CN101653021B - 无线网络仿真模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线网络仿真模拟方法，包括：步骤S402，进行快照循环初始化；步骤S404，执行反向链路速率指配流程和前向处理流程；步骤S406，基于终端支持的业务的QoS要求计算小区平均吞吐量和平均速率；以及步骤S408，在快照循环次数到达预设门限的情况下，结束处理。通过使用本发明，能够使无线网络仿真极大程度地逼近实际EVDO***的网络状况，更高效地指导EVDO网络规划与优化工作。

Description

无线网络仿真模拟方法

技术领域

本发明涉及码分多址(Code Division Multiple Access，CDMA)蜂窝移动通信***，尤其涉及CDMA***中(Evolution Data Optimized，EVDO)的无线网络仿真模拟方法，其原理同样可以应用于宽带码分多址接入(Wideband CDMA，WCDMA)中高速下行分组接入(High-Speed DownlinkPacketAccess，HSDPA)无线网络的仿真。

背景技术

无线网络仿真是整个无线网络建设过程中的重要一环，贯穿于整个网络建设的始终。在规划阶段，通过网络仿真可以在网络还没有实现之前的设计时期，模拟方案实施后的网络覆盖、容量等情况，根据仿真结果及时发现可能存在的问题，对方案进行调整；在优化阶段，通过网络仿真可以验证诸如新加站点、更改站点信息等优化措施的可行性，从而在优化方案实施之前对调整带来的效果做提前估计。由此可见，网络仿真大大节省了无线网络建设和运营的时间以及人力和物力成本，是确保网络高速、高质量建设的重要基础。

无线网络仿真的核心是仿真算法，其用于模拟实际网络动态的情况，从而推算出实际网络运行过程中关于覆盖等的性能指标。

目前，无线网络仿真的目标主要是CDMA IS95或1X网络，这些网络的空中接口在前/反向都采用功率控制技术，仿真的目标资源对于下行而言，主要考虑下行发射功率在不同信道不同终端间的分配；对于上行而言，主要考虑功率噪声的攀升。

针对空口的这些技术特点，目前所采用的常见的无线网络仿真方法主要是蒙特卡罗迭代算法，这种算法是基于下行的功率和上行的底噪门限作为收敛的判断条件，***设计的主要目标是能够同时接入尽可能多的用户，因此，无线网络仿真便针对该目标通过计算获得一定用户数和分布情况下的网络性能，以此检验网络的设计是否满足要求。

目前业界通常采取快照的方法。该方法是在每个快照中按照一定的话务分布算法分布终端，这些终端的位置在每个快照中将保持不变，并假定能够接入的终端将持续占有***资源，通过迭代计算每个快照的网络性能，再将多个快照的结果进行平均，将平均后的结果作为整个网络的结果。当快照对象的个数足够多时，平均后的结果具有与实际接近的统计意义，并且对于CDMAIS95或1X网络，这种仿真模拟的方法已比较成熟，准确度也可以接受。

随着对频谱效率的要求越来越高，以及对速率的要求越来越高，上/下行的速率要求的不对称，原有的空口技术已经不能满足用户的需求。并且，目前各种3G网络都在尝试采用新技术以满足增加的需求。这些新技术中，比较重要的就是在下行不再采用功率控制的技术，而是采用速率控制的技术，速率控制的实质就是自动调制编码(AMC)技术，再结合物理层自动重传请求(HARQ)技术以及MAC层的调度技术等，使得对资源的控制更加有效，多用户增益明显，下行速率得到比较大的提高。

EVDO和HSDPA的协议就是这些技术的集成和体现，其在实际的商用网络中被越来越多的采用，是原有CDMA***的升级之路。新网络同样需要无线网络仿真，原有的蒙特卡罗仿真算法没有结合新出现的技术，尤其是没有结合对下行引入的新技术，并且不支持对业务服务质量(QoS，Quality ofService)需求的处理，因此，这样的仿真算法不能很好的反映***实际工作的性能和状态。

下面将要简单说明CDMA2000-1X EVDO前向信道时分复用和用户调度的示意图，如图1所示：

前向信道作为一个“宽通道”，供所有的用户时分共享。时分的最小单位是时隙(slot)，一个时隙有可能分配给某个用户传送数据或是分配给开销消息发送(称为active slot)，也有可能处于空闲状态，不发送任何数据(称为idle slot)。

由于前向业务信道时分复用，具体某一时刻向哪一个用户发送数据由前向信道的调度程序根据一定的调度策略来决定，不同的调度程序将对处于不同无线环境下的用户的吞吐量有强烈的影响。

调度的目标是使同一小区下所有用户尽可能公平、以及小区的总吞吐量尽可能最大化。但是，这两个目标之间存在矛盾。例如，如果为追求整个小区的吞吐率最大，那么调度策略就应该是向无线环境最好的终端发送数据，这样必然导致的后果是处于边缘的用户基本上无法得到服务。

因此，为了解决不能公平的问题，最终的调度算法将是这两个目标的一个折衷。目前，通常***采用的比例公平调度算法(Proportional fair scheduler)就是这样一个兼顾效率与公平的算法，该算法的主要原理是跟踪以下两个变量：用户当前申请的速率DRC(k)，以及用户历史的吞吐量T(k)，并根据比值DRC(k)/T(k)进行调度。因此可以看出，用户当前申请的速率越高，越有可能得到服务；用户历史吞吐量越高，说明它以前曾经得到过较多的服务机会，那么在后面得到服务的概率就越小。

如上所述，无线网络仿真对无线网络规划和优化有非常关键的作用，如果能够针对CDMA2000-1X EVDO的技术特点，引入业务QoS要求，提出一种适应基站采用前向调度技术的无线网络仿真方法，从而使无线网络仿真算法更能够适应新的空口技术的要求，进一步提高仿真精度，使无线网络仿真在新网络(EVDO、HSDPA)的规划优化中发挥更大作用，无疑是理想的。然而遗憾的是，目前还没有实现与此相关的技术。

