（电路与系统专业论文）异构环境下感知导频信道的研究[电路与系统专业优秀论文].pdf

北京邮电丈学博士论文 符号说明 3 gt h i r dg e n e r a t i o n第3 代移动通信 4 gf o r t hg e n e r a t i o n第4 代移动通信 3 g p p3 gp a r t n e rp r o j e c t3 g 伙伴计划 a d a n a l o g t od i g i t a lc o n v e r t e r 模数转换 a h p a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s 层次分析法 a l aa u t o m a t i cl i n ka d a p t i o ns c h e m e 自动联路自适应 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 w g na d d i t i v ew h i t eg a u s s i a nn o i s e加性高斯白噪声 b e rb i te r r o rr a t e误码率 b 3 g b e y o n d3 g 后3 g c a cc a l la d m i s s i o nc o n t r o l c a c接入控制 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 d m a 2 0 0 0c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s2 0 0 0码分多址2 0 0 0 c p c c o g n i t i v ep i l o tc h a n n e l 感知导频信道 c sc o d es c h e m e 编码格式 d s a d y n a m i cs p e c t r u ma l l o c a t i o n 动态频谱分配 d s s d y n a m i cs p e c t r u ms h a r e 动态频谱共享 d v b d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t 数字图像广播 e d g ee n h a n c e dd a t ar a t ef o rg s me v o l u t i o n 一种g p r s 的增强型技术 f d df 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 s af l e x i b l es p e c t r u ma l l o c a t i o n灵活的频谱管理 g s m g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l e全球移动通信系统 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通用分组无线服务 g p s g l o b a lp o s i t i o ns y s t e m 全球卫星定位系统 h s c g 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 高速电路交换数据业务 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 i s t i n f o r m a t i o ns o c i e t yt e c h n o l o g i e s i c a ci n t e r f e r e n c e b a s e dc a c基于干扰的接入控制 i pi n t e m e tp r o t o c o li n t e r n e t 协议 j r r m j o i n tr a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t联合无线资源管理 m 1 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多入多出系统 s 北京邮电大学博 。论文 m b p sm e g ab i tp e rs e c o n d每秒多少兆比特 m p e g m o v i n g p i c t u r e se x p e r tg r o u p 移动图像专家组( 语音图像压缩技术) m tm o b i l et e r m i n a l 移动终端 n c a c n u m b e r b a s e dc a c 基于用户数的接入控制 n r tn o n r e a lt i m e 非实时业务 n r t p sn o n r e a l t i m ep o l l i n gs e r v i c e 非实时轮询业务 p d p p a c k e td a t ap r o t o c 0 1 分组数据协议( 用于g p r s 分组数据传输) p h s p e r s o n a lh a n d s e ts y s t e m个人电话系统( 小灵通) p l m n p u b l i cl a n dm o b i l en e t w o r k 公用陆地移动网 q o sq u a l i t yo f s e r v i c e 业务质量 r cr e s i d u a lc a p a c i t y 残余容量 r tr e a l t i m es e r v i c e 实时业务 n p sr e a l t i m ep o l l i n gs e r v i c e 实时轮询业务 r r mr a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t 