(qū)簇的關(guān)系式表明了載干比和小區(qū)簇的關(guān)系一般模擬移動通信系統(tǒng)要求，假設(shè)n取值為4，根據(jù)上式可得出，簇N

最小為6.49，故一般取簇N的最小值為7數(shù)字移動通信系統(tǒng)中，所以可以采用較小的N值。MobileCommunicationTheory同頻相鄰小區(qū)的找法沿著任何一條六邊形鏈移動i個小區(qū)逆時針旋轉(zhuǎn)60度再移動j個小區(qū)i=3j=2N=19圖5－4在蜂窩小區(qū)中定位同頻小區(qū)的方法

MobileCommunicationTheory同頻相鄰小區(qū)的找法考慮定向天線小區(qū)的情況

以三扇區(qū)小區(qū)為例，顯然理想情況下分成三扇區(qū)后，同頻干擾小區(qū)個數(shù)由原來的6減少為2，干擾減少了，容量自然就可以增了。

例如，已知一個蜂窩系統(tǒng)的平均載干比要求為18dB,對于全向小區(qū)，試求出小區(qū)簇N為多少？假設(shè)采用三扇區(qū)，則相對于全向小區(qū)干擾小區(qū)減少了，問平均載干比的改善了多少？如果平均載干比要求不變?nèi)匀粸?8dB，則對于三扇區(qū)的情況下，小區(qū)簇N為多少？（傳播損耗傾斜率或稱衰落指數(shù)n為4，僅考慮第一層的干擾，且假設(shè)所有干擾基站與預(yù)設(shè)被干擾基站間的距離相等）。結(jié)果：全向小區(qū)簇；改善為；三扇區(qū)小區(qū)簇。MobileCommunicationTheory5.3多址接入技術(shù)多址接入方式:頻分多址方式（FDMA）時分多址方式（TDMA）碼分多址方式（CDMA）空分多址方式（SDMA）MobileCommunicationTheory多址接入方式目前應(yīng)用的多址方式:

頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)及其混合方式等信道3信道1信道N信道2ftc多址接入方式建立多址接入時區(qū)分信道的依據(jù)頻分多址方式（FDMA）傳輸信號的載波頻率不同時分多址方式（TDMA）傳輸信號存在的時間不同碼分多址方式（CDMA）傳輸信號的碼型不同信道1信道2信道3信道Nftcftc信道2信道1信道3信道N圖5－5FDMA、TDMA、CDMA的示意圖FDMA

TDMA

CDMA

MobileCommunicationTheory頻分多址（FDMA）方式頻譜分割原理主要干擾特點MobileCommunicationTheoryFDMA頻譜分割原理每個用戶分配一個信道，即一對頻譜較高的頻譜用作前向信道即基站向移動臺方向的信道較低的頻譜用作反向信道即移動臺向基站方向的信道必須同時占用2個信道（2對頻譜）才能實現(xiàn)雙工通信基站必須同時發(fā)射和接收多個不同頻率的信號任意兩個移動用戶之間進行通信都必須經(jīng)過基站的中轉(zhuǎn)MobileCommunicationTheoryFDMA頻譜分割原理設(shè)置頻道間隔，以免因系統(tǒng)的頻率漂移造成頻道間重疊前向信道與反向信道之間設(shè)有保護頻帶用戶頻道之間，設(shè)有保護頻隙圖5－6FDMA系統(tǒng)頻譜分割示意圖

