【資料名稱】：CDMA 1X負載控制與信道管理算法

【資料作者】：無

【資料日期】：2006-11-17

【資料語言】：中文

【資料格式】：DOC

【資料目錄和簡介】：

RG000012 CDMA 1X負載控制與信道管理算法
1.0
學(xué)習(xí)目標
課程內(nèi)容
第一章CDMA 1X負載控制
負載控制的目的
CDMA 1X為干擾受限系統(tǒng)，容量的大小取決于系統(tǒng)所受干擾。
為保證系統(tǒng)內(nèi)用戶的使用質(zhì)量，要對系統(tǒng)的負載進行控制，避免因負載過大，引起系統(tǒng)內(nèi)干擾加劇而導(dǎo)致整個系統(tǒng)的崩潰。
第一章CDMA 1X負載控制
準入控制的目的與觸發(fā)條件
目的
對用戶接入小區(qū)進行控制，保證系統(tǒng)的運行質(zhì)量和資源使用率。
觸發(fā)條件
1、當(dāng)移動臺在一個新的小區(qū)建立新的呼叫或在切換情況下，系統(tǒng)執(zhí)行準入控制；
2、在一個已有呼叫過程中增加一個新的業(yè)務(wù)，執(zhí)行準入控制
準入控制的實現(xiàn)原理
根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前的負載情況和呼叫接入請求，預(yù)測準入呼叫接入請求給系統(tǒng)帶來的負載變化情況
判斷系統(tǒng)能否在新的負載情況下正常運行。
如果改變后的負載沒有超過系統(tǒng)正常運行的限制，則該接入請求被許可；
反之，接入請求被拒絕。
準入控制實施方法

根據(jù)信道分配請求對傳輸速率的要求，預(yù)測接入后的系統(tǒng)負載。
前向信道的負載為當(dāng)前基站的發(fā)射功率與最大功率之比，可以從負載控制模塊取。
反向信道的負載根據(jù)基站測量后上報的RSSI通過經(jīng)驗公式得到。
準入控制預(yù)測分類

對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、語音業(yè)務(wù)分別設(shè)置準入門限。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)準入門限要比語音業(yè)務(wù)低
對緊急呼叫和高優(yōu)先級用戶，如果不能接入時，可以強拆普通用戶的連接而使緊急呼叫和高優(yōu)先級用戶能夠接入。
根據(jù)小區(qū)的話務(wù)模型設(shè)置對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進行準入限制。
普通語音呼叫準入門限比語音呼叫軟切換門限要低。
第一章CDMA 1X負載控制
負載平衡目的與前提
目的：保證系統(tǒng)內(nèi)的負載平衡，包括——
不同載頻之間負載平衡
同頻小區(qū)之間負載平衡

實施前提：
有些載頻出現(xiàn)較重負載情況，通信質(zhì)量受到嚴重影響
另一些資源處于空閑而未得到充分利用

負載平衡算法分類
異載頻間負載平衡（切換）
小區(qū)呼吸

兩種負載平衡方法都是建立在負載測量的基礎(chǔ)上
載頻間負載平衡 優(yōu)先于小區(qū)呼吸
異載頻負載平衡
異載頻間負載平衡算法：
是指同一個地區(qū)（主要是指相同扇區(qū)）的不同載頻之間的負載平衡。保證在同一扇區(qū)覆蓋范圍內(nèi)，把負載重的載頻上的用戶切換到有足夠剩余容量的其它載頻。
小區(qū)呼吸
當(dāng)相鄰小區(qū)的負載不相同時，負載重的小區(qū)降低發(fā)射功率，使本小區(qū)邊緣的用戶切換到臨近小區(qū)，從而實現(xiàn)負載控制。
小結(jié)
掌握負載控制的目的
負載控制的手段
小區(qū)呼吸和負載平衡的區(qū)別
課程內(nèi)容
第二章 CDMA 1X信道管理
第一節(jié)信道管理模塊的結(jié)構(gòu)
第二節(jié)信道管理的內(nèi)容
第三節(jié)無線信道分配
第四節(jié)信道分配算法
CDMA 1X信道管理模塊框圖
小區(qū)、扇區(qū)、載頻和信道單元的關(guān)系
無線信道相關(guān)的邏輯資源包括信道單元資源池（CE Pool）、扇區(qū)（Sector）和小區(qū)(Cell)等

