（通信与信息系统专业论文）hsdpa系统machs协议实现及速率控制算法研究.pdf

摘要 摘要 w c d m a 是第三代移动通信系统的重要标准之一，高速下行分组接入( h s d p a ) 技术是 w c d m a 在r e l e a s e5 规范中包含的关键新特征。h s d p a 技术用自适应编码调制( a m c ) 、多 码传输和快速重传机制取代了可变扩频比和快速功率控制。为了支持h s d p a ，n o d e b 中引 入了协议实体m a c h s 负责优先级处理，a r q 功能和调度机制。论文对m a c - h s 协议实现 和h s d p a 系统速率控制相关算法进行了研究。 首先，按照3 g p p 规范采用o p n e t 软件平台实现了m a c - l l s 协议快速分组调度、a m c 和h a r q 控制等功能，同时完成了业务建模、无线信道建模和l i e 移动性建模等系统性能 仿真平台的构成部分。 其次，在链路级对速率控制的相关技术和算法进行了仿真研究。h s d p a 采用a m c 和 多码传输进行传输速率控制，需要l y e 端测量并反馈下行链路的信道质量指示( c q i ) 给n o d e b 。本文研究了c q i 的报告方法，在此基础上对影响链路自适应技术性能的各种因素如车速、 信干比( s 1 r ) 估计误差、c q i 反馈延时等进行了仿真研究。由于反馈延时的影响，高车速时 c q i 不能跟踪衰落信道的快速变化。我们把自适应长期信道预测技术应用到h s d p a 系统中， 补偿反馈延时的影响。仿真结果表明，采用本文所述的长期自适应信道预测，在高车速时可 以提高l i e 吞吐量，并且在各种车速变化情况下都得到较高的l i e 吞吐量。 最后，研究了系统级速率控制相关的算法，重点是快速分组调度算法。n o d eb 中采用 的调度算法决定分配给每个u e 的数据传输速率和码道功率。我们研究了轮询( r r ) ，公平吞 吐量( f t h ) ，最大载干比( m a xc a ) ，正比公平( p f ) 等传统分组调度算法的性能。在此基础上， 提出了适用于h s d p a 系统的修正p f ( m p d 算法。该算法除了考虑l i e 的信道质量和平均吞 吐量外，还考虑了l i e 长期吞吐量公平性，数据缓冲队列队首元素等待时间，业务的q o s 限制等。仿真结果表明该算法能提供更好的吞吐量公平性和时延抖动控制，代价是损失一定 小区吞吐量。 【关键词】高速下行分组接入，无线资源管理，速率控制，快速分组调度，长期信道预测 a b s t r a c t a b s t r a c t w c d m ai so n eo ft h em a j o rs t a n d a r d sf o r3 gm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n s h i g hs p e e d d o w n l i n kp a c k e ta c c e s s ( h s d p a ) i st h ek e yn e wf e a t u r ei n c l u d e di nt h er e l e a s e5s p e c i f i c a t i o n s w i t hh s d p a ，v a r i a b l es fa n df a s tp o w e rc o n t r o la y er e p l a c e db ya d a p t i v em o d u l a t i o na n d c o d i n g ( a m c ) ，e x t e n s i v em u l t i c o d et r a n s m i s s i o na n dh y b r i da r q ( h a r q ) an e wp r o t o c o l e n t i t ym a c h si si n t r o d u c e di nn o d ebf o rh s d p a m a c - h s i sr e s p o n s i b l ef o rp r o f i t yh a n d l i n g ， a r qf u n c t i o n a l i t ya n dp a c k e ts c h e d u l i n g t h er e a l i z a t i o no fm a c - h sa n da l g o r i t h m so fr a t e c o n t r o la r es t u d i e di nt h i st h e s i s f i r s t l y , f a s tp a c k e ts c h e d u l i n g ，a m ca n dh a r qc o n t r o lf u n c t i o n a l i t i e so fm a c h sa y e r e a l i z e da c c o r d i n gt o3 g