（通信与信息系统专业论文）多业务无线蜂窝网中的调度与控制算法研究.pdf

摘要 中文摘要 随着移动应用越来越普及，人们要求无线蜂窝网能够提供的服务也越来越多 样化。下一代无线蜂窝网络将能够承载多种业务话音、视频、图形图像和数 据等，这些不同种类的业务具有不同的服务质量( q u a l i t y o f s e r v i c e , q o s ) 要求，如对 时延、误比特率、数据速率的要求不同。为移动用户提供多种业务服务是未来无 线通信网络的主要发展方向。无线蜂窝网络设计有两大目标：一是保证各类业务 的q o s 要求，二是使网络的资源利用率达到最大，这需要借助于有效的调度和业务 控制策略。而无线信道具有自己的一些特殊性，例如位置相关，高误码率，时变 特性等等。而正是由于无线信道的这些特殊性，无线调度和业务控制策略与传统 的有线网络相较有很多不同，并且具有更多的挑战。本文从系统设计的角度出发， 针对多业务无线蜂窝通信系统中的调度算法、呼叫接纳控制算法和拥塞控制算法 进行研究。 首先作者研究了多业务无线蜂窝网中的调度算法。在本文第二章中，作者针对 实时多媒体业务和非实时数据业务共存的多业务无线蜂窝网，深入研究了下行链 路中多q o s 约束下的机会调度算法本章中针对不同q o s 需求的情况，提出了多种 机会调度算法。它们在保证用户多种不同q o s 需求的情况下，优化系统吞吐量。作 者针对每类业务均具有多种长时q o s 约束的一般情况，提出了基于q o s 归一化估计 的机会调度算法；针对实时多媒体业务短时o o s 特性，提出了一种无线多媒体网络 中的机会调度算法。 、 在本文第三章中，作者研究了高速上行分组接) k ( h i g hs p e e du p l i n kp a c k a g e a c c e s s ，h s u p a ) 系统中保证q o s 约束前提下，最大化系统吞吐量的调度问题。作者 先针对h s u p a 系统的特殊性，给出了其速率可行域。然后针对非实时数据业务的 公平性，提出t h s u p a 系统中基于q 0 s 约束，支持多服务类别的机会调度算法。 该算法在保证业务公平性的前提下，通过利用无线信道信息，最大化系统吞吐量。 然后在h s u p a 系统中引入了实时多媒体业务，提出了保证实时多媒体业务和非实 时数据业务q o s 的机会调度算法。 网络技术的发展和实时应用的需求，要求网络协议能够跨层工作。跨层设计的 摘要 协议栈能在各层之间交换状态信息，以便适应和最优化网络性能。在本文的第四章 中，作者研究了结合业务信息的跨层调度算法，在设计调度算法的时候考虑了业 务的跨层信息，例如文件大小信息，用户移动信息等。作者先提出了上行信道中 结合文件大小信息的公平调度算法，在保证公平性需求的同时尽量最大化系统吞 吐量。分别考虑了用户无最大功率限制和用户有最大功率限制的情况。然后作者 在下行信道中提出了同时考虑文件大小信息和用户移动性的调度算法。 在本文的第五章中，作者研究了c d m a 蜂窝通信网的多业务呼叫接纳控制算 法。该章中作者先针对w c d m a 系统上行信道的特征，提出了一种基于补偿策略 的降级呼叫接纳控制策略。在系统过载的情况下采用降级的方式分配资源，接纳 用户以降低阻塞概率；当系统负载较轻的时候，在资源分配中采用补偿策略以提 高公平性。作者还给出了该算法的马尔可夫链条模型。本章中还提出了一种适用 于蜂窝c d m a 系统的双门限呼叫接纳控制算法。 本文的第六章中，作者将机会调度策略和拥塞控制策略相结合，提出了一种 新的跨层优化算法。提出的算法设计目的为保证q o s 需求的同时，最大化系统性能。 作者将队列长度信息引入到机会调度算法之中，以稳定网络中的队列。在拥塞控 制算法的设计上考虑了信道信息和队列信息，以避免数据包丢失和队列空置的情 况。 为验证、评估本文所提出的各种算法的性能，作者分别编写了调度算法、接纳 控制算法和拥塞控制算法的仿真软件，并利用这些软件考察了各种算法的性能， 本文第七章对这些仿真工作进行了简要总结，并给出了主要的流程图。 本文第八章对全文的工作进行了简要的总结，提出了对未来进一步研究的建 议。 关键词无线蜂窝网，多业务，服务质量，无线调度，呼叫接纳控制，拥塞控制。 a b s t r a c t a b s t r a c t a st h ew i d e l yd e p l o y i n go fm o b i l ea p p l i c a t i o n s ，t h ed e m a n df o rp r o v i d i n g m u l t i - s e r v i c ei nw i r e l e s sc e l l u l a rn e t w o r k sb e c o m e sm o r ei m p e r a t i v e t h en e x t g e n e r a t i o no f n e t w o r k si se x p e c t e dt oe v e n t u a l l yc a r r ym u l t i m e d i at r a f i l e v o i c e , v i d e n ， i m a g e s ，o rd a t a , o rc o m b i n a t i o n so ft h e m d i f f e r a n tt r a f f i ch a sd i v e r s i f i e dq u a l i t yo f s 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 er e q u i r e m e n t so f t i m ed e l a y , e