（信号与信息处理专业论文）wcdma系统hsupa物理层上下行信道仿真.pdf

中文摘要 中文摘要 目前，移动通信技术高速发展，以w c d m a ，c d m a 2 0 0 0 ，t d s c d m a 技术为主的第3 代移动通信系统是未来移动接入系统的发展趋势。3 g 要求具有 较高的频谱利用率，涉及信源编码和无线传输中的多址技术、调制技术、射频 信道参数等诸多方面。同时要求系统能适应各种无线环境，并提供多种业务， 如语音、数据、文本传输等窄带业务和图像、视频等多媒体业务。w c d m a 作 为3 g 技术之一，事实上已经成为3 g 应用范围最广、最为主流的无线传输技术。 w c d m a 标准阶段从r e l e a s e 9 9 ( r 9 9 ) 版本发展到r e l e a s e2 0 0 0 ( r 0 0 ) 版本直到 r e l e a s e4 、r e l e a s e5 这几个阶段，当前w c d m a 已经发展到了r 6 的版本。 h 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 ) 高速上行分组接入就是r 6 版本中的新技术，本文首先详细介绍了h s u p a 物理层的技术特征，然后以其 技术特点为依据，按照3 g p p 的仿真需求和系统级的仿真需求，使用m a t l a b 构建h s u p a 的上下行物理层链路，对其数据信道和控制信道进行仿真验证， 从而了解信道的性能，为系统仿真提供仿真数据，为以后的实际应用打下基础， 达到预研的目的。 关键词：高速上行分组接入，增强的指示符信道，增强的专用信道，仿真 a b s t r a c t a b s t r a c t n o w a d a y s ，w i t hm o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e c h n i q u er a p i d l yd e v e l o p i n g ，t h e3 gw h i c h i n c l u d e sw c d m a ，c d m a 2 0 0 0 ，t d s c d m aw i l lb et h ef u t u r em o b i l ea c c e s s s y s t e m i nf a c t ，w c d m a ，a so n eo ft e c h n i q u eo f3 g , b e c o m e st h em o s tp o p u l a r w i r e l e s st r a n s m i s s i o nt e c h n i q u e t h ew c d m as t a n d a r dp h a s eh a sd e v e l o p e df r o m r 9 9t or 0 0 ，u n t i lr 4 ，r 5 n o w , t h el a s ts t a n d a r dp h a s ei sr 6 h 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 ) i st h en e wt e c h n i q u eo fr 6 f i r s ti nt h i s t h e s i s t h eh s u p a p h y s i c a ll a y e ri si n t r o d u c e di nd e t a i l t h e nb a s eo nt h ep h y s i c a l l a y e rt e c h n i q u ec h a r a c t e r i s t i c a c c o r d i n gt ot h e3 g p ps i m u l a t i o nr e q u i r e m e n t sa n d s y s t e ms i n m l a t i o nr e q u i r e m e n t s t h eh s u p ad o w n l i n ka n du p l i n kc a nb e c o n s t r u c t e db yu s i n gm a t l a b t h e nt 1 1 ed a t ac h a n n e la n dc o n t r o lc h a n n e la a nb e s i m u l a t e d ，s ot h ec h a n n e l sp e r f o f i n a n c ec a nb er e a l i z e d ，p r o v i d et h er e s u l t sc a l lb e p r o v i d e dt ot h es y s t e ms i m u l a t i o n t h e s eg r o u n dt h ef u t u r ep r a c t i c a la p p l i c a t i o n s k e y w o r d s ：h 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 ) ，e - h i c h ( e n h a n c e dh a r q i n d i c a t o rc h a n n e l ) ，e d c h ( e n h a n c e dd e d i c a t e dc h a n n e l ) ，s i m u l a t i o n i i 图目录 图目录 图2 1e d p d c h 帧结构一 图2 2e h i c h 的帧结构 图2 - 3e r g c h 帧结构 图2 - 4e a g c h 帧结构 图2 5e d c h 编码流程 图2 - 6e d c h 混合a r q 实体【1 l 】 图2 7e d p c c h 的编码流程一 图2 8e a g c h 的编码流程 图2 - 9e 。