（通信与信息系统专业论文）hsdpa混合分组数据业务无线网络容量估算技术研究.pdf

摘要 摘要 容量估算是移动通信系统无线网络规划中的关键技术之一。论文针对3 g 分组域，特别是 h s d p a 系统，提出了一种基于仿真的混合分组数据业务无线网络容量估算方法。 本文首先介绍了容量估算问题的重要性和相关的研究背景，并对当前几种典型的容量估 算方法进行了简要的讨论和分析；然后提出了一种新的基于仿真的h s d p a 混合分组业务容 量估算方法，并应用所提方法，分别对承载w w w 和v o l p 混合业务的h s d p a 系统下的链路 容量、单业务容量和混合业务容量进行了估算。最后，论文将仿真方法的容量估算结果与相 同场景下解析方法的估算结果进行了比对，验证了该方法的可行性和可靠性。 仿真结果表明：所提方法简化了h s d p a 混合分组业务容量估算的仿真思路，并结合 h s d p a 系统的业务特性和系统特性，能够动态地处理分组域混合数据业务的业务到达过程和 业务传输过程，快速有效地得到无线网络的多个容量指标。 由于该仿真方法复杂度低，实现简单方便，而且估算过程中充分考虑了h s d p a 系统所采 用的先进技术对无限网络容量的贡献，因而本方法所做出的针对h s d p a 混合业务的容量估 算结果更为合理，能够较好地满足工程应用的需要。 关键词：3 g ；分组域；h s d p a ；a m c ；h a r q ；快速分组调度；混合业务；容量估算 a b s t r a c t a b s t r a c t c a p a c i t yd i m e n s i o n i n gi so n eo ft h ek e yt e c h n o l o g i e so fw i r e l e s sn e t w o r kp l a n n i n g t h i st h e s i s c o n s i d e r st h ec a p a c i t yd i m e n s i o n i n go f3 gs y s t e m sh a n d l i n gm i x e dp a c k e t s w i t c h e ds e r v i c e s ，i n p a r t i c u l a rh i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s ( h s d p a ) f i r s t , t h ei m p o r t a n c ea n dt h er e s e a r c hb a c k g r o u do fc a p a c i t yd i m e n s i o n i n gi s s u e sa l ep r e s e n t e d ， t h e naf e w t y p i c a lc a p a c i t yd i m e n s i o n i n gm e t h o d sa l ed i s c u s s e d t h et h e s i sf u r t h e rp r o p o s e san o v e l as i m u l a t i o ns c h e m et oe v a l u a t et h ec a p a c i t yo f3 gs y s t e m sh a n d l i n gm i x e dp a c k e t s w i t c h e d s e r v i c e s ，a n dw ea p p l yt h i ss c h e m et oe v a l u a t et h el i n kl e v e lc a p a c i t y , t h em o n o - s e r v i c ec a p a c i t y a n dt h em u l t i s e r v i c e sc a p a c i t yo fw w ws e r v i c ea n dv o l ps e r v i c eo v e rh s d p ai nam i x e d p a c k e t - s w i t c h e ds e r v i c es c e n a r i or e s p e c t i v e l y f i n a l l y , t h ec o m p a r i s o nr e s u l t sw i t l lt h ea n a l y t i c a l m e t h o da l ea l s op r o v i d e dt os h o wt h ef e a s i b i l i t ya n dr e l i a b i l i t yo f t h ep r o p o s e dm e t h o d t h es i m u l a t i o nr e s u l t si n d i c a t et h a tt h ep r o p o s e ds c h e m es i m p l i f i e st h es i m u l a t i o nc o m p l e x i t i e sf o r e v a l u a t i n gt h ec a p a c i t yo fm i x e ds e r v i c e so i l3 gs y s t e m s i n t e g r a t e st h ec h a r a c t e r i s t i c so fb o t l l3 g s y s t e ma n d3 gp a c k e t - s w i t c h e ds e r v i c e s c a nd y n a m i c a l l yd e a lw i t l lt h ep a c k e ta r r i