移动通信中无线资源管理和调度算法的研究.pdf

中(英)文摘要 摘要 移动通信和基于Intemet等平台的数据和多媒体通信是近年来通信业发展最快的两 个分支。如何综合二者的特征，在移动通信系统上为用户提供便携、内容丰富的多种业 务以至多媒体业务是移动通信继第二代后致力研究的新课题。与传统话音通信不同，数 据、图像以及多媒体通信需要更大的带宽。要在珍贵的无线频谱资源上提供宽带业务首 先需要提高资源利用效率，其次由于各类业务具有不同业务特征和不同的质量要求，新 的移动通信系统需要解决不同业务类的服务质量(QoS)保证问题。无线资源管理是除 进行其它硬件和软件系统升级外用于提高资源利用效率、支持用户服务质量的最重要和 最灵活的手段。无线资源管理包括资源分配和资源控制等宽广的范畴，对其组成部分的 选择以及各部分算法的设计依赖于具体的系统特点、支持的业务、无线环境特征以及系 统所要实现的控制策略等，即需要为不同特征的系统设计符合其特定要求的无线资源管 理算法。本文将就几种重要的系统配置下的无线资源管理算法进行研究。 DS．CDMA系统采用电路交换方式支持不同数据传输速率、不同质量要求的多种业 务是一种典型的系统配置。系统可通过分配正交变扩频因子(OVSF)码或多码(MC) 等方式支持变速率业务。这类系统的研究有两种情况，一种假定各类业务的数据传输速 率要求恒定，系统需要严格的接入控制保证所有用户的服务质量。另一类研究假定业务 传输速率可调，研究主要集中在不同业务用户的功率和速率的联合控制问题。论文第二 章提出了～种基于可行性的联合自适应接入控制和负荷调蹙算法。将系统支持的业务根 据速率要求归为高优先级和低优先级业务(二者分别都可包含几类业务)，高优先级业 务为恒比特业务(适用于语音等实时业务或保证速率业务)，低优先级业务为变速率业 务(变速率或非实时业务)。通过在事件触发下调整低优先级业务的数据速率来调整系 统负荷，同时实现高优先级业务在一定限度内的接入保证。算法给出了两种负荷调整对 象选择方法，目标是在系统负荷高时，用于选择要降低数据速率的用户使得系统中断概 率最小；在负荷低时，用于选择要提高数据速率的用户使得用户的数据速率增量最大。 算法包含了接入控制策略实现与基于负荷变化事件的系统自适应负荷调整的总体流程 框架和负荷调整对象选择的具体实现细节，可作为实际系统的设计参考。 论文第三章的研究基于DS．CDMA系统采用分组交换实现多业务支持的系统配露。 采用分组交换方式是支持突发性业务、提高资源利用率的必然选择。基于未来上下行业 务非对称的发展趋势00户上行业务速率低，而下行则要求很高的传输速率)，上行采 用并行调度效率较高，而下行采用串行调度则易实现业务高速传输要求。论文第三章提 出了两种分别适用于WCDMA系统上下行的资源调度算法。第一部分提出了一种基于 北京交通大学博士学位论文 帧的并行资源调度算法，即一次调度允许多个用户采用码分方式同时发送。算法设计上 有三个特点：1)时间调度基于业务类型以及同类业务中当前队列长度和剩余延时许可 情况的两层优先级；2)对于弹性业务将其优先级水平与链路层的传输质量要求相联系， 确保高优先级用户获得高的传输质量，避免或减小重传从而增大其满足延时限要求的概 率，即算法对不同优先级的用户采用非均匀或加权资源分配；3)采用线性优化使总的 资源分配满足移动台总发射功率最小的原则，该策略不仅可以在满足用户服务质量条件 下最小化对其他小区的干扰、提高同时可服务的的用户数，重要的是简化了并行调度算 法中难以确定的容量条件。仿真结果表明算法可保证高优先级用户服务质量不受低优先 级业务负荷的影响，因而非常适用于提供差分业务的网络。仿真中探讨了几个调度自由 度采用不同方案时对业务性能的影响，结论对类似算法设计具有指导意义。 第三章第二部分研究了系统中每个用户在基站处都有多个业务队列进行多媒体业 务传输情况下的串行无线资源调度算法。假设不同媒体业务分组具有相同的有效期，但 在分组长度上有差异。调度算法须保证不同媒体业务在共同的有效期之前到达接收端进 行媒体组合。基于上述条件建议了一种分区间考虑分组延时要求、用户信道条件和分组 长度的串行调度算法。仿真结果表明算法不仅可以较好的保证分组延时、充分利用信道 的多用户分集特性，另外又可保证对不同长度分组服务的公平性。适合于即要求高效利 用资源又需要保证不同长度分组服务公平性的应用情况。 移动通信系统中引入智能天线可降