无线资源管理

密集无线网络的认知协同与网络容量优化

在高密度环境下，信道数目非常有限，同信道干扰严重，但传统技术都只是把调整载波侦听门限设为一个比较保守的固定值，没有充分达到空间复用。更进一步地，随着无线局域网使用环境的密集化，高密度无线局域网中的隐藏终端现象逐渐增多，对性能带来的影响也在增大。

本实验室的主要学术方向将面向IMT-Advanced移动通信系统及其后续演进技术，研究集中和分布式协作基站资源分配、传输与基带处理的新方法，达到以低成本提高MIMO蜂窝系统频谱效率和覆盖能力的目标，为未来移动通信系统的实现和标准化提供理论基础和技术支撑。具体地，我们将考虑干扰突发特性时集中和分布式基站协作进行多基站多用户调度、信道分配、功率分配、存取控制等方法，考虑语音、数据、流媒体等典型业务在传输速率、时延限制和公平性方面各自的特点，考虑小区内采用单基站多用户/单用户MIMO预编码、小区间进行基站协作调度和功率分配，研究基于业务特性和混合业务的跨层资源分配优化方法。研究当动态资源分配周期不同时，考虑信令开销后相对于静态和准静态干扰协调技术性能的增益等等。

研究方向③：密集无线网络的协作资源分配与优化调度

近年来随着无线通信技术的飞速发展，无线网络的部署密度增大，用户在空间环境中可以感知到多种无线网络的同时存在。在现阶段，不同的无线网络由不同的营运商运营，终端通常只选择其中的一个接入。然而，随着部署的密集，单一网络的干扰问题日益严重，网络资源越来越无法满足业务增长的需求。随着全IP网络的实现和软件无线电技术的发展，现有终端可以同时配置多种网络的适配器，并根据网络探测实时地选择最佳的无线网络提供接入服务，使得异构网络的资源得到充分的利用，进而达到更好的网路覆盖，更好的服务质量，以及网络之间的负载均衡，获得网络级的分集增益，具有很强的理论价值。

为了实现异构网络的联合资源管理和优化，我们必须首先优化同构网络下的资源与性能。前人的工作主要是通过建立信道模型和网络节点间的模型，对单个小区的无线网络性能进行描述，并通过调整模型中的各个参数，如业务量、速率、功率等，来达到资源的最大化利用和最佳的服务质量。然而在高密度部署网络中，相邻小区的干扰十分严重，传统的基于带宽受限系统的资源分配方法已经不再适用。特别是高密度无线局域网中，如何消除小区间干扰仍然没有得到完善的解决。

对于同构网络的无线资源分配方案，已有比较深入的研究，其主要思路是主动利用密集网络带来的潜在空间复用能力和多接入点备份能力来提升每个用户的吞吐量性能，从而获取成倍的吞吐量增益。然而，在异构网络的场景下，各种网络的物理链路特性、网络拓扑结构、提供业务特性、负载状况都有很大差别。考虑异构网络的联合资源分配时，这些网络特性的差异都需要给予充分的考虑，增加了研究的复杂性。对于终端而言，应该根据请求业务的特性，采用与之相符的网络提供服务；同时需要根据当前环境内的各种网络的物理链路状态进行网络选择，还可以通过各个网络的业务特性进行选择。如何联合考虑网络状态和业务特性来进行资源分配仍未得到充分的研究。

由于异构网络具有相对于同构网络更为复杂的特性，我们进行了如下几个方面的文献调研：首先以无线局域网和蜂窝网为代表，对单一网络的物理信道模型，业务模型，多址接入模型进行总结；其次，介绍一些常用的基于网络模型的无线资源管理方法，包括了信道/时隙分配，速率调整，功率控制等；最后，介绍一些已有的异构网环境下的资源分配方案，主要包括了网络选择和负载均衡策略。

本研究拟包含以下三方面的研究内容：

(1)集中于无线局域网，无线城域网和3G网络，对各网络系统的网络层进行建模。已经在多小区无线局域网的性能建模中有了初步的工作；

(2)集中在高密度无线局域网场景下，设计有效的负载均衡，功率速率控制和随机调度算法，抑制小区间干扰，获得同构网络的性能增益；已经设计了信道分配和混合ACK机制的提高网络性能的策略；