发明内容

考虑到上述问题而做出本发明，为此，本发明的主要目的在于提供一种无线网络仿真模拟方法。

根据本发明的实施例，提供了一种无线网络仿真模拟方法。

该方法包括以下处理：步骤S402，进行快照循环初始化；步骤S404，执行反向链路速率指配流程和前向处理流程；步骤S406，基于终端支持的业务的QoS要求计算小区平均吞吐量和平均速率；以及步骤S408，在快照循环次数未达到预设门限的情况下，重复步骤S402至步骤S406。

其中，在步骤S406中，在终端支持的业务均有QoS要求的情况下，通过以下公式计算前向小区平均吞吐量：

其中，p为前反向接入终端的个数，且1＜p≤m；在终端支持的业务没有QoS要求的情况下，通过以下公式计算前向小区平均吞吐量：

其中，n-m为前向接入终端的个数；此外，在终端支持的业务部分有QoS要求的情况下，通过以下公式计算前向小区平均吞吐量：其中，

其中，p为有QoS要求的前反向接入终端的个数，且1＜p≤m，n-m为没有QoS要求的前向接入终端的个数。

这里，可以通过以下公式来计算前向平均速率：DataRate_FL＝Throughput_FL/NumMobile，其中，NumMobile为前向接入用户数。并且，可以通过以下公式来计算反向平均速率：DataRate_RL＝Throughput_RL/NumMobile，其中，NumMobile为反向接入用户数，且

Througput_RL为反向小区平均吞吐量。

具体而言，在步骤S404中，反向链路速率指配流程包括：

步骤S702，根据反向QoS优先级对对所有终端进行排序，将高QoS优先级业务的终端置于序列前面，低QoS优先级业务的终端置于其后，无QoS要求的终端随机置于序列最后；

步骤S704，按照终端的接入顺序对每个终端进行数据速率初始化；

步骤S706，计算数据速率对应的终端业务信道发射功率，以及计算终端总发射功率；

步骤S708，判断终端总发射功率是否超过终端的最大发射功率门限；

在判断结果为是的情况下，进行到步骤S712，否则，进行到步骤S710，步骤S710，判断由于第i个终端的接入，是否导致相关小区接收的噪声升高超过门限，在判断结果为是的情况下，进行到步骤S712，否则，记录为终端接入成功；

以及步骤S712，判断是否可以降低第i个终端的数据速率，如果判断结果为是，则按照速率等级的规定，将数据速率降低一个等级；否则，记录为终端接入失败。

其中，在步骤S712中将数据速率降低一个等级后，判断降级后的数据速率是否低于最低速率门限，在判断结果为否的情况下，处理返回到步骤S706，否则，记录为终端接入失败。

除此之外，在步骤S404中，前向处理流程包括：

步骤S802，确定仿真范围内的小区总个数以及初始小区；

步骤S804，确定从属于初始小区的终端；

步骤S806，对终端依照前向业务优先级进行排序；

步骤S808，筛选不能满足前向QoS需求的终端；

步骤S810，根据步骤S808的筛选结果判断是否存在不能满足前向QoS需求的终端，并且在判断结果为是的情况下，进行到步骤S812，否则，进行到步骤S814；

步骤S812，对前向不能接入初始小区的终端进行处理；以及

步骤S814，输入可以接入初始小区的终端序列以及可能要删除的终端。

其中，步骤S806中的排序具体可以为以下处理：

步骤S902，逐个读取本次快照包含的终端的属性，检查终端支持的业务是否有优先级要求；

步骤S904，对于没有优先级要求的终端，将其归属为前向无优先级终端集合；

步骤S906，对于有优先级要求的QoS业务终端，将其归属为前向有优先级终端集合；以及

步骤S908，遍历了所有终端之后，将前向有优先级终端集合中的终端按照优先级排序，并置于终端序列的前端，将前向无优先级终端集合中的终端随机排序，并置于终端序列的后端。

此时，步骤S908可以具体包括以下处理：

步骤S1002，根据前向业务优先级对小区的终端进行排序；

步骤S1004，设P＝1，并确定有QoS需求的终端的个数为M，其中，M为大于等于0的整数；

步骤S1006，判断P是否大于M，在P大于M的情况下，输出可接入的终端序列和不能接入的终端序列，在P小于等于M的情况下，进行到步骤S1008；

步骤S1008，对前P个有QoS需求的终端根据以下公式进行判断，并根据判断结果进行后续处理：

公式1： $\frac{R_{\mathrm{FL}-1}}{{\mathrm{DRC}}_1}+\frac{R_{\mathrm{FL}-2}}{{\mathrm{DRC}}_2}+\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;+\frac{R_{\mathrm{FL}-p}}{{\mathrm{DRC}}_p}<1$

公式2： $\frac{R_{\mathrm{FL}-1}}{{\mathrm{DRC}}_1}+\frac{R_{\mathrm{FL}-2}}{{\mathrm{DRC}}_2}+\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;+\frac{R_{\mathrm{FL}-p}}{{\mathrm{DRC}}_p}=1$

公式3： $\frac{R_{\mathrm{FL}-1}}{{\mathrm{DRC}}_1}+\frac{R_{\mathrm{FL}-2}}{{\mathrm{DRC}}_2}+\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;+\frac{R_{\mathrm{FL}-p}}{{\mathrm{DRC}}_p}>1;$

其中，在公式1成立的情况下，使得P＝P+1，并且处理进行到步骤S1006；在公式2成立的情况下，将第P个终端之后的所有终端放入不能接入的终端集合，并输出可接入的终端序列和不能接入的终端序列；在公式3成立的情况下，将第P个终端放入不能接入的终端集合，并得P＝P+1，并且处理进行到步骤S1006。

