移动通信中接入控制和多业务切换方法的研究

论文摘要

随着移动通信网络承载的业务日益多样化，对通信资源的需求量也不断增长。而无线信道的开放性和共享性，使无线接入可利用的无线资源非常有限。提高无线资源的利用率，实现对不同类型业务和终端的区分服务是未来移动通信技术需要解决的关键问题。针对这些问题，论文对无线通信系统中的接入控制技术、网络构架以及切换方法进行了研究。论文首先从提高系统工作效率和资源利用率的角度出发，提出了一种基于无争用集中控制的无线网络接入控制方法，为时延QoS要求较高的无线终端提供稳定可靠的保障。该方法可以有效提高无线局域网(WLAN)的性能，其基本思想在WiMAX无线网络接入控制方法中也有体现。主要贡献包括：●提出了忙队列周期查询(busy queue polled only BQPO)接入控制方法；●通过系统建模分析获得了系统的信息分组平均等待时间的解析结果；●对系统进行了仿真实验，分析表明与其他接入控制方式相比，在系统业务量增长时，BQPO协议具有更好的稳定性和时延QoS保障。进一步地，针对传统蜂窝网络中，系统资源与天线辐射信号的覆盖(能量覆盖)紧密耦合，导致蜂窝网络对业务流量分布的变化适应性差、网络规划难度大的问题，论文研究了分布式天线环境下的新型蜂窝网络构造。在与无线通信国际合作研究中心(上海无线通信研究中心)的合作研究中，提出了一种基于分布式天线系统的新型小区网络结构：由分布式天线网络构成的信号覆盖平面为各层小区提供无缝覆盖；根据不同的用户类型，形成相应的小区，并可根据承载业务的类型和流量分布的变化动态调整小区结构。主要贡献包括：●提出了一种基于分布式天线系统的分层软小区网络结构；●网络结构具有良好的可扩展性和业务适应性；●通过对分层软小区网络系统容量、载干比等性能的分析，论证了分层软小区网络与传统蜂窝网络相比在性能以及复杂性可控等方面具有明显的优势；●针对这一新型网络结构，论文提出了充分利用分层软小区无线网络中的位置信息和速度信息，为不同移动速度的终端提供可靠的切换的方法，给出必要的理论分析，并在仿真实验中进行了验证。在此基础上，为适应宽带移动通信系统业务未来发展的特点：一方面需要为不同速度类型的终端提供不同的通信QoS保障；另一方面，随着网络承载业务的多样化，对于通信资源的利用率的要求越来越高。本文讨论了如何为不同类型业务提供不同的通信资源保障的问题。结合多载波通信系统的特点，提出一种子信道合并切换算法：切换过程中充分利用切换目标小区中和当前服务小区中的剩余资源，通过子信道合并的方式，为用户提供平滑可靠的切换，既提高了对于带宽资源需求较高的业务的通信质量，又提高了系统的资源利用率。主要贡献包括：●结合多载波通信系统的特点，提出一种子信道合并切换算法；●对子信道合并切换算法进行了系统建模分析，得到了关键系统性能参数的解析结果；●对系统进行了仿真实验，分析表明与其他切换资源分配算法相比，子信道合并切换算法能为切换呼叫提供更好的保障；●子信道合并切换算法还可以和其它切换资源预留算法相结合，改善其性能。同时，根据对带宽、时延需求低的业务具有较好的鲁棒性，在切换中对于切换时间的要求不严格；而对带宽、时延需求高的业务，对于切换时间的要求也较为严格的特点。论文还对多业务蜂窝网络通信中的切换启动算法进行了研究，结合业务的QoS需求、信道质量变化以及承载业务的终端的移动速度，动态调整切换启动的时机，提高切换启动的准确性和及时性。主要贡献包括：●提出了一种多业务动态切换启动算法；●对算法性能进行了系统仿真实验；●分析表明，论文提出的算法减少了平均切换次数，降低了系统的控制开销，提高切换启动的准确性和及时性。是一种低复杂性、可行的切换启动算法：

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• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• §1.1.移动通信系统发展及关键技术
• 1.1.1.移动通信发展历程
• 1.1.2.移动通信中的关键技术
• §1.2.无线资源管理及接入控制技术
• 1.2.1.无线资源管理
• 1.2.2.无线分组网络接入控制技术
• §1.3.蜂窝网络及其切换技术研究现状
• 1.3.1.蜂窝网络及其切换管理
• 1.3.2.切换判决方法研究
• 1.3.3.切换资源分配及接纳控制研究
• §1.4.研究的目的及意义
• §1.5.论文主要工作及成果
• 第2章 一种提供时延QoS保障的无线网络接入控制方法
• §2.1.引言
• §2.2.忙队列周期查询（BQPO Busy Queues Polled Only）控制方法
• §2.3.系统模型及分析
• 2.3.1.系统工作条件
• 2.3.2.概率母函数
• 2.3.3.平均排队队长
• 2.3.4.概率母函数
• §2.4.数值结果及仿真分析
• §2.5.移动无线城域网中的周期查询接入控制技术
• 2.5.1.业务类型及控制机制
• 2.5.2.上下行链路子帧结构
• 2.5.3.802.16（e）中的周期查询控制
• §2.6.小结
• 第3章 分层软小区无线接入网及其切换方法研究
• §3.1.引言
• §3.2.分层软小区无线接入网
• §3.3.构建分层软小区无线接入网
• 3.3.1.控制系统结构
• 3.3.2.资源配置方式
• 3.3.3.分层软小区无线网络接入流程
• §3.4.分层软小区性能分析
• 3.4.1.容量分析
• 3.4.2.阻塞率分析
• §3.5.一种依据位置信息的切换启动判决方法
• 3.5.1.软小区结构
• 3.5.2.方法描述
• §3.6.Cell-Wrap算法及切换方法仿真分析
• 3.6.1.Cell-Wrap算法
• 3.6.2.性能分析
• §3.7.小结
• 第4章 一种用于多载波移动通信系统中的多业务切换算法研究
• §4.1.引言
• §4.2.多载波移动通信系统多业务切换算法
• 4.2.1.业务划分及资源分配方式
• 4.2.2.算法描述
• §4.3.系统模型及性能分析
• 4.3.1.业务流量模型
• 4.3.2.多业务切换保护信道系统模型
• 4.3.3.子信道合并切换系统状态方程
• 4.3.4.系统性能参数
• 4.3.5.系统性能分析迭代求解
• §4.4.仿真及数值结果分析
• 4.4.1.仿真实验分析
• 4.4.2.数值结果分析
• 4.4.3.算法实施复杂性分析
• §4.5.小结
• 第5章 多业务动态切换启动门限算法研究
• §5.1.引言
• §5.2.多业务动态切换启动门限算法
• 5.2.1.业务类型及QoS定义与链路质量的关系
• 5.2.2.多业务动态切换启动门限算法
• §5.3.算法性能仿真分析
• 5.3.1.链路预算
• 5.3.2.仿真实验
• 5.3.3.性能分析
• §5.4.小结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表论文及申请专利
• 后记