无线资源管理 r a t r a d i oa c c e s st e c h n o l o g y无线资源管理 s d rs o f t w a r ed e f i n e dr a d i o 软件无线电 s 1 n r s i g n a li n t e r f e m e c en o i s er a t i o 信干噪比 s n r s i g n a lt on o i s er a t i o 信噪比 s p s p e c t r u mp o o l i n g 频谱池 s i ms u b s c r i b e ri d e n t i f ym o d u l e用户识别模块 s g s n s e r v i n gg s n 正在为终端提供服务的g p r s 支撑节点 t d dt i m ed i v i s i o nd u p l e x时分双工 t d m at i m ed i c i s i o nm u l t i p l ea c c e s s时分多址 t d s c d m at i m ed i v i s i o n s y c h r o n o u sc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 时分同 步码分多址 t e t e r m i n a le q u i p m e n t终端设备 t t it r a n s m i s s i o nt i m ei n t e r v a l传输时f 日j 间隔 u m t 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通用移动系统 u s tu n i v e r s a ls e r v i c et e r m i n a l统一业务终端 u eu s e re q u i p m e n t用户设备 u i c cu m t si n t e g r a t e dc i r c u i tc a r du m t s 使用的集成电路卡 v b rv a r i a b l eb i tr a t e 变速率业务 w c d m aw 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宽带码分多址接入 w l a nw i r e l e s sl a n无线局域网 北京邮电人学博士论文 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本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中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 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。 申请学位论文与资料若有不实之处， 本人签名：面继 本人承担一切相关责任。 | 二1 期：! 堕：! 兰：堕 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学 本人签名 导师签名 适用本授权书。 日期 目期 北京邮电大学博i 。论文 异构环境下感知导频信道的研究 摘要 未来，异构的无线接入技术将会组成一个全球分布的协同工作的 无线通信系统，称之为异构无线通信系统。其目标是根据用户的要求， 在叮以接受的性价比条件下，以协同的方式为用户提供具有创新性、 差异性的更加优质的服务。 异构无线通信系统的产生将对于网络和终端的体系结构和工作的 流程产生深远的影响。 感知导频信道( c o g n i t i v ep i l o tc h a n n e l ，c p c ) 是未来异构网 络技术实用的关键技术之一，是e 2 r 和w w r f 的研究热点，对于终端 在异构环境下的网络感知、网络选择和动态实时软件下载都能够起到 非常重要的支撑作用。当前，在e 2 ri i 项目中，正在开展c p c 标准 化工作，在对c p c 的研究成果进行专利保护的基础上，我们也在积极 参与。 本文的第二章对与c p c 相关的一些基本概念进行了描述，在第三、 第四和第五章分别对c p c 承载的内容、c p c 辅助的异构网络选择算法 和c p c 的嗍络结构进行了详细的描述。 论文中，分析了t d m a 和c d m a 两种无线通信技术的无线资源管理 和物理层方面的参数，确定了感知导频信道需要承载的数据内容和终 端测量的数据内容。异构网络条件下，终端在切换之前，需要评估邻 居网络能够提供的服务参数。终端可以通过接收c p c 广播的网络侧数 据获得网络的占用率、时延、数据的完整性和价格等参数。而终端能 够享受的传输速率与网络的制式、网络结构、运行状态、终端和基站 之间的信道情况有关，不能通过c p c 单方向的广播来实现。通过接收 c p c 承载的大量网络侧消息，并结合终端的对周边环境的实时测量， 能够更加准确地评估周边的环境，节约切换的时间，为终端垂直切换 打f 基础。 论文中研究了异构环境下的网络选择算法。异构环境下的网络选 择算法由三个方面组成，关注的参数、参数的度量和参数之间的权重。 耗衰落哇l 太掌簿l 论支 c p c 辅助的终端自主的网络选择算法以灰色理论对参数进行度量，并 根据不同o o s 业务的特征增加了门限，改善了网络的性能；以层次分 析法为基础，通过对豳家、运营商、用户偏好、业务需求和终端等关 键点送行礤究，更热全嚣逸总结了嚣簧关注懿参数，兹篡裔霹扩震瞧。 通过仿真发现，瓣终选择算法静输入参数更加全面时，溺络能够有更 好的性能。 论文中研究了c p c 对网络和终端的工作流程与结构等方面的影 响。c p c 能够在终端嚣辊、网络选择荟爨软件下载三个流程中使用，需 要承藏大量憝控裁傣患。 