r r o rb i tr a t e , a n d t r a n s m i t t i n g r a t ef o rd i f f e r e n tt r a 硒ea r ed i f f e r e n t i a t e d f u t u r ew 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 st r e n dt op r o v i d em u l t i s e r v i c e st om o b i l eu s e 陪t h e r ea r et w o m a i no b j e c t 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 so f d i f f e r e n tt r a f f i c a n dt h eo t h e ri st om a k er g s o l i l v 圯u t i l i z a t i o nm a x i m i z e d b e c a u s eo f t h e u n i q u ec h a r a c t e r i s t i c 8o f w i r e l e s sc h a n n e l ，s u c ha sl o c a t i o nd e p e n d e n t , c h a n n e le r r o ra n d t i m ev a r y i n ge h a n n ds t a t e s t h ep r o b l e m sf a c e db yf u t u r ew i r e l e s st r a f i l ec o n t r o l m e c h a n i s m sa r eg r e a t l yd i f f e r e n tf r o mt r a d i t i o n a lw i r e l i n en e t w o r k sa n dm u c hm o r e c h a l l e n g i n g t l i i sd i s s e r t a t i o ns m d i e ss o m ek e yi s s u e si nw a f f l ec o n t r o li n c l u d i n g s c h e d u l i n g , a d m i s s i o nc o n t r o la n dc o n g e s t i o nc o n t r o lm e c h a n i s m sf o rm u l t i - s e r v i c e w i r e l e s sc e l l u l a rn e t w o r k s a st h ef i r s ts t e po ft h er e s e a r c hw o r k , t h ea u t h o rs t u d i e ss c h e d u l i n ga l g o r i t h mf o r m u l t i s e r v i c ew i r e l e s sc e l l u l a rn e t w o r k s i nc h a p t e r2o ft h i sd i s s e r t a t i o n , t h ea u t h o r f o c o u s e so no p p o r t u n i s t i cs c h e d u l i n gw i t hm u l t i p l eq o sc o n s t r a i n t sf o rd o w n l i n ki n m u l t i s e r v i c ew i r l e s sc e l l u l a tn e t w o r k s f o rd i f f e r e n tq o sr e q i r e m e n t s t h ea u t h o r p r o p o s e ss o m ed i f f e r n e n to p p o r t u n i s t i cs o h e d u l i n ga l g o r i t h m s t h ep r o p o s e da l g o r i t h m s o p t i m i z et h es y s t e mt h r o u g h p u t , w h i l eg u a r a n t e e i n gm u l t i p l eq o sr e q i r e m e n t sf o r d i f f e r n tt r a f i l e f o rm u l t i p l el o n g - t e r mq o sc o n s t r a i n t s , t h ea u t h o rp r o p o 螂aq o s n o r m a l i z e db a s e do p p o r t u n i s t i cs c h e d u l i n ga l g o r i t h m f o rs h o r t - t e r mq o sc o n s t a i n to f m u l t i m e d i at r a f f i c , t h ea u t h o rp r o p o s e sar e a l t i m em u l t i m e d i ao p p o r t u n i s t i cs c h e d u l i n g a l g o r i t h