（通信与信息系统专业论文）hsdpa系统呼叫准入控制机制的研究.pdf

摘要 摘要 呼叫准入控制( c a l la d m i s s i o nc o n t r 0 1 ) 是第三代移动通信系统( 如w c d m a ) 无线资源管理技术的一个重要方面，有效的准入控制方法可以在保证系统稳定的 前提下，提高系统资源利用率，最大限度保证用户业务所需的业务质量。 高速下行链路分组接入( h i 曲s p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s ) 系统建立在 w c d m a 基础上，使用了诸如自适应调制与编码( a m c ) 、混合自动重传请求 ( h a r q ) 、快速小区选择( f c s ) 等技术，引入了高速下行链路共享信道 ( h s d s c h ) 、高速共享控制信道( h s s c c h ) 等逻辑信道及相关物理信道。在 协议结构上也有所改进。 针对这些改变，应用于w c d m a 的传统呼叫准入控制方法不再适用于h s d p a 的呼叫请求准入过程。本文在传统呼叫准入控制的基础上，结合h s d p a 特点， 提出了一种应用于h s d p ah s d s c h 的呼叫准入控制方法，同时使用信道负荷 门限和功率资源门限对用户呼叫进行准入判决。仿真结果表明该方法可以保证系 统的吞吐量，并有效的降低用户的呼损率( c a l lb l o c k i n g p r o b a b i l i t y ) 。 本文结构如下： 第一章简单介绍了无线资源管理和h s d p a 的基本概念，以及全文的安排： 第二章对w c d m a 传统呼叫准入控制机铝4 进行了简单分析； 第三章详细介绍了h s d p a 系统，并结合其特点提出适用于h s d p a 的呼叫准 入控制机制； 第四章介绍了为验证算法性能建立的系统仿真平台，包括三层仿真模型的建 模，仿真中采用的消息结构以及消息处理流程等，并对仿真结果进行了简要分析； 第五章对本课题所做的工作进行总结，并提出需迸一步研究的内容。 关键词：呼叫准入控制，高速下行链路分组接入，业务质量，算法仿真，呼损率 a b s t r a c t a b s t r a c t a so n eo ft h es t r a t e g i e so fr a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t ( r r m ) ，c a l l a d m i s s i o nc o n t r o l ( c a c ) p l a y sa ni m p o r t a n tp a r ti n3 g - t e l e c o m m u n i c a t i o n s y s t e m ( w c d m ae t c 。) 。p r o p e rc a c s c h e m e sc a nt a k ee f f e c t i v ea n de f f i c i e n t u s eo fs y s t e mr e s o u r c e ，g u a r a n t e et h eq u a l i t yo fs e r v i c e ( q o s ) f o ru s e r s e r v i c e s ，w h i l ee n s u r i n gt h es t a b i l i t yo fs y s t e m 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 ) i sa ne v o l u t i o nv e r s i o no f w c d m a t h et e c h n i q u e se m p l o y e di n c l u d ea d a p t i v em o d u l a t i o na n d c o d i n g ( a m c ) ，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 ( h - a r q ) ，f a s t c e l l s e l e c t i o n ( f c s ) a n ds oo i l n e wl o g i c a lc h a n n e l ss u c ha sh i g hs p e e d d o w n l i n ks h a r e dc h a n n e l ( h s d s c h ) a n dh 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 ( h s s c c r t ) a r ei n t r o d u c e d ，s oa r es e v e r a lc o r r e s p o n d i n gp h y s i c a l c h a n n e l s t h ep r o t o c o