p ps p e c i f i c a t i o n so no p n e t i na d d i t i o n ，b a s i cc o m p o n e n t so fs y s t e m s i m u l a t i o np l a t f o r m ，n a m e l ys e r v i c em o d e l i n g , r a d i oc h a n n e lm o d e l i n ga n du em o b i l i t ym o d e l i n g a y ei m p l e m e n t e d s e c o n d l y w es t u d i e dt h ep e r f o r m a n c eo fl i n kl e v e lt e c h n i q u e sa n da l g o r i t h m sr e l a t e dt or a t e c o n t r 0 1 i no r d e rt oc o n t r o ld a t ar a t eu s i n ga m ca n dm u l t i c o d et r a n s m i s s i o n ，u es h o u l dm e a s u r e t h ed o w n l i n kc h a n n e lq u a l i t ya n dr e p o r tc h a n n e lq u a l i t yi n d i c a t i o n ( c q l ) t on o d eb w es t u d i e d t h ec q ir e p o r t i n gs c h e m e b a s e do nt h i ss t u d y , w es i m u l a t e dt h ef a c t o r st h a ta f f e c tt h e p e r f o r m a n c eo fl i n ka d a p t i o nt e c h n i q u e ，s u c ha su ev e l o c i t y , s i re s t i m a t i o ne r r o ra n dc q i f e e d b a c kd e l a y b e c a u s eo f t h ef e e d b a c k ed e l a y , c q ic a n tt r a c kt h ef a s tv a r i e t yo f f a d i n gc h a n n e l w ei n t r o d u c e dl o n gr a n g ep r e d i c t i o no fc h a n n e le n v e l o p et oc o m p e n s a t ef o rt h ei m p a c to fc q i f e e d b a c kd e l a y s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a ti tc a l li m p r o v et h r o u g h p u tp e r f o r m a n c eu n d e rv a r i o u s l i ev e l o c i t y f i n a l l y , w es i m u l a t e ds y s t e ml e v e la l g o r i t h m sr e l a t e dt or a t ec o n t r o lw i t he m p h a s i s o np a c k e t s c h e d u l i n g t h ep a c k e ts c h e d u l i n ga l g o r i t h mt a k e ni nn o d ebd e c i d e st h ed a t ar a t ev a l u ea n d p o w e ra l l o c a t e dt oe v e r yu e w es t u d i e dt h ep e r f o r a m e eo ft r a d i t i o n a lp a c k e ts c h e d u l i n g a l g o r i t h m sn a m e l yr o u n dr o b i n ( r r ) ，f a i rt h r o u g h p u t ( f t h ) ，m a xc ia n dp r o p a t i o n a lf a t 妒f ) b a s e do nt h e s e a l g o r i t h m s w ep r o p o s e d an e w s c h e d u l i n ga l g o r i t h mn a m e dm o d i f i e d p r o p o r t i o n a lf a i r ( m p f ) s c h