论文摘要
全球移动通信和互联网的兴起,使得宽带化、个人化、分组化成为大势所趋。如何在宽带无线分组移动网络中提供更多丰富可靠的多媒体业务,如:数据业务、流媒体业务、视音频广播业务、VoIP业务等等,成为无线移动通信领域内的研究热点。本论文正是在国家“十五”863计划重大课题“新一代蜂窝移动通信系统无线传输链路技术研究（2001AA123014）”、“TDD系统高层协议、自适应链路和编译码设计与实现”（编号2003AA12331005）和国家自然科学基金重大项目“未来移动通信系统基础理论与技术研究”子课题“基于MIMO-OFDM系统的空中接口自适应技术研究（60496310）”的资助下,针对无线分组通信系统中的若干问题,如多载波多业务的QoS保障、多天线多载波多业务的QoS保障、多用户多业务的QoS保障以及支持无线移动的高效TCP/IP协议栈架构等进行了研究。全文研究共分为六部分。第一部分分析了用户评价体系。论文讨论了用户侧对通信过程的观察与体验,提炼出四个评价指标,并根据用户对业务体验差别,提出四种评价函数。用户评价最大化是综合用户对各类业务的评价过程,对通信系统的参数和结构调整具有指导意义。最后讨论了跨层优化的一般准则。第二部分分析了单用户多载波多业务系统的跨层优化问题。在确定此类问题的约束条件后,一般是业务QoS约束和空口资源约束,以用户评价最大化为优化目标,推导资源分配算法。根据空口资源的差异性,证明了最佳信道分配给最紧迫分组算法在资源利用上的最优性。根据上述算法,调度以用户评价的最大化为目标,对各个业务分组实时进行资源调配,从而最终使得用户评价最大化,即也保障了业务的QoS。第三部分分析了单用户多载波多天线多业务系统的跨层优化问题,以OSTBC-OFDM系统为实例进行了深入研究。分析了OSTBC的分集增益与信道矩阵的F范数的关系;同时根据数据链路层的时延特性分析,获取业务分组的权重,并根据业务分组的权重推导业务分组的PSR需求;结合上述信道矩阵增益和PSR需求,同时遵循第二部分中所论述的多载波分配准则,以用户评价最大化为目标进行资源调度,进而保障用户业务的QoS。第四部分扩展了第三部分的结论,考虑多用户场景,并将空口资源定义为多维空间,不限定于时、频、空域范围内,只约定资源空间为正交的结构固定的多维空间。以多用户评价平均值最大化为优化准则,即MUER准则,在策略控制约束下,设计实现两级调度框架,第一级为用户的业务分组调度,第二级为多用户间的业务分组调度。以策略控制影响多用户评价的平均值,使得调度器在多用户之间在资源争用时具有偏向性的选择,进而平衡用户的公平性和业务的QoS保障,最终达到多用户评价平均值最大化。第五部分分析了TCP/IP协议栈架构,提出了支持无线移动的高效跨层空口协议栈架构。该协议栈架构采用跨层思想,创新性地提出了移动链路（ML）和镜像TCP（mTCP）的概念,使得空口的数据链路层与IP层和TCP层密切配合,借助PID的设计,以有线网络增加很少的负荷为代价,避免了IP分组在HA到FA间的隧道传输,优化了移动IP的时延特性。借助ML的信令,mTCP镜像维护移动节点TCP状态信息,进而可以过滤掉所有的TCP确认报文段,并且在TCP报文段需要重传时,mTCP和ML配合,可以只将相应的DLL层PDU或者IP层分组进行重传,从而节省空中接口资源和有线网络资源。第六部分是全文总结与展望。对今后跨层领域的发展提出了若干建设性的思路和方法,如用户策略方面的研究、部分信息下的跨层优化以及异构网络下的跨层优化等。