（通信与信息系统专业论文）evdo+reva系统反向链路的分布式资源优化.pdf

摘要 摘要 c d m a 2 0 0 0l xe v - d or e v a 系统即将面临着大规模商用的挑战，如何保证 系统提供稳定优质的数据业务服务成为一个核心问题。决定系统反向容量主要有 两个因素，一个是功率控制，另一个是反向速率控制，功率控制相对于c d m a 2 0 0 0 1 x 没有变化，而速率控制是系统提出的新方法。因此分析系统反向速率控制策略、 实验确定最佳的反向速率控制参数等以稳定和提高系统的反向容量成为d o r e v a 系统商用前一个十分重要的课题。本文针对d or e v a 系统的反向速率控制 问题提出了一种既能够保证系统稳定运行又能保障用户公平性的解决方案。 本文在分析i s 8 5 6 a 协议的反向速率控制方案的基础上提出了基于直接测量 r o t 的a n 侧集中反馈，基于t 2 p 机制的a t 侧分步计算的总体控制方案。 a n 侧集中反馈的实现过程分为两大部分：r o t 的直接测量和反馈量r a b 的 软件实现。借助于i s 8 5 6 a 协议提供的系统静默周期，判决门限等概念完成了r o t 的测量；通过软件编程完成了d or e v a 系统的r a b 功能实现，并且已经测试通 过。 a t 侧分步计算的实现，参考了k e l l y 的文章【l 】中关于解决a t m 网络资源分 配问题的做法，将反向速率控制问题归纳为一个效用最大化问题( u t i l i t y m a x i m i z a t i o np r o b l e m ) ，并将其转化为单个用户效用的分布式优化问题。文中应 用含不等式约束条件的拉格朗日方法提出的一种基于时变效用函数的分布式计算 方法，在保证系统不过载的前提下能够满足用户服务的公平性，同时直接的将反 向链路的资源分配和发射速率的参数设置联系起来。 关键词：i s 8 5 6 a ，数据速率控制，分布式资源分配，数学优化 a b s t r a e t a b s t r a c t c d 丛2 0 0 0l xe v - d or e v as y s t e mw i l if a c ew i t hl a r g e - s c a l ec o m m e r c i a l c h a l l e n g e ，a n dh o w t og l l s b r es y s t e mt op r o v i d eas t a b l eh i g hq u a l i t yd a t as e r v i c e s b e c o m e sac o r ei s s u e t h e r eh a st w of a c t o r st od e c i d et h es y s t e mr e v e r s ec a p a c i t y ，o n e i st h ep o w e rc o n t r 0 1 t h eo t h e ri st h er e v e r s er a t ec o n t r 0 1 n 圮f o r m e ri sn o tc h a n g e d c o m p a r e dw i t hc d m a 2 0 0 0l x ，b u tt h e l a t t e ri san e wa p p r o a c h 。t h e r e f o r e , a n a y s i si t ， t od e t e r m i n et h eo p t i m a lr a t ec o n t r o lp a r a m e t e r st oi m p r o v es y s t e mr e v e r s es t a b i l i t y a n dc a p a c i t yh a sb e c o m ea l li m p o r t a n tt o p i cb e f o r es y s t e mc o m m e r c i a lo p e r a t o r s i n v i e wo f r e v as y s t e mr e v e r s er a t ec o n t r o l ，w ep r e s e n t sas c h e m et h a tc a l lg u a r a n t e et h e s y s t e mo p e r a t i n gs t e a d i l ya n da l s ot h ef a l m e s sf o rt h eu s e r s b a s e do ni s 9 5 6 a ，w ep r e s e n tas c h e m et h a ti sc a l l e d c e n t r a l i z e df e e d b a c kb a s e d o nd i r e c t e