i 藿遂篦较繁肉带矫c p c 静优疑点翻王作场 景对c p c 的要求，论文中提出了带内和带外c p c 相结合的c p c 内容承 载方法；根据终端重配置过程中软件下载的实时性要求，对邻居网络 的临区列表设计进行了研究，发现了临区列表的三种功能和非镜像特 征；研究了异构网络条件下终端的发艘趋势；对于c p c 嶷网络侧的结 捣秘模块功麓遗行了定义；提凄了繁外c p c 频熹集懿獗念，为c p c 在 全球的全面应用打“f 了基础。 谯文章的最后，总结了论文期间的工作，发现了工作中的不足， 为腐期的c p c 研究指明了方向。 关键词：异构网络感知导频信道网络选择无线软件下载邻居网络 北京邮电人学博“l ：论文 s t u d yo nc o g n i t i v ep i l o tc h a n n e l i nh e t e r o g e n e o u se n v i r o n m e n t a b s t r a c t i nf u t u r e ，v a r i o u sr a d i oa c c e s st e c h n o l o g i e sw i l lc o m p o s eag l o b a l ， d i s t r i b u t e d ，a n dc o o p e r a t i v ew o r k i n gs y s t e m h e t e r o g e n e o u sw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o ns y s t e m w i t ht h ea i mt os a t i s f yv a r i o u su s e r sa c c o r d i n gt o t h e i rr e q u i r e m e n t s ，t h es y s t e mw i l lp r o v i d eb e t t e rs e r v i c e sw i t ho r i g i n a l i t y a n dd i v e r s i t ya ta c c e p t a b l ec o s tb yt h em e a n so fc o o p e r a t i v ew o r k i n g b e t w e e nd j 仃e r e n tr a d i on e t w o r k s t h ee m e r g i n go fh e t e r o g e n e o u sw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e mw i l l h a v eap r o f o u n di n f l u e n c eo nt h ee x i s t i n ga r c h i t e c t u r e so fn e t w o r k sa n d t e r m i n a l s ，a n da c c e l e r a t et h ee v o l u t i o no ft h ew o r k i n gp r o c e d u r e si nb o t h s i d e s c o g n i t i v ep i l o tc h a n n e l ( c p c ) i so n eo fm o s ti m p o r t a n tp r a c t i c a l t e c h n o l o g i e si nf u t u r eh e t e r o g e n e o u sn e t w o r k s i t sa l s ot h er e s e a r c h f o c u so fe 2 ra n dw w r f c p cp r o v i d e sf u n d a m e n t a ls u p p o r tt on e t w o r k s e n s i n g ，n e t w o r ks e l e c t i n g ，a n dd y n a m i cs o f t w a r ed o w n l o a d i n g i n h e t e r o g e n e o u se n v i r o n m e n t u p t on o w , i np r o j e c t - e 2 ri i ，t h e s t a n d a r d i z a t i o np r o c e s so fc p ch a sb e e ng o i n go n ，a n di ，t o g e t h e rw i t h m yc o l l e a g u e s ，h a v e a l s om a d ea g r e a tc o n t r i b u t i o nt o i tu n d e rt h e c i r c u m s t a n c e st h a to u ra c h i e v e m e n t so nc p cr e s e a r c ha r ee f f e c t i v e l y p r o t e c t e db yt h ep a t e n ta n dt h el a wo fi n t e l l e c t u a lp r o p e r t y 4 北京邮电人学博i 。