此外，在步骤S404与步骤S406之间，在需要进行前向调整的情况下，执行前向调整算法，或者在需要进行反向调整的情况下，执行反向调整算法。

另外，在步骤S402之前，进一步包括以下处理：基于前向实际解调信噪比

和***解调门限的对比计算各个栅格上备选集对应的前向DRC速率；其中，根据各个栅格上实际信噪比

的值查表确定当前栅格对应不同小区可以支持的前向DRC速率组，当实际

的值介于两个数据速率对应的解调门限之间时，取较低的速率作为可以支持的前向DRC速率。通过针对CDMA2000-1X EVDO的技术特点和引入QoS要求，本发明的上述技术方案使得无线网络仿真算法更能够适应新的空口技术的要求，进一步提高仿真精度，能够使无线网络仿真极大程度地逼近新网络(EVDO、HSDPA)***的网络状况，使无线网络仿真在其规划优化中发挥更大作用，从而更高效地指导网络规划与优化工作。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据相关技术的信道时分复用的示意图；

图2是实际实施根据本发明实施例的无线网络仿真模拟方法的处理的总体流程图；

图3是图2的处理中确定备选集的流程图；

图4是根据本发明实施例的无线网络仿真模拟方法的流程图；

图5是根据本发明实施例的无线网络仿真模拟方法的第一方案的处理流程图；

图6是根据本发明实施例的无线网络仿真模拟方法的第二方案的处理流程图。

图7是根据本发明实施例的无线网络仿真模拟方法中的反向链路速率指配流程；

图8是根据本发明实施例的无线网络仿真模拟方法中的前向处理的流程图；

图9是图8的前向处理流程中对前向业务进行优先级排序的处理流程图；以及

图10是图8的前向处理流程中筛选前向不能接入的终端集合的处理流程图。

具体实施方式

本发明充分考虑AMC技术、物理层混合HARQ技术混合、速率控制，尤其是基站的调度机制等技术特点，也考虑了存在QoS要求和没有QoS(Quality of Service)要求的混合业务仿真处理，提出一种新的网络仿真模拟方法，该方法简单明了，可以准确地反映空口技术的变化。

总的来说，在本发明中：首先，针对CDMA2000-1X EVDO前向信道全功率发射的特点，在仿真流程的第一阶段完成前向的基本覆盖静态分析；其次，在仿真流程迭代过程中，完成反向基本覆盖迭代分析；再次，针对目前实际***中业务的QoS要求，在仿真方法中引入对QoS的需求判别和处理，并根据处理结果进行反向速率调整；最后，通过对调度算法的处理，引入新的算法完成对前向平均速率和小区吞吐量的计算。

以下将参照附图来详细描述本发明的实施例。

如图2所示，基于CDMA2000-1X EVDO前向信道时分复用和用户调度的原理，结合网络仿真的算法，用于实施本发明的无线网络仿真模拟方法的处理包括：

步骤S201，地理化信息输入和网络配置参数的初始化：

在该步骤中，进行无线网络仿真的初始化工作，其中主要包括导入三维电子地图、给网络包括基站、终端、载波、承载等赋予初始值，其中，三维电子地图至少包括高程，并附加地物信息和道路、河流等矢量信息。

步骤S202，计算各小区的路径损耗：

在该步骤中，首先，确定待仿真的范围；之后，计算各小区在指定范围内各栅格上的路径损耗，栅格是指以三维电子地图最小精度为边长的正方形，是三维电子地图可分割的最小单位；指定范围是通过设置某一路径损耗门限确定，当小区在某栅格上的路径损耗超过此门限后，认为此栅格与小区的距离已足够远而不需要考虑该小区的影响。路径损耗门限的取值可变，并受环境、网络规模的因素影响。

步骤S203，确定各栅格上的备选集以及最强小区：

备选集的确定是基于相关小区到各个栅格的导频信噪比的，其中导频信噪比与各栅格相对于相关各个小区的路径损耗密切相关。CDMA2000-1XEVDO前向信道采用全功率发射，即，前向导频信道的功率也是前向发射总功率，通过导频发射功率以及路径损耗可以计算相关小区到各个栅格的导频信噪比，经过从大到小排序，并与设定的备选集门限比较，确定各个栅格上的覆盖小区备选集；之后，记录各个栅格中导频信噪比最强小区，并在各个小区中记录最强小区为本小区的栅格信息，图3中示出了该步骤。

步骤S204，计算各栅格上备选集对应的前向DRC速率：

基于覆盖小区备选集，计算各栅格上对于备选集中各小区能够支持的CDMA2000-1X EVDO的前向DRC(Date Rate Control)速率。DRC速率的计算基于前向实际解调信噪比和***解调门限的对比。不同的***解调门限对应不同的DRC速率，根据各栅格上实际信噪比

的数值查表确定当前栅格对应不同小区可以支持的前向DRC速率组。当实际

的值介于两个数据速率对应解调门限之间时，取较低的速率作为可以支持的前向DRC速率。

步骤S205，设定终端类型与比例：

为方便话务量的设置，在该步骤中按照终端类型与承载的业务一一对应的原则设定终端类型，并按照仿真目标中业务的负载设定终端比例。

步骤S206，网络仿真过程；

步骤S207，输出仿真图和统计结果，网络仿真结束；以及

最后，处理结束。

图3是上述的步骤S203中确定备选集的处理流程图，其具体步骤如下：

步骤S301，通过下式计算当前栅格上来自各小区的导频功率Ppiloti：

Ppiloti＝P_tx，i*Pathloss_i，

其中，i＝1到M，P_tx，i为第i个小区发射总功率；Pathloss_i为第i个小区到当前栅格的路径损耗；M代表与当前栅格相关的小区的个数。对于实际网络，由于存在部分小区远离某栅格的情况，相关性很小，可以不计算在内。处理方法是设定某一路径损耗门限值，当某小区到达该栅格的路损超过此门限时，认为此小区与该栅格不相关，以此确定M的大小。其中，路径损耗门限值与步骤S202中的门限值一致。

