（通信与信息系统专业论文）提高cdma2000数据传送速率方法的实验研究.pdf

青岛理工大学工学硕士学位论文 摘要 基于c d m a 2 0 0 0 1 x e v - d o 系统的第三代移动通信技术在全球范围内得到了 广泛的应用，但在实际应用过程中，e v d o 技术的高速无线数据传送速率只存在 于少数区域，大部分地区的网络速率远低于该技术的理论速率。大量低速率区域 的存在制约了基于这一平台的技术的发展，并降低了3 g 用户对该技术的认可度。 本文将从以下几个方面对这一问题的改善方法进行研究。 首先对e v d o 系统的资源配置、不同载波间的负荷均衡和无线资源调度策 略进行了研究，通过实验测试和网管数据统计的方法揭示了上述因素对实际用户 速率的影响，分析了不同的资源配置、载波间负荷不均衡以及不同的无线资源调 度算法对速率影响的内在原因，提出改善方法。 其次，从无线侧的各种干扰入手，分析了系统内的自干扰对网络前、反向速 率的影响以及网络容量的变化，在此基础上对当前普遍存在的外部电磁干扰与 3 g 用户速率之间的关系进行了研究，详细分析其对前、反向速率影响的原因， 指出消除外部干扰在提升网络速率上的重要意义。 最后，分析了无线网络覆盖质量和网络参数配置不合理等因素对3 g 终端速 率的影响，以实际测试实验为基础，展开分析、研究，给出上述因素造成终端速 率下降的原因，提出解决方案，并予以实验验证。 本文对影响e v d o 网络速率的多个因素进行了分析研究，并提出改善问题 的解决方案。改善方案实施前后实验结果的对比，证明了所做研究的正确性和可 行性。研究内容所涉及的问题普遍存在于基于c d m a 的2 g 、3 g 网络中，对当 前的e v d o r e v a 及后续演进的r e v b 版本都有参考意义。 关键词：e v d o ：s i n r ；干扰；负荷均衡；速率；时分复用 青岛理工大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t t h et e c h n o l o g yb a s e do nc d m a 2 0 0 01x e v - d oh a sb e e nw i d e l yu s e di nt h e w o r l d i nf a c t ，t h eh i g hs p e e do n l ye x i t si naf e wa r e a sa n dt h e r ea r em a n ya r e a sw h e r e t h ed a t at r a n s f e rr a t ei s 协b e l o wt h et h e o r e t i c a lr a t e t h ep r e s e n c eo fa l a r g en u m b e r o fl o w r a t ea r e aw i l lr e s t r i c tt h et e c h n o l o g y sd e v e l o p m e n tw h i c hb a s e do nt h i s p l a t f o r m ，a n dr e d u c et h e3 gu s e r sa c c e p t a n c eo ft h i st e c h n o l o g y t h i sp a p e rw i l l r e s e a r c ho nt h ei m p r o v e dm e t h o d sa sf o l l o w s f i r s t l y , t h er e s o u r c ea l l o c a t i o n , l o a db a l a n c i n ga n dw i r e l e s sr e s o u r c es c h e d u l i n g s t r a t e g i e so fe v d on e t w o r kh a v eb e e ns t u d i e d i tr e v e a l st h ei m p a c to ft h eu s e rr a t e u n d e ra b o v ef a c t o r sb ye x p e r i m e n ta n do m p sd a t as t a t i s t i c s i ta n a l y z e dt h ei m p a c t o fd i f f e r e n tr e s o u r c ea l l o c a t i o n ，l o a db a l a n c i n g ，a n dw i r e l e s sr e s o u r c es c h e d u l i n g s t r a t e g i e s ，p o i n t e do u tt h ei n h e