下一代移动通信系统中的无线资源管理问题研究

马卫东　方彪

【摘 要】随着移动通信的快速发展，下一代移动通信中关于无线资源管理变得更加有意义，鉴于此，对其中具有代表性的功率控制、移动性管理、接入控制等技术做了详细阐述。

【关键词】移动通信；无线资源管理；功率控制；移动性管理；接入控制；信道分配

0 引言

就未来通信而言，发展方向是个人通信，即在全球范围内逐步实现在任何时间、任何地点以任何通信方式与任何对象进行任何业务的无缝隙、不间断通信，这是人类为未来通信绘制的理想蓝图。移动通信作为灵活接入的手段已经成为现代通信领域中一大支柱通信方式和通信产业。

1 功率控制

在移动通信系统中，近地强信号抑制远地弱信号产生“远近效应”。系统的信道容量主要受限于其他系统的同频干扰或系统内其他用户干扰。在不影响通信质量的前提下，进行功率控制尽量减小发射信号的功率，可以提高信道容量并增加用户移动台的电池待机时间。传统的功率控制技术是以话音服务为主，这方面的研究已经相当多，主要涉及集中式与分布式功率控制、开环与闭环功率控制、基于恒定接收与基于质量的功率控制等。

用于电路交换网络的功率控制技术已经不能适应 IP 传输和复杂的无线物理信道控制，在IP 网络成为核心网的情况下，如何在分组交换网络进行功率控制就成为功率控制研究的主要内容。而在全 IP 网络中存在着多种服务质量不同的数据业务，每种业务所需要的发射功率也各不相同，使得功率控制问题变得更加复杂。如何满足不同类型用户的 QoS 要求和传输速率，同时兼顾公平性和高吞吐量，是全 IP 网络功率控制研究的目标。这就要求不仅要在保证通话质量的前提下降低移动台发射功率来提高系统容量，还要解决如何针对不同用户需求提供最合理的发射功率。

2 移动性管理

移动性管理通常包括两部分内容：位置管理和切换管理。当移动用户进行呼叫或分组传输时，位置管理确保网络能够发现当前附着点；如果移动台在移动过程中改变其接入到网络的附着点，切换管理应保证网络能够维持用户的连接。

位置管理可分为两种情况：域间位置管理和域内位置管理。域是针对移动台的移动范围而言的，通常由一个或多个小区组成。移动台在不同域之间的移动称为宏移动，在域内部的移动称为微移动。就移动IP技术而言，微移动一般发生在相同的子网段内，而在宏移动情况下，移动台往往需要变换接入网关并更新 IP 地址。在全 IP 异构网络中，宏移动还涉及接入网或接入技术的变化。MIP 对宏移动的支持相对较好，而应用于微移动时会带来一系列问题（如三角路由问题），为此，提出了 HAWAII、蜂窝 IP等微移动方案来解决上述微移动问题。

切换指的是将当前正在进行的移动台与网络连接点之间的通信链路从当前连接点转移到另外一个连接点的过程。在蜂窝移动通信网络中，这样的连接点称为基站；在无线局域网中，这样的连接点称为 AP。切换过程通常包括两个阶段：切换初始阶段和切换执行阶段。在切换初始阶段，系统将不断地对某一移动用户的服务质量实施监测，从而决定何时触发切换；在切换执行阶段，系统将移动台和一个新的连接点关联。根据切换发起和执行的实体，可将切换分为网络控制切换、移动设备控制切换、移动设备辅助切换和网络辅助切换。

按照切换处理过程的不同，即当前链路是在新链路建立之前还是之后释放，可将切换类型分为硬切换、软切换和更软切换三种，其中软切换和更软切换是 CDMA 系统中特有的切换方式。硬切换采用先断后通的方式，在新的连接建立之前断开旧的连接；而软切换和更软切换指的是切换到新的网络时保留原有连接，直到移动台业务稳定才转移到新的网络。

