（通信与信息系统专业论文）基于感知导频信道的异构网络融合演示系统的研究和实现.pdf

北京邮电大学硕士研究生学位论文 i i i iiiii i i ii llul iiiii y 17 6 0 2 5 9 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论 本人签名： 处，本人承担一切相关责任。 同期：拟忽：2 ：z z 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位 本人签名： 导师签名：iijf一-_，fi-l ，厶f一 汐一幺 ，r j 1 o 里 丘 书上； 北京邮电大学硕士研究牛学位论文 基于感知导频信道的异构网络融合演示系统的研究与实现 摘要 宽带和融合成为移动通信发展方向和研究热点。由于无线资源的 稀缺，如何提高无线资源利用率，同时保证用户的无缝体验和一致的 q o s 成为了无线通信技术发展所必须面对的问题。不同无线网络特性 各异，如果能协同这些特性不同的网络工作，即异构网络融合，就为 解决上述问题提供了可能性。在这种场景下，感知导频信道( c p c ) 被设计来辅助终端获取周围无线环境信息，减少终端接入异构无线网 络的时延和搜索网络的功耗，同时对可重配置终端协议重配置的软件 下载起到了很大作用。 本文的主要工作是基于感知导频信道搭建系统展示异构网络融 合概念和评估感知导频信道的时延性能，并在评估系统中体现m e s h 划分的概念和相关算法。具体而言，本文内容包括以下几个方面： 首先，根据当前和未来无线环境特点阐明了无线网络发展趋势和 异构无线网络融合的必然性。在此基础上介绍了感知导频信道，并详 细描述了感知导频信道的概念，特点，工作方式，网络架构，具体部 里笙 1 与寸。 其次，介绍了实现平台的各种相关技术，包括驱动程序访问，a t 命令，s o c k e t 通信，多线程编程等。接着根据感知导频信道的概念， 提出了演示系统和评估系统的设计方案。整个系统分为c p c 服务器， 软件虚拟终端，硬件物理终端3 个功能模块。并选定s o c k e t 接口作 为c p c 服务器和软件虚拟终端之间的感知导频信道实现，短信作为 c p c 服务器和硬件物理终端的感知导频信道实现。演示系统覆盖区域 具有m e s h 划分，c p c 可以工作在广播和点播模式下。 然后，根据设计方案和相关开发技术实现了演示系统，并在系统 上演示了异构网络融合相关概念和测试了感知导频信道的时延性能。 演示场景包括异构网络信息搜集，c p c 指导下的网络选择，终端业务 的实现。评估环节主要是测试了c p c 在不同工作模式和m e s h 划分的 情况下的时延性能。 最后，对全文进行了总结，并指出了今后的研究和发展方向。 北京邮电大学硕士研究生学位论文 网络融合感知导频信道演示系统时延 北京邮电大学硕士研究生学位论文 r e s e a r c ha n di 量胛l e n 删t a t i o no f c p cb a s e d h e t e r o g e n e o u sn e t w o r k sc o n v e r g e n c e d e m o s t ra n o ns y s t e m a b s t r a c t w i d e b a n da n d c o n v e r g e n c eh a v eb e c o m et h et r e n do fm o b i l e c o m m u n i c a t i o nd e v e l o p m e n t d u et ot h es c a r c i t yo fw i r e l e s sr e s o u r c e s ，i t i si m p o r t a n tt oi m p r o v et h eu s a g eo fw i r e l e s sr e s o u r c e s ，g u a r a n t e et h e u s e r s s e a m l e s s e x p e r i e n c e a n d q o s h e t e r o g e n e o u s n e t w o r k s c o n v e r g e n c e ，w h i c hc o o p e r a t e st h en e t w o r k sw i t hd i f f e r e n tf e a t h e r s ， p r o v i d e sap