無線蜂窩通信網(wǎng)的容量與資源管理算法研究.pdf

1、以無線蜂窩通信網(wǎng)為代表的移動(dòng)通信系統(tǒng)是無線通信技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)里程碑。為了達(dá)到支持人們用任何形式互相交流任何信息資源的目標(biāo)，蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)尚有許多關(guān)鍵的技術(shù)問題有待解決，其中為多業(yè)務(wù)的QoS(Quality ofService，服務(wù)質(zhì)量)提供保障是最值得關(guān)注的問題之一。而為多業(yè)務(wù)提供QoS保障的關(guān)鍵是找到一種有效的無線資源管理策略。無線蜂窩通信網(wǎng)中由于無線資源的匱乏、底層惡劣的無線信號(hào)傳播環(huán)境和信號(hào)衰落、用戶的移動(dòng)性、頻繁的越區(qū)切換

2、以及各種業(yè)務(wù)不同的業(yè)務(wù)特性，使得無線蜂窩通信網(wǎng)中多業(yè)務(wù)的QoS保障成為難以解決的問題。隨著移動(dòng)應(yīng)用越來越普及，人們要求無線蜂窩網(wǎng)能夠提供的服務(wù)也越來越多樣化。下一代無線網(wǎng)絡(luò)將能夠承載多業(yè)務(wù)——話音、視頻、圖形圖像和數(shù)據(jù)等，這些不同種類的業(yè)務(wù)具有不同的QoS要求和無線資源需求，這就要求多業(yè)務(wù)無線資源管理算法不僅能滿足各種不同多業(yè)務(wù)應(yīng)用的QoS要求，而且能充分利用無線蜂窩網(wǎng)中相對(duì)稀缺的無線資源(系統(tǒng)容量、帶寬和功率等)。本文擬從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角

3、度，針對(duì)多業(yè)務(wù)無線蜂窩通信系統(tǒng)的系統(tǒng)容量，以及多業(yè)務(wù)帶寬分配方案和多業(yè)務(wù)呼叫接納控制算法等幾個(gè)重要的無線資源管理算法進(jìn)行研究。 本文第二章研究了在多業(yè)務(wù)無線蜂窩通信網(wǎng)中移動(dòng)性對(duì)與系統(tǒng)容量有關(guān)的各種系統(tǒng)性能參數(shù)的顯著影響。由于無線蜂窩通信網(wǎng)復(fù)雜的自然特性，移動(dòng)性和系統(tǒng)容量之間不存在簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。就現(xiàn)階段研究來看，還沒有針對(duì)無線蜂窩網(wǎng)在移動(dòng)性和系統(tǒng)容量方面結(jié)論性的研究結(jié)論。針對(duì)無論是從移動(dòng)終端(UE)還是基站(Node B)來說，

4、接收到的信號(hào)都是源自不同發(fā)送源的合成信號(hào)，不容易得到其分布特性的解析公式，本文提出了用計(jì)算機(jī)仿真的方法來研究移動(dòng)性對(duì)系統(tǒng)容量的顯著影響。本文第二章建立了底層的無線傳播模型、移動(dòng)性模型，還綜合考慮了保護(hù)信道(GC)機(jī)制和呼叫越區(qū)切換判據(jù)等因素，彌補(bǔ)了目前文獻(xiàn)中一些假設(shè)條件過于簡(jiǎn)單或太理想化的不足，使之更符合無線蜂窩通信系統(tǒng)的實(shí)際情況。本文研究了移動(dòng)性的變化對(duì)新呼叫阻塞概率(P<,b>)、切換呼叫中斷概率(P<,d>)、呼叫強(qiáng)制中斷概率(P

5、<,t>)和系統(tǒng)整體的帶寬利用率(BUR)等與系統(tǒng)容量有關(guān)的各種系統(tǒng)性能參數(shù)具體的顯著影響。由于同時(shí)研究了移動(dòng)性和保護(hù)信道(GC)機(jī)制，第二章的結(jié)論還適用于在無線蜂窩網(wǎng)中充分利用用戶的移動(dòng)性特性來調(diào)整系統(tǒng)提供QoS保障所涉及到的配置參數(shù)，以及動(dòng)態(tài)地調(diào)整系統(tǒng)切換呼叫請(qǐng)求的保留門限，以提高系統(tǒng)的性能、容量和無線資源的使用效率。本文第三章提出了無線蜂窩通信網(wǎng)中的多業(yè)務(wù)帶寬分配方案(BAS)。下一代無線蜂窩網(wǎng)中微微小區(qū)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)致更為頻繁的越

