（通信与信息系统专业论文）hsdpa系统的接纳控制研究.pdf

摘蔓 摘要 随着支持多媒体应用的无线通信网络广泛应用，对无线资源管理的要求进一步提高。接纳控制 技术是无线资源管理的重要功能实体，在干扰受限的码分多址无线通信系统中，优良的接纳控制策 略是系统稳定、系统容量提升以及小区覆盖范围的保证。 本文首先对接纳控制算法进行了数学分析。介绍了接纳控制研究的主要内容，概要列出了目前 接纳控制算法的分类、方法及研究进展。指出了在支持h s d p a 接入技术的网络中，研究接纳控制 的目的和意义。描述了h s d p a 系统接纳控制与传统w c d m a 系统的异同，并在此基础上介绍了 h s d p a 的系统建模。 其次，本文研究了基于吞吐量的接纳控制算法在h s d p a 系统中的应用。主要考虑在下行链路 资源受限的条件下，通过计算系统负荷因子以及新用户的负荷增量，决定该用户是否被接纳。在上 行链路和下行链路均有多业务传输的情况下，分析了在使用该算法的h s d p a 系统中，其他小区对 本小区干扰比、下行链路正交化因子等因素的变化对系统性能的影响。 最后本文着重研究了下行链路上基于功率的接纳控制算法，针对h s d p a 中实时业务和非实时 业务接纳控制的特点，分析和阐述了三种基于不同测量值的算法。在仿真中。就多种接纳门限的设 定、数据业务q o s 是否分级等对系统性能的影响进行了分析与说明。 【关键字】h s d p a 、接纳控制、功率、吞吐量。 a b s t r a c t w i t ht h ew i d eu s eo fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k ss u p p o r t i n gm u l t i m e d i aa p p l i c a t i o n s ，t h e d e m a n do i lr a d i or e s o u r c em a n a g e m e n tf u r t h e ri m p r o v e s a d m i s s i o nc o n n o lt e c h n o l o g yi sak e y f u n c t i o no fr r m i nt h ei n t e r f e r e n c el i m i t e dc d m as y s t e m ，ag o o da cs t r a t e g yc a l lp r o t e c ts y s t e m s s t a b i l i t y , e n h a n c es y s t e m sc a p a c i t ya n dg u a r a n t e es y s t e m sc o v e r a g e a tf i r s t , t h i sp a p e rg i v es o m em a t h e m a t i c a la n a l y s i sf o ra c t h e nw e i n t r o d u c em a i ni d e ao f a ca n d o u t l i n et h em a i nm e t h o d s , c l a s s i f i c a t i o n sa n dr e s e a r c hp r o g r e s so ft h ec u t r e i ra c a l g o r i t h m r e s e a r c ho f a ca l g o r i t h mi nh s d p ah a si t ss p e c i a lo b j e c t i v ea n ds i g n i f i c a n c ew h i c hi sd i f f e r e n tf r o mt