无线信道仿真方法与装置制造方法
【专利摘要】本发明实施例公开了一种无线信道仿真方法与装置。其中，该方法包括获取上下行业务数据包；根据状态转移机制和获取的上下行业务数据包的到达时间对仿真持续过程中每个用户的无线空口状态进行预判；根据预判结果对前向控制信道、反向接入信道和前反向业务信道进行时隙驱动仿真；对处于动态仿真中的每个时隙进行统计，以获得相应业务信道和控制信道的关键性能指标。本发明实施例可以对单基站下和组网条件下的多用户混合业务进行反向接入信道和前向控制信道的性能评估，能够使无线网络的业务和信令性能仿真极大地逼近实际移动通信系统的网络状况，从而可以更高效地指导移动通信系统的网络规划与优化工作。
【专利说明】无线信道仿真方法与装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及移动通信【技术领域】，特别地，涉及一种无线信道仿真方法与装置。
【背景技术】
[0002]在移动通信系统中，空中接口的逻辑信道一般分为业务信道和控制信道。业务信道主要传输用户的语音和数据，控制信道主要传输系统消息以及信令消息，如业务信道的连接建立和连接释放等消息均在控制信道上完成。
[0003]传统的移动通信空口性能仿真，主要是针对空口的业务信道进行性能仿真。输入一般为抽象的业务模型，通过对业务信道的建模而输出各个用户占用业务信道的平均速率和总吞吐量等。在此类仿真中，前反向信道独立进行，并且在仿真过程中用户持续地占用业务信道。
[0004]然而，发明人发现，随着移动互联网业务的发展，各类业务的特性表现各异，对网络的性能影响也不尽相同，例如，小流量常在线业务会频繁的进行连接建立和连接释放，系统的容量瓶颈可能发生在控制信道上。因此，在系统级仿真中增加对控制信道的性能评估，尤其是针对混合多用户多业务的性能评估和分析，对网络规划、优化等工作有相当大的意义。
[0005]综上所述，传统仿真方法存在以下问题:
[0006]首先，传统方法仅对业务信道进行仿真，未考虑到控制信道也可能是影响系统容量的瓶颈；
[0007]其次，在对业务信道进行仿真时，仅考虑用户持续占用业务信道的情况，而未考虑更多的高频次小流量业务导致大量用户交替占用业务信道的情况，导致对业务信道的仿真与实际系统性能差别较大；
[0008]第三，在对业务信道进行仿真时，对前反向链路分开仿真，将导致无法掌握仿真过程中各用户的状态转移状况，因此无法进行控制信道的性能仿真。
【发明内容】
[0009]本发明实施例要解决的一个技术问题是提供一种无线信道仿真方法与装置，能够对单基站下或组网环境中的多用户混合业务进行前向控制信道的性能仿真，以指导移动通信系统的网络规划与优化。
[0010]本发明实施例提供了一种无线信道仿真方法，包括获取上下行业务数据包；根据状态转移机制和获取的上下行业务数据包的到达时间对仿真持续过程中每个用户的无线空口状态进行预判；根据预判结果对前向控制信道、反向接入信道和前反向业务信道进行时隙驱动仿真；对处于动态仿真中的每个时隙进行统计，以获得相应业务信道和控制信道的关键性能指标。
[0011]本发明实施例还提供了一种无线信道仿真装置，包括业务数据获取单元，用于获取上下行业务数据包；空口状态预判单元，用于根据状态转移机制和获取的上下行业务数据包的到达时间对仿真持续过程中每个用户的无线空口状态进行预判；时隙驱动仿真单 元，用于根据预判结果对前向控制信道、反向接入信道和前反向业务信道进行时隙驱动仿 真；性能指标统计单元，用于对处于动态仿真中的每个时隙进行统计，以获得相应业务信道 和控制信道的关键性能指标。
[0012]本发明实施例提供的无线信道仿真方法与装置，根据状态转移机制和输入到仿真 平台的上下行业务数据包到达时间对空口的连接状态进行预判，然后根据预判出的空口连 接状态对前反向业务信道、前向控制信道和反向接入信道进行时隙驱动仿真，再根据仿真 情况统计并输出相应的KPI (Key Performance Indicators,关键性能参数)。本发明实施 例可以对单基站下和组网条件下的多用户混合业务进行反向接入信道和前向控制信道的 性能评估，能够使无线网络的业务和信令性能仿真极大程度地逼近实际移动通信系统的网 络状况，从而可以更高效地指导移动通信系统的网络规划与优化工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]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。在附 图中:
[0014]图1是一个持续占用业务信道的无线空口传输示意图。
[0015]图2是一个频繁数据突发业务的无线空口传输示意图。
[0016]图3是本发明无线信道仿真方法的一个实施例的流程示意图。
[0017]图4是根据上下行数据包对无线空口状态进行预判的示意图。
[0018]图5是一次消息传递过程中空口接口的过程。
[0019]图6是本发明无线信道仿真装置的一个实施例的结构示意图。
[0020]图7是本发明无线信道仿真装置的另一实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。本 发明的示例性实施例及其说明用于解释本发明，但并不构成对本发明的不当限定。
[0022]以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明 及其应用或使用的任何限制。
[0023]图1是一个持续占用业务信道的无线空口传输示意图。
[0024]如图1 所不，以 Full buffer (满队列)的 FTP (File Transfer Protocol,文件传 输协议)和VOIP (Voice over IP，在IP上传输语音)等业务为例，这些业务的特点是在一 段时间内会持续地发送上下行数据包，因此，其无线空口一直处于连接态，只需在数据传输 之初进行一次page (寻呼)和access (接入)，信令交互较少。
[0025]图2是一个频繁数据突发业务的无线空口传输示意图。
[0026]如图2所示，与图1不同的是，其并不持续地发送上下行数据包，而是以突发形式 进行发送，这样就会出现空闲态与连接态的频繁转换，从而出现多次page和access过程。 在对此类业务进行仿真时，如仅考虑业务信道，则仿真结果将与实际系统存在较大差异，进 而导致仿真结果无法有效地指导网络规划。
[0027]现有技术在仿真时，对前、反向业务信道分开考虑，因此不能确定何时拆链。为了提高仿真与实际系统的相似性，本发明下述实施例以HRPD (High Rate Packet Data，高速分组数据)移动通信系统为例提出了一种控制信道和业务信道的仿真方法和装置，该方法和装置同样适用于诸如LTE (Long Term Evolution,长期演进)等其他移动通信系统。下述实施例在仿真过程中增加了对用户无线空口状态进行预判的流程，该流程基于仿真中输入的用户前反向数据包的到达时间点和协议或系统规定的状态转移机制预判仿真持续过程中每个用户的无线空口状态。该新增的预判流程可在原有仿真平台的基础上进行修改。
[0028]图3是本发明无线信道仿真方法的一个实施例的流程示意图。
[0029]如图3所示，该实施例可以包括以下步骤:
[0030]S302，获取上下行业务数据包；
[0031]S304，根据状态转移机制和获取的上下行业务数据包的到达时间对仿真持续过程中每个用户的无线空口状态进行预判，在该预判过程中同时考虑了上行数据包和下行数据包，从而可以准确地确定无线空口状态的转换点；
[0032]S306，根据预判结果对前向控制信道、反向接入信道和前反向业务信道进行时隙驱动仿真，时隙驱动仿真可以理解为在时间轴上根据无线空口状态的转移去进行不同的处理，例如，前向是业务信道和控制信道共享时隙资源的，可能这个时隙被控制信道占用，进行控制信号的处理，也可能下个时隙就被业务信道占用，进行数据信号的处理；
[0033]S308，对处于动态仿真中的每个时隙进行统计，以获得相应业务信道和控制信道的关键性能指标，该关键性能指标主要指前向控制信道和反向接入信道的负荷指标、以及前反向业务信道的性能指标，例如，速率和吞吐量。
[0034]该实施例根据状态转移机制和输入到仿真平台的上下行业务数据包到达时间对空口的连接状态进行预判，然后根据预判出的空口连接状态对前反向业务信道、前向控制信道和反向接入信道进行时隙驱动仿真，再根据仿真情况统计并输出相应的KPI。本发明实施例可以对单基站下和组网条件下的多用户混合业务进行反向接入信道和前向控制信道的性能评估，能够使无线网络的业务和信令性能仿真极大程度地逼近实际移动通信系统的网络状况，从而可以更高效地指导移动通信系统的网络规划与优化工作。