v a lp r o c e s sa n d t h ep a c k e tt r a n s m i s s i o np r o c e s s ，a n df i n a l l ya c h i e v e st h ec a p a c i t yr e s u l t si naq u i t ee f f i c i e n tw a y k e ，rw o r d s ：3 g , p a c k e t s w i t c h e dd o m a i n ，h i 【g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s ，a m c ，h a r q ， m u l t i s e r v i c e s ，c a p a c i t yd i m e n s i o n i n g 1 i l 英文缩略语 英文缩略语 3 g t h et h i r dg e n e r a t i o nc o m m u n i c a t i o ns y s t e m 第三代通信系统 3 g p p t h i r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t 第三代移动通信合作项目组 3 g p p 2t h i r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t 2第三代移动通信合作项目组2 a m c a d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g 自适应调制编码 a m p sa d v a n c em o b i l ep h o n es y s t e m 先进移动电话系统 a r q a u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t 自动重传请求 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 异步传输模式 b e rb i te r r o rr a t e误比特率 b sb a s es t a t i o n基站 b p s k b i n a r yp h a s es h i f tk e y i n g二进制移相键控 c cc h a s e s o f tc o m b i n i n g软合并 c d fc u m u l a t i v ed i s t r i b u t i o nf u n c t i o n累积分布函数 c d mc o d ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g码分复用 c d m ac o d ed i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s码分多址 c q i c h a n n e lq u a l i t yi n d i c a t o r 信道质量指示器 c r c c y c l i c a lr e d u n d a n c yc h e c k 循环冗余校验 c s c i r c u i ts w i t c h 电路交换 d s d e l a ys p r e a d 时延扩展 d s c hd o w n l i n ks h a r e dc h a n n e l 下行链路公用信道 e d g ee n h a n c e dd a t ar a t e sf o rg s me v o l u t i o n 改进数据速率g s m 服务 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 ss t a n d a r d si n s t i t u t e 欧洲电信标准协会 e u t r ae v o l v e du m t st e r r e s t r i a lr a d i o a c c e s s演进型u m t s 地面无线接入 e u t r a ne v o l v e du m t st e r r e s t r i a lr a d i o a c c e s sn e t w o r k演进型u m t s 地面无线接入网 f c cf e d e r a lc o m m u n i c a t i o n sc o m m i s s i o n美国联邦通信委员会 f c sf a s tc e l ls e l e c t i o n快速小区选择 f d d f r e q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x 频分双工 f d m a f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 频分多址 f e cf o r w a r de r r o rc o r r e c t i o n 前向纠错 f e rf r a m ee r r o rr a t e 误帧率 f p sf a s tp a c k e ts c h e d u l i n g 快速分组调度 g p r sg e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e通用分组无线业务 g s mg 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全球移动通信系统 h a r q h y b r i da u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t 混合自动重传请求 h s c s d h i g hs p e e dc