3G-1X数据业务性能分析

1、3G1X3G1X数据业务性能问题数据业务性能问题研究研究 宽带无线数据通信课程报告 教师：李建东教师：李建东 教授教授学生：郑霖学生：郑霖单位：西安电子科技大学单位：西安电子科技大学时间：时间：2021-11-9 3G1X无线数据业务简介n3G1X采用CDMA2000制式的3GPP2协议结构。它是CDMA2000下的单载波（1.25MHz带宽）的实现阶段。 n不论是在信道的数据吞吐性能，物理信道的调制解调方式，编码，功率控制，还是在分组信道的控制灵活性上都有很大的提高 n引入数据专用信道(SCH)，数据突发峰值速率可以达到153.6kbps n最新的1xEvDO和1xEvDV技术都是在3G1X

2、下的关于无线分组数据业务的补充和增强3G1X系统下数据业务功能实体框图nPCFPacket Control Function，nPDSN Packet Data Service Node nAAAAuthentication, Authorization, and Accounting nHAHome AgentnRRCRadio Resource ControlRLP基础知识n数据信道资源管理：3G1X下数据信道仍采用码分方式，高带宽需占用大量的无线和系统资源，包括OVSF、功率、调制解调单元等n补充信道（SCH）的多用户调度：采用多用户分集和自适应技术，在功控基础上引入了时分的速率控制技术

3、n功率控制：3G1X下采用前反向高速功控，以及前向SCH/FCH,SCH/DCCH的功控方式n数据SCH切换：假定采用前向硬切换，反向软切换n上层TCP流量控制：采用滑动窗口的拥塞控制算法SCH调度速率控制基本原理n相同的平均数据速率条件下，速率控制对功率控制方式的平均发射功率增益是在两条链路下的平均发射功率之比：I 是干扰和噪声的功率和，g 是衰减因子n信息论的分析方法见：The Capacity of Downlink Fading Channels with Variable Rate and Power, Andrea J. Goldsmith, IEEE Trans.1997 110

4、0SINRESINREgPIESINREPP针对3G1X数据业务问题进行了分析以下是其中几方面的内容n传输和应用层（TCP/FTP）流控对前向SCH调度的影响 n对F-SCH指配延迟和调度时长的优化 nF-SCH调度时长对前向外环功控的影响 n减少移动条件下的误帧 传输和应用层（传输和应用层（TCP/FTP）对前向）对前向SCH调度的影响调度的影响 n针对链路层误帧的Selected ACK、Wireless TCP Agent、TimeStamp，ECN，Duplicate SACK等TCP改进控制算法在3G引入RLP控制后已经作用不大n在移动条件下衰落所带来的误帧和TCP层流控间的相互作用

5、比想象大得多（在linux和3G1X系统下搭建了测试平台）对前向对前向SCH指配延迟的优化指配延迟的优化前向SCH信道指配延迟示意图SCHSetupRequestt(BSS)t(MS)FwdSCH资源管理模块FSchSetupAckESCAM信令DSCHP(层三)F Fw wd dS SC CH H指指配配延延迟迟（1 16 60 02 20 00 0m ms s）对前向对前向SCH指配延迟的优化指配延迟的优化减小信道指配迟延有利于n提高无线信道利用率n减小分组包延迟n减小对TCP层流控的影响（见后页）n提高SCH调度效率对前向对前向SCH指配延迟的优化指配延迟的优化n影响信道指配延迟的主要因

6、素：基站系统内信令处理延迟，发送缓冲延迟，层间拆解帧延迟，接收端解码延迟，层间处理延迟，SCH调度算法（160ms200ms）n优化方法：修改了层三空中口信令确认方式，修改了调度流程使信道指配延迟得以减小SCH调度时长研究较短的调度时长出发点是速率控制的原理：n发射功率有限条件下，根据信道衰落的情况获得最大的扇区吞吐性能，获得多用户分集增益n短调度时长可以根据信道衰落情况相应采用自适应的措施进行变速率控制SCH调度时长研究短调度时长的问题：n调度信令处理频繁加重基站系统负荷n调度速度的加快要求调度算法的控制异常精密和复杂n短调度时长带来了单用户链路层带宽的振荡效应n短调度对功控的影响带宽振荡带

7、来的TCP性能影响02004006008001000120014001600180020001234567t (200ms)Segment(1460bytes)duration= 1280ms(64frames), TCP CWND graph02004006008001000120014001600180020001234567t (200ms)segment(1460bytes)duration=320ms(16frames), TCP CWND graph调度时长对外环功控的影响n实验室测试条件RxPower=-75dbm, Ec/Io=-3db, 初始F-SCH外环=FCH外环1db,

8、 FTP下载一1896k字节长文件FSCH Duration ( ms )平均平均 SDU ERASE 个数个数32010716406921280636解决方法n提高前向SCH的相对初始外环；n采用前向SCH的连续外环方式；n采用初始绝对外环和连续外环相结合的方式；n根据反馈CSI (Channel State Identifier),采用不同的绝对或相对初始外环。（但需要考虑不同上层业务模型造成的影响） 减小移动条件下的误帧n移动条件下受到复杂地形条件，多普勒时变衰落信道，复杂多径衰落，干扰的影响n如果SCH采用硬切换方式，则同时也会存在相邻基站干扰和单用户多信道间的干扰n高速SCH下的突发

9、快衰落会导致大片的误码，通过交织等方法也很难解决减小移动条件下的误帧n采用小延迟的CSI反馈是一种解决方式，并在3G1X增强技术1xEVDO，1xEvDV中的反向DRC,ACK信道得以实现，但1X只能采用信令反馈方式，导致基站系统的处理负荷过重，也增加了反向信道的负荷和延迟n由于MAI的影响，信道要求设置功控下发射功率上限（见宽3.3节）。放宽此上限可以明显抵御快衰落移动条件下数据信道发射功率情况呼叫条件高速高速SCH Power上限的上限的概率概率移动测试26.94%近地点测试0远地点测试38.8软切换（两个较强导频）52.56%软切换（单强导频）1.17%n在移动和远地点受衰落影响较大n在

10、扇区交界（多个强导频）高速信道受相邻基站干扰很大移动切换下数据信道抗干扰n提高数据信道的下行信道动态范围提高发射功率上限n在扇区交界区采用数据信道快速切换方法n在扇区交界采用下行数据信道受限软切换的方法，将最强的几个导频信道（FCH激活集）纳入其激活集状态宽3.4(该方法实现较为复杂，在MOTO，NORTEL等个别厂家中采用)3G系统下无线分组业务相关的问题研究方向 蜂窝网络下仍缺乏无线分组应用经验，这方面的研究对今后无线分组技术也是有益的 不同数据业务应用模型和调度过程的关系和调度算法与之的适配、速率控制的反馈控制方法、对不同Qos和Gos的信道调度支持、话音和数据混合容量性能、多载频数据业务负荷均衡、切换中数据信道的功率控制、数据信道的切换算法、数据业