（计算机科学与技术专业论文）异构无线网络垂直切换机制的性能分析.pdf

异构无线网络垂直切换机制的性能分析 摘要 随着多种无线接入网技术的出现与发展，以及用户全球移动性 和服务连续性要求的出现，使得不同接入网之间的融合成为了无线 网络的发展趋势垂直切换机制是一种处理用户在异构网络之间进 行切换的机制，它已得到广泛研究和应用，其目的就是保证用户在 不同网络之中无缝漫游 w c d m a 是一种成熟的3 g 技术。很多专家已经对w l a n 与w c d m a 之间的垂直切换性能进行了研究t d - s c d i v i a 是由我国提出的一种新 型3 g 技术，此技术已经在全球范围引起关注，成为了研究热点 对t d s c d m a w l a n 异构网络垂直切换机制的性能分析是论文的 重点，并将其与w c d m a 和w l a n 之间的垂直切换进行比较用来评估 垂直切换性能的参数有很多，例如抖动，延迟，容量，用户掉线率 和用户阻塞率等论文以用户掉线率和用户阻塞率这两个参数来对 比这两种异构网络无缝漫游能力，并通过m a t l a b 平台对系统进行模 拟 论文首先对w c d m a ，t d - s c d m a 和w l a n 技术进行了简介，并介绍 了m a t l a b 平台的特点然后论文对这三个网络的接入控制机制进行 了详细的描述。此机制的主要作用是检测网络中是否有足够的资源 来满足新用户的要求，从而计算出异构网络的用户掉线率和用户阻 塞率 论文选用典型应用来对异构网络进行模拟和性能分析但由于 现实中网络的复杂性，论文简化了模拟场景：模拟区域是某一3 g 小区 内的边长为1 0 0 0 米的正方形区域：这个模拟区域内有两个w l a n ； w l a n 的覆盖范围是半径为1 0 0 米的圆：网络中所有的用户都在缓慢 移动( 步行) 通过对已有无线网络模拟实验的分析，论文还介绍了网络模拟 中需要考虑的一些子模型以及这些子模型的实现这些子模型包括： 切换模型，流量模型和运动模型。其中切换模型用来决定切换在什么 时候开始进行初始化：流量模型用来模拟各个服务在网络中的流量 行为：运动模型用来模拟网络中各个结点的运动方式，此模型直接 影响网络的容量以及其连接性 基于以上的子模型，论文对w c d m a w l a n 和t d s c d m a w l a n 这两 种垂直切换机制进行了模拟，并对其性能进行了对比和分析。 论文最后对全文进行了总结，分析了研究中的不足并指出了今 后研究工作的方向 关键词：t d - s c d m aw l a nw c d m a 垂直切换接入控制 p e r f o r 【a n c ea n a l y s i s0 fv e l u i c a l h a n d o v e rf o rh e t e r o g e n o u sw i r e l e s s n e t w o r k w i t ht h ea p p e a r a n c ea n dd e v e l o p m e n to fv a r i o u sw i r e l e s sa c c e s s t e c h n o l o g i e s ，t h eu s e r si n c r e a s i n g l yd e m a n dt h eg l o b a lm o b i l i t ya n d s e r v i c ec o n t i n u i t y , s ot h et r e n df o rt h ew i r e l e s sn e t w o r ki st oc o m b i n e d i f f e r e n ta c c e s sn e t w o r k si n t oas i n g l eo n e t og u a r a n t e et h es e a m l e s s r o a mc a p a b i l i t yo fh e t e r o g e n e o u s n e t w o r k ，t h ev e r t i c a lh a n d o v e r m e c h a n i s mh a sb e e nu s e dw i d e l y w c d m ah a sb e e nu s e dw i d e l ya sam a t u r e3 gt e c h n o l o g y , a n d m a n ye x p e r t sh a sd o n eal o to fr e s e a r c hi nt h ev e r t i c a lh a n d o v e rb e t w e e n 。