IMT-Advanced中增强广播组播系统性能分析及优化研究

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IMT-Advanced是ITU在第四代移动通信系统征集的技术标准,为下一代移动通信服务提出了非常富有挑战性的技术指标,成为近年来全球各大运营商和设备生产商一致关注的焦点。随着无线通信的飞速发展,频谱资源极度短缺,能够大幅提高频谱利用效率的技术得到了越来越多的关注,如广播、感知无线电等。E-MBMS是LTE-A系统提出的在移动通信网络中提供一个数据源向多个用户发送数据的点到多点业务,实现网络资源共享,提高资源利用率,尤其是空口接口资源。E-MBMS业务不仅能实现纯文本低速率的消息类组播和广播,而且还能实现高速多媒体业务的组播和广播。E-MBMS系统日趋成熟,通信界关注的重点逐渐转移到实际的工程实施上,因此E-MBMS性能优化方面的研究亟待进一步开展。   由于现有的普通广播系统中,发射机的发射功率以及调制编码方式均是以覆盖区域内的最差用户为基准,这样才能保证所有用户都能享受到所提供的多媒体服务,但是实际上对于距离发射机较近区域的用户,其信道质量完全可以支撑更好的服务,因此如何充分利用这些用户的信道资源以提升服务质量成了关键问题。   本论文主要对IMT-A系统下E-MBMS业务的性能优化问题进行了深入而全面的研究,在对各种优化系统性能的传输方案进行理论和仿真分析的基础上,给出了一些IMT-A系统下增强广播组播性能优化的建议和方法。   首先,对适用于E-MBMS系统的编码方案进行了充分的调研,包括喷泉码、多描述编码以及叠加码方案,从理论和仿真两个角度评估了各种编码方案的优缺点以及适用范围。通过对比,最终选择使用叠加码对E-MBMS系统进行性能优化。为此,本文深入研究了叠加码在广播组播系统中的应用细节。   其次,本文将机会多播传输方案引入叠加码发送方式,并将该种新的传输方案推广应用。本文首先对机会多播方案的实现细节及分析方法进行了深入研究,在此基础上,将其引入叠加码传输方案,通过理论推导和编程仿真验证新方案的性能及其可行性。此外,本文还在IMT-A系统中推广了新方案的应用,即将单播和多播业务进行叠加传输的方案,该方案可以在有限降低传输质量的前提下,有效提高系统吞吐量。   最后,将叠加码和机会多播方案结合现有的高能效的目标要求进行应用扩展,提出一种基于叠加码的高能效业务机会多播传输方案,该方案不仅降低了业务的传输时延,且能有效保证各类业务的传输质量,同时,基于用户选择比例和功率分配比的增强层业务选择门限可以动态优化系统吞吐量。为对比该方案的性能优势,论文还详细分析了另外两种方案一传统TDM传输方案和传统叠加码应用方案的实现过程以及性能表现,并通过理论公式的推导和仿真两个方面进行验证。结果表明,新方案在能效方面有约25%的提高。
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