论丈 t h er e s to ft h ed i s s e r t a t i o ni so r g a n i z e da sf o l l o w s s o m eb a s i c d e f i n i t i o n sa n d c o n c e p t i o n s r e l a t e dt oc p ci n c o n v e r g e n c e o f h e t e r o g e n e o u sn e t w o r k sa r ei n t r o d u c e d i n c h a p t e r2 ：i nc h a p t e r3 ， c h a p t e r4a n dc h a p t e r5 ，t h ec o n t e n tc p cc a r r i e s ，t h en e t w o r ks e l e c t i o n a l g o r i t h m sw i t hc p ca s s i s t a n c e 。a n dt h en e t w o r ka r c h i t e c t u r eo fc p ca r e d e s c r i b e di nd e t a i l s r e s p e c t i v e l y t h ep a r a m e t e r so fr a d i or e s o u r c em a n a g e m e n ta n dp h y s i c a ll a y e ri n t d m aa n dc d m aa r ea n a l y z e di nt h i sw o r k w h i c hd e t e r m i n et h ed a t a c o n t e n tt h a tc p cn e e d st oc a r r ya n dt h et e r m i n a ln e e d st od e t e c t i n h e t e r o g e n e o u ss y s t e m s ，t e r m i n a l sn e e dt ot h o r o u g h l ye v a l u a t et h es e r v i c e p a r a m e t e r st h a tt h en e i g h b o r i n gn e t w o r kc a np r o v i d eb e f o r et h eh a n d o v e r i sc a r r i e do n t e r m i n a l sc a nc o l l e c tt h ep a r a m e t e r s 。s u c ha s ，t h eo c c u p i e d r a t eo ft h en e t w o r k s ，t h ed e l a y , t h ei n t e g r i t yo ft h ed a t a ，t h ep r i c e ，a n de t a 1 t h r o u g hc p cb r o a d c a s t i n g h o w e v e r , t h et r a n s f e rr a t eo ft h ed a t ai n t e r m i n a ls i d ei sb o n d e dw i t ht h em o d eo ft h en e t w o r k s t h es t a t eo ft h e n e t w o r k s ，a n dt h ec h a n n e l sb e t w e e nt e r m i n a l sa n db a s es t a t i o n s ，w h i c h c a n tb ei m p l e m e n t e db yc p cu n i c a s t i n g t a k i n ga d v a n t a g eo fc p c ，t h e t e r m i n a l sc o m b i n et h em a s s i v ei n f o r m a t i o nb r o a d c a s t e db yc p cf r o mt h e n e t w o r ks i d ew i t ht h ep r a c t i c a li n f o r m a t i o nc o l l e c t e da b o u tn e i g h b o r h o o d t oe s t i m a t et h es u r r o u n d i n g sm o r ea c c u r a t e l y , w h i c hs a v et h et i m eo f h a n d o f f , a n di se s s e n t i a lf o rv e r t i c a lh a n d o v e r i nt h i sp a p e r , t h en e t w o r ks e l e c t i o na l g o r i t h m sa r ei n v e s t i g a t e di nt h e h e t e r o g e n e o u se n v i r o n m e n t t h e s ea l g o r i t h m sm a i n l yc o n s i s t o ft h r e e p a r t s ，t h ep a r a m e t e r sc o n c e r n e d ，t h em e a s u r e m e n to ft h ep a r a m e t e r s ，a n d t h ew e i g h t i n go fc o r r e s p o n d i n gp a r a m e t e r s b a s e do nt h eg r e yt h e o r y , c p ca s s i s t e da u t o n o m o u sn e t w o r ks e l e c t i o na l