i r c u i ts w i t c h e dd a t a 高速电路交换数据系统 h s d p a h i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s 高速下行分组接入 h s d p c c hh i g hs p e e dd e d i c a t e dp h y s i c a ld a t ac h a n n e l高速专用物理数据信道 h s d s c h h i 曲s p e e dd o w n l i n ks h a r e dc h a n n e l 高速下行链路公用信道 h s s c c h h i g hs p e e ds h a r e dc o n t r o l c h a n n e l高速公用控制信道 h s u p a h i g hs p e e du p l i n kp a c k e ta c c e s s 高速上行分组接入 i m si pm u l t i m e d i as u b s y s t e m i p 多媒体子系统 1 m ti n t e r n a t i o n a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n s国际移动通信 i pi n t e r n e tp r o t o c o l网际协议 i ri n c r e m e n t a lr e d u n d a n c y 递增性冗余 v 东南大学硕士学位论文 i s 一9 5 i s i l t u l t e m a c m a x c i m c s m i m o m s n a m t s n m t o f d m p d p p f p s q a m q o s q p s k p d f r l c r n c r r r r m s f s h o s n r s i n r s i r s r n c s s d t t a c s t b s t d d r d m t d m a t d s c d m a t t i t u u e u m t s u t r a u t r a n v b i p w c d m a w w w i n t e r i ms t a n d a r d 9 5 i n t e r - s y m b o li n t e r f e r e n c e i n t e m a t i o n a 】 r e l e c o m m u n i e a t i o n su n i o n l o n gt e n ne v o l u t i o n m e d i a a c e e s sc o n t r o l m a x i m u mc a r r i e r - t o i n t e r f e r e n c er a t e m o d u l a t i o na n dc o d i n gs c h e m e m u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t m o b i l es t a t i o n n e ca d v a n c e dm o b i l et e l e p h o n es y s t e m n o r d i cm o b i l et e l e p h o n e o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x p o w e rd e l a yp r o f i l e p r o p o a i o n a lf a i r p a c k e ts w i t c h q u a d r a t u r e a m p l i t u d em o d u l a t i o n q u a i l t yo f s e r v i c e q u a d r a t u r ep h a s es h i f tk e y i n g p r o b a b i l l t yd e n s i t yf u n c t i o n r a d i ol i n kc o n t r o l r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r r o u n dr o b i n r a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t s p r e a d i n gf a c t o r s o f th a n d o v e r s i g n a lt on o i s er a t e s i g n a lt oi n t e r f e r e n c ea n dn o i s er a t i o s i g n a lt oi n t e r f e r e n c er a t i o s e r v i c er a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r s i t es e l e c t i o nd i v e r s i t yt r a n s m i s s i o n t o t a la x e s sc o m m u n i e a t i o n ss y s t e m t r a n s m i s s i o nb l o c ks i z e t i m ed i v i s i o nd u p l e x t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g 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 