a na n dw c d m 八n o w a d a y s ，an e w3 gt e c h n o l o g y , 1 d s c d m a , p r o p o s e db yc h i n aa p p e a r s ，n l i sn e wt e c h n o l o g yh a sd r a w nt h e a t t e n t i o na l lo v e rt h ew o r l da n db e c o m e st h ef o c u so fm o s tr e s e a r c h t h 【i st h e s i sr e s e a r c h e s m a i n l y i nt h em e c h a n i s mo fv e r t i c a l h a n d o v e rb e t w e e nw l a na n dt d s c d m a , w h i c hi sc o m p a r e dw i t ht h e h a n d o v e rb e t w e e nw l a na n dw c d m a t h e r ea r em a n yc r i t e r i au s e d t oe s t i m a t et h e p e r f o r m a n c e o f h a n d o v e r ：j i t t e r , d e l a y , c a p a c i t y ， c a l l - d r o p p i n gp r o b a b i l i 哆a n dc a l l - b l o c k i n gp r o b a b i l i t y i nt h i st h e s i s ， o n l y t h e c a l l d r o p p i n gp r o b a b i l i t y a n dc a l l b l o c k i n g p r o b a b i l i t ya r e t a k e ni n t oa c c o u n tt op r e s e n tt h es e a m l e s sr o a m i n gc a p a b i l i t yb e t w e e n d i f f e r e n tn e t w o r k si nt h et w os y s t e m s ，a n dt h es i m u l a t i o ni sd o n e t h r o u g ht h ep l a t f o mo fm a n 。a b f i r s t l y , t h i s t h e s i si n t r o d u c e st h e t e c h n o l o g yb a c k g r o u n d o f 忙d m a , t d - s c d m aa n dw e a n , a n di td e c r i b e st h ec h a r a c t e r i s t i c s o fm 衄a bt o o t h e nt h ea d m i s s i o nc o n t r o lm e c h a n i s m so ft h et h r e e i i i n e t w o r k sw i l lb ei n t r o d u c e di nd e t a i l ，a n dt h i sm e c h a n i s mi su s e dt o c h e c kt h a tw h e t h e rt h e r ei se n o u g hn e t w o r kr e s o u r c et os a t i s f yt h en e w u s e r sr e q u i r e m e n t t h e nt h ec a l l d r o p p i n gp r o b a b i l i t ya n dc a l l b l o c k i n g p r o b a b i l i t yo fh e t e r o g e n e o u sn e t w o r k sc a nb ew o r k e do u t t h i st h e s i s b r i n g s s o m e t y p i c a l k i n d s o ft r a f f i i ci n t ot h e h e t e r o g e n o u sn e t w o r kt oa n a l y z et h ep e r f o r m a n c eo fv e r t i c a lh a n d o v e r b e c a u s eo ft h ec o m p l e x i t yo ft h er e a l i s t i cn e t w o r k ，t h i st h e s i ss i m p l i z e s t h es i m u l a t