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中興通訊股份有限公司 萬淑娥
電信運(yùn)營(yíng)企業(yè)在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工作初步完成后，下一步工作就是充分利用已投資的網(wǎng)絡(luò)資源，使之產(chǎn)生最大的經(jīng)濟(jì)收益。如何使網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、可靠。高效地運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)起著確定性的作用。
目前移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)正在積極地向第3代UMTS系統(tǒng)邁進(jìn)，目的是利用電路交換與分組交換接入支持更豐富的業(yè)務(wù)與應(yīng)用。雖然目前還不能非常清楚地列舉出3G網(wǎng)絡(luò)提供的所有業(yè)務(wù)與應(yīng)用，但有一點(diǎn)十分明確，即未來的網(wǎng)絡(luò)必定支持諸如語音、音頻、E-mail、網(wǎng)頁瀏覽及多媒體業(yè)務(wù)等現(xiàn)在已廣泛存在的業(yè)務(wù)。豐富多樣的業(yè)務(wù)要求網(wǎng)絡(luò)中的無線鏈路應(yīng)具備一定的靈活性，以滿足不同業(yè)務(wù)對(duì)傳輸媒介的不同質(zhì)量需求，但業(yè)務(wù)的多樣性會(huì)使得網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)建模的難度增大，復(fù)雜性增加。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)有突發(fā)的統(tǒng)計(jì)特性，使用分組交換能夠提高網(wǎng)絡(luò)的有效容量，這一點(diǎn)對(duì)資源昂貴的無線系統(tǒng)尤其重要，但同時(shí)分組交換可能產(chǎn)生的問題是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)容量不足或傳輸中發(fā)生沖突情況時(shí)可能導(dǎo)致傳輸時(shí)延增大，這在實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)（如語音業(yè)務(wù)和實(shí)時(shí)音頻業(yè)務(wù)等）的應(yīng)用中是難以被接受的。為滿足不同業(yè)務(wù)的應(yīng)用需求，網(wǎng)絡(luò)需要在保證數(shù)據(jù)速率和最大時(shí)延的前提下決定各種業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量（QoS）。
與GSM系統(tǒng)相比，UMTS系統(tǒng)要復(fù)雜得多。CDMA系統(tǒng)的基本特征之一就是其覆蓋面積與系統(tǒng)的瞬時(shí)噪聲密切相關(guān)，即小區(qū)負(fù)載的業(yè)務(wù)量越大，其覆蓋范圍越小。由于小區(qū)內(nèi)的業(yè)務(wù)量與小區(qū)的用戶行為有關(guān)，是不斷變化的，因此其覆蓋范圍也不斷地隨之變化（該現(xiàn)象被稱為小區(qū)呼吸）�！靶^(qū)呼吸”的現(xiàn)象使得無線系統(tǒng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)更為復(fù)雜。
我們可以根據(jù)UMTS的一些特性，如小區(qū)呼吸、軟切換等，對(duì)覆蓋面積與業(yè)務(wù)容量的問題進(jìn)行折衷考慮（既不用犧牲很多網(wǎng)絡(luò)性能和/或覆蓋范圍，又能保證一定的系統(tǒng)容量），這就需要很強(qiáng)的控制算法。本文著重討論UMTS中所建議使用的主要控制算法。
一、功率分配與控制
