（通信与信息系统专业论文）hsdpa系统分组调度算法研究.pdf

摘要 摘要 随着移动通信技术的飞速发展，移动用户数急剧增加，通信系统容量不断加大，所支持的业务 类型除了传统的语音业务外，还包括低高速数据、图像等数据业务。不同的业务具有不同的服务质 量( q o s ) 要求，如对最大分组时延、最大可接受的丢包率，最小数据速率的要求都各不相同。无线 网络设计有三大目标：一是保证各类业务的q o s 要求，二是保证用户之间的公平性，三是使系统的 资源利用率达到最大，这都需要借助于无线资源管理来完成。未来的移动通信系统以数据业务为主， 所以无线分组调度算法将成为影响系统性能和保证用户服务质量的关键所在。本文以h s d p a 系统为 背景，研究不同分组调度算法的性能特征。 本文首先总结了无线分组调度算法的概念和原理，并概述了h s d p a 系统的特点和对调度的要求， 通过对其物理层和i d a c 层的分析，给出了一种n o d eb 中h s d p a 系统设计参考方案。该方案以对现有 系统做最少改动为原则来实现h s d p a 技术，将m a c 层和物理层分在不同硬件中实现。 然后本文研究了非实时业务的调度算法，给出了一种联合公平性的载干比算法，从小区吞吐量 和用户公平性两个方面，和其它四种经典算法进行了比较。该算法可以通过一个参量来灵活调节公 平性和吞吐量之间的折衷关系。 最后本文研究了实时业务的调度算法，针对指数算法良好的时延特性但吞吐量不高的情况。我 们给出了一种改进的指数算法，它由于考虑了队列状况从而取得了良好的效果；针对速率变化的流， 本文给出了一种基于模糊控制的调度算法，它依据用户信道条件和综合的满意度为模糊变量，通过 智能化的调度方式较好地保障了用户业务流的q o s 。 关键词：无线资源管理，i t s d p a ，分组调度，轮循调度，最大载干比调度，比例公平调度，j f c i ，x - l 期i ) f ， e x p r u i e ，m - e x p ，q 0 s ，模糊控制 a b sn t a c t - _ _ - 一_ 。_ _ _ _ _ - _ _ _ 一_ _ - 一 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y ，m o b i l eu s e r sa r ei n c r e a s i n gd r a m a t i c a l l y c o m m u n i c a t i o ns y s t e mc a p a c i t yi sa l s oi n c r e a s i n g b e s i d e st h et r a d i t i o n a is p e e c hs e r v i c e ，t h ef u t u r e m o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e mc a na l s op r o v i d eo t h e rs e r v i c e s ，s u c ha sl o w h i g hr a t ed a t a , v i d e oe t c h e t e r o g e n e o u ss e r v i c e s h a v ed i f f e r e n t q u a i l t y o fs e r v i c e ( q o s ) r e q u i r e m e n t s ，f o re x a m p l e ，t h e r e q u i r e m e n t so f m a x i m u mp a c k e td e l a y , t h em a x i m u ma c c e p t a b l ep a c k e td r o pr a t e ，t h em i n i m u md a t a r a t e t h e r ea r et h r e ei s s u e sf o rw i r e l e s sn e t w o r kd e s i g n o n ei st og u a r a n t e eq o sr e q u i r e m e n t s f o r h e t e r o g e n e o u ss e r v i c e s 。a n o t h e ri st og u a r a n t e et h ef a i m e s sb e t w e e nu s e r s ，t h em i r di st om a x i m i z et h e u t i l i z a t i o no f t h ew i r e l e s sr e s o u r c e a l lo f t h e s ew i l ld e p e n do nt h er a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t ( r r m ) t h em o b i l ec o m m u n i c a t i o n ss y s t e m si nf o t u r ea r em a i n l yc o n s i s to fd a t at r a 茄c s ow i r e l e s sp a c k e t s c h e d u l i n ga l g o r i t h mw i l lb