la r c h i t e c t u r ei sa l s ou p d a t e d a c c o r d i n g l y ，t r a d i t i o n a lc a ca l g o r i t h m st h a ta r ee m p l o y e di nw c d m a a r en ol o n g e rs u i t a b l ef o rh s d p a c o n s i d e r i n gt h ec h a r a c t e r i s t i co fh s d p a ， t h i sa r t i c l ep r o p o s e sac a cs c h e m ec a r r i e do nh s d p ah s d s c h w h i c h u s e sb o t hac h a n n e ll o a dt h r e s h o l da n dap o w e rt h r e s h o l dt od e c i d ew h e t h e ra c a l lr e q u e s ti sa d m i t t e db ys y s t e mo rn o t s 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 i s s c h e m ei se f f e c t i v ei nd e c r e a s i n gc a l l - b l o c k i n gp r o b a b i l i t yw h i l em a i n t a i n i n g s y s t e mt h r o u g h p u tr a t e t h er e m a i n d e ro ft h i sp a p e ri so r g a n i z e da sf o l l o w s ： c h a p t e rle x p l a i n sr r m a n dh s d p a c o n c e p t i o n sb r i e f l y ，i n t r o d u c e st h e s t r u c t u r eo ft h i sa r t i c l ei nt h ee n d t r a d i t i o n a lc a c s c h e m e so fw c d m aa r e p r e s e n t e di nc h a p t e r2 ，c h a p t e r3d e p i c t sh s d p a i nd e t a i l ，a n dp r o p o s e sa c a cm e t h o df o rh s d p as u b s e q u e n t l y c h a p t e r4d e s c r i b e st h es y s t e m s i m u l a t i o np l a t f o r m ，w h i c hi n c l u d e st h r e el a y e ra r c h i t e c t u r e s ，m e s s a g e p r o c e s s i n gp r o c e d u r e sa n ds oo n s i m u l a t i o nr e s u l t sa r ee v a l u a t e df i n a l l y t h er e s e a r c hw o r ki ss u m m a r i z e di nc h a p t e r5a n df u r t h e rt a r g e t sa r e d i s c u s s e d k e y w o r d s ：c a c ，h s d p a ，q o s ，s y s t e ml e v e l s i m u l a t i o n ，c a l lb l o c k i n g p r o b a b i l i t y n 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。 签名： 关于学位论文使用授权的说明 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。 签名： 筐l i ) 傍 导师签名： h s d p a 系统呼叫准八挖制机制韵研究 第一章序论 第三代( 3 g ) 移动通信系统w c d m a 除了传统语音业务外，还能够为用户 提供多种高速多媒体数据业务。这些数据业务以分组( p a c k e t ) 的形式共享有限 的系统资源。因此，如何有效的利用系统资源，保证各用户的业务质量( q u a l i t y o fs e r v i c e ) 成为关键的问题之一。无线资源管理( r a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t ) 使用多种技术对系统无线资源进行管理和分配，在保证各业务q o s 的同时，优 化空中接口的频谱效率。