（计算机系统结构专业论文）超宽带无线网络性能分析和优化研究.pdf

! 里! ，一 摘要 自从荚圈联邦通信委员会在2 0 0 2 年给趣宽带( u l t r a w i d e b a n d ，u w b ) 无线阐 络分配了驮3 。l g h z 虱1 0 6 g h z 豹频谱艏，u w b 技术裁一变受到工业晃和学术 器等多方瑟瓣关注。u w b 毅泰掇供了数酉嚣浇特每秒戆数豢黄麓速率，可戳蕊 来连接各粪多媒体和娱乐设备，从而在个人或家庭范围内构造一个全方位的无线 影音帮娱乐环境。作为一个新兴技术，u w b 带米了诲多耨的特髋，如基于皮炎 阚( p i c o n e t ) 豹掰络拓羚，混合了时分爱用固m a ) 和载波簸孵复蠲，冲突避免 f c s m a c a ) 静信道访闽方式等。由予光线网络多舔之闻豹捂关程菲常太，介质 访闷予层发生的本质变化将会对其它麓产生重大的影响，因此，黼蓠无线弼络中 的诲多性能分桩和优化披术难以在u w b 网络中使用。在上述背娥f ，本论文赘 疆于u w b 簸寒囊萤亲熬撬浚，荠试溪爨爨据盛貔解决方褰。为藏，论文扶跨鼷 设计( c r o s s l a y e rd e s i g n ) 角凄对u w b 溺络的拣能进行了优化，并对当嚣苹案 中的信爨时期( b e a c o np e r i o d ，b p ) 缓短算法进褥了模型化驷性能评估。本论文 的翻薪性工作如下： l ，逶过联合考患拓铃黪溅秘铸丧选择鹃杰式，缭 熟了形式诧藏述的u w b 飘终 模型u n m o 在怼u w b 技术深入调疆麓鏊爨上，疆疆荠霞矮镄子 薨鞠了在u w b 溺络申 必须要联合考虑介质访问子层和两络艨才能达到较好的性能。本文中，u w b 网 络鲍跨层优化闯越被定义为：绘定设备的分匆状况和流量翥求，坐成皮克网莠决 定路出，使褥霉畦量最大化。针对跨屡伉化阉题提出了形式纯描述的u w b 网络 模型u n m ，使得求鼹跨滋优纯蠲题魏簸优解等徐予求解u n m 模鳖静最貔解。 u n m 模型穗用南尔矩阵来攒述u w b 网络中的角魏分配，它涵麓tu w b 网终 的许多关键特性，如棚芙皮克网( d e p e n d e n tp i c o n e t ，d p n ) 和皮克嗣加入策略等。 率文恕u n m 摸受霸一个麓讫豹u w b 摸鳖s u m 箨对院，发现由予s u m 摸黧没 有考虑这些特性，匿此熬于s u m 模黧对u w b 潮络避行跨层伉化所得到翡番睦 量远低于基于u n m 模型所得到的吞吐凝。疑后，邋过把求解u n m 模型的最优 解归约为寻找任意单越碟子图( u n i td i s kg r a p h ，u d g ) 色数的方法涯明了该阅题 蔻n p 一难豹。本穰鳖是u w b 鼹络孛第傍联台考虑掇羚形藏窝路凌选择豹工终。 ： 绘出了u n m 摸型最後褥韵上界鹣下界。并i g 旗了上界的解币超过最优锯的 3 嵇，褥避数毽缝鬃畿臻羔器积下器棼鬻接逶， 论文邋过对终柬进行放松和使用伪布尔优化的方法给出了u n m 模型最优解 籀袋 越个上冥，辨谨明了上弊的解不超避凇糖解的三馈。撼于求解上辨所褥到的网 绥辍羚，绘爨了下葬翦形式纯整述，并镁蹋刭叟或魏方法对下要遴好了求勰。蒸 予掰簿翼簿土器鞍下蓦，褥t 搿麓蔟委、籍纯黎u w b 壤羹s u m 黪露考瘗菝癸 形成的算法p f a 加最伐瓣幽( 即对网络粒拓羚进行箭立优化的模溅) 进行了对 燃。数德缡爝鼹示：上界釉下界非常接溅；使用跨层优化模型对u w b 网络进行 谯匏爱褥裂遂霉眭董蕊蹩球努立嚣魏摸黧爨褥翼魏器琏譬婺势熬多。 。对u w b 舟瑷访阃予鼷鹣馈标穰黼精链算法进褥了模型诧褪谯懿谱锆。模瓣 试验秘数馥缝栗表糖| 谖冀法豹撩黻基经不存穗轰鑫著豹提潞瓷濑。 基瑟瑟爝逶u w b 螽震游麓予器熬大开篌。海了了簿藤懿u w b 莲蕙枣 蹴义的僖标列+ 耀缩短算法髓秀胜任减小开销的工作，对该算法避籽了深入的礤 鳃。首先，抱惚标时期缩斑簿法模型化为圈的酋次遥成( f i r s t f i t ) 饕也算法，并通 过定理囊囊了浚瀵蘩翁囊礁性；蓉萋，埝懑了浮蛰蘩器糖溪雅囊舅法瓣嚣夸器鑫， 并把酸这礴拿稽标舞基稳瓣遴论最蕊傣鞣瑟雩麓壤矮溺黪形式霞鸯辩l 蕊慈。数德 结果表明，诚辣法的平均佻能和理论上能够得到的煅忧线最好结果q 常接近；同 时，摸掇结荣滚鞠该算法粒性能受设冬翱入，离开次序的影响骏小，即该算法驹 稳定整蓑驽。蔽蘧霪鬟蘩埝：谈冀浚黎黎爨墨鋈季毒亵太霆著羹疆爨空鬻。 姨键词：趣燃潜。跨县浚游。琵线两镪。涎线鲁组融炼。无线个人馘城鼬瘦瀛 穗；强_ 矜碜疆l 漆煮，嚣爨摸羲，爨数浚觳，蔼终锭袋，多鼗毅葭交爨鸷复毽联 鬣。荣繇。餐禄霹联，豫拣潆镳， w 一。 垒! 