無線信道的邏輯單元
第二章 CDMA 1X信道管理
第一節(jié)信道管理模塊的結(jié)構(gòu)
第二節(jié)信道管理的內(nèi)容
第三節(jié)無線信道分配
第四節(jié)信道分配算法
信道管理的內(nèi)容
信道配置
信道分配
信道釋放
信道的狀態(tài)維護

無線信道配置
概念：對前向公用信道信息的配置，CDMA前向信道包括前向公用信道和前向業(yè)務(wù)信道。

系統(tǒng)通過不同的Walsh碼號來區(qū)分不同的前向公用信道和業(yè)務(wù)信道。

前向公用信道碼資源
前向公用信道使用協(xié)議規(guī)定的特定的碼資源信道號，一個CDMA信道除去公用信道占用的Walsh資源，剩下的即可自由分配給移動臺作業(yè)務(wù)信道。前向公用信道的固定碼資源分配如表所示：
第二章 CDMA 1X信道管理
第一節(jié)信道管理模塊的結(jié)構(gòu)
第二節(jié)信道管理的內(nèi)容
第三節(jié)無線信道分配
第四節(jié)信道分配算法
無線信道分配
基本概念與原則
信道分配內(nèi)容
信道分配原因
信道分配流程框圖
信道分配總體原則

無線信道分配的概念和原則
概念：當(dāng)基站和特定的移動臺希望在某個CDMA信道上建立點對點連接時，BSC為其分配相應(yīng)的業(yè)務(wù)信道資源，用以傳送業(yè)務(wù)和信令數(shù)據(jù)。
原則：無線信道分配根據(jù)業(yè)務(wù)類型、速率要求等，參考當(dāng)前的資源狀況，決定是否分配信道、分配什么信道，并決定傳輸速率、無線配置等參數(shù)。

無線信道分配的內(nèi)容
信道類型
無線配置(Radio Configuration, RC)
幀長(Frame Duration)
編碼方式(Coding Scheme)
幀偏置(Frame Offset)
碼資源

信道類型
業(yè)務(wù)信道的類型：基本業(yè)務(wù)信道FCH、補充信道SCH。
每個移動臺在一個特定的CDMA信道上最多能擁有一條FCH，兩條前向SCH（F-SCH），兩條反向SCH（R-SCH）。
不管是語音業(yè)務(wù)還是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，在呼叫初始建立的時候，只分配FCH用于傳輸信令和數(shù)據(jù)；對于分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，當(dāng)需要高速操作時，可以在已建立FCH的基礎(chǔ)上另外分配SCH用于傳輸數(shù)據(jù)。
FCH的分配在前向和反向呈對稱分布。分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的前反向具有不對稱性，前向SCH用于前向分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，反向SCH用于反向分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，根據(jù)需要分別分配。
無線配置RC
含義：指一系列前向或反向信道的工作模式，包括采用何種編碼、解碼、調(diào)制、解調(diào)機制。每種RC支持一套數(shù)據(jù)組率，其差別為物理信道的各種參數(shù)、調(diào)制特性、擴頻速率。
BSC根據(jù)業(yè)務(wù)所屬的速率集分配信道的RC：
IS-95——只分配RC1或RC2；
CDMA 1X——前向分配RC3～RC5，反向分配RC3或RC4。兼容RC1/RC2
RC1~RC2：IS-95A/B
RC3~RC4：CDMA 1X1X
RC5~RC6：CDMA 1X3x
前向信道RC
反向信道RC
幀長（交織器的時間跨度）

FCH可以支持5ms幀和20ms幀
SCH可以支持20ms、40ms、80ms幀
由于目前手機只支持20ms幀，BSC在分配時只考慮20ms幀

編碼方式
編碼方式包括Convolutional碼和Turbo碼。
除了SCH信道外，其它信道一律使用Convolutional碼。
對于SCH信道，當(dāng)每幀的數(shù)據(jù)大于某一值時，使用Turbo碼；
小于該值時使用Convolutional碼。