m i nc h a p t e r3o ft h i sd i s s e r t a t i o n , t h ea u t h o rf o c o u s e so i ls c h e d u l i n gp r o b l e mt h a t m a x i m i z e ss y s t e m t h r o u g h p u t , w h i l eg u a r a n t e e i n gm u l t i p l eq o sc o n s t r a i n t s f o r m u l t i s e r i e eh s u p as y s t e m f i s r t , t h ea u t h o rg i v e sf e a s i b l er a t er e g i o nw i t ht h e c h a r a c t e ro fh s u p a t h e n , t h ea u t h o rp r o p o s e saf a i ro p p o r t u n i s t i cs c h e d u l i n gf o r m u l t i - s e r v i c eh s u p as y s t e m t h ep r o p o s e da l g r i t h i ne x p l o i t sc h a r m e lc o n d i t i o nt o i m p r o v e t h es y s t e mt h r o u g h p u t , w h i l e g u a r a n t e e i n gf a i r n e s s f i n a l l y , t h ea u t h o r p r o p o s e sam u l t i - s e r v i c eo p p o r t u n i s t i cs c h e d l i n ga l g o r i t h m 谢t ht h ee o e x i t e n c eo f n o n - r e a l - t i m ed a t at r a f i l ea n dr e a l t i m em u l t i m e d i at r a f f i ci nh s u p a s y s t e m 。 w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn e t w o r kt e c h n o n i g ya n dt h er e q u i r e m e n to fr e a l t i m e a p p l i c a t i o n ，p r o t o c o lw i t hc r o s s - l a y e rd e s i g ne x c h a n g e si n f o r m a t i o nb e t w e e nd e f f e r e n t l a y e r st oo p t i m i z en e t w o r kp e r f o r m a n c e i nc h a p t e r4o ft h i sd i s s e r t a t i o n , t h ea u t h o r s t u d i e sg t o s s - l a y e rs h c e d u l i n ga l g o r i t h mw i t ht r a f f i ci n f o r m a t i o n t h ea u t h o ru s e st r a f f i c i n f o r m a t i o ni nc r o s s l a t e rd e s i g n , s u c ha sf i l es i z ei n f o r m a t i o na n dm o b i l i t yi n f o r m a t i o n i 塑! ! 坠堡! 一一一 f i r s t , t h ea u t h o rp r o p o s e saf a i rs c h e d u l i n ga l g o f i t h r aw i t hf i l e s i z ei n f o r m a t i o nf o r u p l i n k t h e n ，t h ea u t h o rp r o p o s e sac r o s s l a y e rs c h e d u l i n ga l g o r i t h mw i t hf i l es i z ea n d m o b i l i t yi n f o r m a t i o nf o rd o w n l i n k h lc h a p t e r5o ft h i sd i s s e r t a t i o n ，t h ea u t h o rs t u d i e sc a c ( c a l la d m i s s i o nc o n t r 0 1 ) f o rm u l t i s e r v i c ec d m ac e l l u l a rn e t w o r k s f i r s t ，t h ea u t h o rp r o p o s e sac o m p e n s a t i o n l ，o l i c yb a s e dc a ca l g o r i t h ma n dd e v e l o pa m a r k o vm o d e lf o rt h ep r o p o s e da l g