i o ns c e n a r i o ：t h es i m u l a t i o na r e a i sa s q u a r e o f 1 0 0 0 m 水1 0 0 0 mw i t h i nae e l lo f3 gn e t w o r k ：t h e r ea r et w ow l a n s e x i s t i n gi nt h es i m u l a t i o na r e a ；t h e a n sc o v e r i n ga r e ai sac i r c l e w i t ht h er a d i u so f1 0 0m e t e r s ；t h eu s e r si nt h eh e t e r o g e n e o u sn e t w o r k s a r ea l ls u p p o s e dt ob ep e d e s t r i a n s t h r o u g ht h es t u d yo ff o r m e rs i m u l a t i o no fw i r e l e s sn e t w o r k ，t h i s r e p o r t a l s oi n t r o d u c e st h ee s s e n t i a l s u b m o d e l s w i t h t h e i r i m p l e m e n t a t i o n t h e s es u b m o d e l s i n c l u d eh a n d o v e rm o d e l ，t r a f f i c m o d e la n dm o b i l i t ym o d e l t h eh a n d o v e rm o d e li su s e dt od e c i d ew h e n t h eh a n d o v e rs h o u l db ei n i t i a l i z e d ；t h et r a f f i cm o d e li su s e dt os i m u l a t e t h er e l a t e dt r a f f i cb e h a v i o ri nt h en e t w o r k ：m o b i l i t ym o d e li su s e dt o s i m u l a t et h em o b i l i t yc h a r a c t e r i s t i e so fe v e r yn o d ei nt h en e t w o r k b a s e do nt h es u b m o d e l sm e n t i o n e db e f o r e ，t h i st h e s i ss i m u l a t e s t h et w ov e r t i c a lh a n d o v e r so f ，c d m a 、l a na n d t d s c d m 删a nr e p e c t i v e l yw h i c ha r ec o m p a r e dw i t he a c ho t h e r h e r et o o i nt h ee n d ，t h i st h e s i ss u m su pa l lo ft h ec o n t e n ta n dd e s c r i b e st h e d e f i c i e n c yo ft h er e s e a r c ha sw e l la st h ef u t u r ew o r k k e yw o r d s ：t d - s c d m a , w l a n ，w c d m a , v e r t i c a lh a n d o v e f ，c a l l a d m i s s i o nc o n t r o l i v 图表目录 图4 13 g - t w w l a n 切换初始化删。 图4 - 2v i l a n - t o 3 g 切换初始化【h ( 瑚i 图4 3w l a n ，w c d m a 和t d s c d m a 中的传输模型 2 0 图4 4 距离模型2 5 图4 - 5r w p 模型的z 字型运动【s n d 0 0 1 图4 - 6 r w p 模型流程图。 图4 7 数据流量模型【删 图4 - 8o n o f f 模型【j 枷删 图4 9 离散马尔可夫链1 1 唧 2 8 2 9 图4 1 0w w w 流量模型中各参数意义 h v w r 0 0 1 3 0 图4 1 1 两个w w w 用户在w l a n 中传送数据时的信道。