MobileCommunicationTheoryFDMA的主要干擾干擾方式起因解決方法互調(diào)干擾系統(tǒng)內(nèi)非線性器件產(chǎn)生的各種組合頻率成份落入本頻道接收機通帶內(nèi)選用無互調(diào)的頻率集鄰道干擾相鄰波道信號中存在的寄生輻射落入本頻道接收機帶內(nèi)加大頻道間的隔離度同頻干擾相鄰區(qū)群中同信道小區(qū)的信號造成的干擾適當(dāng)選擇頻道干擾因子QMobileCommunicationTheory時分多址（TDMA）方式工作原理系統(tǒng)特點MobileCommunicationTheoryTDMA工作原理在一個寬帶的無線載波上，把時間分成周期性的幀，每一幀再分割成若干時隙，無論幀或時隙都是互不重疊的每個時隙就是一個通信信道，分配給一個用戶基站按時隙排列順序發(fā)收信號，各移動臺在指定的時隙內(nèi)收發(fā)信號MS3MS1MS2BS時隙幀時隙N……時隙3時隙2時隙1保護比特信息數(shù)據(jù)同步比特尾比特一個TDMA幀圖5－8TDMA幀結(jié)構(gòu)圖5－7TDMA系統(tǒng)工作示意圖

MobileCommunicationTheory碼分多址（CDMA）方式工作原理系統(tǒng)特點存在問題MobileCommunicationTheoryCDMA的工作原理碼分多址系統(tǒng)為每個用戶分配了各自特定的地址碼，利用公共信道來傳輸信息CDMA系統(tǒng)的地址碼相互具有準正交性，以區(qū)別地址，而在頻率、時間和空間上都可能重疊系統(tǒng)的接收端必須有完全一致的本地地址碼，才能對接收的信號進行相關(guān)檢測MSNMS1MS21c2c1C2CNcNCMSCBS圖5－9CDMA系統(tǒng)工作示意圖MobileCommunicationTheoryCDMA系統(tǒng)的特點

多用戶共享同一頻率通信容量大容量的軟特性多增加一個用戶只會使通信質(zhì)量略有下降，不會出現(xiàn)硬阻塞現(xiàn)象由于信號被擴展在一較寬頻譜上而可以減小多徑衰落信道數(shù)據(jù)速率很高，無需自適應(yīng)均衡平滑的軟切換和有效的宏分集，不會引起通信中斷低信號功率譜密度的好處抗窄帶干擾能力強對窄帶系統(tǒng)的干擾很小，可以與其它系統(tǒng)共用頻段MobileCommunicationTheoryCDMA系統(tǒng)的軟切換過程每當(dāng)移動臺處于小區(qū)邊緣時，同時有兩個或兩個以上的基站向該移動臺發(fā)送相同的信號，移動臺的分集接收機能同時接收合并這些信號，此時處于宏分集狀態(tài)當(dāng)某一基站的信號強于當(dāng)前基站信號且穩(wěn)定后，移動臺才切換到該基站的控制上去，這種切換可以在通信的過程中平滑完成，稱為軟切換

PlayMobileCommunicationTheoryCDMA系統(tǒng)存在問題多址干擾原因不同用戶的擴頻序列不完全正交，擴頻碼集的非零互相關(guān)系數(shù)會引起用戶間的相互干擾“遠-近”效應(yīng)原因移動用戶所在的位置的變化以及深衰落的存在，會使基站接收到的各用戶信號功率相差很大，強信號對弱信號有著明顯的抑制作用解決方法使用功率控制MobileCommunicationTheory空分多址（SDMA）方式

通過空間的分割來區(qū)別不同的用戶常與FDMA、TDMA、CDMA結(jié)合使用工作原理蜂窩系統(tǒng)中反向鏈路的困難自適應(yīng)式陣列天線MobileCommunicationTheorySDMA的工作原理使用定向波束天線在不同用戶方向上形成不同的波束相同的頻率（在TDMA或CDMA系統(tǒng)中）或不同的頻率（在FDMA系統(tǒng)中）用來服務(wù)于被天線波束覆蓋的這些不同區(qū)域圖5－10SCDM系統(tǒng)工作示意圖MobileCommunicationTheory蜂窩系統(tǒng)中反向鏈路的困難反向鏈路的困難原因解決方法用戶端的發(fā)射功率必須動態(tài)控制各用戶和基站間無線傳播路徑的不同采用空分多址方式反向控制用戶的空間輻射能量對用戶端發(fā)射功率的控制程度受限發(fā)射受到用戶單元電池能量的限制MobileCommunicationTheory自適應(yīng)式陣列天線自適應(yīng)式天線提供了最理想的SDMA無窮小波束寬度無窮大快速搜索能力提供在本小區(qū)內(nèi)不受其他用戶干擾的唯一信道克服多徑干擾和同信道干擾MobileCommunicationTheory非正交多址接入技術(shù)

