无线资源管理中的WCDMA切换控制技术

（一）功率控制技术

在WCDMA系统中，功率是重要的无线资源之一，功率管理是无线资源管理中非常重要的一个环节。

从保证无线链路可靠性的角度考虑，提高基站和终端的发射功率能够改善用户的服务质量；而从自干扰的角度考虑，由于WCDMA采用了宽带扩频技术，所有用户共享相同的频谱，每个用户的信号能量被分配在整个频带范围内，而各用户的扩频码之间的正交性是非理想的，这样一来，某个用户对其他用户来说就成为宽带噪声，发射功率的提高会导致其他用户通信质量的降低。因此，在WCDMA系统中功率的使用是矛盾的，发射功率的大小将直接影响到系统的总容量。

此外，在WCDMA系统中还受到远近效应、角效应和路径损耗的影响。上行链路中，由于各移动台与基站的距离不同，基站接收到较近移动台的信号衰减较小，接收到较远移动台的信号衰减较大，如果不采用功率控制，将导致强信号掩盖弱信号，这种远近效应使得部分用户无法正常通信。在下行链路中，当移动台处于相邻小区的交界处时，收到所属基站的有用信号很小，同时还会受到相邻小区基站的干扰，这就是角效应。无线电波在传播中经常会受到阴影效应的影响，移动台在小区内的位置是随机的，且经常移动，所以路径损耗会快速大幅度的变化，必须实时调整发射功率，才能保证所有用户的通信质量。

功率控制通过对基站和移动台发射功率的限制和优化，使得所有用户终端的信号到达接收机时具有相同的功率，可以克服远近效应和角效应，补偿衰落，提高系统容量。因此，功率控制是WCDMA系统中无线资源管理最重要的任务。

1.开环功控和闭环功控

按照形成环路的方式，功率控制可以分为开环功率控制和闭环功率控制。

开环功控是指移动台和基站间不需要交互信息而根据接收信号的好坏减少或增加功率的方法，一般用于在建立初始连接时，进行比较粗略的功率控制，开环功控目标值的调整速度典型值为10～100 Hz。开环功控是建立在上下行链路具有一致的信道衰落的基础之上的，然而WCDMA系统是频分双工（FDD）的，上下行链路占用的频带相差190 MHz，远远大于信道的相关带宽，因此上下行链路的衰落情况是不相关的。所以，开环功控的控制精度受到信道不对称的影响，只能起粗控的作用。

前向链路的开环功控是在对终端上行链路的测量报告的基础上设定下行链路信道的初始功率。反向链路的开环功控主要应用于终端，但需要知道小区广播的一些控制参数和终端接收到主公共导频信道（P-CPICH）的功率。开环功控如图7-1所示。

图7-1　开环功控

闭环功控是指移动台和基站之间需要交互信息而采用的功率控制方法。前向闭环功控中，基站根据移动台的请求及网络状况决定增加或减少功率；反向闭环功控中，移动台根据基站的功率控制指令增加或减少功率。闭环功控的主要优点是控制精度高，也是实际系统中常采用的精控手段，其缺点是从控制命令的发出到改变功率，存在着时延，当时延上升时，功控性能将严重下降，同时还存在稳态误差大、占用系统资源等缺点。为了发挥闭环功控的优点，克服它的缺点，可以采用自适应功控、自适应模糊功控等各种改进性措施和实现算法。

2.内环功控和外环功控

按照功率控制的目的，功率控制可以分为内环功控和外环功控。

外环功控的目的是保证通信质量在一定的标准上，而此标准的提出是为了给内环功率控制提供足够高的信噪比要求。上行外环功控如图7-2所示，具体实现过程是根据统计接收数据的误块率（BLER），为内环功控提供目标SIR，而目标SIR是同业务的数据速率相关联的。外环功控的速度比较缓慢，因此外环功控又称为慢速功控，一般是每10～100 ms调整一次。

图7-2　上行外环功控

内环功控用来补偿由于多径效应引起的衰落，使接收到的SIR值达到由外环功控提供的目标SIR值，同外环功控相比，内环功控的速度一般较快，WCDMA系统为1 500 Hz，因此内环功控又称为快速功控。上行内环功控如图7-3所示，下行闭环功控如图7-4所示。

图7-3　上行内环功控

图7-4　下行闭环功控

3.集中式功控和分布式功控

按照实现功率控制的方式，功率控制可以分为集中式功控和分布式功控。前向功控一般都是集中式功控，反向功控是分布式功控。

集中式功控根据接收到的信号功率和链路预算来调整发射端的功率，以使接收端的SIR基本相等，其最大的难点是要求系统在每一时刻获得一个归一化的链路增益矩阵，这在用户较多的小区内是较难实现的。

分布式功控首先是在窄带蜂窝系统中提出来的，它通过迭代的方式近似地实现最佳功控，而在迭代的过程中只需各个链路的SIR即可。即使对SIR的估计有误差，分布式平衡算法仍是一种有效的算法。对于WCDMA系统，当不考虑SIR估计误差时，分布算法非常有效。但是当SIR估计存在误差时，分布式SIR平衡算法有可能不再收敛于一个平衡SIR，随SIR误差的增加，系统的性能很快下降。