r e n tr e a s o na n dt h ei m p r o v e dm e t h o d s s e c o n d l y , i ts t a r t e df r o mk i n d so fi n t e r f e r e n c eo nt h ew i r e l e s ss i d ea n da n a l y z e d t h ei m p a c to ft h ei n h e r e n ti n t e r f e r e n c eo nt h ed a t ar a t eb o t hf o r w a r da n db a c k w a r d a n da l s ot h ec h a n g eo ft h en e t w o r k sc a p a c i t y a tt h es a m et i m e ，i tr e s e a r c h e do nt h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e ne x t e r n a li n t e r f e r e n c ea n d3 gt e r m i n a l sr a t ea n da n a l y z e dt h e r e a s o no ft h ei m p a c t i tp o i n t e do u tt h ei m p o r t a n c eo f e x c l u d i n ge x t e r n a li n t e r f e r e n c e o ne n h a n c i n gt h ed a t at r a n s f e rr a t e f i n a l l y , i ta n a l y z e dt h ei m p a c to f3 gt e r m i n a l sr a t eu n d e rt h ei r r a t i o n a lc o v e r a g e a n de r r o n e o u sd a t ac o n f i g u r a t i o na n ds t a r t e dt h er e s e a r c hb a s e do na c t u a le x p e r i m e n t s i tp o i n t e do u tt h er e a s o no ft h ed e c l i n eo nd a t ar a t e i ta l s og a v et h em e t h o do f s o l u t i o na n de x p e r i m e n t a lt e s t i n g t h i sa r t i c l er e s e a r c h e do nt h e s ef a c t o r sw h i c ha s p e c tt h en e t w o r k sr a t ea n d p o i n t o u tt h es o l u t i o ns c h e m e i tp r o v e dt h ec o r r e c t n e s sa n df e a s i b i l i t yo ft h i s s t u d yb y c o m p a r i s o no fe x p e r i m e n t a lr e s u l t sb e f o r ea n da f t e re v d on e t w o r k s a d j u s t m e n t i s s u e si n v o l v e di nr e s e a r c he x i s ti n2 ga n d3 g n e t w o r k ，i th a sr e f e r e n c ev a l u eb o t h t h ec u r r e n te v d o - r e v aa n ds u b s e q u e n tv e r s i o n sr e v b k e yw o r d s ：e v d o ，s i n r ，i n t e r f e r e n c e ，l o a db a l a n c i n g ，r a t e ，t d m a i i i 青岛理工大学工学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1c d m a 2 0 0 0 技术简介 c d m a 2 0 0 0 是由i s 9 5 a b 标准演进而来的第三代移动通信标准，3 g p p 2 组织负责其具体标准化工作的制定。