h s d p a 作为w c d m a 的演进版本，可以为用户提供高 达1 0 m b s 的数据传输速率。本章简单介绍了无线资源管理的主要技术和h s d p a 系统的主要特点，最后介绍了全文的内容安排。 1 1 无线资源管理的主要技术 无线资源管理的主要任务是对有限的无线资源进行管理和分配，为网络内的 无线用户提供所需的q o s 保证，尽可能的提高无线频谱效率，防止系统拥塞。 无线资源管理使用的技术主要包括：功率控制、信道分配、调度技术、切换技术、 呼叫准入控制和拥塞控制等。 1 功率控制：c d m a 系统是干扰受限系统，即干扰的大小直接影响系统容 量。这种干扰主要包括用户间的不相关性所产生的多址干扰，由于近地 强信号抑制远地弱信号所产生的远近效应干扰，以及电波传输中遇到建 筑物阻挡产生的“角效应”。解决这个问题的有效方法就是功率控制。 在不影响通信质量的情况下，尽量减少发射信号功率，可以提高信道容 量。功率控制的主要准则包括：功率平衡准则和信号干扰比平衡准则。 主要控制方法可以分为：反向功控与向功控，集中式功控与分布式功控， 开环功控与闭环功控等： 。 2 信道分配：随着用户密度的增加，信道分配对网络容量直接起着至关重 要的作用。目前信道分配主要有三种方式：固定信道分配( f c a ) 、动 态信道分配( d c a ) 和随机信道分配( r c a ) ； 3 调度技术：c d m a 通信系统中存在大量非实时的分组数据业务。分组调 度的功能是在分组用户之间按照一定的规则共享空中接口资源，兼顾用 户的q o s 需求和公平性： 4 切换技术：切换技术是指移动用户终端在通话过程中从一个基站覆盖区 移动到另一个基站覆盖区或者脱离一个移动交换中心( m s c ) 的服务区 进入另一个m s c 服务区内，以维持移动用户通话不中断。有效的切换 东南大学硕士学位论文 算法可以提高蜂窝移动通信系统的容量和q o s 。切换技术一般分为硬切 换、软切换、更软切换、频率间切换和系统间切换等； 5 呼叫准入控制和拥塞控制：在c d m a 中，每个新呼叫的产生都会对已 有呼叫产生干扰，从而影响整个系统的容量和其它呼叫的质量。3 g 移 动通信系统不仅要求支持语音业务，还要支持高速数据业务，因此呼叫 准入控制显得尤为重要。般来说，呼叫准入控制过程在上、下行链路 判断新呼叫产生的负荷对已有系统负荷的影响，以决定是否允许新呼叫 的接入请求。这些负荷标准通常包括等效带宽、吞吐量、容量、功率等。 拥塞控制用来处理峰值干扰的情况，此时系统处于拥塞状态，q o s 由于 系统的动态特性而受到破坏。拥塞控制分为三个步骤： 拥塞检测：使用某些标准来判断系统是否处于拥塞状态； 拥塞解决：若系统处于拥塞状态，则执行一系列规则使系统脱离拥 塞状态； 拥塞恢复：用于在引起拥塞前恢复不同移动终端的传输容量。 另外，拥塞控制也是呼叫准入控制策略通常考虑的一个方面，因此常将 两者结合在一起。 1 2h s d p a 系统主要特点 高速下行链路分组接入( h s d p a ) 是3 g p pw c d m a ，【7 t r a f d d 标准r 5 版本中提出的新概念。为了更好的支持复杂网络和多媒体业务，h s d p a 的目标 主要是提高用户峰值数据速率、业务质量( q o s ) 以及下行链路非对称分组数据 业务的谱效率。为了实现这些目标，h s d p a 使用了更短的、固定的分组传输时 间间隔( t 1 1 ) 、快速复杂的信道控制机制，自适应调制与编码( a m c ) 、混合 a r q ( h y b r i da r q ) 以及快速小区选择( f c s ) 等技术。为了在每个1 1 中进行 高速调度并更好的适应空中接口负载的瞬时变化，与h s d p a 相关的m a c 层功 能被移至n o d e b 中。h s d p a 有助于使峰值数据速率超过2 m b s ( 理论上是 l o m b ，s ) 。根据不同的无线环境和业务提供策略，小区的吞吐量可以比以往提高 5 0 1 0 0 甚至更高。 在w c d m a u t r ar 9 9 版本中，不同类型的业务通过不同类型的下行链路 无线承载进行有效传输。前向接入信道( f a c h ) 是一个提供低延时的共享信道。 但它不提供快速闭环功率控制，所以谱效率较低，只能传输较小的数据量。专用 信道( d c h ) 是w c d m a u t r a 中的基本无线信道，支持所有业务类型。数据 速率可以由可变扩频因子( v s f ) 控制，而误块率( b l e r ) 由内环和外环功率 控制机制控制。但是，由于重新配置信道的过程比较缓慢，d c h 对突发高速数 2 h s d p a 系统呼叫准入控制机制的研究 据业务的处理能力和硬件效率都受到限制，信道利用率较低。下行链路共享信道 ( d s c h ) 为多个不同用户提供了时间上的多路通道，相对于d c h ，d s c h 可以 提供更快的信道配置和分组调度过程。