（通信与信息系统专业论文）tdscdma集群通信系统中的接纳控制研究.pdf

重庆邮电大学硕士论文 摘要 摘要 随着多媒体数据业务的不断增长，移动业务的组成将日趋多样化，同时也对 无线接入网络提出了更高的要求。在目前无线频谱资源相对有限的情况下，如何 有效的管理和分配无线资源，提高无线资源的利用效率，同时又能够提供满足不 同服务质量要求的业务，这不仅是网络优化的主要内容，而且是衡量一个网络服 务优劣的重要性能指标。因而，呼叫接纳控制作为无线资源管理的一个重要组成 部分，已成为当前研究的热点。 本文首先全面介绍了t d s c d m a 集群通信系统的网络构架、工作原理及其关 键技术，给出了集群系统特有的下行共享业务信道的信道模型。在传统呼叫接纳 控制流程基础上，综合考虑集群用户特有的资源占用方式和优先级划分，分别给 出了集群主叫用户和被叫用户的接纳控制流程，并进一步分析了群组呼叫建立过 程中群组主叫和被叫的信令流程以及群组呼叫释放流程。 其次，给出了一种改进的基于初始接入速率打折和业务降速的呼叫接纳控制 算法。该算法充分考虑了多媒体业务的自适应特性和集群用户的优先级，基于各 种业务的具体特性对不同类型业务采用不同的初始接入速率，业务无线链路建立 以后再根据系统的负荷状况对各种业务进行服务资源调整，这种业务初始接入策 略增加了系统资源分配的灵活性，提高了用户的接纳概率和系统的资源利用率。 另一方面，当新呼叫请求到达，而系统空闲资源无法满足其资源需求时，可以通 过对系统中部分现存用户的自适应业务执行降速操作来获得资源以便接纳新呼请 求，降速策略保证了高负荷系统状态下的用户接入率。在降速的过程中同时考虑 了集群用户的优先级和业务优先级，进一步保证了高优先级用户和业务的服务质 且 里。 最后，对本文给出的改进算法进行了性能仿真，通过与现存相关算法的对比 分析，验证了该改进算法的有效性。本文所做工作可为t d s c d m a 集群通信系统 的研究与构建提供相关参考依据。 关键词：t d s c d m a 集群通信系统，呼叫接纳控制，初始接入速率打折，降速 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a c t a bs t r a c t w i t ht h ec o n t i n u o u sg r o w t ho fm u l t i m e d i ad a t as e r v i c e ，t h ec o m p o s i t i o no fm o b i l e s e r v i c e sw i l lb e c o m ei n c r e a s i n g l yd i v e r s ew h i c hw i l lp u tf o r w a r dh i g h e rr e q u i r e m e n t st o t h ew i r e l e s sa c c e s sn e t w o r k h o wt om a n a g ea n da l l o c a t ew i r e l e s sr e s o u r c e se f f e c t i v e l y i nc u r r e n tw i r e l e s ss p e c t r u me n v i r o n m e n t 、历t hs o m el i m i t a t i o n sf o ri m p r o v i n gt h e u t i l i z a t i o ne f f i c i e n c yo fr a d i or e s o u r c e sa n dm e e t i n gd i f f e r e n tq u a l i t i e so ft h es e r v i c ei s n o to n l yt h em a i nc o n t e n to ft h en e t w o r ko p t i m i z a t i o n ，b u ta l s oak e yp e r f o r m a n c e i n d i c a t o r so ft h en e t w o r ks e r v i c e t h e r e f o r e ，c a l la d m i s s i o nc o n t r o la sa ni m p o r t a n tp a r t o fr a d i or e s o u r c em a n a g e m e n th a sb e c o m eah o tr e s e a r c hi s s u e f i r s t l y , t h en e t w o r ka r c h i t e c t u r e ，p r i n c i p l ea n dk e yt e c h n o l o g i e so ft d s c d m a t r u n k i n gc o m m u n i c a t i o ns y s t e ma r ep r e s e n t e dc o m p r e h e n s i v e l y a tt