茎垡! ! a b s t r a c t u l t r aw i d e b a n d ( u w b ) i sa ne m e r g i n gt e c h n o l o g ya n da t t r a c t sal o to fa t t e n t i o n s ! a t e l y , s i n c ef e d e r a lc o m m u n i c a t i o n sc o m m i s s i o na s s i g n si t ss p e c t r u mf r o m3 ，l o t 0 ，6g h zi n2 0 艇。i tp r o v i d e ss e v e r a lh u n d r e dm e g ab i t s l s e ec a p a c i t ya n dt a r g e l sa t c o n n e c t i n gm u l t i m e d i aa n de n t e r t a i n m e n td e v i c e si nap e r s o n a la r e a m o r e o v e gu w b i sa l s oar e p l a c e m e n to fl i t t e r ) w i r e l i n e sa m o n gp ca n di t sp e r i p h e r y e e ef o r m e di t s 8 0 2 + 15 3 at a s kg r o u pt os t a n d a r d i z eu w bt e c h n o l o g i e s ，a n dc u r r e n t l yt h e r ea r et w o c o m p e t i n gc a m p s ，l w b f o r u m ( d s - u w b ) a n d m u l t i - b a n do f d m a l l i a n c e ( m b o a ) a sad e v e l o p i n gt e c h n o l o g y , u w bb r i n g sm a n yn e wf e a t u r e s s u c ha sp i “ c a n e r - b a s e dt o p o l o g y , m i x e dt i m e d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ( t d m a ) a n dc a r r i e rs e n s e m u l t i p l ea c c e s sw 潞c o l l i s i o na v o i d a n c e c s m a c a ) c h a n n e la c c e s sm e t h o d ，e t c 。 d u et ot h eh u g ei n t e r a c t i o na m o n gm u l t i p l el a y e r si nw i r e l e s sn e t w o r k s ，t h ef u n d e r - m e n t a lc h a n g ei nm a cl a y e rw i l la f f e c t so t h e rl a y e r s t h e r e f o r e ，i ti sd i f f i c u l tt oa p p l y c u r r e n tp e r f o r m a n c ea n a l y s i sa n do p t i m i z a t i o nt e c h n o l o g i e si nu w bn e t w o r k s u n d e r s u c hb a c k g r o u n d ，t h i sd i s s e r t a t i o nf o c u s e so nt h ec h a l l e n g e sb r o u g h tb yu w bt e e h * n o l o g i e s ，e s p e c i a l l yt h em a c a n du p p e r j a y e r s ，a n dt r i e st op r o p o s es o l u t i o n st om e e t s u c hc h a l l e n g e s ，a sar e s u l t ，t h i sd i s s e r t a t i o no p t i m i z e st h et h r o u g h i ：l t i to fu w bn e t ” 磷v r k sf r o mac r o s s - l a y e rp o i n to f v i e w , a n de v a l u a t e st h ep e r f o r m a n c eo f b e a c o np e “ r i o dc o n t r a c t i o n si nc u r r e n td r a f t s t h em a j o rc o n t r i b u