張學(xué)利

【摘 要】 文中針對未來無線通信系統(tǒng)中的無線資源分配主要闡述了：動態(tài)子信道分配、分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)以及動態(tài)資源分配方面的問題。

【關(guān)鍵詞】 無線通信；無線資源分配；動態(tài)；網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

隨著我們國家電網(wǎng)通信被廣泛應(yīng)用，無線通信技術(shù)顯得十分的重要。它具有安全性能高、業(yè)務(wù)功能強(qiáng)大、覆蓋范圍廣、信號速率高、傳輸距離長等特點(diǎn)，且無線通信電網(wǎng)具有項(xiàng)目啟動快、工程周期短、施工不受城市建設(shè)約束、擴(kuò)充容易、投資小、安裝簡單、靈活等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)使得該項(xiàng)技術(shù)越來越受人們的重視。

概述

電力通信是為了能保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行而應(yīng)運(yùn)而生的。它跟電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的控制系統(tǒng)、調(diào)度自動化系統(tǒng)都被人們稱為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行三大支柱。我們國家電力通信網(wǎng)經(jīng)過了幾十年建設(shè)，已初具規(guī)模了，通過了衛(wèi)星、載波、光纜、微波等多種的通信手段而構(gòu)建成為立體的交叉的通信網(wǎng)。

跟隨無線通信的技術(shù)發(fā)展，無線通信的系統(tǒng)特征發(fā)生巨大變化。由于應(yīng)用了無線技術(shù)的通信網(wǎng)不用依賴電網(wǎng)的網(wǎng)架，而且抗自然的災(zāi)害能力比較強(qiáng)，在同時擁有非視距的傳輸、帶寬大、傳輸?shù)木嚯x遠(yuǎn)等特點(diǎn)，非常適合彌補(bǔ)在目前的通信方法的單一化以及覆蓋面不大的缺點(diǎn)。本文簡單的介紹了無線通信傳輸體制中的應(yīng)用特征以及優(yōu)缺點(diǎn)，而且分析它在電力系統(tǒng)應(yīng)用的前景。

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，無線通信的接入速度提升到100Mbit/s量級，這對于正處于發(fā)展期的窩移動通信系統(tǒng)形成了挑戰(zhàn)。文章基于這一背景對未來無線通信系統(tǒng)中的無線資源分配進(jìn)行了闡述。為了解決多徑快衰這一問題，并使頻譜得到更充分的利用，從而出現(xiàn)了動態(tài)資源分配機(jī)制，現(xiàn)在主要是研究如何提高邊緣用戶數(shù)據(jù)速率以及系統(tǒng)容量。未來無線通信系統(tǒng)中的無線資源分配如下：

1 動態(tài)子信道分配

對于一個無線通信系統(tǒng)而言，最基礎(chǔ)的就是調(diào)制技術(shù)與多址方式。第三代合作伙伴計(jì)劃組織在進(jìn)行相關(guān)討論與研究后決定，將正交頻分多址（簡稱OFDMA）技術(shù)和單載波頻分多址（簡稱SC-FDMA）技術(shù)分別應(yīng)用于3GLTE系統(tǒng)的下行和上行中。單載波頻分多址技術(shù)具有較低的峰均比。以上兩項(xiàng)多址技術(shù)在子信道選擇方面均具有靈活性，可對頻域資源進(jìn)行動態(tài)分配，使得頻率及多用戶分集得到有效的利用，從而使得系統(tǒng)性能達(dá)到最佳狀態(tài)。這也是LTE系統(tǒng)無線資源分配的又一特征。

2 分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

一般，構(gòu)成3GPP接入網(wǎng)UTRAN的節(jié)點(diǎn)有兩層，即NodeB與RNC，但為了簡化LTE系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，使延遲時間變短，E-UTRAN的組成部分僅為演進(jìn)型NodeB。