步骤S302，通过下面的公式计算栅格上总接收功率Ioj：

${\mathrm{Io}}_j=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_{\mathrm{tx},i}*{\mathrm{Pathloss}}_i,$ 其中，j是栅格标记。

步骤S303，通过下面的公式计算栅格j上各小区导频信噪比Eci/Ioj：

Ec_i/Io_j＝Ppilot_i/Io_j。

步骤S304，将Ec_i/Io_j排序(例如，以由大到小的顺序)。

步骤S305，将最大的几个Ec/Io对应的小区设定为位于该栅格终端的覆盖小区备选集：

在该步骤中，备选集的取值采取门限值和最大限制结合的算法，先设定Ec/Io的门限值，计算所有Ec_i/Io_j大于门限值的小区个数为K，如果K＞N(N为所设计的最大备选集个数)，则取前N个小区作为备选集，否则取前K个小区作为备选集。

步骤S306，在各个小区中记录最强小区为本小区的栅格信息。最强小区定义为收到Ec/Io值最大的小区为该栅格的最强服务小区。

之后，处理结束。

下面将参照附图详细描述根据本发明实施例的无线网络仿真模拟方法(即，步骤S206中的网络仿真过程)。

总的来说，网络仿真过程由大的两部分循环组成，包括：快照(snapshot)循环过程，一次快照可以理解为给定终端的一次分布情况下***达到稳态的过程，仿真过程的结果由大量快照的结果平均组合而成；以及迭代循环过程，一次快照由多次迭代循环过程组成，迭代循环的目的是使***达到一个稳态，之前，相关技术中所使用的迭代循环算法不管是前向还是反向均采用蒙特卡罗迭代算法，然而，在DO***中，前向的资源是时分复用的，因此蒙特卡罗迭代算法已经不适用，本实施例中的前向算法不再采用蒙特卡罗迭代算法，而是采用了考虑到前向调度以及QoS在内的新算法，同时，反向在蒙特卡罗迭代算法的基础上，根据QoS和前向的匹配，对通用的反向算法做了改进。以下将具体描述该方法的实施。

如图4所示，根据本实施例的无线网络仿真模拟方法包括以下处理：步骤S402，进行快照循环初始化；步骤S404，执行反向链路速率指配流程和前向处理流程；步骤S406，基于终端支持的业务的QoS要求计算小区平均吞吐量和平均速率；以及步骤S408，在快照循环次数未达到预设门限的情况下，重复步骤S402至步骤S406。

可以通过两个方案来实施该方法，以下将分别对者两个方案进行描述。

第一方案

如图5所示，在本方案中，无线网络仿真模拟方法具体包括以下处理：

步骤S501，快照(snapshot)循环初始化：

初始化包括以下内容：(1)以预定的方式确定终端随机分布的位置，将终端随机分布于网络中指定的地理范围内(例如，按照小区覆盖区域，分小区分布话务量等方式)。一旦分布方式确定，每次快照中终端的具***置将随机确定。而每次快照中终端的个数符合泊松分布原理。

(2)根据终端所在栅格确定关联小区(覆盖小区备选集)；

(3)确定各终端随机对数正态衰落和随机功率控制误差信息。

步骤S502，反向链路速率指配(如图7所示)；

步骤S503，将反向迭代结果中得到的可以反向接入的终端序列作为输入条件，进行前向处理流程(如图8所示)，从而得到同时可以满足前向接入条件的终端序列。

步骤S504，判断是否需要反向调整，如果需要，则执行步骤S505；如果不需要，则执行步骤S506。

这里，值得注意的是，在判决过程中，如果在步骤S508中的小区前向处理流程中，有终端被删除，就将这个终端从反向迭代终端集合中删除，并且，只要有至少一个终端被删除，就需要执行反向调整。

步骤S505，执行反向速率调整算法，反向调整算法和反向链路速率指配(如图7所示)基本上一样，不同之处在于终端不是随机选择的，终端集合是明确的，即，是从反向迭代中选择的，但是不包括在前向处理流程中被删除的终端；

步骤S506，计算前、反向吞吐量和平均速率。

该步骤中，小区前向平均吞吐量的计算分为以下几种情况：

情况一：在终端支持的业务均有QoS要求的情况下，通过以下公式计算前向小区平均吞吐量：

其中，p为前反向接入终端的个数，且1＜p≤m；

情况二：在终端支持的业务没有QoS要求的情况下，通过以下公式计算前向小区平均吞吐量：

其中，n-m为前向接入终端的个数；以及

情况三：在终端支持的业务部分有QoS要求的情况下，通过以下公式计算前向小区平均吞吐量：其中，

其中，p为有QoS要求的前反向接入终端的个数，且1＜p≤m，n-m为没有QoS要求的前向接入终端的个数。

其中，三种情况下的前向平均速率均等于前向小区平均吞吐量除以前向接入用户数。因此，可以通过以下公式来计算前向平均速率：DataRate_FL＝Throughput_FL/NumMobile，其中，NumMobile为前向接入用户数。并且，可以通过以下公式来计算反向平均速率：DataRate_RL＝Throughput_RL/NumMobile，其中，NumMobile为反向接入用户数，且

Througput_RL为反向小区平均吞吐量。

步骤S507，判断快照循环次数是否到达预设门限，如果次数不够，继续下一次快照；否则，结束全部快照循环。其中，不同快照循环的变量初始值不同，这些变量包括终端的个数、终端的位置和终端的接入顺序等；

步骤S508，处理过程结束。

以上是对本实施例的第一方案的描述，除此之外，在实际实施时还可以有下面的第二方案，下面将结合附图描述第二方案。

第二方案：

如图6所示，在本方案中，无线网络仿真模拟方法具体包括以下处理：

步骤601，进行快照循环初始化；

步骤602，前向处理流程(如图8所示)；

步骤603，将经过前向处理后得到的可以前向接入的终端序列作为输入条件，进行反向链路速率指配(如图7所示)，从而得到同时可以满足反向接入条件的终端序列。

步骤604，判断是否需要进行前向调整，如果需要则执行步骤605，如果不需要则转到步骤606。

对于该判断条件而言，与上述的第一方案类似，如果在步骤603的小区反向链路速率指配流程中，有终端无法反向接入，就把这个终端从前向终端集合中删除，并且，只要有至少一个终端被删除，就需要执行前向调整算法。