g o r i t h mf r o mt h et e r m i n a l s i d es e t st h et h r e s h o l di nc o n s i s t e n tw i t ht h ed i f f e r e n tf e a t u r e so fq o s s e r v i c e s ，a n di m p r o v e st h ep e r f o r m a n c eo ft h en e t w o r k s ；m e a n w h i l e ， b a s e do ne x i s t i n ga h pa l g o r i t h m , w ef o c u so ns o m ek e yf a c t o r s ( i e t h e n a t i o n ，t h eo p e r a t o r s ，u s e r sp r e f e r e n c e ，s e r v i c er e q u i r e m e n t sa n dt h e t e r m i n a lr e q u i r e m e n t s ) ，a n dc o n s i d e rt h e mi ng e n e r a l ，w h i c hi ss c a l a b l e s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h em o r ei n p u t so ft h en e t w o r ks e l e c t i o n a l g o r i t h m ，t h eb e t t e rt h ep e r f o r m a n c eo ft h en e t w o r k s ! ! 璺墅里查兰堡丝兰 c p c si n f l u e n c e so nt h ei m p l e m e n t a t i o np r o c e d u r ea n ds t r u c t u r eo f b o t ht h et e r m i n a l sa n dt h en e t w o r k sa r ea l s oi l l u s t r a t e di nt h i sp a p e r i ti s i n p o w e r 0 1 1o ft h e t e r m i n a l s ，n e t w o r ks e l e c t i o n ，a n ds o f t w a r e d o w n l o a d i n gt h a tc p c ，w h i c hc a r r i e sc o n s i d e r a b l ec o n t r o l i n f o r m a t i o n i s a p p l i e d w i t hr e s p e c tt ot h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fb o t h o u t - b a n dc p ca n di n - b a n dc p c a sw e l la st h er e q u i r e m e n t so fd i f f e r e n t s c e n a r i o s t h eo u t - b a n da n di n b a n dc o m b i n i n gc p cm e t h o di sp r o p o s e d t om e e tt h er e a l - t i m e r e q u i r e m e n t so fs o f t w a r ed o w n l o a d i n ga n d u p d a t i n g ，t h r e es i g n i f i c a n t f u n c t i o n so f n e i g h b o r i n g l i s ta n di t s n o n e n a n t i o m o r p h o u sa t t r i b u t ea r ed w e l l e do n ；i n v e s t i g a t i n gi n t ot h e d e v e l o p i n gt r e n do ft e r m i n a l si nh e t e r o g e n e o u ss y s t e m s ，w ed e f i n et h e a r c h i t e c t u r eo ft h en e t w o r ka n dt h ef u n c t i o n so ft h ee n t i t i e s ；f u r t h e r m o r e ， t h en e wn o t i o n o ff r e q u e n c ys e ta b o u to u t b a n dc p ci s p u tf o r w a r d w h i c hi sc r u c i a lf o rt h eg l o b a lu s eo fc p c as u m m a r i z a t i o ni sm a d ei nt h ee n do ft h i sd i s s e r t a t i o ni nw h i c ht h e f u t u r ed i r e c t i o no fc p c s t u d yi sp o i n t e do u t k e y w o r d s ：h e t e r o g e n e o u sn e t w o r k s ，c o g n i t i v ep i l o tc h a n n e l ，n e t w o r k s e l e c t i o n ，w i r e l e s ss o f t w a r ed o w n l o a d i n g ，n e i g h b o r i n gn e t w o r k s 北京邮电人学博i ：论文 1 1 目前网络的状况 第一章绪论 信息技术和网络技术的演迸，目前正处于一个重要的变革期。