e d u l i n g i tt a k e si n t oa c c o u n tt h eu e d a t ab u f f e rq u e u ef i r s te l e m e n t d e l a yi nn o d eb ，q o sc o n s t r a i n t sa n dl o n gt e r mt h r o u g h p u tf a i r n e s sb e s i d e sc h a n n e lq u a l i t ya n d u et h r o u i g h p u t i tp r o v i d e sab e t t e rd e g r e eo ff a i r n e s sa n ds e r v i c ed e l a yj i t t e rc o n t r o la tt h ec o s to f s o m ed e c l i n eo f c e l lt h r o u g h p u t k e yw o r d s ：h s d p a ，r a d i o r e s o u r c em a n a g e m e n t ，r a t ec o n t r o l ，f a s tp a c k e ts c h e d u l i n g ， l o n gr a n g ec h a n n e lp r e d i c t i o n l l 缩略语 缩略语 3 g3 r dg e n e r a t i o n 第三代移动通信系统 a w g na d d i t i v ew h i t eg a l l s s i u nn o i s e 加性高斯白噪声 b l e rb l o c ke r r o rr a t e误块率 c cc h a s ec o m b i n i n g切斯合并 c i rc a r r i e r t oi n t e r f e r e n c er a t i o载干比 c q ic h a n n e l q u a l i t yi n d i c a t o r 信道质量指示 d p d c hd e d i c a t e dp h y s i c a ld a t ac h a n n e l 专用物理数据信道 f p s f a s tp a c k e ts c h e d u l i n g 快速分组调度 f 1 h f a i rt h r o u g h p u t 公平吞吐量 g p r sg e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e 通用分组无线服务 g s mg l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s 全球移动通信系统 h a r qh y b r i da u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t 混合自动重传请求 h s d p a h i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e ta 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 k s h a r e dc h a n n e l 高速下行共享信道 h s s c c h h i g hs p e e ds h a r e dc o n t r o lc h a n n e l 高速共享控制信道 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 i ri n c r e m e n t a lr e d u n d a n c y递增冗余 l m sl e a s tm e a ns q u a r e最小均方 l r p l o n gr a n g ep r e d i c t i o n 长期预测 l t e l o n gt i m ee v o l u t i o n 长期演进 m c sm o d u l a t i o na n dc o d i n gs c h e m e 调制编码方式 m a c m e d i u ma c c e s sc o n t r o l媒体接入控制 m p fm o d i f i e dp r o p a t i o n a lf a i r 修正正比公平 n r tn o n r e a lt i m e非实时 6 7 东南大学硕十学位论文 p d u p f p q q a m q o s q p s k r n c r r r r c p r o t o c o ld a t au n i t p r o p a t i o n a lf a i r p f i o f i t yq u e u e q u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l m i o n q u a l i