（通信与信息系统专业论文）基于tdhsdpa系统中amc技术及信道算法研究.pdf

摘要 t d h s d p a 是第三代移动通信标准t d s c d m a 的增强型技术，引入其的目的是 为了应对日益增长的数据通信业务，提高系统的数据吞吐量和竞争力。为了实现 高速数据通信的目标，在t d h s d p a 系统中引入a m c 、h a r q 、m 工m 0 等新技术。 本文主要研究了两种自适应调制编码技术，第一种是基于探索的自适调制编 码技术，它根据的误帧率和重传次数信息来决定调制编码方式：第二种是基于信道 估计预测的自适应调制编码技术，它根据信道信噪比预测的结果调节调制编码方 案。本文对上述两种自适应调制编码策略进行仿真，分析了各自的优缺点。 在研究了分组调度算法时对三种经典分组调度算法进行了仿真比较，对经典 p f 算法进行了改进，仿真表明改进的p f 算法提高了吞吐量和公平性。 关键词： t d h s d p a自适应调制编码分组调度算法 a b s t r a c t t d h s d p ai sa ne i l h a i l c e dt e c h n o l o g yo ft d s c d m a ，w h i c hi so n eo f 仕i et b j r d g e n e r a t i o nm o b i l ec o m 瑚l m i c a t i o ns t 锄d a r d s ，蛐ga ts a t i s 母i 1 1 9 l ee v e r - i i l c r e a s i i l g d a t ac o m m u n i c a t i o ns e r v i c ea i l di i l c r e 弱i 1 1 9t h et l l r o u g h p u ta n dc o m p e t i t i v e n e s s t b a c l l i e v em eg o a lo fh i 曲一s p e e d i a t ac 伽删c a t i o i l t e c h n o l o g i e ss u c hl i k ea m c ， h a r q 趾dm i m o a r em d u c e dt o 此t d - h s d p as y s t e m s t k sa r t i c l ep e 墒m e da i li n v e s t i g 撕o no nt 、) l ，os e l f a d a p t i v ec o d i i l gt e c l l i l o l o g i e s ； t l l ef i r s to n ei sb a u s e do ne x p l o r a t i o n ，、) 1 7 ：h j c hi i e t i 黜血e sc o i d i 】唱础da c c o r d i n gt 0 世l e r a t eo fm ee 盯o r 丘锄e sa n dm e 姗n l b e ro fr e 仃趾s i i l i s s i o n ；也es e c o n ds e l f 二a d a p t i v e c o 血gt e c l l n o l o g yi s b a s e do n 舭p r e d i c 撕o no f 也衄e l ，砌c h 删u s t sc o d i i l g m e m o d sa c c o r d i n gt ot l l es n r b o me n c o d i i l gs c h e l e s a r ei i l v e s t i g a t e db ym e s i i n l l l a t i o nt oa n a l y z et l l e i rr e s p e c t i v em 谢谯a n dd 埘b a c k s t h r e ec l a s s i c a lg r o u p 堍a l l g o 劬m sw e r ec o m p a r e db ym er e s e a r c h ；i m p r o v e m e n t s a r ec o n d u c t e dt o t h ec l a s s i c a lp fa l g o r i 恤 s i n m l a ：t i o nd e n l o n s l 工a t e dt 1 1 a tm e t 1 1 r o u 出i p ma n df a i n l e s sa r ei i i l l ) r o v e d k e yw o r d s ： t d - h s d p aa m c p a c k e ts c h e d u i i n ga l g o r i t h m 1 1 引言 第一章绪论 由于第二代通信系统已经不能满足人们更高传输速率、更低延时和更快的响 应时间的要求。因此人们提出了第三代通信，其不仅可以实现通话和低速率传送 数据等基本业务，同时也能够满足实时性、网上冲浪、高速数据文件传送等需求。 