在CDMA系統(tǒng)中，所有用戶使用相同的頻率，干擾控制是CDMA系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理工作中一個(gè)十分重要的問題，對(duì)于上行鏈路尤其重要（當(dāng)位于基站附近的移動(dòng)臺(tái)以大功率發(fā)射信號(hào)時(shí)，該信號(hào)很容易超過小區(qū)邊緣距離基站的移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)钄嗾麄�(gè)小區(qū)的通信），而在下行鏈路中，系統(tǒng)容量主要由每個(gè)終端連接所要求的功率決定。因此，使基站保持發(fā)射功率處于較低水平而又能使接收端獲得足夠的信號(hào)質(zhì)量，是非常重要的。
雖然與IS-95系統(tǒng)相比，很多新技術(shù)正在逐步引入WCDMA系統(tǒng)中，如干擾消除和多用戶檢測(cè)等，但這些新技術(shù)目前還受限于芯片處理速度，其應(yīng)用還有待于進(jìn)一步完善。目前所有CDMA的直接擴(kuò)譜序列系統(tǒng)還只是單用戶檢測(cè)系統(tǒng)，雖然其他用戶的信號(hào)里包含了一些對(duì)本用戶有用的解調(diào)信息，但這些解調(diào)信息還無法得到實(shí)際利用，對(duì)此類問題必須使用功率控制來克服遠(yuǎn)近效應(yīng)，保證通信質(zhì)量。
功率控制按方向不同分為上行功率控制和下行功率控制，按移動(dòng)臺(tái)和基站是否同時(shí)參與又分為開環(huán)功率控制和閉環(huán)功率控制。
因?yàn)镃DMA的上行頻率和下行頻率在同一頻帶范圍內(nèi)，所以上、下行鏈路的路徑損耗之間有很強(qiáng)的相關(guān)性，對(duì)UE（用戶設(shè)備）的功率控制是在訪問網(wǎng)絡(luò)以前，而對(duì)基站的功率控制則在無線連接建立起以后，根據(jù)下行方向的路徑損耗的計(jì)算值，估計(jì)上、下行鏈路所需的初始發(fā)送功率值。此為開環(huán)功率控制。當(dāng)一個(gè)UE接入到網(wǎng)絡(luò)時(shí)，開環(huán)功率控制負(fù)責(zé)設(shè)定上行和下行鏈路的初始發(fā)送功率值。
慢速功控是功率控制的一種，慢速功率控制用于下行公共信道中。內(nèi)環(huán)（快速閉環(huán)）功率控制以一定頻率動(dòng)態(tài)地調(diào)整發(fā)送功率。外環(huán)功率控制估計(jì)接收信號(hào)質(zhì)量并調(diào)整快速閉環(huán)功率控制的目標(biāo)SIR，用于保證通信過程的高質(zhì)量。內(nèi)環(huán)功率控制需依賴無線鏈路對(duì)端的第一層的信息，此時(shí)，UE/BS根據(jù)接收到的BS/UE處的SIR值來調(diào)整發(fā)送功率，以補(bǔ)償無線鏈路的衰落。內(nèi)環(huán)功率控制的目標(biāo)SIR定義了承載業(yè)務(wù)的質(zhì)量需求，而外環(huán)功率控制的目標(biāo)是設(shè)法維持相應(yīng)質(zhì)量需求下的通信質(zhì)量。
二、切換控制
切換是用戶臺(tái)在移動(dòng)過程中為保持與網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)連接而發(fā)生的、當(dāng)用戶終端在不同小區(qū)間漫游時(shí)維持已有通信的一種手段。一般情況下，切換可以分以下三個(gè)步驟：無線測(cè)量、網(wǎng)絡(luò)判決和系統(tǒng)執(zhí)行。
軟切換本身是一個(gè)有爭(zhēng)議的CDMA特性，一方面，軟切換可以在兩個(gè)基站覆蓋區(qū)的交界處起到業(yè)務(wù)信道的分集作用，以減少移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率和由切換造成的掉話；另一方面，它會(huì)由于同時(shí)占用多個(gè)信道資源而增加設(shè)備投資和系統(tǒng)背板的復(fù)雜性，例如基站中需要增加額外的RAKE接收機(jī)信道單元，基站和RNC間需要增加額外的傳輸鏈路，移動(dòng)臺(tái)需要增加額外的RAKE解調(diào)器，基站內(nèi)不同扇區(qū)間需要增加額外的鏈路等。