h es a m et i m e ，t h e t r u n k i n g s p e c i f i cd o w n l i n kt r a f f i cc h a n n e ls h a r e dm o d e li sg i v e n t h e nc a l la d m i s s i o n c o n t r o lp r o c e s sf o rt r u n k i n gu s e rw i t hc o n s i d e r a t i o no ft h ew a yo ft m n k i n gu s e r r e s o u r c ec o n s u m p t i o na n dt h eu s e rp r i o r i t yi sp r o p o s e db a s e do nt h et r a d i t i o n a lc a l l a d m i s s i o nc o n t r o ls t r a t e g y , a n dt h e nw ef u r t h e ra n a l y s i st h ep r o c e s so fg r o u pc a l l e s t a b l i s h m e n ta n dr e l e a s e s e c o n d l y , ac a cs t r a t e g yi sp r o p o s e db a s e do nf u l lc o n s i d e r a t i o no ft h ea d a p t i v i t y o fm u l t i m e d i as e r v i c ea n dt h ep r i o r i t yo ft h i n k i n gu s e r , i nw h i c hi n i t i a la c c e s sr a t e d i s c o u n ta n dd e c e l e r a t i o ni sa d o p t e d t h ea l g o r i t h mi m p r o v e st h ef l e x i b i l i t yo fs y s t e m r e s o u r c ea l l o c a t i o nb yu s i n gd i f f e r e n ti n i t i a la c c e s sr a t ef o rd i f f e r e n ts e r v i c e sa c c o r d i n g t ot h e i rc h a r a c t e r i s t i c s ；t h e nr e s o u r c ea d j u s t m e n t sf o rv a r i o u ss e r v i c e sa c c e s s e da r e p e r f o r m e da c c o r d i n gt os y s t e ml o a dt om a x i m i z et h ep r o b a b i l i t yo f u s e ra c c e p t a n c ea n d s y s t e mr e s o u r c eu t i l i z a t i o n o nt h eo t h e rh a n d ，w h e nt h ei d l er e s o u r c eo fs y s t e m c a l ln o t m e e tt h er e s o u r c er e q u i r e m e n t so ft h en e wc a l lr e q u e s t ，ad e c e l e r a t i o ns t r a t e g yt a k i n g i n t oa c c o u n tt h eu s e rp r i o r i t ya n ds e r v i c ep r i o r i t yi st r i g g e r e dt og e ts o m er e s o u r c ef r o m e x i s t i n gu s e r st oa c c e s st h en e w c a l lr e q u e s t t 【l i ss t r a t e g yf u r t h e re n s u r e st h eq o so f 1 1 i g h p r i o r i t yu s e r sa n ds e r v i c e s f i n a l l y , p e r f o r m a n c es i m u l a t i o no f t h ei m p r o v e da l g o r i t h mp r o p o s e db yt h i sp a p e r i sp e r f o r m e d ；t h ev a l i d i t yo ft h ei m p r o v e da l g o r i t h mi sv e r i f i