o s s i b i l i t yt os o l v et h i sp r o b l e m i nt h i sc o n t e x t ，c o g n i t i v e p i l o tc h a n n e l ( c p c ) i sd e v e l o p e dt oa s s i s tt h eu s e rt e r m i n a l st of e t c ht h e r a d i oe n v i r o n m e n ti n f o r m a t i o na r o u n d d e c r e a s et h et i m et oa c c e s si n t o t h en e t w o r ka n dp o w e r c o n s u m p t i o n t os e a r c ht h en e t w o r k s b e s i d e s i ti s v e r yu s e f u lt od o w n l o a ds o f t w a r ef o rt h ep r o t o c o ls t a c kr e c o n f i g u r a t i o ni n t h ee n dt oe n dr e c o n f i g u r a t i o ns c e n a r i o t h em a i nc o n t e n to ft h i sp a p e ri st ob u i l das y s t e mt od e m o n s t r a t e t h e h e t e r o g e n e o u sw i r e l e s sn e t w o r kc o n v e r g e n c ea n dm e s hd i v i s i o n t h e o r y , e v a l u a t et h ed e l a yp e r f o r m a n c eo fc p c s p e c i f i c a l l y ，i th a st h e f o l l o w i n ga s p e c t s ： f i r s t l y , t h ee v o l u t i o no fw i r e l e s sn e t w o r k sa n dt h en e c e s s i t yo f h e t e r o g e n e o u sn e t w o r k sc o n v e r g e n c ea r ed e s c r i b e d t h ec o n c e p t ，f e a t h e r s ， w o r km o d e ，a r c h i t e c t u r ea n dd e p l o y m e n to fc o g n i t i v ep i l o tc h a n n e la r e a l s oi n t r o d u c e d s e c o n d l y , a l lk i n d so fk e yt e c h n o l o g yt ob u i l dt h es y s t e ma r e 北京邮电大学硕士研究生学位论文 i n t r o d u c e d ，i n c l u d i n gd r i v e rq u e r y , a tc o m m a n d ，s o c k e tc o m m u n i c a t i o n ， m u r i t h r e a dp r o g r a me t c t h e n ，a c c o r d i n gt ot h ec p ct h e o r y , t h ed e m o a n de v a l u a t i o n s y s t e mi sd e s i g n e d t h ew h o l es y s t e mi n c l u d e sc p c s e r v e r , s o f t w a r ev i r t u a lt e r m i n a l sa n dp h y s i c a lt e r m i n a l t h es o c k e ta n d s h o r tm e s s a g ea r ec h o s et ob et h ei m p l e m e n t a t i o no fc p cb e