（信息与通信工程专业论文）wcdma系统中hspatfrc选择的研究与实现.pdf

摘要 摘要 随着h s d p a ( 高速下行链路分组接入) 和h s u p a ( 高速上行链路分组接入) 的逐步成熟，新应用业务的不断发展，移动用户对数据传输速率的要求也会越来 越高，于是w c d m a 又开始新的演进- h s p a + 。h s p a + 是对h s p a ( 包括h s d p a 和h s u p a ) 进行的技术演进，保留了h s p a 的特征，因此向下完全兼容h s p a 技 术，但为了支持更高的速率和更丰富的业务，其为w c d m a 引入了新的技术： m i m o 技术、6 4 q a m 调制、c e l lf a c h 增强、l 2 增强和c p c 技术。 t f r c ( 传输格式与资源组合) 选择是n o d eb ( w c d m a 基站) 基带上实现 h s p a + 技术的关键。它根据实际的信道情况和网络资源情况选择合适的传输格式， 分配合适的h s p d s c h 信道码，选择最佳的调制方式，并指示物理层在对应发送 数据兀i 时的传输格式信息，实现小区内的h s d p a 物理资源的动态分配。h s p a + 所引入的这些新技术对t f r c 选择产生了重要的影响。 本文针对h s p a + 以及t f r c 选择进行了深入的探讨和研究，本文的主要内容 如下： 1 介绍了w c d m a 系统，分析了w c d m a 标准以及演进，引出了h s p a + 的 概念。 2 研究了h s p a + 所引入的新技术：6 4 q a m 调制、m i m o 技术、c e l lf a c h 增强、l 2 增强、c p c 技术，并对它们进行了协议研究分析。 3 讨论了t f r c 选择的由来、实质和作用，并研究分析了h s p a + 所引入新技 术对t f r c 选择的影响，为t f r c 选择设计打下了基础。 4 对t f r c 选择进行了方案和算法设计，对其关键技术点进行了讨论研究， 并进行了相关仿真，通过仿真确定了技术方案。 5 在n o d eb 基带上实现了t f r c 选择，并进行了测试。通过系统测试的结 果，说明在n o d eb 上实现了h s p a + 的关键特性m i m o 技术、6 4 q a m 调制和l 2 增强。 关键词：w c d m a ，h s p a + ，t f r c 选择，基带处理 a b s t r a c t a b s t r a c t a st h et e c h n o l o g i e so fh s d p a ( h i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s ) a n dh s u p a ( h i g hs p e e du p l i n kp a c k e ta c c e s s ) a r eg e t t i n gm o r em a t u r ea n dt h en e wa p p l i c a t i o n so f t h e ma l ei nc o n t i n u o u sd e v e l o p m e n t ，t h ed a t at r a n s m i s s i o ns p e e dt h a tm o b i l ec u s t o m e r s s a t i s f yn o w a d a y si si n e v i t a b l yh i g h e r w c d m ah a sb e e no ni t sw a y o fe v o l u t i o nf r o m h s p a ( i n c l u d i n gh s d p aa n dh s u p a ) t oh s p a + ，w h i c hk e e p st h ec h a r a c t e r i s t i c so f h s p aa n dc o m p l e t e l yc o m p a t i b l ew i t hi td o w n w a r d s h o w e v e r , i no r d e rt os u p p o r t i n g e v e nh i g h e rt r a n s m i s s i o ns p e e da n dm o r ea b u n d a n ts e r v i c e s ，h s p a + a p p l i e ss o m en e w t e c h n i q u e s ，s u c ha sm i m o ，6 4 q a m ，c e l l f a c he n h a n c e m e n t s ，l 2e n h a n c e m e n t s a n dc p c ，t ow c d m a t f r c ( t r a n s p o r tf o r