目前c d m a 2 0 0 0 技术有由3 g p p 2 制定的 r e l e a s e0 、a 、b 、c 和d 五个支持c d m a 2 0 0 0 1 x 及其增强型技术的版本，由 t i a e i a 发布的支持c d m a 2 0 0 0 1 x e v d o 的i s 8 5 6 和i s 8 5 6 a 标准，以及 c d m a 2 0 0 01x e v d v 技术。 c d m a 2 0 0 0 1 x 技术采用直接序列扩频码分多址( d s c d m a ) 、频分双工 ( f d d ) 方式，码片速率为1 2 2 8 8 m e p s ，载波带宽为1 2 5 m h z 。 c d m a 2 0 0 0 l x e v - d o ( 也称为h r p d ) 技术，主要对数据业务进行了增强， 不支持语音。e v d o r e v a 版本在1 2 5 m h z 的带宽内可提供最高3 1 m b p s 的下行 数据传输速率，该技术已经在韩国、美国和日本等国家商用。中国电信从2 0 0 9 年1 月份开始正式运营e v d o r e v a 网络。在e v d o r e v a 的基础上，采用多载波 捆绑的方式进一步提高数据速率，形成了e v d 0 r e v b 标准，也称为空中接口演 进a l ep h a s el ，该标准已经发布。a i ep h a s e2 标准在2 0 0 7 年底完成制定。 c d m a 2 0 0 0 1 x e v d v ，即1 x 演进数据话音业务，通过引入一系列新技术，提 高了数据业务和语音业务的性能【l 】。 1 2c d m a 2 0 0 0 l x e v - d o 的技术特点 c d m a 2 0 0 0 1 x e v d o 采用业务分离的办法，使用单独的载波承载数据业务， 采用了巧妙的设计思想和先进的技术，具有峰值速率高、平均吞吐量大的优势， 其技术特点与数据业务的特点有很大的关系： 1 前反向链路不对称设计 数据业务的下行和上行的速率比一般超过4 ：1 ，e v d o 上下行采用了不同的多 址接入方式，上行类似于1 x 的码分多址方式，下行则采用时分多址。 2 前向链路时分复用 数据业务的上下行不对称，使得前向链路需要的射频资源大于反向，e v d o 充分利用数据通信业务的不对称性和对实时性要求不高的特征，将前向链路设计 1 青岛理工大学工学硕士学位论文 为时分复用( t d m ) 信道，在某一瞬间某一用户将得到前向e v d o 载波的全部 功率。另外，不管是传输控制信息还是传输业务信息，e v d o 载波总是满功率发 射，最大化e b n 0 ，以采用高电平调制，获得最大的数据传送速率【2 l 。 3 虚拟软切换 软切换的最大问题是占用系统资源多。对数据业务来说，类似语音的软切换 ( r a k e 接收机，同时解调4 路信号) 将会极大的浪费资源，所以采用了虚拟软切 换【3 l 。该技术类似于c d m a 2 0 0 0 1 x 的软切换，终端- t n 时监控四路信号，但只 使用其中的一路信号，另外三路提供参考，便于切换。虚拟软切换实际上是一种 硬切换。 4 速率控制、自适应调制编码 e v d o 前向信道的时分结构有利于采用速率控制，为了提高突发数据速率， e v d o 采用了自适应的速率操作，允许基站针对每一个激活的用户快速调整数据 速率( 最小调度单位为一个时隙t1 6 6 7 m s ) 。在e v d o 网络中，前向发射功率 不变，没有功率控制，但采用了速率控制机制，速率随着前向射频链路质量的变 化而变化。移动终端根据测得的前向信号质量一s i n r ( 信号噪声功率比) 值，请 求最佳的数据速率【4 】。自适应编码调制技术充分利用空中链路资源，获得任何时 刻所可能达到的最大速率，以提高系统容量和降低成本。 5 资源调度 为了最大化扇区吞吐量，e v d o 系统采用调度算法以利用多用户分集增益， 用户之间竞争载波占用时间。在1 x e v - d o 系统中，前向链路是采用t d m 的方 式服务所有a t ( a c c e s st e r m i n a l 3 g 网络的接入终端) 的。链路被划分为1 6 6 7 m s 的时隙，每一个时隙在同一时刻只能服务一个用户。网络侧的调度程序根据收集 到的各种信息，如手机反馈来的下一时隙最高可接收速率( d r c ) ，决定下一时 隙该服务哪个手机。调度策略的实现将对系统的性能有很大影响【5 1 。另外，调度 算法也由运营商的市场策略决定，例如根据用户所分等级，做出资源上的倾斜。 6 h a r q ( 混合自动重传) 技术 传统的a r q ( 自动发错重传) 技术( 如停止等待a r q 、后退n 步a r q 和选 择重传a r q 等) 都有一个共同缺点：只对错误帧进行重传，本身没有纠错功能。 为了节约系统资源，1 x e v - d o 系统采用了信道编码的检纠错功能与传统a r q 2 青岛理工大学工学硕士学位论文 重传功能相融合的h a r q 技术【6 1 。 