t w e e nt h e c p cs e r v e ra n dt e r m i n a l s t h ec o v e ra r e ao ft h ec e l li sd i v i d e di n t o m e s h e so fd i f r e r e n ts i z ea n dc p cs e r v e ri sa b l et ow o r ku n d e rb r o a d c a s t o ro nd e m a n dm o d e t h i r d l y , t h es y s t e mi si m p l e m e n t e d s e v e r a ld e m os c e n a r i o sa r e p r e s e n t e da n dt h ed e l a yo fc p ci s 毒e s t e d t h ed e m os c e n a r i o sa r e c o m p o s e do fr a d i oe n v i r o n m e n ti n f o r i l l a t i o nc o l l e c t i o n , c p ca s s i s t e d n e t w o r ks e l e c t i o na n dt e r m i n a ls e r v i c ed i s p l a y a sr e g a r dt ot h e e v a l u a t i o no fc p c t h ed e l a yp e r f o r m a n c ei st e s t e du n d e rd i f f e r e n tw o r k m o d ea n dm e s hd i v i s i o n f i n a l l y , ac o n c l u s i o ni ss u m m a r i z e da tt h ee n do ft h i sp a p e r , a n dt h e f u t u r ed i r e c t i o n sa r ep o i n t e do u t k e yw o r d s ：h e t e r o g e n e o u sn e t w o r k sc o n v e r g e n c e ，c o g n i t i v ep i l o t c h a n n e l ，d e m os y s t e m ，d e l a y 2 北京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章 1 1 1 2 第二章 2 1 目录 绪论l 无线异构网络融合趋势l 异构无线网络融合解决方案l 感知导频信道c p c 4 感知导频信道的研究背景4 2 1 1 2 1 2 2 1 3 2 1 4 2 1 5 需求分析4 感知导频信道的概念6 c p c 工作过程6 c p c 功能和特征8 c p c 的优点8 2 2 感知导频信道体系结构9 第三章 3 1 2 2 1 2 2 2 2 2 3 2 2 4 2 。2 5 c p c 的承载方式。9 带外c p c 9 带内c p c 1 3 联合带内带外c p c 1 4 c p c 辅助的异构网络融合架构1 5 平台相关技术介绍1 8 驱动程序介绍18 3 1 1 3 1 2 3 1 3 3 1 4 驱动程序概述。1 8 网络驱动接口规范1 8 n d i s p r o t 简介2 0 应用程序如何通过协议驱动实现与网卡驱动的通信2 l 3 2 a t 命令2 2 3 3 3 4 3 2 1 3 2 2 a t 命令的概念2 2 a t 命令的分类2 3 s o c k e t 编程2 3 多线程编程2 5 3 4 1 多线程概述2 5 3 4 2 m f c 中的多线程开发2 6 3 4 3 线程间通讯2 8 3 4 4 线程的同步2 9 第四章系统设计与实现3 0 4 1 系统设计3 0 4 1 1 系统架构设计3 0 4 1 2 c p cs e r v e r 殳计3 3 4 1 2 1 c p cs e r v e r 概述。