（通信与信息系统专业论文）高速无线链路的容量估算方法研究与实现.pdf

摘要 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。 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，其研究方法大致可分为理 论推导及仿真分析两类。论文提出了一种新的适用于高速无线链路的容量估算方法，该方法 在分析链路层容量的基础上进一步对系统层容量进行估算。 论文首先介绍了高速无线链路的特点及其采用的关键技术，如较短的t 1 1 、h - a r q 、a m c 、 快速n o d eb 调度等，并分析了它们对链路及系统层面容量的影响。 基于上述分析，提出了一种新的容量估算方法，进行模块划分和输入输出参数确定，给 出了链路及系统层面容量的闭式表达式。在链路层面，分析采用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应关系。在系统层面，分析小区拓扑结构及小区内外干扰， 得到接收信噪比概率分布。通过推导出基于n o d eb 的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，得到了所有激活移动台位置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。 同时针对h s d p a 及h s u p a 利用m a t l a b 及c 进行了容量估算，给出估算结果并进行 了相应的分析和讨论。数值分析结果表明，提出的估算方法指标明确、全面，具有较好的可 行性及通用性。 关键词：高速无线链路；容量估算；有效链路数据速率；扇区吞吐量；用户吞吐量；用户满 意度。 a b s t r a c t a b s t r a c t w i r e l e s sn e t w o r kp l a n n i n gi so n eo ft h ek e yt e c h n o l o g i e so fm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ss y s t e m p l a n n i n g ，w h i c hi n c l u d e st h ed e s i g no fc o v e r a g ea n dc a p a c i t yp e r f o r m a n c et a r g e t ，p l a n n i n go fb s l o c a t i o na n dd e p l o y m e n ta n ds oo n f u r t h e r m o r e ，c a p a c i t yd i m e n s i o n i n gf o c u s i n go nt h ec a p a c i t y o b j e c t i v ep l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt h en e t w o r kp l a n n i n g , w h o s er e s e a r c hm e t h o d sc a nb ed i v i d e d t ot h e o r ya n a l y s i sa n ds i m u l a t i o nv e r i f i c a t i o n i nt h i st h e s i s ，an o v e lc a p a c i t yd i m e n s i o n i n gm e t h o d i sp r o p o s e df o rh i g hs p e e dw i r e l e s sl i n k ，w h i c hi n v e s t i g a t e st h ec a p a c i t yd i m e n s i o n i n gi ns y s t e m l e v e lb a s e do nt h ea n a l y s i so f l i n kl e v e lc a p a c i t y a b o v ea l l ，h i 曲s p e e dw i r e l e s sl i n ki si n t r o d u c e d ，a sw e l la si t sk e yt e c h n o l o g i e s ，s u c ha ss h o r tt t i ， h h g q ，a m c ，f a s tn o d ebs c h e d u l i n ga n ds oo n m o r e o v e r , t h e i rp e r f o r m a n c e sa r ea n a l y z e di nt h e v i e wo f i n f l u e n c eo nl i n ka n ds y s t e mc a p a c i t y o nt h eb a s i so fa b o v ea n a l y s i s ，a na n a l y t 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 di sp r o p o s e d ，f o l l o w e d b ym o d u l ep a r t i t i o n , s e t c i n go f i n p u ta n do u t p u tp a r a m e t e r s i te v a l u a t e sc a p a c i t yi nc l o s e d f o r m e x p r e s s i o n sf i o ml i n kl e v e la n ds y s t e ml e v e l i nt h el i n kl e v e l ，t h er e l a t i o n s h i po fe f f i c i e n tl i n kd a t a r a t ea n dr e c e i v e ds n ri sa n a l y z e d 谢t hr e s e a r c ho nh a r qa n da m c i nt h es y s t e ml e v e l s n r p r o b a b i l i t yd i s t r i b u t i o ni so b t a i n e db yc o n s i d e r i n gc e l tt o p o l o g ya n di n t r a - c e l la n di n t e r - c e l l i n t e r f e r e n c e c o n s e q u e n t l y , b yc o m b i n i n gp e r f o r m a n c ed e r i v a t i o ni nc l o s e d - f o r mo f f a s t n o d eb s c h e d u l i n ga l g o r i t h m sa n dt h ed i m e n s i o n i n gr e s u l t so f t h el i n kl e v e l ，s e c t o rt h r o u g h p u t ，a v e m g e u s e rt h r o u g h p u ta n ds a t i s f i e dn s e rp e r c e n t a g ea r ea c h i e v e di nt h es c e n a r i oo f u n i f o r md i s t r i b u t i o n f o ra c t i v e1 3 el o c a t i o n s i na d d i t i o n ，c a p a c i t yd i m e n s i o n i n gi sc a r r i e do u tb ym a t l a ba n dct o o l sf o rw c d m a s y t e m w i t l lh s d p aa n dh s u p a n u m e r i c a lr e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o p o s e da l g o r i t h mh a sd e f i n i t ea n d a l l - s i d e dd i m e n s i o n i n gi n d i c e s ，g o o df e a s i b i l i t ya n df i n eg e n e r a l i t y k e yw o r d s ：h i 曲s p e e dw i r e l e s sl i n k ；c a p a c i t yd i m e n s i o n i n g ；e f f i c i e n tl i n kd a t ar a t e ；s e c t o r t h r o u g h p u t ；u s e rt h r o u g h o u t ；s a t i s f i e du s e rp e r c e n t a g e 1 i i 英文缩略语 英文缩略语 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 g 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 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 