et h ek e yf a c t o rt oa f f e c ts y s t e mp e r f o r m a n c ea n dg u a r a n t e et h eo o s o f u s e r s b a s e do nh s d p as y s t e m ，t h i sp a p e ri n v e s t i g a t e st h ep e r f o r m a n c ec h a r a c t e r i s t i c so fs e v e r a ld i f f e r e n t p a c k e ts c h e d u l i n ga l g o r i t h m s f i r s t l y , t h i sp a p e rs u m m a r i z e st h ep r i n c i p l e sa n dt h ec o n c e p t s o fw i r e l e s sp a c k e ts c h e d u l i n g a l g o r i t h m s a n di tg i v e sa no v e r v i e wo ft h ec h a r a c t e r i s t i c so fh s d p a a n dt h er e q u i r e m e n to ns c h e d u l i n g t h r o u g ht h ea n a l y s i so fp h y s i c a ll a y e ra n dm a cl a y e ro fh s d p a ，w eg i v ear e f e r e n c es y s t e md e s i g n s c h e m ei nn o d eb t h i ss c h e m ea c h i e v e sh s d p at e c h n o l o g yb a s e do nt h ep r i n c i p l eo fm i n i m u m m o d i f i c a t i o no ft h ee x i s t i n gs y s t e m ，m a cl a y e ra n dp h y s i c a ll a y e ro fw h i c hw i l lb ea td i f f e r e n th a r d w a r e t oa c h i e v e s e c o n d l y , t h i sp a p e rs t u d i e st h en o n r e a l t i m es c h e d u l i n ga l g o r i t h m s w eg i v ea j o i n tf a i r n e s sa n dc i a l g o r i t h ma n dc o m p a r ew i t ho t h e rf o u rt r a d i t i o n a la l g o r i t h m si n c e l lt h r o u g h p u ta n du s e rf a i m e s s t h e a l g o r i t h mc a nf l e x i b l yc o m p r o m i s er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h r o u g h p u ta n df a i m e s st h r o u g ho n ep a r a m e t e r f i n a l l y , t h i sp a p e rs t u d i e st h er e a l - t i m es c h e d u l i n ga l g o r i t h m a st h ee x pa l g o r i t h ma c h i e v e sag o o d d e l a yp e r f o r m a n c eb u tl o wt h r o u g h p u t ，w eg i v ea ni m p r o v e de x pa l g o r i t h mc o n s i d e r i n gq u e u ec o n d i t i o n w h i c ha c h i e v e sg o o dr e s u l t sc o n s i d e r i n gq u e u ec o n d i t i o n ，c o n s i d e r i n gt h ef l u c t u a t i o no f t h ef l o wr a t e ，w e p r e s e n tas c h e d u l i n ga l g o r i t h mb a s e do nf u z z yc o n t r o lw h i c hf u z z yv a r i a b l e si sb a s e do nu s e rc h a n n e l c o n d i t i o n sa n do v e r a l ls a t i s f a c t i o n i tp e r f e c t l yg u a r a n t e e st h eq o so ff l o wt h r o u g ha ni