3 1 图4 1 2 简化的视频流量模型 图4 1 3 本文中从w c d m a 到w l a n 的切换概率 图4 1 4 【i t c l 0 0 中9 , w c d m a 到w l a n 的切换概率【h c 珊l 图4 1 5 本文中从w l a n 到w c d m a 的切换概率 图4 1 6 【h c l 0 0 】中从w c d m a 到w l a n 的切换概率脚l 图4 1 7 在1 0 0 0 秒和3 6 0 0 秒时的结点分布 图5 1 系统仿真场景 图5 - 2 网络选择过程。 3 3 3 5 3 5 。3 7 3 8 图5 - 3 切换的流程图 图5 4 第一秒l o c a t i o n 变量的设置过程 图5 - 5 随后某秒l o c a t i o n 变量的设置过程 图5 _ 6 潜在流量的初始化。 图5 - 7a c c e s s 变量在系统模拟过程中的变化 4 5 4 6 4 9 5 0 图5 8w w w 用户在两个网络内的掉线率比较。 图5 9 语音用户在两个网络内掉线率比较 图5 1 0 视频用户在两个网络内掉线率比较 图5 1 1w w w 用户在两个网络内的阻塞率比较 图5 1 2 语音用户在两个网络内的阻塞率比较 图5 1 3 视频用户在两个网络内的阻塞率比较 图5 1 4 系统接纳用户的平均值 5 l 5 1 5 2 5 3 图5 1 5 混合服务情况下的用户掉线率对比 5 3 5 4 图5 1 6 混合服务情况下的用户阻塞率对比。 v 5 5 5 6 5 6 表格目录 表格4 1 传播模型参数2 2 表格5 1 切换模型各极限值4 0 表格5 乏各服务在网络中的活动参数表4 0 表格5 弓网络的拥塞指数门限值4 1 表格5 4 负载因子所需参数表。4 1 表格5 5 各服务给w l a n 带来的拥塞增加值。4 2 v 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，本人承担一切相关责任。 本人签名：翔勉埤 日期：丝墨：主：多 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年解密后适用本授权书。非保密 论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：数邀幺国 导师签名： 日期： 丝翌墨：至：主! 日期：丝星：! ：i 2 1 1 简介 第一章绪论 在移动通信中，切换是移动设备在服务小区之间移动时触发的事件当移 动设备从一个基站控制的服务小区进入到另一个基站控制的服务小区时，原基 站与移动设备之间的链路，将由新基站与移动设备之间的链路取代，这就是切 换的含义切换机制是用来处理用户移动的重要机制一个好的切换算法要尽 量减少通信掉线率和通信阻塞率根据切换过程中涉及的网络种类可以将切换 分为垂直切换和水平切换其中垂直切换被定义为不同网络间发生的切换，水 平切换为同种网络间发生的切换 当今，各种各样的无线接入网技术蓬勃发展于是下一代网络的目标就是融 合不同的接入网，使其彼此合作，这样就可以保证全球移动性和服务连续性，所 以现在垂直切换机制极为重要并得到了广泛应用 作为成熟的第三代移动通信网络技术，w c d m a 已经得到了广泛应用另 一种技术，w l a n ，也已经广泛应用在小型区域中，例如实验室，楼房，校园等 专家们对w l a n 和w c d m a 之间的垂直切换已经进行了大量的研究 t d s c d m a 全称是时分同步的码分多址技术。它是由中国提出的第三代移 动通信技术标准这个新兴技术引起了全球的关注，但是这个技术还并不成熟， 其性能还需要进一步的改进 本文对w l a n 和t d s c d m a 之间的垂直切换进行了研究，并与w l a n 和 w c d m a 之间的垂直切换进行了比较切换性能的评估涉及到无线资源管理 ( r a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t , r r m ) 机制中的全部或者部分功能无线资源管理 用于对移动通信系统的空中接口资源进行规划和调度无线资源控制由多个部 分组成：接纳控制，负载控制，切换控制，功率控制等本文主要使用接纳控制算 法对垂直切换的性能进行评价接纳控制的主要作用是保证已有用户的服务质 量当一个新的连接想接入到本网络中来的时候，网络将触发接纳控制机制来 监测网络中的负载，并在保证已有用户质量的前提下，通过一定的算法来计算 空闲资源是否足够来接纳这个新的连接 用来评价切换性能的参数有很多，例如：延迟，通话掉线率，通话阻塞率等本 论文的工作重点主要是通过通话掉线率和通话阻塞率这两个参数来对这垂直切 换的性能进行分析和对比 1 2 课题研究内容 论文使用m a t l a b 平台来模拟w c d m 纠w l a n 和t d s c d m 刖w u 州这 两种异构网络的垂直切换机制，并对这两种垂直切换场景下的异构网络性能进 行对比 论文对复杂的网络环境进行了简化并选用了一些典型应用对异构网络的切 换性能进行了分析 论文对比的性能参数为通话掉线率和通话阻塞率。