m a ta n dr e s o u r c ec o m b i n a t i o n ) s e l e c t i o np l a y sak e yr o l eo n h s p a + i m p l e m e n t e do nn o d ebb a s e b a n d a c c o r d i n gt ot h ep r a c t i c a lc o n d i t i o n so ft h e c h a n n e l sa n dn e t w o r kr e s o u l c e s ，i tc h o o s e sa p p r o p r i a t et r a n s p o r tf o r m a t ，d i s t r i b u t i n gt h e p r o p e rh s - p d s c hc h a n n e lc o d e s ，s e l e c t i n gt h eo p t i m a lm o d u l a t i o nm e t h o d ，a n d i n d i c a t i n gp h y s i c a ll a y e rt h et r a n s p o r tf o r m a ts i g n a lc o r r e s p o n d i n gt ot h et r a n s m i t t e d d a t at t it or e a l i z et h ed y n a m i cd i s t r i b u t i o no fh s d p a p h y s i c a lr e s o u r c ei nc e l l s t h o s e n e w t e c h n i q u e sm e n t i o n e da b o v eh a v es i g n i f i c a n ti n f l u e n c eo nt f r c s e l e c t i o n i nt h i sp a p e r , h s p a + a n dt f r cs e l e c t i o na r ed e e p l yd i s c u s s e da n di n v e s t i g a t e d t h em a i nc o n t e n t so fi ta l ea sf o l l o w s ： 1 w c d m as y s t e m sf i l ef i r s ti n t r o d u c e da n dt h e ni t ss t a n d a r d sa n de v o l u t i o na r e a n a l y z e d l a t e ri nt h i sp a r t , t h ec o n c e p to fh s p a + i sb r o u g h to n 2 s o m en e wt e c h n i q u e sw h i c hh a v eb e e ni n t r o d u c e di n t oh s p a + a l es t u d i e d ， i n c l u d i n gm i m o ，6 4 q a m ，c e l l f a c he n h a n c e m e n t s ，l 2e n h a n c e m e n t sa n d c p c m e a n w h i l e ，t h ep r o t o c o li n v e s t i g a t i o na n a l y s i so fa l lt h o s ea r ep r e s e n t e d 3 t h eo r i g i n ，e s s e n t i a la n df u n c t i o no ft f r cs e l e c t i o na l ed i s c u s s e d t h ee f f e c t o nt f r cs e l e c t i o n , f r o ma l lt h et e c h n i q u e sa b o v e ，i sa l s oa n a l y z e di nt h i sp a p e r , w h i c hl a y sag o o df o u n d a t i o nf o rt f r cd e s i g n 4 t h es c h e m ed e s i g na n dt h ei m p l e m e n t i n gm e t h o d so ft f r cs e l e c t i o na r e i i a b s j k a u i _ _ 一一 p r o p o s e d a f t e rt h ed i s c u s s i o na n di n v e s t i g a t i o n o nt h ek e yp o i n t