dm e a s u r e m e n to f r o ta n dd i s t r i b u t e dc o m p u t a t i o nb a s e do nt h et 2 p ” 砀ec e n t r a l i z e df e e d b a c kp r o c e s s e sa r ed i “d e di n t ot w op a r t s ：t h ed i r e c t e d m e a s u r e m e n to fr o ta n dt h es o f t w a r er e a l i z a t i o no fr a b w ec o m p l e t er o t m e a s u r e m e n tw i mi s 一8 5 6 ap r o v i d i n gas y s t e ms i l e n tc y c l ea n dd e c i s i o nt h r e s h o l d t h e r e a l i z a t i o no fr a nb a s e do nt h es o f t w a r ep r o g r a m m i n g 刀圯p r o c e s s e sh a v eb e e n v e r i f i e db yt h et e s t w i mt h er e f e r r e n c et ok e l l ya r t i c l e 1 】o nh o wt os o l v et h ea t mn e t w o r kr e s o u r c e d i s t r i b u t i o np r o b l e m t h ed i s t r i b u t e dc o m p u t a t i o ni sr e a l i z e d n l er e v e r s er a t ec o n 仃o l p r o b l e mi sc h a n g e di n t oau t i l i t ym a x i m i z a t i o np r o b l e m ，a n dt h eu t i l i t yp r o b l e mi s c h a n g e di n t ot h ed i s t r i b u t e do p t i m i z a t i o np r o b l e mo f as i n g l eu s e r su t i l 时w eu s et h e l a g r a n g i a na p p r o a c hw i l hi n e q u a l i t yc o n s t r a i n t st op r o v i d ead i s t r i b u t e dc o m p u t i n g m e t h o db a s e do i lt h et i m e - v a i l a b l eu t i l i t yf u n c t i o n , i tc a ng u a r a n t e es y s t e mn o t o v e r l o a da n dt om e e tt h ec b s t o m e rs e r v i c ef a i r n e s s ，a l s oc o n n e c t e dr e s e u r e ea l l o c a t i o n o nr e v e r s el i n kw i t l lt h ep a x m n v e rs e r i n gf o rt r a n s m i t t e dr a t ed i r e c t l y k e y w o r d ：i s 8 5 6 a ，d a t ar a t ec o n t r o l ，d i s t r i b u t e dr s o t l r c ：ea l l o c a t i o n ，m a t h e m a t i c a lo p t i m i z a t i o n l l 图形列表 图形列表 图1 1c d m a 标准演进2 图2 1 网络参考模型7 图2 2 前向信道结构9 图2 3 反向信道结构“ 图2 4d or e v a 系统反向链路时隙结构1 2 图2 - 5 令牌桶原理图。15 图2 - 6 系统m a c 层资源控制2 0 图2 7 系统控制方案。