h a r q 技术分为两种类型，即t y p e ih a r q 及t y p e - i ih a r q ： ( 1 ) t y p e - ih a r q 将f e c ( 前向纠错) 机制与a r q 结合起来，对于收到的数据 帧，先进行译码和纠错，若能纠错，则接收该数据帧；否则，丢弃该数据帧，同 时发送n a k 应答，请求发送端重发该数据帧。t y p e ih a r q r 是简单地丢弃出错 的数据帧，故未能充分利用出错的数据帧中包含的有用信息。 ( 2 ) t y p e - i ih a r q 保存无法正确译码的数据帧，并与收到的重传数据帧进行合 并译码，从而提高正确译码的概率。与t y p e ih a r q 相比，实现t y p e i ih a r q 需 要在接收端增加存储和合并处理能力。由于t y p e i ih a r q 重传的数据帧与首次传 送的数据帧完全相同，故其纠错能力提高有限。 为了满足复杂无线链路条件下的可靠性传送要求，1 x e v - d o 的h a r q 技术在 t y p e i ih a r q 的基础上，引入了递增冗余译码机制【刀。递增冗余译码机制通过逐 次增加发送码字的冗余度，来提高正确译码的概率。其实现原理如下：初次传送 经过编码的数据帧时，采用编码速率较高而冗余度较低的方式发送，若接收端未 能正确译码，则降低编码速率以增大编码的冗余度，重传出错的数据帧。接收端 将前后多次收到的相同信息的数据帧进行合并译码，如此反复多次，直到正确译 码或达到规定的最大重传次数为止。 在1 x e v - d o 系统中，为了获得小的p e r ( 误包率) ，d r c 请求的速率通常比较 保守，特别是在快速变化的信道条件下，d r c 请求速率一般低于前向链路实际所 能支持的最大传送速率，从而导致前向链路资源的浪费。h a r q 机制部分解决了 这个问趔引。具体实现时： f 1 ) i x e v - d o 前向链路采用t u r b o 码进行编码，编码器输出码流由被编码的原 始信息码流及其校验码流组成。 ( 2 ) 在多时隙传送情况下，基站先发送原始信息码流，若终端正确译码，则提 前中止传送后续码流。 ( 3 ) 否则，终端返回n a k ，系统收到n a k 后，重传其后续校验码流。 ( 4 ) 终端继而对之前收到的原始信息码流与已收到的校验码流进行合并译码。 t u r b o 编码具有强大的纠错功能，进一步提高t h a r q 的纠错能力： ( 1 ) 提前中止技术的采用，使得大部分数据分组在实际传送中所占用的时隙数 3 青岛理工大学工学硕士学位论文 少于为d r c 请求速率所分配的最大时隙数。 ( 2 ) 节约的时隙可以用于新的数据分组的传送，从而提高了前向链路资源的利 用率及系统频谱效率。 ( 3 ) i x e v - d o 系统引入了多时隙交织技术，多时隙数据分组的相邻两个传送时 隙间隔为三个时隙，间隔时隙可用于传送其他用户的数据分组，降低突发衰落对 单个用户的影响。 7 核心网基于无线口 e v d o 采用i p 协议，实现从互联网或其他口网络到移动终端的数据传输， 支持1 ) ( e v d o 双模终端，支持1 x 和e v d o 网络之间的切换。 1 3c d m a 2 0 0 0 1 x e v - d o 应用现状及存在的问题 1 3 1c d m a 2 0 0 0 1 x e v - d o 的应用现状 3 g 服务能否成功的关键，主要在于无线数据业务是否能够深入人心，所提 供的内容服务能否对用户产生巨大的吸引力。日本、韩国和美国的运营商正是通 过高质量的音乐片断和高清晰度的电影剪辑下载等丰富多彩的内容服务，使得数 据业务的流量大幅度增长，极大提高了a r p u 值。 3 g 服务要求网络具有较高的数据吞吐量，能够提供高速数据服务，e v d o 的技术特性保证了这一点。e v d o 可以支持c d m a 2 0 0 0 1 x 提供的所有分组数据 业务，对于速率和q o s 要求严格的业务，e v d o 能够提供更好的服务和用户体 验。比如，对于无线数据接入业务，e v d o 接入服务的水平已经接近时下流行的 有线a d s l 上网；对于无线数据增值业务，e v d o 能够提供更高质量的流媒体 服务和更快的音视频大文件下载服务。 c d m a 发展组织( c d g ) 提供的一份数据显示，截至2 0 0 9 年第二季度末，共 有5 0 2 亿用户使用c d m a 系列技术，其中c d m a 2 0 0 0 和e v d o 宽带用户数则分别 达到4 9 4 亿和1 2 8 亿。 2 0 0 9 年第二季度，印度的c d m a 运营商迎来其第1 亿位用户，并开始将 e v d o r e v a 版本高速无线数据服务推向市场。