n t e l l i g e n t s c h e d u l i n gw a y k e y w o r d s ：r a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t ，h s d p a ，p a c k e ts c h e d u l i n g ，r o u n dr o b i n ，m a xc i ，p r o p o r t i o n a l f a i r n e s s ，j f c i ，m l w d f ，e x p r u l e ，m - e x p ，q o s ，f u z z yc o n t r o l 一1 1 目录 插图目录 图卜1 ：r r m 主要算法在3 g 网络中的典型位置5 图卜2 ：r r m 各模块之间的关系和控制参数5 图2 一l 调度器的简单模型8 图2 2 ：时分调度8 图2 3 ：码分调度8 图2 4 ：无线分组调度算法的一般框架1 1 图2 5 ：服务曲线模型1 8 图3 - 1 ：h s d p a 工作过程2 6 图3 2 ：u t r a n 侧m a c 层总体架构2 7 图3 3 ：n o d eb 侧的m a c h s 实体2 8 图3 4 ：h s d p a 的协议结构( 配置m a c c s h ) 2 9 图3 5 ：h s d p a 的协议结构( 不配置m a c c s h ) 2 9 图3 6 ：协议处理流程( 用户平面，非透明模式) 3 0 图3 7 ：h s d p a 系统参考设计3 1 图3 8 ：h s d s c hf p 数据处理流程一3 1 图3 9 ：m a c - h s 处理流程3 2 图4 1 ：p s 在h s d p a 中的作用示意图3 5 图4 2 ：n o d eb 调度器工作进程示意图3 7 图4 - 3 ：p f 算法在2 c a s e 下的多用户分集增益3 8 图4 4 ：语音模型示意图3 9 图4 - 5 ：w w w 的三层业务模型4 0 图4 6 ：e m a i l 业务的o n o f f 模型4 1 图4 7 ：基于多状态的一阶m a r k o v 信道模型4 2 图4 8 ：f s m c 信道模型仿真实例4 4 图4 - 9 ：m a xc i 调度流程4 5 图4 一i 0 ：r o u n dr o b i n 调度流程。4 6 图4 - 1 1 ：用户吞吐量曲线4 8 图4 1 2 ：不同调度算法下的小区容量4 9 图5 - 1 ：用户在不同信干比下的平均吞吐量5 5 图5 2 ：用户包调度平均时延曲线5 5 图5 - 3 ：用户丢包率曲线5 6 图5 - 4 ：用户链路使用率5 6 图5 5 疋，。的隶属度函数图5 9 图5 6 ：的隶属度函数图5 9 图5 7 ：用户吞吐量的累积概率分布6 l 图5 8 ：时延的累积概率分布6 1 图5 - 9 ：丢包率的累积概率分布6 1 一v l 缩略语 3 g 3 g p p a m c a 加t a r p c m c h p i e d g e e x p - r u l e f i 删 f p g b r g p r s g s m h a r q h s d p a h s d p c c h h s - d s c h h s o p a h s s c c h l m a p m a c m a x c ，i m 1 m o m i j w d f m s c o f d m o v s f p d u p f p o p 3 p s q o s r n c r r r r c r r m s 1 r s m t p 缩略语 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 pp r o j e c t 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 d a p t i v em u t i r a t e a l l o c a t i o na n dr e t e n t i o np o r i t v c o m m o n t r a n s p o r tc h a n n e lp r i o r i t yi n d i c a t o r 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 e x p o n e n t i a lr u l e f a s tf a i r t h r o u g h p u t f r a m ep r o t o c o l g u a r a m e e db i tr a t 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 ec o m m u n i c a t i o n s h y b i r da u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t h i g 1s p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s h i 曲s p e e d d e d i c a t e dp h y s i c a lc o n t r o lc h a n n e l 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 