t yo fs e r v i c e q u a d r a t u r ep h a s es h i f tk e y i n g r a d i on e t w o r kc o n t r o i e r r o u n dr o b i n r a d i or e s o u r c ec o n t r o l r r mr a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t s f s p r e a d i n gf a c t o r s i r s i g n a lt oi n t e r f e r e n c er a t i o t f c s t r a n s m i s s i o nf o r m a tc o m b i n a t i o ns e t t f r c t r a n s m i s s i o nf o r m a tr e s o t l r c ec o m b i n a t i o n w c d m a w i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u t i p l ea c c e s s 协议数据单元 正比公平 优先队列 正交幅度调制 服务质量 四进相移键控 无线网络控制器 轮询 无线资源控制 无线资源管理 扩频因子 信干比 传输格式组合集 传输格式资源组合 宽带码分多址 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特i i i i 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，也不包含为获得东南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了谢意。 研究生签名：豇刚 日期：到i il研究生签名：壁出日期：塑f ：! 1 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公御( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：蚕_ 过导师签笤主如碟。：2 q 立：j 、抖 第l 章绪论 第1 章绪论 未来移动通信系统正朝着个人通信的目标发展，即在任何时间、任何地点和任何人之 间进行任何形式的通信。随着多媒体和无线网络业务的发展，移动通信的业务开始由传统的 以话音为主的业务向以数据业务为主转化。用户不断提出更高速率、更高质量业务的要求， 但频谱资源是有限的，这些都对蜂窝系统提出了更高的容量要求。为了满足这些日益增长的 需求，第三代移动通信系统( 3 g ) 不断演进。为了提高下行链路的传输速率，3 g p p 在w c d m a 系统的r e l e a s e5 规范中引入了一系列提高频谱利用率的技术，称为高速下行分组接入 ( h s d p a ) 。 1 1w c d m a 系列标准的演进 国际电联提出的第三代移动通信系统中，无线传输技术( r t t ) 是一个重要组成部分，决 定了这个系统承载业务的能力和性能。目前国际组织和各地区性组织都已对第三代移动通信 系统进行大量的研发工作。1 9 9 9 年1 1 月初，在芬兰赫尔辛基i t u 会议通过了i m t - 2 0 0 0 无 线接口技术规划建议，将无线接口标准明确为五个标准。日本( a r j b ) 、欧洲( e t s i ) 、美国 ( t i a ) 、( t i p l ) 、中国( c 椰、韩国( t 1 1 a ) 等是众多标准的主要提出者。从市场基础及总体系 统特征看，地面系统以欧洲u t r a ( w c d m a t d - c d m a ) 及美国c d m a 2 0 0 0 这两个提案最 具竞争力，我国的r t t 提案是t d s c d m a 。近几年得到了迅速的发展。 w c d m a 标准支持厂家众多，有利于从现有2 g 系统平滑过渡到3 g 系统，成为3 g 系 统的首选标准。下面将对w c d m a 标准的演化做一个简要的介绍。 w c d m a 系列标准自制订初稿至今始终处于不断的改进中，3 g p p 定义了l 1 m t s 系统 规范。这个规范的第一个版本( r e l e a s e 9 9 ) ，提供了全新的无线网络结构，包括w c d m a ( f d d ) ， t d - c d m a ，g s m g p r s 厄d g e 以及和g s m 间的接口等。2 0 0 1 年3 月，r e l e a s e 4 标准定稿， 2 0 0 2 年3 月，r e l e a s e 5 标准开始制定。图1 - 1 表示了现存2 g 系统如何过渡到w c d m a 及 w c d m a 的演进过程： 圈卜1 c 蛐 标准的演进 东南大学硕士学位论文 o s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ) 是2 g 蜂窝通信市场的领导者。