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LTE代表着一个新兴的有前景的宽带网络接入技术。正因如此,多个研究组正在试图优化其性能。不幸的是,目前为止,据我们所知,还没有一个开源的仿真平台可以让科研机构免费的使用来评估整个LTE系统的性能。没有通用的仿真器不能有效的支持研究者的工作同时也给不同研究组得到的结果的比较造成了障碍。为弥补这个不足,在此,开源结构的LTE-Sim可以提供一个完整的LTE网络的性能验证。LTE-Sim可以仿真多小区多用户的上行下行调度,用户移动性,无线资源优化,频率复用技术,自适应调制编码,还有与工业和科学研究机构密切相关的多个方面。仿真器的实效性已经被测试过,并已证明,1)分析软件可扩展性测试包括对记忆和仿真时间的要求,2)LTE网络中不同调度策略的性能评估。
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模拟 LTE 蜂窝系统:一个开源结构
摘要:LTE 代表着一个新兴的有前景的宽带网络接入技术。正因如此,多个研究组正
在试图优化其性能。不幸的是,目前为止,据我们所知,还没有一个开源的仿真平台
可以让科研机构免费的使用来评估整个 LTE 系统的性能。没有通用的仿真器不能有效
的支持研究者的工作同时也给不同研究组得到的结果的比较造成了障碍。为弥补这个
不足,在此,开源结构的 LTE-Sim 可以提供一个完整的 LTE 网络的性能验证。LTE-
Sim 可以仿真多小区多用户的上行下行调度,用户移动性,无线资源优化,频率复用
技术,自适应调制编码,还有与工业和科学研究机构密切相关的多个方面。仿真器的
实效性已经被测试过,并已证明,1)分析软件可扩展性测试包括对记忆和仿真时间的
要求,2)LTE 网络中不同调度策略的性能评估。
关键词:LTE,建模,性能评估,仿真
缩略词表:
AMC 自适应调制编码
CQI 信道性能指标
eNB 演进节点 B
EPS 演进分组系统
E-UTRAN 演进无线接入网络
EXP 指数函数
LTE 长期演进
MCS 调制编码方案
M-LWDF 修正最大加权时延优先
MME 移动管理实体
OFDM 正交频分复用
OFDMA 正交频分多址
PDBC 物理广播信道
PDCCH 物理下路控制信道
PDCP 分组数据控制协议
PF 正比公平算法
RB 资源块
RLC 无线链路控制

RRC 无线资源控制
SC-FDMA 单载波频分多址
SINR 信号干扰噪声比
TTI 传输时间间隔
UE 用户设备
一、 介绍
为了应对日益增长的分组移动宽带系统需求,3GPP 引入 LTE 最为当前 3.5G
蜂窝网络的下一步。一个增强接入网一个演进核心网络已经被定义。目前,代
表着全世界 18 亿用户 3.5 亿移动终端的 20 多 家电话运营商,已经投入到
LTE ,到 2013 年将有超过 3200 万的 LTE 用户。
前提是,很明显优化 LTE 的各个方面是值得工业和科研机构共同探讨的话题,
值得一提的是,到目前为止,这些机构还没有一个完整的系统级仿真系统。实
际上,最著名的移动设备供应商已经有了自己的仿真系统。其他的由科学和工
业合作研发的仿真器可以凭借商业证书购买,而且他们的源代码不公开。基于
Matlab 的 LTE 仿真器已经被提出,执行标准的 LTE 下路物理层连接,多用户,
多入多出传输和调度程序。不幸的是,虽然是开源且免费获得的,它没有考虑
到 LTE 仿真的相关方面,比如现实应用,完整的 LTE 协议栈,向上传输流的多
小区环境。一个 LTE 网络系统级的仿真器被提出来作为前者的补充,来弥补小
区规划,调度和干扰。然而,它不支持完整的 LTE 协议栈,向上传输和承载管
理。
由于机构没有可免费获得的开源仿真平台,革新优化设计策略受到严重影响。
而且缺少通用的参考仿真器使得不同研究组的研究结果比较面临严重问题。
为弥补这个不足,在此,我们推出一款开元结构来仿真 LTE 网络,叫 LTE-
Sim,能够提供完整的 LTE 系统性能验证。
LTE-Sim 包含 LTE 网络的几个方面,包括:E-UTRAN 和 EPS.。尤其是,它
可以支持单小区和多小区的环境,QoS 管理,多用户环境,用户移动性和移交
程序。三种网络节点是:UE,sNB 和 MME/GW。多个通信量发生器在应用层
被应用,同时支持数据无线承载管理。最后,知名的调度策略(像 PF,M-
LWDF,EXP),AMC 方案,CQI 反馈,频率复用技术和 PHY 模型已经被开发。
LTE-Sim 涵盖的非常重要的特点就是支持研究者和从业者检测增强型技术来提
高 4G 蜂窝网络,像新的物理层功能,创新的网络协议和结构,高性能的调度
策略。LTE-Sim 在 GPLv3 牌照下是可以免费获得的。我们相信,LTE-Sim 的
高模块性会聚合所有的努力,升级软件版本,带来更多的特点。增强功能可以
涵盖新版本的标准,创新资源管理技术,先进的移交管理程序,协议结构等等。
论文的组织结构按如下安排:第二部分描述软件设计,着重强调重要的仿真器
组成。第三部分和第四部分分别描述流量和无线资源管理。第五部分展示仿真
器的性能评估,最后第六部分做出总结。

二、 软件设计
为保证模块性,多态性,自由性和高性能,LTE-Sim 作为一个事件驱动的仿真
器由 C++语言来编写,使用面向对象的范例。目前,该软件由 90 程序,220
个文件和接近 23000 行编码组成。图 1 是重要结构的统一的模型化语言,突
出了其重要的方法和变量。
四个主要的组成部分:
1) 仿真器;2)网络管理;3)流量管理;4)帧管理。
对于每一组件,确定的结构已经被开发。当仿真开始,对于前面提到的每一组
成部分只有一个对象被创建,为保证仿真过程中每一级都只有一个事件,单例
模式已经被使用。LTE-Sim 主要部件的功能在表 1 中。
Simulator 创建处理结束事件 Schedule() 创建新事件,插入时间表
RunOneEvent() 执行事件
Run()/Stop() 开始/结束仿真
FrameManager 定义 LTE 帧结构 StartFrame() 处理 LTE 帧的开始和结尾
StopFrame()
调度帧和子帧 StartSubFrame() 处理 LTE 子帧的开始和结
StopSubFrame() 束
FlowsManager 处理应用 Creatapplication() 创建一个应用
NetworkManager 创建设备 CreateUserEquipment() 创建 UE 设备
CreatCell() 创建 LTE 小区
处理 UE 位置 UpdateUserPosition() 更新 UE 位
置
管理移交 HandOverProcedure() 处理移交程
序
应用频率复用技术 RunFrequecyReuse() 实施频率复
用技术
一个仿真想定由多个模型 LTE 系统主要部分的对象组成。每个都可以处理一个
新的事件使用 Simulator::Schedule()的方法 在节点间建立连接。
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