h j g l ls p e e do f d m p a c k e t a c c e s s h i 曲s p e e ds h a r e dc o n t r o lc h a n n e l i n t e r n e tm e s s a g e a c c e s sp r o t o c o l m e d i u ma c c e s sc o n t r o l m a x i m u mc a r t i e rt oi n t e r f e r e n c er a t i o 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 d i f i e dl a r g e s tw e i g h e dd e l a yf i r s t m o b i l es e r v i c e ss w i t c h i n gc a n t e r 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 i n g o r t h o g o n a lv a r i a b l es r i r e a d i n gf a c t o r p r o t o c o ld a t au n i t p r o p o r t i o n a lf a i r n e s s p o s to 衔c ep r o t o c o l - v e r s i o n3 p a c k e ts c h e d u l i n g q u a l 时o f s e r v i c e 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 ec o n ”0 1 r a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t s i g n a lt oi n t e r f e r e n c er a t i o s i m p l em a i lt r a n s f e rp r o t o c o l v l i 第三代移动通信 第三代移动通信伙伴计划 自适应编码调制 自适应多速率 分配保持优先级 公共传输信道优先级指示 g s m 演进的增强型数据速率 指数规则 快速公平吞吐量 帧协议 确保速率 通用分组无线业务 全球移动通信系统 混合自动重传请求 高速下行分组接入 高速专用物理控制信道 高速下行共享信道 高速o f d m 分组接入 高速共享控制信道 互联网消息访问协议 媒体接入控制 最大载干比 多输入多输出 修正最大加权时延优先 移动业务交换中心 正交频分复用 正交可变长扩频码 协议数据单元 比例公平 邮局协议版本3 分组调度 服务质量 无线网络控制器 轮循 无线资源控制 无线资源管理 信千比 简单邮件传输协议 缩略语 s p l t c p t d m 1 v r l u e v o i p w c d m a s c h e d u l i n gp r i o r i t yi n d i c a t o r t r a n s p o r tc o n t r 0 1p r o t o c o l t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e t r a n s m i s s i o nt i m ei n t e r v a l u s e re q u i p m e n t v o i c eo v e ri n t e m e tp r o t o c 0 1 w i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 调度优先级指示 传输控制协议 时分复用 传输时间间隔 用户设备 i p 电话 宽带码分多址 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。 签名：盐星肇e t 期：珥! ：! z 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。 签名：盘里遣导师签名： 第1 章绪论 第1 章绪论 移动网络业务的持续增长，使得扩大网络容量和提高数据速率显得尤其重要3 g p p 在u m t s 的r e l e a s e 5 中引入了高速下行分组接入解决方案一一h s d p a ，是对现有w c d m a 系统的升级，也 是w c d m a 移动运营商开展大流量移动多媒体服务的首选技术 1 1 研究背景 高速下行分组接入( h s d b a ) 是w c d m a 和t d - s c d 姒的增强技术( 3 5 g ) ，是为了满足未来移 动数据业务发展的需求，特别是移动i n t e r n e t 业务中上下行非对称数据量的需要，在3 g p p 的r 5 版本中 增加的一项技术，它通过引入了高速下行共享信道h s - d s c h ，把功能实体置于n o d e b ，并采用自适应 调制编码( a m c ) 、混合自动重复( h a r 0 ) 和快速调度为核心的关键技术，把下行数据业务速率提高 到1 0 1 # o p s ，是3 g 网络建设后期提高下行容量和减少时延的革命性新技术。由于h s d p a 没有引入新的载 波，而只是增加了1 个信道，所以可以通过直接升级无线网络子系统软件来实习e h s d p a 功能。