2 2 图3 1d or e v a 系统的r a b 功能流程图2 3 图3 - 2r e l 0 系统r a b 计算原理图2 5 图3 3r = 9 6 k b p s 时门限值与用户数曲线图3 0 图3 4r i l 9 2 k b p s 时门限值与用户数曲线图3 0 图3 5r 亍3 8 船$ p s 时门限值与用户数曲线图3 1 图3 - 6r = 7 6 8 k b p s 时门限值与用户数曲线图3 l 图3 7r t l 5 3 6 k b p s 时门限值与用户数曲线图3 2 图3 8 系统蛆功能实现的软件流程图3 4 图3 - 9 用户数= 1 0 ，门限值= 1 5 d b 时发射速率随r a b 值的变化情况4 0 图3 1 0 用户数= 3 ，门限值= 2 0 d b 时发射速率随r a b 值的变化情况4 0 图3 1 1 用户数对反向吞吐量的影响4 3 图3 1 2 控制算法对反向吞吐量的实时影响：4 4 图4 - 1r t c m a c 速率控制算法结构图 v i 图形列表 图4 2p f 构造实例图5 2 图4 3b e 流的p f 构造图5 3 图4 - 4t 2 p 与速率映射图5 4 图4 5 a t 速率仿真曲线图6 0 图4 - 6t 2 p 仿真曲线图6 1 v i i 表格列表 表格列表 表2 - 1 前向信道基本功能9 表2 2 反向信道基本功能一1 1 表2 3 传输速率与t 2 p 的对应表1 6 表3 ，1 速率与信道增益对应表2 9 表3 2 全局变量说明3 5 表3 3 函数说明3 6 表3 4 仿真资源配置表3 7 表3 5 用户初始速率及其对应的信道增益3 7 表3 - 6r a b 算法的参数设置3 8 表3 7 不同用户数在各帧中的r a b 值3 9 表3 8 发射速率随r a b 的变化情况3 9 表3 - 9 控制算法对反向吞吐量的影响4 2 表3 1 0 门限值对反向吞吐量的影响4 3 表4 - 1r t c m a c 速率控制算法参数列表4 8 表4 2t 2 p l n f l o w 参数列表4 8 表4 3b u c k e t l e v e l ，。参数列表4 9 i i 缩略语对照表 i x e v d o a a a a n 矗 b d s b r e w b s c b s m c c m c d m a c e s c h m 6 8 0 0 c s m d r c g r e h d r h r p d p c f p d s n p d u r a b r p c r r j s i n r 缩略语对照表 i xe v o l u t i o nd a l ao p t i i l l i z e d a u t h e n t i c a t i 0 1 1a u t h o r i z a t i o na c c o u n t i n g a c c e s sn e t w o r k a c c e s st e r m i n a l b a s e b a n dd i 西t a ls u b s y s t e m b i n a r y r u n t i m ee n v i r o n m e n tf o r w i r e l e s s b a s es t a t i o nc o n t r o l l e r b a s es t a t i o nm a n a g e m e n t c o m l t l u n i c a t i o nc o n t r o lm o d u l e c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s c h a n n e le l e m e n ts u b s y s t e m c h a n l l e lp r o c e s s i n gm o d u l e c e l ls i t em o d e m d a t ar a t ec o n t r o l g e n e t i cr o u t i n ge n c a p s u l a t i o n h i g hd a t ar a t e h i 2 hr a t ep a c k e td a t a p a c k e tc o n t r o lf u n c t i o n p a c k e td a t as e r v i n gn o d e p r o t o c o ld e s e r i p t i o nu n i t r e v e r s ea c f i v i t yb i t r e v e r s ep o w e rc o n t r o l r e v e r s er a t ei n d i c a t i o n s i g n a lt oi n t e r f a e ep l u sn o i s er a t i o l x 演进数据优化 认证、授权、记帐 接入网络 接入终端 基带数字子系统 无线二进制运行环 境 基站控制器 基站管理系统 通信控制模块 码分多址 信道单元子系统 信道处理模块 基站调制解调器 数据速率控制 通用路由封装 高比特率数据 高速率分组数据 分组控制功能 分组数据服务节点 协议数据单位 反向活动指示比特 反向功率控制 反向速率指示 信噪比 独创性声明 本人声明所呈交的学位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。