与此同时，中国电信新增了6 4 4 万c d m a 2 0 0 0 用户，其中包括1 3 0 万“天翼”e v d o r e v a 用户。在非洲，近 5 0 家c d m a 2 0 0 0 运营商在本季度新增了2 5 0 万用户。在北美，同期新增的用户数 4 青岛理工大学工学硕士学位论文 超过2 0 0 万。 c d g 数据显示，2 0 0 8 年6 月至2 0 0 9 年6 月，c d m a 2 0 0 0 全球宽带服务提供商 新增的e v d o 用户超过2 6 6 0 万，增长2 7 。目前有6 3 个国家的1 6 7 家运营商在为 1 2 8 亿用户提供永远在线的c d m a 2 0 0 0 宽带数据服务【9 1 。其中，7 0 家运营商已经 部署了c d m a 2 0 0 01 xe v d o r e v a 网络，另有3 8 家运营商正在部署版本a 网络。 1 3 2c d m a 2 0 0 0 1 x e v - d o 网络存在的问题 e v d o 作为因特网的无线延伸，其提供高速分组数据业务方面的优良性能， 预示了e v d o 广阔的市场前景。基于e v d o 这一高速无线数据传送平台，各种 数据业务的应用正在迅猛发展。各项应用的发展离不开稳定、高速的数据传送网 络，如果e v d o 技术代表的高速无线数据传送速率只能应用在少数区域，大量 低速率区域的存在将会制约各项基于这一平台的技术的发展，并降低3 g 用户对 该技术的认可度。 根据2 0 0 9 年8 月份潍坊电信在市区的测试结果( e v d o r e v a 网络) ，在 运动情况下( 车速小于4 0 k i n h ) ，f t p 下载速率平均值在7 2 5 1 7 k b p s ，上传速率 在5 4 1 3 8 k b p s 。 实验一：实际道路f t p 下载测试( 使用鼎力测试软件p i o n e e r s e t u p 4 1 0 o ) ： 图1 1e v d o 前向信号质量s i n r 的地理分布图 5 表1 1e v d o 前向信号质量s i n r 的区间统计 o r d e r r a n g e s a m p l e s p d fc d f l = 1 2 0 03 3 2 15 2 7 1 0 0 t o t a l6 3 0 3 3 a v e r a g e 4 9 3 m a x i m u m1 5 7 8m i n i m u m2 2 3 2 图l 一1 是e v d o 前向信号质量s i n r ( 信号噪声功率比) 值的测试分布图。 图中按照信号质量s i n r 值的不同分成了六段，s i n r 5 表示信号质量很差，图 中测试轨迹标识为红色和粉色；5 s i n r 0 表示信号质量较差，标识为黄色； 0 s i n r 3 表示信号质量一般，标识为蓝色，3 1 2 ，中点7 s i n r 3 ，远点3 s i n r 0 。 近点实验中，两用户平均下载速率在1 3 7 m b p s ；上传速率为5 7 4 k b p s 。下 载测试，小区吞吐量在2 6 m b p s 2 9 m b p s 之间，接近理论速率。上传测试，小区 吞吐量在1 0 4 1 1 9 m 之间，明显低于上传的理论速率1 8 m b p s 。 中点实验中，两用户的平均下载速率在9 6 0 k p s ；上传速率在4 0 6 k b p s 。下 载测试，小区吞吐量在1 8 m b p s 2 m b p s 之间，低于近点测试。上传测试，小区 吞吐量在7 3 0 k - 9 8 0 k b p s 之间，略低于近点测试结果。 远点实验中，两用户的平均下载速率在4 6 4 k b p s ；上传速率是2 7 5 k b p s 。下 载测试，小区吞吐量在8 0 0 k b p s 1 m b p s 之间，低于中点测试结果。上传测试， 小区吞吐量在4 6 0 k - 5 9 0 k b p s 之间，低于中点测试结果。 实验三：单载扇十用户接入的情况下，在信号质量的近、中、远点的定点实 验。小区吞吐量及每用户的上传、下载速率平均值如下图： 图1 - 4单载扇十h j 尸接入实验 近点实验中，十用户平均下载速率在2 7 3 k b p s 上传速率在13 7 k b p s 。下载 测试，小区吞吐量在2 5 m b p s 2 9 m b p s 之间，接近理论速率。上传测试，小区吞 吐量在1 3 m b p s - 1 4 6 m b p s 之间，高于两用户的上传吞吐量。 中点实验中，十用户平均下载速率为1 8 1 k b p s ；上传速率在1 3 3 k b p s 。下载 测试，小区吞吐量在1 8 1 m b p s ，相比近点吞吐量降低明显。上传测试，小区吞 吐量在1 3 3 m b p s ，与近点的吞吐量相差不大。 远点实验中，测试信号质量较差，下载速率非常慢，十用户平均下载速率为 r 青岛理工大学工学硕士学位论文 1 0 8 k b p s ；平均上传速率在4 8 k b p s 。