so ft f r c s e l e c t i o ms i m u l a t i o nt e s t sa r ep r e s e n t e dt om a k ea d e c i s i o no nt h ec h o i c eo ft h e s c h e m e 5 i nt h i sp 印e r ，t f r cs e l e c t i o ni si m p l e m e n t e do nn o d eb b a s e b a n d ，a l l dt h e t e s t sa r ec a r r i e do u t t h er e s u l t so ft h es y s t e mt e s t i n ga r es h o w n t h a tt h ek e y c h a r a c t e r i s t i c so fh s p a + ，i n c l u d i n gm i m o ，6 4 q a ma n dl 2e n h a n c e m e n t s ， a r ea c h i e y e do nn o d eb k e y w o r d s ：w c d m a ，h s p a + ，t f r cs e l e c t i o n ，b a s e b a n d p r o c e s s i n g i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：日期2 1 钳胪日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此 签名：导师签 日期： 第一章绪论 1 1w c d m a 概述 第一章绪论 模拟蜂窝系统通常被称为第一代移动通信系统，它将移动通信引入商业运营。 由于使用频分多址( f d m a ) 技术、网络规划上用划分蜂窝小区的方法进行频率复 用，第一代移动通信系统的容量得到大幅提高，开始对普通大众进行服务。第一 代移动通信系统也有其固有的缺点，例如模拟语音传输导致保密性差；设备笨重； 频率利用率低等。针对第一代移动通信系统的缺点，2 0 世纪9 0 年代出现了以g s m 、 c d m ao n e 为代表的第二代移动通信系统。第二代移动通信系统以数字系统为特 征，使用窄带时分多址( t d m a ) 或宽带码分多址( c d m a ) 技术和先进的语音 编码技术，使传输保密性、频率利用率得到提高，并有效降低了终端设备的成本、 体积和耗电量i l 】。 随着移动通信业务的不断扩展，对移动通信系统提供高效数据传输能力的需 求不断提高，而针对语音通信设计的第二代移动通信系统已经无法完全满足新的 通信需求。1 9 9 6 年，国际电联将第三代移动移动通信系统定名为i m p 2 0 0 0 ，并于 1 9 9 9 年进一步确定了i m p 2 0 0 0 包含的无线接口标准。其中c d m a 技术的标准定 义为欧洲与日本提出的w c d m a 、美韩提出的c d m a 2 0 0 0 、中国提出的 t d s c d m a 三种方案【2 1 。 w c d m a 是宽带码分多址的缩写，于1 9 9 8 年1 月欧洲电信标准协会( e t s i ) 的会议上提出，与北美c d m a 2 0 0 0 同为3 g 的主流传输制式。w c d m a 是应运而 生的全新第三代移动通信系统方案，与前两代系统相比有较多的优点【3 】，主要概括 为以下几方面： ( 1 ) 比第二代移动通信系统有更好的性能。包括更大的系统容量和更大的覆 盖区域，而且可以从第二代系统逐步演进。 w c d m a 由于自身的带宽较宽，因而由多径效应引起的信号衰落较小，上下 行链路发射时分复用导频信号，从而实现相干解调，能大幅度提高链路容量。 w c d m a 中采用快速功率控制技术，使发射机的发射功率总是处于最小的水平， 从而减少了多址干扰。另外，在下行链路发送用户专用导频信号而不是公共导频 信号，能使下行链路使用自适应天线成为可能，从而减少小区的多用户干扰，这 电子科技大学硕士学位论文 些技术都提高了系统容量，对一般话音服务，系统容量至少提高两倍。 ( 2 ) 提供更加灵活的服务。包括：支持更宽范围的服务，最高可支持2 m b i t s 的高速数据业务；支持一条连线上传输多条并行业务；支持高速率的分组接入。 w c d m a 最重要的一个特点是功率对用户来说是共享资源。在下行链路上， 基站中码分复用的用户分享总的功率，上行链路中，基站有一个最大干扰容限， 这个功率在小区中产生干扰的移动台之间分配。共享功率使w c d m a 能灵活地处 理个有不同速率的业务。当数据速率变化时，无须对码字、时隙等重新分配，也 即无须重新分配物理信道，只要调整功率分配即可保证业务传输质量不受影响。 w c d m a 方案中采用了对不同服务质量( q o s ) 要求的业务进行不同的信道编码 的策略。