d p d c h s 和e d p c c h 的扩频过程 图3 - 1e h i c h 仿真链路结构 图3 2r a k e 接收机的原理图f 7 图3 - 3e h i c h 多径信道的漏检率( 2 m st t i ) 图3 4 软切换场景仿真框图 图3 5 单链路仿真结果 图3 - 6s h o 仿真结果一 图4 12 m s 的各个块的b l e r 和e c n 0 对应益线( o 3 d b 一个区间) 图4 - 22 m s 的各个块的b l e r 和e c n 0 对应曲线( o 1 d b 一个区间) 图4 32 m s 的各个块的b l e r 和e b n 0 对应曲线( 0 3 d b 一个区间) 图4 - 41 0 m s 的各个块的b l e r 和e c n 0 对应曲线( o 3 d b 一个区间) 图4 51 0 m s 的各个块的b l e r 和e c n 0 对应曲线( o 1 d b 一个区间) 图4 - 61 0 m s 的各个块的b l e r 和e b n 0 对应曲线( 0 3 d b 一个区间) 图5 - 16 4 k 数据业务性能比较 图5 21 2 8 k 数据业务性能比较 图5 39 6 0 k 数据业务性能比较 图5 - 42 0 4 8 k 数据业务性能比较 图5 - 5 单双信道性能比较 i j 旧挖n m m加丝巧拍舛稻铂亚皿弱舛弭巧矾以岛矾 表目录 表目录 表2 ，1 传输次数与r s n 的对应关系 表2 2e d p d c h 的比特域 表2 3e d p c c h 的比特域 表2 - 4e r g c h 和e h i c h 的签名序列【8 】一 表2 5e d c h 的冗余度 表2 - 6 表：r s n 值与e d c h r v 索引的关系 表2 7r g 值的映射 表2 8h a r q 确认指示的映射 表2 - 9e d p d c h s 的1 0 路映射关系 表2 1 0e d p d c h s 的信道化码的分配 表2 - 11h s d p c c h 的信道化码 表3 - 1e h i c h 链路仿真条件 表3 2 下行物理信道仿真假设一 表3 3o c n s 信道参数一 表3 4e h i c h 信道参数 表3 5 单链路仿真条件 表3 - 6 单链路仿真场景l 表3 7 单链路仿真场景2 表3 - 8 单链路仿真场景3 表3 - 9 单链路仿真场景4 表3 一1 0 软切换仿真条件 表3 1 1 软切换仿真场景1 表3 1 2 软切换仿真场景2 表3 1 3 软切换仿真场景3 表3 1 4 软切换仿真场景4 表3 - 1 5 单链路性能比较 表3 1 6 软切换性能比较 表4 - 11 0 m st t i 的固定参考信道 v t t t 趣一m殂筋斟拍拍如”弛甜札乾铊舵轮舶钾鹌 表目录 表4 - 22 m st t i 的固定参考信道 表4 3p a 3 信道模式一 表4 4e d p d c h 链路仿真条件 表5 一l2 m s l o m s 对比的测试业务速率信道 表5 - 2 单双信道性能对比的测试业务速率信道 表5 3e d p d c h 链路仿真条件 5 0 5 0 5 0 5 7 5 8 5 8 缩略词表 缩略词表 第三代移动通信伙伴计 3 g p p3 4g e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t 划 a c k a c k n o w l e d g e m e n t 确认 b l e rb l o c ke r r o rr a t i o误块率 c c r r c hc o d e dc o m p o s i t et r a n s p o r tc h a n n e l 编码合成传输信道 c f nc 0 n n e c 6 0 nf r a m en u m b e r连续帧序号 c r c c y c l i cr e d u n d a n c yc h e c k 循环冗余校验 d ld o w n l i n k 下行链路 d p c hd e d i c a t e dp h y s i c a lc h a n n e l 专用物理信道 d t xd i s c o n t i n u o u st r a n s m i s s i o n 非连续传输 ( e 一) a g c h e d c ha b s o l u t eg r a n tc h a n n e l e d c h 的绝对授权信道 增强的专用物理控制信 