不同的RC對應(yīng)不同的編碼方式。

幀偏置

含義：每個CDMA信道共有16個幀偏置可供使用，
BSC分配幀偏置時，讓該信道上的分支均勻地分布在各個幀偏置上
對于同一呼叫，保持各個軟切換分支具有相同的幀偏置。

碼資源
無線信道分配模塊確定每個前向信道的QOF（準正交函數(shù)）索引和Walsh編碼。
IS-95A/B采用固定長度為64位碼片的Walsh編碼，CDMA 1X中的SCH信道采用可變長度Walsh編碼：F-FCH的Walsh編碼的長度是固定的（RC3和RC5為64，RC4為128），F(xiàn)-SCH的Walsh編碼長度隨著信道速率的增大而減小。
BSC在分配碼資源時，保證給不同速率SCH分配的Walsh編碼相互之間總是正交的。如果分配了一個全0的4位碼片Walsh編碼（0000），那么就不再分配兩個8位碼片Walsh編碼（00000000，00001111）。
無線信道分配的原因
普通呼叫
硬切換
軟切換/更軟切換
SCH分配

普通呼叫
當(dāng)移動臺向基站發(fā)起始呼請求或者基站向移動臺發(fā)起尋呼請求期望建立一個呼叫時，都會申請無線信道資源。
BSC根據(jù)請求消息中攜帶的Service Option，移動臺的處理能力等，在一個CDMA信道上分配與Service Option相應(yīng)的，滿足移動臺能力的信道資源。

硬切換

當(dāng)基站要求移動臺進行硬切換，切到另外一個頻點時，就要求在另外的一個CDMA信道上分配資源。
重新分配的信道資源的信道類型、幀偏置等參數(shù)可以和原來舊分支上的信道資源完全不同，BSC在分配資源時把它當(dāng)成是一個新的呼叫來處理。

軟切換/更軟切換
當(dāng)基站要求移動臺進行軟切換或更軟切換時，除了要在即將建立的分支上分配信道資源外，還應(yīng)同時保持原有分支的連接，這就要求各個分支的信道屬性一致（如Walsh碼<前向>、幀偏置等等，碼分信道號除外），所以BSC從舊分支拷貝信道屬性，并為新的分支分配信道資源。

SCH（數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)）
若業(yè)務(wù)類型是分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，在呼叫建立的時候，只會分配FCH；
當(dāng)有大數(shù)據(jù)量業(yè)務(wù)要傳送時，移動臺可能為上行數(shù)據(jù)申請R-SCH，而基站則可能為下行數(shù)據(jù)申請F-SCH。
BSC根據(jù)業(yè)務(wù)選項Service Option，手機支持SCH的能力等信息以及系統(tǒng)的負載狀況，分配一定速率和持續(xù)時間的SCH。
無線信道分配的原因
呼叫
手機始呼
手機被呼
切換
硬切換
BSC間的軟切換
BSC內(nèi)軟切換

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流程
MS發(fā)起的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)呼叫
BS發(fā)起的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)呼叫
MS發(fā)起的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)呼叫激活
網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)呼叫激活
激活態(tài)下突發(fā)業(yè)務(wù)流程
無線信道分配分類
無線信道分配框圖
信道分配原則－呼叫信道
扇區(qū)中有多個CDMA信道的情況下，如果某CDMA信道的狀態(tài)為available，就允許在該CDMA信道上進行信道分配
按業(yè)務(wù)選項中對速率的要求，查找能滿足要求且資源浪費最少的信道數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)優(yōu)先分配DCCH，其他分配FCH
對語音用戶和高優(yōu)先級數(shù)據(jù)用戶，如果系統(tǒng)負載狀況不能接受為其分配信道，發(fā)起對系統(tǒng)中已有低優(yōu)先級數(shù)據(jù)用戶業(yè)務(wù)的速率降低過程
對普通數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，在預(yù)測算法完備的情況下，如果系統(tǒng)負載狀況導(dǎo)致不能完全按所要求的速率分配信道，分配系統(tǒng)能接受的低速信道
對突發(fā)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，集中現(xiàn)有的補充信道資源，分配SCCH／SCH給某一用戶使用
在給數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分配SCH信道時，根據(jù)其請求的業(yè)務(wù)速率盡可能分配更長的碼字，以節(jié)省碼資源
在給高優(yōu)先級的業(yè)務(wù)分配信道時，會盡可能分配DCCH專門用作業(yè)務(wù)的信令傳輸
信道分配原則－切換信道
硬切換消息中除了Service Option以及手機能力等信息，還帶了Cell Identifier List (Target) 、IS-95 Channel Identity 或IS-2000Channel Identity，信道分配時除了按呼叫信道分配的原則與方法分配信道，更以Channel Identity中的信道類型、參數(shù)作參考。
BS間軟切換的信道分配參考A7-Handoff Request消息中的信道類型、業(yè)務(wù)配置記錄等字段。
BSC內(nèi)軟切換時，信道的類型與參數(shù)參照其它軟切換分支確定。