标准业务仅采用卷积编码，高质量业务在卷积编码的基础上增加t u r b o 码的编码方法，而对特定业务则在第一层不采用纠错编码而完全由高层来采取差 错控制，这样处理的结果使得各种业务变化为同一种数据。 ( 3 ) 采用更加灵活的系统操作。包括：支持基站间的异步操作；支持自适应 天线阵技术与多用户检测的技术；支持非平衡频带下采用时分双工的模式，采用 单信元频率复用等。 1 2w c d m a 演进及发展 第三代移动通信的技术标准中，以欧洲主导的w c d m a 、美国主导的c d m a 2 0 0 0 以及中国的t d s c d m a 为三大主流技术，其中w c d m a 标准是最得到广泛应用 的3 g 标准。其标准化主要由3 g p p 负责。3 g p p 是由e t s i ( 欧洲) 、c w t s ( 中国) 、 a r i b ( 日本) 、t t c ( 日本) 、t t a ( 韩国) 和t 1 ( 美国) 等成员组成的第三代合 作组织，其目标是制定与g s m g p r s 相兼容、可以平滑演进的第三代移动通信标 准w c d m a ( 在欧洲又称为u m t s ) 。 w c d m a 标准在发展中形成了r 9 9 ，r 4 ，r 5 ，r 6 ，r 7 等版本1 4 儿川。r 9 9 ，r 4 ，r 5 ，r 6 版 本分别于1 9 9 9 年、2 0 0 1 年、2 0 0 2 年、2 0 0 5 年推出，r 7 版本在2 0 0 7 年底完成。 r 9 9 版本比较成熟，核心网仍然沿用了g s m 的移动应用部分( 脚) 标准，充分 考虑了对现有g s m 网络的向下兼容及投资保护。相比r 9 9 版木，r 4 版本无线接 入部分只改动了一些接口协议的特性，相应功能得到增强，网络结构没有改变。 r 4 版本核心网部分改变比较大：由t d m 的中心节点交换型结构演进为典型的 闰m 分组语音分布式体系结构；网络采用开放式结构，业务逻辑与底层承载相分 2 第一章绪论 离；接入网与核心网语音承载方式均由分组方式实现；语音采用统计复用方式传 递，实现网络带宽动态分配，避免t d m 扩容时需反复调配2 m b i t s 电路的繁琐程 序。r 5 版本是全i p ( 或全分组化) 的第一个版本，引入了d 传输作为a t m 外的第 二种可选传输机制；并在无线部分引入了h s d p a ( 高速下行分组接入) 的概念， 使下行链路可以支持高达1 0m b i t s ( 理论峰值1 4 4m b i t s ) 的传输速率；另外， 其核心网增加了i m s ( i p 多媒体子系统) 。r 6 版本主要引入了h s u p a ( 高速上 行分组接入) 的技术，使得单个用户上行峰值速率可以高达5 7 6 m b i t s 。 而r 7 版本推出了h s p a + 技术 o 1 1 7 1 引。h s p a + 是h s p a ( 包括h s d p a 和h s u p a ) 的演进项目，它可以使运营商利用现有的r a n ( 接入网) 设备提供更高速率、更 高质量的服务。 图1 - 1w c d m a 标准演进 h s n 针技术的宗旨是要保持和u m t s 第6 版本( r 6 ) 的后向兼容性。这样， 希望在近期内以较小的代价改进系统，提高系统性能的u m t s 运营商就可以采用 h s p a + 技术进行演进。因此，h s p a + 是一部分拥有较多h s d p a 、h s u p a 专利的厂 商希望继续发挥相关专利的价值，同时部分已部署或即将部署h s d p a 网络的运营 商希望3 g 拥有一个较长的生命周期而有针对性地提出的技术。 h s p a + 的出现，不仅是w c d m a 技术的进步，也是w c d m a 市场发展的要求 和趋势1 9 0 0 1 。 w c d m a 技术经过全球运营商多年的网络建设和市场培育，已进入了快速发 展的轨道。截止2 0 0 8 年1 月份，已经有1 9 7 个w c d m a 网络在全球8 7 个国家或 地区得到了部署，相比于2 0 0 7 年4 月份的数据，在8 个月的时间里开通的w c d m a 网络数增加了2 7 。 在w c d m a 的快速扩展基础上，面向高速分组数据的h s p a 应用突飞猛进， 到2 0 0 8 年3 月份已经有7 5 个国家或地区的运营商开通了1 6 0 多个h s d p a 网络， 占商用w c d m a 网络的8 4 ，加上运营商已经承诺部署的h s d p a 网络数量，商 用h s d p a 的网络数量将很快达到2 0 4 个。此外，h s p a 网络的性能也在不断提升， 全球超过1 0 0 个h s d p a 网络能够提供3 6 m b i t s 的峰值速率，3 5 个h s d p a 网络 电子科技大学硕士学位论文 的下行速率更高达7 2 m b i t s 。在w c d m a 和h s p a 网络快速发展的同时，h s p a 终端也日渐丰富。目前在市场上9 0 多个终端厂家可以供应8 0 0 多款w c d m a 终 端，h s d p a 终端也达到了4 0 3 款。 