盡管軟切換有上述幾方面的局限性，但由于直擴(kuò)CDMA系統(tǒng)的相鄰小區(qū)同頻工作，為避免在重疊覆蓋區(qū)域產(chǎn)生信號(hào)強(qiáng)干擾，必須采用軟切換，它與快速功率控制一樣，是直擴(kuò)CDMA必不可少的核心技術(shù)之一。應(yīng)用軟切換技術(shù)之后，CDMA系統(tǒng)中由于切換引起掉話的概率大大降低，保證了通信的可靠性。
在下行鏈路，每增加一條軟切換鏈路，就增加一定程度的系統(tǒng)干擾，如果系統(tǒng)干擾的增加程度超過了軟切換增益，軟切換就不會(huì)給系統(tǒng)容量帶來任何好處。所以在WCDMA中，軟切換在應(yīng)用之前也必須進(jìn)行良好規(guī)劃，以使上行鏈路和下行鏈路提供足夠的分集將軟切換控制在一個(gè)合適的范圍內(nèi)。
然而，軟/更軟切換需要占用更多的如頻率、功率等資源。由于使用軟切換，接納控制階段的阻塞率會(huì)增大，時(shí)延會(huì)增加， 因此軟/更軟切控制是通過降低資源利用率來維持用戶的滿意度與系統(tǒng)性能的。
三、擁塞控制
WCDMA系統(tǒng)中，因?yàn)檫^多的負(fù)載將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能無法滿足通信質(zhì)量的要求，所以必須要將空中接口的負(fù)載保持在預(yù)定義的閾值以下，否則會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)達(dá)不到覆蓋要求、容量下降、通信質(zhì)量惡化等情況，而且過多的空中接口負(fù)載還可能使網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生不穩(wěn)定狀態(tài)。
擁塞控制有以下三種情況。
1．接納控制（AC：Acess Control）
處理所有的新來話務(wù)量，新來的分組或電路交換的RAB（無線接入承載）是否能夠進(jìn)入系統(tǒng)以及生成新接納的RAB所需的參數(shù)都由接納控制來完成。
對(duì)于不同的話務(wù)類型，接納控制AC實(shí)際上由兩部分構(gòu)成。對(duì)于實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，接納控制決定是否允許一個(gè)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，如果新進(jìn)入的無線承載會(huì)造成對(duì)網(wǎng)絡(luò)的過多干擾，則拒絕其訪問。而非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延問題不是特別敏感，其分組時(shí)間與比特率的最佳化操作需要在RAB接入之后完成，需要與分組調(diào)度器密切合作，即接納控制負(fù)責(zé)無線接入承載的接納與釋放，分組調(diào)度器負(fù)責(zé)在分組呼叫期間分配合適的無線資源。接納控制算法會(huì)估計(jì)因承載的接入或變動(dòng)而造成的負(fù)載增加，而且可以對(duì)上行和下行鏈路進(jìn)行分離的估計(jì)。
要想修改或建立新的承載鏈路，建立或修改RAB及發(fā)送分組，必須要使上行和下行鏈路的接納條件都得到滿足。接納控制不僅需要對(duì)接入小區(qū)做負(fù)載變化估計(jì)，對(duì)需要計(jì)入接入小區(qū)的小區(qū)間干擾的相鄰小區(qū)或者至少活動(dòng)集內(nèi)的小區(qū)也需要做負(fù)載變化估計(jì)。無論上行鏈路或下行鏈路，若負(fù)載估計(jì)值超過預(yù)定閾值，接納控制就會(huì)拒絕該承載鏈路的新建。決策過程中，接納控制需要用到無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃閾值、上行干擾和下行發(fā)送功率信息。知道了網(wǎng)絡(luò)中周圍小區(qū)的當(dāng)前負(fù)載狀況以及請(qǐng)求業(yè)務(wù)所需要的負(fù)載增加量以后，接納控制就可以決定是否接收新的呼叫。因此，接納控制功能的實(shí)現(xiàn)需要信息支持，而RNC恰好具有所有需要的信息，所以接納控制功能在RNC中實(shí)現(xiàn)。
2．負(fù)載控制
負(fù)責(zé)處理系統(tǒng)負(fù)載已超過閾值時(shí)的情況，并采取相應(yīng)的對(duì)策使系統(tǒng)返回到可行狀態(tài)。