i z a t i o nc d m a t r a n s m i s s i o nt i m ei n t e r v a l t y p i c a lu r b a nm a c r o c e l l u l a rc e l l u s g re q u i p m e n t u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m u m t st b i t e s t r i a lr a d i oa c c e s $ u m t st b r r e s t r i a lr a d i o a c c e s sn e t w o r k v o i c eo v e ri p w i d e b a n dc d m a w o r i dw i d ew e b 中间标准9 5 系统 码间干扰 国际电信联盟 长期演进 媒体接入控制 最大载干比 调制编码方式 多输入多输出 移动台 n e c 进步式移动电话系统 北欧移动电话系统 正交频分复用 功率时延谱 比例公平 分组交换 正交幅度调制 服务质量 正交相移键控 概率密度函数 无线链路控制 无线网络控制器 轮循 无线资源管理 扩频因子 软切换 信号噪声比 信号干扰噪声比 信号干扰比 服务无线网络控制器 站点选择分集传输 全接入系统 传输块大小 时分双工 时分复用 时分多址 时分同步c d m a 传输时间间隔 典型市内宏小区 用户设备 通用移动通信系统 u m t s 地面无线接入 u m t s 地面无线接入网 网络电话 宽帝c d m a 系统 万维网 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个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，也不包含为获得东南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了谢意。 研究生签名：i i 鱼：$ 亘，篡易期： ! 墨：! ： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：豆强立轧卿签名：靴 期：生：! ：! 皇 第1 章绪论 第1 章绪论 人类不断增长的信息交流需求作为永恒的动力促进着通信方式的持续演变。移动通信与i n t e m e t 的飞 速发展与融合将把人类实现个人多媒体通信任何人无论何时、何地都能与任何对象、按自己感兴趣的 任何方式实现所谓5 w 信息交流的梦想正逐步变成现实。 l 1 移动通信系统 现代无线通信起源于1 9 世纪赫兹的电磁波辐射实验，使人们认识到电磁波和电磁波能量是可以控制 发射的。t 9 2 8 年，一名p u r d u e 大学的学生发明了工作于2 m h z 的超外差无线电接收机，开始应用于底特 律警察局。2 0 世纪3 0 年代全世界的移动通信系统都还采用幅度调制，3 0 年代晚期，出现了第一个调频移 动通信系统。二次大战极大地促进了移动通信的发展，1 9 4 9 年，美国联邦通信委员会( f e d e r a l c o m m u n i c a t i o n sc o m m i s s i o n , f c c ) 正式确认移动通信是一种新的电信业务。在调频移动通信发展的初期， f m 系统占有1 2 0 k hz 的射频带宽，用于发射具有3k h z 的语音信号。为了提高频谱效率，1 9 5 0 年f c c 把 射频带宽降为6 0 k h z ，1 9 5 6 年，f c c 又在u h f 波段上将信道带宽降为5 0 k h z 。2 0 世纪6 0 年代，由于f m 技术的发展，信道带宽降为3 0 k h z ，同时，可以在一个通信区域使用2 个相邻信道。到了中期，模拟f v l 系统的频谱效率已提高到了第二次世界大战末期的4 倍。 无线通信系统中的蜂窝概念最早是由b e l l 实验室于1 9 4 7 年提出，并在2 0 世纪六、七十年代得到进 一步发展，这使得向所有人提供无线通信服务的构想成为现实。到了7 0 年代，大规模集成电路技术、微 处理技术和表面装贴工艺的广泛使用，为蜂窝移动通信的实现提供了技术基础。自此，移动通信得到了迅 猛的发展，经历了第一代模拟移动通信系统( 1 g ) 、第二代数字移动通信系统( 2 g ) 和目前即将商用的第三代 宽带数字移动通信系统( 3 g ) 。后三代移动通信系统( b e y o n d3 g ) 的研发也正在进行中。 1 g 以模拟式蜂窝网为主要特征，于2 0 世纪7 0 年代末8 0 年代初开始商用，包括北美的a m p s ( a d v a n c e d m o b i l ep h o n es y s t e m ) 、欧洲的t a c s ( t o t a la c c e s sc o m m u n i c a t i o n ss y s t e m ) 、北欧的n m t f n o r d i cm o b i l e t e l e p h o n e ) 、日本的n a m t s ( n e c a d v a n c e d m o b i l e t e l e p h o n es y s t e m ) 等。1 g 主要实现措施是采用频分多址 ( f r e q u e n c yd i v i s i o nm u t i p l ea c c e s s ，f d m a ) 方式实现对用户的动态寻址功能，并以蜂窝式网络结构何频率 规划实现载频再用方式，达到扩大覆盖服务范围和满足用户数量增长的需求。在信道动态特征匹配上，适 当采用了性能优良的模拟调制方式，并采用基站二重空间分集方式抵抗空间选择性衰落。1 g 虽然取得了 很大的成功，但也暴露了一些问题如容量小、频谱利用率低、移动设备复杂、费用较贵、业务种类单一以 及保密性能差等缺点。 