下载测试小区吞吐量在1 0 6 m b p s 1 0 9 m b p s 之间，相比中点吞吐量降低明显。上传测试小区吞吐量在4 3 0 k 4 7 0 k b p s 之间， 远低于中点。 从上实验一和实验二中可以看出无线网络信号质量是影响3 g 终端速率的一 个主要因素，从实际的测试结果来看，很多区域在覆盖上属于远点，无法达到用 户期待的体验速率，提高3 g 终端的网络速率需要采用多种措施提高信号质量， 以支持高的速率传输。 在实验二和实验三中，单载扇下的不同用户数在信号近点的总吞吐率接近理 论速率，但每用户的平均速率较低，十用户的平均速率明显低于两用户的平均速 率。这是因为e v d o r e v a 在前向采用时分复用技术，每用户的速率大小取决 于分配到的资源“时隙 的多少，用户越多，每用户分配到的资源自然就少，速 率急剧下降。 网络资源配置策略也是影响3 g 终端速率的一个重要因素，主要涉及到载扇 资源的多少、a b i s 接口带宽、基站的c e 资源( 用于前反向e v d o 信号的调制解 调) 数量等。另外，无线资源管理算法涉及到处于不同无线环境中的用户的资源 分配策略以及载扇的吞吐率大小，要兼顾“公平 和“效率 两个方面。 1 4 论文的主要内容 从本章第三节的实验及结果分析来看，在e v d o r e va 网络下影响3 g 终 端速率的主要因素涉及到e v d o 网络的资源配置及资源分配策略和无线网络信 号质量两个方面。 本文将在第二章中详细分析e v d o 网络的构成、载扇吞吐量和其下用户数 之间的关系、各节点的资源配置对终端速率的影响，不同的资源分配策略对终端 速率的影响，提出新的解决方案，解决因资源配置不当导致的3 g 终端速率较低 问题。 3 g 终端速率的快慢与3 g 网络无线信号质量的高低密切相关，影响无线信 号质量的因素有外部原因和内部原因。外部干扰是当前影响无线信号质量的突出 因素，论文第三章将从外部干扰的分析入手，解释干扰源的类型、对干扰源及受 干扰的无线信号频谱进行分析，讨论干扰对无线信号质量的影响情况，实际中网 络对干扰的敏感程度，网络速率在干扰出现时的变化情况，并提出解决措施。 o 青岛理工大学工学硕士学位论文 论文第四章将对影响无线信号质量的内部因素进行分析，从网络覆盖、功率、 天馈参数设置等方面入手，分析引起信号质量下滑的各种因素，并有针对性的提 出解决方案。 1 5 论文中涉及到的网络指标及实验说明 1 5 1 衡量无线网络信号质量的指标解释 通常用e d l o 衡量c d m a l x 的无线信号质量，在e v d o 中一般用s i n r 衡量 前向信号质量，e v d o 反向链路仍然采用了e c i o 衡量，这与其前向时分加码分， 反向码分有一定的关系。 ( 1 ) s i n re v d o 中的信号干扰噪声比, ( s l n rs i g n a lt o i n t e r f e r e n c ea n dn o i s e r a t i o ) ，s i n r = 信号功率干扰功率+ 噪声功率。 ( 2 ) e d i o 导频的码片能量与接收功率谱密度而之比，数值上，e d l o = 导频功 率总接收功率。 由于总接收功率包含有用信号的功率和干扰及白噪声的功率，因此e d i o 要 小于s i n r 。 1 5 2 论文中涉及到的实验说明 文章中对于无线网络信号质量的测试( 包括各项无线信号质量的测试，f t p 上传、下载测试) 均使用鼎力公司的移动网测试软件：p i o n e e r s e t u p 4 1 0 0 ，测试 终端为华为e c l 6 9 。 干扰源的查找及各种信号波形的频谱分析使用了安捷伦n 9 3 4 0 b 。 按小时统计的各小区级以及载扇级指标使用中兴通讯c n 0 2 软件根据网管 采集数据统计得来；a b i s 接口e 1 利用率使用中兴网管n e t n u m a n 统计得出。 1 6 本章小结 本章首先介绍了c d m a 2 0 0 0 标准及其发展历程，使用的主要技术，随后阐 述了c d m a 2 0 0 0 1 x e v d o 的技术特点、应用现状，在第三节里通过具体的实验 数据说明目前的e v d o 网络存在的问题，并简要分析影响3 g 终端速率的各种因 素。第四节提出本论文所要进行的工作。 1 0 青岛理工大学工学硕士学位论文 第2 章无线资源配置及管理算法对速率影响 2 1 无线资源配置对网络速率影响 2 1 1 用户数与网络速率之间的关系 随着3 g 用户的日益增多，在某个扇区下可能会集中了大量的e v d o 用户。 如果这些用户同时登陆e v d o 网络就会给e v d o 前反向服务能力提出严峻的挑 战。