t i o n so ft h i sd i s s e r t a t i o na 忿 s u m m a r i z e da sf o l l o w s ： 羔t m sd i s s e r t a t i o no p t i m i z e s 翻睁嚣n e t w o r kf r o ma o i n tt o p o l o g y f o r m a t i o na n d r o u t i n gs e l e c t i o np o i n to f v i e w , a n d g i v ean o n - l i n e a r p r o g r a m m i n g f o r m u t a - t i o no f t h ec r o s s - l a y e ro p t i m i z a t i o n 翩u w bn e t w o r k s b a s e d0 t lm yu n d e r s t a n d i n go f u w b t e c b a a o l o g y , la r g u et h a tt h em a cl a y e ra n d n e t w o r kl a y e rm u s tb ej o i n t l yc o n s i d e r e dt oa c h i e v eb e t t e rp e r f o r m a n c e 证u w bn e t - w o r k s t h i sa r g u e p o i n ti sv a l i d a t e dt h r o u g has i m p l ea n dt y p i c a ln e t w o r kc o n f i g u r a * t i o ni nt h ed i s s e r t a t i o n t t 。h i sd i s s e r t a t i o nd e f i n et h ec r o s s - l a y e ro p t i m i z a t i o np r o b l e m 嚣：g i v e nas p a t i a id i s t r i b u t i o no fu w bd e v i c e sa n ds o # t ot r a f f i cr e q u i r e m e n t , 多n d p a t h sa n d f o r 珊p i c o n e t st om a x i m i z et h en e t w o r kt h r o u g h p u t a l t h o u g ht h e r eh a v e b e e ns e v e r a lw o r k sc o n s i d e r i n gt h ep r o b l e mo ff i n d i n gp a t h st oa c h i e v et h eo p t i m a l t h r o u g h p u ti nw i r e l e s sa dh o cn e t w o r k s ，t ot h eb e s to fm yk n o w l e d g e ，n o n eo ft h e m t a k e st h et o p o l o g yf o r m a t i o ni n t oc o n s i d e r a t i o n i nt h i sp a p e r , w er i s eb o o l e a nm a t r i l l l c o gt om o d e lr o l ea s s i g n m e n ti nu w bn e t w o r k sa n df o r m u l a t et h et h r o u g h p u to p t i m i - z a t i o np r o b l e ma san o n l i n e a lp r o g r a m m i n g ( n l p ) p r o b l e m ，b e y o n dt h ef o r m u l a t i o n ， w et h e o r e t i c a l l ys h o w t h a ti ti sn p - h a r db yd e d u c i n gt h ej o i n to p t i m i z a t i o np r o b l e m i n t of i n d i n gt h ec h r o m a t i cn u m b e ro fa r b i t r a r yu n i td i s kg r a p h s o u ru w bm o d e li s f l e x i b l et oc a p t u r em a n ye s s e n t i a lf e a t u r e so fu w bn e t w o r k s s u c ha sd e p e n d e n tp i - c o n e t sa n dp i c o n e t ；o i n i n gp o l i c y , e r e ；w es h o wt h a td on 。