（二）切换技术

为保证QoS，需要确保UE移动到其他小区（系统）后能够继续得到服务，这就是无线资源管理中重要的任务，即切换控制。

WCDMA系统的切换控制技术包括：软切换、更软切换、频率间的硬切换。

1.硬切换

硬切换的特点为：先中断源小区的链路，后建立目标小区的链路；通话会产生“缝隙”；非CDMA系统都只能进行硬切换。硬切换过程如图7-5所示。

图7-5　硬切换过程(www.xing528.com)

硬切换在3G系统中的应用如下。

频内硬切换：码树重整；

频间硬切换：网络规划的原因，在特定的区域需要频间负载的平衡；

系统间切换：2G-3G的平滑演进，3G初期的覆盖范围有限。

2.软切换

软切换特点：CDMA系统所特有，只能发生在同频小区间；先建立目标小区的链路，后中断原小区的链路；可以避免通话的“缝隙”；软切换增益可以有效地增加系统的容量；软切换会比硬切换占用更多的系统资源。软切换过程如图7-6所示。

图7-6　软切换过程

3.更软切换

对于软切换，多条支路的合并，下行进行最大比合并（RAKE合并），上行进行选择合并。当进行软切换的两个小区属于同一个NodeB时，上行的合并可以进行最大比合并，此时，成为更软切换。由于最大比合并可以比选择合并获得更大的增益，在切换的方案中，更软切换优先。

（三）多用户检测技术

多用户检测是近十年来在相关检测的基础上发展起来的一种有效的抗干扰措施，它利用多址干扰的各种可知信息对目标用户的信号进行联合检测，从而具有良好的抗多址干扰能力，可以更加有效地利用反向链路频谱资源，显著提高系统容量，而且由于MUD具有抗远近效应的能力，可以降低系统对功率控制的要求。

（四）高速下行分组接入技术

高速下行分组接入（High Speed Downlink Packet Access，HSDPA）是3GPP在R5协议中为了满足上下行数据业务不对称的需求提出来的，它可以使最高下行数据速率达14.4 Mb/s，从而大大提高了用户下行数据业务速率，而且不改变已经建设的WCDMA系统的网络结构。因此，该技术是WCDMA网络建设后期提高下行容量和数据业务速率的一种重要技术。

HSDPA采用的关键技术有自适应调制编码（AMC）和混合自动请求重传（HARQ）。AMC自适应调制和编码方式是根据信道的质量情况，选择最合适的调制和编码方式。信道编码采用 1/3Turbo 码以及通过相应码率匹配后产生的其他速率的Turbo码，调制方式可选择 QPSK、8PSK、16QAM 等。通过编码和调制方式的组合，产生不同的传输速率。而HARQ基于信道条件提供精确的编码速率调节，可自动适应瞬时信道条件，且对延迟和误差不敏感。

为了更快地调整参数以适应变化迅速的无线信道，HSDPA 与WCDMA基本技术不同之处是将RRM的部分实体如快速分组调度等放在Node B中实现，而不是将所有的RRM都放在RNC中实现。

（五）基站发射分集技术

发射分集方式包括STTD、TSTD和闭环发射分集。

1.STTD发射分集

STTD（空时发射分集）是将在非分集模式下进行信道编码、速率匹配和交织的数据流在4个连续的信道比特块中使用STTD编码。STTD除SCH信道以外均可使用。

STTD发射分集编码方式如图7-7所示。STTD可以提高下行链路性能和容量，对基站下行基带处理复杂性影响小，对移动台的解码影响小，对解调部分的复杂性增加有一定影响，主要是对每个分集路径每个符号需要解扩（despreader）、搜索（searcher）、最大比合并（maximal ratio combiner）。

图7-7　STTD发射分集编码方式

2.TSTD发射分集

TSTD称为时间切换发射分集，该发射分集仅仅用于SCH信道。该分集由于减少了SCH信道的发射功率，从而减少了对系统其他信道的干扰，降低基站的PA要求。对UE没有影响，对UE的小区搜索也不会有影响。图7-8所示是SCH信道采用TSTD发射分集示意图。

图7-8　TSTD发射分集示意图

TSTD是根据时隙号的奇偶，在两个天线上交替发送基本同步码和辅助同步码。采用TSTD，在移动台中可以很简单地获得与最大比合并相当的效果，大大提高了用户端正确同步的概率，并缩短了同步搜索的时间。

3.闭环反馈发射分集

闭环反馈发射分集用于 DPCH 和 PDSCH 信道，对于下行链路性能提高为 2～3 dB 左右。UE利用CPICH估计来自每个天线的信道，在每一个时隙，UE计算相位调整量，在模式2还要计算幅度调整量，这些调整量用于UTRAN控制UE的接收功率达到最大。模式1是通过调整相位，模式2是通过调整相位和幅度。模式1的应用场合主要是低速移动或分集天线路径之间有相关衰落的信道，而模式2的应用场合可以保证两个分集天线通道之间的功率平衡。闭环反馈发射分集如图7-9所示。

图7-9　闭环反馈发射分集