非正交多址（Non-OrthogonalMultipleAccess，NOMA）技術(shù)是通過在相同的時、頻以及碼資源上給不同用戶分配非正交的波形來提高系統(tǒng)的頻譜效率和用戶的接入數(shù)量，結(jié)合先進的多用戶檢測技術(shù)，即在接收端對接收到的多用戶疊加信號進行連續(xù)干擾消除SIC（SuccessiveInterferenceCancellation，SIC），即可以有效的實現(xiàn)解碼，區(qū)分出不同的用戶。MobileCommunicationTheory非正交多址接入技術(shù)

NOMA技術(shù)大致分為：功率域NOMA技術(shù)、編碼域NOMA技術(shù)等。1.功率域NOMA技術(shù)

功率域NOMA技術(shù)的本質(zhì)是通過提高接收機的復(fù)雜度來換取系統(tǒng)的頻譜效率的提升。下圖給出了功率域NOMA時頻資源分配簡圖MobileCommunicationTheory非正交多址接入技術(shù)

2.編碼域NOMA技術(shù)

編碼域NOMA技術(shù)主要思想是設(shè)計合理的多用戶碼本，在發(fā)送端采用疊加編碼方式發(fā)送信號；在接收端基于SIC算法或消息傳遞算法（MessagePassingAlgorithm，MPA）的方式進行多用戶檢測。這種方法的基本原理是將用戶信號的分割從一維幅度空間擴展到了多維的碼本空間，從而擴展了信號的自由度，能夠更好地提高系統(tǒng)的容量。MobileCommunicationTheory隨機接入

對于大多數(shù)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，分組數(shù)據(jù)隨時間隨機出現(xiàn)，比較理想的就是采用隨機接入策略將信道分配給需要傳送數(shù)據(jù)的用戶。采用隨機接入就會出現(xiàn)所謂“碰撞”現(xiàn)象，即當(dāng)多個用戶都企圖接入到同一個信道時碰撞就會發(fā)生。通常的技術(shù)包括純ALOHA、時隙ALOHA載波監(jiān)聽多址（CSMA）和調(diào)度等。MobileCommunicationTheory隨機接入分組錯誤率（PER,packeterrorrate）通常假設(shè)分組的產(chǎn)生是符合泊松分布的，因此在

內(nèi)到達的分組數(shù)

（

為整數(shù)）的概率為：

MobileCommunicationTheory隨機接入其中是單位時間內(nèi)產(chǎn)生的分組數(shù)，即任意

時間段

內(nèi)的平均分組數(shù)除以

。

定義

為信道業(yè)務(wù)的負載。其中為一個分組的傳輸時間，用戶數(shù)據(jù)分組（bit），信道的傳速速率。MobileCommunicationTheory隨機接入當(dāng)

時，表明在給定的時間內(nèi)平均到達

的分組數(shù)多于在同樣的時間內(nèi)能夠發(fā)出去

的分組數(shù)，這樣就會引起碰撞可能導(dǎo)致傳

輸出錯，所以此時系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。如果出錯時接收端可以通知發(fā)送端對錯誤

的分組重傳，則分組到達率

以及相應(yīng)的

負載計算應(yīng)該包括新到達的分組和需要重

傳的分組，這時的

稱為總提交負載。MobileCommunicationTheory隨機接入吞吐量

定義為在給定時間內(nèi)平均成功發(fā)