在网络向着高 速化、宽带化、泛在化发展的过程中，出现了多种多样的无线通信系统，给网络 带来了# 富的异构性。 无线网络的异构性，首先体现在空中接口设计的差异性。不同技术为了满足 业务应用的不同需求，需要选择合适的空1 3 参数，如带宽、双工方式、多址方式 调制与编码技术、复用机制等。其次，采用不同无线通信技术构建的网络，由于 需要综合考虑网络规模、运营商策略、技术演进过程中的兼容性等要求，在组网 方式、网络功能设置、资源管理和配置方式、业务提供能力等方面也呈现迥然不 同的特点。同时，环境的复杂化、需求的多元化还将继续推动更多异构的无线通 信技术的诞生。 无线网络的异构性表明，现存的无线接入技术直接除了相互竞争之外，还有 相互合作的可能性。 图卜l 几种无线接八技术在传输速率和移动性方面的对比 北京邮电大学博十论文 1 2 未来无线通信技术的发展趋势 未来无线通信的主要发展目标是实现更加快速、简便和安全的通信。未束无 线通信技术的发展趋势主要表现在两个方面：技术本身的不断演进和技术之洲的 不断融合。 技术本身的演迸是为了迎合特定客户群需求的必然历程。目前，各种无线接 入技术都在按照既定的路线进行演进，甚至在3 g 还没有广泛在全球部署的今天， 人们已经对4 g 的特点产生了相对一致的看法。它将支持更高的比特率，在移动 环境中其平均速度将达到1 0 0 m b p s ，在游牧状态下可以达到i g b p s 。除了比特率 之外，4 g 更为重要的优于当前系统的性能包括：更小的小区，自适应动念拓扑 结构，完全综合了球技术，对于频谱和其他资源的使用将更加灵活，以及使用 的精确的用户定位。 然而，技术之l 日j 的相互融合更是未束无线通信技术的发展的必然趋势。现有 的无线通信技术包含多种无线接入标准，比如：g s m 系统、g p r s 系统、u m t s 系 统、宽带无线接入系统、无线局域网、数字图像广播系统( d v b ) 、c d m a 2 0 0 0 系 统、p h s 系统、卫星通信、卫星定位和各种短距离通信标准。由于这些网络的设 计目标和应用范围的既有差异也有交叠，这些设备将广泛、长期地存在于我们的 生活中：1 1 卜5 。 未来，这些独立的无线接入技术将会组成一个全球分布的协同工作的无线通 信系统，称之为异构无线通信系统 卜6 。其目标是根据用户的要求，在町以接 受的性价比条件f ，以协同的方式为用户提供具有创新性、差异性的更加优质的 服务。这就意味着网络运营商在不同的时间和空间等特定条件下能够使用不同的 无线接入技术( r a d i oa c c e s st e c h n o l o g y ，r a t ) 为用户提供适当的服务。与此 同时，为了以较低的成本提供更好的服务质量( q u a l i t yo fs e r v i c e ，q o s ) ，运 营商之间也可以相互合作。 异构网络融合将对于网络和终端的体系结构会产生深远的影响 1 6 1 1 1 。首先，在现有系统中需要增加先进的管理功能，通过这些功能对 多种核心网络、r a t 、网络单元及q o s 级别进行动态的管理，对重配置的流程进 行必要的控制；其次，通过重配置技术在功能上使网络和终端适应用户的需求。 重配霄是多种网络协同工作的基础，是软件无线电思想的演进，将终端的配置能 力由终端的射频前端，扩展到包括网络和终端在内的高层协议栈和体系结构等方 北京邮电大学博七论文 面，使得它们能够动态、自主、安全和透明的采用最合适的传输技术。尤其是在 终端内部，可采用类似p c 的通用结构，通过软件的配置，改变终端的功能。 异构网络融合将使网络和终端的工作流程产生巨大变化。首先，各个国家和 地区对于r a t 和业务的需求的差异，会导致频谱的分配方案各不相同。尤其是采 用动态频谱分配( d y n a m i cs p e c t r u ma l l o c a t i o n ，d s a ) 使频谱分布具有不确定 性。在上电时刻，终端不能确知在此时此地能够使用的r a t 以及相应频点等参数。 这就使终端需要花费大量的时间对所有频段进行全程扫描，造成初始化的时间延 长、电池消耗变大，甚至在特殊的情况下不能正常使用。其次，由于i p 技术在 无线领域的广泛应用，无线网络中的业务变得丰富多彩，q o s 多种多样，多种无 线网络在一地的重复覆盖与协同工作，考虑到终端的能力变化和用户偏好的影 响，网络选择算法业变得更加复杂。最后，在重配置系统中，驱动程序和配置参 数的f 载和更新要求一定的超前性，否则终端不能根据业务的需求获得最佳的业 务体验，甚至在洲际旅行的场景中，无法接入新的无线网络。 1 3 异构网络融合的解决方案重配置技术简介 重配置技术是解决无线网络融合的关键技术。重配置技术是指针对无线接入 环境的异构性特点，以异构资源的最优化使用和用户对业务的最优化体验为目 标，综合町编程、可配置、可抽象的硬件环境以及模块化的软件设计思想，使网 络和终端具备支持多种接入技术，且可灵活适配能力的技术。无线通信技术的异 构性主要体现在空中接口上，重配置技术利用各种异构技术在物理层、媒体接入 层、链路控制层上功能的相似性特点，通过模块化的、可重配置的协议栈实现了 不同接入技术协议栈的构造，并通过软件代码资源的重用性提高了设计效率。 重配置技术由软件无线电( s o f t w a r ed e f i n e dr a d i o ，s d r ) 技术发展起来 1 1 2 卜1 9 。软件无线电技术的核心理念是以硬件体系作为整个通信系统的 平台，而把尽可能多的无线及个人通信功能用软件方式实现。