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，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 为获得电子科技大学或其它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 确的说明并表示谢意。 签名：丕之盆。日期：碲6 7 j ，乒日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，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，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：勉磕 导师签名：銎垄连 日期：2 田年f 月，乒日 第一章引言 1 1 研究背景与意义 第一章引言 1 1 1d 0 系统介绍 在2 0 世纪9 0 年代压期，随着无线接入到因特网( i n t e r a c t ) 需求的增长， 对无线分组数据业务的需求也随之增长。以无线局域网为代表的无线接入技术虽 然能提供较高的带宽，但是在安全性、计费和覆盖等方面的局限性，限制了它们 的广泛应用。蜂窝移动通信网络可以提供广域的覆盖，具有良好的计费体系和安 全架构，如果结合新的高速无线接入技术，在提供无线因特网业务方面将具有美 好的应用前景。同时考虑到与以a d s l 为代表的有线数据网络竞争的需要，要求 这种新的蜂窝网络至少能提供与a d s l 相比拟的数据带宽。鉴于此，高通公司从 1 9 9 6 年开始开发了h d r ( h i g hd a t ar a t e ) 技术，并于2 0 0 0 年被t i a e i a 接受 为i s 8 5 6 标准( d or e l 0 版本) ，又称为h r p d ( h i 曲r a t ep a c k e td a t a ) 或1 x e v - d o 。l x 表示它与c d m a 2 0 0 0l x 系统所采用的射频带宽和码片速率完全相 同，具有良好的后向兼容性；e v ( e v o l u t i o n ) 表示它是c d m a 2 0 0 0i x 的演进版 本；d o ( d a t ao p t i m i z a t i o n ) 表示它是专门针对分组数据业务而经过优化了的技 术。i xe v - d o 于2 0 0 1 年被i t u - r 接受为3 g 技术标准之一。 图( 1 - 1 ) 所示为c d m a 标准演进框图。c d m a 2 0 0 0 l x e v - d o 是c d m a 2 0 0 0 标准家族的一员，是针对数据业务具有突发性强、速率高、上下行不对称、对延 时不敏感的特点，而优化的一种为实现高速无线分组数据业务的技术。迄今为止， i xe v - d o 已经历了d or e l 0 和d or e v a 两个版本的演进。e v - d or e l 0 版本主 要是针对b e s te f f o r t 业务，特别是不对称的高速下载业务开发的。随着e v - d o 用 户的增长和各种业务的开展，市场上越来越希望e v - d o 网络能够加强对一些低 时延、高实时性业务的支持，如高实时性在线游戏、可视电话、v 0 口等，于是就 诞生了相对于e v - d or e l 0 有诸多增强特性和业务的e v - d or e v a 版本。 电子科技大学硕士学位论文 图i - 1c d m a 标准演进 1 1 2 目前的数据业务需求分析 自从2 0 0 2 年5 月s k t 开通全球首个l xe v - d o 商用网络以来，l xe v - d o 保持了快速的发展势头，截至2 0 0 5 年1 月，已有s k t 、k t f 、k d d i 、v e r i z o n 、 v e s p e r 、m o n e t 等1 3 家运营商成功部署了l xe v - d o 商用网络，并有上百款l x e v - d o 终端和十余款上网卡进入商用，全球的l xe v - d o 用户数已超过1 2 0 0 万。 目前，1 xe v _ d o 在多个国家获得了成功的商业应用，这些应用包括： ( 1 ) 2 0 0 2 年，s k t 推出了基于1 x e v d 0 的j i j l q e 业务品牌。在短短8 个 月时间内，其用户数就突破了1 0 0 万。j u n e 品牌涵盖了多种高速多媒体业务( 视 频邮件、视频点播、音乐点播、电视广播和多媒体广告等) ，视频播放流畅，获得 用户青睐。 ( 2 ) 2 0 0 3 年，k d d i 推出了基于l xe v - d o 的w i n 业务品牌，提供包括 电子邮件收发、高速下载、流媒体、音乐下载、基于位置的服务和视频监控等多 种无线数据业务。