一种宽带无线am信道分配与接收系统

一种宽带无线am信道分配与接收系统

目前，第三代移动通信迅速发展，成为研究的热点。在协议和标准中，考虑到无线传感器技术的应用，实现了多媒体业务的综合传输和交换。码分多址(CDMA)具有频率管理分配简单,容量大,抗干扰性、抗衰落性好,保密性好,同一频率可以在所有小区内重复使用等优点,尤其是对信道分配和复用方式与ATM网络有类似之处,因此,采用CDMA多址方式实现无线ATM的网络通信,日益得到人们的关注和研究。一、信号产生速率CDMA系统是一个自干扰系统。它所有的用户共享同一个频段,不同的信道间是按特定的地址码来区分。它对空中信道的使用也是一个复用的过程。对于采用CDMA多址技术的宽带无线ATM通信网而言,系统在空中信道传输ATM信元,与有线ATM网络相比,CDMA系统的空中信道相当于缓存复用器,在反向链路中,小区的可用信道个数相当于缓存器的长度。但是两者是有区别的,有线网络中的缓存器只是复用器,它是时间上的复用;区内的空中信道既是传输信道又是复用器,它是功率上的复用,它的传输速率没有上限,它不会造成信元的延迟或丢弃,但是随着信道数的增加,信道间的干扰会使传输的质量下降。在DS/CDMA系统中,基于相关BPSK接收,基站对第i个信道的接收信噪比,在忽略外界干扰时为:SΝR=1Κ∑k≠i2ΡR‚k3Ν⋅ΡR‚i+Ν0Ρ⋅Τb(1)其中,N为扩频比,PR,k为第k个信道的接收功率,N0为单边带高斯白噪声功率谱密度,Tb为PN码宽,K为总信道数。简化认为CDMA小区是等功率控制,且忽略高斯白噪声干扰和外界干扰。则基站对任一信道的接收信噪比为:SΝR=3Ν2(Κ-1)(2)随着同时使用信道数的增加,自干扰的作用会降低基站的接收信噪比。当信道数增加到一定程度时,信噪比的下降将使基站对业务信元的接收达不到业务服务质量对误码率的要求。因各种业务(CBR,VBR等)共用一个信道,信道数据传输速率会随机变化。记任一业务的均值数据产生速率为:ˉV=limt→∞+∞∫0vdtt(3)v是用户的瞬时速率。则所有业务的瞬时数据产生速率为:Τ∑i=1vi,所有业务的均值数据产生速率为:Τ∑i=1ˉVi;记任一业务的峰值数据产生速率为:Vimax,则所有业务的峰值数据产生速率为:Τ∑i=1Vimax,其中T为用户数。当业务的数量积累到一定程度时,系统所有业务的峰值数据产生速率在多数时刻将位于Τ∑i=1ˉVi附近一个很小的范围。随着业务数的增加,系统所有业务的峰值数据产生速率会超过信道的最大传输速率Vc。如果Τ∑i=1ˉVi＜Vc,可以将在Τ∑i=1vi＞Vc时刻,信道不能传出的信元,延迟发出,这样依然可以传输所有业务的数据。尤其是大量业务复用的情况下,Τ∑i=1vi＞Vc的概率会很小,因此信元的延迟也会很小。因此,在大量业务复用的情况下,选取Τ∑i=1ˉVi≤Vc可以降低分配给各个用户的传输带宽,用相同容量的公共信道传输更多的业务,提高信道的利用率,而不必按所有业务的峰值速率Τ∑i=1Vimax去考虑信道的分配恶化使用。因此,如果基站所需的、满足用户业务服务质量对误码率要求的接收信噪比SNR确定,则可得小区反向链路的可用信道数K和最大传输速率Vc分别为:Κ=int(3Ν2⋅SΝR+1)(4)Vc=Κ⋅V0(5)V0为小区反向链路的传输速率,这里忽略了外界干扰和白噪声干扰。二、信道溢出产生的需求由于信道的随机占用,在某一时刻,反向链路中使用的信道数会超过可用信道数,此时基站的接收误码率将达不到服务质量的要求,产生信道溢出。为了不产生信元的丢失,在不使用缓存器保存信元的情况下,信道的每一个传输时隙(信道传送一个信元的时间),用户产生一个信元就需要一个信道去传输。直接信道复用模型就是根据用户的峰值信元产生个数为用户分配信道,而后在空中进行复用。直接信道复用模型为用户分配信道数为:k′=∑所有业务int(VmaxV0)(6)三、业务信元产生的速率采用on-off信源作为输入业务模型。on-off模型假设信源有on和off两种状态。信源在on状态时以固定的速率发出信元,在off状态时则不发出信元。on和off状态交替发生,两状态持续时间分别服从两个不同参数(λ、μ)的负指数分布。业务处于on和off状态期间的平均时长分别为:Τon=E(fon(t))=1λ(7)Τoff=E(foff(t))=1μ(8)业务信元产生的概率处于on和off状态期间分别为:Ρon=μλ+μ(9)Ρoff=λλ+μ(10)实际应用中,因编码器的作用和同步的需要,业务信元产生的峰值速率通常是空中信道传输速率的若干倍频或分频。为简化分析,认为当业务信元产生的峰值速率大于等于信道速率时,即Vimax≥eV0,e是倍频数,业务在某一时隙产生e个信元的概率即为业务处于on状态期间的概率,不产生信元的概率即为业务处于off状态期间的概率。为了分析的简化,这里认为,在某一时隙,业务信元产生的峰值速率小于信道速率,即Vimax＜V0e‚e是分频数,这就意味着即使业务处于on状态,也是每隔e个时隙才产生出一个信元。则在某一时隙,业务处于on状态产生信元概率为:Ρ=μ(λ+μ)e(11)则在某一时隙,业务处于off状态不产生信元概率为:Ρ=μ(e-1)+λe(λ+μ)e(12)四、直接信道复用模型一个典型的用户是由多种业务组成的,每种业务的个数是一个或是多个。各个业务产生信元是一个随机过程,任一时隙,用户产生信元的个数是各个业务产生信元的个数和。定义随机变量M和mi,M为用户任一时隙产生的信元数,mi为每个业务在任一时隙产生的信元数,则有:Μ=∑所有业务mi(13)从前面的分析可以知道,用户在任一时隙最多产生的信元个数可以表示为:Μmax=∑所有峰值速率大于信道速率的业务mi+Ζ(14)式中,Z为所有峰值信元产生速率小于信道速率的用户个数和。由于各个业务之间相互独立,则用户在任一时隙信元产生的概