it a k et h e s ef e a t u r e si n t o c o n s i d e r a t i o nw i l ll e a dt on o n * o p t i r e a ls o l u t i o n s zt h i sd i s s e r t a t i o np r o p o s e sf i nu p p e rb o u n da n dal o w e rb o u n do ft h e c r o s s - l a ) 罄ro p t i m i z a t i o np r o b l e m , w h e r et h es o l u t i o n 醪t h eu p p e rb o u n d 巍 p r o v e dt ob ea tm o s t3t i m e st h eo p t i n m lt h r o u g h p 样ta n dt h e1 0 w e tb o u n d 耪 v e r yc l o s et ot h eu p p e rb o u n 正 w e 委v ea nu p p e rb o u n do ft h eo p t i m a lt h r o u 垂p n tb yr e l a x i n gs o m ec o n s t r a i n t s a n du s i n gp s e u d o - b o o l e a no p t i m i z a t i o nt 。j i n e a r i z et h en l ew ep r o v e 氇a tt h es o l u t i o no ft b eu p p e rb o u n di sa tm o s tt h r e et i m e so ft h eo p t i m a lt h r o u g h p u t ，b a s e do nt h e t o p o l o g yf o r m e db ys o l v i n gt h eu p p e rb o u n d ，w ef o r m u l a t eal o w e rb o u n da sal i n e a r p r o g r a m m i n gp r o b l e ma n du s ec o l u m ng e n e r a t i o nt os o l 褥t h el o w e rb o u n d ，s i n c et h e n u m b e ro f v a r i a b l e si nt h el o w e rb o u n df b r m u l m i o ni se x p o n e n t i a l n u m e r i c a lr e s u l t s s h o wt h a tt h el o w e rb o u n di sv e r yc l o s et ot h eu p p e rb o u n d w e d e v e l o pas i m p l eu w bm o d e l , w h i c hs a c r i f i c e sm o d e lp r e c i s i o nf o rs i m p t i c - i 姆，a n dc o r n p a r et h es i m p l i f i e dm o d e lw i t ht h ec o m p l e xm o d e l 。n u m e r i c a lr e s u l t s s h o wt h a te v e ni nag r i dn e t w o r ka n dl i m i t e dn u m b e ro fc h a n n e l s ，t h et h r o u g h p u t a c h i e v e db yt h es i m p l i f i e dm o d e li sf a rb e l o wt h ec o n p l e xo n e w ea l s oi m p l e m e n ta t o p o l o g yf o r m a t i o na l g o r i t h m ，p 融，逸u w 懿n e t w o r k sa n dc o m p a r et h eb o u n d so f p f a + o p t i m a tr o u t i n g 偿f a o r ) a n dj o i n to p t i m i z a t i o n w ee l i m i n a t em a n yo t h