h et r a d i t i o n a l c d m as y s t e m o nt h eb a s i so f h s d p ad e s c r i p t i o n , w ee s t a b l i s hah s d p as y s t e mm o d e l s e c o n d l y , t l l i sp a p e rs t u d i e st h r o n g h p u t - b a s e da ci nh s d p a i nd o w n l i n kr e s o m c e - - c o n s w a i n e d c o n d i t i o n s a c c e p t a n c eo f an e wu s e rn e e d st oc o m p u t es y s t e ml o a df a c t o ra n dt h el o a di n c r e m e n t i nc a s e t h a tb o t hu p l i n ka n dd o w n h n kh a v em u l t i s e r v i c e ，t h et h r o u g h p u t - b a s e da c a l g o r i t h mi su s e dt oa n a l y s i s t h ei n f l u e n c eo f d o w n l i n ko r t h o g o n a lf a c t o r sa n dt h er a t i oo f o t h e rc e l lt oo w ne e l li n t e r f e r e n c e a tl a s t , t h i sp a p e rs t u d i e sp o w e rb a s e da ca l g o r i t h m ，w eg i v ec h a r a c t e r i s t i c so f r e a i - t i m es e r v i c ea n d n o n - r e a l - t i m es e r v i c e ，t h e na n a l y s i sa n dd i s c u s st h r e em e a s u r e m e n tb a s e da l g o r i t h m s s e v e r a ll e v e l a d m i s s i o nt h r e s h o l da n dd i f f e r e n tq o ss e r v i c ea l eu s e di ns i m u l a t i o n k e yw o r d s h s d p aa c p o w e r t h r o u g h p u t 玎 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。 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： 杰i 墨象导师签名：e t 期：垫也 第一章绪论 第一章绪论 高速公路的修建以及维持运营的资金是由旅客或者货运客户支付的，从运营商的角度来看，保 证高速公路在不堵塞的前提下以较为拥挤的方式运营可以使得利润最大化，但是高速公路使用者的 观点则截然相反，他们希望有较为舒适的旅途和宽松的道路，即高水平的旅行质量。类似的问题在 无线通信系统中也存在，通信系统的资源总是有限的，如带宽、功率，缓存等等都是有限的，运营 商希望这些资源都被最大化利用使得收益最高，然而从用户的角度而言，考虑的最多的是通信服务 质量( q o s ) ，所以两者的想法是有一定矛盾的，解决好问题的关键就在于无线资源管理策略的好坏。 