下圖為LTE系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖，其組成部分主要是演進(jìn)型NodeB與接入網(wǎng)關(guān)。演進(jìn)型NodeB底層的傳輸是通過IP實(shí)現(xiàn)的，由X2接口實(shí)現(xiàn)邏輯上的連接，也就是建立Mesh型網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的是支持UE可在網(wǎng)絡(luò)中任意移動，從而使用戶可進(jìn)行無縫切換。所有演進(jìn)型NodeB與接入網(wǎng)關(guān)之間的連接都是由S1接口來實(shí)現(xiàn)的，一個演進(jìn)型NodeB能夠連接多個接入網(wǎng)關(guān)，同樣，一個接入網(wǎng)關(guān)也能夠與多個演進(jìn)型NodeB進(jìn)行連接。事實(shí)上，接入網(wǎng)關(guān)就是一個邊界節(jié)點(diǎn)，若認(rèn)為核心網(wǎng)的組成部分包括接入網(wǎng)關(guān)，那么演進(jìn)型NodeB是接入網(wǎng)的主要組成部分。

3 動態(tài)資源分配方向

不同于傳統(tǒng)方式，LTE系統(tǒng)無線資源分配機(jī)制具有自己的特點(diǎn)，以下就動態(tài)資源分配展開討論，調(diào)度與功率控制是動態(tài)資源分配的主要內(nèi)容。

3.1 調(diào)度

在以分組交換為基礎(chǔ)的無線網(wǎng)絡(luò)中，頻率資源的調(diào)度十分關(guān)鍵，3GPP對調(diào)度進(jìn)行了如下定義：時頻資源是由基站調(diào)度器在相應(yīng)的時間內(nèi)分配給用戶。評價調(diào)度算法好與壞的依據(jù)就是是否既滿足了用戶的QoS要求，又使其系統(tǒng)容量最大化，所以要平衡系統(tǒng)與用戶兩者的關(guān)系。

如今，無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅速，許多VoIP與多媒體等不同類型的新業(yè)務(wù)也隨之出現(xiàn)，不同業(yè)務(wù)的QoS要求區(qū)別非常大，怎樣設(shè)計(jì)出一個調(diào)度器既能適應(yīng)當(dāng)前復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，又可滿足不同業(yè)務(wù)的要求是我們需要思考的一個問題。

既要符合系統(tǒng)的吞吐量，又要滿足用戶的QoS要求，這就要求提供用戶信道現(xiàn)狀和數(shù)據(jù)等待長度等相關(guān)外部信息給調(diào)度器。調(diào)度所要考慮的因素比較多，在使相關(guān)信息得到充分利用的前提下，要盡可能的將信令和其他開銷降到最低，使系統(tǒng)性能盡量達(dá)到最佳狀態(tài)。

LTE系統(tǒng)帶寬范圍為1.25MHz～20MHz，比典型的場景信道帶寬還要大，所以，可根據(jù)無線信道衰落特性來實(shí)現(xiàn)時頻二維調(diào)度，從而滿足用戶的QoS及系統(tǒng)容量最大化的要求。

3.2功率控制

在下行鏈路中，功率控制需要能對路徑損耗及陰影衰落進(jìn)行補(bǔ)償，由慢速功率控制便可實(shí)現(xiàn)這一要求，然而，要使頻率分集效用得到充分的利用，如何分配所有子信道的功率也是調(diào)度周期內(nèi)需要考慮的問題。在周期與粒度方面，功率分配要小于功率控制。通常，為了同時滿足系統(tǒng)吞吐量與用戶的QoS要求，功率分配與子載波分配是不能分別考慮的。雖然，現(xiàn)有的關(guān)于單小區(qū)功率分配和子載波分配的資料不少，但基本上都很復(fù)雜，假設(shè)條件偏離實(shí)際，對工程并不適用。在現(xiàn)有的下行功率控制方法中，平均分配法與路徑損耗補(bǔ)償法相對來說較為簡單有效。