在一年多时间内，w 烈用户数超过了日本3 g 用户总数的7 0 0 ， 所贡献的a r p u 值高出平均值5 0 以上。 ( 3 ) 截至2 0 0 6 年6 月，日本3 g 用户达到4 9 0 0 万户；韩国有c d m a 2 0 0 0 l x e v - d o 用户为1 3 8 0 万户，c d m a 2 0 0 0l x 用户为2 7 0 0 万户。两国数据业务的使 用次数更加频繁，业务贡献收入也越来越大，形成了f o m a 、n a t e 、l i v e 等影 响力大的品牌，提供了丰富多彩且得到用户认可的业务。l xe v - d o 在多个国家 的成功商用，验证了i x e v - d o 作为因特网的无线延伸，在提供高速分组数据业 务方面的优良性能，也预示了l xe v - d o 广阔的市场前景。 2 第一章引言 2 0 0 6 年4 月5 日，高通公司提前推出了针对c d m a 2 0 0 0 l x e v - d o r e g a 网 络使用的6 5 纳米技术的m s m ( m o b i l es t a t i o nm o d e m ) 6 8 0 0 芯片组样片，这比 原订计划提前了整整两个月。该方案宣布不久，高通以及众多运营商立即公开表 示，在2 0 0 6 年底，e v - d or e v a 版本将在亚洲和北美实现商用并展开首次部署， 并将于2 0 0 7 年进行广泛部署。 值得一提的是，版本a 可以利用c d m a 的i p 功能，并且能加强支持对延迟 敏感并需要高带宽的应用，如i p 语音( v o w ) 和即时多媒体信息( i m m ) ，这使得运 营商能以更低的成本跨网络提供集成的语音、数据和视频服务。k d d i 、l g 电信、 s p f i n t n e x m l 、新西兰电信公司和v e r i z o n w k e l e s s 等运营商都已承诺部署或已经开 始部署舨本c d m a 2 0 0 0l xe v d or e v a 。 1 1 3 面临的商用风险及挑战 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。 一方面，3 g 服务要求网络具有较高的数据吞吐量，能够提供高速的数据服 务，l x e v - d o 的技术特性保证了这一点。1 xe v - d o 可以支持c d m a 2 0 0 0l 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，l xe v - d o 能够提供 更好的服务和用户体验。比如，对无线数据接入业务，l xe 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，l xe 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。 另一方面，3 g 服务需要运营商、系统厂家，终端厂家和内容服务商之间的 紧密合作，并在较短的时间内解决其产业链上的问题。首先，运营商与系统厂家 共同合作，在很短的时间内解决网络覆盖和系统稳定性的问题，运营商为移动流 媒体等业务提供了一个覆盖良好的网络，从而可以支撑业务的开展；其次，运营 商与终端厂家共同努力，提供多款可以支持移动流媒体等业务的手机；最后，运 营商与内容提供商共同努力，在内容方面，针对移动流媒体等业务的特点，结合 用户的使用习惯和爱好，共同开发并快速更新移动流媒体等业务的内容。 3 电子科技大学硕士学位论文 1 2 本文的主要研究内容 1 2 1 课题来源说明 本课题的研究内容是本人在中兴通讯股份有限公司c d m a 事业部b s s 信道 软件部e v - d o 项目组实习期间的主要工作。系统反向控制机制是d o r e v a 项目 研究的关键问题之一，本文主要内容来源于在项目组工作学习的总结。 1 2 2 主要研究内容 本文关注的是d or e v a 系统反向链路资源分配的实现和优化问题。本文从 3 g p p 2 协议分析入手，在协议框架范围内，结合中兴实际的软硬件系统，通过对 当前普遍采用的控制方案的对比分析，本文提出集中反馈和分布计算相结合的系 统控制方案，并给出详细的软件实现过程以及仿真说明，同时通过多用户上传测 试来说明控制方案对于系统反向容量的影响，最后提出了一种理论上可行的资源 分配优化算法，并论证了算法的稳定性和公平性。 本文的后续内容安排如下： 第二章对d or e v a 系统进行综述，包括系统的网络结构、基站系统基本功 能、与系统反向控制机制相关的物理层和m a c 层介绍。在协议框架范围内，综 合比较现有控制方案的优劣，结合中兴现有的软硬件环境，提出本文的系统设计 方案。 第三章详细描述了a n 侧集中反馈机制的实现过程：在i s 8 5 6 a 协议指导下 完成a n 侧基于直接测量r o t 的r a b 集中反馈的方案设计和软件实现，并通过 系统测试验证。