软件实现的通信功 能采用模块化的设计思路，通过各种可转换、可替代、可定制、可重用的组件化 模块的使用，实现对多种无线接口技术的支持即多模变模终端的概念，完成系 统的町重配置能力。 软件无线电的关键技术问题主要集中在硬件方面，涉及多带天线，无线射频 转换，宽带转换器，基带处理功能等诸多内容。其中决定性的步骤就是将a d 和d a 变换器向射频部分靠拢，应用宽带天线或多频段天线，并将整个中频频段 北京邮电人学博i 论文 进行a d 转换，而其后的处理则主要靠可编程数字器件特别是软件来处理。另外 一个关键技术问题是兼容性问题。目前c p u 品种繁多，而嵌入式操作系统和系统 硬件、协议栈具有相肖强的关联性，嵌入式设备可以使用的资源匮乏，对于软件 的实时性要求远远超过p c 的软件，这都使得软件无线电的大规模推广受到限制。 到了2 0 世纪9 0 年代末期，人们逐渐将软件无线电技术看作是一种硬件设计 和7 产、进行系统升级的概念，开始从系统级的视角关注软件无线电在整个网络 体系架构中的端到端应用。此时，端到端的重配置技术成为了软件无线电研究的 新方向。这种发展具有历史的必然性。现代通信技术具有很强的层次化特征，任 何通信过程都不是单一的物理层协议能够独立完成的，单纯地考虑物理层的重配 置，不可能使软件无线电技术获得广泛使用；而在异构通信环境中，终端的工作 涉及到网络感知、网络选择、软件下载、联合无线资源管理等多个方面，需要终 端、接入网、核心网和业务平台4 个方面的协调工作彳一能够保障用户的o o s ，这 就使得重配置技术设计到系统的方方面面。 相比软件无线电技术局限于终端物理层应用的狭窄思路，端到端重配冒考虑 的更为全面，涉及网络架构的各个环节和协议标准的所有层次，是一种具有前瞻 性的异构网络融合的解决方案 卜2 0 卜2 5 。在端到端的重配置研究中，网络 的重配置能力扩展，重配置体系的完整构建，重配置机理、软硬件重配置行为的 管理框架都是重配置的关键问题。网络的重配置能力会对网络资源的调度和使用 机制产生重要影响，重配置系统的复杂度也将大幅提高；同时完整的重配置体系 更强调端到端的概念，所以自适应的业务平台，网络拓扑和路由机制，网络终 端的协同重配置行为都将成为重配置体系的重要组成部分。而重配置管理框架则 是实现异构网络资源的最优化使用，保证用户最佳业务体验的重要基础。 商用的蜂窝网络经历了2 g 、2 5 g 、3 g 到4 g 的繁荣，技术研发呈现出蓬勃的 发展势头。不同网络技术在链路层和物理层显示出鲜明的异构性和不可兼容的特 点。重配置技术的出现，为无线网络的基础架构和管理、设备制造、新业务的引 入和终端的兼容性等方面的新问题找到了根本的解决办法。其优势主要表现在以 下几个方面 卜1 0 ： 通过使用重配置技术，网络运营商通过动态的网络规划与管理技术的帮 助，网络单元的重配置将能够减少固定资产的投资和运行成本的投资， 因为设备将能够在多种空中接口上运行，从而减少了布设多种并行的无 线接入技术的必要。另外，他们不必面对网络升级换代的巨大投入，原 有设备的替换通过软件的升级就可完成。他们将会获得更多的选择来满 北京邮电大学博士论文 足用户的q o s 需求并提高系统的容量水平。而且，运营商将能够更加简 单的引入增值业务提供商，并且提供与其竞争对手更具差异化的服务。 通过他们自己的架构的重配置机制，这是可行的。同时用户则需要不断 更换终端设备。设备制造商为了缩短新设备的研发周期，需要投入更多 的资金和人力。 制造商将在网络器件上获得灵活性，与竞争对手获得一定的竞争优势， 为运营商提供多种运营的选择。而且，软件动念升级设备的能力将加速 产品面市的周期，允许更加简单的产品演进策略，减少丌发的成本和经 济规模，并增强系统的稳定性。 重配置技术在终端的使用，将打破终端的封闭特性。通用的硬件平台和 操作系统将集中到少数厂家手中，更过的中小型厂家会参与到协议栈的 设计、配件的生产、终端的工业设计与制造、增值业务的丌发中来。从 而提高了专业化水平，降低终端的成本。 在漫游过程中，用户不必根据网络制式的变化频繁的更换手机卡和终端 设备，而是由终端通过动态而自动的软件下载完成对网络制式的适应。 而由于网络演进带来的兼容新问题，也通过软件的升级得到妥善的解决， 从而减少了用户的支出。 终端在异构网络条件下移动，需要不断进行网络选择等工作，不断要求 用户对终端的进行手动设置。而对于绝大多数对通信技术并不熟悉的用 户，使用重配置技术将能够实现网络选择的智能化、人性化。 端到端的重配置技术可以为网络的异构性提供有效的解决方案，实现多种通 信频点、多信道调制及多种数据格式的互操作性。以第三代移动通信系统为例， 面对多种移动通信标准的共存局面，端到端的重配置体系能够实现基站和终端的 可重配置能力：基站可以通过配置不同的软件模块来适应不同的标准，而不用改 变硬件设施：基站问可以由软件算法协调，动态地分配信道与容量，网络负荷可 自适应；移动台则可以自动检测可用的接入网资源，根据用户需求和网络状况， 选择最合适的的网络。 1 4 重配置技术关注的主要问题 端到端重配置的目标是构建网络和终端共同构成的完整的重配置体系，实现 系统的可重配置性。同时，为了实现重配置能力的可管理、可控制、可配置等要 求，需要定义完整的管理框架、完善的交互流程和接口，以及联合无线资源管理 和频谱管理机制。 4 北京邮i 乜大学博上论文 重配置研究必须考虑以下主要问题 卜2 7 ： 定义完整的重配置网络体系，该体系中需要定义： - 无线网络的重配置支持功能，模式发现、协商及选择、软件下载、 位置更新等功能都必须包含在重配置体系中 - 全新的重配置管理平面，实现终端、用户、网络及业务信息的分布 式存储和管理，定义可重配置网络元素间交互的机制流程及管理接 口 - 定义本地重配置管理功能，实现可重配置网元的重配置框架 - 实现与s d r 软件下载体系结构的有效融合和协同 寻找s d r 体系融入重配置体系的途