1 1w c d m a 无线资源管理概述 在无线通信中，模拟蜂窝通信系统被称为第一代移动通信系统，现在正在使用的数字系统被称 为第二代系统，如g s m 、1 s - 9 5 等，在正处于启用阶段的第三代移动通信( 3 g ) 系统标准中，w c d m a 技术已经成为了被广泛采纳的第三代空中接口，其主要技术规范由3 g p p 制定。 无线资源管理( 删是负责有效的利用移动通信系统空中接口资源的算法。目的是为了保持系 统规划的覆盖区域和提高系统容量，并确保系统的通信服务质量。w c d m a 中无线资源管理的算法 主要包括切换、功率控制、接纳控制、负荷控制和分组调度等。文献”j 中指出了无线资源管理在 w c d m a 网络中的典型位置，如下图： v 功率控制 ，快速功率控制 v 快速负载控制 7 外环功率控制 t 切换控制 v 分组调度 v 接纳控制 ，负载控制 够囤 图1 1 无线资源管理算法在w c d m a 中的位置 切换技术包括硬切换和软切换，其中软切换是码分多址( c d m a ) 系统特有的技术，有了软切换， 移动用户可以始终与信号较强的基站联系，从而使系统稳定高效运行和保持基站与用户的通信质 量。 功率控制的目的是为了使系统有更高的容量和更稳定的通信质量，该技术可以克服无线通信上 东南大学硕士学位论文 行链路中由于用户移动而产生的“远近效应”、移动台处于小区交界处时产生的“拐角效应”和由 大型建筑物引起的“阴影效应”。在w c d m a 系统中，功率控制又可以细分为开环功率控制、内环 功率控制和外环功率控制。 当系统负荷较大时，接纳控制、负荷控制和分组调度算法可以保证系统稳定工作，避免系统崩 溃和减少用户掉话。 文献1 2 1 将无线资源管理分为三个部分： 第一部分是无线资源的分配与调度，主要包括信道分配技术和分组调度技术；第二部分是面向 网络的无线资源管理，主要包括接纳控制和负载控制；第三部分是面向连接的无线资源管理，主要 包括功率控制，速率控制、切换技术和自适应技术。 1 2 接纳控制概述 决定是否允许一个新的无线用户进入网络或者是否允许处于切换状态的移动用户进入新的小 区的机制被称为接纳控制。接纳控制是无线资源管理算法中的重要一环，在w c d m a 系统呼叫流 程中的位置如下图： 图1 2 w c d m a 呼叫流程 在接纳控制的研究1 3 l 【4 】中，大部分考虑的是一般无线通信系统，而不是针对c d m a 系统的。这 些研究中一般假设小区具有固定的信道数，由于这些算法具有一定的普遍意义，其思路同样可以适 合于c d m a 系统，但c d m a 系统与频分复用( f d m a ) 系统和时分复用( t d m a ) 系统有着显著不同。 在基于f d m a 和t d m a 的系统中，一个小区中的信道不会相互干扰，且信道数是固定的。而在 c d m a 系统中，用户使用相同的频率，新用户必定加大对处于服务状态用户的干扰；c d m a 系统 的另个特征就是小区没有固定的容量，它要视相邻小区的业务量等其它因素决定。所以在新用户 呼叫请求时，不仅要考虑本小区是否有足够的资源，还要考虑接纳该用户对相邻小区的影响，故 c d m a 中接纳控制更为复杂。 w c d m a 是一个干扰受限的系统p 1 【6 l ，其系统容量不固定，服务质量与接受服务的用户数量之 间存在着矛盾。如果允许空中接口负荷无限增长，小区的覆盖面积就会减少到设计的数值以下，且 己存在连接的服务质量也无法得到保证，所以设计合理有效的用户接纳网络算法对w c d m a 系统 的稳定运行具有重要意义。 接纳控制需要在单链路服务质量和系统晟佳吞吐量之问取得一个平衡，并尽力确保在网用户服 务不中断和为新的连接请求提供最优路径，因此有效的接纳控制机制是保证网络容量和链路稳定的 关键1 7 1 1 8 1 。 