無線分組通信系統(tǒng)跨層模型研究.pdf

1、全球移動通信和互聯(lián)網的興起，使得寬帶化、個人化、分組化成為大勢所趨。 如何在寬帶無線分組移動網絡中提供更多豐富可靠的多媒體業(yè)務，如：數據業(yè)務、流媒體業(yè)務、視音頻廣播業(yè)務、VoIP 業(yè)務等等，成為無線移動通信領域內的研究熱點。本論文正是在國家“十五”863 計劃重大課題“新一代蜂窩移動通信系統(tǒng)無線傳輸鏈路技術研究（2001AA123014）”、“TDD系統(tǒng)高層協(xié)議、自適應鏈路和編譯碼設計與實現(xiàn)”（編號 2003AA12331005

2、）和國家自然科學基金重大項目“未來移動通信系統(tǒng)基礎理論與技術研究”子課題“基于 MIMO-OFDM系統(tǒng)的空中接口自適應技術研究（60496310）”的資助下，針對無線分組通信系統(tǒng)中的若干問題，如多載波多業(yè)務的 QoS 保障、多天線多載波多業(yè)務的 QoS 保障、多用戶多業(yè)務的 QoS 保障以及支持無線移動的高效 TCP/IP協(xié)議棧架構等進行了研究。全文研究共分為六部分。 第一部分分析了用戶評價體系。論文討論了用戶側對通信過程的觀察

3、與體驗，提煉出四個評價指標，并根據用戶對業(yè)務體驗差別，提出四種評價函數。用戶評價最大化是綜合用戶對各類業(yè)務的評價過程，對通信系統(tǒng)的參數和結構調整具有指導意義。最后討論了跨層優(yōu)化的一般準則。 第二部分分析了單用戶多載波多業(yè)務系統(tǒng)的跨層優(yōu)化問題。在確定此類問題的約束條件后，一般是業(yè)務 QoS 約束和空口資源約束，以用戶評價最大化為優(yōu)化目標，推導資源分配算法。根據空口資源的差異性，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、。根據上述算法，調度以用戶評價的最大化為目標，對各個業(yè)務分組實時進行資源調配，從而最終使得用戶評價最大化，即也保障了業(yè)務的QoS。 第三部分分析了單用戶多載波多天線多業(yè)務系統(tǒng)的跨層優(yōu)化問題，以OSTBC-OFDM系統(tǒng)為實例進行了深入研究。分析了 OSTBC的分集增益與信道矩陣的 F 范數的關系；同時根據數據鏈路層的時延特性分析，獲取業(yè)務分組的權重，并根據業(yè)務分組的權重推導業(yè)務分組的 PSR 需求；結合上述信道矩陣增益和 PSR

5、需求，同時遵循第二部分中所論述的多載波分配準則，以用戶評價最大化為目標進行資源調度，進而保障用戶業(yè)務的 QoS。 第四部分擴展了第三部分的結論，考慮多用戶場景，并將空口資源定義為多維空間，不限定于時、頻、空域范圍內，只約定資源空間為正交的結構固定的多維空間。以多用戶評價平均值最大化為優(yōu)化準則，即 MUER 準則，在策略控制約束下，設計實現(xiàn)兩級調度框架，第一級為用戶的業(yè)務分組調度，第二級為多用戶間的業(yè)務分組調度。以策略控制影響多用

6、戶評價的平均值，使得調度器在多用戶之間在資源爭用時具有偏向性的選擇，進而平衡用戶的公平性和業(yè)務的 QoS 保障，最終達到多用戶評價平均值最大化。 第五部分分析了 TCP/IP協(xié)議棧架構，提出了支持無線移動的高效跨層空口協(xié)議棧架構。該協(xié)議棧架構采用跨層思想，創(chuàng)新性地提出了移動鏈路（ML）和鏡像 TCP（mTCP）的概念，使得空口的數據鏈路層與 IP 層和 TCP 層密切配合，借助 PID的設計，以有線網絡增加很少的負荷為代價，避免

7、了 IP 分組在 HA 到 FA 間的隧道傳輸，優(yōu)化了移動 IP的時延特性。借助 ML的信令，mTCP 鏡像維護移動節(jié)點 TCP 狀態(tài)信息，進而可以過濾掉所有的 TCP 確認報文段，并且在 TCP報文段需要重傳時，mTCP和 ML 配合，可以只將相應的 DLL 層 PDU 或者 IP 層分組進行重傳，從而節(jié)省空中接口資源和有線網絡資源。 第六部分是全文總結與展望。對今后跨層領域的發(fā)展提出了若干建設性的思路和方法，如用戶策略方面的