(3) 考虑蜂窝/无线局域网场景，设计有效的网络选择和随机调度算法，并设计低时延的垂直切换策略和信令，获得异构网络联合资源分配下的分集增益。

无线资源管理 Radio Resource Management（RRM）：是在有限带宽的条件下，为网络内无线用户终端提供业务质量保障，其基本出发点是在网络话务量分布不均匀、信道特性因信道衰弱和干扰而起伏变化等情况下，灵活分配和动态调整无线传输部分和网络的可用资源，最大程度地提高无线频谱利用率，防止网络拥塞和保持尽可能小的信令负荷。

概述

无线资源管理(RRM)的研究内容主要包括以下几个部分：功率控制、信道分配、调度、切换、接入控制、负载控制、端到端的QoS和自适应编码调制等。依据对象的不同，无线资源管理可以有两种不同的划分：

（1）面向连接的RRM。确保该连接的QoS，并使该条连接占用的无线资源最少。这时要考虑信道配置、功率控制、切换。对于每条连接，根据需要创建一个实例专门处理本连接的资源配置。

（2）面向小区的RRM。在确保该小区稳定的前提下，能接入更多的用户，提高整个系统的容量。这时要考虑码资源管理、负载控制。为每一个小区创建一个实例，专门处理该小区的资源管理。

而实现无线资源管理或控制的基本流程是：测量控制→测量UE（用户设备）、NodeB（节点B）、RNC （无线网络控制）→测量报告→判决、决策→资源的控制和执行。

RRM要做的就是能够保证CN（核心网）所请求的QoS，增强系统的覆盖，提高系统的容量。要达到RRM的目的，具体要做以下各项：信道配置、功率控制、切换控制、负载控制。

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情况下，进行功率控制尽量减少发射信号的功率，可以提高信道容量和增加用户终端的电池待机时间。传统的功率控制技术是以语音服务为主，这方面的研究已经相当多，主要涉及到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功率控制。目前功率控制的研究集中在数据服务和多媒体业务方面，多为综合进行功率控制和速率控制研究。功率控制和速率控制两者的目标基本上是互相抵触的，功率控制的目标是让更多的用户同时享有共同的服务，而速率控制则是以增加系统吞吐量为目标，使得个别用户或业务具有更高的传输速率。如何满足用户间不同的QoS要求和传输速率，同时达到公平性和高吞吐量的双重目标，是目前较为热门的课题。

用在电路交换网络的功率控制技术已不能适应IP传输和复杂的无线物理信道控制，当IP网络成为核心网络，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。针对基于突发模式（Bur st-mode）功率控制的通信网络的研究和连续突发模式（Burst-by-burst）的通信系统的设计已引起很大的注意。结合功率控制和其他新技术，如智能天线、多用户检测技术、差错控制编码技术、自适应编码调制技术、子载波分配技术等方面的联合研究，提高系统容量也是比较热门的研究课题。

信道分配

在无线蜂窝移动通信系统中，信道分配技术主要有3类：固定信道分配（FCA）、动态

信道分配（DCA）以及随机信道分配（RCA）。 FCA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，频谱信道效率低，而且各接入系统间的流量无法统一控制从而会造成频谱浪费，因此有必要使用动态信道分配，并配合各系统间做流量整合控制，以提高频谱信道使用效率。FCA算法为使蜂窝网络可以随流量的变化而变化提出了信道借用方案（Channel borrowing scheme），如信道预定借用（BCO）和方向信道锁定借用（BDCL）。信道借用算法的思想是将邻居蜂窝不用的信道用到本蜂窝中，以达到资源的最大利用。

DCA根据不同的划分标准可以划分为不同的分配算法。通常将DCA算法分为两类：集中式DCA和分布式DCA。集中式DCA一般位于移动通信网络的高层无线网络控制器（RNC），由RNC收集基站（BS）和移动站（MS）的信道分配信息；分布式DCA则由本地决定信道资源的分配，这样可以大大减少RNC控制的