e db yc o m p a r i s o nw i t h e x i s t i n gr e l a t e da l g o r i t h m s t h ew o r kd o n eb yt h i sp a p e rc a np r o v i d ea ni m p o r t a n t r e f e ：r e n c ef o rn e t w o r kc o n s t r u c t i o na n do p t i m i z a t i o no ft d s c d m at r t m k i n g c o m m u n i c a t i o ns y s t e m 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a c t k e y w o r d s ：t d s c d m at r u n k i n gc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，c a l la d m i s s i o nc o n t r o l ，i n i t i a l a c c e s sr a t ed i s c o u n t ，d e c e l e r a t i o n i i i 重庆邮电大学硕士论文图索引 图索引 图1 1t d s c d m a 集群通信系统网络模型5 图2 1r r m 各模块执行流程1 2 图3 1消息集群的呼叫格式2 1 图3 ，2 传输集群的呼叫格式2 2 图3 3 准传输集群的呼叫格式2 3 图3 4 集群中的点对多点群组通信模型2 4 图3 5t d s c d m a 集群主叫用户接纳控制流程图2 5 图3 6 下行共享信道模型2 6 图3 7t d s c d m a 集群被叫用户接纳控制流程2 7 图3 8 组呼建立主叫流程图2 9 图3 9 组呼建立被叫流程图3 0 图3 1 0 组呼释放流程图。3 1 图4 1会话类业务的降速c a c 算法流程图3 6 图4 2 流类业务的降速c a c 算法流程图3 7 图4 3 交互类业务的降速c a c 算法流程图3 8 图4 4 降速c a c 算法中带宽补偿流程图4 1 图4 5方案1 与方案2 呼叫阻塞率对比图4 3 图4 6方案l 与方案2 资源利用率对比图4 3 图4 7 方案2 下各类业务的呼叫阻塞率对比图4 4 图4 8 方案3 和方案4 下不同群组呼叫阻塞率对比图4 5 图4 9 方案3 和方案4 下降速频率对比图4 5 图4 1 0 方案1 、方案2 和方案5 呼叫阻塞率对比图4 6 图4 1 1 方案1 、方案2 和方案5 资源利用率对比图4 7 重庆邮电大学硕士论文缩略语表 缩略语 2 g 3 g 3 g p p a t m a c b a c d m a c d m a 2 0 0 0 c a c c b p c m d c a d r d f e t s i e l e r s a f d m a g o t a g p r s g s m g s m r g c r 缩略语表 英语解释 t h es e c o n dg e n e r a t i o n 3 r dg e n e r a t i o n 3 r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i p p r o j e c t a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e a c e s sc o n t r o l b a n d w i d t ha l l o c a t i o n c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 2 0 0 0 c a l la d m i s s i o nc o n t r o l c a l lb l o c k i n gp r o b a b i l i t y c o n n e c t i o nm a n a g e m e n t d y n a m i cc h a n n e la l l o c a t i o n d e g r a d a b l er a t i o d e g r a d a b l ef r e q u e n c y e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o n s t a n d a r d si n s t i t u t e e f f e c t i v el o a d i n g e q u a lr e s o u r c es h a r i n ga l l o c a t i o n f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s g l o b a lo p e nt r u n k i n g a r c h i t e c t u r e g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l