e d p c c he n h a n c e dd e d i c a t e dp h y s i c a lc o n t r o lc h a n n e l 道 增强的专用物理数据信 e d p d c he n h a n c e dd e d i c a t e dp h y s i c a ld a t ac h a n n e l 道 e d c he n h a n c e dd e d i c a t e dc h a r m e l 增强的专用信道 e d c hh a r q a c k n o w l e d g e m e n ti n d i c a t o r ( e - ) h i c he d c h 的确认指示信道 c h a n n e l f e 一) r g c h e d c hr e l a t i r eg r a n tc h a n n e l e d c h 的相对授权信道 r e c e i v e de n e r g yp e rc h i pd i v i d e db yt h ep o w e r 频带内每一码片接收的 e c n o d e n s i t yi nt h eb a n d 能量除以功率密度 f d d f r e q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x 频分双工 g r a n t ( s ) 授权 h a r 0 h y b r i da u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t 混和自动重传请求 h s d p a h i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e t a c c e s s高速下行分组接入 h s d p c c h h i g hs p e e dd e d i c a t e dp h y s i c a lc o n t r o lc h a n n e l高速专用物理控制信道 h s d s c h h i g hs p e e dd o w n l i n ks h a r e dc h a n n e l高速下行共享信道 x 缩略词表 h s u p a h i g hs p e e du p l i n kp a c k e t a c c e s s高速上行分组接人 在l i e 测得的带限白高斯 i o c 源功率谱密度 在n o d e b 测得的下行链 i o r 路平均功率谱密度 在u e 测得的接收功率谱 l o r 密度 m r cm a x i m a lr a t i oc o m b m i n g 最大比合并 n a c k n o n a c k n o w l e d g e m e n t 非确认 n o d e bw c d m a 的基站收发机 0 c n s o r t h o g o n a lc h a n n e ln o i s es o u r c e 正交信道噪声源 p c c p c h p r i m a r yc o m m o mc o n t r o lp h y s i c a lc h a n n e l 主公共控制物理信道 p c p i c h p r i m a r yc o m m o m p i l o tc h a n n e l 主公共导频信道 p i c h p a 百n gi n d i c a c t o rc h a n n e l 寻呼指示信道 r s n r e t r a n s p o r ts e q u e n c en u m b e r 重传序列号 r v r e d u n d a n c yv e r s i o n 冗余度 s f s p r e a d i n gf a c t o r 扩频因子 s 同n s y s t e mf r a m en u m b e r 系统帧序号 s i r s i g n a l - - t o i n t e r f e r e n c er a t i o信扰比 s h os o f th a n d o v e r 软切换 s t t d s p a c et i m et r a n s m i td i v e r s i t y空时发射分集 t b d t ob ed e t e r m i n e d 待决定 t bs i z e t r a n s p o r tb l o c ks i z e 传输块大小 t d dt i m ed i v i s i o nd u p l e x 时分双工 t f c i t r a n s p o r tf o r m a tc o m b i n a t i o ni n d i c a t o r 传输格式组合指示 t st e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o n 技术规范 t t it r a n s m i s s i o nt i i n ei n t e r c a l 传输时间间隔 u eu s e re q u i p m e n t 用户设备 u l u p l i n k上行链路 w c d m a w i d e - b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 宽带码分多址 x 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： l 苤塑日期：乃。