步骤605，执行前向调整算法，前向调整算法和前向处理流程(如图8所示)基本相同，不同之处在于终端不是随机选的，终端集合是明确的，即，是从前向处理流程中选择的，但是不包括在反向链路速率指配流程中被删除的终端。

步骤606，计算前、反向吞吐量和平均速率；

步骤607，判断快照循环次数是否到达预设门限；

最后，处理流程结束。

图7示出了步骤S404中的反向链路速率指配流程(即，步骤S502或S603)。如图7所示，其主要包括以下处理：

步骤1，对所有终端依照反向业务QoS优先级进行排序，高优先级业务的终端置于序列前面，低优先级业务的终端置于其后，无QoS要求的终端随机置于序列最后，并且，当终端反向接入顺序确定后，将在本次快照的各个反向迭代计算中保持有效；(对应于上述步骤S702)

步骤2，按照终端接入顺序，对每个终端进行数据速率初始化，通常设置终端的初始速率为***的最高速率，设第i个终端的数据速率为R_i；(对于与上述步骤S704)

步骤3，计算速率R_i对应的终端业务信道发射功率；

步骤4，根据业务信道在终端总发射功率中的比例，计算终端总发射功率Tx_i；(步骤3和步骤4对应于上述的步骤S706)

步骤5，判断Tx_i是否超过终端i最大发射功率门限，如果判断为是，则执行步骤7；否则执行步骤6；(对应于步骤S708)

步骤6，判断由于第i个终端的接入是否导致相关小区接收的噪声升高超过门限，如果判断为是，则执行步骤7；否则执行步骤10，记录为终端能够成功接入；(对应于上述步骤S710)

步骤7，判断是否可以降低终端i的数据速率，这里，判断的主要依据是，如果终端i支持的业务要求数据速率为固定值，则不能降低速率，执行步骤10，记录为终端接入失败，否则执行步骤8；

步骤8，按照速率等级的规定，将R_i降低一个等级；(步骤7和步骤8对应于上述步骤S712)

步骤9，判断降低速率等级后R_i是否低于最低速率门限，如果判断为是，说明该终端无法接入，执行步骤10，记录为终端接入失败；否则执行步骤3，进行下一次迭代；

步骤10，记录该终端计算结果；

步骤11，进行下一个终端的循环，直到所有终端的反向速率指配判断完毕；

步骤12，判断反向链路是否满足本次快照的结束判决条件，如果判断为是，则执行步骤13；否则执行步骤3。

步骤13，输出最终结果，即，反向接入终端序列和反向接入速率。

步骤14，结束本次快照循环。

其中，对于步骤12中的判决条件而言，判决一次快照是否结束通常分两个阶段，当满足收敛条件，如相邻两次迭代的小区反向底噪噪声升高变化量小于某门限值，即当相邻两次迭代的反向底噪升高的波动很小的时候，认为迭代收敛，退出迭代循环。当迭代未收敛，但迭代次数已比较多时，为防止迭代无法收敛而导致循环无法停止，设定迭代次数的门限，当迭代次数等于此门限时，强行终止迭代，转入下一个快照的循环。

图8示出了所述步骤S404中的前向处理流程(即，步骤S503或步骤S602)。如图8所示，具体包括以下处理：

步骤80，设仿真范围内的小区总个数为Ncell；(对应于上述步骤S802)

步骤81，确定初始小区为小区x，x＝1；

步骤82，确定从属于初始小区x的终端；(步骤81和步骤82对应于上述步骤S804)

步骤83，对从属于小区x的终端依照前向业务优先级进行排序(排序的具体过程如图9所示)；(对应于上述步骤S806)

步骤84，筛选不能满足前向QoS需求的终端(筛选的具体处理流程如图10所示)；(对应于上述步骤S808)

步骤85，判断是否存在不能满足前向QoS需求的终端，根据步骤84的筛选结果，判断是否需要处理不能满足前向QoS需求的终端，如果判断为有，则执行步骤86；如果没有，则执行步骤87；(对应于上述步骤S810)

步骤86，对前向不能接入小区x的终端的处理，这里，处理方法可以有多种选择，例如：(1)将此类终端直接从终端序列中删除；(2)从这些终端的备选集中挑选强度次之的小区，把此终端归属在那个小区中，如果不存在导频强度次之的备选集小区，则从反向迭代结果中删除本终端，其中，优选地，采用将此类终端直接从终端序列中删除的方法；(对应于上述步骤S812)

步骤87，输出可以接入的终端序列以及可能的要删除的终端(对应于上述步骤S814)；

步骤88，x＝x+1。

步骤89，判断x是否小于等于小区个数Ncell，如果判断为是，则表示还有小区未处理，转到步骤82；否则结束处理流程。

图9中示出了步骤S806(即，步骤83)中对反向快照循环结果中的终端依照前向业务进行优先级排序的处理流程。

如图9所示，其具体包括以下步骤：

步骤S902，逐个读取本次快照包含的终端属性，检查终端支持的业务是否有优先级要求；

步骤S904，对于没有优先级要求的普通终端，将其归属为前向无优先级终端集合；

步骤S906，对于有优先级要求的QoS业务终端，将其归属为前向有优先级终端集合；

步骤S908，在遍历了所有终端之后，将有优先级终端集合中的终端按照优先级排序，并置于终端序列的前端，将前向无优先级终端集合中的终端随机排序，并置于终端序列的后端，从而确定了所有终端在本次快照中的接入顺序；

