無(wú)線分組通信系統(tǒng)跨層模型研究.pdf

1、全球移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)的興起，使得寬帶化、個(gè)人化、分組化成為大勢(shì)所趨。 如何在寬帶無(wú)線分組移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中提供更多豐富可靠的多媒體業(yè)務(wù)，如：數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、流媒體業(yè)務(wù)、視音頻廣播業(yè)務(wù)、VoIP 業(yè)務(wù)等等，成為無(wú)線移動(dòng)通信領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)。本論文正是在國(guó)家“十五”863 計(jì)劃重大課題“新一代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)無(wú)線傳輸鏈路技術(shù)研究（2001AA123014）”、“TDD系統(tǒng)高層協(xié)議、自適應(yīng)鏈路和編譯碼設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”（編號(hào) 2003AA12331005

2、）和國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目“未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)基礎(chǔ)理論與技術(shù)研究”子課題“基于 MIMO-OFDM系統(tǒng)的空中接口自適應(yīng)技術(shù)研究（60496310）”的資助下，針對(duì)無(wú)線分組通信系統(tǒng)中的若干問(wèn)題，如多載波多業(yè)務(wù)的 QoS 保障、多天線多載波多業(yè)務(wù)的 QoS 保障、多用戶多業(yè)務(wù)的 QoS 保障以及支持無(wú)線移動(dòng)的高效 TCP/IP協(xié)議棧架構(gòu)等進(jìn)行了研究。全文研究共分為六部分。 第一部分分析了用戶評(píng)價(jià)體系。論文討論了用戶側(cè)對(duì)通信過(guò)程的觀察

3、與體驗(yàn)，提煉出四個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，并根據(jù)用戶對(duì)業(yè)務(wù)體驗(yàn)差別，提出四種評(píng)價(jià)函數(shù)。用戶評(píng)價(jià)最大化是綜合用戶對(duì)各類業(yè)務(wù)的評(píng)價(jià)過(guò)程，對(duì)通信系統(tǒng)的參數(shù)和結(jié)構(gòu)調(diào)整具有指導(dǎo)意義。最后討論了跨層優(yōu)化的一般準(zhǔn)則。 第二部分分析了單用戶多載波多業(yè)務(wù)系統(tǒng)的跨層優(yōu)化問(wèn)題。在確定此類問(wèn)題的約束條件后，一般是業(yè)務(wù) QoS 約束和空口資源約束，以用戶評(píng)價(jià)最大化為優(yōu)化目標(biāo)，推導(dǎo)資源分配算法。根據(jù)空口資源的差異性，證明了最佳信道分配給最緊迫分組算法在資源利用上的最優(yōu)性

4、。根據(jù)上述算法，調(diào)度以用戶評(píng)價(jià)的最大化為目標(biāo)，對(duì)各個(gè)業(yè)務(wù)分組實(shí)時(shí)進(jìn)行資源調(diào)配，從而最終使得用戶評(píng)價(jià)最大化，即也保障了業(yè)務(wù)的QoS。 第三部分分析了單用戶多載波多天線多業(yè)務(wù)系統(tǒng)的跨層優(yōu)化問(wèn)題，以O(shè)STBC-OFDM系統(tǒng)為實(shí)例進(jìn)行了深入研究。分析了 OSTBC的分集增益與信道矩陣的 F 范數(shù)的關(guān)系；同時(shí)根據(jù)數(shù)據(jù)鏈路層的時(shí)延特性分析，獲取業(yè)務(wù)分組的權(quán)重，并根據(jù)業(yè)務(wù)分組的權(quán)重推導(dǎo)業(yè)務(wù)分組的 PSR 需求；結(jié)合上述信道矩陣增益和 PSR

5、需求，同時(shí)遵循第二部分中所論述的多載波分配準(zhǔn)則，以用戶評(píng)價(jià)最大化為目標(biāo)進(jìn)行資源調(diào)度，進(jìn)而保障用戶業(yè)務(wù)的 QoS。 第四部分?jǐn)U展了第三部分的結(jié)論，考慮多用戶場(chǎng)景，并將空口資源定義為多維空間，不限定于時(shí)、頻、空域范圍內(nèi)，只約定資源空間為正交的結(jié)構(gòu)固定的多維空間。以多用戶評(píng)價(jià)平均值最大化為優(yōu)化準(zhǔn)則，即 MUER 準(zhǔn)則，在策略控制約束下，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)兩級(jí)調(diào)度框架，第一級(jí)為用戶的業(yè)務(wù)分組調(diào)度，第二級(jí)為多用戶間的業(yè)務(wù)分組調(diào)度。以策略控制影響多用

6、戶評(píng)價(jià)的平均值，使得調(diào)度器在多用戶之間在資源爭(zhēng)用時(shí)具有偏向性的選擇，進(jìn)而平衡用戶的公平性和業(yè)務(wù)的 QoS 保障，最終達(dá)到多用戶評(píng)價(jià)平均值最大化。 第五部分分析了 TCP/IP協(xié)議棧架構(gòu)，提出了支持無(wú)線移動(dòng)的高效跨層空口協(xié)議棧架構(gòu)。該協(xié)議棧架構(gòu)采用跨層思想，創(chuàng)新性地提出了移動(dòng)鏈路（ML）和鏡像 TCP（mTCP）的概念，使得空口的數(shù)據(jù)鏈路層與 IP 層和 TCP 層密切配合，借助 PID的設(shè)計(jì)，以有線網(wǎng)絡(luò)增加很少的負(fù)荷為代價(jià)，避免

7、了 IP 分組在 HA 到 FA 間的隧道傳輸，優(yōu)化了移動(dòng) IP的時(shí)延特性。借助 ML的信令，mTCP 鏡像維護(hù)移動(dòng)節(jié)點(diǎn) TCP 狀態(tài)信息，進(jìn)而可以過(guò)濾掉所有的 TCP 確認(rèn)報(bào)文段，并且在 TCP報(bào)文段需要重傳時(shí)，mTCP和 ML 配合，可以只將相應(yīng)的 DLL 層 PDU 或者 IP 層分組進(jìn)行重傳，從而節(jié)省空中接口資源和有線網(wǎng)絡(luò)資源。 第六部分是全文總結(jié)與展望。對(duì)今后跨層領(lǐng)域的發(fā)展提出了若干建設(shè)性的思路和方法，如用戶策略方面的