基于Relay的LTE系统级下行仿真平台详细设计说明书

文档编号：001-01-04中国移动基于Relay的LTE系统级下行仿真平台软件项目具体设计说明书 北京邮电高校无线理论与技术试验室2008年1月

作者版本修改缘由修改日期曾理V0.8编写初搞王志杰V0.9修订黄帆V1.0完成正式稿书目TOC\o"1-4"\h\z\u1.引言 11.1编写目的 11.2项目背景 11.3定义 11.4参考资料 22.总体设计 42.1功能概述 4链路级与系统级接口模块 4业务模型模块 4调度模块 4小区模块 4移动模型模块 52.1.6差错重传模块 62.2模块结构： 6链路级与系统级接口模块 7业务模型模块 7调度模块 7移动模型模块 92.3类关系说明 9链路级与系统级接口模块 9业务模型模块 10调度模块 10小区模块 112.4算法说明： 11链路级与系统级接口模块 11简化V-BLAST系统模型 11二发二收V-BLAST系统SINR计算 13多小区V-BLAST系统SINR计算 13同簇子载波SINR的合并 14业务模型模块 14VoIP 15Besteffort服务类型--FTP业务 18交互式传输模型：HTTP业务 19视频流业务（VideoStreaming） 21交互式实时业务：实时嬉戏（MobileNetworkGaming） 23调度模块 243.类定义 263.1scm函数 26函数功能描述 26函数说明 26函数运用方法示例 273.2SHADOW_FADING类 27类功能描述 27类方法说明 27方法1 27方法2 27类运用方法示例 283.3SCMEmain函数 28函数功能描述 28函数说明 28函数运用方法示例 293.4SCMEmainSectorization函数 29函数功能描述 30函数说明 30函数运用方法示例 313.5pilotSINR_DL函数 31函数功能描述 31函数说明 31函数运用方法示例 333.6servingSINR_DL函数 33函数功能描述 33函数说明 33函数运用方法示例 353.7Controler 35类功能描述 35类方法说明 35方法1：WorkSlot() 353.7.3类运用方法示例 363.8Scheduler 363.8.1类功能描述 363.8.2类方法说明 36方法1：virtualdoubleCalPriority(MSS&,int,int) 36方法2：DoControl() 373.8.3类属性说明 37属性1：AntennaID 37属性2：CarrierClusterID 37属性3：CellID 383.8.4类运用方法示例 383.9SchedulerRoundRobin 383.9.1类功能描述 383.9.2类方法说明 38方法1：CalPriority() 383.9.3类运用方法示例 383.10SchedulerMaxC2I 383.10.1类功能描述 393.10.2类方法说明 39方法1：CalPriority() 393.10.3类运用方法示例 393.11SchedulerPF 393.11.1类功能描述 393.11.2类方法说明 40方法1：CalPriority() 403.11.3类运用方法示例 403.12SchedulerM_LWDF 403.12.1类功能描述 403.12.2类方法说明 40方法1：CalPriority() 403.12.3类运用方法示例 413.13DistributeMSAlgoDiamond 413.13.1类功能描述 413.13.2类性能描述 413.13.3类的方法说明 41方法：DistributeMS(MSManager&_msm,BSManager&_bsm) 413.13.4类运用方法示例 413.14DistributeMSAlgoFile 423.14.1类功能描述 423.14.2类性能描述 423.14.3类的方法说明 42方法：DistributeMS(MSManager&_msm,BSManager&_bsm) 423.14.5类运用方法示例 423.15DistributeMSAlgoFix 423.15.1类功能描述 423.15.2类性能描述 423.15.3类的方法说明 42方法：DistributeMS(MSManager&_msm,BSManager&_bsm) 423.13.4类运用方法示例 433.16DistributeMSAlgoHex7 433.16.1类功能描述 433.16.2类性能描述 433.16.3类的方法说明 43方法：DistributeMS(MSManager&_msm,BSManager&_bsm) 433.13.4类运用方法示例 433.17DistributeMSAlgoHexagon 443.17.1类功能描述 443.17.2类性能描述 443.17.3类的方法说明 44方法：DistributeMS(MSManager&_msm,BSManager&_bsm) 443.13.4类运用方法示例 443.18MSS 44类功能描述 44类性能描述 443.18.3类的方法说明 45方法1：voidMove() 45方法2：doubleGenerateNewDirection() 45方法3：voidUpdateActiveSet(vector<vector<double>>&) 45方法4：voidFrameEnd() 45方法5：doubleRatePrediction(inti,intj); 46方法6：voidFlagChannelIndex(intbsid,inti,intj,double_FrameRate,double_SINR_dB); 46方法7：voidRecieveRI(inti,intj); 46方法8：RecieveTF(intmcs,doublepayloadsize); 47方法9：structHARQBUFFER 47方法10：voidPowerControlProcess()； 48方法11：voidUpdateActiveSet(vector<vector<double>>&)； 48类属性说明： 48属性1：m_dDirection 48属性2：m_iHomeSector 49属性3：HARQBUFFER 49属性4：TimetoTrans 49属性5：intm_ID; 49属性6：vector<pair<int,int>>m_ActiveSet; 49属性7：pair<int,int>m_MainServBTS; 49属性8：boolm_bIsSoftHandOff; 50属性9：boolm_bIsOutSector; 50属性10：intm_iChannelType 50属性11：deque<pair<int,bool>>m_PCQueue; 50属性12：intm_bPC; 50属性13：intm_iTxFormat; 50属性14：intm_iFrameOffSet; 50属性15：doublem_dTotalTxPowerMw; 51属性16：doublem_dPilotTxPowerMw; 