[0035]此外，在步骤302之前，本发明的实施例还对业务信道仿真和控制信道仿真所需的参数进行初始化，例如，可以包括仿真的小区数目、每个小区中的用户数、无线信道环境、底噪门限值、业务信道调度算法以及控制信道调度算法。另外，仿真平台数据的初始化还包括小区和用户的生成、路损模块的初始化以及多用户业务输入的初始化。可以利用单用户业务模型产生多个不同业务的多用户业务输入，作为多用户混合业务数据包输入到仿真平台。单用户业务模型可以是抽象的数学模型和单用户的业务数据包trace (跟踪)文件，例如，一个用户的trace文件可以包括以下内容:数据包1:到达时间，包大小；数据包2:达到时间，包大小，…。多个用户的trace文件可以为多个单用户trace文件的组合:用户I的trace文件,用户2的trace文件，…。无论trace文件、log文件还是通过信道模型生成的仿真输入都体现了数据包的到达时间间隔与数据包的大小。
[0036]具体地，在步骤S302中，可以通过实际采集的log(日志)文件和trace文件获取上下行业务数据包、或通过信道模型等符合某种数学分布的业务规律生成上下业务数据包。
[0037]在步骤S304中，状 态转移机制可以包括但不限于休眠定时器时长设置和非连续接收参数设置。在预判过程中，可以根据用户模型或者单用户trace文件生成数据包到达的时间点，以及无线空口状态转移机制预判整个仿真持续过程中每个用户的无线空口状态 (包括空口连接态和空口空闲态)，即何时发生空口连接建立、何时进入休眠等待、何时空口 连接释放等。由于网络发起连接的休眠定时器时长和终端发起连接的休眠定时器时长不 同，因此在进行无线空口状态预判时需判定连接是网络发起的还是终端发起的。例如，根 据数据包的到达时间和不同的定时器时长可以判断是否拆链，进而获知当前的无线空口状 态。接下来以图4为例说明如何实现无线空口状态的预判。
[0038]图4是根据上下行数据包对无线空口状态进行预判的示意图。
[0039]如图4所示，TimerA (定时器)应用于网络发起的连接建立中，TimerB应用于终端 发起的连接建立中。下行数据包I到达后需要先page、access、再建立业务信道(S卩，进入 空口连接态)，等下行数据包I传输完毕之后，启动TimerA。在TimerA还没结束就来了上行 数据包2，发送上行数据包2并重置TimerA。在TimerA到时并且再无新的上行或下行数据 包达到时，拆链并进入空口空闲态。随后上行数据包3到达，终端直接接入并进入空口连接 态，上行数据包3发送完后启动TimerB，TimerB到时并且再无新的上行或下行数据包达到 时，拆链并进入空口空闲态。然后网络侧发起下行数据包4，相应的过程发送完毕之后启动 TimerA, TimerA到时并且再无新的上行或下行数据包到达时，拆链并进入空口空闲态。从 图4可以看出，空口连接态还包括数据发送态和休眠态。
[0040]在步骤S306中，对前反向业务信道的仿真可以按传统的方法进行，例如，可以根 据调度情况和用户无线信道条件判断用户的前反向业务信道的传输速率等。对于新增的反 向接入信道，可以根据步骤S304的预判结果判断是否进行反向接入，或者是否进行抬升功 率的再次接入尝试，如果是再由基站计算反向接入和反向业务信道共同产生的底噪，基于 初始化的底噪门限，对基站的反向忙闲进行判断，也就是说，如果底噪高于门限值，则表示 当前用户数较多或系统干扰较大，从而判定基站在反向上较忙，不建议新用户再进行反向 接入；如果底噪低于门限值，则确定基站在反向上较闲，从而可以进行新用户的反向接入或 接入的再尝试，进而在分配的时隙上实现反向接入。对于前向控制信道，可以根据协议规定 及调度算法判断何时下发page消息或者何时进行接入控制应答及业务信道分配，如果是 下行数据包到达了，需要先page再access，假如数据包到达时是K时隙，根据HRPD协议标 准在K时隙后特定的控制信道时隙发送page。在进行时隙驱动仿真时，可以基于现有协议 直接进行仿真，也可以对现有协议进行简化而抽象出一个易实现的简易版协议，并基于该 简易版协议进行仿真。