sc i r c u i ts w i t c h 电路交换 c d f c u m u l a t i v ed i s t r i b u t i o nf a n c t i o n 累积分布函数 c d m c 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 ea c c e s s码分多址 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 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 - a g c he - d c ha b s o l u t eg r a n tc h a n n e l e d c h 绝对准予信道 e - d c he n h a n c e dd e d i c a t e dc h a n n e l 增强型专用信道 e - d p c c he - d c hd 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 e - d c h 专用物理控制信道 e d p d c he - d c hd e d i c a t e dp h y s i c a ld a t ac h a n n e l e d c h 专用物理数据信道 e - h i c he - d c hh a r q a c k n o w l e d g ei n d i c a t o rc h a n n e le - d c hh a r q 确认指示信道 e _ r g c he - d c hr e l a t i v eg r a n tc h a n n e l e d c h 相关准予信道 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 oa 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 oa 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 c f 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 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 d a u t o m a t i c r e p e a t r e q u e s t 混合自动重传请求 h s c s d h i 曲s 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 曲s 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 u p a h i 曲s 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 h s - d p c c h h 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 g hs 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 hh i 曲s 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 i pi n t e r n e tp r o t o c o l 网际协议 i s 9 5 i n t e r i ms t a n d a r d - 9 5 中间标准9 5 系统 i n ji 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国际电信联盟 i m r ri 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 s l i n t e r - s y m b o li n t e r f e r e n c e 码间干扰 l t e l o n gt e r me v o l u t i o n长期演进 v 东南大学硕士学位论文 m a cm e d i a a c c c s sc o n t r o l m a xc im 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 c sm o d u l a t i o na n dc o d i n gs c h e m e m i m 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 s m o b i l es t a t i o n n a m t sn 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 - m tn o r d i em o b i l et e l e p h o n e o f d m 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 f p r o p o r t i o n a lf a i r p sp a c k e ts w i t c h p s t n p u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k q a mq u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n q o sq u a l i t yo fs e r v i c e q p s k q u a d r a t u r ep h a s es h i f tk e y i n g p d f p r o b a b i l i t yd e n s i t yf u n c t i o n i l l cr a d i ol i n kc ：o n t r o l r n cr a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r r o tr i s eo v e rt h e r n l a l r rr o u n dr o b i n r r mr a d i or e $ o u r g em a n a g e m e n t s f s p r e a d h a gf a c t o r s h os o f th a n d o v e r s n r s i g n a lt on o i s er a t e s 胍 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 d o s i r s i g n a lt oi n t e r f e r e n e er a t i o s r n cs 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 s d t 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 a c s i b t a la c c c s sc o m m u n i e a t i o n ss y s t e m t d dn m ed i v i s i o nd u p l e x t d mt i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g t d m at h n ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s t d s c d m at 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 r r i t r a n s m i s s i o nt i m ei n t e r v a l u eu s e re q u i p m e n t u m 盯su 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 t r au m t s r e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s s u t r a nim t st e r r e s t r i a lr a ( 1 i oa c c c s sn e t w o r k w c d m aw i d e b a n dc d m a v i 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 比例公平 分组交换 公用交换电话网 正交幅度调制 服务质量 正交楣移键控 概率密度函数 无线链路控制 无线网络控制器 噪声增强 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 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 用户设备 通用移动通信系统 u m t s 地面无线接入 m s 地面无线接入网 宽带c d m a 系统 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： 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。 