51属性17：doublem_dDRCTxPowerMw; 51属性18：doublem_dTrafficTxPowerMw; 51属性19：longm_lDataQueueSizetemp; 513.19WrapMS7 51类功能描述： 52类方法说明： 52方法1：PointWrapMS(MSS&_ms,constBS&_bs) 52方法2：PointWrapBS(constMSS&_ms,constBS&_bs) 52类属性说明： 52属性1：WrapMSTable[7][7] 52属性2：WrapBSTable[7][7] 523.20Service 52类功能描述： 53类方法说明： 53方法1：WorkSlot() 533.20.3类运用方法示例 533.21ServiceFullQueue 533.21.1类功能描述： 533.21.2类方法说明： 54方法1：WorkSlot() 543.22ServiceVoIP 543.22.1类功能描述： 543.22.2类方法说明： 54方法1：WorkSlot() 543.23ServiceFTP 543.23.1类功能描述： 543.23.2类方法说明： 55方法1：WorkSlot() 553.24ServiceHTTP 553.24.1类功能描述： 553.24.2类方法说明： 55方法1：WorkSlot() 553.25ServiceVideo 553.25.1类功能描述： 553.25.2类方法说明： 56方法1：WorkSlot() 563.26ServiceGaming 563.26.1类功能描述： 563.26.2类方法说明： 56方法1：WorkSlot() 563.27BS 56类功能描述： 56类方法说明： 57方法1：voidAddBTSs(); 57方法2：voidHARQProcess(int_msid) 57方法3：voidReset(); 57方法4：voidConnectMS(int_msid,pair<int,int>_btsid) 57方法5：voidHARQEntity(int_msid) 58方法6：voidDisconnectMS(int_msid,pair<int,int>_btsid) 58方法7：voidWorkSlot() 58类属性说明： 59属性1：vector<int>m_RetransMS 59属性2：vector<int>m_NewtransMS 59属性3：vector<int>m_ActiveSet 59属性4：map<int,MSRXBUFFER>m_RxBufferBS 59属性5：vector<BTS>m_BTSs 59属性6：BSIDm_ID 60属性7：vector<BTS>m_BTSs 60．类运用方法示例 603.28MSRXBUFFER 60类功能描述： 60类方法说明： 60方法1：MSRXBUFFER(int_id):m_iMSID(id) 60类属性说明： 61属性1：m_PilotC2I 61属性2：m_iMSID 61属性3：m_iChannelType 613.29Statistician 61类功能描述： 61类方法说明： 61方法1：voidPreProcess() 61方法2：voidPrintTable() 62类属性说明： 62属性1：m_MSData 62属性2：m_BTSData 623.30NetWorkDrive 623.30.1类功能描述 623.30.2类方法说明 62方法1：voidUniformReady() 62方法2：voidSimulateRun() 63方法3：voidSystemInitialize(); 63方法4：voidSystemEnd() 63方法5：voidDropInitialize(); 64方法6：voidSlotRun(); 64方法7：NetWorkDrive&NetWorkDrive::Instance() 64方法8：voidDropEnd() 65类属性说明： 65属性：staticNetWorkDrive*m_pNetWorkDrive; 653.31BsManager 653.31.1类功能描述 653.31.2类方法说明 65方法：voidDistributeBSs(); 65类属性说明： 66属性：vector<pair<int,bool>>m_FrameRecord; 访问属性：公用； 663.32MsManager 663.32.1类功能描述 663.32.2类方法说明 66方法：voidDistributeMSs(BSManager&_anm) 66类属性说明： 66属性：shared_ptr<DistributeMSAlgo>m_pDMSA; 663.33MapRoutBtsSINR_DL函数 663.32.1函数功能描述 673.32.2函数说明 67函数运用方法示例 683.34MapRoutRelaySINR_DL函数 68函数功能描述 68函数说明 68函数运用方法示例 693.35RouterSINR_DL函数 69函数功能描述 70函数说明 70函数运用方法示例 724．文件格式 734.1文件BTS_Parameters 734.2文件FERTABLE 734.3文件Link_Parameters 744.4文件msposx，msposy 744.5文件MSS_Parameters 744.6文件Simulate_Parameters 754.7文件BSResults 764.8文件BSTotalResults 764.9文件MSResults 764.10文件MSTotalResults 774.11文件ParametersRecord 774.12文件SimulationTime 774.13其他文件 77附录 79ARELAY介绍 80A1Relay引入背景 80A2Relay的网络架构 81A2.1固定无线中继 83A2.2可移动中继 85A3无线中继在移动网络中的应用场景 85A3.1固定覆盖场景 85A3.2大型建筑物室内覆盖 86A3.3临时性覆盖和应急通信 86A3.4对交通工具的覆盖 86A4无线中继涉及的关键技术 86A4.1帧结构 87A4.1.1透亮中继的帧结构 87A4.1.2非透亮中继的帧结构 88A4.2ARQ/HARQ 88A4.3协作中继与虚拟MIMO 89A4.4切换技术 90A4.5多级调度算法 91A5无线中继技术的应用前景 92B基于Relay的系统评估方法 94B1多跳系统简介 94B2MIMO协同中继 95B3多跳系统的评估 97B4仿真平台实现方案 99B5系统级仿真结果 1001.引言1.1编写目的本说明书用于阐明基于无线中继Relay技术的LTE下行系统级仿真平台的设计方案，包括对平台中各个模块的介绍，以及链路级-系统级接口方案的设计方法和具体实现。读者依据本书内容，可对接口实现方式进行敏捷配置，也可以对仿真参数进行实时调整，输出最终的性能评估参数。本仿真平台依据3GPP相关协议模拟基于无线中继Relay的LTE系统级各个模块，达到输出系统性能评估参数的最终目的。