h s d p a 是自适应调制编码、分组调度、快速用户选择等无线技术的融合的一种技 术。在r 5 系统中引入了h s d p a 技术，与原有技术相比较可以明显提高下行数据业 务的承载能力、系统容量，降低延时尤其对于上下行流量不对称的数据业务n 3 。 目前，w c d m a ，c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a 是公认的三大主流移动通信技术。h s d p a 标准已经稳定，并且h s d p a 的技术试验已经得到实际验证。在w c d m a 移动通信网 中h s d p a 已经得到了利用，同时h s d p a 商用网络在世界上许多地方已经建设和使 用。在t d s c d m a 系统中引入h s d p a 技术相对来说晚一些，但由于t d s c d m a 特有 的灵活上下行时隙配置方式。与g s m 网络中引入e d g e 功能相比较在t d s c d m a 网 络向h s d p a 的演进升级这一过程的复杂性比较低。将h s d p a 引入将大大增强 t d s c d m a 的系统吞吐量，同时也能提高t d s c d m a 的竞争力。 1 2t d h s d p a 演进过程 我们国家的t d s c d m a 标准目前可以分为三个大的版本乜1 ：基本版本、增强版 本和长期演进本。每个版本的主要功能是不同的，如表1 1 所示，其演进过程如 图1 1 所示。 、 基本版本 增强版本 r e l e a s e 9 八 r 5 卜 长期演进版本 r 6 l t e r 4 r 7 图卜1t d s c d m a 演进过程 在3 g p pr 5 协议中提出了h s d p a ，是一种满足上下行数据业务不对称的调制 解调算法，t d s c d m a 网络结构的基础上引入h s d p a ，把单载波下行数据业务速率 从1 6 m b p s 提高到2 8 m b p s ，是提高下行容量和数据业务速率的一种重要技术。 表卜1 三个版本的比较 版本基本版本增强版本长期演进版本 语音，数据，n 频点包含h s d p a h s u p a 及长期演进版本是l t e ， 等功能，包括在3 g p p其演进，如应用多载目前处于s t u d yi t e m 功能和技术 r 4 规范和国家行业标波、多天线的h s p a +阶段 准 h s d p a 包含的技术 h s d p a 增强技术h s d p a 不包含的技术 图卜2h s d p a 技术演进 根据3 g p p 组织，h s d p a 可以分为以下三个阶段：第一阶段是基本的h s d p a ， 其版本是3 g p pr e l e a s e 5 ，其目标是实现峰值传输数率达到1 0 8 m b i t s ，引入的功 能有控制信道支持高速下行链路共享信道( h s d s c h ) 、自适应调制技术、n o d eb 中具有高速多媒体接入( m a c ) 协议；第二阶段是增强型h s d p a ，其版本是3 g p p r e l e a s e 6 ，其目标是实现峰值传输速率达到3 0 m b i t s ，引入的新功能包括天线阵 列技术、h a r q 技术、自适应编码技术、m i m 0 技术：第三阶段是新空中接口，采 用新的空中接口技术，利用智能天线和自适应调制编码技术相结合，实现峰值传 输率达到1 0 0 m b i t s 。图卜2 总结了h s d p a 系统相对于t d s c d m a 系统的技术演进。 1 3 课题目的和意义 由于第二代通信系统的不能满足目前人们的需求，第三代通信系统在加强分 组数据和传输性能方面做了很大的改善，但是随着人们对信息服务及时性要求的 日益提高，实时下载、流媒体类业务如视频点播、网上冲浪、面对面视频会议等 数据业务已经不能满足现有的要求。为了满足以宽带多媒体业务为代表的需要， 我国提出并发展具有自主知识产权的第三代移动通讯技术t d s c d m a ( t i m e d i v i s i o ns y n c h r o n o u sc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，时分同步码分多 址接入) ，同时也为了能够更好地与其它无线技术对数据业务的支持相竞争，3 g p p 在r 5 引入了h 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 ，高速下行分组接 2 入) 技术，h s d p a 作为无线增强技术的集合，是为了满足上下行数据业务不对称 的要求而提出的一种调制解调算法。 如果t d s c d m a 仅作为一种3 g 移动通信技术或一种3 g 移动通信标准是不能充 分体现其意义以及重要性的，只有t d s c d m a 在我国的成功商用并冲出国门在全球 成功商用时，其先进的移动通信技术才能被全球的移动用户所享用，其作为3 g 移动通信标准的价值及意义才能被证实。