g s m 的 空中接口采用t d m a 和f d m a 多址方式。每个载波每个时隙可以提供2 2 8 k b p s 的传输速率。 g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 是2 5 g 系统，但其核心网采用3 g 系统结构。 e d g e ( e n h a n c e dd a t ar a t e sf o rg l o b a le v o l m i o n ) 是一种准3 g 传输技术，它能够在现有的 t d m a 或g s m 系统中使用。e d g e 重用g s m 载波和时隙用来增强g p r s 用户的数据速率， 这些主要通过高阶调制和其它的高级技术实现。由于采用自适应调制编码机制，针对不同的 信道质量能够得到最佳的比特速率。在2 0 0 k h z 载频上，采用灵敏的自适应编码，合并8 个 时隙，最大的数据传输速率可以达到4 7 3 6 k b p s 。w c d m a 的演进技术h s d p a 借鉴了e d g e 中采用的链路自适应等技术。 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 ) 是u m t s 的无线接口技术，工作在 f d d 模式下。它是采用3 9 4 m 码片速率直接扩频的c d m a 系统。w c d m a 同时支持电路 和数据交换，通过速率匹配过程支持可变速率的数据用户，这样帧之间的数据容量可以随时 改变。目前w c d m a 采用q p s k 调制，采用8 p s k 调制的w c d m a 系统可以在热点覆盖地 区提供峰值速率高达2 m b p s 的数据传输。w c d m a 是一个新的无线传输技术，它采用新的 无线接入网u t r a n ，包括无线网络控制器r n c 和基站节点n o d e b 。g p r s e d g e 的核心网 在w c d l m a 中可以被重用。 h s d p a ( h i 曲s p e e d d o w n l i n k p a c k e t a c c e s s ) 最早是w c d m a r e l e a s e5 规范为了满足上， 下行数据业务需求不对称而提出的一种新技术，其目的是在不改变现行w c d m a 网络结构 的情况下，把下行链路峰值速率提高到1 0 8 m 1 4 4 m b p s ，理论上可以传输数字电视质量的 媒体业务。h s d p a 技术大大提高了w c d m ar e l e a s e9 9 规范的性能，由于是对现有w c d m a 系统的平滑升级，对于现有w c d m a 网络来说，不需增加新的频谱，载波资源就可以部署 h s d p a ，为i n t e m e t 、i n t r a n e t 和企业l a n 的无线宽带应用带来极大的性能改迸。它能够提 高小区和终端用户的平均数据吞吐量，这个传输技术的升级和g p r s 到e d g e 相似。h s d p a 技术方案最早由m o t o r o l a 公司在2 0 0 0 年3 月份提出，并得到各大公司的认可。h s d p a 针 对w c d m a 的高速数据传输需求，在下行共享信道上采用自适应调制和编码( a m c ) ，混合 自动错误重传请求( n r q ) ，快速分组调度( f p s ) 等技术，使传输速率显著提高，增大了系统 容量。h s d p a 是本文要讨论的重点，在第二章会对其做较为详细的介绍。 在h s d p a 的基础上，3 g p p 进一步提出了h s u p a ( h 蜘s p e e du p l i n ka c c e s s ) ，即高速 上行分组接入，通过使用更加灵活的n o d eb 调度、混合自动重传等技术，理论上为用户提 供5 8 m b p s 的数据接入。 3 g l t e ( 3 g p p l o n g t e r m e v o l u t i o n ) ，即3 g p p 长期演进技术【4 】。3 g p p r e l e a s e6 引入了 2 第1 章绪论 h s d p a 和h s u p a ，其下行，上行速率可达1 4 m b p s 5 m b p s ，然而，用户对更高数据率和更好 服务质量的需求仍然是无线技术的发展的第一推动力，为进一步改进和增强3 g 技术，提供 更强的业务能力和更好的用户体验，并且，也是为了和w i m a x 等新兴的无线宽带技术竞争， 以保持3 g 技术在移动通信领域的领导地位。提高3 g 在新兴宽带无线接入市场的竞争力， 3 g p p 提出了3 g l t e 计划，该计划以前也曾被称为s u p e r3 g c 超级3 g ， ) 。自启动l t e 项目 以来，3 g p p 以频繁的会议全力推进此项工作，其目标是在2 0 0 7 年前制定演进3 g 无线访问 的标准规范，最早将于2 0 0 9 年2 0 1 0 年实现商用。与h s d p a 和h s u p a 相比，能够极大 地提供提高数据率，上行链路的峰值数据率达到5 0 m b p s ，下行链路的峰值数据率达到 】0 0 m b p s 。 