o r i t h m t h ep r o p o s e da l g o r i t h mu s e sd e g r a d a t i o np o l i c yt oa c c o o l n m o d a t en e wi l s e l 暑, w h e n s y s t e r ni so v e r l o a da n du s ec o m p e n s a t i o np o l i c yt oi m p r o v e f a i m e s sp e r f b r m a n c ew h e n s y s t mh a sr e s i d u a lb a n d w i d t h t h e l l ，t h ea l l t h o fp r o p o s e sa d u a lt h r e s h e l da d m i s s i o n c o n t r 0 1a l g o r i t h mi nv o i c e d a t ai n t e g r a t e dc d m a c e l l u l a rn e t w o r k s c h a p t e r6o ft h i sd i s s e r t a t i o ns t u d i e st h ep r o b l e mo f j o i n t l yc r o s s - l a y e rd e s i g no f c o n g e s t i o nc e n t r e ia n do p p o r t u n i s t i cs c h e d u l i n g t h eo p t i m a ld e s i 印a i m s t on l a x l m l z e t h es y s t e mi 均r f o r m a n c e ，w h i l eg u a r a n t e e i n gm u l t i p l eq o sc o n s t r a i n t sf o rw i r e l e s s m u l t i s e r v i c e sn e t w o r k s t h ea u t h o rp r o p o s e sac o n g e s t i o nc o n t r o la l g o r i t h mw i t hq u e u e a n dc h a n n e li n f o r m a t i o nt oa v o i du n d e ru t i l i z a t i o na n dp a c k e tl o s s e s a n dt h ea u t h o r i n c o r l d o r a t e st h eq u e u ei n f o r m a t i o nt oo p p o r t u n i s t i cs c h e d u l i n gt os t a b i l i z et h eq u e u e sm t h en e t w o r k c h a p t e r7o ft h i s d i s s e r t a t i o ns u m m a r i z e st h es i m u l a t i o ns o f t w a r e s i m u l a t i o n s o f t w a r e i s d e v e l o p e d t o v e r i f y a n d e v a l u a t e t h e p r o p o s e d a l g o r i t h m s i n t h i s d i s s e n , a t i o n c h a p t e r5p r e s e n t st h em a i np a r t so f t h es o f t w a r ef l o wd i a g r a m c h a p t e r8 o f t h i sd i s s e r t a t i o nc o n c l u d e st h i sd i s s e r t a t i o n , p r e s e n t ss o m es u g g e s t i o n s f o rf u t u r er e s e a r c ho ns o m ei s s u e s k e y w o r d s ：w i r e l e s sc e l l u l a rn e t w o r k s ，m u l t i - s e r v i c e ，q u a l i t yo fs e r v i c e ，s c h e u l i n g , c a l la d m i s s i o nc o n t r o l ，c o n g e s t i o nc o n t r 0 1 简略字表 简略字表 3 r dg c n e r a t i o n p a r t n e r s h i pp r o j e c t a d h o c a d v a n c e dm o b i l ep h o n es y s t e m c a l la d m i s s i o nc o n t x 0 1 c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 2 0 0 0 c a r t i e rt oh t e r f e r c n c er a t i o d i r e c t - s e q u e n c ec o d ed i v i s i o n m u