t d s c d m a 能否成功商用，不仅仅取决于 其自身技术的先进性，还依赖于高质量的功能完备、产品形态丰富多样的终端， 只有通过t d s c d m a 终端才能将t d s c d m a 技术的优势以及3 g 业务的丰富多彩最终 呈现给移动终端用户。3 g p p ( 3 r dg e n e r a ti o np a r t n e r s h i pp r o j e c t ，第三代 合作伙伴计划) 在r 5 和r 6 版本规范中分别引入了重要的增强技术，即h s d p a 和 h s u p a 技术。h s d p a 是一些无线增强技术的集合，利用h s d p a 技术可以在现有技术 的基础上能够提高下行数据峰值速率。信息产业部在今年已启动t d s c d m a 全国试 验网建设并全面升级为t d h s d p a ，产业商用化在即，但t d s c d m ah s d p a 终端的 发展相对滞后，已成为t d s c d m a 产业的瓶颈。 1 4 论文内容及安排 本论论文主要研究了h s d p ：a 系统中自适应调制编码技术1 3 j 和分组调度算法 【4 1 。自适应调制编码( a m c ) 技术的原理及特点，根据信道状态信息不同，将a m c 技术分为探索类和基于信噪比估计的自适应编码调制技术，最后将两类自适应编 码调制技术进行仿真和比较。对轮循算法、最大载干比算法和比例公平算法三种 分组调度技术在吞吐量和公平两个方面进行了仿真比较，给出了算法性能的对比 结果。对经典p f 算法进行了改进提高了用户间的公平性和系统的吞吐量分组调度 算法进行了仿真和改进。通过仿真得到了三种典型分组调度算法的性能对比结果， 同时提出了一种基于经典p f 算法的改进算法，仿真结果表明其有效改善了经典 p f 算法的用户间不公平性，提高用户吞吐量。 本文的内容结构如下： 第一章为绪论，介绍了本课题的背景，提出了研究的目的和意义，最后介绍 了论文的内容安排。 第二章介绍了h s d p a 物理结构，对h s d p a 中新引入的3 中物理信道进行了简 单的介绍，并对高速下行共享信道( h s d s c h ) 的信道调制和解调进行了分析，对 q p s k 和1 6 q a m 进行比较。 第三章介绍了自适应调制编码技术的原理、基本结构及分类。重点介绍了探 索类自适应调制编码和基于信道估计的自适应调制编码，并通过仿真对这两种算 法进行了比较。同时介绍信道质量s n r 与调度参数c q i 之间具有线性关系的结论， 调度失效的分析，给出了理论上调度失效的临界速率。 第四章对轮循算法、最大载干比算法和比例公平算法分组调度技术在吞吐量 和公平两个方面进行了仿真比较，给出了算法性能的对比结果。对经典p f 算法进 行了改进提高了用户间的公平性和系统的吞吐量。 第五章对本论文整体内容进行概括，提出进一步研究的方向。 4 第二章t d h s d p a 的物理层结构 h s d p a 多载波、多天线等无线增强技术的集合，将h s d p a 引入t d s c d m a 系统 中大大提高了下行数据峰值速率，h s d p a 技术同样可以应用到w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 ， 其在不同系统中的实现方式十分类似。本文主要介绍t d s c d m a 制式下的h s d p a 技术。 h s d p a 主要引进了高速下行共享信道( 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 d c h a n n e l ) 来增强空中接口传输能力，并需要在u t r a n 中增加相应的功能实体来配 合完成。从底层技术来看，h s d p a 主要引入了a m c 技术和h a r q 技术来增加系统的 数据吞吐量。从整体构架来看，h s d p a 主要增强了n o d eb 的处理能力，在n o d eb 的m a c 层引入了一个新的m a c - h s 实体，专门完成h s d s c h 相关的配置和h a r q 过 程。下面将对h s d p a 的物理结构进行详细论述。 2 1 新增信道 h s d p a 物理信道的使用与d c h 和d s c h 的配合使用相似，它承载的业务时延限 制更为严格，例如a m r 话务业务。为实现h s d p a 的功能特性，3 g p pr 5 在物理层 规范中引入了3 种新的信道，如图2 1 所示，三种信道的功能也是不同的，功能 对比如表2 1 。 图2 1h s d p a 相关的物理信道 同 l z = z = d 燃霾溉一 表2 1 三种信道的功能 信道功能 在下行链路方向承载用户数据，采用1 6 q a m 高速下行共享信道( h s d s c h ) 时，其峰值速率可达到1 0 m b i t s 。 承载必要的控制信息，以确保能够对h s d s c h 上的数据进行解码。如果发生认为是错误的 高速下行共享控制信道( h s s c c h ) 数据包则需要重传，还有可能要对h s d s c h 上发送的数据进行物理层的合并。 