4無線通信技術(shù)在電網(wǎng)通信中的應(yīng)用前景

未來無線通信技術(shù)的應(yīng)用有以下幾個趨勢：一是網(wǎng)絡(luò)覆蓋的無縫化。二是寬帶化是未來通信發(fā)展的一個必然趨勢，窄帶的、低速的網(wǎng)絡(luò)會逐漸被寬帶網(wǎng)絡(luò)所取代。三是融合趨勢明顯加快。四是數(shù)據(jù)速率越來越高。五是終端智能化越來越高。

六是從兩個應(yīng)用方向發(fā)展：其一，移動網(wǎng)增加數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。1xEV-DO、HSDPA等技術(shù)的出現(xiàn)使移動網(wǎng)的數(shù)據(jù)速率逐漸增加，在原來的移動網(wǎng)上疊加，覆蓋可以連續(xù)。

其二，固定數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)增加移動性。WLAN等技術(shù)的出現(xiàn)使數(shù)據(jù)速率提高，固網(wǎng)的覆蓋范圍逐漸擴(kuò)大，移動性逐漸增加；移動通信、寬帶業(yè)務(wù)和WiFi的成功，促成802.16/WiMAX等多種寬帶無線接入技術(shù)的誕生。

就目前的現(xiàn)狀來看，以3G為代表的公眾移動通信與其他各種無線技術(shù)不會彼此終結(jié)或相互取代，而3G、WiMAX、WLAN等各種移動、無線技術(shù)走向融合是必然的發(fā)展過程。在多元融合的大趨勢下，無線局域網(wǎng)（WLAN）和無線城域網(wǎng)（WiMAX）等各種無線技術(shù)在競爭中互相借鑒靠近，這加快了新型射頻技術(shù)的引入。

蜂窩移動通信啟動了LTE項(xiàng)目，這是種以O(shè)FDM/FDMA為核心的技術(shù)，是3G技術(shù)向4G技術(shù)演進(jìn)的一個過渡。LTE有在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行326Mbit/s與上行86Mbit/s的峰值速率，可以改善小區(qū)邊緣用戶的性能，提高小區(qū)容量和降低系統(tǒng)延遲，以此來增強(qiáng)寬帶傳輸?shù)男阅?。WiMAX、WLAN等無線寬帶技術(shù)的進(jìn)步推動我們的網(wǎng)絡(luò)一步步走向成熟，但接收信號的幅度和相位呈隨機(jī)變化和頻譜效率低下成為了亟待解決的問題。因此，采用MIMO與OFDM相結(jié)合，使傳輸速率成倍

提高就成為各種無線技術(shù)的共同選擇。作為多載波調(diào)制（MCM）的一種，OFDM技術(shù)的核心能力就是將信道分成許多正交子信道，容易通過不同數(shù)量的子信道來實(shí)現(xiàn)上行和下行鏈路中不同的傳輸速率，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)雜度的提升和帶寬的增大。而MIMO技術(shù)能在不增加寬帶的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率，它改善了系統(tǒng)性能，提高了數(shù)據(jù)速率，所以在新一代無線通信系統(tǒng)中MIMO技術(shù)必不可少。因此，MIMO系統(tǒng)與OFDM技術(shù)相結(jié)合，能充分利用兩者的優(yōu)勢，彌補(bǔ)彼此的不足，是未來無線寬帶技術(shù)的重要力量

結(jié)束語：

總而言之，在我們國家，電網(wǎng)通信系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的是光纖通信，它具有傳輸率高、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，同時也具有施工成本高、維修成本高、操作復(fù)雜等缺點(diǎn)。信息通信技術(shù)人員希望有一種成本低廉、免維修且適應(yīng)性強(qiáng)的新型通信技術(shù)，而無線通信技術(shù)能夠滿足通信技術(shù)人員的所有要求。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，眾多先進(jìn)技術(shù)將在無線通信技術(shù)中得到應(yīng)用，從而為我國電網(wǎng)的通信作出更多的貢獻(xiàn)。

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