6、區(qū)切換，而各種業(yè)務(wù)不同的特性使得在越區(qū)切換過程中保障多業(yè)務(wù)必需的QoS更為困難。 本文第三章提出了適合于自適應(yīng)多媒體業(yè)務(wù)的多業(yè)務(wù)帶寬分配方案(BAS)。雖然以可控的、受約束的方式降格(Degrade)系統(tǒng)中的自適應(yīng)多媒體業(yè)務(wù)的QoS已經(jīng)被證明是改良系統(tǒng)整體性能的一個(gè)有效方法，但是對(duì)被降格的呼叫進(jìn)行補(bǔ)償?shù)臋C(jī)制很少在文獻(xiàn)中被考慮。本文提出的多業(yè)務(wù)帶寬分配方案(BAS)的特點(diǎn)之一是方案中兼顧了降格算法和補(bǔ)償機(jī)制。針對(duì)文獻(xiàn)中研究的一些Q

7、oS參數(shù)不能夠完全反映出多業(yè)務(wù)帶寬分配方案性能的各個(gè)方面，本文定義了四個(gè)新的與自適應(yīng)帶寬分配方案有關(guān)的QoS參數(shù)。本文還從理論上推導(dǎo)出BAS算法的理論上限性能，并且給出了數(shù)值計(jì)算結(jié)果。從獲得的新呼叫阻塞概率(P<,b>)、切換呼叫中斷概率(P<,d>)和系統(tǒng)整體的帶寬利用率(BUR)等重要的系統(tǒng)性能參數(shù)來看，本文的BAS算法在理論上比文獻(xiàn)中已有的一些經(jīng)典算法有更好的性能，不僅能夠滿足各種不同應(yīng)用的QoS要求，而且能充分利用無線蜂窩網(wǎng)中相

8、對(duì)稀缺的無線資源。本文還使用計(jì)算機(jī)仿真的方法來分析與多業(yè)務(wù)自適應(yīng)帶寬分配方案有關(guān)的QoS參數(shù)的性能和對(duì)系統(tǒng)的影響，有利于深入理解影響自適應(yīng)多媒體業(yè)務(wù)性能的各種參數(shù)，提高無線蜂窩網(wǎng)中無線資源的利用率。 本文第四章提出了新的無線蜂窩通信網(wǎng)的多業(yè)務(wù)呼叫接納控制算法(CAC)。當(dāng)小區(qū)容量和無線資源的使用已處于飽和狀態(tài)時(shí)，如果繼續(xù)允許接納新的用戶進(jìn)入到系統(tǒng)中來，將使已有用戶的QoS無法得到必要的保障。對(duì)于多業(yè)務(wù)應(yīng)用而言，接納一個(gè)新到達(dá)的多

9、業(yè)務(wù)呼叫對(duì)已有呼叫的QoS的影響更為明顯。針對(duì)同時(shí)支持傳統(tǒng)業(yè)務(wù)和自適應(yīng)多媒體業(yè)務(wù)的多業(yè)務(wù)無線蜂窩通信網(wǎng)，本文第四章分別提出了對(duì)應(yīng)的呼叫接納控制算法，包括自適應(yīng)多媒體業(yè)務(wù)基本層的CAC算法(CAC_B)，自適應(yīng)多媒體業(yè)務(wù)增強(qiáng)層的CAC算法(CAC_E)，和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的CAC算法(CAC_D)。這些呼叫接納控制算法之間可以配合運(yùn)行，彌補(bǔ)了文獻(xiàn)中呼叫接納控制算法只能單獨(dú)作用的不足。為了驗(yàn)證本文提出的多業(yè)務(wù)呼叫接納控制算法的性能，本文針對(duì)支

10、持自適應(yīng)多媒體業(yè)務(wù)的無線蜂窩網(wǎng)的不同運(yùn)行情形，進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真。 本文的計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果有利于無線蜂窩系統(tǒng)同時(shí)利用自適應(yīng)多媒體業(yè)務(wù)特性和用戶移動(dòng)性特性來進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)與規(guī)劃，調(diào)整提供QoS保障所涉及的系統(tǒng)性能參數(shù)，提高無線資源的使用效率，平衡系統(tǒng)中的負(fù)載和確保在用戶之間合理的公平性。本文采用計(jì)算機(jī)仿真的方法來驗(yàn)證以上所提出的各種算法理論分析的正確性以及各項(xiàng)性能指標(biāo)。本文所有的無線資源管理算法和無線蜂窩網(wǎng)性能分析的仿真是在一個(gè)無線蜂窩