e c o m m u n i c a t i o n s g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l e c o m m u n i c a t i o n sf o rr a i l w a y g r o u pc a l lr e g i s t e r l 中文解释 第二代移动通信系统 第三代移动通信 第三代移动通信伙伴计划， 负责制定w c d m a 标准 异步传输方式 接入控制 带宽分配 码分多址接入 码分多址2 0 0 0 呼叫接纳控制 呼叫阻塞率 连接管理 动态信道分配 降级率 降级频率 欧洲电信标准化组织 等效负荷 资源均等共享分配 频分多址接入 开放式集群架构 通用分组无线业务 全球移动通信系统 欧洲铁路综合调度移动通信 系统 组呼寄存器 重庆邮电大学硕士论文 缩略语表 g m s c g g s n g c r h c h d p i d e n i t u t i u i u r k b p s l c m a c m s c q o s p t t p s p c p d s r b r n c r o t r r m r t w p r r c r b s 取 s r s s g s n t d d g a t e w a ym o b i l es w i t c h i n g c e n t e r g a t e w a yg p r ss u p p o r t i n gn o d e g r o u pc a l lr e g i s t e r h a n d o f fc o n t r o l h a n d o f f d r o p p i n gp r o b a b i l i t y i n t e g r a t e dd i g i t a le n h a n c e d n e t w o r k i n t e m a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o n s u n i o n - t e l e c o m m u n i c a t i o n r e f e r e n c ep o i n tb e t w e e na c c e s s a n ds e r v i n gn e t w o r kd o m a i n s i u ri n t e r f a c e ( b e t w e e nr n ca n d r n c ) i ( i l o - b i t sp e rs e c o n d l o a dc o n t r o l m e d i aa c c e s sc o n t r o l m o b i l es w i t c h i n gc e n t e r q u a l i t yo f s e r v i c e p u s h t ot a l k p a c k e ts c h e d u l i n g p o w e rc o n t r o l p t td i s p a t c hs e r v e r r e s o u r c eb l o c k r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r r i s eo v e rt h e r m a l r a d i or e s o u r s em a n a g e m e n t r e c e i v e dt r a n s l a t i o nw i d t hp o w e r r a d i or e s o u r c ec o n t r o l r a d i ob e a r e r s i g n a lt oi n t e r f e r e n c er a t i o s u b - r a t i n gs c h e m e s e r v i n gg p r ss u p p o r t i n gn o d e t i m ed i v i s i o nd u p l e x v i 关口移动交换中心 关口g p r s 支持节点 组呼寄存器 切换控制 切换中断率 集成数字增强型网络 国际电信联盟电信部门 无线接入网与核心网之间的 逻辑接口 两个无线网络控制器之间的 逻辑接口 千比特每秒 负荷控制 媒体接入控制 移动交换中心 服务质量 一按通 分组调度 功率控制 p t t 调度服务器 资源块 无线网络控制器 热噪声提升 无线资源管理 接收传输带宽功率 无线资源控制 无线承载 信干比 半速率化方案 服务g p r s 支持节点 时分双工 重庆邮电大学硕士论文 缩略语表 t d m a t d s c d m a t e t r a t t v b r v u 己 w c d 【a t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s t i m ed i v i s i o n s y n c h r o n o u sc o d e