最后，处理流程结束。

图10中示出了步骤S808(即，步骤84)中筛选前向不能接入的终端集合的流程。如图10所示，其具体包括以下处理：

步骤S1002，对该小区的终端依照前向业务优先级进行排序，并计不能接入的终端集合为0个。

这里，可以设属于小区i有n个终端，按优先级由高到低的排序为AT₁、AT₂、...、AT_n，其DRC速率分别记为DRC₁、DRC₂、...、DRC_n。其中，AT₁至AT_m属于前向有优先级终端集合，其QoS要求的速率记为R_FL-1至R_FL-m、以及AT_m+1至AT_n属于前向无优先级终端集合。

步骤S1004，设P＝1；有QoS要求的终端个数为M，该步骤主要是为下面的计算进行初始化；

步骤S1006，判断P是否大于M，如果P大于M，则处理进行到步骤S1010；如P小于或等于M，则处理进行到步骤S1008，这里，P大于M说明所有的有QoS要求的终端都已经扫描完，没有QoS要求的终端不用判断是否满足要求；

步骤S1008，对前P个有QoS要求的终端判断以下的公式是否成立；

公式1： $\frac{R_{\mathrm{FL}-1}}{{\mathrm{DRC}}_1}+\frac{R_{\mathrm{FL}-2}}{{\mathrm{DRC}}_2}+\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\frac{R_{\mathrm{FL}-p}}{{\mathrm{DRC}}_p}<1$

公式2： $\frac{R_{\mathrm{FL}-1}}{{\mathrm{DRC}}_1}+\frac{R_{\mathrm{FL}-2}}{{\mathrm{DRC}}_2}+\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\frac{R_{\mathrm{FL}-p}}{{\mathrm{DRC}}_p}=1$

公式3： $\frac{R_{\mathrm{FL}-1}}{{\mathrm{DRC}}_1}+\frac{R_{\mathrm{FL}-2}}{{\mathrm{DRC}}_2}+\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\frac{R_{\mathrm{FL}-p}}{{\mathrm{DRC}}_p}>1;$

这里，应当注意，在公式1、公式2、以及公式3中，左式累加中需要删掉已经在前向不能接入的终端集合中的终端；

当满足公式1，即，累加和小于1时，说明前向可以承载P终端以及之前的终端并且还有富裕的容量承载非QoS的终端，此时执行P＝P+1，处理进行到步骤S1006；

如果，公式2成立，即，累加和等于1时，说明P终端以及之前的QoS终端刚好可以在前向承载，同时不能在承载任何其他终端，不管有没有QoS要求，此时，将终端P之后的所有终端放入不能接入的终端集合，包括QoS和没有QoS要求的，处理进行到步骤S1010(输出可接入的终端序列和不能接入的终端序列)。

当公式3满足，即，累加和大于1时，说明终端P不能被接入，需要把终端P放在前向不能接入的终端集合中。此时，P之后的终端还有接入的可能，所以不退出循环，执行P＝P+1，处理进行到步骤S1006；

步骤S1010，输出可接入的终端序列和不能接入的终端序列，两者之和即为处理开始时该小区内的终端总数。

最后，处理流程结束。

下面结合图2，以一个CDMA2000-1X EVDO网络的仿真流程为例，详细说明本发明具体的实施步骤。

具体实施步骤如下：

(1)导入三维电子地图，包括高程、地物和矢量信息。批量或逐个输入网络的基站、终端、载波、功率等信息。

(2)以一般城市环境为例，通常，当某点路径损耗到达200dB时，认为该点距离发射信号的小区已足够远，因此，设定200dB为门限，计算各小区在路径损耗小于等于该门限的周围所有栅格的路径损耗，并形成各小区的路径损耗矩阵。

(3)计算每个栅格相对于各个小区的导频信噪比Ec_i/Io_j，其中，Ec_i为来自第i个小区的每码片的导频能量，Io_i为该栅格上的总接收功率。

其中，i＝1、...、M，

M＝20(在一般城市环境中)

在该步骤中，将每个栅格上计算的导频信噪比的值排序，选出N个最大的作为位于该栅格终端的覆盖小区备选集，通常N＝6。对于覆盖小区备选集中导频信噪比最大的一个，在其对应小区，即，最强服务小区的路损文件矩阵的对应栅格进行标记。

(4)计算每个栅格的前向解调信噪比

通过查询下面的表1得到各栅格可支持的最大速率DRC。以下是加性高斯白噪声(Additive WhiteGaussian Noise，AWGN)条件下前向解调信噪比门限与DRC速率的对应关系：

表1

表1来自最小测试标准《Recommended Minimum Performance Standardsfor cdma2000High Rate Packet Data Access Terminal》。

(5)假设网络支持的业务对数据速率的QoS要求有1.2Mbps、300kbps、112kbps，且业务的比例为1∶2∶1，则设定三种终端类型分别对应这三种业务，且三种终端的个数比例也为1∶2∶1，即使实际中某种终端可支持多种业务，在仿真中也分别设置，便于话务量的分布设置。

(6)初始化快照参数，包括终端个数、分布位置等。

(7)进行反向速率指配(如图6所示)，按照终端支持的业务的QoS优先级确定终端反向接入顺序，迭代确定终端接入序列中各终端的反向接入速率以及失败信息，并得到反向成功接入的终端序列。

(8)判断反向成功接入的终端中，前向是否需要支持带QoS要求的业务，如果不是，则直接跳转至(11)，计算前反向小区平均吞吐量；如果判断为是，则执行(9)。

(9)这里，通过某假设条件，说明在一次快照的过程中，前向QoS需求处理算法。

假设反向成功接入的终端有6个，按照前向业务是否有QoS要求以及其中QoS的优先级从高到低进行排序，得到终端序列AT₁、AT₂、...、AT₆。设AT₁至AT₄是前向有QoS要求的终端，AT₅和AT₆是无QoS要求的普通业务终端，如下面的表2所示：

