现代移动通信系统中功率控制和速率控制的研究

论文摘要

近些年来，随着移动通信、数据通信和Internet网络的飞速发展与日益融合，移动用户不仅要求提供高质量的话音业务，而且要求提供可以和桌上电脑相比拟宽带多媒体业务。因而以话音业务为主的第二代移动通信系统已远远不能满足人们对信息交流的需要，以CDMA为主流技术、能提供宽带多媒体业务并可与Internet互连的现代移动通信系统应运而生。 在现代移动通信系统中，不同的业务有不同的QoS（如时延、吞吐量和误比特率等）要求和不同的传输速率。这意味着系统需要提供更多的无线资源并且对无线资源要有更复杂的控制机制。但是移动通信系统中的无线资源（如频谱、功率、速率、时隙和码字等）却很稀缺，因此无线资源的控制与优化问题就成为该系统中的一项重要的研究课题。 本文从优化现代移动通信系统中的无线资源出发，着重研究了该系统中两种重要的资源：功率资源和速率资源。本文的主要创新工作和贡献如下： ◆ 提出了一种基于遗传算法的功率控制方法。针对移动通信系统中基于固定迭代的分布式功率控制算法的收敛速度问题，将遗传算法引入到功率控制问题的研究中。充分利用遗传算法强有力的全局搜索和优化能力，提出了一种基于遗传算法的功率控制方法。仿真结果表明该方法大大提高了功率控制问题的收敛速度和计算速度。 ◆ 提出了一种适合3G-1X EVDO系统反向链路数据传输的改进的速率控制算法。针对反向链路抑制业务过载的困难，通过对该系统反向链路原有速率控制算法的研究，提出了一种适合该系统反向链路数据传输的改进的速率控制算法，将该算法模拟成一个一阶Markov过程，对算法进行了详细的理论分析。仿真结果表明：改进的速率控制算法可以大大降低系统的过载概率，有效地抑制业务过载。同时，算法也能使系统维持一个合理的吞吐量。 ◆ 提出了一种适合3G-1X EVDO系统前向链路数据传输的自适应的速率控制算法。研究了3G-1X EVDO系统前向链路的数据传输和速率控制，针对基于门限的固定余量速率控制方法和最优速率控制方法的缺点，提出了一种适合该系统前向链路数据传输的自适应速率控制算法。仿真结果表明：在时变信道环境下，自适应算法的吞吐量性能优于基于门限的

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 移动通信系统的发展历程
• 1.2 现代移动通信系统概述
• 1.3 本论文的研究背景和意义
• 1.4 本论文的主要研究工作和内容安排
• 第二章 功率和速率控制技术概述
• 2.1 功率控制技术概述
• 2.1.1 移动通信系统中功率控制的必要性
• 2.1.2 正向链路和反向链路的功率控制
• 2.1.2.1 正向链路的功率控制
• 2.1.2.2 反向链路的功率控制
• 2.1.3 基于SIR平衡的功率控制研究
• 2.1.4 集中式功率控制和分布式功率控制
• 2.1.4.1 集中式功率控制
• 2.1.4.2 分布式功率控制
• 2.2 速率控制技术概述
• 2.3 联合功率和速率控制技术
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于遗传算法的功率控制
• 3.1 引言
• 3.2 遗传算法概述
• 3.3 一种基于遗传算法的功率控制方法
• 3.3.1 功率控制的系统模型
• 3.3.1.1 一般的系统模型
• 3.3.1.2 DCPC和CSOPC功率控制的模型
• 3.3.2 基于遗传算法的功率控制方法
• 3.3.2.1 适应度函数
• 3.3.2.2 交叉算子
• 3.3.2.3 算法的变异算子
• 3.3.2.4 选择函数
• 3.3.2.5 算法的终止原则
• 3.3.3 模拟结果
• 3.3.4 结论
• 3.4 本章小结
• 第四章 3G-1X EVDO系统中的速率控制
• 4.1 引言
• 4.2 反向业务信道的速率控制
• 4.2.1 反向业务信道的结构
• 4.2.2 反向业务信道的速率控制
• 4.2.3 反向业务信道速率控制的改进算法
• 4.2.3.1 改进的速率控制算法
• 4.2.3.2 算法的马尔可夫分析模型
• 4.2.3.2.1 业务负载的计算
• 4.2.3.2.2 马尔可夫模型
• 4.2.3.3 算法的性能分析
• 4.2.3.4 仿真结果及分析
• 4.2.4 结论
• 4.3 前向业务信道的速率控制
• 4.3.1 前向链路物理信道的结构
• 4.3.2 基于门限的固定余量数据速率选择
• 4.3.3 最优速率控制
• 4.3.4 自适应速率控制
• 4.3.5 仿真结果
• 4.3.5.1 仿真方法
• 4.3.5.2 自适应算法的PER和吞吐量性能
• 4.3.5.3 自适应算法和固定余量算法的比较
• 4.3.5.4 自适应算法和最优速率控制方法的比较
• 4.3.6 结论
• 4.4 本章小结
• 第五章 联合功率和速率控制
• 5.1 引言
• 5.2 联合功率和速率控制综述
• 5.3 基于博弈论的联合功率和速率控制
• 5.3.1 博弈论的基本理论
• 5.3.2 基于博弈论的联合功率和速率控制
• 5.3.2.1 系统模型
• 5.3.2.2 效用函数（utility fuction）
• 5.3.2.3 收益函数（payoff fuction）
• 5.3.2.4 联合功率和速率分配
• 5.3.2.5 模拟结果
• 5.3.2.6 结论
• 5.4 一种基于遗传算法的联合功率和速率控制方法
• 5.4.1 系统模型
• 5.4.2 优化问题的形成
• 5.4.3 遗传算法的表示
• 5.4.4 模拟结果
• 5.4.4.1 模拟模型和模拟参数
• 5.4.4.2 GAJPR算法的性能评估
• 5.4.5 结论
• 5.5 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 研究工作总结
• 6.2 未来工作展望
• 6.2.1 现代移动通信系统面临的问题
• 6.2.2 未来工作的展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间完成的学术论文
• 致谢