d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s t r a n se u r o p e a nt r u n k e dr a d i o s y s t e m t r u n k i n gt e r m i n a l v a r i a b l eb i tr a t e v i s i t o rl o c a t i o nr e g i s t e r w i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s i x 时分多址接入 时分同步码分多址 泛欧集群无线电系统 集群终端 可变比特速率 访问位置寄存器 宽带码分多址接入 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 1 集群通信概述 第一章绪论 集群移动通信系统属于专业移动通信，是一种高级移动指挥调度系统，代表 了专业移动通信的发展方向【i j 。集群通信或者说一按通( p t t ，p u s ht ot a l k ) 方式 呼叫通信系统的发展，主要经历了无线对讲系统、模拟集群系统和数字集群系统 几个阶段。9 0 年代的基于时分多址接入( t d m a ，t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 的 第二代数字集群系统较7 0 年代基于频分多址接入( f d m a ，f r e q u e n c yd i v i s i o n m u l t i p l ea c c e s s ) 的第一代模拟集群系统的发展，不论在技术水平、系统容量还是 服务质量方面都取得了很大进展。但是随着移动通信技术进一步的发展和人们需 求的逐步提升，第二代数字集群系统也逐渐显现出其不足之处。随着第三代移动 通信技术标准的商业化，数字集群通信系统也正在向第三代演进，也就是要基于 t d m a 和码分多址接入( c d m a ，c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 技术实现数字集群 通信系统。 1 1 1 集群通信的概念及特点 “集群”一词由英文“t h i n k i n g 或“t r u n k e d 翻译得来【2 1 ，诞生于2 0 世纪7 0 年代，是一种用于日常生产和运营管理以及处理一些紧急或突发事件的高效的指 挥调度通信工具。它的可用信道可为系统的全体用户共用，具有自动选择信道功 能，它是共享资源、分担费用、共用信道设备及服务的多功能、高效能的无线调 度通信系统。考虑集群通信的基本情况，可将集群通信系统的主要特点总结如下 【l 】【2 】： 1 ) 共用频率：将原先分配给各部门的专用频率集中起来进行管理，供系统中 的所有用户共同使用； 2 ) 共享设施：在共用频率的基础上，可将各个用户独自建立的控制中心和基 站等基础设施集中管理； 3 ) 共享覆盖区：可将各部门的邻接覆盖网络互连起来，以便形成更大的服务 覆盖区域； 4 ) 共享通信业务：除了正常进行所需的通信业务外，还可以统一发送一些大 家共同关心的信息，如天气预报等； 5 ) 改善服务：各部门共同建网，将系统信道资源集中管理使用时支持的用户 数较各部门分散建网，独立分配信道时支持的用户数要多得多，这样在相同的信 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 道资源情况下，可以容纳更多的用户，同时改善了用户的服务质量：另一方面， 集中建网还有利于网络的管理和维护，能够增强网络功能： 6 ) 共同分担费用：共同建网情况下所有用户共用机房、天线塔、电源和天线 馈线等设施，建设维护费用相对与独立建网低很多，同时管理、维护和执勤人员 也相应减少。 除此之外，还包括： 通话时间短，能快速获得信道和脱离信道；使用先进的数字信令系统；具有 故障弱化功能；分组方式采用灵活的多级分组；集群通信系统主要采用传输集群 ( 亦即发射集群) 方式，在用户按下p t t 键后才为其分配信道，按键松开则立即释 放信道，因而无线资源利用率高；集群用户分为不同的优先级别，高优先级用户 能够优先获得信道：可以进行动态重组、紧急呼叫等等。 总之，集群通信系统是一种共享资源、分担费用、向用户提供优质服务的多 用途、高效能而又廉价的高级无线指挥调度系统。对指挥调度功能要求较高的企 业、公安、武警以及军队等部门都十分适用【3 1 。 1 1 2 集群通信的发展概况 集群移动通信系统在中国的发展经历了2 0 多年的历史，从模拟到数字、从体 制标准到技术创新、从专网到共网、从社会需求到应急联动通信、从企业研发到 市场应用，集群移动通信系统在我国取得了长足的发展。 2 0 0 0 年1 2 月，信息产业部正式批准和发布了我国数字集群移动通信系统体 制，参照两种数字集群国际标准泛欧集群无线电系统( t e t r a ，t r a n se u r o p e a n t n m k e dr a d i os y s t e m ) 和集成数字增强型网络( i d e n ，i n t e g r a t e dd i 西t a le n h a n c e d n e t w o r k ) ，分别确定了体制a 和体制b 两种集群通信体制。