而且h s d p a 和3 g p pk 9 9 及r 4 都有很好的兼容，因此运营商可以在现存网络中平滑引入h s d p a 业务。 众所周知，每一项通信新技术从提出到发展，一直到实际运用，都需要大量的时间投入，消耗巨大 的工作量。相比c d m a 发展的几十年h s d p a 作为3 g 的增强技术，虽然发展时间不长，但已经能够看到它 的应用前景了。从2 0 0 1 年末，日本n ”的d o c o m o 提出用以提升w c d m a 系统性能的h s d p a 设想以来，h s d p a 一直朝着成为w c d 姒关键技术的方向发展。早在2 0 0 3 年2 月，朗讯科技贝尔实验室宣布推出全世界第1 款t u r b o 解码器芯片，用于3 g 无线数据终端，支持不断发展的高速下行分组接入h s d p a 标准。这款芯 片足以处理高达2 4 m b p s 的数据速率，几乎比目前最先进的移动网络快1 0 倍。该芯片不仅支持传输速 率在5 1 0 ) a b p s 的第一代h s d p a 系统，还可以支持未来的m i h 0 系统，其峰值数据速率高达2 0 m b p s 。 截至2 0 0 6 年3 月，全球移动用户数已超过2 2 亿，其中7 7 为g s m 用户。在全球4 2 个国家和地区的9 2 个w c d m a 网络已经商用( 爱立信为其中5 0 个运营商提供了删网络的主设备) ，用户超过5 0 0 0 万。如 果说w c 删a 作为g s m 的演进正在步入成熟期，那么h s d p a 作为w c d 姒的演进正成为业界关注的焦点。全 球范围内已经商用3 g ( w c d i a ) 和准各商用3 g ( w c d 淞) 的运营商，为了取得在3 g 的领先优势，陆续开始 了h s d p a 的商用。例如，美国移动运营商c i n g u l a r 在成功并购了a t tw i r e l e s s 之后，于2 0 0 5 年1 2 月 将h g d p a 投入商用，成为全球首个规模商用h s d p a 的运营商，其中爱立信是其主要的设各提供商和业 务集成商。 1 1 2 h s d p a 中的q o s 为提供多层次的业务，特别是考虑到基于i p 的业务，u m t s 提出了如图1 1 所示的q o s 框架i ”， 端到端的q o s 保证是通过一级一级的承载业务支撵的。从图中可以看出u m t s 承载业务由两部分组 成：无线接入承载业务( r a b ) 和核心网承载业务( c n b ) 。而r a b 又由无线承载业务( r b ) 和 i u 承载业务组成。 东南犬学硕学位论文 卜一u m t s 一 图卜1 ：i y s t s 的o o s 框架 根据这个框架u m t s 将业务分成四类：对话类( c o n v e r s a t i o n a l ) 、流媒体类( s t r e a m i n g ) 、交互 类( i n t e r a c t i v e ) 、后台类( b a c k g r o u n d ) 。这些业务类型之间的主要区别是对时延的敏感程度。对话 类业务对时延非常敏感但对差错不是很敏感，后台类业务对时延不敏感但要求无差错传送。所有这 四类业务均有最高速率限制。下表总结了这四种类型的q o s 业务。 对话类流媒体类交互类后台类 q o s 要求 ( c o n v e r s a t i o n a l ) ( s t r e a m i n g ) ( i n t e r a c t i v e ) ( b a c k g r o u n d ) 须保持信息流中 请求一一响应 后息接收端并不 各实体问的时间须保持信息流中实 模式； 希望在某段时 基本特征关系( 变化) ；体间的时间关系司内收到数据； 对话模式( 苛刻 ( 变化) 。 须保持数据的 完整性。 须保持数据的完 的低的时延)整性。 客户端( e n dc l i e n t )人 人 人设备人设备 有最高速率( m a x i m u mr a t e ) ，只有 速率要求 也有确保速率( g u a r a n t e e dr a t e ) 最高速率( m a x i m u mr a t e ) 限制 吞吐量( t h r o u g h p u t ) 实时的( r e a lt i m e ) 非实时 时延( d e l a y l 低时延对时延要求不高低时延对时延要求不高 差错( e r r o r )对差错不敏感( e r r o r t o l e r a n t ) 差错敏感 时延变化 时延抖动小不敏感 ( d e l a yv a r i a t i o n s ) 方向( d i r e c t i o n a l i t y ) 取向单向或双向双向多为单向 对称性( s y m m e t r y ) 对称 非对称( a s y m m e t r i c ) 应用举例语音通话视频流网页浏览游戏 下载e m a i l 上传 2 一 第】章绪论 这些q o s 机制提高了空中接口的效率，因为无线网络能够根据每类业务的q o s 要求来优化资源 分配。而资源分配则由无线资源管理( r r m ) 算法完成。无线资源管理的作用主要包括：确保用 户申请的服务质量；确保系统规划的覆盖；充分提高系统容量。 