这些参数主要是通过模 拟各个网络的接纳控制机制来获得的对于w c d m a 和t d s c d m a 网络的接 纳控制机制，论文采用了基于吞吐量的控制算法( t h r o u g h p u t b a s e d ) ，而对于 w l a n ，采用了基于两个门限值的接纳控制算法 论文首先研究的是这两个异构网络的垂直切换机制对单个服务的承载能力， 这些服务包括w w w 9 语音和视频服务，然后对比了当网络中同时存在多种服 务时这两种垂直切换的性能本文仅考虑了w w w 和语音服务共存的情况 1 3 论文结构 论文的组织结构如下所示： 第二章介绍了w c d m a , t d s c d m a 和w l a n 网络的原理以及特点并且 对无线资源管理机制进行了简要介绍。最后描述了m a t l a b 平台的特点 第三章主要介绍了无线资源管理机制中一个主要部分：接纳控制机制对 w c d m a , t d s c d m a 以及w l a n 的接入控制算法分别进行了较为详细的说 明 第四章主要讨论和分析了研究中所使用到的所有子模型这些模型包括切 换模型，无线传播模型，距离模型，用户的移动模型以及各种网络服务的流量 模型。其中无线传播模型和距离模型用来计算移动终端接收到的信号强度以及 移动终端与基站之间的距离，并且切换模型参考这两个参数来决定切换是否被 触发。用户移动模型用来模拟网络中各个用户的运动路径。流量模型用来模拟 某特定网络服务的流量情况。本论文中研究的网络服务有视频服务，语音服务 和网页服务 第五章模拟了w ia n w c d m a 和w ia 卜加d s c d m a 这两个垂直切换机 制，最后对其性能进行了分析和对比 第六章对整篇论文进行了总结，并讨论了此项研究今后的工作 2 亟鲤塞生堂焦途塞 显掏丞线圈缝垂直切逸扭麴数丝筐筮逝 第二章技术综述 弟一早仪不练尬 2 1w c d m a 技术综述 2 1 1w c d m a 简介 w c d m a 全名是w i d e b a n d c d m a ，中文译名为“宽带码分多工存取” w c d m a 是一种由3 g p p 具体制定的，基于g s mm a p 核心网，u t r a n ( u m t s 陆地无线接入网) 为无线接口的第三代移动通信系统 当前，w c d m a 是3 g 的主流技术之一，其余还有c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a c d m a 2 0 0 0 技术比w c d m a 成熟，但其全球漫游能力却远远不及 w c d m a w c d m a 在欧洲和日本已经得到了广泛应用，并有较高的扩频增益，发 展空间很大w c d m a 与g s m ，i s 1 3 6 和p d c 兼容，是g s m 的一个升级，它提 供了更大的网络容量和数据传输率，而且w c d m a 还可以提供更高质量的数据 传输 w c d m a 采用了直接序列扩频码分多址( d s c d m a ) 、频分双工( f d d ) 方式，码片速率为3 8 4 m c p s ，载波带宽为5 m h z 基于r e l e a s e9 9 r e l e a s e4 版 本，可在5 m h z 的带宽内，提供最高3 8 4 k b p s 的用户数据传输速率。 w c d m a 是无线的宽带通讯g s m 系统目前只能传送9 6 k b p s ，固定线路 m o d e m 也只是5 6 k b p s 的速率而w c d m a 可支持由3 8 4 k b p s 到2 m b p s 的数据 传输速率其中3 8 4 k b p s 的传输速率是在高速移动的状态下提供的，在低速或 是室内环境下，则可提供高达2 m b p s 的传输速率。 w c d m a 在同一传输通道中还可以提供电路交换和分组交换的服务，因此， 消费者可以同时利用电路交换方式接听电话，然后用分组交换方式访问因特网， 这样的技术可以提高移动电话的使用效率，使得我们可以超越在同一时间只能 做语音或数据传输服务的限制。 2 1 2w c d m a 的主要特点 通过以上对w c d m a 的简介，这部分主要介绍w c d m a 的主要特点： i w c d m a 可以支持很大的系统容量 w c d m a 射频收发信机能够处理的话音用户是典型窄带收发信机的8 倍。 每个射频载波可处理8 0 个同时话音呼叫、或者每个载波可处理5 0 个同时的 3 i n t e m e t 数据用户。 2 w c d m a 可以承载多种服务 在同一信道上，w c d m a 即可进行电路交换业务也可以进行分组交换业务 真正的多媒体业务通过在单一终端上进行多个电路和分组交换连接而实现。每 个w c d m a 终端可以同时接入6 个服务，并且可以支持不同质量要求的业务 ( 例如话音和分组数据) 。 