从2 1 世纪开始，国内的 中兴和华为两大公司正式相继宣布我国自主研发的数字集群通信系统开放式 集群架构( g o t a ，g l o b a lo p e nt r u n k i n ga r c h i t e c t u r e ) 和g t 8 0 0 的成功完成。2 0 0 4 年1 1 月2 日信息产业部科技司正式发布了g o t a 和g t 8 0 0 两个系统的通信标准技术 参考性文件。 至此，我国已经被信息产业部批准的数字集群通信体制目前有四种，即： t e t r a 、i d e n 、g o t a 和g t 8 0 0 1 】【3 l 。 ( 1 ) t e t r a 系统 t e t r a 是由欧洲电信标准化组织( e t s i ，e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o n s t a n d a r d si n s t i t u t e ) 于1 9 9 5 年确定的数字集群移动通信标准。该系统基于t d m a 技 术，提供包括集群、非集群和直通模式通信的系列服务，集双向无线电对讲机、 2 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 移动电话、字符报文传送和数据等功能于一身； ( 2 ) i d e n 系统 i d e n 系统是摩托罗拉公司研制、生产的一种数字集群移动通信系统，它的前 身是d i m r s 系统，最初的设计目标是应用于集群共网，因此i d e n 除了主要的指挥 调度业务外，还兼有双工电话互联、数据和短消息等功能。i d e n 是基于t d m a 多 址方式的调度通信蜂窝双工电话组合系统，它的主要特点是与全球移动通信系统 ( g s m ，g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ) 使用相同的双工通话结构以及 特殊的频率复用方式，适合组成较大的通信网。 ( 3 ) g o t a 系统 g o t a 系统是中兴通讯推出的基于c d m a 技术的数字集群通信系统，采用目前 移动通信系统的无线技术和协议标准，并进行了相应的改进和优化，以符合集群 系统的技术要求； ( 4 ) g t 8 0 0 系统 g t 8 0 0 是华为公司基于通用分组无线业务( g p r s ，g e n e r a lp a c k e tr a d i o s e r v i c e ) 和欧洲铁路综合调度移动通信系统( g s m r ，g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l e c o m m u n i c a t i o n sf o rr a i l w a y ) 技术开发的数字集群系统。它结合蜂窝技术，通过 对t d m a 技术的优化与融合，可以提供专业用户所需的集群业务和功能。 总的来说，目前已经实现商用的上述四种集群系统主要都是基于第二代移动 通信技术【3 1 ，虽然功能比较完善业务也比较成熟，但是无法较好地支持高速多媒体 业务，无法适应未来集群通信发展的需要。另外，无论是t e t r a 系统还是i d e n 系 统，其标准的开放性都不高；i d e n 系统被摩托罗拉公司独家垄断，而t e t r a 系统 虽然在空中接口方面可以做到兼容，但各个厂商系统之间不能实现互联互通。由 中兴、华为自主研发的g o t a 和g t 8 0 0 系统分别基于c d m a 技术和g s m 技术，因此 其核心专利仍然受到国外企业的控制，而且也同样在后续功能增强上略显不足。 第三代移动通信系统可提供丰富的移动多媒体业务，具有较低的成本和较强 的业务处理能力，因此基于第三代移动通信( 3 g ，3 r dg e n e r a t i o n ) 技术的集群通 信系统将具有更为广泛的应用场景和更强的市场竞争力【4 】；时分同步码分多址接入 ( t d s c d m a ，t i m ed i v i s i o n - s y n c h r o n o u sc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 作为具有 我国自主知识产权的第三代移动通信技术，经过多年的努力，其研究开发和产业 化工作取得了突破性进展，初步形成了完整的产业链和产业群体，并已经在国内 开始建设数十个城市规模的预商用网络。因而基于t d s c d m a 技术来实现3 g 数字 集群成为我国集群通信系统下一步的发展方向。 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 1 3 集群通信的发展前景 集群通信的发展倚赖于技术和经济两个关键因素，技术上应该能够满足人们 日益增长的服务需求，而经济上则要考虑众多集群用户的支付能力并尽可能地降 低成本。 数字集群通信在我国拥有巨大的潜在市场。