完成了r o t 门限值设置的详细理论推导，最后通过多用户反向上 传测试来说明r a b 反馈对d or e v a 系统反向容量的影响。 第四章详细描述了a t 侧分布式计算的实现过程：引入效用公平的概念，首 先将a t 侧反向速率问题转化为效用最大化问题，并将其转化为单个用户效用的 分布式优化问题。然后应用拉格朗日方法推出一种基于时变效用函数的分布式计 算方法，并给出了详细的理论证明和仿真参考。本文提出的优化算法可以在保证 系统不过载的前提下能够满足用户服务的公平性，同时直接的将反向链路的资源 分配和发射速率的参数设置联系起来。 4 第二章系统方案设计 2 1 系统特点 第二章系统方案设计 i xe v - d or e l 0 系统设计初衷是面向非对称的无线数据业务，在满足用户的 各种新业务方面存在某些不足： 前反向业务能力不平衡：d or e l 0 优化了空中接口前向链路，使前向链路的 峰值速率达到了2 4m b p s 。而反向链路的能力还维持在c d m a 2 0 0 0l x 系统的水 平，峰值速率只有1 5 3 6k b p s 。这种前、反向链路的不对称限制了对称型数据业 务的开展，对于多媒体邮件、可视电话等对称性较强的业务，反向链路就成了制 约整体业务能力的瓶颈。 对q o s 的支持不能满足多样业务要求：d or e l 0 系统中基本上采用b e s te f f o r t 的机制，未过多地考虑对q o s 的支持。对于以可视电话为代表的实时类数据业务， 无法提供足够的q o s 技术机制。 数据与话音业务的并发问题：d or e l 0 设计之初是以采用仅数据的方式接入 i n t e m e t 为设计目标的，并且系统与a n s i 4 l 的电路域网络没有任何联系，也使 l xe v - d o 系统难以接收到电路域网络中关于话音呼叫的信息。目前的解决方案 是双模终端在使用e v - d o 网络的同时，周期性地监听1 x 网络的寻呼信息，但周 期性地反复搜索与监听造成电池消耗，影响终端的待机时间并且会影响d o 数据 业务的使用。 不支持共享的广播信道：d or e l 0 空中接口上未定义高速的广播业务信道， 只能由多个单播信道完成，造成了无线资源的浪费。 针对d or e l 0 中存在的上述不足，3 g p p 2 在d o r e v a 中提出了相应的改进 方案，主要有以下几个方面： 提高了反向链路吞吐量：反向链路采用自适应调制方式，增加了高阶调制， 并引入新的码分信道，增加两路同时扩频方式，可以同时采用w a l s h 长度为4 和 2 的两个数据信道w a l s h 函数。另一方面，反向链路采用h - a r q 机制，可以在信 道条件多变的无线环境中提前结束帧的传送，由于大多数的包都会提前中止，原 来需要发送1 6 s l o t s 的包现在8 个s l o t s 就可以完成发送，提高了单用户的吞吐量。 5 电子科技大学硕士学位论文 在d or e v a 系统中新增了在传输高速数据时使用的反向辅助导频信道，以便辅 助基站对高速数据进行解调，提高反向吞吐量。基于这些对反向链路的改进，在 d or e v a 系统中反向链路支持的峰值速率达到1 s m b p s 。 增强q o s 支持：为了支持q o s ，物理层、m a c 层以及更高层都进行了改进。 前向链路增加了对更小数据包的支持，利于时延敏感的小包传送，前向多用户可 同时发送，减小等待时间，并且r l p 和m a c 支持多流的分类。反向链路采用子 分组发送，降低平均发送时延减小( 平均从8 s o l t 到2 s o l t ) ，m a c 层采用t 2 p ( t r a f f i c - t o - p i l o t ) 可有效减小时延敏感业务的时延和抖动，并且为了提升切换速 度，新增反向d s c 信道，避免切换引起的业务中断和时延。流程新增了m u l t if l o w p a c k e t a p p l i c a t i o n ，使得用户的一个连接可有多个r l p 实例同时运作，每一个实 例对应一个应用，每一个应用可以有单独的q o s 处理镱略，从而为实现用户内 q o s 管理奠定了基础。并且，增强的r l p 支持灵活的q o s 。增强时隙模式减少了 时延敏感业务的连接建立时间。 前向链路改进：d or e v a 系统支持更高的速率( 3 1 m b p s ) 和更低的速率 ( 4 8 k b p s ) ，可以有效地提高信道条件好时用户的吞吐量。前向业务信道的速率 等级扩展为1 4 种速率等级，并且可以支持更长或更短的包长，可根据前向信道质 量进行快速调整，提高了空口的利用效率。增加了对大数据包的支持，最大的物 理层数据包达到5 1 2 0 比特，最大数据速率达到3 0 7 2k b p s ；增加对小数据包的支 持，包括1 2 8b i t s ，2 5 6b i t s 和5 1 2b i t s 三种数据包。