表2

将上述假设条件代入公式1至公式3，可以得到：

$\frac{R_{\mathrm{FL}-1}}{{\mathrm{DRC}}_1}+\frac{R_{\mathrm{FL}-2}}{{\mathrm{DRC}}_2}+\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;+\frac{R_{\mathrm{FL}-p}}{{\mathrm{DRC}}_p}$

$=\frac{R_{\mathrm{FL}-1}}{{\mathrm{DRC}}_1}+\frac{R_{\mathrm{FL}-1}}{{\mathrm{DRC}}_2}+\frac{R_{\mathrm{FL}-3}}{{\mathrm{DRC}}_3}+\frac{R_{\mathrm{FL}-4}}{{\mathrm{DRC}}_4}$

$=\frac{200}{1228.8}+\frac{500}{2457.6}+\frac{100}{307.2}+\frac{300}{921.6}$

$\&ap;1.0173$

$>1$

其中，当p＝3时，有

$\frac{R_{\mathrm{FL}-1}}{{\mathrm{DRC}}_1}+\frac{R_{\mathrm{FL}-2}}{{\mathrm{DRC}}_2}+\frac{R_{\mathrm{FL}-3}}{{\mathrm{DRC}}_3}$

$=\frac{200}{1228.8}+\frac{500}{2457.6}+\frac{100}{307.2}$

$\&ap;0.692$

$<1$

因此，为满足前向业务优先级高的3个终端AT₁至AT₃的QoS要求，不允许AT₄的前向接入。同时，由于AT₁至AT₃接入后并未使前向容量达到饱和，故仍然可以接入普通终端AT₅和AT₆，即，最终的前向接入终端序列由AT₁、AT₂、AT₃、AT₅和AT₆组成。

(10)以上述终端序列作为反向接入的终端序列，重新进行反向速率指配的迭代。

假设迭代后的反向终端速率下面的表3所示：

表3

(11)计算前反向小区平均吞吐量：

根据表2和表3的假设条件，复合第三种情况，即接入终端序列为前向有QoS业务的终端和无QoS终端的并集。

将表2的数值带入公式

可以得到前

向平均小区吞吐量：

${\mathrm{Througput}}_{\mathrm{FL}}=\frac{\underset{i=m+1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{DRC}}_i}{n-m}*\mathrm{\&beta;}+\underset{i=1}{\overset{p}{\mathrm{\&Sigma;}}}{R}_{\mathrm{FL}-i}$

$=\frac{\underset{i=5}{\overset{6}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{DRC}}_i}{2}*(1-\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{R_{\mathrm{FL}-i}}{{\mathrm{DRC}}_i})+\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}{R}_{\mathrm{FL}-i}$

$=\frac{307.2k+153.6k}{2}*(1-0.692)+(200k+500k+100k)$

$=870.96\mathrm{kbps}$

将表3的数值带入公式

可以得到反向平均小区吞吐量：

${\mathrm{Througput}}_{\mathrm{RL}}=\underset{i=1}{\overset{p}{\mathrm{\&Sigma;}}}{R}_{\mathrm{RL}-i}+\underset{i=m+1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{R}_{\mathrm{RL}-i}$

$=76.8k+307.2k+76.8k+153.6k+38.4k$

$=652.8\mathrm{kbps}$

(12)计算前反向平均速率：

前向平均速率＝前向小区平均吞吐量/前向接入用户数

＝870.96k/5

＝174.192kbps

反向平均速率＝反向小区平均吞吐量/反向接入用户数

＝652.8k/5

＝130.56kbps

(13)判断快照循环次数是否到达预设门限。如果次数不够，则改变快照循环的初始变量，即改变终端个数、位置、接入顺序等信息，继续下一次快照。否则，结束全部快照循环。

(14)将所有快照循环的结果进行统计平均，输出仿真图，结束仿真。

综上所述，本发明针对诸如前向满功率发射、前向部分业务有QoS要求、前向业务需要调度、速率控制等的CDMA2000-1X EVDO空中接口技术特点，改进了传统的前反向迭代流程，并引入对有QoS要求业务的处理方法，同时将动态的调度策略用近似的静态方法进行模拟，解决了传统仿真方法不能得到前向平均速率和小区平均吞吐量的缺陷。借助于本发明的技术方案，能够使无线网络仿真极大程度地逼近实际EVDO***的网络状况，更高效地指导EVDO网络规划与优化工作。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种无线网络仿真模拟方法，其特征在于，包括以下处理：

步骤S402，进行快照循环初始化；

步骤S404，执行反向链路速率指配流程和前向处理流程；

步骤S406，基于终端支持的业务的QoS要求计算小区平均吞吐量和平均速率；以及

步骤S408，在快照循环次数未达到预设门限的情况下，重复所述步骤S402至所述步骤S406。

2.根据权利要求1所述的无线网络仿真模拟方法，其特征在于，在所述步骤S406中，在所述终端支持的业务均有QoS要求的情况下，通过以下公式计算前向小区平均吞吐量：

其中，R_FL-i为前向终端中编号为i的终端的速率，p为前反向接入终端的个数，且1＜p≤m，m为小区内有业务质量QoS要求的终端的个数。

3.根据权利要求1所述的无线网络仿真模拟方法，其特征在于，在所述步骤S406中，在所述终端支持的业务没有QoS要求的情况下，通过以下公式计算前向小区平均吞吐量：

其中，n-m为前向接入终端的个数，m为小区内有QoS要求的终端的个数，n为小区内终端的个数，DRC_i为编号为i的终端的数据速率指示。

4.根据权利要求1所述的无线网络仿真模拟方法，其特征在于，在所述步骤S406中，在所述终端支持的业务部分有QoS要求的情况下，通过以下公式计算前向小区平均吞吐量：

其中，

其中，R_FL-i为前向终端中编号为i的终端的速率，p为有QoS要求的前反向接入终端的个数，且1＜p≤m，n-m为没有QoS要求的前向接入终端的个数，m为小区内有QoS要求的终端的个数，n为小区内终端的个数，DRC_i为编号为i的终端的数据速率指示。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的无线网络仿真模拟方法，其特征在于，通过以下公式计算前向平均速率：DataRate_FL＝Throughput_FL/NumMobile，其中，NumMobile为前向接入用户数。