信道釋放
信道釋放的原因

拆除呼叫
發(fā)生硬切換后，拆除原來的分支
去除軟切換分支

普通釋放流程
BS間去軟切換分支流程
信道狀態(tài)維護
無線信道管理模塊維護信道的三種狀態(tài)：

Operational State（ 可操作性狀態(tài)）

Administrative State（管理狀態(tài)）

Usage State（使用狀態(tài)）

Operational State（ 可操作性狀態(tài)）

表明資源是否已完成物理安裝并開始工作，是否可用。包括：
禁止態(tài) （Disabled）：當(dāng)某一資源不再存在，置其可操作性狀態(tài)為Disabled。
使能態(tài)（Enabled）：當(dāng)某一資源完成了物理安裝，置其可操作性狀態(tài)為Enable；

Administrative State（管理狀態(tài)）

表明允許或禁止資源使用的情況，包括
鎖定（Blocked）：如發(fā)生關(guān)閉資源的操作后，沒有用戶在使用資源，則其管理狀態(tài)變?yōu)锽locked態(tài)。
非鎖定（Unblocked）：完全允許資源被使用時，處于Unblocked態(tài)；
關(guān)閉中（Shuttingdown）：當(dāng)發(fā)生關(guān)閉資源的操作，如在此事件發(fā)生后，仍有用戶在使用資源，則其管理狀態(tài)變?yōu)镾huttingdown態(tài)；

Usage State（使用狀態(tài)）
表明某一特定時刻資源是否正在被使用，以及它是否還有額外的容量為
其他用戶提供服務(wù)，包括：
空閑（Idle）：當(dāng)某一資源沒有用戶使用時，使用狀態(tài)為Idle態(tài)；
激活（Active）：當(dāng)有用戶使用且仍有足夠的容量支持其他用戶（系統(tǒng)當(dāng)前負載小于準入門限），則其使用狀態(tài)為Active態(tài)；
忙（Busy）：若資源沒有足夠的容量支持其他用戶（系統(tǒng)當(dāng)前負載大于或等于準入門限），則其使用狀態(tài)為Busy態(tài)。

信道狀態(tài)維護
小結(jié)
無線信道分配的內(nèi)容
無線信道狀態(tài)的分類

第二章 CDMA 1X信道管理
第一節(jié)信道管理模塊的結(jié)構(gòu)
第二節(jié)信道管理的內(nèi)容
第三節(jié)無線信道分配
第四節(jié)信道分配算法
信道分配算法
基于預(yù)測的準入控制算法
碼資源分配算法
動態(tài)速率調(diào)整算法
改進的幀偏置算法

基于預(yù)測的準入控制算法
算法簡介：
在進行信道分配時，根據(jù)所需要分配的信道的特性，預(yù)測其接入后對整個系統(tǒng)的影響，從而決定是否準入。