2 第一章绪论 一般接纳控制所用的信息有无线网络规划设定的用户门限、信道干扰情况、下行链路的传输功 率，当前网络的负荷状况等，由于接纳控制是在无线网络控割器( r n c ) 中实现，所以一些信息需要 基站( n o d eb ) 报告给p n c l 9 l 。 1 3 接纳控制分类及主要算法 像大多数无线资源管理算法一样，接纳控制并没有被标准化，因此它是一个开放课题，在接纳 控制研究中投入的努力已经有很多，算法比较纷繁。 1 3 1 接纳控制算法分类 按照链路方向，接纳控制分为上行链路接纳控制算法与下行链路接纳控制算法1 1 0 1 ，只有新用户 或切换用户同时满足上下行的接纳控制条件时，才妓允许接入网络。需要说明的是上下行接纳控制 可以采用不同的算法。 其他的分类方法有按判决机制分，接纳控制算法可以分为单步判断算法和循环检测算法；按照 信息和决策级别划分，接纳控制算法可以划分为局部的、半局部的，全局的；按照是否自适应划分 为固定门限算法和自适应算法。按照业务情况划分可以将接入控制算法分为单业务环境下的接入控 制算法和多业务环境下的接入控制算法。当前研究的算法大都可以归为多业务环境下单步、半局部 的接纳控制策略 在传统的文献当中，基本上都认为c d m a 系统的容量是受限于上行链路的l l ”，这因为下行链 路当中的功率控制和同步技术的运用使下行链路的信号传输质量更好，干扰更小，所以在以往研究 接纳控制策略的文献中上行链路接纳控制算法的研究居多需要注意的是，这种结论建立的前提是 上下行链路业务基本对称，事实上，在移动通信快速发展的今天，多媒体业务迅速进入实际应用阶 段。大量的数据下载、基于w e b 的种种业务层出不穷，这种典型的非对称型业务已经打破了传统的 业务模型和网络模型的假设，所以下行链路接纳控制研究也越发重要。 1 3 2 主要接纳控制算法介绍 接纳控制研究在下行链路方向的热点算法有基于功率的算法1 1 3 、基于吞吐量的算法【1 5 】【“， 在上行链路方向的有基于信干比( s i r ) 的算法i ，】、基于宽带功率的算法i ”】、基于o o s 的算法【1 8 】和基 于吞吐量的算法1 ”i 。本文的主要研究均集中在下行链路方向，因此介绍几种典型的下行链路接纳控 制算法进行说明。 文献1 1 2 】提出了基于基站发射功率的下行链路接纳控制算法，文中的结论是即使该算法综合考虑 了其他小区传给r n c 的信息，也不能使得系统性能有更大的提高，但可以使用户的掉话概率降低， 文章中的业务模型仅仅考虑了话音用户且地理适用范围较小。在文献l l 中的接纳控制算法考虑了传 输条件的变化，并对基于功率和基于负荷估计的算法进行了比较。文献口中提出了一种基于功率的 3 东南大学硕士学位论文 循环检测算法，通过时间上的平均来减少用户分布对系统负荷的影响。功率分配问题酋先出现在1 2 1 1 中，文中将基站发射功率分为专用信道发射功率和共享信道发射功率，大大提高了接纳控制算法中 功率的利用率，但文章中没有考虑其他小区干扰的变化和下行链路的正交因子。 总的来说，下行链路的接纳控制研究还比较少，可以参考的文献并不多，需要投入更多的研究。 1 4 论文的意义及其主要内容 第二代移动通信业务以语音为主，对数据处理的要求有限，这使得它的接纳控制算法相对比较 容易。而随着多媒体业务和w w w 业务量的不断增加第三代移动通信系统应该能够提供高数据速 率的服务用以传输高质量的图像和视频信息，还可以提供高速接入国际互联网( i n t e r n e 0 。因为第三 代移动通信所能提供的业务多，而各业务之间的传输速率和q o s 不同，使得它的接纳控制变得复杂， 且由于c d m a 系统软容量等固有特性也加大了接纳控制的复杂度。本文的工作就是在这种研究背 景下找出一种适合3 g 业务特性的、支持h s d p a 接入的动态接纳控制策略，并验证其性能。 