3 3 4 1 2 2 功能模块及工作流程3 3 4 1 2 2 1 c p cs e r v e r 的功能模块3 3 4 1 2 2 2 广播模式下的工作流程3 4 4 1 2 2 3 o n d e m a n d 模式下的工作流程3 5 i 北京邮电大学硕士研究生学位论文 4 1 3 硬件可重配终端设计3 6 4 1 3 1 硬件可重配置终端概述3 6 4 1 3 2 功能模块和c p c 工作流程3 8 4 1 3 2 1 硬件终端功能组成模块3 8 4 1 3 2 2 广播工作模式下的工作流程3 9 4 1 3 2 3 点播工作模式下的工作流程4 0 4 1 4 仿真可重配置终端设计，4l 4 1 4 1 仿真可重配置终端概述4 l 4 1 4 2 仿真可重配置终端功能模块和工作流程4 l 4 1 。4 2 1 仿真可重配置终端功能模块4 l 4 1 4 2 2 广播模式下的工作流程4 3 4 1 4 2 3 点播模式下的工作流程4 4 4 2 系统实现。4 5 4 2 1 c p cs e r v e r 的实现4 5 4 2 1 1 c p c 信息收集模块实现4 5 4 2 1 2 显示模块和处理模块实现4 5 4 2 1 3 c p cs e r v e r 界面。4 6 4 2 2 硬件终端的实现4 7 4 2 2 1 c p c 相关功能模块实现4 7 4 2 2 2 业务功能模块实现4 8 4 2 2 3 垂直切换实现4 8 4 2 2 3 1 8 0 2 1 l b 和8 0 2 1 l g 之间的切换：4 8 4 2 2 3 2 w l a n 和g s m 之间的切换5 l 4 2 2 4 软件下载功能模块实现5 2 4 2 2 5 硬件终端界而5 2 4 2 3 仿真终端的实现5 3 4 2 3 1 终端生成模块的实现5 3 4 2 3 2 仿真终端c p c 处理模块实现5 3 4 2 3 3 仿真终端会话管理模块实现5 4 4 2 3 4 仿真终端通信接口实现5 4 4 2 3 5 仿真终端界面5 5 第五章 场景演示和c p o 性能评估5 7 5 1 场景演示5 7 5 1 1 c p cc o l l e c t o r 信息采集和更新5 7 5 1 2 c p c 辅助硬件终端开机初始化5 8 5 1 3 c p c 指导的网络选择5 8 5 1 3 1 网页浏览5 8 5 1 3 2 视频播放5 9 5 1 3 3 语音业务6 0 5 2 c p c 性能评估6 l 第六章 总结和展望6 3 6 1 论义总结6 3 6 2 未来研究展望“ 参考文献6 5 n 致谢6 7 作者攻读硕士学位期间发表的学术论文目录。6 8 i 北京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 1 1 无线异构网络融合趋势 通信的主旨是在任何时间，任何地点，通过任何媒体，与任何对象进行任何通 信。而无线通信是实现这个目标的最有效方式。 当前，无线通信技术处在一个及其重要的变革时期。在终端技术、网络技术、 业务平台技术、服务支持技术等方面，异构化、多样化趋势愈加显著。出现了 w l a n 、w i m a x 、w p a n 、d v b h 、卫星通信、2 g 、3 g 等采用不同技术标准 的无线网络，构成了异构无线环境。 蜂窝通信系统在各种无线移动通信系统中占据了主要地位。蜂窝通信系统提 供了良好的话音通信。但是蜂窝通信系统在数据业务上，可用带宽、灵活性和成 本上无法与一些短距离无线通信技术相比。 异构网络间由于缺乏有效的协调机制，系统间干扰、重叠覆盖、单一网络业 务提供能力有限、频谱资源稀缺、业务的无缝切换等问题日益突出。在接入网络 异构性更加明显的下一代无线通信系统b 3 g 4 g 系统中，异构网络的应用需求， 技术需求以及支持其实现的关键技术将被精心研究以充分利用这种异构特性，使 用户、网络、业务能协同工作。 为满足用户的个性化、宽带化业务需求，并高效利用无线资源，尤其是频谱 资源，无线异构网络融合成为必然趋势1 】【3 1 。异构网络融合协调各种单一的无线 网络，扩大网络覆盖范围，充分高效的使用有限的无线资源，为用户提供了更好 的质优价廉的业务体验。 1 2 异构无线网络融合解决方案 随着异构无线通信网络融合概念的提出，已经广泛展开了关于融合多种无线 接入技术的互通网络结构的研究。这种互通网络结构应当是稳定、可靠和高效的， 北京邮电大学硕士研究生学位论文 应当能够：( 1 ) 进行不同无线系统间的通信；( 2 ) 除了独立管理各个无线接a n 络 以外，还管理整个互通系统；( 3 ) 保证用户q o s 的前提下，进行呼叫接入控制和 系统间切换。 重配置技术【4 l 是无线网络融合的解决方案。重配置技术是指针对无线接入环 境的异构性特点，以异构资源的最优化使用和用户对业务的最优化体验为目标， 综合可编程、可配置、可抽象的硬件环境以及模块化的软件设计思想，使网络和 终端具备支持多种接入技术，且可灵活适配能力的技术。