3 w c d m a 可以支持的电路交换业务包括基本电话业务，电路多媒体业务， 智能网络业务，点对点业务等，而其支持的分组交换业务包括移动o i c q ，移动 游戏，移动冲浪，通过手机接收和发送邮件等等 4 w c d m a 可以提供高速，多样的用户数据传输率 w c d m a 具有支持多媒体服务的能力，尤其是可以支持因特网服务相比而 言，2 g 现今主要是用来支持语音服务，它的数据传输率为1 0 0 - - 2 0 0 k b i t s s 除此之外，3 g 网络可以支持多种用户传输速率在传输过程中，不同数据帧 震中的用户传输速率可以不同，但是同一个数据帧中的传输率是不可改变的 6 w c d m a 支持两种基本操作模型：频分双工方式( f d d ) 彝i 时分双工方式 ( t d d ) 上行链路指的是由移动终端到基站的连接，而由基站到终端的连接则被定 义为下行链路在f d d 模式下，上行和下行链路将分别使用5 m h z 的载波频段， 但在t d d 模式下，上行和下行链路将共享一个5 m h z 的载波频段，只是占用不同 的时间片 7 卓越的话音能力 g s m 网络中每个小区只能处理大约1 0 0 个话音呼叫，而w c d m a 的每个小 区能够处理至少1 9 2 个话音呼叫 8 网络规模更加经济 w c d m a 的预计传输成本将节约5 0 左右w c d m a 通过高效的数据分组 处理方法，将标准e l t 1 线路的容量提高到了大约3 0 0 个话音呼叫，而现在的 网络只有3 0 个话音呼叫。 9 无缝的g s m 舢m t s 接入 双模终端将在g s m 网络和u m r s 舯2 0 0 0 网络之间提供无缝的切换和漫 游，在两个接入系统之间将有尽可能大的业务映象。 1 0 快速业务接入 w c d m a 采用一种新的随机接入机制来支持多媒体业务的即时接入，移动 用户和基站之间建立连接只需零点几毫秒并且w c d m a 利用快速同步来处理 4 3 8 4 k b p s 分组数据业务 2 1 3w c d m a 切换机制 在g s m 网络中，其核心技术之一就是硬切换硬切换就是一个”先断后 接”的过程具体的过程就是当移动终端发生切换时，先将原基站的信道释放， 之后再寻找可以连接的新基站，建立新连接c d m a 系统提出了一种新的切换 技术，软切换软切换与硬切换不同，它是”先接后断”的过程 z c , 0 0 即当移动 终端处于切换状态下，两个或者更多的基站对其进行监测，然后基站控制器从 中选出一个信号质量最好的基站与终端建立新的连接，之后终端才释放原基站 的信道 通过以上对软切换和硬切换的比较，我们可以看出硬切换在过程足够快的 情况下，用户就感觉不到它的影响，但当终端处于屏蔽区时，掉线就发生了而 软切换由于其”先接后断”的特点，使终端掉线率大大降低在w c d m a 系统中。 软切换有着非常广泛的应用 现在，w c d m a 系统采用的切换技术有硬切换，软切换和更软切换 z s l 0 0 其中硬切换发生在w c d m a 网络覆盖的边缘和多载频边缘的情况下即当两个 小区的载波频率不同时，或者终端从w c d m a 系统进入到其他系统( 如g s m 系 统) 时，硬切换就不可避免了而软切换发生在相同的c d m a 频道中的切换它 涉及的小区或者扇区属于不同的基站软切换可以是跨无线网络控制器( r a d i o n e t w o r kc o n t r o l l e r , r n c ) 的切换或同r n c 的切换 s c , o o 而对于更软切换，发 生在移动终端位于一个基站的两个相邻扇区的小区覆盖重叠区域，它只涉及一 个基站更软切换过程中并不需要移动交换中心的参与， 2 2t d s c d m a 技术综述 2 2 1t d s c d m a 简介 t d s c d m a 的全称是t u n ed i v i s i o n s y n c h r o n o u sc o d ed i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s ，即时分同步的码分多址技术t d s c d m a 是中国提出的第三代移动通 信标准，并被国际广泛接受和认可作为第一个以我国知识产权为主的无线通 信国际标准，t d s c d m a 是我国电信史上重要的里程碑 t d s c d m a 是集c d m a 、t d m a 、f d m a 技术优势于一体、系统容量大、 频谱利用率高、抗干扰能力强的移动通信技术，它采用了智能天线、联合检测、 接力切换、同步c d m a 、软件无线电、低码片速率、多时隙、可变扩频系统、 自适应功率调整等技术。t d - - s c d m a 传输方向的时域自适应资源分配可取得 独立于对称业务负载关系的频谱分配的最佳利用率。