该平台是基于无线中继Relay的LTE下行系统平台，与基于无线中继Relay的LTE上行系统平台一起综合评估基于无线中继Relay的LTE系统整体性能，两个平台彼此相互独立。1.2项目背景本项目隶属北京邮电高校无线理论与技术试验室与中国移动探讨院合作的LTE项目组。1.3定义AFAmplify-and-ForwardAPAccessPointBS BaseStationDFDecode-and-ForwardMIMO MultipleInputMultipleOutputMMSE MinimumMeanSquareErrorMS MobileStationNTRSNon—transparentRSOFDM OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexingOFDMA OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccessRSRelayStationSINR SignaltoInterferenceandNoiseRatioTRSTransparentRSVBLAST VerticalBell-labLayerSpaceTimecodingWMNWirelessMeshNetwork1.4参考资料[1]3GPPTR25.814-150,”PhysicalLayerAspectsforEvolvedUTRA”,May2006[2]3GPPTR25.892,”FeasibilityStudyforOFDMforUTRANEnhancement”,[3]3GPPTR25.913,”RequirementsforEvolvedUTRA(E-UTRA)andEvolvedUTRAN(E-UTRAN)”,2005-06[4]3GPPTR25.996,”SpatialChannelModelforMIMOSimulations”[5]3GPPR1-070674,”LTEphysicallayerframeworkforperformanceverification”,Feb,2007 G.J.Foschini.Layeredspace-timearchitectureforwirelesscommunicationinafadingenvironmentwhenusingmulti-elementantennas.BellLabsTechnicalJournal,pp.41-59,Aug.1996[6] B.Vucetic,J.Yuan.Space-TimeCoding.JohnWiley&Sons,2003[7] scm-05-07-2006,V1.21[8] scme-2006-08-30,V1.2 [9]IEEE802.16j,“Multi-hopRelaySystemEvaluationMethodology(ChannelModelandPerformanceMetric),”Sep.2006[10]MarkusHerdin,”AChunkBasedOFDMAmplify-and-ForwardRelayingSchemefor4GMobileRadioSystems,”proceedingsofICC2006,2006[11]Shiang-JiunLin,WernHoSheen,etal,“ResourceSchedulingwithDirectionalAntennasforMulti-hopRelayNetworksinManhattan-likeEnvironment,”proceedingsofIEEE[12]ISTWINNER.Deliverable3.2:descriptionofidentifiednewrelaybasedradionetworkdeploymentconceptsandfirstassessmentbycomparisonagainstbenchmarksofwellknowndeploymentconceptsusingenhancedradiointerfacetechnologies[13]ISTWINNER.Deliverable3.5:proposalofthebestsuiteddeploymentconceptsfortheidentifiedscenariosandrelatedRANprotocols[14]IEEE802.16j-06_015.Harmonizedcontributionon802.16j(mobilemulti-hoprelay)UsageModels,2006[15]IEEE802.16amendmenttoIEEEstandardforlocalandmetropolitanareanetworks-part16:airinterfaceforfixedandmobilebroadbandwirelessaccesssystems-multi-hoprelayspecification,2006[16]无线中继在下一代移动通信系统中的应用张霄竞(华为技术有限公司上海201206)[17]IST-2003-507581WINNER,D3.1Descriptionofidentifiednewrelaybasedradionetworkdeploymentconceptsandfirstassessmentbycomparisonagainstbenchmarksofwellknowndeploymentconceptsusingenhancedradiointerfacetechnologies,October2004[18]IST-2003-507581WINNER,D3.2Descriptionofdeploymentconceptsforfutureradioscenariosintegratingdifferentrelayingtechnologiesinacellularinfrastructureincludingdefinition,assessmentandperformancecomparisonofRANprotocolsforrelaybasedsystems,February2005[19]CCSATC5WG6-136.新一代无线通信空中接口技术纲要V4.0[20]Relay技术在B3G/4G系统中的应用李扬朗讯科技(中国)公司经理万屹信息产业部电信探讨院通信标准探讨所无线与移动探讨部主任现代电信科技[21]RELAY技术确保WiMAX性能同济高校刘富强单联海通信产业/2007年/5月/28日/第A07版技术2.总体设计2.1功能概述链路级与系统级接口模块程序实现的功能包括：利用SCME程序产生信道快衰依据用户位置产生阴影衰落叠加天线方向增益计算下行导频信道的信干噪比选定服务基站计算业务信道的信干噪比2.1.2业务模型模块业务模型分为人际（PTP）电路交换业务，人际（PTP）交换分组业务和内容到人（CTP）业务。