在1 x e v - d o 系统中，实现数据业务时，前向链路在某一时刻只能与一个 a t ( a c c e s st e r m i n a l ) 进行数据传输，此时a n ( a c c e s sn e t ) 用m a c i n d e x ( 媒 体接入层标识) 来标识a t 。共有1 2 8 个，控制信道和m a c 信道占用1 3 个外， 其余1 1 5 个用于标识用户。但实际上，随着扇区内激活用户数的增加，每用户可 获取的实际服务质量会降低【1 2 】。 对于前向，假设e v d o 前向吞吐量为2 m b p s ，如果扇区内同时有3 0 个激 活用户，那么每用户的平均吞吐率也就在7 0 k b p s 左右。同时，这3 0 个激活用 户并不是均匀分布的，有些用户离扇区近，处于覆盖近点；而另外一些用户离扇 区比较远，处于覆盖远点。根据e v d o 中前向调度算法，每个激活用户所能获 得的前向服务优先级与其申请的d r c ( d a t ar a t ec o n t r 0 1 ) 速率成正比；与其已经 传输的数据量成反比。根据此原则，当某些用户处于近点覆盖时，由于其中请的 d r c 速率较高，因此他们的服务优先级也比较高；而那些处于远点覆盖的用户， 由于其申请的d r c 速率往往较低，因此那些远点用户的服务优先级也很低，本 来申请速率就不高，服务优先级又低，那些用户的实际感知度会很差【”】。 对于反向，随着用户数的增加，反向负荷也在增加。反向负荷是影响e v d o 反向服务能力的重要因素。当用户数量累积到一定程度后，反向服务能力会受到 严重的制约【1 4 】。反向用户数和实际反向吞吐量大致有图2 1 所示的关系。 图2 1 表明了e v d o 网络单载扇的反向吞吐量与反向用户数之间的关系， 其中红线表示r e v 0 版本，蓝线表示r e v a 版本。该实验数据参考模型是：假 设3 0 的用户处于切换过程中，反向干扰噪声水平是7 d b ”】。 从图2 1 可以看出，小区吞吐量与用户数量有密切关系，用户越少，自干扰 水平越低，此时小区吞吐量越大；当小区内的反向用户数达到5 0 个左右时，小 区吞吐量大致降低为0 ，也即到达不可用的程度。 l l 青岛理工大学工学硕士学位论文 图2 - le v d o 反向容量不慈图 因此控制反向用户数量是提高反向速率的一个重要途径，在用户数不可控制 的情况下，可以考虑增加小区的载波资源，进行用户数分流【1 6 】。 2 1 2e v d o 网络资源与3 g 终端速率关系 e v d o 网络数据传输涉及的无线侧各节点的资源，分别是空口资源、b t s 侧无线资源、a b i s 资源、b s c 侧无线资源、p c f 侧资源、a 1 0 口传输资源，图 2 2 是对e v d o 网络结构的简介刚1 7 】： 图2 2e v d o 网络中无线资源检查涉及的节点 1 2 青岛理工大学工学硕士学位论文 2 0 1 0 年5 月对潍坊地区e v d o 各个节点网络资源使用情况统计结果如下： 表2 1e v d o 网络各节点负荷统计 节点 资源检查结果建议 业务信道占空比 共有4 7 2 个基站所属小区超过7 0 重点考虑升 呼叫话务量在上述4 7 2 个基站里有1 4 7 个基站的所属小区 级为e 、，d o 的呼叫话务量超过5 e r l a n g ，业务信道占空比 多载频 空口 超过9 0 。 用户过载呼叫阻寿光科技学院存在阻塞率大于o 的情况 塞率 m a c i n d e x 所有小区均无m a c h d e x 拥塞情况 c e 有2 0 个基站存在c e 拥塞情况进行c e 资源 基站 扩容 单板c p u 利用率所有基站c c a 板c p u 平均利用率统计时段内无。 均在3 0 以f 带宽占用带宽在7 0 以上的百分比大于5 ，占对这些站点 用带宽在7 0 以上的次数大于1 0 次的基站优先考虑进 a b i s 口 有2 7 个站点： 行传输扩容 占用带宽在7 0 0 o 以上的次数大于5 次且小于 1 0 次的基站有2 4 个站点。 选择器d o s d u 晚忙时最大利用率不超过2 8 无 m p 板c p u 利用m p 板c p u 利用率暂时不存在过载情况 无 b s c 塞 p p 板c p u 利用率p p 板c p u 利用率暂时不存在过载情况 无 p c fp c f 实体单元p c f 资源不存在拥塞情况无 带宽 潍坊b s c l 的a 1 0 口前向流量在1 1 0 m b p s 左 无 a l o 右，反向流鼋在4 5 m b p s 左右，传输配置为 1 0 0 0 m b p s ，能够满足目前的负荷要求。 上表中各项指标的说明： l 、业务行道占空比：由于e v d o 前向是时分的，为标识载频前向时隙被占 用的情况，引入了业务信道占空比这个指标，用以衡量前向链路的忙闲程度。