无线通信技术的异构性 主要体现在空中接口上，重配置技术利用各种异构技术在物理层、媒体接入层、 链路控制层上功能的相似性特点，通过模块化的、可重配置的协议栈实现了不同 接入技术协议栈的构造，并通过软件代码资源的重用性提高了设计效率。 重配置技术由软件无线电( s o f t w a r ed e f i n e dr a d i o ，s d r ) 技术【5 j 发展起来。 软件无线电技术的核心理念是以硬件体系作为整个通信系统的平台，而把尽可能 多的无线及个人通信功能用软件方式实现。软件实现的通信功能采用模块化的设 计思路，通过各种可转换、可替代、可定制、可重用的组件化模块的使用，实现 对多种无线接口技术的支持即多模变模终端的概念，完成系统的可重配置能力。 相比s d r 技术局限于终端一个角度的思路，端到端重配置考虑得更加全面， 涉及网络架构的各个环节和协议标准的所有层次，是一种全方位的异构网络融合 解决方案。它以s d r 为基础，将网络和终端等设备的重配置纳入到整个网络总 体的管理和控制框架下进行考虑，建立了一套完整的可重配置系统。重配置理念 的核心是以异构资源的最优化使用和用户对业务的最优化体验为目标，让无线终 端和网络根据各方需求灵活地在不同r a t 间进行选择。通过扩展终端乃至基站 的动态协议栈配置和软件下载功能，添加必要的网元实体和支持功能，设计相关 的设备管理和资源管理机制和流程，端到端可重配置系统实现了对异构环境的灵 活适应性，为异构网络的互通与融合提供了一种通用的方法。更重要的是，它从 端到端的角度实现了无线接入、无缝的业务提供、动态的资源优化。所以端到端 重配置作为一种具有高度适变能力的技术，是使异构无线系统从目前的隔离态走 向互通与协同、实现网络融合的最具发展潜质的研究方向。 在重配置技术的研究中，在全球范围内取得了很多研究成果。其中以欧盟i s t 计划中的c a s t 、w i n d f l e x 、m u m o r 、t r u s t 、s c o u t 、a n 、e 2 r 、e 3 等 二十多个项目【6 】【1 1 1 的研究成果最为著名和成功。其研究成果涉及终端体系架构、 2 北京邮电大学硕士研究生学位论文 协议栈设计、中间件平台、重配置管理结构以及应用层适配等各个方面。与此同 时，美国、日本也都在加大在这方面的研究投入。美国国家自然科学基金设立了 p r 0 w l n 等多个项目研究重配置特性【1 2 1 3 1 。日本在m i t f 论坛也对重配置技术进 行了深入的讨论。 3 匕京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章感知导频信道c p c 2 1 感知导频倍道的研究背景 2 1 1 需求分析 无线通信技术发展取得了巨大进步，无线通信系统种类繁多，提供的业务也 层出不穷。当前的无线通信标准涵盖了：g s m 系统、g p r s 系统、u m t s 系统、 宽带无线接入系统、无线局域网、数字图像广播系统( d v b ) 、c d m a 2 0 0 0 系 统、p h s 系统、卫星通信、卫星定位和各种短距离通信标准。由于技术的限制， 没有一种网络能够最有效的提供各种服务，故这些不同的无线通信系统由于设计 目标和应用范围的不同将广泛长期的共存。当前用户已经不再满足于单一的语音 业务，而图像、视频等占用高带宽的多媒体业务需求与日剧增。尽管无线通信技 术的发展取得了长足进步，各种无线通信技术不断出现，但是这些技术之间均使 用相对独立的运营模式和资源占有方式，造成了无线资源的极大浪费和无线网络 之间相互协同的困难。随着世界无线通信业务的需求以及无线资源日益紧张，这 种闭塞、孤立的运营方式所带来的业务内容单一、无线资源受限等弊端成为制约 无线通信系统进一步发展的障碍。 一 为了提供，。种无缝、不间断、良好的用户体验，不同无线通信技术的相互融 合必将成为为了无线通信技术发展的趋势。这些相对独立的无线通信系统将组成 一个全球分布的协同工作的融合的异构无线通信系统。在这个融合的异构无线环 境下，将为用户提供价廉质优的具有创新性、差异性的个性化业务。 另一方面，频谱等无线资源由于当前无线通信技术的发展愈发紧缺。目前一 般都采用静态的频谱分配方案，这在无线通信技术发展的初期体现了很大的方便 性。终端开机时便知道工作的频点和获得相关网络参数，可以顺利快捷的接入网 络。但是由于用户数的增加和无线技术的不断出现，频谱这种本来就稀缺的资源 面临着一个更加紧缺的局面。