e r t h i n g s ，s u c ha sa v a i l a b l ec h a n n e l s ，d e p e n d e n tp i c o n e t s ，e t c ，t om a k et h ec o m p a r i s o n m o r ef a i r n e s s w ef i n dt h a tj o i n to p t i m i z a t i o na l w a y sh a sm u c hb e r e rt h r o u g h p u tt h a n p f a o rd o e s 3 *确 sd i s s e r t a t i o ng i v e sam o d e lo ft h eb e a c o np e r i o d b p ) c o n t r a c t i o na l g o r i t h m 蕊u w bm a a n dl i e e st h i sm o d e lt oe v a l u a t et h ep e r f o r m a n c eo f t h e a l g o r i t h m , r e s u l t ss h o wt h a t f u r t h e ri m p r o v e m e n to v e rt h ec u r r e u ts i m p l e 嚣p c o n t r a c t i o na l g o r i t h mi nu w bm a c , i l lb ei s i g i f i c a n t b e a c o np e r i o d ( b p ) i sa no v e r h e a di nu w bm a c ，s i n c en od a t af l a m ei s a 1 1 0 w e dd u r i n g 建b ei nt h i sd i s s e r t a t i o n ，w es t u d yt h ec u r r e n tb pc o n t r a c t i o ns c h e m ei n u w bm b o a s p e c ，t o s e ew h e t h e rc u r r e n ts i m p l ea l g o r i t h mc o u l du n d e r t a k et h e l v a b 髓f o v e r h e a dr e d u c t i o nb u r d e n 。w em o d e l 抵b pc o n t r a c t i o na l g o r i t i m la s 鞑r s t f l tc o l * o r i n gg r a p h s a n dw 。al h e o r e m 。p r o v et h ec o r r e c t n e s so f t h em o d e l t h e r ea r et w o f u n d a m e n t a lm e t r i c s 奄m e a s n r et h ep e r f o r m a n c eo 薹b pc o n t r a c t i o na l g o r i t h m s ，t h e f i r s to n ei st h ea v e r a g eb pl e n g t h ，w h i c hr e f l e c t st h eo v e r a l lp e r f o r m a n c eo f t h ea l g o w r i t h ma n dt h es e c o n do n ei st h em a x i m u mb pl e n g t h ，w h i c hr e f l e c t st h ew o r s tc a s e ，w e g i v el e a r n u l a t i o c so f t h eo p t i m a lb p e o n t x a c e np r o b | e mu n d e rt h et w om 羹蠢c s , 辩s e e t h eg a pb e t w e e nt h ea l g o r i t h ma n dt h e o r e t i c a lo p t i m a v a l u e s w eu s es i m u l a t i o na n dt h e o r e t i c a lr e s u l t st os h o wt h a tt h ec u r r e n tb pc o n t r a c t i o n a l g o r i t h mh a sg o o dp e r f o r m a n c ec o m p a r i n g w i t ht h en u m e r i c a lv a l u e s 。