1 1 3 无线资源管理概述 移动通信系统无线资源管理( r r m ，r a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t ) 的目标是基于有限的无线资 源，为移动通信系统用户提供业务质量保障，其出发点是在网络业务量分布不均匀、信道特性因信 道衰弱和干扰而起伏变化等情况下，灵活分配和动态调整无线传输部分和网络的可用资源，最大程 度地提高无线频谱利用率，防止网络拥塞和保持尽可能小的信令负荷。无线资源管理的研究内容主 要包括以下几个部分：调度技术、功率控制与功率分配、信道分配、切换技术和呼叫准入控制等。 调度技术 为了有效地分配无线信道资源和提高系统q o s ，调度技术需要考虑下列准则：保证用户之间的 公平性、动态适应无线链路变化，满足特定业务的q o s 要求、提高吞吐量和信道利用率、限制功耗 和降低系统复杂度等。 在3 g 和b 3 g 移动通信系统中存在大量的非实时性的分组数据业务。不同用户有着不同的速率要 求，一个基站内所有用户速率总和往往会超过基站拥有频带所能传输的信道容量。因此需要有调度 器( s c h e d u l e r ) 在基站内根据用户q o s 要求，判断该业务的类型以便分配信道资源给不同的用户。 负载控制 无线资源管理功能的一个重要任务是确保系统不要过载，保持系统运行的稳定。如果系统规划 适当，接入控制和分组调度就能工作得很好，过载的情况就能避免。如果遇到了过载的情况，负载 控制功能让系统快速而有控制地达到目标负荷。下面是为了减少负荷而采取的必要的负荷控制措施： a ) 下行快速负载控制：拒绝由移动台发出的下行功率增加命令； b ) 上行快速负载控制：降低由上行快速功控使用的上行目标e c i o ； c ) 降低分组数据业务的吞吐量； d ) 切换到另一个载波； e ) 与相邻的系统之间的切换； f ) 减少实时业务的码速率； g ) 受控方式下的掉话。 功率控制和功率分配 在移动通信系统中，近地强信号抑制远地弱信号产生“远近效应”。系统的信道容量主要受限于 其他系统的同频干扰或系统内其他用户干扰。在不影响通信质量的情况下，进行功率控制尽量减少 发射信号的功率，可以提高信道容量和增加用户终端的电池待机时间。功率控制技术主要涉及到集 中式与分布式功率控制、开环与闭环功率控制、基于恒定接收与基于质量功率控制。 多输入多输出( m i m o ，m u l t i p l e - i n p u ta n dm u l t i # e - o u t p u t ) 技术将在3 g 和b 3 g 移动通信系统得 到应用当移动通信系统存在多个发送天线时，信号的发射功率在各天线之间的分配方式成为影响 系统性能的因素之一。发射功率的分配方式应当与功率控制结合依据信道状态进行发射功率的调配。 信道分配 在无线蜂窝移动通信系统中，信道分配技术主要有3 类：固定信道分配、动态信道分配以及随机 信道分配。 固定信道分配的优点是信道管理容易，信道间干扰易于控制；缺点是信道无法最佳化使用，频 谱信道效率低，而且各接入系统间的流量无法统一控制从而会造成频谱浪费。 动态信道分配根据不同的划分标准可以划分为不同的分配算法。通常将动态信道分配算法分为 一3 一 东南大学硕士学位论文 两类：集中式动态信道分配和分布式动态信道分配。集中式动态信道分配一般位于移动通信网络的 高层无线网络控制器( r n c ，r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r ) ，由r n c 收集基站( b s ，b a s es t a t i o n ) 和 移动站( m s 。m o b i l es t a t i o n ) 的信道分配信息；分布式动态信道分配则由本地决定信道资源的分配， 这样可以大大减少r n c 控制的复杂性，该算法需要对系统的状态有很好的了解。 随机信道分配是为减轻静态信道中较差的信道环境( 深衰落) 而随机改变呼叫的信道，因此每 信道改变的干扰可以独立考虑。 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内移动到另一个基站覆盖区内或者 脱离一个移动交换中心( m s c ，m o b i l es e r v i c e sc e n t e r ) 的服务区进入另一个m s c f l 务区内，以维持 移动用户通话不中断。它主要是以网络信息信号质量的好坏、用户的移动速度等信息作为参考来判 断是否应执行切换操作。有效的切换算法可以维持链路质量、抑制干扰、提高系统容量和改善频谱 利用率。在移动通信系统中，一个完整的切换过程大致可以分为参数测量、切换判决以及切换执行 三个阶段。 切换技术一般分为硬切换、软切换、更软切换、接力切换和系统间切换。硬切换是不同频率 的基站或扇区之间的切换。在硬切换情况下，移动台在同一时刻只占用一个无线信道，移动台必须 在一个指定时间内，先中断与原基站的联系。调谐到新的频率上，再与新基站取得联系，在切换过 程中可能会发生通信短时中断。软切换是同一频率下不同基站之间的切换。在软切换过程中，两 条链路及相对应的两个数据流在一个相对较长的时间内同时被激活，一直到进入新基站并测量到新 基站的传输质量满足指标要求后，才断开与原基站的连接。在h s d p a 系统中采用的f c s 技术实际上 就是软切换技术的改进。更软切换是c d m a 系统中移动台在扇区化小区的同一小区的不同扇区之 间进行的软切换。实际上是相同信道板上的导频之间的切换。