6 年弓月7 厂日 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规定) 签名： 第一章引言 1 13 g 技术 第一章引言 移动通信技术经历了从模拟调制到数字调制技术的发展。第一代采用频分多 址( f d m a ) 模拟调制方式，这种系统的主要缺点是频谱利用率低，信令干扰话音 业务。第二代蜂窝系统采用时分多址( t d m a ) 和码分多址( c d m a ) 的数字调 制方式，提高了系统容量，并采用独立信道传送信令，使系统性能大为改善。t d m a 方式的主要缺点是：( 1 ) 系统容量仍不理想；( 2 ) 和f d m a 方式一样，t d m a 方 式的越区切换性能仍不完善。为了克服f d m a 和t d m a 两种多址方式的缺点，北 美推出了i s 一9 5 c d m a 数字移动通信系统，i s 9 5 c d m a 系统以其频率规划简单、 系统容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信质量好、软容量等特点显示 出巨大的发展潜力，立即在全世界范围内掀起一股研究c d m a 技术的热潮。随着 社会进步及用户数量的急剧增长，频率资源日益紧张，要求第三代移动通信系统 能提供更大的系统容量，更高的通信质量，并能提供2 m b i t s 数据业务，以满足人 们对多媒体通信的要求并适应通信个人化的发展方向。第三代数字蜂窝移动通信 系统的两大主要候选方案是北美的c d m a 2 0 0 0 系统和欧洲的w c d m a 系统，都是 建立在c d m a 技术基础上，c d m a 已被广泛接收为第三代移动通信系统的重要技 术。 第三代移动通信区别于现有的第一代和第二代移动通信系统，其主要特点概 括为： ( 1 ) 全球普及和全球无缝漫游的系统。第二代移动通信系统一般为区域或 国家标准，而第三代移动通信系统将是一个在全球范围内覆盖和使用的系统。它 将使用共同的频段，全球统一标准。 ( 2 ) 具有支持多媒体业务的能力，特别是支持互联网业务。现有的移动通 信系统主要以提供话音业务为主，随着发展一般也仅能提供1 0 0 2 0 0 k b i t s 的数据 业务，全球移动通信系统( g s m ) 演进到最高阶段的速率能力为3 8 4 k b i t s 。而第 三代移动通信的业务能力将比第二代有明显的改进。它应能支持从话音分组数据 到多媒体业务；应能根据需要，提供带宽。国际电信联盟( i t u ) 规定的第三代 移动通信无线传输技术的最低要求中，必须满足在以下三个环境的三种要求。即： 1 电子科技大学硕士学位论文 快速移动环境，最高速率达1 4 4 k b i t s 室内环境，最高速率达2 m b i t s 室外到室内或步行环境，最高速率达3 8 4 k b i t s ( 3 ) 便于过渡、演进。由于第三代移动通信引入时，第二代网络已具有相 当规模，所以第三代的网络一定要能在第二代网络的基础上逐渐灵活演进而成， 并应与固定网兼容。 ( 4 ) 高频谱效率、高服务质量、低成本、高保密性。 1 2w c d m a 的主要特点 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，也是i t u 业已完成标准 化工作的3 种制式( c d m a 2 0 0 0 、w c d m a 、t d s c d m a ) 之一。 w c d m a 方案包括频分双工( f d d ) 与时分双工( t d d ) 两种工作方式。前 者工作在覆盖面积较大的范围内，提供中、低速业务；后者主要侧重在业务繁重 的小范围内，提供高至2 m b p s 的业务。下面是f d d 方式的一些基本参数。 w c d m a 工作频段：1 9 2 0 1 9 8 0 m h z 频段分配给f d d 上行链路使用；2 1 1 0 2 1 7 0 m h z 频段分配给f d d 下行链路使用；1 9 0 0 1 9 2 0 m h z 频段由于在高频段没有 相应的镜像频段，被分配给t d d 双工方式使用。 基本标称带宽5 m h z ，但其实际值可以以2 0 0 k h z 为步长，根据需要在4 4 5 2 m h z 之间调整。基本带宽可以扩展至1 0 2 0 m h z 。 基本扩频码速率4 0 9 6 m c p s ，它也可以扩展n 8 1 9 2 1 6 3 8 4 m h z 。 信息社会的到来对通信手段提出了越来越高的要求，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，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 2 第一章引言 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 中使用正交变扩频增益扩频码( o v s f ) ，这种码字保证了下行链路不同 用户信道或同一用户不同业务信道的正交性，对于不同的数据速率，这种正交性 仍然存在。