PTP电路交换业务分为：AMR话音业务，可视电话业务；PTP分组交换业务分为：图像和多媒体，PoC业务，VoIP业务.CTP业务分为：网页阅读，音频和视频流，内容下载（FTP），多媒体广播组播业务（MBMS）。其中FullQueue，VoIP，HTTP，FTP，VideoStreaming,Gaming这几种业务模型是仿真中重点考虑的，其中FullQueue和VoIP是重点评估对象。2.1.3调度模块基于无线中继Relay的LTE采纳OFDM-MIMO技术，其无线资源包含空间、频率二维资源。无线资源调度的问题就是如何合理的安排此二维资源。平台中的调度模块负责两个主要功能：1.对系统的无线资源进行安排，2.通过查找MCS表，对各个移动台的能够支持的最大传输速率进行选定。2.1.4小区模块我们采纳了一种用有限区域来模拟无限区域(WrapAround)的小区部署模型，利用服务区内的小区在服务区外围产生映射小区，用于计算服务区边缘小区的相邻小区干扰。系统仿真的整个区域称为服务区，是由一个中心小区以及四周一圈的六个小区构成7小区模型。每个小区为正六边形蜂窝形态，小区基站位于小区的几何中心。中心小区的标号为0，四周小区依次标为1～6。其中中心小区的正东邻小区标为1，其余的逆时针排列。整个系统采纳直角坐标定位，且以中心小区的基站处为原点，正东方向为X轴正方向，正北方向为Y轴正方向。每个小区分为三个扇区。图17小区模型2.1.5移动模型模块此次平台搭建的要求是基于移动台实时运动的模型来搭建。为了达到这一目的，我们采纳了经典的Manhattan模型。移动台的运动分为直行、左转、右转三种状况，在实际状况中倒车的状况较少，且倒车时车速很慢，因此不考虑后退的状况。如下图所示，移动台的运动状况在每一个仿真时隙中均有可能变动，而且满足肯定的概率进行变更。如下图所示，其中前进的概率为60%，左转的概率为20％，右转的概率为20％。移动模块实现移动台依据肯定的移动模型移动，移动模型描述了移动台移动的方向变更和速率变更(依据3GPP选定信道模型，对应的确定移动速率)。方向变更以概率产生，在[-PI/2,PI/2]之间随机产生，变更的概率是0.3，不变的概率是0.7。切换模块：依据移动台移动的地理位置或者信号强度推断是否须要切换。假如须要，则选择新的基站，并与之建立连接，然后断开与原基站的连接。60%60%20%20%图2移动台模型差错重传模块平台采纳异步自适应HARQ方案。即基于MCS等级的反馈重传，重传的数据包依据实时的信道条件设置调制方式。反馈重传的数据包需与下一帧重传的数据包比较业务等级。2.2模块结构：链路级与系统级接口模块图3链路级－系统级接口设计框图业务模型模块应用模型传输类型拥有用户百分比FTPBest-effort10%网页阅读/HTTP交互式20%视频流流媒体式20%VoIP实时30%嬉戏交互和实时20%调度模块每个基站分别对各自小区内的用户进行调度。分别依据各个移动台在每个二维资源块上的SNR计算出其优先级，然后将每个资源块安排给优先级最高的用户。逐天线逐载波簇地进行安排。直至安排完此小区内的全部资源。图4模块结构示意图2.2.4移动模型模块仿真结束仿真结束小于0.3设定移动速率和初始方向Pr=random()产生新方向图5移动模型模块依据当前移动台的前进方向和速率，定时更新移动台的位置实现移动。在移动台每次更新地理位置后，推断是否移出原来的HomeSector，假如已经移出更新HomeSetor号，利用WrapAround函数重新映射到新的地理位置上去。2.3类关系说明2.3.1链路级与系统级接口模块各个模块的关系如下：1．系统级上层程序调用SCME模型，产生时变信道冲击响应，并将其转换为频域表现形式，返回给上层；2．通过二维滤波器产生二维平面上各点的阴影衰落值。3．依据给定方式，产生天线方向增益图，4．时变衰落发生器利用SCME产生的信道冲击响应，并结合阴影衰落的影响，对扇区内不同角度的衰落值进行加权。5．由信道衰落值和接收端噪声，计算导频信道上各天线各子载波簇上的SINR（信干噪比）。6．依据导频信道的信噪比选择服务扇区，再调用业务信道的计算模块，得到业务信道上的信干噪比。2.3.2业务模型模块程序中的业务模型模块共包含七个类。包括类Service基类以及继承它的ServiceFullQueue类、ServiceVoIP类、ServiceFTP类、ServiceHTTP类、ServiceVideo类和ServiceGaming类。2.3.3调度模块程序中的调度模块共包含五个类。具体说来，我们共设计了Controler基类、Scheduler类、SchedulerM_LWDF类、SchedulerMaxC2I类、SchedulerPF类、SchedulerRoundRobin类。它们之间的继承关系如图2所示。图6调度模块类之间的相互关系其中，Scheduler基类是抽象类，也就是将它里面的成员函数设计为纯虚函数，如CalPriority（）函数。须要说明的是，CalPriority（）函数虽然被设计为纯虚函数，但是它在SchedulerRoundRobin等派生类中给出了它的实现。没有把CalPriority（）函数的实现干脆写在Scheduler类里，而是采纳这样的类继承方式的目的是：留下一个接口以便于以后进行调度算法的探讨，便利的添加调度算法，在平台上添加新的业务。我们设定Controler基类，同时让Scheduler类由它继承而来。Controler基类里定义了虚函数DoControl（），它的实现定义在了继承类Scheduler中。这样做的目的是为了便于以后对平台升级，探讨新的无线管理算法（非调度算法等）。2.3.4小区模块程序中的撒点模块共包含六个类。具体说来，我们共设计了DistributeMSAlgo基类、DistributeMSAlgoDiamond类、DistributeMSAlgoFile类、DistributeMSAlgoFix类、DistributeMSAlgoHex7类、DistributeMSAlgoHexagon类。它们之间的继承关系如图所示。图7撒点模块类之间的相互关系其中，DistributeMSAlgo基类是抽象类，也就是将它里面的成员函数设计为纯虚函数。须要说明的是，我们设定DistributeMSAlgo基类，同时让其他类由它继承而来。这样做的目的是为了便于以后对平台升级，探讨新的无线管理算法（非调度算法等）。2.4算法说明：2.4.1链路级与系统级接口模块这里给出下行链路中，当VBLAST＋OFDMA系统采纳MMSE检测技术时接收端的postSINR的计算方法。这个计算方法是导频信干噪比和业务信干噪比计算模块的核心。具体算法描述如下：.1简化V-BLAST系统模型为了计算SINR，我们须要对V-BLAST的系统模型进行简化，具体方法如下：图8.运用MMSE检测的点对点V-BLAST系统框图联合考查空间信道和MMSE检测，可以将图8中所示的系统框图等价为下面的简化模型：图9.等效的V-BLAST系统框图图9中各个参量的含义如下：以2发2收的V-BLAST为例，简化后的系统模型可以等效为两个独立的链路，每个等效链路上分别有为信道增益Wii，干扰Interferencei,和噪声Noisei。如图10所示：图10.