無線隨機接入前導碼管理、流量控制與數(shù)據(jù)包捕獲研究.pdf

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

2、o-Machine，機器對機器）和H2H（Human-to-Human，人對人）業(yè)務的隨機接入前導碼資源分配方法。在下一代移動通信系統(tǒng)中，M2M業(yè)務的數(shù)量迅速增長。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)務和傳統(tǒng)的H2H業(yè)務。本文提出了一種面向LTE-A系統(tǒng)M2M和H2H業(yè)務的前導碼分配方法。這個方法將可供分配的隨機接入前導碼分為三個子集:第一個子集只供H2H業(yè)務使用，第二個子集由H2H和M2M業(yè)務共同使用，第三個子

3、集則只供M2M業(yè)務使用。針對提出的前導碼分配方法，建模分析了系統(tǒng)的吞吐量性能，并與目前可能應用在LTE-A系統(tǒng)中的兩種主要候選前導碼分配方法進行了對比。結(jié)果表明，在大多數(shù)實際場合中，本文提出的前導碼分配方法顯示出更好的性能。
　　其次，論文研究了LTE系統(tǒng)中流量控制隨機接入?yún)f(xié)議設(shè)計，分別針對傳統(tǒng)的H2H業(yè)務以及事件驅(qū)動的M2M業(yè)務進行流量控制協(xié)議設(shè)計。
　　在針對傳統(tǒng)的H2H業(yè)務進行流量控制協(xié)議設(shè)計時，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)有研究缺乏對該協(xié)議的理論分析，本文重點針對該協(xié)議的數(shù)據(jù)包接入成功率、吞吐量和時延等性能指標進行了理論分析。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)對系統(tǒng)性能的影響。
　　在對多信道Slotted ALOHA協(xié)議性能研究的基礎(chǔ)上，提出了一種可應用在UMTS和LTE系統(tǒng)中采用動

5、態(tài)堅持度等級自適應轉(zhuǎn)換機制的H2H業(yè)務流量控制隨機接入?yún)f(xié)議，在協(xié)議設(shè)計中考慮了不同接入服務等級。該協(xié)議通過動態(tài)堅持度等級自適應轉(zhuǎn)換機制達到流量控制的目的，使用堅持度概率做為流量控制因子。其轉(zhuǎn)換機制基于數(shù)據(jù)包傳輸時延，使用各堅持度等級的吞吐量曲線的相交點作為堅持度等級變化的轉(zhuǎn)換點。當節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包的平均時延超過當前級別轉(zhuǎn)換點時延時，堅持度等級發(fā)生變化。論文給出了該協(xié)議的工作原理，并進行了轉(zhuǎn)換點位置理論分析。理論分析和仿真結(jié)果表明，該隨機接

6、入?yún)f(xié)議可以使高優(yōu)先級業(yè)務服務質(zhì)量在系統(tǒng)重載時得到保障，并能達到采用UMTS系統(tǒng)基站調(diào)控機制的隨機接入?yún)f(xié)議的系統(tǒng)性能;此外，與采用基站調(diào)控機制的隨機接入?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。
　　針對事件驅(qū)動M2M業(yè)務具有流量大、數(shù)據(jù)產(chǎn)生事件集中的特點，提出了一種LTE系統(tǒng)中事件驅(qū)動M2M業(yè)務的流量控制隨機接入?yún)f(xié)議，采用貝塔分布對事件驅(qū)動M2M業(yè)務建模，通過統(tǒng)計一段時隙內(nèi)的隨機接入前導碼空閑比來估計信道流量，從而設(shè)計控制因

7、子，進行流量控制。建模分析了采用該協(xié)議的系統(tǒng)吞吐量和時延性能，與目前在LTE系統(tǒng)中的隨機接入?yún)f(xié)議的性能進行了對比。結(jié)果表明，該隨機接入?yún)f(xié)議能夠很好地估計系統(tǒng)負載，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，研究了擴頻Slotted ALOHA協(xié)議的捕獲機制，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頻序列進行擴頻調(diào)制，并采用功率控制擴頻SlottedALOHA協(xié)議的聯(lián)合時延-功率多數(shù)據(jù)包捕獲方法。推導了對應