这一措施也保证了w c d m a 适应多种业务的要求。 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 oc o d e 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。 此外，w c d m a 中电路和分组交换业务能以创新方式在同一信道组合，使一 个终端能处理多项业务。带宽不同的电路和分组交换业务可自由组合，同时向同 一个用户投送。 ( 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 3w c d m a 标准化及研究进展 w c d m a ( f d d 和t d d ) 技术的标准主要由3 g p p 制定，最终将基于g s m 过渡到全i p 的核心网络体系。欧洲、北美、亚太( 如日本、韩国) 等地区的大多 数运营商都将选择w c d m a 系统，甚至北美的i s 1 3 6 运营商也决定在3 g 频段 上选择它，w c d m a 事实上已经成为3 g 应用范围最广、最为主流的无线传输 技术。 为了适应商用化和技术发展的需要，保证网络运营商的投资，3 g p p 将 w c d m a 标准分成了两个大的阶段，它们是： r e l e a s e9 9 ( r 9 9 ) 版本：1 9 9 9 年1 2 月起，每三个月更新一次，2 0 0 0 年6 3 第一章引言 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 f f 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问分配。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，只要调整功率分酉己即可保证业务传输质量不受影响。 w c d m a 中使用正交变扩频增益扩频码( o v s f ) ，这种码字保证了下行链路不同 用户信道或同一用户不同业务信道的正交性，对丁不同的数据速率，这种正交性 仍然存在。这一措施也保证t w c d m a 适应多种业务的要求。 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 oc o d e 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。 此外，w c d m a 中电路和分组交换业务能以创新方式在同一信道组合，使一 个终端能处理多项业务。带宽不同的电路和分组交换业务可自由组合，同时向同 一个用户投送。 ( 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r 采用时分双工的模式，采 用单信元频率复用等。 1 3w c d m a 标准化及研究进展 w c d m a ( f d d 和t d d ) 技术的标准主要南3 g p p 制定，最终将基于g s m 过渡到全i p 的核心网络体系。欧洲、北美、亚太( 如日本、韩国) 等地区的大多 数运营商都将选择w c d m a 系统，甚牟北美的i s 1 3 6 运营商也决定在3 g 频段 上选择它，w c d m a 事实上已黔成为3 g 应用范围最广、最为主流的无线传输 技术。 为了适应商用化和技术发展的需要，保证网络运营商的投资，3 g p p 将 w c d m a 标准分成了两个大的阶段，它们是： r e l e a s e9 9 ( r 9 9 ) 版本：1 9 9 9 年1 2 月起，每三个月更新一次，2 0 0 0 年6 - r e l e a s e9 9 ( r 9 9 ) 版本：1 9 9 9 年1 2 月起，每二个月更新一次，2 0 0 0 年6 3 电子科技大学硕士学位论文 月版本基本稳定，可供开发。9 月份、1 2 月份和2 0 0 1 年3 月份版本更加完善； 无线接入网络的主要接口i u 、i u b 、i u r 接口均采用异步传输方式( a t m ) 和i p 方式，网络是基于a t m 的网络；核心网是基于演进的g s m 和通用分组无线业 务( g p r s ) ；电路与分组交换节点逻辑上分开。 r e l e a s e2 0 0 0 ( r 0 0 ) 版本( 己改为r e l e a s e4 、5 ) ：主要是引入“全i p 网 络”，目前初步提出了基于i p 的核心网结构，没有开始实质标准化工作，真正 的“全i p ”标准预计在2 0 0 2 完成，在网络结构上将实现传输、控制和业务分 离，同时i p 化也将从核心n ( c n ) 逐步延伸到无线接久n ( r a n ) 和终端( u e ) 。 r 9 9 版本主要标准已经完成，于2 0 0 0 出版，能够提供实现网络和终端的全部 基础，包括通用移动通信网络的全部功能基础，提供了商用版本的必要保证， r e l e a s e4 、r e l e a s e5 n r e l e a s e 6 在这些功能基础上增加新的功能，保证了标准的延 续性。