送的分組速率除以信道的分組傳輸速率

，

也等于總提交負載乘以成功接收分組的概

率。穩(wěn)定系統(tǒng)要滿足：MobileCommunicationTheory純ALOHA假設(shè)沒有發(fā)生碰撞的分組一定能夠正確接

收，則吞吐量為：不發(fā)生碰撞的概率就是在

內(nèi)沒有分組到達的概率：相應(yīng)的吞吐量為

MobileCommunicationTheory時隙ALOHA時隙ALOHA把時間劃分成連續(xù)時間為

的

時隙，用戶準備發(fā)送的分組必須等到下一

個時隙的起點才能開始發(fā)送分組，而純ALOHA允許用戶在任意時刻發(fā)送分組，

因此增大了發(fā)生局部重疊的概率。不發(fā)生碰撞的概率：

吞吐量為：

（吞吐量比純ALOHA提高了兩倍）

MobileCommunicationTheory載波監(jiān)聽多址（CSMA）載波監(jiān)聽技術(shù)需要用戶在發(fā)送數(shù)據(jù)之前監(jiān)

聽信道，查看是否有其他用戶在此信道上

發(fā)送數(shù)據(jù)，如果有則暫不發(fā)送數(shù)據(jù)，推遲

發(fā)送。

MobileCommunicationTheory調(diào)度調(diào)度技術(shù)是對系統(tǒng)中各用戶的信道使用作出安排，即把可用的資源按照時間、頻率或碼子分成信道，每個節(jié)點按照時間表進行發(fā)送，其原則是避免相鄰接點發(fā)生沖突，同時充分地利用信道資源。

MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory5.4切換、位置更新對用戶來說是透明的處理頻率適中過程定義分類要求切換（Handoff，HO）是指移動臺在通信期間，由于位置發(fā)生改變，而改變與網(wǎng)絡(luò)的連接關(guān)系的過程，也稱越區(qū)切換。硬切換軟切換1鏈路監(jiān)視和測量2目標(biāo)小區(qū)的確定和切換觸發(fā)（切換決策）3切換執(zhí)行MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory硬切換（HardHandoff，HHO）特點先斷后通：在新鏈路建立前，先中斷舊鏈路。在整個切換過程中移動臺只能使用一個無線信道。存在短期通話中斷。有掉話的可能。系統(tǒng)

模擬系統(tǒng)和TDMA系統(tǒng)（如GSM系統(tǒng)）原因：采用不同頻率的小區(qū)之間只能采用硬切換缺點失敗率較高“乒乓效應(yīng)”統(tǒng)計結(jié)果

無線信道上90%的掉話是在切換過程中發(fā)生的。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory軟切換（SoftHandoff，SHO）優(yōu)點缺點優(yōu)缺點系統(tǒng)地位軟切換是指需要切換時，移動臺先與目標(biāo)基站建立通信鏈路，再切斷與原基站之間的通信鏈路的切換方式，即先通后斷CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)所獨有提高切換成功率增加系統(tǒng)容量提高通信質(zhì)量硬件設(shè)備的增加占用更多的資源CDMA系統(tǒng)特有的關(guān)鍵技術(shù)之一MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory移動臺與原小區(qū)基站臺保持通信鏈路；移動臺與原小區(qū)基站臺保持通信鏈路的同時，與新的目標(biāo)小區(qū)（一個或多個小區(qū)）的基站臺建立通信鏈路；軟切換的基本過程Play移動臺只與其中的一個新小區(qū)基站臺保持通信鏈路。

MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory軟切換時Rake接收說明MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory位置更新

位置管理包括兩個主要任務(wù)：位置登記和呼叫傳遞。位置更新解決問題是移動用戶如何發(fā)現(xiàn)位置變化以及何時報告它的當(dāng)前位置；尋呼解決的問題是如何有效地確定移動用戶當(dāng)前處于哪一個小區(qū)。如下圖所示。這里介紹的是移動用戶空閑狀態(tài)時所發(fā)生的位置變化引起的位置更新過程。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory5.5無線資源管理技術(shù)移動通信中無線資源管理原理性框圖MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory無線資源管理技術(shù)

無線資源管理的目的一方面是為了提高系統(tǒng)資源的有效利用，擴大通信系統(tǒng)容量；另一方面是為了提高系統(tǒng)可靠性，保證通信QoS性能等等。