随着h s p a 网络的商用化进程不断加深，h s p a 技术的演进也一直在不断进行。 围绕着提高峰值速率、增加小区容量、改善用户体验等方面，3 g p p 又陆续提出了 一系列增强的功能和技术，最终在协议r 7 中出现，即h s p a + 。 1 3 本文研究内容及结构安排 本文对w c d m a 系统的h s p a + 技术以及t f r c 选择展开了研究。首先从3 g p p 协议分析入手，研究h s p a + 的技术内容以及在协议中的技术特点。通过协议分析， 发现h s p a + 对t f r c 选择有比较大的影响，可以说t f r c 选择是h s p a + 在n o d eb 基 带上实现的关键。然后，对t f r c 选择进行协议研究，研究其来由、实质与作用。 接着，研究h s p a + 引入的技术给t f r c 选择带来的影响。通过对其影响分析，对 t f r c 选择进行了算法和方案设计，并进行了仿真。最后，在n o d eb 基带上实现了 t f r c 选择，并对其进行了测试，完成- 了d s p 软件模块的设计、编程、调试及测试 工作。 全文共分六章，各章节的内容安排如下： 第一章：绪论。介绍了w c d m a 系统的产生、特点以及标准演进，引出了 h s p a + 。 第二章：h s p a + 的新技术。研究h s p a + 所引入的新技术：6 4 q a m 调制、m i m o 技术、c e l lf a c h 增强、l 2 增强、c p c 技术，并对它们进行了协议研究分析。 第三章：h s p a + 对t f r c 选择的影响分析。首先讨论了t f r c 选择的基本概念， 然后研究分析了h s p a + 对t f r c 选择的影响。 第四章：t f l 地选择设计。在第三章h s p a + 对t f i 配选择分析的基础上，对t f r c 选择做设计，对其关键技术点进行了详细讨论研究，并给出了实现方法。最后对 其算法方案进行了仿真，通过仿真确定了技术方案。 第五章：实现与测试。研究了n o d eb 的架构设计，设计了n o d eb 的h s p a + 下 行基带处理方案，在n o d eb 下行基带上实现了t f r c 选择，最后进行了模块测试和 系统测试。 第六章：结束语。对全文工作进行了总结，并讨论了可以进一步研究的方向。 4 第二章h s p a + 的新技术 第二章h s p a + f l 勺新技术 随着h s d p a 和h s u p a 的逐步成熟，新应用业务的不断发展，移动用户对数 据传输速率的要求也会越来越高，十几兆比特每秒的下行速率已渐渐无法满足移 动用户的需求。于是w c d m a 又开始对h s d p a 和h s u p a 进行技术演进，称之为 h s p a + 。本章将讨论h s p a + 所引入的新技术。 2 1h s p a + 概述 随着人们对移动数据业务需求的不断增长，w c d m a 业务能力越来越显现出 不足，来自w i m a x 等其他无线通信网络的冲击也促使w c d m a 引入h s p a + 以应 对竞争。于是在3 g p pr 7 协议中引入了h s p a + ，为了支持更高的单用户下行峰值 速率；为了提高系统上行容量，使更多的用户保持在c e l ld c h 状态；支持 c e l lf a c h 状态下的更高用户吞吐量【1 1 1 。 h s p a + 是在h s p a ( 包括h s d p a 和h s ，a ) 基础上的演进，在关键技术上， 它保留了h s p a 的如下特征【1 2 j 【1 3 】：快速调度、混合自动重传+ 软合并( h a r q ) 、 下行短帧2 m s 、上行1 0 m s 2 m s 、自适应调整和编码，同时保留了h s d p a h s u p a 的所有信道及特征。因此，它向下完全兼容h s p a 技术，但为了支持更高的速率 和更丰富的业务，h s p a + 为w c d m a 引入了新的技术【1 4 】。 h s p a + 引入包括如下主要内容： 1 16 4 q a m 调制：高阶调制方案，单用户下行峰值理论速率达到2 1 6 m b w s 。 2 ) m i m o ：多输入多输出( m u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t ) ，单用户下行峰值 理论速率达到2 8 8 m b i 讹。 3 ) c e l lf a c h 增强：简称ef a c h ，c e l lf a c h 状态下u e 从高速下行 共享信道( h s d s c h ) 上进行接收。 4 ) l 2 增强：又称层二增强，支持可变大小的无线链路控制层的协议数据单 元( i 也cp d u ) ，引入新的m a c e h s 取代m a c h s 实体，为上面三种特性 的实现基础。 