移动WiMAX系统的中继选择和切换机制研究

作     者：张波 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张春业

授予年度：2010年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：中继站 IEEE802.16j 中继选择 路径损耗 切换 

摘      要：无线宽带接入迅速发展的驱动力来自用户对宽带业务的需求。近些年来,各种无线宽带接入技术(Wi-Fi、WiMAX、Bluetooth、3G)的发展,使人们能够摆脱电话线的束缚,逐渐从固定走向移动。宽带无线接入技术以其成本低廉、不受地理环境的约束、支持用户的移动性等优点,将成为解决“最后一公里接入问题的重要手段,是目前通信与信息技术领域发展最快的技术之一。 基于IEEE802.16系列标准的WiMAX技术加速了宽带无线网络“最后一公里的部署,可以为DSL或有线宽带接入不能到达地区的用户提供便捷的解决方案,推动了全球宽带无线接入的发展。WiMAX能够提供高速的数据业务,并且具有频谱资源利用率高,覆盖范围大等特点。 下一代移动通信系统支持用户100Mbit/s～1Gbit/s的传输速率,如此高的速率对现有的蜂窝网络结构提出了许多现实的挑战。由于频率资源的紧张,大部分无线系统都将在大于2GHz频段上应用,如此高频段无线电信号的衰减比现有的1～2GHz频段要严重的多,小区边缘用户的服务质量就得不到保证。如果继续采取现有的网络结构将无法适应未来无线应用的要求,而Ad-hoc网络则是一种利用多个中间节点多跳转发将报文信息从源节点传递到目的节点实现节点之间通信的网络。移动多跳中继(Mobile Multihop Relay, MMR)网络综合了蜂窝网络和Ad-hoc网络的优点,通过负载均衡,路径分集等优势提高网络的抗干扰性,增强网络的稳健性。 IEEE802.16中继任务工作组将中继站的思想引入了IEEE802.16体系并形成了新的标准IEEE802.16j。IEEE802.16j并不是要建立一种包含多跳能力的mesh网络,而是对支持单跳的802.16d／e标准的扩展和补充使其拥有多跳通信的能力。通过在基站信号弱的地区布建成本相对低的中继站RS作为网络拓展负责将无线信号作一次或者多次转发,也就是说,无线信号要经过“多跳才能到达终端。RS的引入可以扩大网络覆盖范围,提高数据吞吐量以及降低网络运营的成本等。 在移动通信系统中,切换是系统必不可少的过程,用户在蜂窝覆盖区内移动时其正在进行的呼叫有可能从一个小区覆盖区转移到另一个小区覆盖区,切换必须快而有效,否则将会影响用户在小区边界处的体验,而且还可能会对网络造成一定的负荷,降低系统的总体质量。在IEEE802.16j下的移动台MS可供选择的切换途径增多,既可以选择切换至某一中继站RS,或者切换至某一基站BS。在RS覆盖范围内,由于MS的移动性以及RS较小的覆盖范围,MS的切换更加频繁,切换控制更加复杂。 本文研究了在MMR网络中几种中继站的选择算法,并针对MMR网络提出一种基于路径损耗和SINR的改进最优中继选择算法与现有算法进行比较,仿真结果表明了在有效降低系统中断概率和提高网络的稳健性等方面所提方案的优越性;在某些情况下,由于资源调度或者是中继的负载均衡等原因可能无法得到最优中继的服务,在这种情况下就应该寻找次优中继或者第N个最优中继,通过对非最优中继选择策略下的系统中断性能以及误码率的分析研究了系统的分集级数与中继数目以及非最优中继N之间的关系。最后提出了在移动多跳中继网络中,通过考虑网络服务不同QoS需求的服务类型对切换门限值和迟滞电平的调整可以对移动台MS在多跳中继网络切换的执行进行干预,控制切换的层次和水平,有效降低不必要的切换次数,降低切换过程的“乒乓效应,大大降低切换过于频繁引起的服务中断,保证了提供服务的连续性,提高了切换效率。