l t i p i ea o o e s s e n h a n c e dd a t ar a t ef o rg i o b a l e v o l u t i o n f r e q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x g c h o r a lp a c k c tr a d i os y s t e m g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l e c o m m u n i c a t i o n s h i 曲d a t ar a t e h i 曲s p e e dd o w n l i n kp a c k a g e a c c e s s h i 曲s p e e du p l i n kp a c k a g e a c , c c s s i n t e r n a t i o n a lm o b i l e t e l c c o m m u n i c a t i o n si n2 0 0 0 i n t e r n a t i o n a lt e l c c o m m u n i c a t i o n u l l i o n m u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t n o r d i em o b i l et d c p h o n e n o d eb a s e - s t a t i o n o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g q u a l i t yo f s e r v i c e s p a c ed i v i s i o nm u l t i p i ea c c e s s s i g n a lt oi n t e r f e r e n c er a t i o t o t a la c c c s sc o m m u n i c a t i o n s y s t e m t i m ed i v i s i o nd u p l e x t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s t i m ed i v i s i o ns y n c h r o n o u sc o d e d i “s i o nm u l t i p l ea c o e 船 v 第三代合作伙伴计划 自组织网络 先进移动电话业务 呼叫接纳控制算法 码分多址2 0 0 0 载波与干扰比 直接序列码分多址 全球演进增强数据速率 频分双工 通用分组无线电系统 移动通信全球系统 高速数据传送 高速下行分组接入 高速上行分组接入 国际移动通信系统2 0 0 0 国际电信联盟 多输入多输出 北欧移动电话 基站 正交频分复用 服务质量 空分多址 信号噪声比 全接入通信系统 时分双工 时分多址 时分一同步码分多址 一一一伽一锄一 一脚一伽撇一 一 一 时一脚一伽跚一啪一 简略字表 u m t s t e l e c 嬲怒嚣t 眦 全球移动通信系统 w c d m a w i d e b a n d c o d ed i v i 8 i o nm u l t i p l 。 宽带码分多址 access。+。 。 c n s c q a c c c t i b s d c o s f s l s 算法简略字 l r o s sl a y e ri n f o r m a t i o nb a s e d s c h e d u l i n g c h a n n e la n dq u e u ea d a p t i v e c o n g e s t i o nc o n t r o l l e r c o m p e n s a t i o na n dt r a 衔c i n f o r m a t i o nb a s e ds c h e d u l i n g d u a lc o n s t r a i n t so p p o r t u n i s t i c s h c e d u l i n g f i l es i z ei n f o r m a t i o nb a s e d s c h e d u l i n g h s u p am u l t i c l a s ss e r v i c e s o p p o r t u n i s t i cs c h e d u l i n g h s u p am u l t i m e d i au s e rf i s t h s u p a p r o p o r t i o n a lf a i r i d e a lf a i rs c h e d u l i n g m u l t i - c o n s t r a i n t sh s u p a o p p o r t u n i s t i cs c h e d u l i n g m u l t i c l a s ss e r v i c e s o p p o r t u n i s t i cs h c e d u l i n g q u e u e a w a r e m u l t i p l eq o s o p p o r t u n i s t i cs c h e d u l i n g q o sn o r m a l i z a t i o nb a s e d o p p o r t u n i s t i cs h e e d u l i n g s y s t e mr e s o