（通信与信息系统专业论文）tdhsdpa中harq技术研究.pdf

论文题目： 专业： 硕士生： 指导老师： t d h s d p a 中h a r q 技术研究 通信与信息系统 赵磊 李白萍 摘要 ( 签名) ( 签名) t d h s d p a 即) s c d m a 高速下行分组接入是第三代移动通信标准t d s c d m a 的 增强型技术，引入其目的是为了应对日益增长的数据通信业务，提高第三代移动通信标 准的竞争力。为了实现高速数据通信的目标，需要改进系统结构以及引入a m c 、h a r q 等新技术。本文在对h s d p a 的原理、背景技术进行讨论的基础上，重点研究h s d p a 关 键技术h a r q 在t d s c d m a 移动通信系统中的应用。 本文分析了h s d p a 系统的关键技术，比较了t d h s d p a 和w 二h s d p a 的异同，推 导出多载波t d h s d p a 所能实现的理论最高速率，进一步证明t d h s d p a 相比 w - h s d p a 在频谱利用率方面具有的优势。研究了混合自动重传请求的类型、工作机制、 应用方式等，提出了一种根据当前信道状况确定初始校验比特的c a h a r q 改进方案， 并进行了仿真。仿真结果表明：改进的方案在吞吐率基本不变的情况下，减小了重传次 数，从而减小了数据传输的时延。针对在p a 3 和v a 3 0 信道下各种调制编码方案在不同 h a r q 类型下的吞吐量进行了仿真，得出在不同调制编码方案下的最优使用区间和最优 h a r q 类型，结果表明：随着信噪比的变化，改变n o d eb 端的调制编码方案能显著提 高系统的吞吐量；对于固定调制编码方案，选择合适的h a r q 方案，能够进一步提高 数据传输速率。 关键词th a r q ；t d s c d m a ；h s d p a ；3 g 研究类型：理论研究 s u b j e c t ：t h er e s e a r c ho fh a r qi nt d h s d p a s p e c i a l t y ：c o m m u n i c a t i o na n di n f o r m a t i o ns y s t e m s n a m e：z h a ol e i i n s t r u c t o r ：l ib a i p i n g a b s t r a c t ( s i g n a t u r e ) ( s i g n a t u r e ) 如t 卜e c 加 t d - - h s d p aw h i c hs t a n d sf o rh i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s si nt d s c d m ai sa l l e n h a n c e dt e c h n i q u eo ft h e3 埘g e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d t h ep u r p o s eo f i n t r o d u c i n g t h i s t e c h n i q u ei sf a c i n g t h e i n c r e a s i n g d a t ac o m m u n i c a t i o ns e r v i c ea n d s t r e n g t h e n i n gt h ec o m p e t i t i o no f t h es t a n d a r d f o ra c h i e v i n gh i g hd a t ar a t ec o m m u n i c a t i o n ， b e s i d e st h ei m p r o v e da r c h i t e c t u r ea n dt e c h n i q u e ss u c ha sa m ca n dh a r q b a s e do nt h e d i s c u s s i o no ft h ep r i n c i p l ea n db a c k g r o u n d so fh s d p a ，t h ea p p l i c a t i o n so fh a r qi nh s d p a f o rt d - s c d m as y s t e ma r es t u d i e di nt h i st h e s i s i nt h et h e s i s ，t h ek e yt e c h n o l o g i e so ft h eh s d p as y s t e ma r ea n a l y z e d ，a n dt h e s i m i l a r i t i e sa n dd i f f e r e n c e so ft h et d h s d p aa n dw - h s d p aa r ec o m p a r e d d e d u c i n gt h e h i g h e s tr a t et h a tc o u l db ea c h i e v e di nm u l t i - c a r t i e rt d h s d p a ，f u r t h e r m o r e ，i tp r o v e st h a t t d - h s d p ai sm o r ea d v a n t a g et h a nw - h s d p ai nt h es p e c t r u me f f i c i e n c y h y b r i da r q t y p e ， w o r k i n gm e c h a n i s m ，a p p l i c a t i o ne t ca r er e s e a r c h e d ，a l li m p r o v e dc a i - t a r qp r o g r a mi sp u t f o r w a r d ，w h i c hb a s e d o nc h a n n e lc u r r e n ts i t u a t i o nd e t e r m i n i n gt h ei n i t i a l p a r i t yb i t ， m e a n w h i l ec a r r y i n go u tas i m u l a t i o n ，w h i c hs h o wt h a tt h en e wp r o g r a m si n t r o d u c e dc a n r e d u c e dr e t r a n s m i s s i o nn u m b e ra n dd a t at r a n s m i s s i o nd e l a yw i t ht h et h r o u g h p u tr a t e u n c h a r g e db a s i c a l l y t h et h r o u g h p u to fv a r i o u sm o d u l a t i o nc o d i n gs c h e m e sa td i f f e r e n tt y p e s o fh a r qi ss i m u l a t e dt h r o u g hp a 3a n dv a 3 0c h a n n e l ，i tc o u l do b t a i nt h a tt h eo p t i m a lu s e r a n g ea n do p t i m a lh a r qt y p ea r o u n dd i f f e r e n tm o d u l a t i o nc o d i n gs c h e m e t h es i m u l a t i o n c o n c l u d e st h a tc h a n g i n gn o d ebs i d em o d u l a t i o nc o d i n gs c h e m ec a ni m p r o v es y s t e m t l l r o u # o u tw i t ht h ec h a n g ei ns i g n a lt on o i s er a t i o ；c h o o s i n ga i la p p r o p r i a t eh a r q s c h e m e m a y b ea b l et of u r t h e ri m p r o v ed a t at r a n s f e rr a t et oaf i x e dm o d u l a t i o nc o d i n gs c h e m e k e yw o r d s ：h a r q t d - s c d m ah s d p a3 g t h e s i s：b a s i cr e s e a r c h 西安科技大学 学位论文独创性说明 本人郑重声明：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其取得 研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人或集体 已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学或其他教育机构的学 位或证书所使用过的材料。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 做了明确的说明并表示了感谢。 学位论文作者签名：七魏 日期：矽夕9 矿驴_ 护 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工 作的知识产权属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复 印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本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和汇编本学位论 文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西 安科技大学。 保密论文待解密后适应本声明。 学位论文作者签名：乇磊 秘暂 ? 励罗年9 少月矽日 1 绪论 1 1课题背景 1 绪论 随着信息技术的不断发展，人们对信息服务的要求日益提高，除了传统的语音业务 外，对于实时下载、流媒体类业务，以及复杂的网络和多媒体业务等应用需求近年也有 很大的扩展，这就对第三代移动通信系统提出了更高的要求，即系统能够提供更高传输 速率和更低延迟的数据传输能力。国际电信联盟( i t u ) 在最初的第三代移动通信系统 标准i m t - 2 0 0 0 中制定的最高为2 m b i t s s 的数据传输速率已远远不能满足消费者的需求。 3 g 标准之一的c d m a 2 0 0 0 提出了e v - d v 和e v - d o 两种应对数据业务的增强型技术。 与此同时，一些行业组织和公司提出了新的宽带无线接入技术，与蜂窝移动通信技术共 同竞争日益发展的宽带无线接入市场，如i e e e 和i n t e l 等公司提出的基于i e e e 8 0 2 1 6 e 的移动w i m a x 技术( w o r l d w i d ei n t e r o p e r a b i l i t ym i c r o w a v ea c c e s s ，全球微波互连接入 技术) 。为了应对这些需求与挑战，通过对空中接口的改进，国际标准化组织3 g p p ( 3 m g 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 ，第三代移动通信伙伴计划) 在2 0 0 2 年发布的r e l e a s e5 规范中引入了高速下行分组接入技术( 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 ) 。 