算法特點：
可以更有效地利用系統(tǒng)容量，更好地滿足不同業(yè)務(wù)類型和不 同優(yōu)先級用戶的需求。

準入控制目的
為了使系統(tǒng)的前反向負載維持在一個比較安全的狀況，在分配信道之前，先要進行準入判斷，若最新分配會帶來負載的不穩(wěn)定甚至系統(tǒng)的崩潰，則拒絕分配信道。只有在接入新呼叫不會導(dǎo)致系統(tǒng)負載惡化的情況下，才允許為新呼叫分配信道。
準入控制原則
根據(jù)信道分配請求對傳輸速率的要求，預(yù)測接入后的系統(tǒng)負載
對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、語音業(yè)務(wù)分別設(shè)置準入門限
對緊急呼叫和高優(yōu)先級用戶，如果不能接入時，可以強拆普通用戶的連接而能夠接入
對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、語音業(yè)務(wù)分別設(shè)置準入門限
根據(jù)小區(qū)的話務(wù)模型設(shè)置對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進行準入限制

碼資源分配算法
算法簡介：
采用了具有特色的碼資源分配算法對所要求的前向碼字進行合理分配。

算法特點：
綜合考慮了多種業(yè)務(wù)類型的特點，
能夠最大程度地利用碼資源保證系統(tǒng)的容量與性能之間的平衡。

碼資源分配
對于協(xié)議中要求固定分配的碼字，按要求進行分配
速率調(diào)整算法簡介
算法簡介：
當(dāng)某導(dǎo)頻的負載超過速率變更負載門限時，觸發(fā)低速率變更。

算法特點：
通過速率變更，在系統(tǒng)的負載比較高時，可以通過降低小區(qū)內(nèi)對時延要求不高的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的速率，從而達到優(yōu)化資源分配、提高系統(tǒng)容量的目的。

速率調(diào)整算法流程
速率調(diào)整算法目的
充分利用有限的空中接口數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)帶寬

避免高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道對整個系統(tǒng)的負荷的沖擊


充分利用有限的空中接口數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)帶寬：
BSC首先為每個數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶分配一個基本信道(FCH)。
其次在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)處理板為每個數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶分配一個數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。
當(dāng)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)量小于SCH分配門限時，只使用FCH(9.6kbps)。超過SCH分配門限后才分配SCH(9.6～153.6kbps)，避免了不必要的資源浪費；
SCH分配門限大小是根據(jù)分配SCH的時刻到SCH建立時刻的信令延時來確定。
速率調(diào)整算法——SCH分配
根據(jù)每個用戶的緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)流量動態(tài)分配SCH的速率。

根據(jù)每個用戶的緩沖區(qū)數(shù)據(jù)總量和所分配的SCH速率，確定 SCH的持續(xù)時間，動態(tài)分配有限時長的SCH.

速率調(diào)整算法意義
由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通常是非連續(xù)的，這樣可以：
更有效利用空中接口資源；
節(jié)省發(fā)射功率；
使多個用戶可以共享無線資源。

問題
如何避免高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道對整個系統(tǒng)的負 荷沖擊？

解答
根據(jù)手機上報的導(dǎo)頻強度來限制可以分配的SCH最高速率，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。
預(yù)測分配不同速率的SCH后的系統(tǒng)負載，來進行準入控制；若系統(tǒng)負載不允許，則將SCH速率減半，再進行判決。這樣既不輕易拒絕用戶的請求，又能在系統(tǒng)資源允許的情況下，最大可能地滿足用戶的需求，從而提高了系統(tǒng)的帶寬。
改進的幀偏置分配算法
算法簡介：
分配幀偏置時，使一個基站中的所有呼叫在各個幀偏置上均勻分布，并綜合考慮相鄰基站的幀偏置分布情況。

算法特點：
該算法可以更有效地利用幀配置資源，較傳統(tǒng)算法可以提高呼叫接通率和切換的成功率。

小結(jié)
幾種信道分配算法的區(qū)別和特點
本章總結(jié)
本章主要介紹了無線信道管理模塊的結(jié)構(gòu)，以及無線信道分配的內(nèi)容和原因，信道的幾種狀態(tài)和分配算法
參考資料
CDMA 1X準入、負載控制指導(dǎo)書(V1.0)
CDMA基站控制器技術(shù)手冊 (無線信道管理部分)