2 g 以数字化为主要特征，其代表有欧洲的时分多址( t i m ed i v i s i o nm u t i p l ea c c e s s ，t d m a ) 的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 ) 、北美的i s 1 3 6 ( d - a m p s ) 以及码分多址( c o d ed i v i s i o nm u t i p l e a c c e s s ，c d m a 的) i s 一9 5 、日本的p d c ( p e r s o n a ld i g i m lc e l l ) 。它们提供了更高的频谱利用率、更好的数据 业务以及比第一代系统更先进的漫游能力。然而第二代数字移动通信系统在很多方面仍然没有达到人们的 要求，比如传输速率过低、与多媒体技术要求相距甚远、不能实现全球覆盖无缝漫游。为了满足用户对更 东南大学硕士学位论文 高速率数据业务的需求，运营商纷纷将2 g 进行升级到2 5 g 。主要的2 5 g 系统有h s c s d ( h i g hs p e e dc i r c u i t s w i t c h e dd a t a ) 、g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 和e d g e ( e n h a n c e dd a t ar a t e sf o rg s me v o l u t i o n ) 。以 g p r s 和e d g e 为代表的2 5 g 系统提供并行的电路交换和分组交换两种方式，除提供原有2 g 的数字语音业务 以外，还提供6 4 k b p s 的电路交换、1 0 0 k b p s 左右的分组交换业务。 对更高比特率数据业务和更好的频谱利用率的迫切要求，是推动3 g 发展的主要动力。在i t u ( 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 nu n i o n ) ，第三代移动通信系统( t h e3 “g e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s s y s t e m 。3 g ) 被称为i m t - 2 0 0 0 ，而在欧洲称为全球移动通信系统( u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n s s y s t e m ，u m t s ) 。目前，国际上有关第三代移动通信标准的融合和讨论已经完成，以欧洲主导的w c d m a 、 美国主导的c d m a 2 0 0 0 以及中国的t d s c d m a 将成为三大主流技术。区别于现有的第一代和第二代移动 通信系统，第三代移动通信系统至少要实现下列的基本目标： 支持多媒体业务的能力：i t u 规定的第三代移动通信无线传输技术要求在快速移动环境下最高 速率达1 4 4 k b p s ；室外到室内或步行环境下最高速率达3 8 4 k b p s ；室内环境下最高速率达2 m b p s 。 分组数据：在第三代移动通信系统中，电路交换和分组交换将共同存在，提高传输的灵活性和 信道效率。 全覆盖和移动：第三代移动通信系统即便不能形成统一的全球标准，但也要实现兼容的标准， 从而实现全球漫游。 增加非对称传输模式：由于新的数据业务，比如w w w 浏览，具有固定的非对称性。而第二代 移动通信系统只支持对称业务。 高频谱效率、高服务质量、低成本、高保密性，便于向4 g 过渡演进。 随着无线数据业务的飞速发展和新技术的不断发明，u m t s 标准在3 g p p ( 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 ) 组织的推动下，其协议版本从早期的r 9 9 逐步演进到r 4 ，r 5 ，r 6 ，乃至近期的r 7 ，目前己发展到长 期演进项e ( l o n g t e r m e v o l u t i o n ，l t e ) 1 1 】【”1 11 。r 9 9 版本相对比较成熟，核心网仍然沿用了g s m m a p 标准， 充分考虑了对现有g s m 网络的向下兼容及投资保护，目前的商业部署几乎全部采用了r 9 9 。相对r 9 9 版 本，r 4 版本无线接入部分只改动了一些接口协议的特性，相应功能得到增强，网络结构没有改变。r 4 版 本核心网部分改变比较大：由t d m 的中心节点交换结构演进为典型的a t m 分组语音分布式体系结构；网 络采用开放式结构，业务逻辑与底层承载相分离；u t r a n 与核心网语音承载方式均由分组方式实现；语 音采用统计复用方式传递，实现网络带宽动态分配，避免t d m 扩容时需反复调配2 m b i t s 电路的繁琐程序。 r 5 版本是由全i p ( 或全分组化) 的第一个版本，引入了伊传输作为a t m 外的第二个可选传输机制：并 在无线部分引入了高速下行分组接入( h i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s ，h s d p a ) 概念，使下行链路可 以支持高达1 0 m b i t s ( 理论峰值1 4 4 m b i t s ) 的传输速率；另外，其核心网增加了i p 多媒体子系统( i p m u l t i m e d i as u b s y s y t e m ) 。r 6 版本无线接入部分主要引入了高速上行分组接入( h i i g hs p e e du p l i n kp a c k e t a c c e s s h s u p a ) 的技术。