h s d p a 是一些无线增强技术的集合，利用它可以在现有技术的基础上使下行数据峰值 速率有很大的提高。h s d p a 技术同时适用于w c d m a f d d 、u t r a t d d 和t d s c d m a 三种不同模式，在不同系统中的实现方式是十分相似的。通常h s d p a 被称为一项技术， 即所谓h s d p a 技术，严格意义上它应该被称作一项技术集。而采用h s d p a 技术作为 演进策略的蜂窝移动通信系统被称作h s d p a 系统。本文将基于t d s c d m a 的h s d p a 系统简称为t d h s d p a 系统，部分章节提到w - h s d p a 系统，指的是基于w c d m a 的 h s d p a 系统。如无特殊说明，h s d p a 通指两种系统中的此项技术。 图1 1 表示了几种蜂窝移动通信技术所占的市场比例以及演进路线。从图1 1 中可 以看出，高速下行分组接入技术h s d p a 和高速上行分组接入技术h s u p a ( h i g hs p e e d u p l i n kp a c k e t a c c e s s ) 构成的高速分组接入技术h s p a 是蜂窝移动通信技术发展的主流。 据u m t s 论坛截至2 0 0 4 年底的调查显示f l 】，未来会有9 0 以上的蜂窝移动通信用户会 选择h s p a 技术。而在h s d p a 和h s u p a 两种技术中，从技术的演进和市场的需求考 虑，首先需要推进和实施的是高速下行分组接入技术，即h s d p a 技术。 西安科技大学硕士学位论文 2 02 5 【j3 ge n h a n c e d3 u 图1 1 蜂窝移动通信技术的演进【l j 全球移动供应商协会( g s a ) 发表的调查报告称【2 】，2 0 0 7 年全球商用h s d p a 网络的 数量增加了6 8 个，总数达到了1 6 6 个，年增幅达6 9 。在不远的将来，全球商用h s d p a 网络的数量将达到2 0 4 个，遍及8 9 个国家。j u p i t e rr e s e a r c h 的资深分析师t h o m a s 指出， h s d p a 目前正在推动全球移动宽带的发展，但这一市场目前仍处于早期发展阶段，因 此h s d p a 技术尚有很大的发展空间，与之相关的技术成为近几年研究的热点。 1 2研究目的和意义 h s d p a 的主要目标是对“尽力而为 的分组数据报业务的高速支持，数据传输速 率要求远远超过i m t - 2 0 0 0 期望的2 m b i t s s ，并且要获得更低的时间延迟、更高的系统 吞吐量和更有力的q o s 保证。为了实现这些目标，3 g p p 提出多项关键技术【3 】【4 】： 增强的空中接口，如h s d s c h ，h s s c c h 等 自适应调制和编码( a m c ，a d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g ) 混合自动重传( h a r q ，h y b r i d a u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t ) 快速小区选择 多输入多输出天线 快速分组调度 h a r q 技术是h s d p a 系统中关键的技术之一，引入的主要目的有三个：一是通过 使用速率匹配，使a m c 机制的精度更高，更加匹配信道条件；二是为了补偿c q i 测量 误差和上报时延对a m c 性能的影响，a m c 技术尽管可以根据c q i 调整调制和编码方 式进行链路自适应，但缺点在于其对c q i 的测量误差和上报时延敏感，而在移动通信系 统中，信道特性的动态变化常常使准确地进行信道质量估计十分困难。而r t a r q 技术 2 1 绪论 则具有对信道测量误差和上报时延不敏感的特性，它可以对重传的数据进行软比特合 并，从而在a m c 基础上对系统性能加以进一步改善；三是通过软合并利用时间分集技 术，减少对第一次传输e n 的要求，从而获得一部分功率增益。所以对t d s c d m a 系 统h s d p a 中h a r q 技术研究具有重要意义。 1 3本文所做的工作及论文内容安排 本课题为理论研究类型的课题。本论文重点研究t d h s d p a 系统中的h a r q 技术。 详细说明t h a r q 的功能及其实现方法，分析了a 衰落信道下各种m c s 在各种h a r q 方 式下的性能及传送次数对性能的影响、测出了衰落信道下各种m c s 的吞吐量，比较了衰 落信道下各种h a r q 性能的差异。 本文的结构分为以下6 个部分： 第1 章为绪论，介绍了本课题的背景、研究的目的和意义。 第2 章从t d h s d p a 技术中与调度有关的技术要素展开分析，简要对比了两种系 统中与调度有关的要素的异同，从峰值速率和频谱利用率两方面详细分析论证了 t d h s d p a 相比w - h s d p a 的优势。进一步说明了研究t d h s d p a 分组调度技术的意 义，为后续章节的分析研究奠定基础。 第3 章在研究混合自动重传请求现状与发展的同时，研究了传统自动请求技术，混 合自动重传请求技术，以及混合自动重传请求的实际应用。提出了一种改进的c a h a r q 重传方案。 第4 章研究h a r q 在h s d p a 中的应用。本节主要从h s d s c h 的h a r q 功能及其 实现和t d h s d p a 中h a r q 协议两个方面对h a r q 的应用进行了分析。 第5 章建立t d h s d p a 中h a r q 的仿真模型，在衰落信道下对各种m c s 在各种h a r q 方式下的性能进行仿真。比较了衰落信道下各种h a r q 性能的差异。 第6 章总结全文，提出进一步研究的方向。 3 西安科技大学硕士学位论文 2t d h s d p a 系统 t d h s d p a 的特质决定了此项技术非常适合非对称的数据业务。f d d 的h s p a 系统 必须使用成对的收发频率，适合支持以语音为代表的对称业务。