6.根据权利要求2至4中任一项所述的无线网络仿真模拟方法，其特征在于，通过以下公式计算反向平均速率：

DataRate_RL＝Throughput_RL/NumMobile，其中，NumMobile为反向接入用户数，且Througput_RL为反向小区平均吞吐量，R_FL-i为前向终端中编号为i的终端的速率，k表示反向接入的终端的个数。

7.根据权利要求1所述的无线网络仿真模拟方法，其特征在于，在所述步骤S404中，所述反向链路速率指配流程包括：

步骤S702，根据反向QoS优先级对所有终端进行排序，将高QoS优先级业务的终端置于序列前面，低QoS优先级业务的终端置于其后，无QoS要求的终端随机置于序列最后；

步骤S704，按照终端的接入顺序对每个终端进行数据速率初始化；

步骤S706，计算数据速率对应的终端业务信道发射功率，以及计算终端总发射功率；

步骤S708，判断所述终端总发射功率是否超过所述终端的最大发射功率门限；在判断结果为是的情况下，进行到步骤S712，否则，进行到步骤S710，

所述步骤S710，判断由于第i个终端的接入，是否导致相关小区接收的噪声升高超过门限，在判断结果为是的情况下，进行到步骤S712，否则，记录为终端接入成功；以及

所述步骤S712，判断是否可以降低所述第i个终端的数据速率，如果判断结果为是，则按照速率等级的规定，将所述数据速率降低一个等级；否则，记录为终端接入失败。

8.根据权利要求7所述的无线网络仿真模拟方法，其特征在于，在所述步骤S712中将所述数据速率降低一个等级后，判断降级后的所述数据速率是否低于最低速率门限，在判断结果为否的情况下，处理返回到所述步骤S706，否则，记录为终端接入失败。

9.根据权利要求1所述的无线网络仿真模拟方法，在所述步骤S404中，所述前向处理流程包括：

步骤S802，确定仿真范围内的小区总个数以及初始小区；

步骤S804，确定从属于所述初始小区的终端；

步骤S806，对所述终端依照前向业务优先级进行排序；

步骤S808，筛选不能满足前向QoS需求的终端；

步骤S810，根据所述步骤S808的筛选结果判断是否存在不能满足前向QoS需求的终端，并且在判断结果为是的情况下，进行到步骤S812，否则，进行到步骤S814；

步骤S812，对前向不能接入所述初始小区的终端进行处理；以及

步骤S814，输入可以接入所述初始小区的终端序列以及可能要删除的终端。

10.根据权利要求9所述的无线网络仿真模拟方法，其特征在于，所述步骤S806具体为：

步骤S902，逐个读取本次快照包含的终端的属性，检查所述终端支持的业务是否有优先级要求；

步骤S904，对于没有优先级要求的终端，将其归属为前向无优先级终端集合；

步骤S906，对于有优先级要求的QoS业务终端，将其归属为前向有优先级终端集合；以及

步骤S908，遍历了所有终端之后，将所述前向有优先级终端集合中的终端按照优先级排序，并置于终端序列的前端，将所述前向无优先级终端集合中的终端随机排序，并置于所述终端序列的后端。

11.根据权利要求10所述的无线网络仿真模拟方法，其特征在于，所述步骤S808具体为：

步骤S1002，根据前向业务优先级对小区的终端进行排序；

步骤S1004，设P＝1，并确定有QoS需求的终端的个数为M，其中，M为大于等于0的整数；

步骤S1006，判断P是否大于M，在P大于M的情况下，输出可接入的终端序列和不能接入的终端序列，在P小于等于M的情况下，进行到步骤S1008；

所述步骤S1008，对前P个有QoS需求的终端根据以下公式进行判断，并根据判断结果进行后续处理：

公式1： $\frac{R_{\mathrm{FL}-1}}{{\mathrm{DRC}}_1}+\frac{R_{\mathrm{FL}-2}}{{\mathrm{DRC}}_2}+...+\frac{R_{\mathrm{FL}-p}}{{\mathrm{DRC}}_p}<1$

公式2： $\frac{R_{\mathrm{FL}-1}}{{\mathrm{DRC}}_1}+\frac{R_{\mathrm{FL}-2}}{{\mathrm{DRC}}_2}+...+\frac{R_{\mathrm{FL}-p}}{{\mathrm{DRC}}_p}=1$

公式3： $\frac{R_{\mathrm{FL}-1}}{{\mathrm{DRC}}_1}+\frac{R_{\mathrm{FL}-2}}{{\mathrm{DRC}}_2}+...+\frac{R_{\mathrm{FL}-p}}{{\mathrm{DRC}}_p}>1;$

其中，在所述公式1成立的情况下，使得P＝P+1，并且处理进行到步骤S1006；在所述公式2成立的情况下，将第P个终端之后的所有终端放入不能接入的终端集合，并输出可接入的终端序列和不能接入的终端序列；在所述公式3成立的情况下，将第P个终端放入所述不能接入的终端集合，并得P＝P+1，并且处理进行到步骤S1006。

12.根据权利要求1所述的无线网络仿真模拟方法，其特征在于，在所述步骤S404与所述步骤S406之间，在需要进行前向调整的情况下，执行前向调整算法，或者在需要进行反向调整的情况下，执行反向调整算法。

13.根据权利要求1所述的无线网络仿真模拟方法，其特征在于，在所述步骤S402之前，进一步包括以下处理：

基于前向实际解调信噪比

和***解调门限的对比计算各个栅格上备选集对应的前向DRC速率；

其中，根据所述各个栅格上实际信噪比

的值查表确定当前栅格对应不同小区可以支持的前向DRC速率组，当所述实际

的值介于两个数据速率对应的解调门限之间时，取较低的速率作为可以支持的所述前向DRC速率。

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