同时各个国家和地区在同一频点上使用的无线通信 技术还具有很大的差异，甚至一些国家还具有，些独特的无线接入技术。表2 - 1 4 北京邮电大学硕：七研究生学位论文 明了i t u - t 和国内的频点分配差异。 表2 - 1 中国和i t u 频点分配的差异 2 g ( m h z ) c d m a6 s m 9 g s m l 8 总双工带宽 li t u8 2 4 8 4 9 8 6 9 - 8 9 48 9 0 - - 9 1 蚋3 5 , - 9 6 01 7 1 0 - 1 7 8 5 1 8 0 5 - - 1 8 8 01 2 5 2 5 g 中国8 2 5 - 8 3 5 8 7 0 - 8 8 08 8 s 9 l5 ，9 3 0 - - 9 6 01 7 1 0 - 1 7 5 5 1 舯5 一i s 5 08 5 ( m h z ) 上行厂f 行带宽 双工双工总双工 f d d 带宽 上矫行带宽 带宽带宽 方式 i t u1 9 2 m 之0 1 0 陀1 l m 乏2 0 09 09 0 中国 1 9 2 啦1 9 踟l ，2 l l m 之1 7 06 01 7 5 5 一1 7 8 5 ，1 8 5 0 1 8 8 03 09 0 3 g q 们第一段 第二段第三段总带宽 t d d 方式 i t u 1 8 8 5 1 9 2 02 0 1 0 之0 2 5 5 0 中国1 8 8 0 - 1 9 2 02 0 1 0 2 0 2 52 3 0 m 艺4 0 01 5 5 固定频谱分配使得大量的频谱没有得到充分利用。因为在一些分配频段只能 用在特定的地理环境，而另一些只用于一些特定的时间段，在其他的区域或者时 间段此段频谱资源将处于空闲状态。传统的频谱分配方法就是为特定的通信系统 分配特定的频段。为了克服频谱稀缺的表象，感知无线电( c o g n r i v er a d i o ) 的概 念应运而生。为了更有效的使用无线频谱和让通信更加有效，人们提出了感知无 线电。感知无线电将使频谱分配更加灵活。动态频谱分配( d y n a m i cs p e c t r u m a l l o c a t i o n ( d s a ) ) 技术能根据网络对频谱资源的需求量动态调整频谱资源在各 个无线接入网络之间的分配，从而实现频谱资源的高效应用。 重构技术是异构网络融合的完美解决方案，为b 3 g 4 g 通信技术做出了推动 性贡献。重配置技术基于软件无线电( s d r ) 和感知无线电( c r ) ，将终端的 配置能力由终端的射频前端扩展到包括网络和终端在内的高层协议栈和体系结 构等方面，使得它们能够动态、自主、安全和透明的采用最合适的传输技术。重 配置技术通过调整所依附的无线接入技术、资源分配和其它网络参数、终端软件 以及网络元件来实现资源的最优化应用并保证用户对服务质量的满意度。此时准 确的掌握网络信息对重配置终端完成网络选择性接入至关重要。但是动态频谱分 配( d s a ) 以及灵活频谱管理( f s m ) 等动态频谱分配方案的应用使重配置终端 无法及时、准确的确定不同无线接入网络的运行频段。 在异构无线环境中，各种无线通信技术并存，并且都基于动态频谱分配技术， 北京邮电大学硕士研究生学位论文 网络和终端的工作流程将产生巨大变化。传统的网络初始化选择无法应对动态频 谱分配场景下的负责网络环境【”l ，因为各国家地区的不同无线接入技术频谱分 配方案不一样，而且动态频谱分配方法是频谱分配具有不确定性。在终端开机时 刻，不能确定接入何种网络以及相关的无线参数，如载频等。此时，终端就需要 扫描频谱来进行开机初始化。但该过程耗时较长，丽且消耗大量电池能量，对于 能量受限的移动终端来说，是一个很大的挑战且不能保证用户的服务质量。终端 接入网络后还需要了解周围的无线环境来切换到最佳的无线网络来实现不同的 业务。由于感知无线电引起的动态频谱分配，使得终端根据时间和地点的变化有 可能要动态的改变载频，甚至变换无线接入技术对于重配置终端而已，变化无 线接入技术，需要下载不同无线标准的协议栈和驱动程序来进行垂直切换。 为了解决异构网络环境的发现和感知问题，避免全频扫描耗时长、耗电多， 实现方便、快捷、有效的网络初始化选择，并且实现重配置终端的变模而进行软 件下载，e 2 r 项e l t l 6 1 和e 3 项目f i t 提出并深入研究了感知导频信道c o g n i t i v ep i l o t c h a n n e l ( c p c ) 。 