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IEEE 802.16e OFDM系统MAC层调度和资源管理研究

作　者: 董国军
导　师: 戴居丰
学　校: 天津大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: IEEE 802.16e OFDM 调度服务动态频率选择休眠模式越区切换
分类号: TN929.5
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

近年来,随着移动通信的快速发展和无线宽带接入的迫切需要,IEEE 802.16e快速登台亮相。但是,相对其比较成熟的市场环境,IEEE 802.16e标准尚存在诸多技术问题,其中包括MAC层调度和资源管理。MAC层调度和资源管理是服务基站(BS)对可分配传输资源进行有效管理的调度操作,涉及调度服务、动态频率选择、休眠模式和越区切换等操作。IEEE 802.16e标准只定义了MAC层调度和资源管理的功能模块以及各模块的基本内容和实施原则,并没有提出具体的可操作方案或实施算法。因此,对于MAC层调度和资源管理的研究,特别是在提高系统资源利用率和支持终端移动性方面,具有非常重要的现实意义和实用价值。本文首先研究了调度服务算法对可分配传输资源的有效管理。基于PF(Proportional Fairness)调度算法,提出了非实时、实时和综合调度服务优化算法;根据资源分配单元的不同将非实时和综合调度服务算法分别区分为基于OFDM符号(Symbol)和子信道(Subchannel)的算法;通过对实时业务的数学建模,提出了一种调度服务类型:irtPS(优化的实时查询调度)。仿真结果显示,这些优化算法满足了各种调度服务类型的QoS要求,以短时间不公平为代价保证了长时间公平,并在兼顾公平的前提下实现了系统资源利用率的最大化。其次,研究了动态频率选择方案对可分配传输资源容量的影响。提出了一种优化的动态频率选择方案,该方案是对资源分配单元和调度信息传递在子信道域、调制编码域和子载波域的三维选择。仿真结果显示,当IEEE 802.16e OFDM系统工作在非许可频段时,引入该优化方案后,BER性能和系统容量较引入前均有所改善,但BER性能的改善也以牺牲一定的系统容量为代价。再次,研究了移动终端(MS)通过休眠模式来减少其对可分配传输资源的占用。提出了最大化休眠模式能量节省效率的方法,以减少移动终端对空中接口资源的占用,从而提高系统资源的利用率。并对两种休眠模式状态进行了数学建模:单个功率节省类型I和多个功率节省类型组合。数学分析结果显示,基于最佳的休眠模式时间参数设置,可以最大化休眠模式的能量节省效率。最后,研究了越区切换对MAC层调度和资源管理的影响。为了最大化系统资源利用率,提出了基于不同的调度服务类型选择越区切换机制的方案,该方案在满足调度服务延时性能的基础上,最小化越区切换相关的MAC层开销。仿真结果显示,越区切换延时性能的改善是以一定的MAC层开销为代价,在满足调度服务延时性能基础上,可以选择MAC层开销较小的越区切换机制。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-11
第一章绪论  11-21
  1.1 引言  11-13
  1.2 标准发展历程  13-14
  1.3 MAC 层调度和资源管理  14-19
    1.3.1 调度服务  14-16
    1.3.2 动态频率选择  16-17
    1.3.3 休眠模式  17-18
    1.3.4 越区切换  18-19
  1.4 选题目的与意义  19
  1.5 主要贡献和创新点  19-20
  1.6 论文结构  20-21
第二章系统描述  21-31
  2.1 网络结构  21-22
  2.2 协议栈模型  22-23
  2.3 物理层接口  23
  2.4 可调度资源  23-27
    2.4.1 帧结构  24-25
    2.4.2 OFDM 符号  25-26
    2.4.3 子信道  26-27
    2.4.4 调制编码方案  27
  2.5 调度信息传递  27-31
    2.5.1 DCD  28-29
    2.5.2 DL_MAP  29
    2.5.3 UCD  29-30
    2.5.4 UL_MAP  30-31
第三章调度服务  31-61
  3.1 调度服务类型  31-36
    3.1.1 UGS  31-32
    3.1.2 rtPS  32-33
    3.1.3 ertPS  33-34
    3.1.4 nrtPS  34-35
    3.1.5 BE  35-36
  3.2 调度框架  36-38
  3.3 非实时调度服务优化算法  38-45
    3.3.1 业务模型  38-39
    3.3.2 已有的算法  39
    3.3.3 基于OFDM 符号的调度服务新算法  39-40
    3.3.4 基于子信道的调度服务新算法  40-42
    3.3.5 算法仿真及结果分析  42-45
  3.4 实时调度服务优化算法  45-51
    3.4.1 实时调度服务类型  46
    3.4.2 irtPS  46-47
    3.4.3 数学建模  47-50
    3.4.4 性能评估  50-51
  3.5 综合调度服务优化算法  51-60
    3.5.1 业务模型  52
    3.5.2 已有的算法  52-53
    3.5.3 基于OFDM 符号的调度服务新算法  53-55
    3.5.4 基于子信道的调度服务新算法  55-57
    3.5.5 算法仿真及结果分析  57-60
  3.6 小结  60-61
第四章动态频率选择  61-71
  4.1 静态频率选择  61-64
  4.2 已有的方案  64
  4.3 优化的动态频率选择方案  64-68
    4.3.1 信道质量检测  65-66
    4.3.2 信道选择  66-67
    4.3.3 信道信息传递  67-68
  4.4 算法仿真及结果分析  68-70
  4.5 小结  70-71
第五章休眠模式  71-88
  5.1 IEEE 802.16e 标准的休眠模式  72-75
    5.1.1 功率节省类型I  72-74
    5.1.2 功率节省类型II  74
    5.1.3 功率节省类型III  74-75
  5.2 功率节省类型I 性能评估与优化  75-81
    5.2.1 数学建模  75-79
    5.2.2 性能评估  79-81
  5.3 多个功率节省类型组合性能评估与优化  81-87
    5.3.1 数学建模  81-85
    5.3.2 性能评估  85-87
  5.4 小结  87-88
第六章越区切换  88-99
  6.1 MAC 层越区切换  88-91
    6.1.1 获取网络拓扑  88-89
    6.1.2 越区切换过程  89-91
    6.1.3 FBSS 和MDHO  91
  6.2 优化的越区切换方案  91-95
    6.2.1 联合等级0  92
    6.2.2 联合等级1  92-93
    6.2.3 联合等级2  93-94
    6.2.4 FBSS  94-95
    6.2.5 MDHO  95
  6.3 算法仿真及结果分析  95-98
  6.4 小结  98-99
结束语  99-101
参考文献  101-114
发表论文和科研情况说明  114-116
致谢  116

IEEE 802.16e OFDM系统MAC层调度和资源管理研究

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