欧洲、日本、韩国等地区w c d m a 系统正在大规模的商用化，如何在w c d m a 系统中保证多 业务的q o s 成为一个倍受关注的问题，h s d p a 作为种接入技术，仅仅使系统在物理层上实现了 扩容，如何在网络层面上扩容使无线资源管理成为了一个研究的热点。作为无线资源管理重要组成 部分的接纳控制算法。肩负着接纳更多的用户和保证用户服务质量的两大任务，研究针对性较强。 本文将在第三章内容中对其进行详细的剖析。 本文接下来的内容安排如下： 第二章进行了基于生灭模型接纳控制的数学分析，给出了无线通信系统接纳控制的简单及复杂 马尔可夫模型，用排队论的方法给出了衡量接纳控制性能的主要指标：瓤呼叫用户阻塞概率、切换 用户掉话概率和用户服务等级的理论计算方法。该章中还比较了c d m a 系统软容量和传统无线通 信系统硬容量，给出了系统软容量的估计过程和作用。 第三章介绍h s d p a 系统的几个关键技术，包括自适应调制与编码、混合自动重传、快速分组 调度和快速小区选择，阐明了h s d p a 系统所承载的业务与w c d m a 的一些区别，介绍了h s d p a 系统的接纳控制算法的实现思路以及一些扼要的过程，在此基础上从小区模型、传播模型、链路模 型和性能、业务模型、用户模型等具体方面说明了h s d p a 的系统建模，并就模型中的主要功能参 数进行了说明。 第四章研究的是基于吞吐量的接纳控制算法。首先介绍了基于吞吐量的负荷估计，给出了上行 链路与下行链路负荷等式的推导，指出了它们之间的区别，然后在此基础上分析了h s d p a 系统中 基于吞吐量的接纳控制算法，并针对系统中只存在单一语音业务和存在多种业务的情况进行了讨 论，详细分析了上行链路负荷与下行链路负荷对系统容量与覆盖的影响，给出了一些链路负荷和链 路负荷增量计算的例子，最后分别研究了下行链路负荷门限、下行链路正交因子、下行链路中其他 小区与本小区干扰比等因素对接纳控制策略的影响，考虑了实际情况中采用该接纳控制算法的可能 性。 第五章重点讨论基于基站接收功率的接纳控制算法。先介绍了基于宽带功率的负荷估计，这是 4 第一章绪论 该类算法的基础。列出了算法必须的一些测量值，并在此基础上分别介绍了基于非高速信道发射功 率算法、基于全部发射功率的算法和基于高速q o s 发射功率算法，给出了发射功率门限对h s d p a 系统性能的影响，然后讨论有数据用户q o s 分级和没有数据用户q o s 分级的一些区别，得出了基 于高速q o s 发射功率算法最优的结论。最后根据3 g p p 提出的建议给出了系统优化后的结果。 第六章是全文总结。 在硕士学习阶段，本人除了研究h s d p a 系统的接纳控制外，还参加了江苏东大通信有限公司 委托东南大学移动通信国家重点实验室进行的h s d p a 基带处理预研项目，负责基站发射模块复用 模块的编制与调试，通过了公司的验收，限于篇幅没有将研究此部分内容写入论文中 第二章揍纳控制的数学分析 第二章接纳控制的数学分析 从接纳控制实体的角度来看，申请接入某个小区的用户类型只有两种，新呼叫用户和切换用户 所谓新呼叫用户，指的是那些位于某小区内因要产生新的业务而希望小区能接入并能保障其服务质 量的用户，而切换用户是指那些已经接入，因进入另- d , 区而希望此小区能接入并能继续保障其服 务质量的用户。如果接纳控制模块拒绝这两种用户接入，从用户感受的角度来看，效果是不一样的， 因为在通话过程中掉话比接入时被拒绝更难以让用户接受。 由于上面的原因，接纳控制实体通常在接纳判决过程中赋予切换用户更高的优先级，从系统角 度来说。表现为系统的切换掉话概率要明显低于新呼叫阻塞率。为了实现这个目的，系统可以为切 换用户专门预留一部分系统带宽资源，但是，预留系统带宽资源会导致系统的带宽资源利用率降低， 表现为系统新呼叫阻塞率过高，所以要通过接纳控制来实现在切换用户掉话概率和新呼叫用户阻塞 概率这两者之间取得平衡。 