5 ) c p c ：分组数据的连续传输( c o n t i n u o u sc o n n e c d v i t yf o rp a c k e td a t a 电子科技大学硕士学位论文 u s e r s ) ，主要包括d t xd r x 和h s s c c hl e s so p e r a t i o n 两种技术。 d t xd r x 实现上行不连续发送和下行不连续接收，达到减少上行干扰提 升上行容量和为u e 省电的目的；h s s c c hl e s so p e r a t i o n 通过节省 h s s c c h 的发送，达到节省下行发射功率，提高下行用户数的目的。通 过引入该特性达到提升c e l ld c h 状态用户数的目的。 6 4 q a m ，m i m o ，ef a c h 增强以l 2 增强为基础，l 2 增强以h s d p a 为基础。 c p c 以h s u p a & h s d p i a 为基础。 不同状态下用户的h s p a + 技术能否使用关系以及u e 在一次连接中可配合使 用的h s p a + 技术组合如下所示。 表1 1 不同状态用户的h s p a + 技术运用 c e l lf a c h 具有专属 技术点 c e l l d c h h r n t i 用户 c p cy l 2 增强yy 6 4 q a m y m i m oy 表1 2h s p a + 技术之间的组合 d t x d r x 6 4 q a m m i m oh s s c c hl e s s 模式 模式模式模式 o p e r a t i o n 模式 d t xd r x 模式|yyy 6 4 q a m 模式 ylny m i m o 模式yn| n h s s c c hl e s s y yn| o p e r a t i o n 模式 2 26 4 0 a m 调制 2 2 1 概述 6 4 q a m 调制研究目的：在蜂窝网络中，上下行业务不平衡，通常下行要求的 容量要远大于上行，一般而言，下行容量要求是上行的2 5 倍，因此w c d m a 系统通常是下行容量受限。而下行更高的调制方式可以提高系统吞吐率。对于下 6 第二章h s p a + 的新技术 行覆盖来说，基站下行发射功率要远大于l i e 上行的发射功率，典型情况下基站总 发射功率为4 3 d b m ，可以为用户分配较高的最大发射功率，而u e 的上行发射功 率为2 1 - 一2 4 d b m ，因此在下行u e 容易获得比较高的接收信噪比( s n r ) ，为更高 的调制方式提供了可能。在高信噪比下，6 4 q a m 高阶调制的传输频谱效率高于 1 6 q a m 。于是3 g p p 在r 5h s d p a 下行1 6 q a m 高阶调制的基础上，在r 7 引入 了6 4 q a m 高阶调制【l5 1 。高阶调制提高峰值速率是通过让一个符号承载更多的信 息，从而提高频谱效率，但是对信道条件的要求更高。 r 7 下行在h s d p a 的基础上引入更高阶调制，由1 6 q a m 升级为6 4 q a m 。 1 6 q a m 调制，一个符号代表4 b i t ，最高速率达到1 4 4 m b i t s 。为进一步提高速率， h s p a + 在下行引入6 4 q a m ，一个符号代表6 b i t 。 6 4 q a m 情况下的下行单用户峰值速率为： 峰值速率= 调制阶数码片速率事码字数扩频因子、 = 6 幸3 8 4 1 5 1 6 = 2 1 6 m b i t j 、2 i - ll 2 2 2 协议分析 6 4 q a m 调制的在3 g p p 协议【2 1 3 4 1 中的特点如下： ( 1 ) 突破了核心网基于r 6 版本的对下行最大限速1 6 m b i t s 。无线网络控制 器( i 矾c ) 需要处理与核心网的相应扩展接口。 ( 2 ) l 2 增强是引入6 4 q a m 前提条件，由r n c 侧信令保证l 2 增强和6 4 q a m 配置关系。 ( 3 ) 对于6 4 q a m 的信令配置，在最新的r 7 协议中对6 4 q a m 配置进行了修 改，以前是r n c 发送用户设备( u e ) 能力等级给n o d eb ，如果u e 是能力等级 1 3 或1 4 ，n o d eb 就直接按照6 4 q a m 模式配置，也不需要反馈是否配置6 4 q a m 给r n c ，最新协议则需要r n c 再附带发送s i x t yf o u rq a mu s a g e a l l o w e di n d i c a t o r i e ，给n o d eb ，n o d eb 根据该i e 和u e 能力等级综合判断是否需要配置为6 4 q a m ， 返回“s i x t yf o u rq a md lu s a g ei n d i c a t o ri e ”告知r n c 该u e 是否配置6 4 q a m ， 因此从理论上来说，n o d eb 具有配置6 4 q a m 的完全控制权。 ( 4 ) 新增支持6 4 q a m 的u e 能力等级1 3 和1 4 以及对应新增支持q p s k 、 1 6 q a m 和6 4 q a m 的信道质量指示符( c q i ) 映射表格。 ( 5 ) 6 4 q a m 调制方式下高速共享控制信道( h s s c c h ) 时隙1 的调制方式 7 电子科技大学硕士学位论文 指示、信道码集合指示这两部分的信息含义在完全兼容r 6 版本的基础上做了扩展。 ( 6 ) 当u e 配置6 4 q a m 模式且采用非q p s k 调制，则分配的h s s c c h 码 字位置将影响高速物理下行链路共享信道( h s p d s c h ) 码字分配。如果出现u e 所选码字被占用时，需要动态调整h s p d s c h 码字起始位置。 ( 7 ) 突破r n c 固定r l cp d u 格式下能提供的最大速率。需要引入支持可变 大小r l cp d u 的l 2 增强来支持下行高速率。对l 3 的信令处理也带来相应的影响。 2 3mim 0 技术 2 3 1 概述 m i m o ( 多输入多输出，m u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t ) 技术利用空间维度资 源，在发射端和接收端同时采用多天线技术，在不增加发射功率和带宽的高信噪 比环境下，可以成倍提高无线通信系统的传输容量，容量的提升和天线数目成比 例关系。 但是m i m o 的多天线会增加体积，同时也需要多功放的配合驱动，耗电增加。 在以个人用户为主导的3 g 移动通信中，终端的体积和耗电始终是困扰众多芯片 设备厂商的难点。经过讨论，h s p a + 最终确定了只在基站侧采用2 x 2 模式的m i m o 天线，终端沿用原有的单天线模式。 在h s p a + 中，m i m o 采用双发射天线阵列d t x a a ( d o u b l et r a n s m i t a n t e n n a a r r a y ) 1 6 】【l7 】，引入单数据流和双数据流概念，提高空口频谱效率和下行峰值速率， 见图2 1 。 信道编码，交织和扩频加扰的实现与非m i m o 模式相同，n o d eb 调度器需要 判定在一个传输时间间隔( 1 v r i ) 内是发送一个数据块还是两个数据块给u e 。当 n o d eb 发送两个数据块给l i e 时，一个叫做主传输块，一个叫从传输块。传输数 据块经过信道的编码，交织等过程后，进行扩频加扰产生复信号，然后再分别和 d t x a a 的预权值w 1 ，比进行复乘，并按照图2 1 所示分别进行数据信号累 加后，映射到天线l 和天线2 。任意一根天线上都会包含双数据流的信息，通过正 交权值向量k = 【w 1 ，】和月= 【嵋，w 4 】月，巧和圪分别叫做主预编码向量和从预编 码向量，实现空间数据流之间正交，降低数据流之间的干扰，简化接收机设计。 8 第二章h s p a + 的新技术 广rirnary广一 v 。1 f t r a n s p o r td i o c k 陡穗驴霪字铂堇 l h s d s c h 卜 t 陀h p r o c e s s i n g sesp他ad，sqambie厂、y3一以。 s 鲫唑! 1 熬= ：牙畿芦k t r a n s p o r tb l o c k 圳髟睨箍：葺甬dp f咏河面和 p r o c e s s , n g 。 一剧 习厶i 乙 f w ，卜卜卜c p i c h 2 p r i m a r y ：a l w a y sd r e s e n tf o rs c h e d u l e du e jjjj i 。1 i s e c o n d a r y ：o p t i o n a l l yp r e s e n tf o rs c h e d u l e du e jw e i g h tg e n e r a t i o nj t d e t e r m i n ew e i g h ti n f o m e s s a g ef r o mt h eu p l i n k 图2 - 1m i m o 的d t x a a 方案2 x 2 结构【2 5 】 m i m o 的物理层一般过程如下描述： u e 根据接收到的公共导频信道( c p i c h ) 对每个天线进行信道估计，其中一 根天线上必须发送主公共导频信道( p c p i c h ) ，另一个天线则可配置为发射调制 模式的p c p i c h 或者辅公共导频信道( s c p i c h ) 。根据信道估计，u e 确定一个 主预编码向量( p c ) 。p c i 和c q i 混合编码后，承载在高速专用物理控制信道 ( h s d p c c h ) 上报给n o d eb ，n o d eb 基于此信息来调度单或双数据流给u e 。 