其业务按照网络覆盖可分为三种 类型：( 1 ) 大区域面状覆盖的多业务、大容量、能为多个部门提供调度指挥通信 服务功能的专用通信网，例如面向大、中城市公共服务的专用移动通信网：( 2 ) 链状覆盖的中小容量、多种业务、为多个部门提供指挥调度通信服务功能的专用 通信网，例如提供公路、铁路、水运和交通运输服务的专用通信网；( 3 ) 面状覆 盖和链状覆盖相结合的全国联动专用通信网，其可靠性、保密性和安全性能都较 高。 与国外发达地区相比，我国的数字集群通信还处于初级发展阶段，国内自产 的拥有自主知识产权的数字集群系统也才刚刚起步，因此，数字集群通信技术在 我国拥有广阔的发展空间，当然，这种状况对我们来说是一种契机，但也带来了 巨大的挑战，我国数字集群通信的发展趋势可以总结为以下几个方面t 4 】： ( 1 ) 共网和专网形式在我国集群通信发展的过程中将长期共存并且协调发 展。原信息产业部就数字集群通信系统的发展也指出：发展数字集群通信应形成 以“共网为主、专网并存”的格局； ( 2 ) 数字集群通信和公众移动通信系统相互补充、共同发展。数字集群通信 系统主要提供指挥调度业务，其服务对象是集团用户；而公众移动通信系统主要 提供传统话音和数据业务，服务对象是普通大众。两个系统各有其特色，适用于 不同的场景，不能互相代替； ( 3 ) 未来集群业务的发展方向是业务宽带化和定制化，丰富业务类型和业务 功能，发展p u s ht ox ( x 可以是文本、语音、图片和影像等多种形式) 业务，并 增加如用户优先级和灾难处理等用户定制的功能，让集群的业务更加完善。 基于时分双工( t d d ，t i m ed i v i s i o nd u p l e x ) 技术的t d s c d m a 系统，在开 展p t t 业务时，不仅具有3 g 的所有技术能力，更是具有其他3 g 所不具有的独特 优势：t d s c d m a 具备的上下行不对称时隙分配能力，可根据业务量分配上下行 资源，这对半双工通信的集群系统非常有用。同时，t d s c d m a 作为3 g p p 认可 的无线接入技术国际标准之一，在此基础上向具有自主知识产权的数字集群系统 拓展，既可进一步拓展t d s c d m a 技术的应用空间和产业竞争能力，也完全符合 集群技术发展方向和国家利益发展战略。 4 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 2 研究背景 1 2 1t d s c d m a 数字集群研究内容 t d s c d m a 集群通信系统是在保持现有3 g 接入网完整性的前提下，对终端、 无线接入网和核心网进行相应的修改，并定义专用的p t t 调度服务器来实现集群 功能，系统网络模型如图1 1 所示5 】： 图1 1t d s c d m a 集群通信系统网络模型 t d s c d m a 集群通信系统关键技术研究为中兴股份有限公司牵头，多所大专 院校合作申请的国家高技术研究发展计划( 8 6 3 计划) 重点项目，该项目的研究内 容主要包括以下几个方面： 1 、信道共享 传统移动通信系统的呼叫，都是点对点的通信方式，系统只要建立一对信令 连接和业务信道即可满足通话主叫和被叫的通话需求，系统为用户提供的业务信 道都是通话中的用户专用的。而集群通信系统的呼叫，大多都是点对多点的，业 务信到都是共享的，这时主叫用户是一个，被叫用户有很多个，所有被叫都监听 一个业务信道，并且被叫用户很可能分布在多个区域中。集群通信系统的这种共 享信道的方式，比传统移动通信专用信道的方式复杂得多，改动时所涉及的无线 资源管理内的容也很多，需要重新考虑很多资源分配算法与参数的标定。 2 、功率控制 t d s c d m a 移动通信系统，由于为主被叫用户提供点对点的全双工通信，系 统能使用智能天线根据用户的上行来波计算出用户的位置，在发射下行信号时， 使用智能天线将下行信号进行波束赋形，使下行信号对准用户，减少或避免了对 其他用户的下行干扰，这时，由于干扰较小，系统将启动功率控制。而集群通信 系统，为群组用户提供点对多点的半双工通信方式，被叫用户众多，且不发射上 行信号，使得系统无法知道每个用户的位置，而无法在发射下行信号时使用智能 天线进行波束赋形，造成对其他群用户的干扰。其他群用户检测到干扰，为达到 满意的通话质量，系统必须为每个群按照最大功率发射下行信号。如果在一个区 域内，群组数目达到系统的满容量时，发射机的峰均比将达到最大，功放将失真， 回国 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 系统效率急剧下降，甚至导致系统瘫痪。这时，必须为集群系统设计出合适的功 率控制方案，避免在较大容量，或突发流量时，集群通信系统由于峰均比过高而 瘫痪。 3 、呼叫信令 移动通信系统的呼叫接续是遵照复杂的信令协议来完成的。为考虑多种传输 承载，多种系统互联及可能出现的各种异常通话状态，移动通信系统的信令协议 做得极尽复杂之能事。同时参与的网元特别多，包括移动性管理、呼叫管理、无 线资源管理、传输资源管理、号码分析、鉴权、取漫游信息等等，各网元需分工 协同，但基本都是串行进行。这使得完成一个完整的呼叫接续，所经历的条件判 断极其多且复杂，造成了呼叫接续的信令时延非常长。在典型情况下，从主叫起 呼到被叫振铃，需要7 秒左右的时间延迟。