無線隨機(jī)接入前導(dǎo)碼管理、流量控制與數(shù)據(jù)包捕獲研究.pdf

1、在各類蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，上行隨機(jī)接入過程至關(guān)重要，通常包括用戶終端初始注冊(cè)、資源帶寬申請(qǐng)以及數(shù)據(jù)發(fā)送。按照隨機(jī)接入過程的時(shí)序環(huán)節(jié)，已有研究工作可以分為三類:即隨機(jī)接入前的通信資源分配方法、隨機(jī)接入中流量控制協(xié)議設(shè)計(jì)以及隨機(jī)接入發(fā)生碰撞后的碰撞處理設(shè)計(jì)。本文研究涵蓋了隨機(jī)接入技術(shù)的三個(gè)方面，即隨機(jī)接入前導(dǎo)碼資源分配、流量控制隨機(jī)接入?yún)f(xié)議設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)包捕獲方法設(shè)計(jì)。
　　首先，論文研究了LTE-A系統(tǒng)中面向M2M（Machine-t

2、o-Machine，機(jī)器對(duì)機(jī)器）和H2H（Human-to-Human，人對(duì)人）業(yè)務(wù)的隨機(jī)接入前導(dǎo)碼資源分配方法。在下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)中，M2M業(yè)務(wù)的數(shù)量迅速增長(zhǎng)。為了保證系統(tǒng)容量的最大化，通信資源必須被合理地分配給M2M業(yè)務(wù)和傳統(tǒng)的H2H業(yè)務(wù)。本文提出了一種面向LTE-A系統(tǒng)M2M和H2H業(yè)務(wù)的前導(dǎo)碼分配方法。這個(gè)方法將可供分配的隨機(jī)接入前導(dǎo)碼分為三個(gè)子集:第一個(gè)子集只供H2H業(yè)務(wù)使用，第二個(gè)子集由H2H和M2M業(yè)務(wù)共同使用，第三個(gè)子

3、集則只供M2M業(yè)務(wù)使用。針對(duì)提出的前導(dǎo)碼分配方法，建模分析了系統(tǒng)的吞吐量性能，并與目前可能應(yīng)用在LTE-A系統(tǒng)中的兩種主要候選前導(dǎo)碼分配方法進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，在大多數(shù)實(shí)際場(chǎng)合中，本文提出的前導(dǎo)碼分配方法顯示出更好的性能。
　　其次，論文研究了LTE系統(tǒng)中流量控制隨機(jī)接入?yún)f(xié)議設(shè)計(jì)，分別針對(duì)傳統(tǒng)的H2H業(yè)務(wù)以及事件驅(qū)動(dòng)的M2M業(yè)務(wù)進(jìn)行流量控制協(xié)議設(shè)計(jì)。
　　在針對(duì)傳統(tǒng)的H2H業(yè)務(wù)進(jìn)行流量控制協(xié)議設(shè)計(jì)時(shí)，首先分析了基于功率捕獲

4、和重發(fā)退避的多信道Slotted ALOHA協(xié)議的工作原理及其性能。由于現(xiàn)有研究缺乏對(duì)該協(xié)議的理論分析，本文重點(diǎn)針對(duì)該協(xié)議的數(shù)據(jù)包接入成功率、吞吐量和時(shí)延等性能指標(biāo)進(jìn)行了理論分析。研究表明，所得理論結(jié)果與仿真結(jié)果基本一致。此外，還通過大量仿真結(jié)果，分析了該協(xié)議中功率捕獲比率、信道數(shù)量以及用戶終端數(shù)量等參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。
　　在對(duì)多信道Slotted ALOHA協(xié)議性能研究的基礎(chǔ)上，提出了一種可應(yīng)用在UMTS和LTE系統(tǒng)中采用動(dòng)

5、態(tài)堅(jiān)持度等級(jí)自適應(yīng)轉(zhuǎn)換機(jī)制的H2H業(yè)務(wù)流量控制隨機(jī)接入?yún)f(xié)議，在協(xié)議設(shè)計(jì)中考慮了不同接入服務(wù)等級(jí)。該協(xié)議通過動(dòng)態(tài)堅(jiān)持度等級(jí)自適應(yīng)轉(zhuǎn)換機(jī)制達(dá)到流量控制的目的，使用堅(jiān)持度概率做為流量控制因子。其轉(zhuǎn)換機(jī)制基于數(shù)據(jù)包傳輸時(shí)延，使用各堅(jiān)持度等級(jí)的吞吐量曲線的相交點(diǎn)作為堅(jiān)持度等級(jí)變化的轉(zhuǎn)換點(diǎn)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包的平均時(shí)延超過當(dāng)前級(jí)別轉(zhuǎn)換點(diǎn)時(shí)延時(shí)，堅(jiān)持度等級(jí)發(fā)生變化。論文給出了該協(xié)議的工作原理，并進(jìn)行了轉(zhuǎn)換點(diǎn)位置理論分析。理論分析和仿真結(jié)果表明，該隨機(jī)接

6、入?yún)f(xié)議可以使高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量在系統(tǒng)重載時(shí)得到保障，并能達(dá)到采用UMTS系統(tǒng)基站調(diào)控機(jī)制的隨機(jī)接入?yún)f(xié)議的系統(tǒng)性能;此外，與采用基站調(diào)控機(jī)制的隨機(jī)接入?yún)f(xié)議相比，該協(xié)議能減少系統(tǒng)周期性廣播的資源消耗。
　　針對(duì)事件驅(qū)動(dòng)M2M業(yè)務(wù)具有流量大、數(shù)據(jù)產(chǎn)生事件集中的特點(diǎn)，提出了一種LTE系統(tǒng)中事件驅(qū)動(dòng)M2M業(yè)務(wù)的流量控制隨機(jī)接入?yún)f(xié)議，采用貝塔分布對(duì)事件驅(qū)動(dòng)M2M業(yè)務(wù)建模，通過統(tǒng)計(jì)一段時(shí)隙內(nèi)的隨機(jī)接入前導(dǎo)碼空閑比來估計(jì)信道流量，從而設(shè)計(jì)控制因

7、子，進(jìn)行流量控制。建模分析了采用該協(xié)議的系統(tǒng)吞吐量和時(shí)延性能，與目前在LTE系統(tǒng)中的隨機(jī)接入?yún)f(xié)議的性能進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，該隨機(jī)接入?yún)f(xié)議能夠很好地估計(jì)系統(tǒng)負(fù)載，通過控制因子減少碰撞，從而顯示出更好的系統(tǒng)性能。
　　最后，研究了擴(kuò)頻Slotted ALOHA協(xié)議的捕獲機(jī)制，提出了一種在瑞利衰落環(huán)境下，使用基于公用碼的直接擴(kuò)頻序列進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，并采用功率控制擴(kuò)頻SlottedALOHA協(xié)議的聯(lián)合時(shí)延-功率多數(shù)據(jù)包捕獲方法。推導(dǎo)了對(duì)應(yīng)