無線資源管理等各種技術(shù)就是為了滿足各種業(yè)務(wù)不同的QoS需求時，最大程度地提高無線頻譜利用率，實現(xiàn)可靠性和有效性矛盾中的統(tǒng)一。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory無線資源管理技術(shù)

一般的來說無線資源管理包括以下內(nèi)容：

接入控制（AdmissionControl）、負載控制（LoadControl）、

功率控制（PowerControl）、切換控制（HandoffControl）、信道分配（ChannelAllocation）、分組調(diào)度（PacketScheduling）等MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory接入控制發(fā)生下面三種情況時就需要進行接入控制：UE的初始建立、無線承載建立；UE發(fā)生越區(qū)切換；處于連接模式的UE需要增加業(yè)務(wù)。接入控制通過建立一個無線接入承載來接受或拒絕一個呼叫請求，當(dāng)無線承載建立或發(fā)生變化時接納控制模塊就需

要執(zhí)行接入控制算法。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory接入控制接入控制與其他無線資源管理功能模塊的關(guān)系：

MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory接入控制接入控制算法：基于預(yù)留信道的接入控制（CAC）算法：信道預(yù)留的CAC機制的關(guān)鍵在于確定最優(yōu)的預(yù)留信道供切換使用?；谛鸥杀鹊腃AC算法：根據(jù)小區(qū)內(nèi)用戶當(dāng)前的信干比和信

干比門限值來估計系統(tǒng)的剩余容量。對于新呼叫或切換呼叫，

只有在系統(tǒng)剩余容量大于零的前提下才允許接入。基于碼道的CAC算法：當(dāng)一個新呼叫到達時，該呼叫的歸屬

基站判斷本小區(qū)的空閑RU（資源單元）是否能夠滿足呼叫

用戶的需求，能夠滿足則接入新呼叫，否則阻塞該新呼叫。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory動態(tài)信道分配按照信道分割的不同方式，信道分配技術(shù)可分為固定信道

分配（FCA）、動態(tài)信道分配（DCA）和混合信道分配

（HCA）。FCA指根據(jù)預(yù)先估計的覆蓋區(qū)域內(nèi)的業(yè)務(wù)負荷，將信道資

源分給若干個小區(qū)，相同的信道集合在間隔一定距離的小區(qū)

內(nèi)可以再次得到利用。DCA將根據(jù)小區(qū)的業(yè)務(wù)負荷，候選信道的通信質(zhì)量、使用

率及信道的再用距離等諸多因素選擇最佳的信道，動態(tài)的分

配給接入的業(yè)務(wù)。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory動態(tài)信道分配

HCA是固定信道分配和動態(tài)信道分配的結(jié)合，在HCA中

全部信道被分為固定和動態(tài)兩個集合。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory負載控制無線資源管理功能的一個重要任務(wù)是確保系統(tǒng)不發(fā)生過載。

一旦系統(tǒng)過載必然會使干擾增加、QoS下降，系統(tǒng)的不穩(wěn)

定會使某些特殊用戶的服務(wù)得不到保證，如果遇到過載，則無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃定義的負載控制功能體將系統(tǒng)迅速并且可控地回到無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃所定義的目標(biāo)負載值。負載控制就是通過一定的方法或準則，對系統(tǒng)承載能力進行監(jiān)控和處理，確保系統(tǒng)在具有高性能高容量的目標(biāo)下能穩(wěn)定可靠的工作的一種無線資源管理方法。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory負載控制負載控制的功能：負荷監(jiān)測和評估：進行公共測量處理。擁塞處理：決定使用何種方式來處理當(dāng)前的擁塞情況。當(dāng)系

統(tǒng)受到的干擾急劇增加導(dǎo)致系統(tǒng)過載，此時負載控制的功能

是較快地降低系統(tǒng)負載，使網(wǎng)絡(luò)返回到穩(wěn)定的工作狀態(tài)。負荷調(diào)整：根據(jù)用戶QOS調(diào)整用戶所占用的資源。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory功率控制功率控制的主要目的：