d s c h 在处理突发高速数据业务上比 d c h 效率更高。 h s d p a 可以看作是对d s c h 的进一步提高，其无线承载被称为高速d s c h ( h s d s c h ) 。h s d p a 提供了若干自适应和控制机制，提高了峰值速率、频谱 效率以及对于下行链路非对称突发分组数据的控制。 h s d s c h 和d s c h 的主要区别如表1 1 所示。在h s d s c h 中，可变扩频 因子( v s f ) 和快速功率控制被a m c 、更小的分组尺寸、高阶调制编码操作和 快速l 1 混合a r q ( h a r q ) 所取代。虽然更为复杂，但由于消除了内在的功率 控制开销，用快速a m c 取代快速功率控制可以产生功率效率增益。另外，扩频 因子被固定为1 6 ，兼顾了复杂度和数据速率。为了提高链路自适应能力和a m c 效率，分组持续时间从1 0 ( 或2 0 ) n t s 减小到2 m s 的固定长度。为了在链路控制 中达到低延时，更快的适应空中接口的动态变化，h s - d s c h 的m a c 层功能从 r n c 移至n o d e b 中。这种结构上的改变是值得注意的，因为这会给n o d e b 带来 硬件和软件上的显著改变。另外，h s d s c h 仅支持硬切换。 特性d s c hh s d s c h 可变扩频因子( v s f ) ( 4 - 2 5 6 )x ( 1 6 ) 快速功率控制 x 自适应调制与编码( a m c ) 快速物理层h a r q 多重编码操作 4 ( 被扩展的) 传输时间间隔( t t i ) 1 0 或2 0 i i l s2m s m a c 的位置 r n cn o d e b 1 2 1 调制编码选项 表1 1h s - d s c i t 和d s c h 的主要区别 为了替代快速功率控制和v s f 的功能，h s d p a 的调制编码部分必须根据用 户设备( u s e re q u i p m e n t ) 遇到的信道质量变化情况覆盖较大的动态范围。自适 应的方法通过不同的编码速率、调制机制以及多重编码的数量等实现。h q d s c h ， 的编码机制建立在r 9 91 3 速率t u r b o 码基础上。为了达到较高的峰值数据速率， h s d p a 在q p s k 的基础上还加入了1 6 q a m 和6 4 q a m 。 东南大学硕士学位论文 1 2 2 物理层( l a y e r1 ) 重传技术 h s d p a 使用的h a r q 协议是“停止与等待( s a w ) ”协议。在s a w 中，发 送端一直发送当前块直到它被u e 成功接收。为了避免等待确认的时间，发送端 为u e 准备了n 个并行s a w - a r q 进程，这样在不同的1 中就可以传输不同 的进程。l ih a r q 的控制实体位于m a c i l s 中，这样未被确认的分组数据存储 以及重发就不会牵涉到r n c ，避免了l u b 信令，使得重发造成的延时比传统r n c 重发小很多。即使对于延时敏感的业务如数据流业务，h s d p a 的重发机制也可 以降低延时抖动，提高频谱效率。 h s d p a 支持简单合并( c h a s ec o m b i n i n g ) 重传和增量冗余( i n c r e m e n t a l r e d u n d a n c y ) 重传机制。c c 机制的基本思想是发送个与被检测为错误接收的 数据分组完全相同的分组，将各个复本信嗓比( s n r ) 进行加权，并在解码前将 其合并。而在i r 机制中，如果某次解码尝试失败，则在原来分组数掘基础上添 加额外的冗余信息。 1 2 3 快速小区选择 u e 检测它和所有可能与之通信的n o d c b 问的信道条件，并将若干具有较好 传输条件的n o d e b 组成所谓的“活动小区集”( a c t i v es e t ) 。这样，u e 总是从活 动小区集中选取为其服务的n o d e b ，不仅可以提高切换成功的可能性，而且也能 保证较高的数据传输速率。 1 2 4 信道结构和协议框架的改变 h s d p a 增加了以下逻辑信道 高速下行链路共享信道( h i g hs p e e dd o w n l i n ks h a r e dc h a n n e l ) ：用于数 据传输； 高速共享控制信道( h i i g hs p e e ds h a r e dc o n t r o lc h a n n e l ) ：用于向u e 提 供时序和编码信息： 以及相关的物理信道： 高速下行链路共享物理信道( h i g hs p e e dp h y s i c a ld o w n l i n ks h a r e d c h a n n e l ) ：对应新增逻辑信道的传输机制： 高速专用物理控制信道( h i g hs p e e dd e d i c a t e dp h y s i c a l c o n t r o l c h a n n e l ) ：用于传输分组确认信令和信道质量指标的上行链路信道。 