2 1 2 感知导频信道的概念 在借鉴了感知无线电观察、定位、计划、决策、执行和学习的基础上，提出 了感知导频信道的概念。c p c 也称公共导频信道，其基本概念是：通过一个公 共的下行无线信道，传送网络的信息，来帮助无线终端进行网络的感知。具体部 署时可以使用物理信道或者逻辑信道。c p c 的运营维护不仅可以由网络运营商 来执行，也可以由产业监管机构、政府或者第三方来维护。根据信息承载的方式， 感知导频信道可以分为带外( o u t b a n d ) 感知导频信道和带内( i n b a n d ) 感知导 频信道。目前国外的主要研究热点还是带外感知导频信道。 1 ) 带外c p c ：移动终端在接入任何一个无线接入网络之前为获得此时此地可接 入的网络信息所侦听的信道。 2 ) 带内c p c ：移动终端接入某无线接入网络之后侦听的信道。 2 。1 3 c p c 工作过程 图2 1 描述了c p c 的一个典型应用场景：在一个异构无线环境或者多无线 6 北京邮电大学硕士研究生学位论文 接入技术( 钉) 上下文情况下，终端开机，但是终端并不知道其所在位置的最 佳的无线接入技术是什么，而且也不知道这个地理位置的无线接入技术使用的频 谱范围是什么。 图2 - 1c p c 在无线异构环境下的使用场景 在这种场景下，移动终端可以通过c p c 来获得无线环境的信息来初始化开 机过程。c p c 广播的信息包括移动终端所在位置的频带，r a t ，服务，负载情况 等信息。 原则上说，c p c 覆盖区域使用蜂窝小区来划分。在每个c p c 小区，如下的 频谱状态相关信息被广播给终端： 当前分配给无线通信系统( 比如g s m ，u m t s ，i 胍i ，t e - a d v a n c e d ， w i m a x ，d v b h ，w i f i ) 的频带信息；以及对于不同无线通信系统的 导频或者广播信道信息( 比如g s m 系统的b c h 信道，u m t s 系统的 c p i c h 信道，w i f i 的b e a c o n 信道) 。 当前某段频谱的使用情况( 使用还是未使用) 。 c p c 的工作过程分为一下两个阶段： 起始阶段：终端开机，然后检测c p c ，并根据定位系统获取自身的地理 北京邮电大学硕士研究生学位论文 位置信息。其中c p c 检测将依赖c p c 的具体物理实现。当检测到c p c 并和c p c 同步以后，终端开始接收其对应物理位置的c p c 信息移动 终端获取的信息足够初始化一个通信会话。在这个阶段，c p c 广播终端 所在位置的运营商、频带、r a t 类别等相关信息。 运行阶段：当终端接入一个网络以后，终端会周期性的接收c p c 信息， 以应对移动终端的位置变化或者网络配置变化引起的无线环境变化。在 这个阶段，c p c 广播的信息可能包含一些额外的数据，比如服务和负载 情况等。 2 1 4 c p c 功能和特征 c p c 能提供以下功能和特征： 1 ) 根据具体的情况( 比如期望进行的业务、可用的r a t 、干扰情况等) 帮助移 动终端选择合适的网络。进一步甚至可以支持联合无线资源管理( j o i n tr a d i o r e s o u r c em a n a g e m e n t ) 来更加有效的使用无线资源。 2 ) 通过从网络向终端传送无线资源使用策略来支持高效使用无线资源 3 ) 支持重配置。允许终端接入最佳无线网络并在必要时下载软件模块来进行重 配置。 4 ) 帮助终端通过获取给定区域的频率、运营商、接入技术来增加对无线环境的 认知，从而避免终端进行耗时耗能的频谱扫描。 5 ) 方便网络提供者动态改变网络部署，因为可以通过c p c 告知终端当前可用 的r a t 和频率。从而支持动态网络规划( d y n a m i cn e t w o r kp l a n n i n g ) 和高 级频谱管理( a d v a n c e ds p e c t r u mm a n a g e m e n t ) 策略。 6 ) 从技术和经济的角度提供了二次频谱交易和灵活使用。 7 ) 提供某段频谱当前的使用情况( 使用还是未使用) 。 2 1 5 c p c 的优点 根据以上描述，可以得到c p c 的一下优点： 简化了r a t 选择过程。 避免了大量无谓的频谱扫描，从而简化了终端制造时的丁艺和延长了终端电 北京邮电大学硕：t = 研究生学位论文 池使用时间。 c p c 概念和动态频谱分配灵活频谱管理( d s a f s m ) 实现相关。 