该 指标反映了用户占用无线带宽的总时长，公式如下： 前向物理层业务信道占空l t = 发送b “数占用时隙时间统计时长( s ) 统计时段：2 0 1 0 0 3 1 0 2 0 1 0 0 3 1 6 ，每天8 ：0 0 2 3 ：0 0 数据出处：c n 0 2 前反向数据传输状况评估报表 2 、呼叫话务量：呼叫话务量反映了用户占用无线资源的总时长，公式如下： 呼叫话务量= 呼叫时长统计时长( s ) 3 、用户过载呼叫阻塞率：当系统出现用户过载时，会采用相应的策略释放 1 3 青岛理工大学工学硕士学位论文 老用户，以接入新用户；用户过载呼叫阻塞指的是找不到满足释放条件的用户进 行释放，从而导致新用户接入不了。公式如下： 用户过载呼叫阻塞率= 用户过载时限制连接建立次数用户过载接入总次数 4 、m a c i n d e x ：在e v d o 系统中，实现数据业务时，前向链路在某一时刻 只能与一个a t 进行数据传输，此时a n 用m a c i n d e x 来标识a t 。共有1 2 8 个， 控制信道和m a c 信道占用1 3 个外，其余1 1 5 个用于标识用户。 本文对资源配置对网络速率的影响的重点放在a 接口【1 8 1 以下，即无线侧的 资源配置对网络速率的影响上。需分析的内容有1 、u m 接口部分一包括载扇的 前反向业务信道占空比、呼叫话务量、m a c i n d e x 使用等3 方面。2 、b s 部分一 包括基站c e 的配置数量、基站主控板的c p u 利用率等。3 、a b i s 接口部分- - e l 配置数量按照每载扇3 1 m ，则n 个载扇所需的e 1 数量为3 1 n 2 。 b s c 2 的1 5 7 号站寿光党校基站物理层业务信道占空比较高，导致终端速率 较低，扇区吞吐量受到无线资源限制，导致速率过低。6 月5 日扩容e v d o 的2 载波，扩容前后的数据统计如表2 2 ： 对表2 2 统计的原始实验数据进行处理，前向平均吞吐量与最大用户数指标 取3 、4 载频之和，作为小区的吞吐量与最大用户数，对每用户的平均吞吐量和 前向物理层业务信道占空比两项指标取3 、4 载频的平均值，来衡量小区用户的 速率和对资源占用情况。 表2 - 21 5 7 号基站空口拥塞统计 d o ：前d o ：小 向r l p 每区载频 d o ：前向用户平均d o ：小剐l p 信d o ：前向 r l p 平均吞吞吐量区呼叫息对象物理层业 载吐量 ( k b p s u s e r 话务量最大用 务信道占 采集开始时间 c e l l频 ( k b p s ) ( e r l )户数空比 2 0 1 0 6 - 22 1 ：0 0231 1 4 2 9 l7 9 5 l1 4 3 72 30 8 5 2 0 1 0 6 - 32 1 ：0 0231 1 7 5 4 28 8 4 71 3 2 92 l0 8 2 0 1 0 6 - 42 1 ：0 0231 3 3 8 8 19 0 6 61 4 7 72 40 9 4 2 0 1 0 6 - 52 1 ：0 023 9 8 2 4 9 1 5 1 8 7 6 4 7l l0 7 9 2 0 1 0 6 - 52 1 ：0 0241 3 6 3 6 32 3 2 75 8 61 00 9 1 2 0 1 0 6 - 62 1 ：0 0239 8 8 3 21 3 0 2 87 5 9 1 40 8 1 2 0 1 0 6 - 62 1 ：0 024 9 0 8 31 7 8 8 85 0 81 10 4 7 2 0 1 0 6 - 72 l ：0 0238 1 9 6 21 8 9 1 74 3 3l l0 5 2 2 0 1 0 6 - 72 1 ：0 024 1 2 5 9 2 72 3 7 2 45 3 11 10 7 4 1 4 表2 31 5 7 号站空口扩容后的指标统计 前向r l p 每用户小区载频r l p前向物理 前向r l p 平均 平均吞吐量信息对象最层业务信道 采集开始时间 吞吐量( k b p s ) ( k b p s u s e r ) 大用户数 占空比 2 0 l o 6 - 22 1 ：0 01 1 4 2 9 l7 9 5 l 2 30 8 5 2 0 l o 6 - 32 1 ：0 01 1 7 5 4 28 8 4 72 10 8 2 0 1 0 6 42 l ：0 01 3 3 8 8 l9 0 6 62 4 0 9 4 2 0 l o 6 52 1 ：0 02 3 4 6 1 21 9 2 32 1o 8 5 2 0 1 0 6 - 62 1 ：0 01 8 9 6 5 21 5 4 62 50 6 4 2 0 1 0 每72 1 ：0 02 0 7 8 8 92 1 3 22 20 6 3 从表2 3 中的实验数据统计可以看出，6 月5 日载频扩容后，小区的吞吐量 明显增加，由1 2 0 0 k b p s 增加到2 1 0 0 k b p s 。前向r l p 每用户平均吞吐量从8 6 k 增加到1 8 6 k b p s l 前向物理层业务信道占空比从0 9 左右降低到0 7 左