接力切换是t d s c d m a 系统中种 基于智能天线的接力切换方式，它利用精确的定位技术，在对移动台的距离和方位进行定位的基础 上，根据移动台方位和距离作为辅助信息来判断移动台是否移动到了可进行切换的相邻基站临近区 域。如果移动台进入这个切换区，则r n c ( 无线网络控制器) 通知该基站做好切换的准备，从而实 现快速、可靠和高效切换。这样既节省信道资源、简化信令、减少系统负荷，也适应不同频率小区 之间的切换。 呼叫准入控制 呼叫准入控制( c a c ) 的作用就是在保证各业务服务质量要求( q o s ) 的前提下，尽可能多地接纳新 用户，使各业务阻塞概率、系统中断概率和服务等级等指标达到设计要求。 以语音业务为主的呼叫准入控制的内容是决定是否接受新用户呼叫。在3 ( 3 网络中，由于多媒体 业务的引入，使用软容量的概念，每个新呼叫的产生都会增加所有其他现有呼叫的干扰电平，从而 影响整个系统的容量和呼叫质量。因此以适当的方法控制接入网络的呼叫显得比较重要。 3 g 及b 3 g 移动通信系统要求支持低速话音、高速数据和视频等多媒体业务，因此呼叫准入控 制也就变得更为复杂。未来移动通信系统中呼叫准入控制的要求是：任何新的连接不应该影响覆盖 范围和现有连接的质量( 整个连接期间) 。当新连接产生时，呼叫准入控制利用来自负荷控制和功率 控制的负荷信息估计上、下行链路负荷的增加，负荷的改变依赖于流量和质量等参数，若超过上行 或下行链路的门限值，则不允许接入新的呼叫。 按实现方式，c a c 算法可以分成两大类：迭代算法和门限比较算法。迭代算法经反复测试、比较， 可得到精确的全局最优解，但耗时和计算量很大，很难适应多业务各用户不同的q o s 要求，因此在实 际系统中很少使用。门限比较算法简单易懂、速度快、实现容易，但精度没有前者高。目前。对于实 用的c a c 算法的研究，主要集中在怎样选择适当的门限，提高门限比较c a c 算法的精度上。 - 4 - 第1 章绪论 下图给出无线资源管理算法在3 g 网络中的典型位置。 图卜1 ：r 瑚主要算法在3 6 网络中的典型位置 下图从协议关系上指出r r m 各模块之间的关系以及控制参数和更新步长。 r n c 层 l o 1 0 0 0 帧 m a c 层 l 帧 p i y 层 1 时隙 图卜2 ；r p , l 各模块之间的关系和控制参数 1 2 课题工作和进展 随着3 g 系统大规模商用的日益l 瞄近，必定在很多熟点区域展开h s d p a 业务，如何确保各类业 务在h s d p a 系统中的q o s 成为关注焦点。分组调度算法作为q o s 的关键，一直是研究领域的热点， 而能够适用于h s d p a 系统的分组调度算法更是探讨的重点。因此，如何在实际的h s d p a 系统中实 现合适的分组调度算法就具有很重要的现实意义。 本论文的主要工作就是分析并建立h s d p a 系统在单小区范围内针对多用户的无线资源调度算 法的仿真平台。本文利用v i s u a lc + + 6 0 为仿真工具，对h s d p a 中的业务、f s m c 信道以及m a c - h s 模块等进行建模，将用户按其平均s i r 均匀分布在小区内，从而统计小区吞吐量、用户公平性和用 户调度时延等来判断算法的优劣。 东南大学硕士学位论文 1 3 论文内容安排 根据本论文的工作重点，将本论文的总体结构安排如f ： 第1 章：绪论。扼要介绍h s d p a 发展背景以及q o s 和无线资源管理的相关内容。 第2 章：无线分组调度算法原理。首先介绍分组调度的基本概念和设计要点，明确调度问题的 根源在于对资源的争用和分配。然后，介绍了通信领域内的调度算法，指出各算法的优缺点和前人 在无线分组调度方面的工作进展和不足。 第3 章：h s d p a 系统特点。通过对h s d p a 物理层、m a c 层展开讨论，指出快速调度对系统性 能的影响举足轻重。然后，介绍了无线接口协议和其处理流程，最后指出了一种n o d eb 中h s d p a 系统设计参考方案。 第4 章：非实时分组调度算法。首先介绍了h s d p a 中分组调度器的结构框图和实现功能，给出 了调度器所需的输入参数和调度准则，并分析了多用户分集在发挥系统性能中的作用。然后介绍了 本文中的业务模型和信道模型，并介绍了常见的几种调度算法，最后给出了j f c i 算法，对其性能进 行了仿真。 第5 章：实时分组调度算法。首先介绍了h s d p a 中实时业务调度的系统模型和业务q o s ，分 析了两种基于时延控制的调度算法，并给出的修正指数的调度算法，其在综合性能上优于另外两种 算法；然后针对动态变化的流给出了一种基于模糊控制的算法，较好地满足了用户的q o s 要求。 第6 章：全文总结。通过对论文的回顾，总结得与失，提出未来研究的改进点与重点。 作者在研究生期间还在东大通信公司从事h s d p a 仿真平台的搭建工作，并独立完成了基站扩频 调制部分的c 代码和硬件时序的设计与验证，由于篇幅有限，本文就不再涉及。 参考文献 1 3 g p p t s2 3 1 0 1 。“g e n e r a l u m t s a r c h i t e c t u r e ”i s ，h t t p ：w w w 3 9 p p o r g a p r i l1 9 9 9 2 3 g p p t s2 3 1 0 7 ，q o sc o n c e p ta n d a r c h i t e c t u r e ”【s 】，h n p ：w w w 3 9 p p o r g m a r c h2 0 0 3 3 】3 g p pt r2