承载上行链路中必要的控制命令，即 a r q ( a m o m a t i cr e p e a tr e q u e s t ) 确认( 肯定和 高速上行专用物理控制信道( h s p d c c h ) 否定) 和下行链路质量反馈信息( c q i ， c h a n n e lq u a l it y 工n d ic a t o r ) 。 2 1 1 高速下行共享信道( h s _ d s c h ) h s d s c h 主要是技术无线传输，顾名思义，这个信道体现在负责传输用户分 组数据，在每个传输时隙，用户被分配一个调制编码方案( m o d u l a t i o na n dc o d i n g s c h e m e ，m c s ) 来实现最大化的吞吐量，同时保持一个低的重传率。信道共享方式 可分为时分复用和码分复用，h s d s c h 其主要采用的时分复用口1 ，传输时间间隔 ( t r a n s m i s s i o nt i m ei n t e r v a l ，t t i ) 有3 时隙构成，帧长为2 m s 。选择2 m s 时 隙的传送数据比选着1 0 m s 更有利，这样降低了往返的延时，提高了信道估计的有 效性。例如：一个长时间的t t i 结合a m c ，更多的信道变化发生在传送过程中， 可能导致数据包损坏。 在2 m s 内，固定传输因子为s f = 1 6 ( s p r e a d i n gf a c t o r ) 用来编码复用，为 h s d s c h 提供最大1 5 的并行信道。在t t i 内，这些信道有可能只分配给一个用户， 或者分配给几个用户。分配给每个用户的并行信道数量取决于用户的承载能力和 服务质量( q u a l i t yo fs e r v i c e ，q o s ) 要求。 在调制方式上，除了采用r 9 9 中的q p s k 调制方式，h s d s c h 还可以采用1 6 q a m 调制方式。信道编码的类型固定为t u r b o 编码，有效地编码速率可以在1 4 3 4 之间变化。随着有效编码速率的增加，编码增益逐渐减少但传输速率得到进一步 的提高。其信道结构如图2 2 所示。 6 1 子帧：王= 2 榭 图2 2h s - d s c h 的信道结 随着信道条件、用户能力和传输块大小的变化，h s d s c h 会根据a m c 技术， 对调制编码方案、编码速率等进行调节，实现最大吞吐量。根据终端能够同时处 理的最大码字数、调制方式和混合重传合并的不同，3 g p p 规范将u e 分为1 2 类， 见表2 1 。终端类型1 2 的最大传输速率为1 8 m b i t s ，而终端类型6 的最大传输 速率为3 6 m b i t s 。传输速率最高的终端类型为1 0 类终端。限于当前终端芯片处 理能力，已经能够商用的h s d p a 终端大多数为1 2 类，而前6 类h s d p a 终端还很少。 h s d s c h 传输信道的有以下特征：( 1 ) 从一个c c t r c h ( c o d e dc o m p o s i t e t r a n s p o r tc h a n n e l ，编码合成传输信道) 信道中处理并译码得到一个h s d s c h 传 输信道。( 2 ) 每个终端只有一个h s d s c h 类型的c c t r c h 。( 3 ) c c t r c h 可以映射到 一个或几个物理信道。( 4 ) 每个c c t r c h 只有一个h s d s c h 。( 5 ) 只存在下行链路 中。( 6 ) 可以使用波束赋形。( 7 ) 可以采用链路自适应技术而非功率控制技术。 ( 8 ) 可以在整个小区内广播。( 9 ) 总是与一个d p c h 和一个或多个h s s c c h 有关。 表2 一lu e 终端类型对应表 u e 类调制方h s d s c h 码最小t t i最大数据率是否采用i r 传输 别式数 ( m s )( m b i t s ) l 1 6 q a m 531 2 2否 2 1 6 q a m 531 2 2 是 3 1 6 q a m5 21 8 2 否 4 1 6 q a m5 21 8 2 是 5 1 6 q a m 513 6 5 否 6 1 6 q a m5 13 6 5 是 7 1 6 q a m 1 0 17 2 1 否 8 1 6 q a m 1 0 、 17 2 1 是 9 1 6 q a m 1 511 0 1 3否 1 0 1 6 q a m 1 511 3 9 8 是 1 1 q p s k 520 9 1 否 1 2 q p s k 511 8 2 否 2 1 2 高速共享控制信道( h s s c c h ) h s s c c h 信道是下行物理信道，它承载译码h s p d s c h 信道所需要用户的各种 信息，包括信道编码设置、调制方式、姒r q 协议等信息。在h s s c c h 中所有的信 息需要成功的解码，信道编码设置和调制方式是时间关键参数。这些在h s s c c h 中的并行编码信息确定用户内容，以及用q p s k 或1 6 一q a m 来传送。