因此，t d - - s c d m a 通 过最佳自适应资源的分配和最佳频谱效率， 可支持速率从8 k b p s 到2 m b p s 的 语音、互联网等所有的3 g 业务。在最终的版本里，计划让t d - - s c d m a 无线 网络与i n t e r n e t 直接相连。 2 2 2t d s c d m a 的新特点 通过以上对t d s c d m a 的简要概述，这里将对t d - s c d m a 的新特点进行 介绍这些新特点包括时分双工，智能天线，联合检测，上行同步，动态信道分配， 接力切换等 1 时分双工：t d - s c d m a 是t d d 系统所以t d s c d m a 系统无需使用对 称频段，支持非对称的上下数据传输，并且其基站终端无需双工器以上这些特 点，使t d s c d m a 可以灵活的使用频率资源，并且大大提高了t d s c d m a 的频 谱利用率由于t d d 上下行的无线传播环境一致，所以t d s c d m a 便于使用 智能天线，功率控制等技术，可以有效的降低系统干扰，提高系统性能 2 智能天线：智能天线被定义为由多个天线单元组成的天线阵在通信过 程中只能天线可以动态调整各个天线单元激励信号的相位和幅度，形成在空间 针对用户的波束，此波束会随用户移动而移动，始终跟随用户这样可以实现 空分复用，降低小区间和小区内的干扰，集中能量，有效提高信号强度6 - _ 8 d b 3 联合检测：联合检测是解调性能最好的多用户检测技术由于 t d - s c d m a 综合了t d m a 和c d m a 技术，每载波的用户被分布到各个不相互 干扰的时隙中，使得最终每时隙中的并行用户数量很少，从而只有t d s c d m a 适于使用联合检测技术联合检测可以极大的降低甚至消除多址干扰，抑制远 近效应，降低功率控制要求，降低系统信噪比要求，有效提高系统容量 4 接力切换：接力切换是介于硬切换和软切换之间的一种新的切换方法， 是t d s c d m a 移动通信系统的核心技术之一其原理是在切换测量期问，使用上 行预同步的技术，提前获取切换后的上行信道发送时间，功率信息，从而达到减 少切换时间，提高切换成功率，降低切换掉话率的目的通过接力切换，切换过程 经历的时间缩短，切换过程中始终只需一条无线链路从而节省无线资源，切换 中上下行分别进行从而成功率高 5 动态信道分配：动态信道分配就是动态调整无线资源分配t d s c d m a 6 系统中的任何一条物理信道都是通过它的载频时隙扩频码波束的组合来标记 的。这就使得动态信道分配可以在频域、时域、码域和空域四个维度内进行无 线资源的调整，为提高系统性能提供了更为灵活的手段。利用动态信道分配可 以达到降低干扰，均衡负载，确保q o s 要求的目的。 6 上行同步：t d s c d m a 是一个同步系统，系统内的基站与基站、。基站与 移动台之间都是同步的上行同步可以显著降低小区内各个用户之间的干扰；增 加了小区覆盖范围，提高系统容量；优化了链路预算 2 2 3t d s c d m a 切换机制 t d s c d m a 网络允许的切换方式包括硬切换和接力切换其中接力切换是 由t d s c d m a 提出的新切换技术，在文献f z g 0 0 】中进行了介绍 接力切换是介于硬切换和软切换之间的切换方法硬切换虽然提高了信道 利用率，一个终端不会同时占用多个小区信道，但是其掉线率却比较高相对 而言，软切换大大减低了切换的掉线率，但无线资源却遭到很大的浪费接力 切换则避免了硬切换和软切换的缺陷这个切换分为三个过程：测量过程，决 策过程和执行过程这些过程在【z g o o 】中进行了详细描述 2 3 1w l a n 简介 w l a n 的全称是w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k , 即无线局域网w l a n 的原 理就是在一局部区域内通过无线通信技术建立起一个网络所以说w l a n 是计 算机网络和无线通信技术的结合产物w l a n 使用无线信道来代替传统的有线 居域网络中的传输介质，从而使用户可以在任何时间，任何地点接入到更广阔的 网络中去 现在存在的支持w l a n 的无线标准包括i e e e 8 0 2 1 1 b ，i e e e 8 0 2 1 1 a , i e e e 8 0 2 1 1 h ，i e e e 8 0 2 1 1 9 , i e e e 8 0 2 1 1 e 其中i e e e 8 0 2 1 l a 标准将网络的数据传 输速率提升到5 4 m b p s 这个高传输速率很大的降低了与其他设备之间的干扰工 作频率是5 g h z 然而，i e e e 8 0 2 1 1 a 与i e e e 8 0 2 1 l b g 不兼容，并且它的覆盖面积 很小( 1 0 _ - 2 5 米) 8 0 2 1 1 b 的数据传输速率为1 1 m b p s 8 0 2 1 1 b 的优点是消耗少，覆盖面积大 ( 3 0 4 0 米) ，而且可以与8 0 2 1 1 9 兼容然而，各设备在8 0 2 1 1 b 标准下，相互之间 7 的干扰将会增加8 0 2 1 l b 的工作频率为2 4 g h z 8 0 2 1 l g 的数据传输速率为5 4 m b p s 8 0 2 1 l g 的优势在于消耗少，速率高和覆 盖面积大( 室内3 0 4 0 米，室外9 0 米) 其工作频率为2 4 g h z i e e e 8 0 2 1 i e 标准对w l a n m a c 层协议提出改进，以支持多媒体传输，以 支持所有w l a n 无线广播接口的服务质量保证o o s 机制。