1 2 课题背景和意义 本文的目的是研究h s d p a 的新特性，提供实现m a c h s 协议和速率控制相关算法的参 考方案。h s d p a 中引入的主要新技术是a m c 。广泛多码传输。h a r q 和快速分组调度，本 文主要对a m c ，广泛多码传输和快速分组调度在链路级和系统级进行研究，同时也涉及了 m a c - h s 相关的h a r q 功能，所有这些研究统一在速率控制这一论题之下。值得注意的是， 提到速率控制时，有三种可能的含义：一是物理信道上的数据传输速率；二是指t c p i p 协 议中对数据源速率的控制；三是指信源和和信道编码速率的控制。本文所说的速率控制指的 是第一种，即对传输速率的控制。 1 3 本文内容 本文接下来的内容安排如下： 第二章对h s d p a 系统做概要介绍，其中包括h s d p a 引入的新技术特性。包括a i i i c 、h a r q 、 快速分组调度等；另外给出了h s d p a 对无线接入网体系结构的影响，物理层结构，物理层工 作过程，终端性能和可用数据速率等。 第三章描述了在o p n e t 平台上实现的m a c - h s 协议及系统性能仿真平台。首先简要介 绍了o p n e t 工具；接着详细描述了m a c h s 协议的实现，其中包括n o d eb 中的分组调度算 法，m a c - h s 相关的a m c 、h a r q 控制功能；除m a c h s 协议的实现外，本章后面的部分 描述了为进行系统性能仿真搭建的平台中包含的其它部分，包括业务建模、无线环境建模、 u e 移动性建模等内容。 第四章在第三章所述仿真平台上对链路级速率控制相关的技术和算法进行了仿真研 3 东南大学硕士学位论文 究。h s d p a 系统中进行速率控制是通过自适应编码调肯t j ( a m c ) 和多码传输等链路自适应技 术实现的：本章首先对影响链路自适应性能的因素如信道质量指示( c q l ) 篚j 产生方法、c q i 反馈延时、信干比( s l r ) 测量误差和移动台移动速度等进行仿真；由于从u e 测量s i r 产生 c q i 到c q i 在b s 调度器中用于决定调制编码组合有固定延时，在高车速的情况下该延时会 造成因c q i 不准而使系统性能下降，这种性能下降可以用长期信道预测技术进行弥补，本 章的后半部分对长期信道预测技术进行了研究。 第五章在系统级对速率控制相关算法进行了研究。c q l 反馈到b s 后，小区中的每个 u e 采用何种传输格式资源组合( t f r c ) 是由基站中的分组调度器决定的；分组调度器采用的 调度算法决定了每个u e 的实时传输速率，从而也就决定了系统吞吐量、u e 吞吐量、业务 延时等。本章研究了采用轮询( r r ) 、最大载千l t ( m a xc 1 ) 、正比公平( p f ) 等调度算法时对 系统性能的影响，在以上算法基础上提出了修正正比公平调度算法，通过引入更多的参考因 素提供更好的吞吐量公平性及业务时延控制。 最后，在第六章对全文进行了总结，并提出了可深入研究的内容。 此外，在攻读硕士学位期间，本人在东大通信公司兼职，参与国家8 6 3 重大专项“3 g 移动通信s o c 平台开发”，在t ic 6 xd s p 上实现了a r mc p u 辅助的上行接收系统解复用 模块，设计通过了各种业务和室内无线信道的测试。本人还参与了东大通信公司“h s d p a 系统基带性能仿真”项目的总体设计和接口定义，以及m m s ec h i p 均衡器和s t t d 模式下 块均衡器的c 程序编制及调试。整个平台仿真性能达到了3 g p p 的规范中的最小性能要求， 通过了公司验收。限于篇幅，这两部分内容未在论文中论述。 参考文献 f 1 】“3 gw i r e l e s ss t a n d a r d sf o rc e l l u l a rm o b i l es e r v i c e s s i e m e n si n c w w w s i e m e n s c o m 3 g 【2 】 c o m p a r i s o no f w c d m aa n dc d m a 2 0 0 0 ”s i e m e n si n c w w w s i e m e n s c o m 3 g f 3 】朱劲松“w c d m a 下行链路干扰抑制接收机研究和低功耗a s i c 设计方法探讨”东南大 学硕士论文2 0 0 5 0 3 。 【4 】“中移动 3 g初期部分城市将引入h s d p a ”新浪科技 w w w b e e l i n k c o r n c n 2 0 0 6 1 1 1 3 2 1 7 8 4 4 6 s h t m l 【5 】3 g p pt p - , 2 5 8 5 8 ”p h y s i c a ll a y e ra s p e c t so fu t r ah i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s ”， v s0 0 4 第2 章h s d p a 系统介绍 第2 章h s d p a 系统介绍 高速下行链路分组接入( h s d p a ) 是w c d m ar e l e a s e5 为了适应数据业务上下行流量不 对称，提高w c d m a 网络下行链路容量和数据业务速率引入的重要技术【l 】。