初期的w c d m a 网络可以和g s m 网络并存的，由g s m 实现广域的全覆盖， 而w c d m a 实现部分业务密集和高质量业务区的覆盖。这样主要是保证了第二代 运营商的投资和平滑过渡。 1 4 高速下行分组接入h s d p a h s d p a 是第三代移动通信伙伴计划( 3 g p p ) 在r 5 协议中为了满足上下 行数据业务不对称的需求而提出的一种新技术，它很好地解决了系统覆盖与容 量之间的矛盾，大大提升了系统容量，满足了用户的高速业务需求。采用h s d p a 技术，可以在不改变已经建设的w c d m a 网络结构的情况下把下行数据业务速 率提高到1 0m b p s 。 与r 9 9 架构相比，h s d p a 引入了短的传输时间间隔即物理信道上的一个 数据包长度( t t i = 2 m s ) 、自适应调制和编码( a m c ) 、多码发射和快速物理层 混合自动重传请求( h a r q ) ，并将分组调度器从无线网络控制器( r n c ) 移到 基站( n o d e b ) 中，从而更便于接入空口无线环境，更易于采用高级快速分组 调度技术，这意味着可更快调整用户数据速率以适应瞬时的无线信道环境变化。 当接入到h s d p a 后，u e 可周期地向n o d e b 上报信道质量指示( c q i ) ， 以指示在当前无线环境下，u e 可支持的数据速率( 采用的调制和编码策略以 及多码数目) 。u e 也要发送每个分组数据的确认信息( a c k n a c k ) ，以使n o d e b 了解什么时间该以何种方式重发数据。若小区中的每个u e 都可测量信道质 量，快速分组调度器就可优化各用户间的调度。 4 第一章引言 w c d m a 目前可以提供最高2 m b p s 的传输速率，支持高速分组交换和电路 交换，可以提供多种数据业务，基本上满足了第三代移动通信的要求。然而， 对于许多对流量或迟延要求较高的数据业务如视频、流媒体和数据下载等，需 要系统提供更高的传输速率和更短的时延。为了更好地发展数据业务，3 g p p 从上述两方面对空中接口作了改进，引入了h s d p a 技术。h s d p a 不但支持高 速不对称数据服务的引入，而且在大大增加网络容量的同时还能使运营商投入 成本最小化。它为更高数据传输速率和更高容量提供了一条平稳的演进途径， 就如在g s m 网络中引入增强型数据速率( e d g e ) 一样。 3 g p p 确定了h s d p a 演进的三个阶段，其中第三阶段还未最终确定，仍在 进行研究。r 5 以上的版本主要将致力于吞吐量的进一步提高，峰值数据速率可 达5 0m b p s 以上。第一阶段是基本h s d p a ，在3 g p pr 5 中进行了说明，引进 一些新的基础特性以获得1 0 8 m b p s 峰值数据速率。第二阶段是增强h s d p a ， 在3 g p pr 6 中进行了说明，将引入天线阵列处理技术如多输入多输出技术 ( m i m o ) 以提高峰值数据速率至3 0 m b p s ，以及快速小区选择技术( f c s ) 。 最后，第三阶段将引进新型空中接口，增加平均比特率。正交频分复用技术 ( o f d m ) 和6 4 q a m 调制的引入将使峰值速率达到5 0 mb p s 以上。 作为一种演进技术，h s d p a 提供了移动通信系统实现多媒体服务所需的高 数据速率，将大大提高系统的频谱效率和码资源利用率，有效提升网络性能和 容量。它不仅能有效地支持非实时业务，同时也可以用于许多实时业务，如流 媒体等。随着h s d p a 技术的成熟和发展，其良好的应用前景和平滑的演进能 力正在引起越来越多人们的热切关注。作为后3 g 时代的主流技术之一，很多 人甚至将h s d p a 称为3 5 g 技术【l 。 而h s u p a 是与h s p d a 向对应的，是r 6 中的新技术。 1 5 论文的研究内容 本项目的主要研究目标是研究并仿真w c d m a 系统中h s u p a 的上下行物 理信道。本论文的主要研究内容包括： 1 分析h s u p a 中的上下行信道的物理层结构和特征 2 对下行控制信道进行仿真，与其他公司仿真结果比较，保证链路程序的 正确性：从而再进行进一步仿真场景的仿真 3 根据系统级仿真的需求，对上行数据信道进行仿真，为系统级仿真提供 与 电子科技大学硕士学位论文 参数指标。 1 6 论文的组织结构 本论文主体分为5 个部分：第一章为引言，介绍本项目的研究背景和内容， 以及本论文的总体安排；第二章介绍了h s u p a 上下行物理信道的相关结构和 特征，后面进行的仿真结构的搭建和程序的编写都是在此章内容基础上完成的； 第三章对下行数据确认指示信道( h i c h ) 进行仿真；第四章和第五章是对上行 数据信道的仿真，并分析仿真结果；第六章为结论。 6 第二章h s u p a 物理层技术特征 2 1 概述 第二章h s u p a 物理层技术特征 h s u p a 会在r 6 中提出，相比r 5 ，它的使用会使上行接收性能有明显的 提高：在系统容量上大约有5 0 一7 0 的增加，在端到端分组包的延迟上有 2 0 5 5 的减少，在用户分组呼叫流量上有约5 0 的增加_ j 。 