从系统的角度来看，由于大量新的分组数据业务的出现，除了区分新呼叫用户和切换用户之外， 还需要考虑不同级别的用户，其差别可以是用户服务的数据速率，也可以是数据传输时延，甚至可 以是由于用户交纳的服务金费的高低而产生的分级。近年来，如何处理这些不同级别的用户也成为 接纳控制研究的热点。 要深入理解接纳控制策略的实现，确认系统仿真结果的正确性，进行适当的理论分析是必要的。 接纳控制的衡量指标包含新用户呼叫阻塞概率、通信中断概率( 包括通信过程中业务质量下降引起的 通信中止概率和越区切换失败概率) 、特定系统的加权通信中断概率、算法方案实施中的信令业务负 荷，信道利用率，本章将基于排队论的方法具体介绍它们的理论算法。 2 1 简单生灭模型 我们先分析衡量系统性能指标新用户阻塞率和切换用户掉话率的计算聊，设某小区的用户 数量状态转移图如下，即排队论中的生灭模型： 越l ；：$蠢万菸仁_ + 1 ) 一气言l 图2 1 有预留容量的接纳控制模型 c 为链路总容量，而r 为预留容量，五为新用户到达速率，单位为呼叫用户数秒， 为切换 用户到达速率，单位为呼叫用户数，秒，用户离去概率恒为口，单位为呼叫用户数，秒，根据排队论 可得状态转移概率为： 7 东南大学硕士学位论文 c 再由c = l ，得： 1 - 0 其中 弓= 黔羞二 ( 2 1 ) c = 隆最= 二 纠善与笋+ ，羔，绁锭竺r ， 最后得新用户阻塞率尼以及切换用户捭话率昂： 昂= 只= 足 ( 2 5 ) ( 2 5 ) 表示产c 时，弓的值为掉话概率。 本节开篇介绍的加权通信中断概率又可以被称为用户服务等级( g o s ) ，由新用户阻塞概率和切 换用户掉话概率共同组成，计算如下： g o s = 足+ w e i g h tr 易 ( 2 6 ) 其中w e i g h t 表示权重，通常。处于通信中被中断比开始试图通信被拒绝更令人难以忍受，故g o s 中的权重要大于或等于1 ，大多数文献中取1 0 。 同上我们可以根据排队论的内容计算无预留容量系统的掉话概率和阻塞概率，模型见下图： 由转移概率 糍：- 鞫 图2 2 简单接纳控制模型 弓= 警昂一厶c 8 ( 2 刀 墨 r。i = 弓 第二章接纳控制的数学分析 其中 可得系统掉话概率 p r ( 疋+ ) 、一 昂= k = 0 笋 一 “ 昂= ( 警胞簪 ( 2 8 ) ( 2 9 ) 这就是著名的爱尔兰b 公式，可以根据该公式计算小区容量，即指每小区的信道数，先算出业务流 量密度： p = 糕= 学 呼叫离开率 ”“7 其中p 的单位为爱尔兰，再给定阻塞概率，即可算出小区容量c 。 2 2 系统容量分析 需要说明的是如果系统容量受硬件限制，爱尔兰b 公式适用，我们称之为硬阻塞。如果系统的 最大容量受到空中接口的干扰限制，则定义成软容量】，例如c d m a 系统。系统的最大容量不固定， 用爱尔兰b 公式计算出的结果会比实际结果小，这是因为相邻小区的部分干扰是相同的，从而总的 信道资源比每小区的平均信道数要大，即在相同的阻塞概率条件下，可以提供更多的业务服务量。 软容量可以作如下解释：来自相邻小区的干扰越少，中间小区的可用信道就越多，这种现象我们称 之为“呼吸效应”，如下图： 等负载的小区 宙目融埒 中间小区容量大 相邻小区干扰小 图2 3 呼吸效应 在每个小区的信道数量较小的情况下，也就是对于高比特速率实时数据用户来说，平均负荷必须相 当低，以确保阻塞概率低。由于平均负荷低，在相邻小区中通常存在富余的可用容量，中间小区可 以借用这些余量，所以干扰共享带来了软容量。软容量对于高比特速率数据用户是重要的，如视频 用户。 