同时，h s d p a 在协议结构上也有所改进，在n o d e b 端和u e 端分别增加了 相应的m a c h s 实体，高速调度功能也从r n c 转移至n o d e b ，这些都对n o d e b 提出了新的要求。关于这些改进的详细介绍请参见后续章节。 4 h s d p a 系统呼叫准入j 宅制机制的研究 1 3 课题任务 呼叫准入控制在无线资源管理中扮演着极为重要的角色。准入控制在系统负 载很大的情况下拒绝试图接入系统的业务请求，目标是保证系统的稳定和高容 量。一方面，如果不使用准入控制机制，新的呼叫就会严重降低新用户和已有用 户的q o s 性能；另一方面，过于严格的准入控制则会增加呼叫阻塞和切换失败 的可能性，使业务等级恶化。 h s d p a 建立在w c d m a 的基础上，使用了多种新技术，在协议结构上也有 较大改变。因此，传统的呼叫准入控制方法必然要根据h s d p a 的特点加以改进。 课题研究的对象即为承载在h s d s c h 上的高速分组数据业务呼叫准入控制过 程，在结合h s d p a 特点的基础上，对一种用于h s d p a 的呼口q 准入控制机制进 行了探讨。最后利用o p n e t 软件搭建h s d p a 平台，通过仿真考察系统特性及 算法性能。 1 4 全文结构 本文其它内容安排如下； ， 第二章说明了w c d m a 传统呼叫准入控制机制的分类并通过实例进行了简 单分析： 第三章详细介绍了h s d p a 系统，结合其特点提出适用于h s d p a 的呼叫准 入控制机制； 第四章介绍了利用o p n e t 搭建的h s d p a 系统仿真平台，包括三层仿真模 型的建模，仿真中采用的消息结构以及消息处理流程等，并对仿真结果进行了简 要分析； 第五章对课题工作进行总结，并提出需要进一步研究的方向和内容。 东南大学硕士学位论文 第二章w c d m a 呼叫准入控制机制 本章首先根据判决方法的不同，简单介绍了当前传统w c d m a 呼叫准入控 制机制的基本策略，并结合若干代表性文献进行了说明。最后对这些传统准入控 制机制进行了简要分析，说明了这些准入控制方法在h s d p a 系统中可能存在的 问题和不足。 2 1w c d m a 呼叫准入控制算法的分类 目前，w c d m a 呼叫准入控制算法可大致分为基于功率的呼叫准入控制算 法和基于吞吐量的呼叫准入控制算法。在w c d m a 系统中，呼叫准入控制可分 别在上行链路和下行链路进行。 2 , 1 1 基于功率的呼叫准入控制算法 1 上行链路基于干扰功率的呼叫准入控制算法 文献 1 1 1 2 1 1 3 】给出了w c d m a 上行链路基于干扰功率的呼叫准入控制算法。算 法采用的准入判决策略为：若新用户接入系统时导致的总干扰功率低于基站最大 可接受干扰功率门限，就允许该用户接入系统。该判决准则可表示为： 又j “+ 气m | 又i 鲁。l 其中，& ，。为基站上行链路总干扰功率，只一，。为基站最大可接受干扰功 率门限值，其值由网络规划确定；& 。为由于新用户接入而增加的干扰功率 由于最。可由基站端直接测量获得，因此算法的主要任务就是估算干扰功率 屹。 2 下行链路基于基站发射功率的呼叫准入控制算法 文献【4 】【5 】1 6 】| 7 l 给出了w c d m a 下行链路基于基站发射功率的呼叫准入控制算 法。算法采用的准入判决策略为：若新用户接入导致的基站发射功率增加值与当 前基站发射功率值之和小于基站发射功率门限，就允许新用户接入系统，该判决 准则表示为： p l 。稍+ p l m n 诎柑 其中，圪，。为新用户接入前基站的总发射功率，圪。为新用户接入产生 h s d p a 系统呼叫准入挣制机制的研究 的发射功率增量，最。为基站总发射功率f - l 拜t 值。由于。可在基站端直 接获得，圪。由网络规划设置，因此算法的主要任务是估算由于新呼叫接入而 产生的发射功率增量。 2 1 2 基于吞吐量的呼叫准入控制算法 1 上行链路基于吞吐量的呼叫准入控制算法 文献f 8 】f 9 】提出了基于吞吐量的w c d m a 上行呼叫准入控制算法，算法采用的 准入判决策略为：若新用户接入系统导致的负载因子增量与当前负载因子之和低 于负载因子门限，就允许新用户接入。该判决准则可表示为： r l u l + a r u l 一m _ 其中，刁如为上行链路负载因子，叩乩为新用户的接入导致的负载因子增量， r u ln 。为上行链路负载因子门限值。文中分别给出了i l u l 币i 仉m 的计算方法， 如下所示： l _ ( 1 “) 善t2 ( “) 善i 壶二 ，2 ij 3 l l 一 t e h 1 0 i r j y i = - 亍_ 1 r 1 + 瓦焉丽 其中，为本小区用户数，w 为系统带宽；工，为用户，的负载因子，r ，为 用户，的比特率，y 为用户，的话音激活系数，f 为其他小区与本小区的干扰比。 该算法在进行准入控制时的主要任务是计算上行链路负载因子以及新用户接入 产生的负载因子增量值。 