r 7 版本中将主要引入正交频分复用( o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x , o f d m ) 和多输入多输出( m u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t , m i m o ) 技术。 h s d p a 中新增了高速下行共享信道( h s d s c h ) ，采用较短的传输时间间隔( t r a n s m i s s i o nt i m ei n t e r v a l 。 t t i ，2 m s ) ，同时使用多码道( m u l t i c o d e ) 进行时分复用( t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ，t d m ) 数据通信。其关 键技术包括自适应调制编码( a d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g , a m c ) 、混合自动重传( h y b r i da u t o m a t i c 2 第l 章绪论 r e p e a tr e q u e s t ，h a r q ) 、快速调度( f a s ts c h e d u l i n g ) 、快速小区选择( f a s tc e l ls e l e c t i o n ，f c s ) 等。 为提高上行传输速率、增加覆盖面。减小时延，h s u p a 参考了h s d p a 中采用的各种技术，结合上行 的特点，主要采用了物理层的h - a r q 、快速调度、短t t i 、新的扩频因子等关键技术，并在上行链路中采 用了软切换技术。 1 2 无线网络容量估算 移动通信系统规划的关键技术之一为无线网络规划，其指的是根据网络建设的整体要求，设计无线网 络的覆盖和容量性能指标，以及为实现该目标所进行的基站位置和配置的设计。无线网络设计目标包括无 线信号覆盖、系统容量和成本三方面。用于描述覆盖目标的指标主要有业务质量、通信概率和软切换率。 容量目标描述的是在系统建成后所能满足的语音用户数和数据用户数。该指标主要综合网络规模预测所提 出的网络建设要求做出。在保证满足覆盖和容量目标的基础上，降低建设成本，节约开支是网络建设的重 要目标之一。设定合理的成本目标，并在设计实施过程中实现它，这需要网络设计人员和工程实施人员为 之不断努力1 4 j 。其中面向容量指标的容量估算在网络规划中占据十分重要的位置，国内外各大通信公司及 院校一直致力于本领域的研究与开发【5 1 1 6 l m l 8 】【9 1 。容量估算的研究方法大致可分为两类：理论推导及仿真分 析。理论研究主要针对通信系统中所采用的各种技术，分析其特征和相互间的联系，得出系统容量。另一 方面，对应于业务层面的q o s 要求，估算实际情况下的业务容量l l o l 。仿真方法通过相对精确地建立系统场 景，传播模型和业务模型进行m o n t ec a r l o 仿真，从而来模拟实际系统的性能，达到估算的目的【1 1 1 。 理论分析基于统计模型，大致可以分为基于系统总资源限制的容量估算技术、基于干扰模型的容量估 算技术和通用型容量估算技术。基于系统总资源限制的容量估算技术的特点在不考虑干扰因素的基础上， 系统总资源可以多样化。如t d m a 系统的时隙数、f d m a 系统的频点数、c d m a 系统的码道数等，都可 以看作是系统资源。通常使用m a r k o v 链方法来解决此类问题，即以某一时刻被占用的系统资源数量为状 态来建立m a r k o v 链，在求此m a r k o v 链稳态解的基础上估算系统容量。基于干扰模型的容量估算技术中需 要考虑干扰因素的系统主要是c d m a 系统，这是由它的自干扰特性所决定的。c d m a 系统中，上行链路 总干扰和下行链路总功率的限制条件对小区内的总用户数目起到了制约作用，从而在不同的用户数目建模 方式下，产生了不同的容量估算技术。通用型容量估算技术主要是通过建立信道状态m a r k o v 链和b u f f e r 状态m a r k o v 链并将二者结合为多维m a r k o v 链的方法，对系统b u f f e r ( 通常是基站处的共享b u f f e r ) 进行 队列分析，在求此多维m a r k o v 链稳态解的基础上进行容量估算。 文献【1 2 】在分析系统资源限制的前提下，得到了u m t s 系统的爱尔兰( e d a n g ) 容量。同时爱尔兰容量的 计算也可基于建立系统干扰模型的方法1 1 。但上述研究都未考虑高速无线链路所采用的关键技术。文献 1 4 1 分析了h a r q 对链路吞吐量的影响，求得一定接收信噪比条件下的数据帧平均传输次数。但未考虑系统 最大允许重传次数的限制和反向信道确认帧的传输错误。文献【1 5 】导出了n a k a g a m i m 衰落信道上的链路频 谱利t 【 j 率，详细分析了a m c 技术对系统性能的影响，但没有对h a r q 做出精确分析。另外，上行链路 的共享资源是n o d eb 的总干扰，系统对总的噪声增强( r o t ) 有限制。目前尚未有文献对此做出相对精确的 理论描述。f 1 6 综合考虑了a m c 、h a r q 和快速分组调度技术对h s d p a 系统容量的影响，在链路层面推 导出采用h a r q 和a m c 之后的有效链路数据速率与接收信噪比的对麻关系，在系统层面通过小区内外 东南大学硕士学位论文 干扰分析得到接收信噪比概率分布，并基于快速调度算法的性能表达式，同时结合链路层面的估算结果， 得到所有激活移动台在服务扇区内均匀分布时的扇区吞吐量、用户平均吞吐量及用户满意度。但是这类方 法无法将分组业务的到达过程考虑进估算流程之中，因而导致整个估算过程的容量关系并不完整，仅适用 于链路容量的估算。【1 7 】基于连续时间m a r k o v 链的容量估算方法能够结合业务到达过程和业务服务过程， 通过将发送缓冲区状态m a r k o v 链与信道状态m a r k o v 链相结合，引入a m c 和h - a r q 的影响。