u r c e s m a x i m i z a t i o ns c h e d u l i n g 仃a m ca i d e du p l i n k o p p o r t u n i s t i cs c h e d u l i n g t w oq o sc o n s t r a i n t s o p p o r t u n i s t i cs h c e d u l i n g u p l i n km u l t i p l et r a t i c a d a p t i v er e s o u r c ea l l o c a t i o n 基于跨层信息的调度 信道和队列自适应拥塞控制 基于补偿和业务信息的调度 双约束机会调度 基于文件信息的调度 多业务h s u p a 机会调度 h s u p a 多媒体用户优先算法 h s u p a 比例公平算法 理想公平调度 多约束h s u p a 机会调度 多业务机会调度 队列相关多q o s 机会调度 基于q o s 归一化的机会调度 系统资源最大化调度 业务相关上行机会调度 两种q o s 约束的机会调度 上行多业务自适应资源分配 一一一娜一 一 一 一 一 一 一 图形目录 图2 - 1 图2 2 图2 3 图2 - 4 图2 - 5 图2 6 图2 - 7 图2 8 图2 9 图2 1 0 图3 1 图3 2 图3 3 图3 - 4 图3 5 图3 - 6 图3 - 7 图3 8 图4 1 图4 - 2 图4 - 3 图“ 图4 5 图禾6 图禾7 图禾8 图5 - 1 图5 - 2 图形目录 机会调度算法的一般结构- 2 3 系统吞吐量 用户服务时隙比例2 9 用户平均吞吐量2 9 系统吞吐量。 用户服务时隙比例。 。3 2 3 3 用户吞吐量比例3 3 系统吞吐量 平均帧错误率。3 7 非实时数据用户吞吐量的归一化标准差3 7 h m s o s 和h p f 算法的系统吞吐量 h m s o s 和h p f 算法的用户速率归一化标准差 m h o s ，h p f 以及h m u f 的系统吞吐量 非实时数据业务的总吞吐量。 。5 1 5 3 5 3 非实时数据业务平均吞吐量与实时多媒体业务平均吞吐量的比值5 4 实时多媒体业务的平均帧错误率 q o s 未满足的实时多媒体业务数量 非实时数据用户速率归一化标准差 用户1 的吞吐量j 。 用户2 的吞吐量 吞吐量比值 系统吞吐量 非实时业务吞吐量标准差 p f ，p f f s i s ，和p f c l i s 的总完成时间 m r ，m r f s i s ，和m r c l i s 的总完成时间 p f ，p f f s i s 和p f c l i s 的归一化系统吞吐量 类型l 业务平均用户数量 类型i i 业务平均用户数量 x 5 4 5 5 5 5 6 3 6 3 6 4 7 0 。7 1 7 7 7 8 7 8 8 7 8 8 图形目录 图5 3 图5 - 4 图5 5 图5 6 图5 7 图5 8 图5 9 图6 1 图6 2 图6 - 3 图6 4 图7 一1 图7 2 图7 3 图7 - 4 图7 5 切换用户丢弃率 类型i 业务平均用户速率一 类型i i 业务平均用户速率 系统吞吐量 8 8 8 9 8 9 9 0 语音切换呼叫阻塞概率9 4 语音新呼叫阻塞概率9 4 数据呼叫阻塞概率9 5 系统吞吐量1 0 1 不满足时隙公平性约束的用户数量 不满足最小吞吐量约束的用户数量 平均数据丢失率 1 0 2 1 0 2 q n b o $ 调度算法性能仿真流程图 m h o s 调度算法性能仿真流程图。 一1 0 5 1 0 6 t a u o s 调度算法性能仿真流程图1 0 7 u m t a r a 呼叫接纳控制算法性能仿真流程图 1 0 8 联合调度算法的拥塞控制算法性能仿真流程图：1 0 9 表格目录 表1 1 表l - 2 表1 3 表1 4 表4 - 1 表5 1 表5 2 表格目录 w c d m a 和g s m 空中接口的主要差别 w c d m a 与i s - 9 5 空中接口的主要差别3 第三代移动通信系统标准比较 ( 儡把，的四类业务及其特征。 用户吞吐量的归一化标准差 马尔可夫模型的状态转移( 初始状态为( 玛，吗，叫，呓，玛，) ) 8 5 各业务的特征要求 i 独创性声明 本人声明所呈交的学位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。据我所知，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 为获得电子科技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 确的说明并表示谢意。 签名：庭生日期：纠年7 月日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，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 盘厂允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文i ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名： 赢培 导师签名： 李澎氏 日期：。a 0 0 7 年7 月2 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 多业务无线蜂窝通信网的发展概述 1 1 1 无线蜂窝网概述 蜂窝组网理论由美国贝尔实验室提出，是移动通信发展引发的构想，是构造移 动通信网的一种新方法。