2 下行链路基于吞吐量的呼叫准入控制算法 文献1 1o 】提出了基于吞吐量的w c d m a 下行呼叫准入控制算法，算法采用的 准入判决策略为：若新呼叫接入导致的下行链路负载因子增量与系统当前负载因 子之和低于负载因子门限，就允许新呼叫的接入。该判决准则可表示为： 町d l + ，7 m 瑁皿曲船 删 其中，为下行链路负载因子，为由于新用户的接入而导致的下行链 7 东南大学硕士学位论文 路负载因子增量，一。为系统负载因子门限值。文中分别给出了玎d ，和a q m 的计算方法，如下所示： 娶：羔j f f i lb 毕m 面相 叩。= r 华【( 1 一云) + _ 】 其中，w 为系统带宽，如。为小区允许的最大吞吐量，r ，为用户j 的比特率， 为用户，的话音激活系数，口为小区间的平均正交性，i 为其他小区与本小区 的下行链路平均干扰功率比。该算法在进行准入控制时的主要任务是估算；。 2 2 传统w c d m a 呼叫准入控制方法 本方法。 2 2 1 基于d c h 、d s c h 业务负载的准入控制算法 1 下行链路容量 在下行链路，用户k 从基站i 获得的信号干扰比( s i r ) 定义为 k ，= 砥j 誊耘万 其中，只是基站i 的总输出功率，e ，是基站i 到用户k 的输出功率，g 是 基站i 和用户k 间的信道增益，h 是正交化因子a 另外，妒瓯。是小区内干扰， 弓& 。是小区间干扰，叩是用户k 经历的背景噪声功率。可以看到， 弛p 警 其中，名，= ， 用户k 利用专用信道( d c h ) 从基站i 得到输出功率只j ，那么可以分配给 3 h s d p a 系统呼叫准入挣制机制的研究 下行链路共享信道( d s c h ) 的基站i 输出功率为 。，= c 一只， 假设所有用户所需的s i r 为y 且信号与小区内干扰比可以忽略，那么， ，= 只 l 仍y ( 1 + 厂) 其中厂= 争。假设在d c h 使用所需的功率后，d s c h 使用剩下的功率，那么 d s c h 的平均吞畦量即为 r 一= 万w 1 - m 盯h y o + i ) 其中w 是带宽，口是所需的比特能量一噪声密度。 图2 1 是假设接近小区边缘( f = 1 7 8 ) 时，d c h 用户数量和d s c h 吞吐量 的关系。如果要使系统容量最大，则需要在d c h 和d s c h 问有充足的无线资源 共享。 肘 图2 1d c h 用户数量和d s c h 数据速率的关系 2 呼叫准入控制 由于基站端功率水平的波动，基于瞬时参数的呼叫准入控制会造成容量损失 和q o s 的降低。因此，使用在时段t 内的平均功率值参量。假设d c h 和d s c h 分别用于实时电路业务和非实时分组业务，且d c h 呼叫的优先级高于d s c h 呼 叫。 d c h 准入标准 d c h 业务的负载定义为基站端的输出功率。d c h 用户准入的标准为： p o c + p e - p t h 其中，删是时间t 上的平均输出率，是服务于新呼叫所需的输出功率， 9 东南大学硕十学位论文 易，是d c h 输出功率门限值。如果d c h 总输出功率比基站最大输出功率大，那 么d c h 呼叫的q o s 将无法得到保证。根据基站最大输出功率得： 岛= 知名。 其中加小于1 。 在谚。相对较大的情况下，阻塞概率会变小，但d c h 用户的损耗概率会变 大，d s c h 用户的吞吐量会变小。另方面，若庐嫡相对较小，那么阻塞概率会 变大，但d c h 用户的损耗概率会变小，d s c h 用户的吞吐量变大。 d s c h 准入标准 d s c h 业务的负载定义为基站端的队列大小。d s c h 用户的准入标准为： qd s c h q t h 其中q 。铆是时段t 上的平均队列大小，q 是基站队列大小的门限值。如果 d s c h 的吞吐量或分组到达率相对较小，则q 。较小。 呼叫准入控制算法流程图如图2 2 所示。 图2 2 基于d c h 、d s c h 业务负载的呼叫准入控制算法 0 h s d p a 系统呼叫准入控制机制的研究 2 2 2 基于功率和延时标准的w c d m a 准入控制算法1 1 2 l 无线网络控制器( r n c ) 为每个用户保留一个队列。控制器以分组的形式接 收实时和非实时业务数据。分组被分为较小的传输块并放入如图2 3 所示的队列 中。传输块的大小固定，可以在一个时间帧中传输。在发送前，每个传输块分别 以相应的编码速率编码。 图2 3 分组被分成传输块并放入队列 1 准入控制算法描述 在分组模式中，基站的输出功率水平变化很快，分组数据是突发性的，因此 基于瞬时参数的准入控制会造成容量损失和业务等级的降低。本节所述的准入控 制基于平均功率水平和平均业务负载而不是瞬时值。它可以归结为无线网络控制 器管理用户对无线资源的访问。 l 。一一一 h m l d a d lk m 斌枷- _ - nm e _ i 图2 4 队列被存放在r n c 中用于摹站存储新 的呼叫和切换请求 新呼叫和切换都必须符合准入控制准则，且切换具有较高的优先级，这样就 会减少切换失败。