通过使用由 n o d e b 控翻的快速物理层重传合并技术、快速分组调度以及链路自适应技术等，h s d p a 极 大的提高下行链路的分组数据的吞吐量。 2 1h s d p a 引入的信道 为了实现h s d p a 的功能特性，在w c d m ar e l e a s e5 物理层下行链路中引入了高速下 行链路共享信道0 i s d s c h ) 和高速共享控制信道o t s s c c h ) 。h s - d s c h 用来承载下行链路 用户数据，采用1 6 q a m 调制，1 5 条码道传输时，其理论峰值速率可以达到1 4 4 m b p s 。 h s s c c h 用于承载h s - d s c h 用到的信道化码，码道数和h a r q 相关信息，以确保h s - d s c h 上的数据能够正确解码。上行链路引入了高速专用物理控制信道( h s - d p c c h ) ，它用来承载 h a r q 过程的反馈信息和下行链路信道质量指示( c q i ) 。 h s d s c h 的传输时间间隔( t 1 1 ) 固定为2 m s ( 3 个时隙) ，相对r e l e a s e9 9 中1 0 m s 、2 0 m s 、 4 0 m s 、8 0 m s 的1 w 可以减小基站和u e 问的往返时间，这是h s d p a 中快速链路自适应实 现的基础。h s - d s c h 支持1 6 q a m ，扩频比固定为1 6 ，可用码道数由u e 能力级决定，最 大可用码道数为1 5 。在不同的用户问h s - d s c h 既可以码分复用也可以时分复用，图2 - 1 是一个五条码道在三个用户间分配的例子。 图2 - l 璐璐a i 在不同用户间复用示意 h s s c c h 的1 1 1 也是2 m s ，它承载的信息分为两部分：第一部分1 个时隙，承载用于 按时启动解调过程以避免码片级数据缓冲的信息，包括解扩码字，调制方式，a r q 处理序 号，重传指示等。第二部分2 个时隙，包括检测h s s c c h 信息和h a r q 过程信息正确性 的c r c 。为保护这些信息的有效性，h s s c c h 的这两部分信息都用终端特定的掩码，以便 终端能够判断控制信道上的信息是否是发送给自己的。h s s c c h 扩频比固定为1 2 8 。前后 5 东南大学砌乇学位论文 两部分信息分别进行1 2 速率的卷积编码。 上行链路用h s d p c c h 承载物理层重传所需的a c k n a c k 信息和c q i ，c q i 反馈到 n o d eb 后在调度器中用来决定以何种速率向调度到的终端发送数据。c q i 信息由5 个比特 构成，其中包含了u e 当前能够接收的传输内容，可以是1 条q p s k 调制的码道到1 5 条 1 6 q a m 调制的码道等。对于不支持某些速率等级的终端，c q i 反馈信息要通知n o d eb 功 率缩减因子。3 g p p 规范中规定了1 2 种u e 能力级【6 】，每个能力级对应一个c q i 映射表【7 1 。 c o i 表由间隔基本均匀的参考传送分组大小、码字数、确定终端最终码率的传输块大小及功 率缩减因子组成。 2 2h s d p a 无线资源管理 无线资源管理包括接纳控制，功率控制。码资源分配，分组调度，拥塞控制，移动性 管理等。无线资源管理算法的好坏是影响系统容量和覆盖等性能的重要因素。 h s d p a 系统的个重要特征是加入了快速分组调度，并将这一功能从r n c 下放到了 n o d eb ，通过与a m c 和h a r q 等技术的结合，快速分组调度功能可以更好的利用用户的 信道条件变化，提高频谱效率和码效率。 h s d p a 中用a m c 、多码传输和h a r q 取代了r e l e s e - 9 9 中的快速功率控制和可变扩 频比两大主要技术。相对发射功率的可控动态范围，a m c 和多码传输的可控动态范围更大。 h s d p a 支持n o d eb 内和n o d eb 间h s d s c h 到h s d s c h 的切换，也支持h s - d s c h 到d c h 的切换，还支持频率间切换。 h s d p a 可以通过快速分组调度迅速调整各u e 的传输数据速率，方便进行拥塞控制。 2 3h s d p a 关键技术 相对3 g p p 规范r e l e a s e9 9 ，h s d p a 有以下新特性： 共享信道多码传输 自适应编码调制( a m c ) 短传输时间间隔( t t d 快速链路自适应 快速调度 快速混合自动重传请求0 t a r q ) a m c 、h a r q 和快速调度( f a s ts c h e d u l i n g ) 是h s d p a 提高系统性能引入的关键技术， 采用短t t l 的主要目的是缩短链路自适应的响应时间，更好地利用信道的小尺度衰落。