但连续时 间m a r k o v 链只能从平均意义上考虑服务速率，因而无法很好地体现出分组域的行为特性。【1 8 】基于离散时 间m a r k o v 链的容量估算方法能够综合考虑业务和信道的因素，且按照时隙描述系统行为，符合分组域的 行为特性。但由于其仅考虑基站处的共享缓冲区，无法对单个用户和混合业务进行区分，故无法考虑调度 算法对系统容量的影响。 相对于数学方法为了保证其估算公式闭式可解所做的大量近似和假设，仿真方法则可以更为细致地描 述3 g 分组域的系统和业务特性，从而使估算结果更为可靠。容量估算仿真方法可分为事件驱动和时间驱 动两类。事件驱动仿真基于状态的跳转来模拟系统行为i l ”。时间驱动仿真根据时间的推移来模拟系统行为， 根据仿真过程中前后场景的相关性又可以细分为：静态仿真、动态仿真和静、动态混合仿真技术。在静态 仿真器中，系统行为通过一些不相关的快照( s n 印s h o i ) 式的场景来建模“。动态仿真中前后场景之间具有一 定的相关性，从而可以将系统中的许多因素作为时间的函数分析它们的影响口”。静、动态混合仿真技术在 静态仿真的基础上引入了小段的动态仿真，从而在每个相互独立的快照式场景之后，又多了一个可用于分 析的统计相关的场景序列i i “。仿真方法能够比较精确地模拟各种系统场景，但是具有估算速度低、复杂度 高、通用性差等缺点。一般考虑了干扰模型、业务模型、调度模型和链路模型等因素的网络动态仿真往往 具有相当的复杂度1 2 2 1 2 3 】1 2 4 l ，导致了估算效率的降低。 1 3 论文的主要工作及组织 论文的研究目标是针对3 g 分组域的业务特性和系统特性，研究适用于3 g 分组域混合业务容量估算 的方法。主要研究工作包括：总结传统的无线网络容量估算原理，分析各种典型容量估算方法的优缺点； 探讨适用于3 g 分组域混合业务容量估算方法的基本原理，研究出一种能够较为精确地估算3 g 分组域混 合业务容量的计算方法；最后，应用所提方法，对承载混合业务的h s d p a 系统进行容量估算，验证方法 的可行性和可靠性。 全文共分为七章。 第1 章针对蜂窝移动通信系统的发展现状及其无线网络容量的估算研究现状加以介绍，从而引出本文 的研究背景。 第2 章介绍高速无线f 行分组接入( h s d p a ) 系统的性能目标、系统配置及采用的关键技术。并给出所 提h s d p a 混合分组业务无线网络容量估算方法的总体描述及估算步骤。 第3 章介绍所提容量估算方法的系统级估算模型及其实现原理，包括干扰模型、业务模型和调度模型。 第4 章介绍所提容量估算方法的链路级估算模型及其实现原理，包括a m c 模型和h a r q 模型。 4 第l 章绪论 第5 章应用所提方法，分别对承载w w w 和v o l p 混合业务的h s d p a 系统下的链路容量、单业务容 量和混合业务容量进行估算，并将估算结果与相同场景下解析方法的估算结果进行比对，验证该方法的可 行性和可靠性。 第6 章总结全文，并针对无线网络的发展趋势，提出一些可以进一步研究的问题。 第2 章h s d p a 系统及其容量估算 第2 章h s d p a 系统及其容量估算 高速无线链路包括h s d p a 、h s u p a 、c d m a 2 0 0 0l xe v - d o 、e v o d v 、b e y o n d3 g 、e v o l v e du t r a 等。 本文着重研究h s d p a ，其性能目标包括高吞吐量、低延时及高峰值速率。为了达到提高下行分组数据速 率和减少时延的目的，h s d p a 主要采用了a m c 、h - a r q 、f c s 、m i m o 、o f d m 、快速n o d eb 调度等技 术”。本章简要介绍了h s d p a 系统的性能目标、协议结构及其所采用的关键技术，并给出了所提h s d p a 混合分组业务无线网络容量估算方法的总体描述及估算步骤。 2 1 性能要求 评估h s d p a 各项技术的性能要求包括： 1 、研究的重点应关注于流媒体业务( s t r e a m i n gs e r v i c e ) 、互动业务( i n t e r a c t i v es e r v i c e ) 和后台业务 ( b a c k g r o u n ds e r v i c e ) 。值得注意的是系统可能无法同时最优化所有类型业务的性能。 2 、系统性能的提升必须伴随着业务延时的降低。 3 、城区环境和室内配置应给予高的优先级。但是所有的技术不局限于上述环境。 4 、采用的技术应能够优化城区环境的传输速度，同时能够应用于其他环境。在高速场景下能够支持 移动性。但是最优化应用于低速及中速场景。 5 、技术的特征能够描述重要的增益。 6 、保证对使用者可以接受的成本。 7 、与高效天线和接收技术兼容。 8 、从协议和硬件两个层面考虑r e l e a s e 9 9 网络 9 、选择采用的技术必须考虑用户设备( u s e re q u i e p m e n t , u e ) 的时间和存储空间要求。 l o 、对于给定的系统性能，u e 复杂度能够最小化。 1 1 、采用的新技术和结构的理念应该是演进和增强而不是革命。 2 2 协议结构 在w c d m a r 5 中引入h s d p a 后，u t r a n 部分的结构基本不变，在n o d e b 新增了m a c h s 功能块， 并在物理层引入三种新的信道：h s - d s c h ( h i g hs p e e dd o e n l i n ks h a r e dc h a n n e l ) 、h s s c c h ( h i g hs p e e d s h a r e dc o n t r o lc h a n n e l ) 及h s - d p c c h ( h i