w c d m a 中的软容量定义为：无论时是对于软阻塞还是硬阻塞，在每个小区的平均最大信道数 相同的条件下，软阻塞容量与硬阻塞爱尔兰容量相比较的增加值，即： 9 东南大学硕士学位论文 软褪= 蒜黧麓一t 以上行链路为例，假设所有小区中的用户数量基本相等，但连接的开始与结束是相互独立的，此外， 呼叫到达问隔服从泊松分布，软容量的估计过程如下： 1 、在负荷几乎相等的情况下，根据负荷等式计算每个小区的信道数； 2 、把得到的信道数乘以( i + 1 得到软阻塞情况下的总信道池，；+ l 为独立小区容量与多小区情况 下容量的比值，即： 川= 器小蒜募 萄 本小区干扰一本小区干扰 ”“ 3 、根据爱尔兰b 公式计算提供的最大业务量； 4 、将爱尔兰容量除以( i + 1 ) 。 值得注意的是，平均比特速率高的小区的软容量要高于平均速率低的。软容量的估算主要用于 c d m a 网络的初步规划设计。 2 3 基于优先权的生灭模型 文献1 2 2 l 申介绍了基于优先权的动态的接纳控制算法，该模型除了考虑不同级别用户的不同预留 容量还考虑了不同工作模式下的接纳，以系统中含四种不同级别用户为例，其接纳策略见下图： 图中c 为系统容量，r 、分别为各级业务的接纳门限，可以动态的调整，某一级业务i 的掉 话率易，计算如下： 昂，= 晶帆+ 昂删。+ 昂眦+ + 昂椭气 ( 2 1 3 ) 式( 2 1 3 ) 中： k 临时阻塞的用户级别数量，k 的取值有l ，2 ，3 ，4 ： 1 0 第二章接纳控制的数学分析 m 第k 种工作模式； 系统处于某种工作模式的概率 图2 4 代表工作模式l 如，所有级别的业务均不临时阻塞。图2 5 说明了在各种工作模式下的接 纳门限关系- 其中【1 ， f 代表系统预先设定的各等级业务阻塞门限，如果i 【q 】j ， 对于等级为j 的业务和其他等级低于j 的业务( f + 1 、j q - 2 ) 将被临时阻塞， d ”p 1 m 3 b l o c k c l a s s 2 、3 、4 m 2 b l o c k c l a s s 3 ，4 胁c k d 4m l m o 【吨 【蚴 【蚴 - r d f o p 2 m 2 b l o c kc l a s s 3 、4 m l b l o c kc l a s s4 m o - 图2 5 不同工作模式的不同阻塞率级别 需要注意的是上面的门限都是动态的，式( 2 1 3 ) 中昂眦的计算可基于下图： 图2 6 有分级的接纳控制模型 l i 笏p 东南大学硕士学位论文 其中丑。= + 五+ 丑+ 丑，五一，= + 五+ 丑， ：= + ，丑代表各等级业务到达速率，根据排队 论中的理论可得转移概率： 弓= 筹晶 鲜晶 j ! - t ” 垒必竺晶11 ，n j ” ，= l ，2 ，马 _ ，= 焉+ 1 ，r j = 足+ l ，置 型掣昂朋+ l - ，c 歹 ”。 接着得模式下各等级用户的掉话率： 昂j i m o = 尼 c 昂瓤= c l - 岛m = 0 j 。焉 ( 2 1 4 ) ( 2 1 5 ) 其他模式下的掉话率同上，当处于工作模式m 时，则等级4 的业务被阻塞，即丑= o ，此时昂。= l ， 接着计算可以根据预先设定的心l 计算： 3 氏：a f q ( p o , h 】4 ) 】 i = l ( 2 1 6 ) 4 一t = h u ( 【q 】 4 昂 q 】4 一i ) 】k = l ，2 ，3 ( 2 1 7 ) j l i 由上面的状态转移图可以看出该模型还有局限性：一是四种级别业务的到达率是同一个随机过 程，但实际中会随时间改变；二是所有业务服务时间都相等，实际情况中是不可能出现的。需要关 注的是这种分析方法 2 4 多维生灭模型 在上述的模型中有个基本假设。即新呼叫用户和切换用户的服务时间是相同的，均为符合指 数分布的随机变量，而有数据表明。这个假设是有一定误差的，因此需要更加精确的分析，本节的 分析就是假定新呼叫用户服务时间和切换用户的服务时间不同的“。 1 2 p 1 。