下 6 第2 章h s d p a 系统介绍 面分别对这三个主要特性作介绍。 2 3 1 自适应编码调制 h s d p a 中链路将根据无线链路质量的变化而自适应调整调制和编码方法。不论用户在 基站附近或是小区边缘，链路自适应的目标是使用户获得最高可能的数据率。a m c 是 h s d p a 的基本特征之- - 2 ，它根据l i e 报告的信道质量指示，优化码率、调制方式、分配 码道数和码道功率。 h s d p a 中用的信道编码器同r e l e a s e9 9 中的1 3t u r b o 编码器，后面接速率匹配模块， 速率匹配可以重复，也可以打孔，这样就提高了等效码率的粒度。为了达到高的数据速率， h s d p a 中除了支持r e l e a s e9 9 中下行链路的调制方式q p s k 调制外还支持1 6 q a m ，这样当 用户的信道条件好时，就可以用频谱效率较高的1 6 q a m 调制；而当用户的信道条件较差时， 就用抗噪性能较好的调制方式q p s k 。不同的调制、信道码率和码道数组合( 称为传输格式 资源组合，t r a n s p o r l f o r m a ta n d r e s o u r c e c o m b i n a t i o n ) 可以提供不同的峰值速率。当目标是 达到一定的可靠度( 如误帧率) 时，信道条件好的用户( 例如靠近n o d eb ) 可以分配更高的数据 速率。根据不同的l i e 能力级，有h s d p a 功能的u e 可以支持5 、1 0 或1 5 条并行码道。前 面提到h s d p a 可以达到理论最高数据速率是1 4 4 m t , p s ，然而实际系统中，极小可能达到这 一速率【2 】，因为这要求系统只为一个用户服务，且该用户要靠近基站。a m c 的另外一个优 点是更好的利用n o d eb 的功率。如果没有指定功率限制，专用信道之外剩余的功率可以全 部分配给h s - d s c h ，达到接近最优的功率利用率。 a m c 技术有以下特点l 【1 】： a m c 技术随信道条件的改变而改变数据传输速率，不能保证数据固定的速率和延 时，因此不适应于需要固定数据率和延时的电路交换业务，比如话音业务，可视电 话业务；仅适应于对数据速率和延时要求宽松的分组交换业务，例如w w w 网页 浏览，文件下载业务等。 a m c 技术可以保持发射功率恒定，只是随信道衰落情况改变调制编码方案，信道 条件好的用户使用较高的数据速率，信道环境差的用户使用较低的数据速率，从而 避免了快速功率控制技术存在的“噪声提升”效应，减小t 4 , 区中一个用户对其它 用户的干扰动态范围，可以降低网络规划时的干扰余量，提高了系统容量。 a m c 和最大载干比( m a xc i r ) 调度算法结合，选择小区当前载干比最大的用户传 输数据，利用用户间多径衰落的不相关性，尽量在衰落信道的峰值传送数据，避开 衰落的谷底，这就是“多用户分集”，利用它可以提高系统的吞吐量。 有很多因素会影响a m c 的性能，如u e 端产生的c q l 的准确性，c q i 延时，u e 的移 7 东南大学硕七学位论文 动速度等，第四章将对这些影响a m c 的因素做仿真研究，并研究改进技术。 2 3 2 快速混合自动重传 h s d p a 采用停止等待( s t o pa n dw a i t ) 混合自动重传请求( h y b r i da u t o m a t i cr e p e a t r e q u e s 0 的重传机制。h a r q 使得u e 可以快速请求重传错误的传输块，直到正确接收或重 传次数达到上限。n a r q 功能在m a c - h s 层实现，它终止于n o d eb ，而不是象r e l e a s e9 9 那样终止于r n c 。因此，h s d p a 的重传延时小于r e l e a s e9 9 。通常情况下，传送一个n a c k 指令在m a c 层只要少于1 0 m s 的时间，而r l c 层由于包含l u b 信令，传送n a c k 指令需 要多至1 0 0 m s 时间【2 】。 为了更好的利用确认消息间的等待时间，h s d p a 采用基于不同t t l 的多个s a w h a r q 进程( p r o c e s s ) ，称之为n 一通道( n - c h a n n e l ) s a w ，n 的最大值为8 。一个通道在等待确认的时 候，其它通道可以传送数据。 上行链路传输 下行链路传输 h s s c c h 【卫 h s d p c c h ( a c k n a c k + 反馈1 i q 二 工卫一； 2 时辣 h s d s c h ： 圈2 _ 2l i 腑过程的终端定时 图2 - 2 是从l i e 侧看一个n a r q 过程中相关的三条码道的定时关系。 采用n a r q 机制的l i e 并不丢弃错误传输块，而是把它保存下来与重传的块合并以提 高正确解码的概率。h s d p a 支持c h a