而i e e e 8 0 2 1 l h 用 于8 0 2 1 l a 的频谱管理技术。 当今，i e e e 8 0 2 1 l a , i e e e 8 0 2 1 l b 和i e e e 8 0 2 1 l g 是使用最广的协议他们的 作用就是使用户无线的接入到已太网中去 作为一个有线网的扩展，w l a n 已经在很多地方进行了使用，例如：居民小 区，游乐园，医院，飞机场和公车站等而且，w l a n 也可被用来实现移动交易， 便捷会议，便捷课堂和医疗与股市等领域对于那些很难布线的地方( 山区，沙 漠) ，w l a n 是最理想的选择 2 3 2w l a n 特点 w l a n 最主要的特点就是使用无线电波来替代传统的有线网中的电缆 w l a n 使网络结构更加灵活，终端的移动更加便捷w l a n 是作为有线局域网 的扩展而发展起来的任何一个团体和企业都可以利用w l a n 来建立商务网络 下面将介绍w l a n 的各项优点： 1 安装简单：一般来说，建设周期最长和对网络周围环境影响最大的过程 就是网络规划w l a n 的最大优势就在于它避免和减少了此过程的巨大工作量 2 使用灵活：传统的有线网络中，终端设备只能在固定的一些位置接入网 络然而，w l a n 可以使终端在无线信号覆盖的任何位置接入网络 3 低消耗：有线网络缺少灵活性，所以需要大量的时间考虑将来发展的需 要而w l a n 的灵活性使这方面的消耗降到了最低 4 可扩展性：由于无线局域网可以通过很多方法来配置，所以具体构建的 方法可以按需灵活的选择 2 3 3w l a n 切换机制 文献 z m o 对w l a n 的快速切换进行了详细描述在多种w l a n 协议中， i e e e 8 0 2 1 l f 标准首先用于实现终端在同一网段上多a p 之间的漫游功能但终 端使用这个标准进行切换时，a p 都需要与m 蛐i u s 服务器进行大量的消息交换， 8 所以切换延时比较长于是进行了对快速切换技术的研究，并提出了 i e e e 8 0 2 1 l r 标准和其用于实现快速切换的一些新机制这些新机制包括资源预 留机制，新的密钥管理框架，新的漫游协议等，【z v o o 对这些机制进行了详细讲 解 2 4 无线资源管理 2 4 1 无线资源管理机制简介 无线资源管理机制( r a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t , r r m ) 可提高空中接口 资源的利用率r r m 的主要作用就是保证服务质量( q u a l i t yo fs e r v i c e ，q o s ) r r m 的主要功能有助于保持规划的覆盖范围和优化系统容量 r r m 包括五部分：功率控制，切换控制，接入控制，负载控制和信道分配 前四部分在下面进行介绍 2 4 2 功率控制 功率控制是无线资源控制机制的重要功能之一一般而言，功率控制是用 来处理电池寿命以及安全问题的然而，如果多个用户同时在一个频带内运行 时，功率控制就成为移动系统中必不可少的元素例如，在c d m a 和w c d m a 系统中，功率控制机制是必须存在的，它的作用是调节传输功率到达一个最优 值，使其可以刚刚足够保持链路质量，这样干扰就可以被大大降低了 上行链路和下行链路的功率控制的职能是不同的在上行链路中。如果没 有功率控制机制，离基站进的终端信号将会阻塞远距离的终端信号所以功率 控制机制将平衡远近不同的终端的信号强度在下行链路中，由于基站会向所 有终端传输信号，那么功率控制就是用来补偿移动终端所受到的区间干扰 功率控制一共有三种类型：开环功率控制，闭环功率控制和外环功率控制 其中开环功率控制对移动终端功率进行初始化设置闭环功率控制则是用来控 制上行功率和下行功率，以满足系统信噪比的要求最后外环功率控制是用来设 置在闭环功率控制中用到的信噪比目标值 2 4 3 切换控制 切换在移动系统中是必要的由于用户的移动性，用户会从一个小区移动 9 到另一个小区而当用户移动出一个小区的边界时，切换将会发生 切换的种类有很多：硬切换，软切换，更软的切换，还有一个随着 t d s c d m a 标准提出的新切换，接力切换 硬切换意味着用户不能同时和两个或更多的小区进行通信在用户移动到 另一个小区之前，这个用户要先断掉