而集群通信系统要求呼叫接续的时间 延迟为p t t 方式，即按下键就能通话，对接续时延要求较高，需要对呼叫接续的信 令做出巨大的改动，几乎可以说需要完全推翻之前的信令协议，按照集群通信的 需求来重新制定呼叫接续的信令流程，精简参与的网元，同时将部分信令并行化 处理。 4 、组网研究 c d m a 系统是个白干扰系统，覆盖、干扰以及容量三个因素是相互关联和影 响的，在t d s c d m a 系统中无法截然分开进行分析，因此需要在满足覆盖的前提 下，研究系统容量能够做到什么程度，是否满足集群业务开展的需要。 t d s c d m a 集群系统的下行信道由于要在小区内采用广播的方式，无法利用 智能天线进行点对点的波束赋形，因此信号增益及抗干扰能力上有很大损失，无 法做到常规t d s c d m a 下行业务的同频同时隙满码道工作，使得t d - s c d m a 集群 成为一个干扰受限的系统。因此，本课题需要研究采用合理的组网方式，规避小 区间同频干扰，最大限度的提高t d s c d m a 集群系统容量。 5 、同步保持方式研究 由于t d s c d m a 系统是同步c d m a 系统，其中下行链路总是同步的，需要 建立上行同步过程，并通过同步信令进行同步保持。t d s c d m a 集群系统中，被 叫业务采用下行资源共享方式发射，能够支持较多的群组被叫用户，由于没有上 行业务信道，这些被叫用户无法发送上行控制、同步信令，但是群组内的集群终 端随时都需要进行通话权的抢占，以及获得呼叫信道资源的分配，所以需要研究 一种适合与t d s c d m a 集群系统的同步保持机制。 6 、无线资源管理研究 包括呼叫接纳控制、切换判决策略等方面的研究。呼叫接纳控制算法是根据 小区当前的无线资源和负荷情况以及呼叫的服务质量( q o s ，q u a l i t yo f s e r v i c e ) ， 6 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 按照一定的算法，对新的呼叫请求可能产生的资源增量和负荷增量进行预测，然 后依据一定的接入准则，决定对新的呼叫是允许接入还是拒绝接入。接纳控制算 法的目的是在防止系统出现负荷过载和保证呼叫q o s 的前提下，尽可能保证并提 高系统的容量。t d s c d m a 集群中，也需要考虑小区内新发起的集群业务的资源 需求及可能引起的负荷增量，依据一定的准则对业务进行接纳判决，同时需要考 虑业务接纳失败情况下的相关处理策略。 t d s c d m a 集群业务是一种半双工业务。在t d s c d m a 集群组呼业务中， 主叫用户占用上行业务信道，且一次仅有一个主叫群用户；而被叫群用户共享下 行业务信道，被叫群用户的数目根据群的大小及调度区的大小而变化。t d s c d m a 集群的单呼业务中，主叫用户和被叫用户都是单用户，且需要分配专用信道。需 要针对组呼业务和单呼业务的特征，以及说用户和听用户的信道特征，研究相应 的切换判决算法及切换流程。 1 2 2 接纳控制策略研究现状 呼叫接纳控制( c a c ，c a l la d m i s s i o nc o n t r 0 1 ) 的概念首先在异步传输方式 ( a t m ，a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e ) 网络中提出，a t m 论坛和国际电信联盟电 信部门( r r u t ，i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o n su n i o n t e l e c o m m u n i c a t i o n ) 对c a c 的定义为：对于一个已知呼叫连接请求，按照其q o s 要求，并根据整个网络资源 是否满足现已连接业务的质量决定是否接纳一个新的连接【6 】。c a c 的目标包括： 首先要保证系统中现存用户连接的q o s 要求，其次要尽可能多地接纳用户连接， 以便提高系统的资源利用率。 呼叫接纳控制是无线资源管理模块的重要组成部分。接纳控制策略的优劣间 接反映了无线资源管理的性能，其对无线通信网络的信号覆盖质量、用户的中断 率、阻塞率、接纳率以及传输速率都有重要影响。通过优化呼叫接纳控制策略可 以降低网络拥塞概率，保证系统的服务质量，同时提高系统资源利用率。 基于c d m a 技术的移动通信系统，其用户均使用相同的载频，不同的用户通 过不同的码道进行区分，新用户请求的接入会对系统中已有的用户产生干扰，所 以说c d m a 通信系统是一种干扰受限的系统。随着接入用户数的增加，系统中用 户间的干扰也随之提高，小区覆盖范围则逐步降低，这就是所谓的“呼吸效应”， 当小区的覆盖范围低于预设值时，就会出现“覆盖漏洞”。 目前，对于基于c d m a 的3 g 通信系统在c a c 算法方面已经取得了不少的研 究进展。 文献【7 【8 9 】对具有q o s 保证的c a c 算法进行了研究，但是在多媒体业务的 7 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 建模上有一定的局限性。在用户