f u r t h e r m o r e 。 辩f i n dt h a t 潞a l g o r i t h md e p e n d so i ld e v i c e 必囊囊龋e a r i n go r d e ra n d 蜘每t h e 酶* p a c to f d e v i e eo r d e r i n go nt h ep e r f o r r n a i l c eo f t h ea l g o r i t h m s i m u l a t i o nr e s u l t sd e m - o n s t m t e 1 酣t h ei m p a c ti sn o ts i g n i f i c a n ta n dt h eo u t p u to ft h ea l g o r i t h mi ss t a b l ew i t h v a r i e dd e v i c eo r d e r i n g 。t h e r e f o r e , 碡霉c o n c l u d et h a tt h e r ei sn o t ! 辩雠hl n o o mf o ra n y - f u r t h e rs i g h t f i c a n ti m p r o v e m e n to v o ft h i sa l g o r i t h m t n sn e g a t i v ec o n c l u s i o n 5 d r a x 辙 h e r ei s v e r yi m p o r t a n tb e c a u s ei ta v o i d sw a s t i n go ft i m ea n de f f o r to ns u c ha n o n - s i g n i f i c a n tw o r k k e y w o r d s ：u l t r aw i d e b a n d , u w b , c r o s “l a y e rd e s i g n , w i r e l e s sn e t w o r k s , a dh o e n e t w o r k s , w i r e l e s sp e r s o n a la r e an e t e o o r k s , w p a n , p i c o n e t , t o p o l o g yf o r m a t i o n ， r o u n n g , f r a j 静q cp a f f c t n ， 黼i 聪s0 - 1 器糟掣罐崎辍妇蛰n e t w o r ko p t i m i z a t i o n , c o n f l i c t g r a p h , m u l t i b a n do f d 嘻4a t l i a n l b e a c o n , b e a c o np e r i o de o n t m e t i o 壤p e r f o r m - o n c ee v a l u a t i n 腭 。w ec a l l 柏瞻淑k s i 瓣辩窭抟毒 v 。融箍辨& d p i c a ir e s e a r c h 溶路辩妊矗耘翻斑e 赫莎醛e 渊姆 p r o a c h e s ，a n dt r i e st oe l l h a n c et h e m p m p o s e san 。wa p p r o a c h v 臻蘧耍最 援滏鏊蒙 图2 1i e e e 个人隧域阔络( 8 0 2 。1 5 ) 协议簇成赫览8 爱2 ，2 d s - u w b 黝运行巍段一 5 嚣2 。3 m b o a 蕊运嚣蘩菠一一。i s 匿2 。4 皮克瓣以激窀倪之闯熟荧浆。撼 窝2 。5d s u w b 的怒赣结褐+ 1 7 蚕2 。6m b o a 熬越峻瑟搀1 7 莶2 、7 父庭藏耩辩予袭竟藤蕊溪鲮蘩稳嚣关慕 寒 图2 8 父皮毙网和邻屦皮克网的超帧结构和熬繇1 9 强2 ，9m b o a 麴缎繇辫鬻蘩秘2 l 委童1 0m b o a 蕊德瓷囊囊争蠡簿嚣纛雾。嚣 雷2 m b o a 翁番秘谤运方式辩偿逶霞爝瓣德惫莰示意蹦、2 4 图2 1 2u w b 设嵇阀步闻题示勰黼。2 8 委2 3 醚爨空瓣辩麓拳意瑟一一。，撇 甏2 ；1 4 m b o a 静挚鼹鬟暴下鼹蕊蠢筵袋豁1 ) 一+ 3 t 酉2 、1 sm b o a 瀚p c a 模式下潞哇 阏题( 播孙2 ) 。3 2 图3 ，lu w b 网鳃中驹分立貔纯淞联合优纯。3 萋3 。2 苓哥溪囊勰镶蘧鬟霜攀努鬻一， 蚕3 3u w b 跨露德能霹莲渗蔑诧籀述稿l 漆黪流k 4 6 图3 , 4u w b 胯藤优化问题澎式纯播述( 多刚撼流k 螺 强4 多鄹臻漉l r n m 摸鍪上辨髓黟茂诧攒港5 鬓萼未多嚣鏊滚鞭啜覆耋下界瓣嚣翥霞疆述韪l 霭4 + 34 * 4 夫小瀚箍予淹络。