如果在h s d s c h 的t t 工之前这个数据没有接收到，这些数据将被缓存起来，直到接收到u e 这些参 数，这就增加了延迟和缓冲要求。h s s c c h 信道结构如图2 3 所示，它有三部分 组成，分别是s l o t # 0 、s l o t # 1 和s l o t # 2 。它们各部分的功能如下：第一部分 ( s l o t # o ) 其内存储信道编码调制方式等信息，u e 将在s 1 0 t # 1 内解调出s l o t # o 中的相关信息，并将解调出来的信息用于s l o t # 2 的开始时刻启动h s p d s c h 解扰解扩过程。；第二部分由s l o t # l 和s l o t # 2 构成，包括传输块大小指示、h a r q 进程号、r v 参数、新数据指示；第二部分信息将会在s l o t # 2 结束后的一段时间 内解出来，在没解出来之前，要缓存h s p d s c h 解码后的符号级数据，等第二部分 信息解出来之后进行h s p d s c h 信道的解速率匹配、软比特合并、t u r b o 译码操作。 1 子帧z = 挑 图2 3h s s c c h 的信道结 从图2 3 中可以看出：h s - s c c h 在2 m s t t i 内传输的比特数固定不变。 当u e 工作在h s d p a 模式时，它将连续监测h s s c c h 。h s s c c h 承载解调h s d s c h 以及h s p d s c h 所需要的信息，包括h s p d s c h 采用的调制编码方式、分配给 h s p d s c h 的0 v s f 码，h a r q 参数以及u e 标识h s s c c h 的机构如图2 4 所示。 信道化 调制方式 h a r q 传输格冗余及新数据循环冗 式指示星座图指示符余检验 码集合过程标识 ( t f r i )版本( n d i )( c r c ) 应用于u s c ri d ( h r n t i ) 加扰 图2 4h s s c c h 结构示意图 h s s c c h 是用来传送与h s d s c h 相关的高层控制信息的下行物理信道。 h s s c c h 采用固定的s f l 6 扩频因子。 8 2 1 3 高速上行专用控制信道( h s d p c c h ) h s d p a 中引入的第三个信信道是h s d p c c h 。该信道是负责上行线路的a c k ( a c k n o w l e d g e m e n t s ，a c k ) 和n a c k ( n e g a t i v ea c k n o w l e d g e m e n t s ，n a c k ) 来指 示前一个数据包的状态。信道质量( c q i ) 也要发送到这个信道中。一个5 位值用 来指示那种调制和编码方案适合未来的传输。不同的码字表示m c s 范围从q p s k ( r = 1 4 ，t u r b o 编码) 到1 6 一q a m ( r = 3 4 ，t u r b o 编码) 。一个状态用来保存在极 其恶劣的信道条件下不能传送。n o d eb 调度器需要以此信道质量反馈消息来决定 下一t t l 分配给那个u e 进行数据传输及其所能容许的最大传输速率。h s d p c c h 结构如图2 5 所示。第一部分( s 1 0 t # 1 ) 承载h s d p c c h 传输块的接收确认消息 ( a c k n a k ) 。在n o d eb 未获得任何接收确认信息时，u e 需要重传a c k n a k 消息。 重传次数最多为4 次，并且可以通过u t r a n 进行配置u 1 。首次a c k n a k 消息将在对 应h s d s c h 传输块传输结束后的5 m s ( 7 5 时隙) 后发送。h s d p c c h 、h s s c c h 以 及h s p d s c h 之间的时序关系如图2 6 所示。 图2 5h s d p c c h 结构示意图 a c k c q i 7 5 时隙 a c k c q i 【s d p c c h ( 5 m s ) i s s c c h 2 5 时隙 i 名盟i ! 垦 i | 1 23456789 2 邶 一， 图2 6h s d p a 各信道时序关系图 由图2 6 可见，u e 通过h s d p c c h 反馈下行信道质量( c q i ) ，同时，先前已 接收数据块的确认消息a c k 或n a k 消息也会在该信道中发送。如果n o d eb 决定发 送数据给u e ，它将会通过h s s c c h 分配相应物理信道以及传输格式、调制方式等 信息给u e 。接下来的2 时隙之后n o d eb 将数据承载在一个或者几个h s p d s c h 上 进行传输瞳1 。因此，h s s c c h 传输和h s d p c c h 传输有所重叠，这也正是前述h s s c c h 9 第一部分承载时间蜜柑信息的原因。最后，当u e 解调数据之后，再次反馈确认信 息和c q i 报告。 