在漫游场景下，终端需要下载协议栈进行重配置来接入网络，而c p c 作为 下载信道可以方便此过程。 2 2 感知导频信道体系结构 c p c 概念的提出和研究的深入进一步促进了异构无线网络的融合。将无线 网络融合的思路从确定的无线网络的互联互通转化到泛在的无线通信系统的相 互融合。同时c p c 的深入研究也提供了解决现在多运营商场景下系统信息采集、 传输、决策执行等问题，减小了融合的成本，为异构网络融合奠定了商业应用的 坚实基础。下面将对c p c 的体系结构和异构网络融合架构进行介绍。 2 2 1 c p c 的承载方式 根据目前研究，c p c 内容的承载方式只要有两种：一种是使用全球公用的 频点、统一的调制解调技术、通过大区制的形式广播c p c 信息给终端；一种是 通过终端当前接入的无线网络使用的r a t 下行信道广播c p c 信息。前者称为带 外c p c ，后者称为带内c p c 。 2 2 2 带外c p c 由于c p c 的目的是为重配置终端提供网络接入所需的相关信息，要保证重 配置终端在任何时间任何地点都能成功接入c p c 从而获得进行网络选择的必要 信息，因此c p c 采用一个全球统一的频段下工作的公共广播信道，并且采用全 球一致的无线接入技术，这样，无论重配置终端处于何处都能按照上述频段和无 线接入技术接入c p c 以获得关于通信环境的信息。 c p c 采用大区域的覆盖方式广播此区域内的网络信息，由c p c 覆盖的每个 大区域又被划分成众多网格( 网格的大小可以根据地理位置有所不同) ，如图 2 - 2 。对于每个网格，网络信息包括运营商及其运营的无线接入网络和相应频带。 数据库记录所有网格的网络信息并由运营商时刻更新自己的网络信息，c p c 负 责广播数据库中记录的网络信息。数据库可以采用集中式也可以采用分布式管 o 北京邮电大学硕：e 研究生学位论文 理，但是采用分布式管理时一定要确保各个数据库存储网络信息的一致性。 图2 - 2 带外c p c 的覆盖和网格划分 对于每一个网格，c p c 广播的网络信息包括网格内的运营商、运营商所提 供的优选无线接入网络以及相应的运行频带等参数( 如图2 3 ) i s 】。 1 0 北京邮电大学硕士研究生学位论文 图2 - 3c p c 广播的网络信息内容 其中对于某一网格，c p c 信息格式如下： 每个网格的信息可描述为： 运营商1 无线接入技术1 频带1 ，2 ，3 ) 无线接入技术2 频带1 ，2 ，3 ) 运营商2 无线接入技术l 频带l ，2 ，3 ) 无线接入技术2 频带1 ，2 ，3 ) 终端利用带外c p c 的开机过程如图2 - 4 所示。终端在特定的网格中开机， 通过定位技术获得其位置信息。然后应用预先统一的r a t 接入c p c 频段，接收 北京邮电大学硕士研究生学位论文 c p c 广播信息并解析。获得c p c 信息包括：运营商、运营的无线接入技术、对 应的频段，最后选择合适的网络接入。 终端开机 获取位置信息 解码c p c 信息 根据位置信息解析其所 在网格的无线环境信息 r a t 选择 图2 - 4 使用带外c p c 的终端开机过程 由于c p c 采用全球统一的频段，其频带宽度受到一定的限制，所以带外c p c 面临的一个挑战是如何有效地使用有限的频谱资源。在【1 9 】中设计了一个三层的 分层c p c 架构。第一级国家级( 1 e v e l1 ) ，第二级运营商级( 1 e v e l2 ) ，第三 级网络级( 1 e v e l3 ) 。第一级指示在用户所在无线环境的运营商以及第二级c p c 使用的频点；第二级指示的是运营商使用的r a t 及其频点；第三级包含r a t 的具 体信息，是和系统配置相适应的。 在接入技术重配置之后，第二级的c p c 信息应当立即更新。既然重配置的信 息不会影响到第一级的c p c 信息，所以第一级c p c 不需要许多频谱资源。带外 c p c 的体系结构见图2 - 5 。 第一级c p c 所用的频谱应当是各国经过商定的统一频段，这样终端将会很容 易找到二二级c p c 。 第二级和第三级c p c 的频段可由运营商购买，加载自己的接入技术信息。这 样就解决了频谱资源浪费的问题。 1 2 北京邮电大学硕士研究生学位论文 q x b 一啊a l a 2 _ 哺l 甜r t 氟瑚蛔 r , c c n l n 峭h 知订n 晒 簟蜘 a p _ c t n h0 藏酗0 p c 曲 o 融- c p c 聃船蠹簟糟 r l ：p ci l删t 怠 您r a i a & 耐譬 k _ 8 i 撕翻， o l a s a