它使用了以下关键技术： 基站( n o d eb ) 控制的调度技术； _ 结合软合并的混合自动重传请求( h a r q ) 技术； 更短的传输时间间隔( t t i ) 技术 2 2n o d e b 控制的上行调度 2 2 1f d d 增强的上行链路调度方案 下面的工作假设已经被r a n l ( 3 g p p 工作组之一) 通过，在n o d eb 的硬 件资源得到满意解决的条件下，在软切换中的分配是确定的。 u e 能接收两种类型的授权( g r a n t s ) - 相对的g r a n t s ，在每个时间间隔内由一个比特组成 - 绝对的g r a n t s ，在每个时间间隔内由多个比特组成 以上两种g r a n t s 都不会在全部的时间间隔内传送，也就是说根据调度策略 的实施，可能会使用d t x ( 即发0 ) 。 u e 被高层信令通知或者从物理资源中找到各自的g r a n t 。网络可能会配置， 让每个u e 监视各自的物理资源，或者是多个u e s 监视相同的物理资源。这两 种方法从u e 的角度来看，是没有分别的。 在处于非软切换时，只有一个小区( 即服务小区) 负责增强的专用信道 ( e d c h ) 的调度。处于软切换时，有一个服务小区，至少有一个非服务小区。 u e 要有能力接收： 一来自于服务小区的时隙内的一个绝对g r a n t 和一个相对g r a n t 7 电子科技大学硕士学位论文 来自于每一个非服务小区的时隙内的一个相对g r a n t 来自于服务小区的相对g r a n t 被解释成一个相对速率调度的升( u p ) 保持 ( h o l d ) 降( d o w n ) 等要求。来自于非服务小区的相对g r a n t s 和来自于服 务小区的绝对g r a n t s ，它们的解释是未定的。u e 是分别处理来自于一个非服务 小区的相对g r a n t 还是把来自于一个非服务小区的多个连续的相对g r a n t s 联合 起来处理，这个是未定的。 2 2 2 支持调度的信令信息 一个g r a n t 是否控制最大的( e - d p d c h + d p d c h ) d p c c h 功率比率，或者是 控制在一个t t i 中u e 使用的最大的e d c h 传输格式，这个也是为未定的。 2 2 3 在软切换中的操作 软切换中的调度行为。 2 3 混合a r q 设计 给出两比特的重传序列号( r s n ) ( 从u e 到n o d e b ) ，用来指示h a r q 传 输的冗余版本序号( r v i ) ，便于n o d e b 软缓冲器的分配。r v i 依赖于r s n ( 当 r s n 2 3 初始传输时，r s n = o ；第一次重传时，r s n = 1 ：重传大于2 次时，r s n 第二章h s u p a 物理层技术特征 2 4 物理层结构 每个u e 最多支持一个e d c h 类型的编码合成传输信道( c c t r c h ) ，且该 c c t r c h 只有一个e d c h 复用。每个t t i 帧只支持一个传输信道。 2 m s t t i 和1 0 m s t t i 都被e d c h 支持。 e d c h 类型的c c t r c h 和d c h 类型的c c t r c h 被映射到不同的物理信 道。 2 4 1 新增物理信道 2 4 1 1e d p d c h 增强的专用物理数据信道( e d p d c h ) 是从e d c h 映射过来的，与其它 上行物理信道在无线帧内采用i q 复用方式。 图2 - 1 显示了e d p d c h 的帧结构。e d p d c h 无线帧被分为5 个子帧，每 个子帧长2m s ；第个子帧位于每个无线帧的开始，第五个子帧在每个无线帧 的结尾。 e - d p d c h js b t # 0 ls | o l # 1 s b t # 2 s l o t # i 卜t # 1 4 i 一 。 | m 喇m s 图2 1e d p d c h 帧结构 e d p d c h 时隙格式，扩频因子( s f ) 分别为2 ，4 ，8 ，1 6 ，3 2 和6 4 ，相 应的速率与比特数参看表2 2 。 表2 2e d p d c h 的比特域 s l o tf o r m a tc h a n n e lb i tb i t s b n s b i t s s l o t s f 撑i r a t e 限b p s ) f t a m es u b f r a m e n d a t a 9 电子科技大学硕士学位论文 06 06 46 0 01 2 04 0 11 2 03 21 2 0 0 2 4 0 8 0 22 4 01 62 4 0 04 8 01 6 0 34 8 084 8 0 09 6 03 2 0 49 6 049 6 0 01 9 2 06 4 0 5 1 9 2 02 1 9 2 0 03 8 4 01 2 8 0 2 4 1 2e d p c c h 增强的专用物理控制信道( e d p c c h ) 是一个新的上行物理信道，用于传 输与e d c h 相关的控制信令。 e d p c c h 与e d p d c h 有着相同的帧结构，它的时隙格式见表2 - 3 。 表2 3e - d p c c h 的比特域 s l o tf o r m a tc h a n n e lb