如图2 4 所示。鼢托在每个基站中为每个业务类型保留了两个 f i f o 队列：一个用于新的呼叫，一个用于切换。对于n 个业务类型和m 个基站， 一茸 东南大学硕士学位论文 需要2 h m 个队列。一旦呼叫到达，它们就被放入各自的队列中。相同队列中 的呼叫利用f i f o 机制处理。高等级用户具有较高的优先级。 若在最大队列时间内没有被获准，呼叫就终结。注意到，一个等待准入的高 等级用户的优先级不会高于一个已被系统准入的低等级用户。类型k 的用户在下 列条件满足的时候被获准进入小区_ ，： p o w e r ：c ( t ) 系统功率拥塞门限) ) 当前小区状态为拥塞状态。否则当前小区状态为不拥塞状态。 5 、i f ( ( 上一次拥塞监测时处于拥塞状态) 且( 当前为拥塞状态) ) ，则小区被阻塞，拒绝所 有的呼叫请求，且标记小区为拥塞状态； 6 、更新链表r n c _ e n a b l ec a c _ i i s t 和c e l l _ l a t e s t _ c o n g _ s t a t u sl i s t 信息 h s d p a 系统辞叫准入控制机制的研究 3 c o n g e s t l 0 nr e s o l v e 状态： i 、根据n o d e bi d 分别在链表r n c _ s y s t e m _ l o a d _ l i s t 和r n cs y s t e mp o w e rl i s t 中获取该小 区现有的负荷情况和功率；在链表c e l | l a t e s tc o n g _ s t a t u si i s t 中得到小区的拥塞状态； 2 、i f ( 小区处于拥塞状态) 1 降低各用户的激活因子，计算负荷大小，直到负荷值低于系统负荷拥塞门限； 2 降低各用户的功率，直到功率值低于系统功率拥塞门限； 3 更新链表r n cs y s t e ml o a dl i s t 和r n c _ s y s t e m _ j 9 0 w e rl i s t 记录； 4 更新链表c e l ll a t e s tc o n gs t a l i s 记录，表明小区已不被阻塞。_1 i s t 4 c o n g e s t i o nr e c o v e r 状态： 对每个小区： 获取小区拥塞状态。 i f ( ( 小区在上一次拥塞监测时处于拥塞状态) 且( 拥塞已被解决) ) t l ，根据n o d e bi d 分别在链表r n cs y s m ml o a dl i s t 和r n c _ s y s t e mp o w e r _ l i s t 中获取该小 区当前的负荷情况和功率； 2 、根据n o d e bi d 在链表r n ca d m i t t e du el i s t 中找到处于该n o d e 服务下的u e ，获得其 m c s 等级以及所需的功率大小： 3 、根据u ei d 在链表r n cu es n rl i s t 中获取该u e 与其服务基站间的s n r 值，计算所 需的负荷值； 4 、将重新计算的负荷值与功率值分别与系统负荷拥塞门限和系统功率拥塞门限进行比较， 如果都在门限之下，则更新r n c _ s y s t e ml o a dl i s t 和r n c _ s y s t e m _ p o w e rl i s t 记录如果在 门限之上，则在r n ca d m i t t e du el i s t 中查找处于该n 0 d c b 服务下的下一个u e ，转入3 处理，直到超出门限值或所有的u e 都已被处理过。 需要注意的是，链表r n cl i es n rl i s t 中的记录是按照s i r 值的降序排列的，这样， 在进行拥塞恢复时，系统是优先恢复s i r 值较高，即信道条件较好的用户。再恢复s i r 值 较低，郾信道条件较差的用户。 4 2 3 2u e 进程模型 4 2 3 2 1u e 进程各状态 l i e 进程模型由i n i t 状态、w a i t 状态、i d l e 状态、h a r q l c c 状态，f c s 和s e n dr e s u l t 状态、c a l lr e q u e s t 状态、h a n d o f fr e q u e s t 状态、 h a n d o f fd e a l i n g 状态以及c a l ld e a l i n g 状态构成。如图4 1 3 所示。 1 i n i t 状态：该状态负责进程的初始化，包括设置各种参数，获取仿真中 需要用到的各种参数和统计量等； 2 w a i t 状态：进程在该状态等待中断并判断中断产生的类型。如果是来 自c p i c h 的流中断，则进入f c s 状态：如果是来自h s - p d s c h 的流中 断，则进入n a r qc c 状态；如果是来自s c c h 的流中断，则进入i d l e 东南大学硕士学位论文 状态。