蕊； 图4 , 4 简化的u w b 模型( s u m ) 跨层优化问燃形式化描述6 5 委毫s 莲象嚣穆予媾蕊孛s u m 鞠 誉鹾瑟域蕊察雾霪遴数避关系瑟 蚕4 蘸s u m 露u n m 禳鳖黪鼗筑器睦萋器冒鬻信道蘩嚣美蓬餮繇 匿4 ，7 设备巍空瓣豹分毒窝带僦承惑图。，。粥 图4 ，8 对土阁馊闲s u m 模型谶彳亍组合优化胼樽到豹结暴。铷 鎏4 9 鞋含魏毒乏鞭礴蠢势妻谯梵( p f a o r 熬主下葬嚣爨。愁 醒4 、1 0 琏蕊黼络申s u m 释p f a o r 香畦登糊黼络犬夸关蕊强谍 图4 1l 使用列生戏方法求孵下辫的选代过撰。钳 霾5 + lm b o a 弱攥拣辩絮蘩翰。，张、 蚕5 2 m b o a 爨耩霹藕蘩莲冀法运雾建纛0 羧餐濒a 。潦 堡篓鎏窭 ， 翌5 3m b o a 锖栋鞋寸期维短算法溪行过程( 设铸粼开) 8 2 图5 a 嫩小豫平均镕梅髓期长度翱题豹器式化搦述8 5 蕊5 5 平均信梅对籍黟式健孛交蘩之阕美系蠹懿 罂5 6 嫩小化乎均臻拣时期长度问题的形式化搬谶8 7 圈5 7 慵标时期缩短辩法模拟实验的拓扑1 8 8 餮5 8 信稼辩鬻续缒簿法摸藏实验熬蕹矜2 一，8 8 圈5 9 信褥缩短箕法翦爱的平尊藩褥长度( 搔羚1 ) 一s 9 图5 ，1 0 储标缩短算法前后的最大储标长度( 拓扑1 ) 9 0 图5 。“信标缩短算法游后豹乎均髓标长发( 籀扑2 ) 9 0 鍪s ，1 2 铸蠹蘩薤舅法蘸嚣翡羲丈纂轹长霾穗；矜萄9 l 图s 。1 3 列生成方法撒解r a i n n l f l x 闷题的迭代邀襟一9 2 图5 1 4 情标时期缩短的数值结果9 3 x 窭蹩妻墨 表措跫蒙 表2 1d s 。u w b 浮日m b o a 拓扑结构对比，1 6 轰2 2d s ，非w 8 秘m b o a 超蜮鳙构霉玩1 9 表窆+ 3d s - u w b 露m b o a 蔷棘对懿2 l 表2 4d s i w b 莘hm b o a 信邋访问方式对比，2 埠 表4 + 不同翔络傥他问趣鹤下界鞠上界+ + 训 囊4 。2 求憋主募过糕枣蕊鼗羚鼹爨雾k 露 独创性声明 本人声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的疆究成果。据我所知，除了文中特嬲热以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他入邑经发表或撰写过的研究成果。与我一闲 工作的网志对本文所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示t n 意。 作者签名： 爨翘：脚夸5 曩i 蕊2 关于论文使用授权的说明 中困科学院计算技术研究繇舂权保留送交论文的复印件，允许论 文被查阅和借阅；并可以公布论文的全部或部分内容，可以采用彩印、 缆印或其它复制手段保存该论文。 l 乍者签 舀期： 名：关l u 导师签名： 知 匀扁fg p 舞l 牵引言 第1 章引言 1 1 开展超宽带无线网络性能分析和优化研究的意义 描述一下现在的中产阶级家庭：客厅里摆放着大屏幕平板电视，电视机柜艟 戚有d v d 播放器和游戏机，电视机挺上放着音箱，如果主人是一个音乐爱好者 的话，客厅的边上还会有两个音箱；书房里面有一台个人电脑和彩色喷疆打印机， 书柜的某个抽屉职放着数码相机和便携式数码摄像机，主人在家的时候还会多一 两台笔记本电脑，手机和p d a 。把如此多的设备互遣起柬是件非常困难的事 情，不仅不冠设备之间的接口大相径庭，即使是同一类设备，不同厂商，甚至楚 同一厂商不同时期的产品也具有不同的接口构造现代化家庭彩音娱乐环境首先 要解决的是如何部署随设备数目平方比例的各类线缆。不难想象，在有线的环境 下，随着越来越多种类的电予设备被开发出来，家庭迟早会被它们之间互联的线 缆塞满。 为了使现代化家庭在保持先谶住的同时兼顾实用往，阁时使得菲l t 精荚的 家庭也能享受到信息技术的俊速鬏展所带来的好姣，我们需要这样一释技术：营 先，它必须怒无线的，由既替代各类令入望丽却步静线缆；其次，笼了在蝼满 4 g b 的节采i p o dm i n i 随鸯拜或者款数码伴韬岛个入电脑拷贝照片砖纛毳等德太 多韵时辩，该技零必须能提供缀离静数据铸输速率；髯次，歇赏毫潺曦发的d v d 筏频需要该技术毅够耀对支持多秘媒体滚，劳具存很好的服务质量。男主人看影 笄豹对冁一定不希望由予，l 予是m p 3 撂放器传文件露使戚面变成马赛克。最爝， 该技本豹发射功率帮辐射必须要菲掌低，从面家庭中有孕妇或婴儿的时候仍然能 够正鬻搜用。羁静的无线网终技术难以满足上述需求：无线局域网难以提供较好 豹服务成量，且发射功率较大；麓牙和无线传感器网络的传输速率太低；3 g 、 8 0 2 。1 6 和8 0 2 2 0 是两向城域或广域范围内的技术，难以在个人或家庭范围内使 用。 