当移动用户从一个小区运动到另一个小区时，或系统为了容纳新的业务而对资源进行重新分配时，以及由于信道传输特性的恶化造成移动台接收到的信号质量有所下降时，将触发切换。切换判决准则包括接收信号强度准则、载波干扰比准则、移动台和基站之间的距离准则以及网络准则等。在全 IP异构通信网络中，由于采取了混合小区的结构，切换不只发生在同层（同种技术）的网络之间。根据切换是否发生在同一标准的网络中，可将切换分为水平切换和垂直切换：水平切换也称为系统内切换，指的是传统意义上同构通信网络内部的越区切换；垂直切换也称为系统间切换，指的是不同标准、不同通信协议的异构通信网络之间的切换

3 接入控制

接入控制技术是无线资源管理的一个重要组成部分，它根据系统的实际情况决定是否接受新到达的呼叫请求和切换请求，从而控制系统的用户数量，保障系统中用户的服务质量。传统的接入控制算法一般可分为基于有效带宽的算法、基于网络容量的算法、基于功率测量的算法、基于 QoS 的算法和分布式算法等；也可将接入控制算法分为基于保护信道的算法、基于业务优先级的算法、基于切换阻塞率（切换优先）的算法等。接入控制算法的有效性决定了无线信道资源的利用率。

B3G 移动通信系统要求支持低速话音、高速数据和视频等多媒体业务，允许准入用户跨越网络边界使用并管理其业务。因此，用户可以使用多种接入技术从任一网络接入点接入网络，从而得到连续性的服务和网络应用。考虑到已有用户的服务质量，异构网络中是否接纳新用户（包括切换来的用户），即异构网络的接入控制策略是迫切需要解决的技术难题。

4 信道分配

信道在不同的移动通信系统中的含义不同：在 FDMA 系统中指频率，在 TDMA 系统中指时隙，在 CDMA 系统中指 PN 码。信道分配技术主要有 3 类：固定信道分配、动态信道分配以及混合信道分配。固定信道分配的优点是信道管理容易，信道间干扰易于控制；缺点是信道无法最佳化使用，信道频谱效率低，而且各接入系统间的流量无法统一控制，从而造成频谱浪费。因此需要使用动态信道分配和混合信道分配，预留全部或部分信道供服务区域内的所有用户使用，并考虑信道复用和同频干扰的因素，以提高信道利用率、增强对业务负载的适应性以及对干扰的适应性。为使蜂窝网络可以随流量的变化而变化，FCA 算法提出了信道借用方案，如信道预定借用算法和方向信道锁定借用算法等。信道借用的思想是将邻居蜂窝不用的信道用到本蜂窝中，以达到信道资源的最大利用。

5 负载均衡

在 B3G 系统中设计负载均衡方案时面临更多的挑战，需要考虑多方面的问题，如针对当前及未来的应用需求分析网络瓶颈的不同所在，确定不同负载均衡技术和均衡策略的选择，以及可用性、兼容性、安全性等方面的需求，总的来说包含以下几方面：

（1）可扩展性：均衡解决方案应能满足技术的发展需求，均衡不同系统和平台之间的负载，均衡话音、视频等不同业务流的负载；

（2）灵活性：均衡解决方案应能灵活地提供不同的应用需求，并满足应用需求的不断变化；

（3）可靠性：对于服务质量要求较高的用户业务，负载均衡解决方案应能提供容错性及冗余解决方案，以提高可靠性。

6 结束语

总之，随着现代科学技术的飞速发展，移动通信在社会生活中发挥着越来越重要的作用。现今 3G 技术已经得到商用，而下一代移动通信系统，即 B3G 的研究也方兴未艾。B3G 是从接入技术、网络架构到系统性能的全面演进，其无线资源管理是极具价值的研究课题。因此如何研究开发更有效、更适合的自适应资源分配技术并应用于下一代移动通信系统是一个非常有挑战性的研究课题。

【参考文献】

[1]王建，李方伟.HSDPA关键技术演进的研究[J].电信建设，2004，04.

[2]李翠然，李承恕.4G系统中的关键技术[J].重庆邮电学院学报：自然科学版，2002，02.

[责任编辑：邓丽丽]