第二部分( 后两个时隙) 承载c q i 信息。u e 通过测量下行c p 工c h 的信道质量 来计算需要反馈的c q i 取值。该c q i 值反应了假设信道质量不发生变化时u e 在保 证误块率小于1 0 的条件下所能处理的最大数据速率。3 g p p 规范为每种能力等级 的终端定义了不同的c q i 映射表。从c q i 表征了下行链路的数据传输块长度、调 制方式和并行传输信道数目的组合方式。同样的，在某些情况下，u e 需要重传c q i ， 容许的重传次数需要通过u t r a n 进行配置，但最大重传次数为4 次。u t r a n 同时 可以对c q 工的报告周期性配置，范围在2 1 6 0 m s 之间。由于h s d p c c h 承载质量 相关的控制信息，因此为了保证其传输质量，采用的扩频因子为2 5 6 。 2 2h s d p a 物理层结构 物理层结构分为用户侧和基站两种，而每一种又分为上行和下行两类。图2 7 是用户侧和网络侧两种角度h s d s c h 的物理模型。图2 7 ( a ) 表示出了下行网络侧 带有h a r q 编码、复用和调制实体，该实体按照m a ch s d s c h 调度和优先级算法对 数据进行编码、复用和调制。在物理层还有一个h a r q 信息和调度信息信令实体， 他们处理m a ch s d s c h 的信令方式和t f c i 处理d c h 时的方式是一样的。图2 7 ( b ) 是相应的终端接收机部分，h a r q 信息和调度信息信令实体接收必要的信息用于 h a r q 解码、复用以及解调。 o 二 p h y 王a r o 编码、复用及调制 h a l 吣信息和调度信令 r i 鼬r c nl 帕，c ni 脚c h p i i y i n r q 编码、复用及调制 kk h a r q f 言息和调度信令 a i 哪c hl 脚c ni 脚c h ( a )( b ) ( a ) 网络侧( b ) u e 侧 图2 7 下行h s - d s c h 物理层模型 图2 8 是支持h s d s c h 的终端反馈配置，反馈实体是由m a ch s d s c h 控制的， 反馈包含了h a r q 信息和辅助调度信息( 例如：对调制编码方案选择的信道质量估 计) ，调度信息反馈是由m a ch s d s c h 调度实体使用的，而h a r q 信息是由m a c h s d s c hh a r q 实体使用的，d c h 用于更新于h s d s c h 相关的不必要的u l 通道。图 2 8 a 是反馈信息网络接收端。 1 0 ( a )( b ) ( a ) 网络侧( b ) u e 侧 图2 8 上行h s d s c h 物理层模型 下面详细叙述u e 侧物理层结构。图2 9 为具体的与d p c h 相关的h s p d s c h 用 户侧下行链路物理层模型，图中h s p d s c h 从小区1 开始传输。 基本下行信道配置包括：一个或多个h s p d s c h 连同一个相关的d p c h 信道( 这 个d p c h 信道是与许多个独立共享的物理控制信道组合在一起) 以及一些h s s c c h 信道，在给定的时刻分配到u e 的共享物理控制信道集称为一个h s s c c h 集，在一 个给定的小区内，u t r a n 可以使用多个h s s c c h 集，在h s s c c h 消息和相应的 h s p d s c h 子帧的起始时刻存在一个固定的时间偏移。 编码合 传输信 图2 9 用户下行物理层模型 h s s c c h 使用一个特定的u ec r c 来携带u e 一致性标志，可以识别u e ，因为 它携带了h s p d s c h 必须的信息。在一个给定的小区中使用的h s p d s c h 信道码并 未通过r r c ( r a d i or e s o u r c ec o n t r 0 1 ，无线资源控制) 信令发送给u e ，在一个给定 的t t i 内，h s s c c h 向分配给一个u e 的h s p d s c h 发送信道码集的消息。h s s c c h 的第一部分包括信道码集和调制方案，以便h s d s c h 分配；第二部分包括传输块 的大小及h a r q 相关信息。在这两部分以及u e - i d 中均计算一个c r c ，并将其预付 h s s c c h 信息中。在连续的h s d s c ht t i 内，如果h s d s c h 传输给相同的u e ，同 蕊上l j蕊 的h s s c c h 应该用于相应的相关下行链路信令。 d c hd c h 译码和解复用 ；道 解复用 獬敝土”圃 图2 1 0 用尸侧上行链路物理层模型 图2 1 0 给出了用户侧上行链路的物理层模型。在f d d 中，上行信令使用扩频 因子为2 5 6 的附加d p c c h ，与现有的专用上行物理信道进行码复用，h s d s c h 相关 的上行信令包括h a r q 响应和信道质量指示器。 在物理层，h s d p a 传输应该在用户共享的一列下行物理信道上实现，具体实 现可在码域也可在时域。