如果是自中断，则根据中断码类型进入c a l lr e q u e s t 状态或 h a n d o f fr e q u e s t 状态； 3 f c s 和s e n dr e s u l t 状态：该状态用于对活动小区集( a c t i v es e t ) 记 录进行更新。u e 在接收到各n o d e b 导频信号后，测量并计算与各小区 n o d e b 问的s n r ，将每个n o d e b 标识及对应的s n r 值保留在链表 n o d e b _ s n rl i s t 中，将具有最大s n r 值的前三个小区保留在活动小区 集a c t i v e _ s e t 3 中。u e 始终选取活动小区集中具有最大s n r 值的小区为 服务小区。同时，根据a c t i v es e t 3 的记录，计算用于切换预留资源的权 值。权值的大小通过切换目的小区与当前服务小区s n r 的比值得到。随 后从f c s 状态转移到s e n dr e s u l t 状态。在s e n dr e s u l t 状态中， u e 将最大s n r 值及相应n o d e b 标识等信息组成 h s d p a _ u e _ c q i _ r e p o r t _ p a c k e t 分组包，通过d p c c h 发送给对应小区； 将各权值及其对应的切换目的小区组成 h s d p au ew e i g h t _ r e p o r tp 乒c k e t 分组包，通过d p d c h 发送给对应小区。 在退出该状态前，还要判断记录中最大s n r 值对应的小区是否就是u e 当前的服务小区，如果不是，则向小区发送切换请求，通过设置特定的 中断条件，使进程在返回到w a i t 状态后转移到h a n d o f fr e q u e s t 状态发送切换请求； 圈4 1 3 u e 进程模型 4 c a l lr e q u e s t 状态：该状态用于发起呼叫请求。呼叫请求的属性通 过o p n e t 核心函数及自定义中断实现。 5 i d l e 状态：如果产生来自s c c h 的数据流中断，则进入i d l e 状态。在 该状态中，进程获得流中的分组包，提取分组包的“p a c k e t _ t y p e ”域的 h s d p a 系统呼叫准入控制机制的研究 值，根据分组包的不同类型转入到c a l ld e a l i n g 以及 h a n d o f f _ d e a l i n g 状态； 6 h a r q _ c c 状态：只要产生来自h s p d s c h 的流中断，则转入该状态处 理。在该状态中，u e 接收到服务小区发送的数据包。根据分组包中的状 态信息，如m c s 等级、当前服务小区n o d e b 与u e 间的信噪比值等， 计算该数据包的错误率，判断是否要向n o d e b 请求该数据包的重发，并 将判断结果组成特定格式分组包，发送给服务小区。处理完成后返回 w a i t 状态； 7 c a l ld e a l i n g 状态：在i d l e 状态，如果接收到r n c 的新呼叫准入 判决h s d p a _ r n c _ a x i s s i o n _ p a c k e t ，就进入该状态。根据分组包中 a d m i s s i o nr e s u l t 域的缶行处理。若新呼叫被准入，则更新记录中的相 关信息，达到成功发起呼叫的目的；若用户呼叫被拒绝，则对当前状况 不进行更新，返回1 ) l ，a i t 状态； 8 h a n d o f fd e a l i n g 状态；在i d l e 状态，如果接收到r n c 的切换准 入判决h s d p ar n ch a n d o f f ，就进入该状态。根据该分组包中_packet a d m i s s i o nr e s u l t 域的值进行处理。若切换被准入，则更新记录中的相关 信息，达到成功切换的目的；若切换被拒绝，则对当前状况不进行更新， 返回w a i t 状态； 9 h a n d o f fr e q u e s t 状态：在s e n dr e s u l t 状态中，如果设置了用 户自定义的切换中断码，且进程产生了该类型的自中断，则从w a l t 状 态进入h a n d o f fr e q u e s t 状态。在该状态中，u e 组成 h s d p au eh a n d o f fr e q u e s t 格式的分组包，向小区发出切换请求，要求 更改服务小区； 移动l i e 模块中的m o b i l i t y 进程模型中的状态如图4 1 4 所示。 图4 1 4u e 端m o b i l i t y 进程模型 1 i n i t 状态：该状态对各参数以及变量进行初始化。如为u f 分配移动速 度。初始化完成后进入c h a n g ep o s 状态； 2 c h a n g ep o s 状态：每次进入该状态时，进程根据u e 移动速度以及快 衰落解相关长度，得到更新u e 的位置周期，产生更新u e 位置的自中 断，调用函数h s