m = 驯 匕 第二章接纳控制的数学分析 我们设五和 分别为新呼叫用户的到达概率和切换用户的到达概率，以和以分别为新呼叫用 户的离去概率和切换用户的离去概率，k c 为额用户的容量，c 为系统的总容量，则图2 1 变形为 下图： 图2 7 二维接纳控制模型 图中横向箭头表示新用户的接纳与离去，纵向箭头表示切换用户的到达与离开，分别设n i 和啦为 系统中的已有的新用户和切换用户，图中的各状态表示为： s = ( 码，他) i o 一k ，啊+ 吩s c ) 转移概率则可以表示为： g ( ，n 2 ；n l + 1 ，吗) ：疋( o 吩 k ，0 n z c ) g ( 啊，啦；码，n 2 1 ) = 玛以( 0 s 啊k ，0 n 2 c ) 吁( 埔，n 2 ；n 1 ，也+ 1 ) = 气( o 玛k ，0 如 c g ( 码，n 2 ；r h l ，他) = 惕心( o 2口。= z ( 口一2 ) ( 口一1 ) 2 每个数据包大小为m i n ( p , m a x _ l e n ) ，p 为是正常的p a r e t o 分布，m 是数据包最大允许长度，于是数 据包大小的概率密度函数变为： 其中口为, i f m 的概率，得到： 一霉搬 l ( 3 7 ) 二 m 当视频流速率为3 8 4 k b p s 时，截断p 口e t o 分布取o = 1 2 ，k = 1 6 0 ，数据包大小均值为4 0 0 ，最大值为 1 0 0 0 ；当视频流速率为7 5 6 k b p s 时，截断p a r e t o 分布取a = 1 2 ，k = 3 2 0 ，数据包大小均值为8 0 0 ，最 大值为2 0 0 0 ；视频流数据包间隔也服从截断p e t o 分布，截断p a r e t o 分布取o = 1 2 ，k = 2 5 ，间隔 时长均值为6 ，最大值为1 2 5 。视频用户到达时闻问隔服从均值为6 0 0 s 的指数分布，呼叫持续的时 间服从均值为3 0 0 s 的指数分布。 w w w 业务被建模为一种分组数据业务，会话过程包括若干个分组呼叫，每个分组呼叫中又包 含多个分组包。该模型适用于很多交互式分组数据业务。一个业务所包含的分组数目与具体的应用 有关系，在w w w 业务中每个分组与数据的上传有关。当一个文件完全到达终端时，用户需要一个 时间间隔对文件进行阅读，这个时问间隔被称为阅读时间。当然也存在一个交互式数据业务只包含 一个分组，它实际上就是单独的文件传输( f t p ) 。模型图如下： 到达基站的 瞬时分组包 一个分组 呼叫 r o b 阅读时间 ，、_ 、 数据包间隔 一1 到达基站的第 一个分组包 到达基站的 最后一个分组包 图3 5w w w 业务模型 每个会话中的分组呼叫数目、每个分组呼叫之间的阅读时间、每个分组呼叫中包含的数据包数 目和在同一分组呼叫之中的不同数据包之间的时间间隔均为满足几何分布的随机变量， 东南大学硕士学位论文 ，( x ) = p o - p ) z 0 ：1 - - po 、 塑 l 卜 一一一 一1 一二= o j r 。 ， 忘 1 一i = 0 9 1 一f i ：_ r 一 一以 = = + 一 i 1 一i ：i ；r i o f f e r e dl 酬i c b p 咖1 ) 图4 8 有综合业务的系统性能( c a s e2 ) - j - b 发现，正交因子增大，接纳概率提高，同时，掉话概率也略有提升，因此正交因子对系统系统 性能的影响相当大，原因是正交因子不仅本身影响基于吞吐量的接纳控制负荷估计，而且还通过影 响其他小区与本小区的干扰比值对负荷估计作用。仿真表明，正交因子增大对接纳概率的影响比对 掉话概率的影响要大。 4 3 小结 在实际的w c d m a 系统中，由于有软容量的特性，一般采用的还是基于宽带干扰的无线资源 呲 哺 m 呲 眦 啪 寺蓦4 暑仑q n e o 盯 参暑eq。jd妄青窖芒pv 童暑bgsjo 第四章基于吞吐量的接纳控制研究 管理算法，而不是基于吞吐量或连接数的。但是，基于吞吐量无线资源管理的研究为无线网络规划 提供了良好的理论保障，特别是在网络初步规划时