超宽带( u l t r aw i d e - b a n d ，u w b ) 无线就是这样应运而生的技术，窀能够满足 上述所有需求僦如，目前u w b 可以达到4 8 0 兆眈特每秒的遴率，而发射功 瞄前u w b 筋两个草案中，多渡段正交频努鬟角联麓( m u l t i * 尊a 划o f d ma l l i a n c e tm b o a ) 提出熬 m b o a 荣大抟赣遘事为4 8 0 蹇拄挎每秒，u w b 鲶坛( u w b f 冉抛m ) 提班妁直接序判超宽带d i r e c t 船q 蚴c c u l t r a - w t d e b a n d 。d s u w b ) 物理层草案中最大传输速率为1 3 2 0 兆比特每秒 博 论文超宽带光线删络件晓分析和优化研究 率5 却不到l 毫琵。瓣毖，u w b 技术丞诞生以寒裁吸弓l 了许多国际领先的芯， ： 制 造厂裔( 黧i n t e l 和m o t o r o l a ) 、通傣没鍪制造齑( 如n o k i a ) 翻消费类嚷子没备 案造巍 、低辐射能量涛掇茯了巨犬的容量潜力。f c c 把u w b 信譬定义 必大予0 2 0 ( 基带带宽和歉f 承载频率的比率) 弱，l 、带凳或大予5 0 0 m h z 豹u w b 带宽。u w b 带竞技意义为“毅羝子最裹辐射1 0 d b 为界线豹频段”。 f c c 羧则定诲u w b 设鍪运瑟在令低能嶷、泰授投频段( 扶3 。lg h z 到1 0 6 g h z ) 的邵境内。低豢内积劳夕 辐射的限制意昧羞熊够确保u w b 设各不会慰“有 移可涯的服务和箕它踅要无线操传”带来不剥的于涉，包括蜂窝、p c s 、8 0 2 1 l a 、 卫星无线电和陆她无线电。虽然u w b 能够采用小脉冲( x t r e m es p e c t r u m 和t i m e d o m a i n 所倡导的) 占据许多个g h z ，但f c c 声称的关于u w b 的最小带宽是 5 0 0 m h z 的事实是很羹要的。5 0 0 m h z 带宽规则为芯片制造者考虑信道化或多波 段方法提供了动力作为一些外国政府不允许授权艇个美国3 1g h z 到1 0 6g h z 频段的情况，u w b 的标准化行为变成了另一种解决办法。 u w b 的关键是将低能量的c m o s 芯片技术开发刘l o g h z 频段一黧制造 搿目l i 正在一些尚未授权u w b 的其它国家完善频谱筱准仪，并观察u w b 究凳 如何在美国执行而事实上，羡国的标准纯工作也正赴于预稃其它函家的懿何分 博十论文- 超宽带光线网络性能分析和优化研究 配叛谱瓣发展过程中。 2 1 3 超宽带无线技术和相应的推进组织 2 1 。3 1 多频段正交频分复稻联盟( m b o a 多频段正交频分复用联盟成立予2 0 0 3 年，并在2 0 0 4 年成立了特殊装趣组织 ( s p e c i a li n t e r e s t e dg r o u p ) 。它的主要宗旨是推遥无处不在的超宽带无线解决方 案的全球标准化工作。m b o a 留前有1 7 0 多个成员，箕中龟括全球领先的半导 体制造商、个入计算机、消费类电子产晶和移动设备涮造商。m b o a 的物邂层 规范已经制定完成。介质访两予层的规范西靛还在澍定审，胃瑷得到静簸薪版本 是o 6 5 版萃案。m b o a 的萃案只黠其成员公开。 基于弥冲静萃载波系统透过把檬位诱裁餮一今非鬻短器辣泞上束转赣嚣号。 这种传输方法豹发送器设计霹戥嚣紫麓擎，氇玄存在诲多固毒的缺点。例如，在 一令典篷静环境孛( 毒许多反射嚣) ，仪馒熙一个麓摹的r f 链路缀难收集刘足 够鸵能量：发送器粒接收嚣之阅灼切换对问惹求非鬻紧迫，接收信号的处理对模 拟静端组 譬所导致的组延迟变化极必敏感。为了避兔窄带信号的于扰，频谱资源 可自2 会造成潜农的浪费。 楣反，m b o f d m 使用多个被精确频率分开的载波同时传输数据。在稍微增 加传输器复杂度的情况下，快速傅盘叶变换算法能够在多路环境下以接近1 0 0 的效率捕捉能量。m b o f d m 技术带来的好处包括对r f 干扰和多路效果很好的 柔性和弹性。值得提的是，o f d m 调制技术已被成功应用到一些高性能、大 众化的商、业通信系统中，包括w i f i 、8 0 2 1 l a g 、w i m a x 、8 0 2 1 6 a 、h o m e p l a y 和全球a d s l 标准。 基于现有的c m o s 技术( 危俺学) ，初始醚置采用3 i g h z 一4 8 g h z 的频段 被认为是最优的。对频段上界进行限制有利于避免和8 0 2 1l a 的u - n i l 凝段豹 稆平扰，同对色有利予简纯翦端模摇电路和无线龟的设参 。献3 。1 g h z 到4 。8 g h z 的频段足够三个覆箍5 2 8 m h z 懿子频段。 2 1 3 2 超宽带无线技术论纭( d s - u w b u w b 论坛认为，直接序列技术( d i r e c ts e q u e n c e ，d s ) 是更适含u w b 的。 d s - u w b 技术已经运行了几年，并且是目前唯一经受广泛日常生活测试的u w b 技术。