h s d p a 技术的总体物理层结构如图2 1 1 所示，应该注意 的是链路级仿真就是基于图2 1 1 的原理图进行仿真的。 图2 1 lh s d p a 物理层结构 2 3h s d s c h 信道编码与调制 h s d s c h 是t d s c d m ar 9 9 版引入的下行链路共享信道( d s c h ) 的演进，以实 现不同用户传输的时分复用，为获得更高的数据率和频谱率，在r 5 版中使用较短 的分组和多码操作，以及如h s d s c h 上的a m c 和h a r q 这类技术代替d s c h 的快速 功率控制和可变扩频系数。 1 2 物理 h s 1 6 q 加c 码块信道 层 d s c 物理 a m h a 信道 比特 rc 分割编码 h 交 r q映射重分 功能 织 配 图2 一1 2h s d s c h 的信道编码及物理信道映射 图2 1 2 是h s d s c h 的编码框图，信道编码使用是1 3 速率的t u r b o 编码器( 编 码器每一进入1 b i t ，就输出3 b i t ) ，但h s d p a 中有效码率的变化取决于在两级h a r q 速率匹配过程期间所施加的参数。 2 3 1 交织 f d d 模式下的交织器如图2 1 3 所示，每个物理信道是相分离的，对于q p s k 调制而言，交织器与r e l e a s e 9 9 中描述的一样啊，交织器具有固定的长度：3 2 行、 3 0 列。 对于1 6 q a m 调制而言，有两个固定长度相同大小的交织器，其大小为： r 2 c 2 = 3 2 3 0 ，经物理信道分割后的输出比特在交织器间分离：所有的奇数序 列比特到达交织器1 ，而所有的偶数序列比特到达交织器2 。 甜p ，女 ( q p s k )r - e l e 觞d 9 9 甜p ，i ( q p s k ) ( 3 2 x 3 0 ) “p ，2 七一l ( 1 6 q p s k )z f p ，2 女_ 1 ( 1 6 q l ”p ，2 七 ( 1 6 q p s k ) r e l e 弱e 9 9 ( 3 2 x3 0 ) 材p ，2 t ( 1 6 q l 图2 1 3h s d p a 的交织器结构 2 3 21 6 q 州调制时的比特重分配 比特重分配的功能只是用1 6 q a m 。表2 2 ；列出了不同重分配方案时的操作。 输入序列比特映射到一个具有4 个元素的集合中，甜肚、甜肚+ 。、“m 2 、甜肚+ 3 映射 为、f 2 、g l 、9 2 ，其中km o d4 = 0 。 表2 21 6 q a m 比特重分配 比特重分配参数b输出比特序列操作 o l l 、9 1 、1 2 、g2 无 l f 2 、g2 、f l 、g lf 。和f ：交换，留。和g ：交换 2 f l 、g l 、 i2 、 g2与0 0 1 1 异或( 等价于取f ：和g ：的逻辑非) 3 j 2 、g2 、 z l 、 9 1f 。和f ：交换，g 。和g ：交换，再与0 0 1 1 异或 上述表格中输出比特序列映射到具有4 个元素的输出比特组如：、+ l 、 “、”，其中km o d 4 = o 。 2 3 3h s d s c h 的调制 h s d s c h 编码方案基于r 9 91 3 码率t u r b o 编码，但是增加了穿刺速率匹配 和重复获得高速率有效编码( 约1 6 到1 1 ) 。为了更有效的高速峰值数据率，h s d p a 除了q p s k 方式外，增加了1 6 q a m 。例如：采用1 6 q a m ，速率3 4 信道编码是的峰 值速率为7 1 2 k b p s ( s f = 1 6 ) ，而采用q p s k 的最大峰值只有1 1 9 k b p s 。调制和编码的 组合，有时表示一个传输格式和资源的组合( t f r c ) 。h s d s c h 可利用的t f r c 如 表2 3 。一个足够好信道条件用户可以同时接受1 5 个并行多吗使得最高峰值速率 达到1 0 8 m b p s 。这是h s d p a 所支持的最大峰值速率，只能在非常有利的环境或与先 进的传输和接收技术的实现。 h s d s c h 可以使用两种类型的调制方式，分别是q p s k 和1 6 q a m 。与q p s k 相比， 1 6 q a m 的峰值速率是q p s k 的两倍。q p s k 和1 6 q a m 的星座图如图2 1 4 所示。由于 q p s k 星图只有四个星座点，所以一个符号代表代表2 个比特，而1 6 q a m 星座图有 1 6 个星座点，所以一个符号代表4 个比特。 