[0041]此外，在进行时隙驱动仿真时，还可以先根据设定的无线环境对每个时隙进行信 道环境的更新(例如，进行快衰落更新)，然后再进行无线空口状态的预判，确定这个时隙是 进行前向控制信道的处理、反向接入信道的处理还是进行前反向业务信道的处理。如果这 个时隙是被前向控制信道占用，则进行相关处理，之后不再进行业务信道的处理(前向某一 时隙只能被某一种信道占用)。如果是前向业务信道占用，则跳过对前向控制信道的仿真。 但是，反向是码分的，因此可以先看是否进行反向接入，然后再和其他有反向业务信道的用 户一起计算反向底噪。
[0042]图5是一次消息传递过程中空口接口的过程。
[0043]如图5所示，一个数据包(该数据包可以是接入终端主动要上传的数据，或网络侧 要下发的数据，此时网络侧会通过page消息通知接入终端发起反向接入)到达后，首先需要经过控制信道的信令传送，才能建立起业务信道，最终数据包再通过业务信道进行传输。从图4可以看到，业务信道传送完数据后，如果Timer时间到达并且没有新的数据包到达，则拆除终端与网络之间的链路。如果拆链后再有新的数据包到达，则需要重新进行图5所示的接入过程。如果在拆链前有新的数据包到达，就在已经建立好的业务信道上继续传送，而无需再占用控制信道。如果数据包频繁但到达时间又大于Timer，则会出现较大的控制信道开销。在图5中，前向控制信道会发送page消息、系统消息、接入控制应答消息以及业务信道分配消息；反向接入信道会发送路由更新/连接请求消息，反向业务信道会发送业务信道建立完成消息，前向业务信道会发送反向业务信道应答消息。
[0044]在步骤S308中，关键性能指标可以包括但不限于前向控制信道的时隙占用率、数据传输时延、反向接入信道的时隙占用率和反向业务信道建立时长。前向控制信道的时隙占用率可以根据前向控制信道在单位时间内所占用的时隙数计算得出，同理，可以计算出反向接入信道的时隙占用率。从图5可以看出，从接入终端或网络侧接收到要传输数据的指令起，到业务信道建立完毕开始传输上下行数据的时间差即可以理解为数据传输时延。同理，也可以计算出反向业务信道建立时长，即，图5中从路由更新/连接请求到业务信道建立完成所占用的时间为反向业务信道建立时长，也可以理解为接入过程所需时间。
[0045]上述实施例在预判无线空口状态时需要同时考虑上行数据包和下行数据包，在预判出无线空口状态后，可以对前反向的各信道分开进行仿真，以降低仿真的复杂度。
[0046]本领域普通技术人员可以理解，实现上述方法实施例的全部和部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算设备可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤，而前述的存储介质可以包括ROM、RAM、磁碟和光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0047]图6是本发明无线信道仿真装置的一个实施例的结构示意图。
[0048]如图6所示，该实施例中的装置60可以包括业务数据获取单元602、空口状态预判单元604、时隙驱动仿真单元606以及性能指标统计单元608。
[0049]其中，业务数据获取单元602获取上下行业务数据包，获取的上下行业务数据包可以来自log文件或通过信道模型生成；空口状态预判单元604根据状态转移机制和获取的上下行业务数据包的到达时间对仿真持续过程中每个用户的无线空口状态进行预判，其中，状态转移机制可以包括休眠定时器时长设置和非连续接收参数设置，无线空口状态包括空口连接态和空口空闲态；时隙驱动仿真单元606根据预判结果对前向控制信道、反向接入信道和前反向业务信道进行时隙驱动仿真；性能指标统计单元608对处于动态仿真中的每个时隙进行统计，以获得相应业务信道和控制信道的关键性能指标，其中，关键性能指标可以包括但不限于前向控制信道的时隙占用率、数据传输时延、反向接入信道的时隙占用率和反向业务信道建立时长。