一个物理层包可以承载一个或 多个用户的多个安全层包。降低了小包情况下资源的浪费，有效提升系统吞吐量。 更完善地支持i x d o 韵双模操作：为了得到电路域的信息，在d o 系统与1 x 的电路网络之间建立联系，l xe v - d or e v a 系统的网络侧结构进行了改动，使得 e v - d ob s c 支持1 x 系统的i o s a l 接口，可以接收i xm s c 发送的寻呼消息、短 信息消息等电路域消息。在d or e v a 空中接口应用层新增了c s s n p ( c i r c u i t - s w i t c h e ds e r v i c e n o t i f i c a t i o n p r o t o c 0 1 ) ，以将电路域消息封装为特定的数 据包，通过在e v - d o 空中接1 2 1 上定义的隧道协议，传送给双模终端。并且应用 层还新增了多模能力检测协议，以支持终端和手机能力的协商，使得网络了解到 手机的情况，如双模终端、单模终端、双收双发，还是双收单发等，从而系统侧 根据协商的结果作出相关的策略。 6 第二章系统方案设计 2 2 网络参考模型 单一的d o r e v a 网络由接入终端( a t ) 、接入网络( a n ) 、分组控制功能( p c f ) 和分组数据业务节点( p d s n ) 组成，接入网络又分为基站控制器( b s c ) 和基站 收发信机( b t s ) 。各设备之间通过标准a 接口连接，图中虚线表示信令传输， 实线表示业务流传输。如图( 2 一1 ) 所示。与c d m a 2 0 0 01 x 网络相比，d o r e v a 网络最大的特点就是取消了移动交换中心( m s c ) ，也就相应的取消了a i a 2 a 5 接口，这是根据d or e v a 只有数据业务的特点决定的。整个网络在p d s n 处与 国际互联网( i n t e r , n e t ) 相连。 r 1r 1 矧p c f 卜f 删a j f f 卜- - - jp d x i a g - i | ”- 1i 图2 - 1 网络参考模型 下面对图( 2 1 ) 中网络的各组成部分作一介绍，具体如下： 接入终端( a t ) ：具有d or e v a 功能的终端设备，是针对数据业务而起的名 字。与针对语音业务的移动台( m s ) 是同一概念，俗称手机。 基站控制器( b s c ) ：属于接入网络a n ( 在语音业务中称为基站子系统b s s ) 的控制部分，连接p d s n 和多个b t s ，提供如下功能：数据路由功能、业务处理 功能、无线资源和地面资源管理功能、操作维护功能等。 基站收发信机( b t s ) ：属于a n 韵无线部分，实现b t s 与其所属的多个a t 之间通过d or e v ，a 空中接口的无线传输以及对无线信道的控制，并完成与b s c 间的有线接口。基带信号的接收发射、调制解调、扩频解扩都在这里完成。b t s 是由b s c 控制的服务于某一小区的无线收发设备，可看成是功能和结构极为复杂 的调制解调器。 分组控制功能( p c f ) ：维持a t 与d or e v a 网络数据业务的可达性；缓存 来自p d s n 的分组数据；作为a t 的代理，向p d s n 申请数据链路；中继a t 与 p d s n 之间的分组数据包；将a t 的国际移动台识别码( i m s i ) 欧射成与p d s n 7 书川一曲唧川一：趣 f 电子科技大学硕士学位论文 的r - p 接口的唯一的链路地址；收集a t 的计费信息，并通过r - p 接口发给p d s n ： 实现d or e v a 系统的反向选择分配功能。 分组数据业务节点( p d s n ) ：为a t 提供访问i n t e m e t 或i n t r a n e t 的服务。在 d or e v a 网络中扮演一种类似于接入网关的角色，其主要功能在于为a t 提供简 单i p ( s i m p l ei p ) 接入服务或移动i p ( m o b i l ei p ) 接入服务，使用户可以访问公 共数据网络或私有数据网络。 接入网络鉴权授权统计服务器( a n a a a ) ：完成对用户的鉴权、授权和记账 等功能。包括3 个方面，验证用户是否合法用户，授权用户可以使用的网络服务， 记录用户使用网络的情况。 接下来对图( 2 i ) 中网络的a 接口作一介绍，具体如下： a s a 9 ：承载a n 和p c f 之间信令和数据的传输。a 8 承载数据，a 9 承载信 令，用于维护a n 到p c f 之间的a 8 连接。在实际应用中，大多数厂商将p c f 和 b s c 集成在一个实体中，所以a 8 a 9 也就成了内部接口。 a 1 0 a l l ：承载p c f 和p d s n 之间的信令和数据传输。