等效成两个独立链路.2二发二收V-BLAST系统SINR计算图4中每个等效链路上的SINR可以依据下面的方式获得：.3多小区V-BLAST系统SINR计算下面以下行链路为例，将上面的点对点V-BLAST的SINR计算方法推广到多点对一点的SINR计算。假设一共有C＋1个BS，其中只有一个是MS的ServingBS，其他的C个BS都是干扰，那么等效链路上的信噪比可由下面推导得到：至此，得到了MS在每个等效链路上的SINR。.4同簇子载波SINR的合并最终，依据协议的要求，将多个子载波的信干噪比和成簇的信干噪比。每一簇的SINR与簇内各个子载波的SINR之间的映射关系，有很多种映射方法可以运用。基于同一载波簇的全部子载波运用相同调制编码方案这一前提，可以利用EESM方法计算各簇的SINR。（EESM的具体过程参见3GPPTR25.892）。2.4.2业务模型模块常见业务模型：表1几种常见模型应用模型传输类型拥有用户百分比FTP尽力而为10%网页阅读/HTTP交互式20%视频流流媒体式20%VoIP实时30%嬉戏交互和实时20%.1VoIP当一个用户的98%的分组包时延大于50ms时，就称这个用户不满足。端到端最大时延设为200ms，超过则认为是丢包。系统容量的定义如下：当一个扇区内有95%的用户满足时，总的用户数就是这个系统的容量。表2各传输模型的主要参数参数数值特征编码方案RTPAMR12.2,源速率12.2kbps编码帧长20ms话音启动时间50%(c=0.01,d=0.99)SIDpayload15byte(5byte+header)每160ms一个SID包具有压缩头的协议开销10bit+填充比特(RTP-pre-header)4byte(RTP/UDP/IP)

2byte(RLC/security)

16byte(CRC)空口的总话音负荷40byte(AMR12.2)VoIP传输模型的具体描述基本模型考虑下图中二状态话音启动模型图11二状态话音业务模型在此模型中，当处于状态1时从状态1（激活状态）向状态0（非激活状态）转移概率为a,而处于状态0时向状态1转移概率为c。这个模型假定话音帧率为R=1/T，这里的T表示编码帧的时长（典型的为20ms）.B．模型的数字特征这个模型的稳态条件要求：式(1)式(2)这里的和分别代表状态0和状态1。话音启动因子（VAF）由下式确定：式(3)将一个话音突发定义成模型中进入状态1（启动状态）到离开此状态之间的时间即时间。一个话音突发能持续n个话音帧的概率表达为：式(4)相应地，在非启动状态下能持续n个话音帧的概率表达为：式(5)话音突发（）的均值表示为：式(6)同时非激活时间的均值可以表示为式(7)时间的分布是和两者的联合分布，见于下列的表达式：式(8)在这里要提到能作为一个MAC层资源间保留的向导，只要每个向导只在一个用户用一个话音突发生成即可。在实际中，特别小的值可能不会引导一个单独的保留恳求，但是式7仍旧供应一些潜在有用的向导作用。由于从状态1向状态0转化和从状态0向状态1转化是相互独立的，两启动状态间的时间可以用每个状态的平均时间总和表达：式(9)相应地，平均到达率可以用下式表达：式(10)有关此模型的实例先考虑一个最简洁的状况，考虑对话帧时长为T=20ms的状况，再假定要求的VAF参数，和要求的话音突发均值为5s。因此，由等式5，并且得到，再从等式2计算得到。依据以上的参数计算，话音突发的时长，非激活时长和两状态之间的时长见于下表：话音突发时间均值可以计算为即5s。相应地，非激活时长帧,3.33s。启动时长为8.33s,故而平均到达率为.图12VoIP案例参数图.2Besteffort服务类型--FTP业务图13FTP传输模型结构下面的描述均针对下行FTP业务。对于上行，可以运用相同的业务模型。一个FTP会话（session）是由一些阅读时间（ReadingTime）隔开的一系统文件（File）组成的。FTP业务模型的两个主要的参数是：1)即将被传输的文件的大小S2)阅读时间D，例如上个檔刚被下完到这个用户要求起先另一个文件下载之间的间隔。表3FTP传输模型数字特征参数统计特征文件大小S截短对数正态分布,均值=2Mbytes,标准差=0.722Mbytes,最大值=5Mbytes,(截短前),概率密度函数:,阅读时间D指数分布,均值=180s概率密度函数:,.3交互式传输模型：HTTP业务图14HTTP传播模型上图表达了一个典型的Web阅读会话的包轨迹。会话被分成ON和OFF两个时期代表页面的下载和过度阅读时间。在上图中，页面的下载被比作是分组呼叫。这些ON和OFF时期是人的交互的结果，而分组呼叫代表着一个用户获得信息的恳求，同时阅读时辰表明着须要去消化网页所须要的时间。众所周知，网页阅读传输模型是自相像的。用另一句话来讲，在不同的时间范围内，此传输模型表现出相同的统计特征。因此，一个分组呼叫，就像一个分组会话，如上图那样被划分成OFF和ON两个时期。但不像分组会话，ON/OFF时期更多依靠于机器交互而不是人的交互。一张网页包括一个主组件和一些嵌入式组件（例如图片，广告之类）。在用户这侧接收完主组件之后，网页阅读器将解析附组件，或者说是嵌入式组件。其中主附组件的参数特征有如下几个方面：主组件的大小SM，嵌入式组件的大小SE，嵌入式组件的个数ND，阅读时间D，解析时间TP表4HTTP传输模型的数字特征参数统计特征主组件大小SM截短对数正态分布,均值=10710Bytes,标准差=25032Bytes,最小值=100Bytes,最大值=2Mbytes(在截短前)概率密度函数:,嵌入式组件大小SE截短对数正态分布,均值=7758Bytes,标准差=126168Bytes,最小值=50Bytes,最大值=2Mbytes(在截短前)概率密度函数:,每页的嵌入式组件个数=ND截短对数正态分布，均值=5.64,最大值=53(在截短之前),概率密度函数:,,留意:将产生的随机值减去K以得到ND阅读时间D指数分布,均值=30seconds,概率分布函数:,解析时间TP指数分布,均值=0.13seconds概率分布函数:,图15HTTP会话组成图.4视频流业务（VideoStreaming）图16视频流业务模型一个视频流会话定义为整个视频流的呼叫时间，相当于对于此模型的仿真时间。参数在移动台中的缓冲器窗口时间长度，此窗口用来保证视频流数据的连接播放。这个参数与整个传输模型的分布无关，但是对推断不能满足实时要求的时期很有作用。在这个仿真的起先时，假定移动终端的缓冲器里已经具有最大容量的数据比特。在接下来的仿真时间内，数据会溢出源数据缓冲器而当下行链路到达移动台时又会装满。作为一特性能指针，移动台当缓冲器为空时能记录时间的长度。对于视频流业务，缓冲器的窗口时间长度为5秒。在一个32Kbps的数据源存在的状况下，视频流的传输模型参数定义如下：表5视频流模型参数定义信息类型每帧起先时间差一帧内包（切片）数包（切片）大小一帧内包的时间距分布定值定值截短柏拉图分布（均值＝50Mbytes,最大值＝125bytes）截短柏拉图分布（均值＝6ms最大值＝12.5ms）分布参数100ms8K=20bytes=1.2K=2.5ms=1.2视频数据每帧以相同的间隔T到达，T由每秒的帧数确定。