研姓魏单l 导师躲草兰日期：坐 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 r n 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。 1 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。1 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 h z 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 m 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。 l 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 ( 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 o dm o b i l et e l e p h o n es y s t e m ) 等。l 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。l 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 e a 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 l i 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 - 9 5 、日本的p d c ( p e r s o n a ld i g i t a 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 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。在肿 ( 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 东南丈学硕士学位论文 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：1 t u 规定的第二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、 n 偈，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 n i 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 ，目前已发展到长 期演进项目( l o n g t e r m e v o l u t i o n ，腼) 1 1 2 1 1 3 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，引入了妒传输作为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l o m b i f f 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 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 此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 n t 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 槭da u t o m a t i c 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1 可、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，节约开支是两络建设的重 要目标之一。设定合理的成本目标，并在设计实旌过程中实现它，这需要网络设计人员和工程实施入员为 之不断努力【4 】。 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”】i “。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p j 。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p j 。 2 第l 章绪论 理论分析基于统计模型，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铝崂；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耳建模方式 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 s ) 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 9 】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 r l 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i l w 。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f 1 1 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 2 】导出了n a k a g a m i m 衰落信道上的链路频谱 利用率，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。 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 1 3 1 。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 a p s h o t ) 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1 1 5 | 。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嗍。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、高复杂度、通用性差等缺点。 上述文献研究成果大都基于仿真或针对系统容量影响因素的独立分析，没有全面地评估h s d p a 和 h s u p a 链路和系统层面的容量性能。 1 3 论文的主要工作及组织 本论文的主要理论工作是针对高速无线链路的容量估算方法进行理论研究与实现。总结传统的无线链 路的容量估算原理，分析各种网络规划中容量估算方法的优缺点。探讨适用于高速无线链路的容量估算基 本原理，研究出能够较为精确估算高速无线链路容量的计算方法。制作容量估算工具，对w c d m a 系统 的h s d p a 及h s u p a 进行容量估算，同时验证计算方法韵可行性。 全文共分为六章。 第一章针对蜂窝移动通信系统的发展现状及其无线链路容量估算研究内容对论文背景加以介绍，从而 引出本文所研究的课题背景。 第二章介绍了高速无线链路所需要达到的性能目标、系统配置及采用的关键技术，包括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、软切换等。 第三章分析各种关键技术对链路及系统层面容量的影响，并给出了容量的数学表达式，从而得到容量 估算的总体流程。同时针对下行及上行链路的不同特点，对容量估算具体实施细节做出必要的说明。 第四章针对h s d p a 高速无线系统进行容量估算，评估了链路和系统层面的性能指标。其中链路层面 估算包括链路预算、m c s 方式及码道数选择、参数说明及容量估算结果及讨论；系统层面估算包括业务类 型、参数说明及容量估算结果及讨论。 第五章针对h s u p a 高速无线系统进行容量估算，评估了链路和系统层面的性能指标。链路层面估算 包括m c s 方式和s f 选择、参数说明及容量估算结果及讨论；系统层面估算包括参数说明及容量估算结果 及讨论。 东南大学硕士学位论文 第六章对全文作了总结，对值得进一步研究的分组域混合业务无线链路容量估算做了一些探讨。同时 提出了对无线链路容量估算领域的开拓与展望。 4 第2 章高速无线链路及其关键技术 第2 章高速无线链路及其关键技术 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 0 l x e v - d o 、e v - d v ，b e y o n d3 g ，e v o l v e d u t r a 等 本文着重研究h s d p a 及h s u p a ( 又称作e n h a n c e du p l i n k ) 的性能。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 e b 调度等技术【l j h s u p a 主要采用h a r q 、链路自适应、快速n o d e b 调度、 软切换等技术 2 1 。 2 1 性能要求 2 1 1h s d p a 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c o s e r e q u i 。e p m c n t , u e ) 的时间和存储空间要求。 1 0 对于给定的系统性能，l i 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 。1 2h s l m a h s u i ) a 的性能要求包括