a 1 0 承载数据，a 1 l 承载信令，用于维护p c f 和p d s n 之问的a 1 0 连接。这个接口是e v - d o 系统中 无线( r a d i o ) 部分和分组( p a c k e t ) 部分的连接点，也称为r - p 接口。 a 1 2 ：承载a n 与a a a 服务器之间的信令传输，主要完成a n 级的接入鉴权 功能，同时a n a a a 向a n 返回a t 在a 8 a 9 、a 1 0 a l l 接口需要使用的i m s i 。 a 1 3 ：承载不同a n 之间的信令传输，主要用于源a n 与目的a n 在a t 漫游 发生时相互之间交换有关该a t 的信息。 2 3 信道结构 d or e v a 系统物理层结构分为子类型0 ，1 ，2 三种。其中子类型0 ，1 都属 于d or e l 0 的范畴，不在本文的讨论范围内。 2 3 1 前向信道 d or e v , a 系统的前向链路物理信道包括：导频信道、m a c 信道、业务信道 和控制信道，这四种信道在前向链路上时分复用。相对于d or e l 0 系统，新增 a r q 信道，并对原来的控制，业务，反向激活，数据速率控制锁定，反向功率控 制信道进行了改进，信道结构如图( 2 2 ) 所示。信道的基本功能如表( 2 - 1 ) 所 8 第二章系统方案设计 刁o 图2 2 前向信道结构 表2 1 前向信道基本功能 名称 功能 导频帮助a t 进行系统捕获、相位和定时恢复、以及 在解调时进行信道估计。 媒体反向激活动态控制反向链路的负荷。 接入 数据速率控制锁定反映a n 是否成功锁定a t 的d r c 予信道。 控制 反向功率控制对反向链路上发射的a t 进行功率控制。 前向自动重传请求前向业务分组包重新发送。 控制广播系统的公共配置参数消息，以及在没有激 活的业务信道连接时向特定的a t 发送信令消 息。 业务为a t 发送数据。 如系统特点中所述，a 系统反向链路支持h a r q 功能，以提高反向吞吐量。 为了支持反向h a r q 功能，相应的前向链路新增了a r q 信道，以支持反向h a r q ， 对接收到的反向子分组进行确认。前向a r q 信道包含三种a r q 比特：h - a r q 、 l - a r q 、p a r q ，其中h - a r q 是对第一、第二和第三个子分组的响应，l - a r q 是对第四个子分组的响应，p - a r q 是对整个物理层分组的响应。h - a r q 和l - a r q 在相同的i ，q 路发送，p - a r q 响应是否成功接收m a c 包，在与h - a r q 和l - a r q 不同的l ，q 路发送，i 和q 路的选择由m a c i n d e x 决定。 9 电子科技大学硕士学位论文 在r e l 0 系统中，r p c 和d r cl o c k 时分复用，在1 6 s l o t s 中连续重复发送， 冗余较多，存在优化空间。r e v a 系统中前向m a c 信道中增加的a r q 子信道与 原来的r p c 和d r c l o c k 时分复用，与业务相同的m a c i n d e x 生成的w a l s h 码调 制。a r q 子信道占用在每4 时隙交织的前三个时隙发送，r p c 子信道和d r c l o c k 子信道都只在每个子分组的第四时隙发送，也就是说r p c 予信道和d r c l o c k 子 信道4 的整倍数的时隙上发送，分别在i 路和q 路发送，i 和q 路的选择由 m a c i n d e x 决定。r p c 每四个时隙发送一次，d r c l o c k 发送的长度和周期由m a c 的公共数据控制。a r q 子信道、r p c 子信道和d r c l o e k 子信道仍然与r a 信道 码分复用。 r e v a 系统中扩展了m a c i n d e x 的长度，所需的w a l s h 码相应需要增加，m a c 信道改为w 鲥s h l 2 8 调制( r e l 0 为w 烈s h “) ，使得一个扇区中最多可以支持的激 活用户数超过了1 0 0 个，提供了尽可能充分的利用无线资源的可能。 前向业务信道的速率等级扩展为1 4 种速率等级，从4 8 k b p s 到3 0 7 2 m b p s ， 使得可以根据前向信道质量进行快速调整。对前向控制信道进行了改进，增加了 小的分组。r e l 0 中控制信道分组大小为1 0 2 4 ，鼬l a 中新增了1 2 8 、2 5 6 、5 1 2 三 种分组大小，从而可以提高寻呼性能( 快速寻呼) 。 2 3 2 反向信道 d or e v a 系统反向链路物理信道包括：接入信道和业务信道。其中，接入信 道由导频信道和数据信道组成，业务信道由导频信道、辅助导频信道、m a c 信 道、响应信道和数据信道组成。而m a c 信道又分为反向速率指示信道、数据源 控制信道和数据速率控制信道。这些信道在反向链路上码分复用。