u e 需要把数据流首选参考权值信息反馈给基站n o d eb ，通过扩展h s d p c c h c q i 字段的编码源信息，把反馈的权值信息携带在h s d p c c h 信道上，为了减小 反馈权值的信息量并减小对上行容量的影响，r 7 把权值，心设置为常数 w 3 = w = 1 2 ，确定w 4 = 一w 2 ，基站根据u e 上报的首选参考权值w 可，确定权值嵋 取值， ( 1 + ，) 2 ，( 1 - j ) 2 ，( 一l + j ) 2 ，( - 1 一j ) 2 ，这样就保证了双数据流情况 下k = 【w 1 ，心 和k 骨= w 3 ，w 4 日之间的正交性，又减小了上行反馈权值的信息量， 只需要u e 反馈2 b i t s 的阿信息就可以通知基站确定预权值w l ，w 4 。这种权 值反馈的简化方案尽管减小了权值幅度和相位的精度。 基站确定数据流的预权值w 1 ，比，后，需要在下行h s s c c h 信道上携带 当前数据流的加权信息，和上行反馈方式相同，只需要告知u e 当前权值的信 息即可，u e 借助权值信息进行天线有效性验证。u e 上行反馈的权值鹕呵仅仅是 提供给n o d eb 的首选参考值，n o d eb 需要基于当前用户数据传输性能，确定数据 流加权值是否等于一，当u e 上报的w 2 可不够准确或者由于n o d eb 自身原因 9 电子科技大学硕士学位论文 导致w 2 吲的解调不够准确时，都需要n o d eb 在w 2 权值上有最终决定权，并通过下 行h s s c c h 承载权值信息w ，通知u e 。 如果n o d eb 调度根据u e 上报的c q i 信道质量和当前可用资源，确定当前 t t i 可调度数据为1 个数据块时，将使用预编码向量k = 【w l ，w 2 】进行调制数据流的 加权值。m i m o 的单数据流发送和闭环发射分集模式非常类似，差别在于m i m o 的反馈权值携带在上行h s d p c c h 中，而闭环发射分集模式的反馈权值信息携带 在专用物理控制信道( d p c c h ) 中。 m i m o 模式下，u e 使用c p i c h 分别估计来自于每根发射天线的信道特性， 一根天线将发送主公共导频信道p c p i c h 天线1 的调制图案，另一根天线将发射 主公共导频信道p c p i c h 天线2 的调制图案或者辅公共导频信道s - c p i c h 天线1 的调制图案。在支持m i m o 操作的小区，导频配置是由高层信令通知的。n o d eb 通过h s s c c h 下传即将要传输的数据流所采用的p c i 信息给u e ，以确保u e 正 确解码。 2 2m i m o 的下行峰值速率为： 峰值速率= 调制阶数木码片速率奉码字数扩频因子 2 ，、，、 = 4 奉3 8 4 宰1 5 】6 宰2 = 2 8 8 m b i t j 、7 i z - z i 由于下行峰值速率超出r 6 固定r l cp d u 大小情况下能提供的最大速率，因 此m i m o 也需要l 2 增强技术提供可变大小的r l cp d u 来支持，同时m i m o 需 要l 2 增强引入媒体接入控制( m a c ) 层的修改，m a c 层除了需要支持数据块的 分段串接以外，还要能支持单、双数据流以及单、双数据流之间的调度，m a c 层 的这一变化通过引入m a c e h s 实体得以实现。 2 3 2 协议分析 3 g p pr 7 协议【2 l 3 4 】对m i m o 模式下的h s d s c h 数据传输相关过程有一些约 束，体现在上行h s d p c c h 信道和下行h s s c c h 信道格式和承载信息上，包括： ( 1 ) 由于u e 处于c e l lf a c h 状态下时不会通过h s d p c c h 信道上报双流 c q i 和p c i ，因此m i m ot f r c 选择只适用于处于c e l ld c h 状态下的u e 。 ( 2 ) 上行h s d p c c h 信道支持上报两种类型c q 卜1 卯eac q i 和t y p eb c q i ，两者上报频率的相对比例( n mr a t i o ) 配置在“h s d s c hf d d i n f o r m a t i o n r e s p o n s ei e 中携带。当n m = i 时，u e 不上报t y p e bc q i 。但是不管怎么配置， 1 0 第二章h s p a + 的新技术 u e 必须上报t y p e a c q i 。 ( 3 ) t y p eac q i 既可以用来指示双流c q ! 值，也可用来指示单流c q i 值， 由u e 根据其所处信道条件决定。根据u e 上报的t y p eac q i 取值范围可以判断 出当前c q i 指示的单双流情况。 c q - = 三毛乏q 1 1 + c q l 2 + 3 1 雩箸竺凳曩| 辇微c 2 3 ， 从以上公式可以看出，当c q i 值大于3 1 时，上报的c q i 指示为t y p ea 双流 c q i ，c q l l 和c q l 2 分别为： c o i l = ( c q i - 3 1 ) m o d1 5 c q l 2 = ( c 妒- 3 1 ) 1 5 ( 2 - 4 ) ( 2 - 5 ) 当c q i 值小于等于3 1 时，则上报为t y p ea 单流