过去十几年全球无线移动通信系统得到很大的发展，无 线移动通信技术经历了第一代模拟系统到第二代数字无线移动通信系统 ( 2 g 2 s g ) 的演变，最近几年提供更大带宽、更大容量和更灵活宽带多媒体业务 的第三代数字移动通信系统( 3 g ) 逐渐发展了起来，而第四代无线移动通信系统 ( 彳g ) 的发展也提上了日程。 第一代蜂窝移动通信系统是模拟移动通信系统，利用模拟传输方式实现话音业 务，包括美国的a m p s ( 先进的移动电话业务) 、英国的t a c $ ( 全接入通信系统) 、 斯堪的纳维亚的脚( 北欧移动电话) 以及日本的朋t ( 日本电话和电报) 等。 以g s m ( 全球移动通信系统) 和i , g - 9 5 为代表的第二代蜂窝移动通信系统( 2 g ) 主要是为低速话音业务而设计，利用数字传输方式实现话音和低码率数据业务， 其容量和频谱利用率高于第一代。第二代进一步向第三代演变，被称为2 5 代的 g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os y s t e m ) 和e d g e ( e n h a n c e dd a t ar a t ef o rg l o b a l e v o l u t i o n ) 系统增强了分组数据业务的传输能力，将最大传输速率分别提高，使 移动用户能够获得除话音以外的更多的无线数据服务l - 4 。 随着移动通信、数据通信和i n t e r a c t 的飞速发展与日益融合，移动用户对于多 种业务服务的需求不断增长，包括国际电信联盟( i n t e 目m a t i o n a lt e l c c o m m u n i c a t i o n u n i o n , r r u ) 在内的许多国际组织和机构，致力于第三代移动通信系统的研究开发 及相关标准的制定，制定出了能够提供更大带宽、更大容量和更灵活服务的第三 代( 3 珂g e n e r a t i o n ，3 g ) 移动通信系统的标准，主要包括以美国为代表的e d m a 2 0 0 0 , 以欧洲为代表的w c d m a ，以及我国提出的t d - s c d m a 等。第三代移动通信系统的 特点是宽带化、智能化、个人化，具有大容量，高速率，多业务，多码率以及变 码率的特点，支持移动多媒体业务，可以为一个用户同时提供多种业务，而不同 电子科技大学博士学位论文 业务具有不同的服务质量要求 5 ，6 】。随着业务需求的增加，为了在无线链路上提 供更高的数据传输速率，h s d p a ( h i g hs p e e dd a t ad o w n l i n kp a c k e ta c c e s s ) j 7 1 ， h s u p a ( h i g hs p e e dd a t au p l i n kp a c k e ta c c e s s ) 8 ，h d r ( h i g hd a t ar a c e ) 9 】等技术 在3 g 标准中被引入。 3 g 可以提供更宽的频带。不仅传输语音，还能传输告诉数据，从而提供快捷 方便的无线应用。然而，3 g 系统仍然是基于地面标准不一的区域性通信系统，尽 管其传输速率可达2 m b s ，但仍无法满足多媒体通信的需求。因此，第四代移动通 信系统( 4 g ) 的研究随之应运而生。4 g 在高速移动环境支持最高约1 0 0 m b s 的速率， 在低速移动环境达到1 g b s 速率。它应该是一个真正的全球统一的标准，不应该像 3 g 那样，依靠多模终端的方式才能全球漫游。 1 1 2 第三代移动通信系统概述 第一代模拟和第二代数字移动通信系统支持语音通信和有限的数据通信能 力。第三代移动通信系统( 3 g ) 的目标是提供宽范围的服务 1 0 - 1 3 。除了一些与 移动有关的信息外，大部分是多业务的无线扩展，服务质量达到有线网的近似水 平。在9 0 年代中期以后，开始了第三代的研究。 第三代移动通信系统主要集中在服务质量、系统容量、个人和终端的移动性 等方面。系统的容量提供使用更小的小区和地理上有序的频率通道再使用来改善。 第三代系统将按照不同的运行环境使用不同的小区结构。小区的结构从常规的微 小区到室内的微微小区( p i c o - e e u ) 。第三代移动通信系统( 3 g ) 技术提供接近于 有线质量的无线话音业务，而且可以支持普通多媒体和高速数据应用所需的高速 率和容量。3 g 技术将支持基于位置的业务、导航、紧急援助和其它先进业务。3 g 系统使用户可以按自己的要求设置语音信箱、呼叫屏蔽、话音质量及其它业务。 第三代移动通信可为用户提供高速数据传输、因特网访问、移动视频业务和多媒 体服务，同时支持全球漫游特性。表1 1 和表1 - 2 中以w c d m a 作为第三代移动通 信系统的代表，比较了3 g 系统和2 g 系统空中接1 ：3 的些差别【1o 】。 表1 1 w c d m a 和g s m 空中接口的主要差别 w c d m ag s m 载波间隔 5 m h z2 0 0 k h z 频率复用因子 l 1 1 8 第一章绪论 功率控制频率 1 5 0 0 h z 2 h z 或更低 质量控制 无线资源管理算法网络规划( 频率规划) 频率分集r a k e 接收机宏分集跳频 基于时隙的分组调度 分组数据基于负荷的分组调度 ( g p r s ) 下行链路发射分集支持，可提高下行链路容量标准不支持，但可应用 表1 - 2 w c d m , , i 与西舛空中接口的主要差别 矽c d 弘i s 9 5 载波间隔5 m h z 1 2 5 z 码片速率3 8 4 m 1 2 2 8 8 m h z 上行和下行链路都是 上行：8 0 0 h z 功率控制频率 1 5