克服無線信道中陰影衰落帶來的慢衰落以及由于多徑傳播、空間選擇性衰落而導(dǎo)致的慢平坦衰落，在滿足用戶服務(wù)質(zhì)量的要求情況下，盡可能降低發(fā)射功率，減少系統(tǒng)內(nèi)的干擾。

功率控制可分為下行功率控制和上行功率控制，從功率控制方法的角度，功率控制可分為開環(huán)功率控制和閉環(huán)功率控制。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory功率控制上行功率控制

上行功率控制就是在上行鏈路進行的功率控制，用于調(diào)整移動臺的發(fā)射功率，使信號到達基站接收機時，信號電平剛剛達到保證通信質(zhì)量的最小信噪比門限，從而克服遠近效應(yīng)，降低干擾，保證系統(tǒng)容量。下行功率控制

下行功率控制用來調(diào)整基站對每個移動臺的發(fā)射功率，對信道衰落小和解調(diào)信噪比較高的移動臺分配相對較小的上行發(fā)射功率，而對那些衰落較大和解調(diào)信噪比低的移動臺分配較大的下行發(fā)射功率；使信號到達移動臺接收機時，信號電平剛剛達到保證通信質(zhì)量的最小信噪比門限。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory功率控制開環(huán)功率控制

開環(huán)功率控制指移動臺（或基站）根據(jù)接收到的下行（或上行）鏈路信號功率大小來調(diào)整自己的發(fā)射功率。開環(huán)功率控制用于補償信道中的平均路徑損耗及慢衰落，所以它有一個很大的動態(tài)范圍。閉環(huán)功率控制

閉環(huán)功率控制建在開環(huán)功率控制的基礎(chǔ)之上，對開環(huán)功率控制進行校正。以上行鏈路為例，基站根據(jù)上行鏈路上移動臺的信號強弱，產(chǎn)生功率控制指令，并通過下行鏈路將功控指令發(fā)送給移動臺，然后移動臺根據(jù)此命令，在開環(huán)功率控制所選擇發(fā)射功率的基礎(chǔ)上，快速校正自己的發(fā)射功率。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory分組調(diào)度按照QoS需求的不同，3GPP規(guī)定了3G中的4種主要業(yè)務(wù)。對話類業(yè)務(wù)（conversationalservice）

實時業(yè)務(wù)流類業(yè)務(wù)（streamingservice）交互類業(yè)務(wù)（interactiveservice）

非實時業(yè)務(wù)背景類業(yè)務(wù)（backgroundservice）MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory分組調(diào)度非實時數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可以通過分組調(diào)度的方式來傳輸。分組調(diào)度的任務(wù)是根據(jù)系統(tǒng)資源和業(yè)務(wù)QoS要求，對數(shù)據(jù)

業(yè)務(wù)實施高效可靠的傳輸和調(diào)度控制的過程，其主要功能：在非實時業(yè)務(wù)的用戶間分配可用空中接口資源，確保用戶申

請業(yè)務(wù)的QoS要求，如傳輸時延、時延抖動、分組丟失率、

系統(tǒng)吞吐量以及用戶間公平性等。為每個用戶的分組數(shù)據(jù)傳輸分配傳輸信道。監(jiān)視分組分配以及網(wǎng)絡(luò)負載，通過對數(shù)據(jù)速率的調(diào)解來對網(wǎng)

絡(luò)負載進行匹配。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory分組調(diào)度分組調(diào)度的一般流程：

MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory分組調(diào)度影響無線分組調(diào)度的主要因素有：無線鏈路易變性公平性要求QoS保證數(shù)據(jù)吞吐量和信道利用率功率限制和約束MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory分組調(diào)度傳統(tǒng)的分組調(diào)度算法有：正比公平算法（ProportionalFair）輪詢算法（RoundRobin）最大載干比算法（MAXC/I）MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheoryLTE系統(tǒng)的分組調(diào)度以TD-LTE為例來介紹LTE系統(tǒng)調(diào)度的原理和技術(shù)。分組調(diào)度器簡化模型：MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheoryLTE系統(tǒng)的分組調(diào)度處理過程：eNodeB根據(jù)CQI信息、業(yè)務(wù)的QoS需求以及緩沖區(qū)（Buffer）狀態(tài)等信息進行資源分配與調(diào)度；在AMC模塊選擇最好的MCS（調(diào)制編碼方式）；在PDCCH信道（PDCCH，物理下行控制信道）eNodeB

向所有的UE發(fā)送資源調(diào)度器所給出的信息，包括為每個

UE分配的時頻資源（RB數(shù)，即資源塊數(shù)），以及MCS；每個UE根據(jù)接收到的信息，調(diào)整自己的接收數(shù)據(jù)的方案，

然后在PDSCH信道（PDSCH，物理下行共享信道）信道

上接收數(shù)據(jù)。要注意的是，在LTE中上述過程需要在一個TTI內(nèi)完成。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheoryLTE系統(tǒng)的分組調(diào)度調(diào)度決策是核心。然而由于調(diào)度決策要考慮許多因

素，而且由于要根據(jù)實際情況構(gòu)造靈活的算法才能

給出決策結(jié)果。通常的調(diào)度算法流程包括如下三個階段：調(diào)度檢查時域分組調(diào)度頻域分組調(diào)度MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheoryLTE系統(tǒng)的分組調(diào)度三步式分組調(diào)度結(jié)構(gòu)：MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheoryLTE系統(tǒng)的分組調(diào)度調(diào)度檢查根據(jù)用于某個用戶設(shè)備（UE）的混合自動重傳請求HARQ（HybridAutomaticRepeatreQuest，HARQ）實體是否有HARQ重傳數(shù)據(jù)或是有空閑進程且數(shù)據(jù)緩沖區(qū)（Buffer）是否有數(shù)據(jù)，確定可調(diào)度的UE，并將這些UE存入時域分組調(diào)度鏈表。時域調(diào)度的主要目的是對時域調(diào)度鏈表中的用戶按某種優(yōu)先級順序進行排序，選取高優(yōu)先級的個用戶，如果可調(diào)度用戶數(shù)目小于，則全部選取，并將這些UE存入頻域分組調(diào)度鏈表。頻域分組調(diào)度模塊對頻域分組調(diào)度鏈表中的UE進行頻域分組調(diào)度與資源分配，確定各個UE使用的調(diào)制編碼方案（ModulationandCodingScheme，MCS）、傳輸塊（TransportBlock,TB）的個數(shù)和每個傳輸塊的數(shù)據(jù)大?。═ransportBlockSize,TBS）。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheoryLTE系統(tǒng)的分組調(diào)度評估指標(biāo)：吞吐量吞吐量包括對單用戶所定義的短期吞吐量以及針對整個系統(tǒng)

（或小區(qū)）定義的長期吞吐量，該參數(shù)可以理解為單位時間

內(nèi)成功地傳送數(shù)據(jù)的數(shù)量，單位可以是比特、字節(jié)或者分組。用戶間公平性用戶CDF曲線主要反映了系統(tǒng)給各用戶接入無線資源的機會，

因此通常用所有用戶吞吐量的CDF累積函數(shù)與特定曲線的

比較到來做用戶間公平性度量。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheoryLTE系統(tǒng)的分組調(diào)度公平性指數(shù)（FairnessIndex，F(xiàn)I）來衡量公平性。表示用戶i所能正確接收到的比特數(shù)，N為用戶總數(shù)。

當(dāng)FI=1時，說明系統(tǒng)分配的資源滿足每個用戶的需求，系

統(tǒng)公平性最好，F(xiàn)I越低則公平性越差，F(xiàn)I的取值范圍為[0,1]。MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheoryLTE系統(tǒng)的分組調(diào)度還可以用小區(qū)邊緣用戶