每帧被分解成很多的切片，每个切片作为一个数据包传送。这此包的大小听从截短柏拉图分布（截短柏拉图分布）下表的概率分布表达了64kbp的视频资源：表664kbp的视频流数字特征参数统计特征每帧起先时间间隔确定性,100ms(基于每秒10帧的状况)每帧内的数据个数定值,每个帧8个资料包包（切片）大截短柏拉图分布,均值=10Bytes,最大值=250Bytes(在截短之前)概率密度函数:,,在一帧内包到达时间差截短柏拉图分布,均值=m=6ms,最大值=12.5ms(在截短之前)概率刻度函数:,,.5交互式实时业务：实时嬉戏（MobileNetworkGaming）表7实时嬉戏业务上行数字特征参数数字特征初始包到达匀称分布,,包到达时间定值,40ms包大小最大极值分布(Fisher-Tippett分布),此分布的值可由下列操作完成：,y听从内匀称分布因为数据包的大小必需是整数个字节，所以实际包的大小不大于xUDPheader定值(2Bytes)，压缩UDP头加在包大小上为了仿真用户数据包和上行帧边界之间的随机定时关系，一个进行嬉戏业务的移动台的业务起先时间一般听从0到40ms之间的匀称分布。在全部的上行链路包中，160ms是最大的延迟，例如，假如一个包中的任何一部分没有起先物理层的传输，包括在进入移动台接收缓冲器160ms后的HARQ操作，那么就会产生丢包.丢包的时延按180ms状况计算。当包的平均时延大于60ms时，一个移动网络嬉戏用户被会不满足。包的平均时延是全部包的平均时延，包括发的包和丢的包。表8实时嬉戏业务下行统计特征参数数字特征初始包到达匀称分布概率密度函数:,包到达时间最大值分布(Fisher-Tippett分布),概率密度函数:,,此分布的值可由下列操作完成：,y听从内匀称分布因为数据包的大小必需是整数个字节，所以实际包的大小不大于x包大小最大值分布(即Fisher-Tippett分布),UDP确定性的(2Bytes)，压缩UDP头加在包大小上2.4.3调度模块处于简化的考虑，目前仿真器中包含了轮循、正比公允、MLWDF三种调度算法，可以实现FullBuffer、Ftp、VoIP业务等业务。随着探讨的进行，我们会加入新的调度策略。1.轮循算法依据移动台号对移动台逐个进行调度，安排其传输速率。不考虑其在每个天线和载波上的SNR状况。保证了肯定的公允。2.正比公允算法在每个天线-载波簇二维资源块上计算各个移动台的优先级，依据优先级的凹凸，将资源块安排给优先级最高的用户。优先级的计算公式：图17调度二维资源示意图3.类定义3.1scm函数完整函数名：voidscm(SCMPARscmpar,LINKPARlinkpar,ANTPARantpar,boolis_initvalues,BULKPARinitvalues,Array5_complex&H,mat&delays,BULKPAR&full_output)函数功能描述依据3GPPTR25-996的spatialchannelmodel产生时域信道冲击响应。备注：由于这里运用的scme模型是基于c++描述的，所以调用前须要配置好it++数学库。函数说明函数：voidscm(SCMPARscmpar,LINKPARlinkpar,ANTPARantpar,boolis_initvalues,BULKPARinitvalues,Array5_complex&H,mat&delays,BULKPAR&full_output)输入参数:SCMPARscmpar：结构体，scm函数相关的参数，如信道采样时间间隔，多径时间分辩率等。LINKPARlinkpar,：结构体，链路数相关设置，用于配置基站和移动台的数目。ANTPARantpar,：结构体：天线配置，收发天线是否极化等。boolis_initvalues,：True表示，是第一次调用，须要初始化；False表示不须要初始化。BULKPARinitvalues,：结构体，上一次调用的最终状态信息。Array5_complex&H：五维时域信道矩阵。mat&delays,：各径时延的大小。BULKPAR&full_output：结构体，本次调用后返回的状态信息，用于下一次调用。输出参数:Array5_complex&H：五维时域信道矩阵。mat&delays,：各径时延的大小。BULKPAR&full_output：结构体，本次调用后返回的状态信息，用于下一次调用。返回值:无函数运用方法示例函数调用方法请参与程序SCMEmainSectorization.cpp和SCMEmain.cpp。3.2SHADOW_FADING类完整类名：SHADOW_FADING3.2.1类功能描述依据移动台和基站的相对位置，利用平面二维滤波，产生阴影衰落。类方法说明方法1doubleRead_lognmap(complex<double>position)const;访问属性：Public功能说明:读取二维滤波器产生的阴影衰落等级。输入参数:complex<double>position：在二维滤波器中的二维坐标。输出参数:阴影衰落等级返回值:阴影衰落等级方法2doubleCac_shadowing(complex<double>ant_mtpos,complex<double>mt_pos,complex<double>zoffset)const访问属性：Public功能说明:计算移动台在各个链路上的阴影衰落。输入参数:complex<double>ant_mtpos：基站相对移动台的坐标。complex<double>mt_pos：移动台在服务区内的肯定坐标。complex<double>zoffset：偏移量，此处为0。complex<double>position：在二维滤波器中的二维坐标。输出参数:阴影衰落值返回值:阴影衰落值类运用方法示例类调用方法请参与程序SCMEmainSectorization.cpp和SCMEmain.cpp。3.3SCMEmain函数完整类名：voidSCMEmain(deleteintMsNumAll,constintmsId,Vec<complex<double>>MsBsXY,Vec<double>MsVelocity,Vec<double>MsDirection,Vec<double>MsBsDistance,Vec<double>ThetaBs,boolisFirstTime,intU,intS,intnumSubcar,intK,Array<Array<Array<Mat<complex<double>>>>>&H_f,doubleSlot_duration,intSite_distance)函数功能描述调用SCME模型产生时域矩阵，依据阴影衰落进行加权，最终转化成频域形式的数据格式返回给上层。