[0050]该实施例提升了现有仿真平台的能力，其同时根据上行数据包和下行数据包的到达时间以及状态转移机制共同确定无线空口状态，再基于预判后的无线空口状态进行空口控制信道和接入信道的动态仿真。该实施例考虑了多用户对空口业务信道的交替占用和释放，可以更准确的进行业务信道性能的动态仿真，更适合移动互联网的业务特性。
[0051]图7是本发明无线信道仿真装置的另一实施例的结构示意图。
[0052]如图7所示，与图6中的实施例相比，该实施例中的装置70还可以包括参数初始化单元702，其对业务信道仿真和控制信道仿真所需的参数进行初始化。
[0053]本发明的上述实施例考虑了多用户对空口业务信道的交替占用和释放，可以更准确地进行业务信道性能的动态仿真，更适合移动互联网的业务特性；同时，在仿真时还考虑前向控制信道和反向接入信道对系统资源的占用，可以看出，本发明的仿真方法能够使无线网络的业务和信令仿真极大程度地逼近实际移动通信系统的网络状况，更高效地指导移动通信系统的网络规划与优化工作。
[0054]本说明书中各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同和相似的部分可以相互参见。对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处可以参见方法实施例部分的说明。
[0055]虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。
【权利要求】
1.一种无线信道仿真方法，其特征在于，包括:获取上下行业务数据包；根据状态转移机制和获取的上下行业务数据包的到达时间对仿真持续过程中每个用 户的无线空口状态进行预判；根据预判结果对前向控制信道、反向接入信道和前反向业务信道进行时隙驱动仿真； 对处于动态仿真中的每个时隙进行统计，以获得相应业务信道和控制信道的关键性能 指标。
2.根据权利要求1所述的无线信道仿真方法，其特征在于，所述方法还包括:对业务信道仿真和控制信道仿真所需的参数进行初始化。
3.根据权利要求1所述的无线信道仿真方法，其特征在于，所述获取的上下行业务数 据包来自log文件或通过信道模型生成。
4.根据权利要求1所述的无线信道仿真方法，其特征在于，所述状态转移机制包括休 眠定时器时长设置和非连续接收参数设置。
5.根据权利要求4所述的无线信道仿真方法，其特征在于，所述无线空口状态包括空 口连接态和空口空闲态。
6.根据权利要求1所述的无线信道仿真方法，其特征在于，所述关键性能指标包括前 向控制信道的时隙占用率、数据传输时延、反向接入信道的时隙占用率和反向业务信道建 立时长。
7.一种无线信道仿真装置，其特征在于，包括:业务数据获取单元，用于获取上下行业务数据包；空口状态预判单元，用于根据状态转移机制和获取的上下行业务数据包的到达时间对 仿真持续过程中每个用户的无线空口状态进行预判；时隙驱动仿真单元，用于根据预判结果对前向控制信道、反向接入信道和前反向业务 信道进行时隙驱动仿真；性能指标统计单元，用于对处于动态仿真中的每个时隙进行统计，以获得相应业务信 道和控制信道的关键性能指标。
8.根据权利要求7所述的无线信道仿真装置，其特征在于，所述装置还包括:参数初始化单元，用于对业务信道仿真和控制信道仿真所需的参数进行初始化。
9.根据权利要求7所述的无线信道仿真装置，其特征在于，所述获取的上下行业务数 据包来自log文件或通过信道模型生成。
10.根据权利要求7所述的无线信道仿真装置，其特征在于，所述状态转移机制包括休 眠定时器时长设置和非连续接收参数设置。
11.根据权利要求10所述的无线信道仿真装置，其特征在于，所述无线空口状态包括 空口连接态和空口空闲态。
12.根据权利要求7所述的无线信道仿真装置，其特征在于，所述关键性能指标包括前 向控制信道的时隙占用率、数据传输时延、反向接入信道的时隙占用率和反向业务信道建 立时长。
【文档编号】H04W24/06GK103581981SQ201210257655
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月24日 优先权日:2012年7月24日
【发明者】刘琛, 周涛, 邵震 申请人:中国电信股份有限公司