表2 3t f t r 和相应的用户数据率 t f r c 调制方式编码率数据率( 1 码) 数据率( 5 码)数据率( 1 5 码) 1q p s k1 4 1 1 9 k b p s 0 6 m b p s1 8 m b p s 、 2q p s k 1 2 2 3 7 k b p s 1 2 m b p s3 6 m b p s 3 q p s k 3 4 3 5 6 k b p s1 8 m b p s5 3 m b p s 41 6 q a m 1 2 4 7 7 k b p s2 4 晒p s7 2 讹p s 51 6 q a m 3 4 7 1 2 b p s 3 6 m b p s1 0 8 m b p s 1 4 1 0 l l0 1 2 4 本章小结 l o l li l 0 0 0 1 1 l l o l 0l o o o 0 0 1 0 1 l l ol l 0 l 0 1 l o 1 1 1 i 1 l o l 0 i o l0 1 l i q p s k 1 6 q a m 图2 1 4q p s k 和1 6 q a m 的星座图 本章主要是对h s d p a 中的物理结构进行简单的描述，对h s d p a 中新引入了3 中信道：高速下行共享信道( h s d s c h ) 、高速共享控制信道( h s s c c h ) 、高速上 行专用控制信道( h s d p c c c h ) 进行分析及在信道中的作用进行讲解。 对h s d s c h 信道的调制和解调进行了分析，其中对q p s k 和1 6 q a m 进行比较， 采用1 6 q a m 调制方式，峰值传输速率可达到1 6 m b i t s 第三章t d h s d p a 中州c 原理及性能分析 3 1 川c 原理 自适应调制编码是第三代无线系统标准中的一项关键技术，在衰落信道中实 现高频谱效率。自适应调制编码的核心思想是：根据信道条件动态的改变调制和 编码方式( m c s ) 调节整体的频谱效率。对于选择合适m c s 是通过接收端估计信道 条件和在每一时隙反馈到发送端的信息决定的。 传统系统中始终采用一种调制方案，通过快速功率控制来适应信道条件的改 变。相反，a m c 传输利用恒定功率，通过改天调制编码方案来适应这些变化。由 于给条件好的用户分配高阶调制编码方案，这提高了系统的吞吐量。在每一次传 送时采用高阶编码调制，同样提高了频谱效率。 自适应调制编码( a m c ) 技术的基本原理啼1 是根据信道条件，动态的改变调制方 式、编码方式等参数，来提高系统频谱利用效率。信道质量变差时采用低阶调制 编码方案，平缓地降低其数据吞吐量来保证u e 的可靠性，在信道条件较好时采用 高阶调制编码方式，以较高的速率传输保证最大化用户吞吐量。 a m c 系统的原理框图如图3 一l 所示，发射机由编码器和调制器构成，同时利用 信道估计器将得到信道的状态信息反馈到发射端，然后发射机依据白适应算法进 而改变发射机的调制编码方案等参数来保证用户的获得最大的吞吐量。接收机通 过解调器和译码器得到所需的信息序列。 图3 1a m c 调制系统原理框图 h s d p a 中的链路自适应( l i n ka d a p t a t i o n ，l a ) 是指系统依据无线链路状况， 动态地改变调制方案和编码速率。具体地说，当u e 离n o d eb 比较近时，信道的 质量比较好，传输条件要求比较低，用户将被分配级别较高的调制编码方案获得 较高的数据速率，其缺点是抗干扰性能和纠错能力较差。当u e 离n o d eb 比较远 的时，信道衰落严重并且存在严重的干扰和噪声，传输条比较差，这时候用户将 1 6 被分配低价的调制编码方案( q p s k ，1 4t u r b o 编码) ，保证传输数据的可靠性，。 自适应编码调制的基本原理如图3 2 。 ，一- - - - 一- 一- 一一一一- 一- 一一- 一一一一一- 一一一一- 一- 一一一一一一- 一一一一- 一- 一一_ 一一一一- 一一一- 一、 ： 高数据速率： i 图3 2自适应编码调制基本原理 u e 首先估计下行链路的传输状况，然后将传输状况周期性地向n o d eb 传送 信道质量指示信号。收到信道质量指示信号后，基站依据当时的信道状况，选择 最佳的调制方式( q p s k 或1 6 q a m ) 、编码速率( 1 3 1 ) 以及码长( 1 1 5 ，链路自适 应保证数据速率在任何时候都能达到最高。 3 2 探索类自适应调制编码技术 3 2 1 基本原理 探索类a m c 技术不是根据反馈的信道条件做出相应调整，它与信道状态无 关，而是根据一个计时器和未正确接收a c k 帧的次数来调整其编码调制方案。探 索类自适应调制编码的代表就是a r f ( a u t or a t ef a l l b a c k ) 。在8 0 2 1 1 标准中， 应用最广的是自适应率方式是a r f ，它最开始是应用于朗讯公司的w a v el a n 设备。 a r f 的基本思想是：当发送端发送一个数据帧，如果接收端正确接收到，则发送 端则会接收到由接收端反馈回来的a c k 帧，如果接收端没有正确的接受到，则发 送端会接收到由接收端反馈回来的n a c k 帧。 图3 3 是a r f 技术的流程图，其过程如下：如果发射端连续两次没有接收 a c k 帧，第二次重传的数据帧和随后的传输需要在一个较低的传输率上实现，并 且计时器开始计时。无论是计时器到期还是接收a c k 帧的数量达到1 0 次，传输率 将提高到更高级别的传输率，同时计时器取消。如果在下