函数说明函数：voidSCMEmain(deleteintMsNumAll,constintmsId,Vec<complex<double>>MsBsXY,Vec<double>MsVelocity,Vec<double>MsDirection,Vec<double>MsBsDistance,Vec<double>ThetaBs,boolisFirstTime,intU,intS,intnumSubcar,intK,Array<Array<Array<Mat<complex<double>>>>>&H_f,doubleSlot_duration,intSite_distance)输入参数:intMsNumAll：仿真中移动台的总数目。constintmsId：移动台唯一标识号。Vec<complex<double>>MsBsXY,：移动台相对基站的位置，二维坐标。Vec<double>MsVelocity：移动台的运动速度。Vec<double>MsDirection：移动台的运动方向。0－360度。Vec<double>MsBsDistance：移动台基站之间的距离。Vec<double>ThetaBs：基站天线的法向与移动台天线法向的夹角。－180－＋180度。boolisFirstTime：是否第一次调用，第一次调用须要初始化。intU：移动台天线数。典型值2。intS：基站天线数。典型值2。intnumSubcar：FFT计算点数。典型值512。intK：小区个数。典型值7。Array<Array<Array<Mat<complex<double>>>>>&H_f：五维频域域信道矩阵。doubleSlot_duration:一个时隙的持续时间intSite_distance：基站站距输出参数:Array<Array<Array<Mat<complex<double>>>>>&H_f：五维频域域信道矩阵。返回值:无算法说明：具体请参考3GPPscm_05-07-2006V1.21。函数运用方法示例函数调用方法请参与程序RunSCME_DL.cpp3.4SCMEmainSectorization函数完整函数名：voidSCMEmainSectorization(deleteintMsNumAll,constintmsId,Vec<complex<double>>MsBsXY,Vec<double>MsVelocity,Vec<double>MsDirection,Vec<double>MsBsDistance,Vec<double>ThetaBs,boolisFirstTime,intU,intS,intnumSubcar,intK,Array<Array<Array<Mat<complex<double>>>>>&H_f,doubleSlot_duration,intSite_distance)函数功能描述调用SCME模型产生时域矩阵，依据阴影衰落和天线方向增益图进行加权，最终转化成频域形式的数据格式返回给上层。函数说明函数voidSCMEmain(deleteintMsNumAll,constintmsId,Vec<complex<double>>MsBsXY,Vec<double>MsVelocity,Vec<double>MsDirection,Vec<double>MsBsDistance,Vec<double>ThetaBs,boolisFirstTime,intU,intS,intnumSubcar,intK,Array<Array<Array<Mat<complex<double>>>>>&H_f,doubleSlot_duration,intSite_distance)输入参数:intMsNumAll：仿真中移动台的总数目。constintmsId：移动台唯一标识号。Vec<complex<double>>MsBsXY,：移动台相对基站的位置，二维坐标。Vec<double>MsVelocity：移动台的运动速度。Vec<double>MsDirection：移动台的运动方向。0－360度。Vec<double>MsBsDistance：移动台基站之间的距离。Vec<double>ThetaBs：基站天线的法向与移动台天线法向的夹角。－180－＋180度。boolisFirstTime：是否第一次调用，第一次调用须要初始化。intU：移动台天线数。典型值2。intS：基站天线数。典型值2。intnumSubcar：FFT计算点数。典型值512。intK：小区个数。典型值7。Array<Array<Array<Mat<complex<double>>>>>&H_f：五维频域域信道矩阵。doubleSlot_duration:一个时隙的持续时间intSite_distance：基站站距输出参数:Array<Array<Array<Mat<complex<double>>>>>&H_f：五维频域域信道矩阵。返回值:无算法说明：具体请参考3GPPscm_05-07-2006V1.21。函数运用方法示例函数调用方法请参与程序RunSCME_DL.cpp3.5pilotSINR_DL函数完整函数名：voidpilotSINR_DL(constintNt,constintNr,constintK,constintNc,constdoublesubcarSpace,constintpilotStart,constintpilotEnd,constintsampleInterval,constdoubleNo,constdoublepilotPower,vector<double>&pathLoss,vector<double>&H_fRe,vector<double>&H_fIm,constintMCS,constvector<double>&beta,vector<vector<double>>&effSINR)函数功能描述依据传递进来的信道快衰值和路径损耗以及噪声功率等参数计算出导频信道的信干噪比。函数说明函数：voidpilotSINR_DL(constintNt,constintNr,constintK,constintNc,constdoublesubcarSpace,constintpilotStart,constintpilotEnd,constintsampleInterval,constdoubleNo,constdoublepilotPower,vector<double>&pathLoss,vector<double>&H_fRe,vector<double>&H_fIm,constintMCS,constvector<double>&beta,vector<vector<double>>&effSINR)输入参数:constintNt ：numberofTxantennaconstintNr ：numberofRxantennaconstintK ：numberofSectorsconstintNc ：FFTsizeconstdoublesubcarSpace：frequencyspacebetweentwoadjacentsubcarrier,Unit:HzconstintpilotStart：pilotcarrierbeginfromconstintpilotEnd：pilotcarrierendatconstintsampleInterval：frequencysamplingintervalwhencalculationSINRconstdoubleNo ：noisepowerspectrumdensity:W/HzconstdoublepilotPower：txpilotpower,unit:Wvector<double>&pathLoss：pathlossfromallBStoMS,pathLoss<1,dimension:[K]vector<double>&H_fRe：frequencydomainchannelimpulseresponseH_f'srealpart,dimension:[Nr*Nt*K*Nc]vector<double>&H_fIm：frequencydomainchannelimpulseresponseH_f'simaginarypart,dimension:[Nr*Nt*K*Nc]constintMCS：wihchMCSisusedinpilotsiganlconstvector<double>&beta：EESMbetaparametervector<vector<double>>&effSINR：pilotSINRofallBS,dimension:[K][Nt],indB输出参数:vector<vector<double>>&effSINR：pilotSINRofallBS,dimension:[K][Nt],indB返回值:无算法说明：具体请参考本文档的第2部分“算法说明”。函数运用方法示例函数调用方法请参与程序MSS.cpp3.6servingSINR_DL函数完整函数名：voidservingSINR_DL(constintNt,constint Nr,constintK,constintNc,constdoublesubcarSpace,constintcarStart,constintcarEnd,constintnumCarPerClu,constintsampleInterval,constdoubleNo,constdoubletrafficPower,vector<double>&pathLoss,vector<double>&H_fRe,vector<double>&H_fIm,constintTxID,constvector<double>&beta,vector<vector<vector<double>>>&mapSINR)函数功能描述在选定服务扇区的状况下，依据传递进来的信道快衰值和路径损耗以及噪声功率等参数计算出业务信道的信干噪比。函数说明函数voidservingSINR_DL(constintNt,constint Nr,constintK,constintNc,constdoublesubcarSpace,constintcarStart,constintcarEnd,constintnumCarPerClu,constintsampleInterval,constdoubleNo,constdoubletrafficPower,vector<double>&pathLoss,vector<double>&H_fRe,vector<double>&H_fIm,constintTxID,constvector<double>&beta,vector<vector<vector<double>>>&mapSINR)输入参数:constintNt ：numberofTxantennaconstintNr ：numberofRxantennaconstintK ：numberofSectorsconstintNc ：FFTsizeconstdoublesubcarSpace：frequencyspacebetweentwoadjacentsubcarrier,Unit:HzconstintcarStart：datacarrierbeginfromconstintcarEnd ：datacarrierendatconstintnumCarPerClu：numberofcarrierinaclusterconstintsampleInterval：frequencysamplingintervalwhencalculationSINRconstdoubleNo：noisepowerspectrumdensity:W/HzconstdoubletrafficPower：txtrafficpower,unit:Wvector<double>&pathLoss ：pathlossfromallBStoMS,pathLoss<1,dimension:[K]vector<double>&H_fRe：frequencydomainchannelimpulseresponseH_f'srealpart,dimension:[Nr*Nt*K*Nc]vector<double>&H_fIm：frequencydomainchannelimpulseresponseH_f'simaginarypart,dimension:[Nr*Nt*K*Nc]constintTxID：wihchBSistheservingBSconstvector<double>&beta：EESMbetaparametersvector<vector<vector<double>>>&mapSINR：SINRoneachclusterofallantennas,dimension:[numMCS][Nt][numCluster],indB输出参数:vector<vector<vector<double>>>&mapSINR：SINRoneachclusterofallantennas,dimension:[numMCS][Nt][numCluster],indB返回值:无算法说明：具体请参考本文档的第2部分“算法说明”。函数运用方法示例函数调用方法请参与程序MSS.cpp3.7Controler完整类名：无线资源限制器类功能描述Controler类是一个基类，它里面并没有定义具体的函数实现。但有它可以派生出若干的子类。这些子类主要负责无线资源管理方面的操作。也就是说Controler类是无线资源算法的限制器，它定义了无线资源算法的公共属性和接口。通过它可以很便利的扩展系统的无线资源管理算法（调度限制、速率限制等等）。基站无线资源安排限制器基类，各种无线资源安排方式如调度，速率限制从该类派生；定义和实现了限制器与时间驱动模块的连接接口，定义了基站无线资源安排功能模块的接口。基站无线资源安排限制器基类和调度限制器等派生类采纳Strategy设计模式。类方法说明方法1：WorkSlot()访问属性：公有功能说明:与时间驱动模块的接口，每个时隙都会执行其中的操作。输入参数:无输出参数:无返回值:无算法说明：此函数只是一个接口函数，里面会调用此模块功能所须要的函数，来完成模块的全部操作。类运用方法示例//功能：与时间驱动者的接口，完成每个时隙的工作voidBSManager::WorkSlot(){ m_pControler->WorkSlot();}3.8Scheduler完整类名：无线资源调度器类功能描述Schedule