3．分組調(diào)度（PS：Packet Scheduling）
處理所有的非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，即分組數(shù)據(jù)用戶的業(yè)務(wù)。分組調(diào)度決定何時(shí)發(fā)起分組傳輸及可使用的比特速率。
接納控制負(fù)責(zé)無線接入承載（RAB）的接納和釋放，而整個(gè)連接過程中只有在有實(shí)際數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)才使用無線資源，其它時(shí)間并不預(yù)留無線資源。分組調(diào)度（PS）給分組呼叫(有效數(shù)據(jù)發(fā)送)分配合適的無線資源，是以小區(qū)為基礎(chǔ)進(jìn)行的，支持不對(duì)稱業(yè)務(wù)。上行和下行的負(fù)載變化很大，所以兩個(gè)方向的容量是分開分配的。然而，當(dāng)給一個(gè)方向分配了專用信道后，另一個(gè)方向也需要分配專用信道，即使其中只有一個(gè)方向上有容量需求時(shí)也得如此。此時(shí)，分組調(diào)度器給另一方向分配一條低比特率專用信道，此信道攜帶的信息如下：高層（TCP）的確認(rèn)、數(shù)據(jù)層（RLC）的確認(rèn)、數(shù)據(jù)鏈路層控制和功率控制信息。通常，該低比特率信道稱為“返回信道”。
小區(qū)內(nèi)的無線資源由實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和非實(shí)時(shí)無線承載共享，而且實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)承載的比例變化迅速。實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的特點(diǎn)是不能對(duì)其有效控制，由實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)生成的負(fù)載、其他小區(qū)用戶產(chǎn)生的干擾和噪聲統(tǒng)稱為不可控負(fù)載；而由“盡力而為”的非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)產(chǎn)生的負(fù)載稱為可控負(fù)載。因此，不能用于不可控負(fù)載的容量可以由非實(shí)時(shí)的無線承載以“盡力而為”方式使用。
WCDMA小區(qū)中，負(fù)載分配是由無線資源管理功能來實(shí)現(xiàn)的，負(fù)載分配原則為：上行和下行鏈路中的總的負(fù)載達(dá)到系統(tǒng)負(fù)載的最佳點(diǎn)。由于干擾及傳播條件的變化，系統(tǒng)負(fù)載最佳點(diǎn)是瞬時(shí)變化的。不論何時(shí)，不論是上行方向還是下行方向的負(fù)載超過了規(guī)定的閾值，就會(huì)產(chǎn)生負(fù)載溢出，此時(shí)，負(fù)載控制開始起作用，直到使系統(tǒng)負(fù)載返回到可接受點(diǎn)為至。
四、結(jié)論
通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和業(yè)務(wù)規(guī)模發(fā)展到一定程度后，基礎(chǔ)設(shè)施和用戶數(shù)量的增長(zhǎng)將趨于平緩，網(wǎng)絡(luò)管理所起的作用將越來越大。未來網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)效益將主要來源于資源管理與新業(yè)務(wù)的提供，資源管理包括負(fù)載控制、接納控制、軟/更軟切換控制及QoS控制等。良好、適合的管理功能可以使網(wǎng)絡(luò)在覆蓋面積與網(wǎng)絡(luò)容量二者之間達(dá)到平衡。
本文討論了幾種網(wǎng)絡(luò)管理與資源管理的方法，這些方法有的已應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)資源管理中并產(chǎn)生很好的效果。將來，還需要行業(yè)同仁開發(fā)更多的算法使網(wǎng)絡(luò)有效地利用有限的網(wǎng)絡(luò)資源。
----《通信世界》
