长期演进系统架构下VoLTE调度机制和传输性能研究

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LTE（Long Term Evolution）是全IP（Internet Protocol）的分组交换网络，以往2G、3G等电路域交换网络上的语音通话技术在 LTE上已经不能够适用，因此需要一种新的全分组域的语音通话解决方案。在经过一系列的技术对比及标准遴选之后，3GPP将基于IMS（IP Multimedia Subsystem）的VoLTE（Voice over LTE）定为LTE网络中语音的实现技术。
　　本文首先介绍了LTE现有技术并总结了VoLTE研究现状，然后分阶段介绍了LTE语音业务的演进，对比分析了其各种可能的解决方案，说明了VoLTE是LTE语音业务最终解决方案的原因。其次，因 LTE空中接口协议栈其他各层都已经较为成熟，将研究重点确定在MAC（Media Access Control）层。之后，阐述了MAC层相关信道及其功能，无线调度及其单位，进而针对MAC层中各种调度算法进行了比较，说明最适合 VoLTE的是半持续调度算法。但该算法本身没有针对通话设定优先级，从调度角度来说不够合理，需要进一步进行优化。同时，大部分文献关注了 VoLTE的用户容量、覆盖范围、会话建立及连续性等方面性能，对其无线传输性能却少有研究，本文对这一方面进行了研究。本文主要创新工作如下：
　　1、调度机制方面，本文提出一种改进的基于VoIP通话优先级的用户结对半持续调度算法，主要分为两个方面的改进：（1）改进VoIP通话的优先级的计算方式，提出根据通话的队列长度、信号干扰噪声比（Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR）、物理资源块需求数、平均信道质量、平均传输速率进行计算，以期更加准确地针对通话进行调度，减少对于控制信令的消耗；（2）改进半持续调度算法的整体流程，提出根据语音分组的丢包率变化动态控制VoIP优先模式的持续时间，以避免造成其他业务出现饥饿情况；在VoIP优先模式下，将用户两两结对使其共享分配到的无线资源，减少信道质量差的用户一直重传所导致的无线资源浪费。之后，将该改进应用于 VoLTE调度，以达到进一步降低无线资源调度信令开销，提高对无线资源的利用率及调度效率，提高用户满意度和小区中VoLTE用户容量的目的。然后，使用MATLAB仿真工具验证了该改进算法对VoLTE语音分组丢包率、用户满意度和用户容量等方面性能的提升。
　　2、传输性能方面，本文将吞吐量和误码率BER（Bit Error Rate）作为其传输的两个性能指标，主要研究了小区中接收天线的信噪比SNR（Signal to Noise Ratio）对VoLTE语音帧传输性能的影响，并通过仿真加以分析验证。仿真结果表明在一定的范围之内提高接收天线的信噪比，可以大幅提高VoLTE的吞吐量，而在范围之外提高信噪比则对于吞吐量的影响不大。提高接收天线的信噪比可以降低传输的误码率。通过将两种天线模型的仿真结果进行对比可知，随着发送与接收天线个数的增多，VoLTE的传输性能得到增强，同时多天线在一定程度上可以弥补较低信噪比造成的影响。

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作者
马超;
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作者单位

东华大学;

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授予单位东华大学;
学科信息与通信工程
授予学位硕士
导师姓名仇润鹤;
年度 2017
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类移动通信;
关键词
长期演进系统架构; 下VoLTE调度机制; 传输性能; 吞吐量; 误码率;

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