但是在数据通信时，非 对称的数据交换业务是主流模式，f d d 频谱的利用率大为降低。而t d d 不需要成对的 频率，网络可根据实际情况灵活地变换信道上下行的切换点，能有效地提高系统传输不 对称业务时的频谱利用率。 h s d p a 的引入改变了蜂窝网络原有的一些逻辑和物理结构，分析研究这些新变化 是研究调度技术的基础。此外，如绪论中提到的h s d p a 是多种关键技术的合集，各种 关键技术之间的配合协作影响着调度目标的实现，因此要了解与调度有关的关键技术。 2 1h s d p a 对网络结构的影响 h s d p a 技术的引入对无线接入网结构最显著的影响是在信道结构方面新增了三种 高速信道，r 5 版本的规范在m a c 层引入了一个m a c h s 实体。新的体系结构中， m a c h s 实体位于n o d eb ，专门完成h s d s c h 的相关参数和h a r q 协议等的相关处理， 在高层和接口加入相关操作信令。 2 1 1 信道结构 h s d p a 的高速业务承载主要靠引入的三种信道，高速下行共享信道( h s d s c h ) ， 这是一个h s d p a 专用传输信道。在上行和下行分别各有一个共享控制信道，即上行的 h s d s c h 共享信息信道( h s s i c h ) 和下行的共享控制信道( h s s c c h ) 。 ( 1 ) h s d s c h 信道。h s d p a 的很多底层操作都体现在h s d s c h 上，因为所有的 业务数据都由这个信道承载。h s d s c h 是一个共享的高速下行数据信道，对不同的u e 可以通过时分复用和码分复用来共享h s d s c h 信道。对一个u e 可以进行多码传输， 这取决于u e 的能力。 h s d s c h 是一个传输信道，它映射的物理信道称为h s p d s c h 。h s p d s c h 的扩 频因子s f 可以采用1 6 或者1 。 从物理层的能力来看，终端的类别总共有1 5 种。表2 1 给出了t d s c d m a 系统中 的h s d s c h 映射的u e 能力参数( 分类1 至分类1 5 ) 。 4 2t d h s d p a 系统 表2 1h s d s c h 物理层u e 能力分类1 5 i h 篙a s t c e g h o r y 考别蔗黛特h 赫翮茹黼峰值粹n s ，s ( c 的最大码道数时隙数 脆按仪到刖比荷奴 c a t e g o r yl c a t e g o r y2 c a t e g o r y3 c a t e g o r y4 c a t e g o r y5 c a t e g o r y6 c a t e g o r y7 c a t e g o r y8 c a t e g o r y9 c a t e g o r y1 0 2 7 8 8 2 7 8 8 2 7 8 8 5 6 0 0 5 6 0 0 5 6 0 0 8 4 1 6 8 4 1 6 8 4 1 6 1 1 2 2 6 5 6 5 6 5 6 1 2 1 2 1 2 6 8 6 8 6 8 2 4 c a t e g o r y1 1 1 641 1 2 2 6 2 2 4 c a t e g o r y1 2 1 6411 2 2 62 2 4 c a t e g o r y1 3 1 65 1 4 0 4 32 8 c a t e g o r y1 4 1 651 4 0 4 32 8 c a t e g o r y1 5 1 65 1 4 0 4 32 8 其中类别1 3 仅支持q p s k 调制。表2 1 中标示的峰值速率是被调度的分组数据业 务的速率上限。 ( 2 ) h s s c c h 。h s d s c h 共享控制信道是h s d p a 专用的下行控制信道，是一个 物理信道，它用于承载所有相关底层控制信息。也就是说，终端接收h s d s c h 信道的 数据必须要在h s s c c h 控制信息的配合下才能完成。h s s c c h 被所有h s d p a 数据的 u e 所共享，但对单个h s d s c ht t i ，每个h s s c c h 只为一个u e 承载h s d s c h 相关 的下行信令。 h s s c c h 信道上的控制信息主要包括u e i d 、t f r i 、h a r q 等相关信息。 ( 3 ) h s s i c h 。h s d s c h 共享信息信道是h s d p a 专用的上行控制信道，也是一 个物理信道，它用于反馈相关的上行信息。主要包括a c k n a c k 和信道质量指示( c q i ， c h a n n e lq u a l i t yi n d i c a t o r ) 。c q i 包括推荐调制格式( r m f ，q u a l i t yo fs e r v i c e ) 和推荐 传输块大小( r t b s ，r e c o m m e n d e dt r a n s m i s s i o nb l o c ks i z e ) 。c q i 是一个非常重要的反 馈信息，用于指示当前信道质量。信道估计在u e 端完成，可以通过测量p c c p c h 的 r s c p i s c p 来进行信道估计。根据估计结果，u e 按照已知的h s p d s c h 资源分配状态 选取合适的c q i 进行反馈。 2 1 2m a c 结构 增加h s d p a 功能后，u t r a n ( u m t s 陆地无线接入网) 新的体系结构如图2 1 所 示，表示了配置m a c c s h 的h s d p am a c 层的协议框架。图中包括h s d s c h 的多个 协议层，r n c 继续支持无线链路控制层( r l c ) 的功能。m a c d 仍然位于服务r n c 内， 这样传输信道类型就容易切换。h a r q 的控制部分和h s d p a 调度功能都位于m a c 层 内，在u t r a n 中，这些新的功能都包含在n o d e b 中一个名为m a c h s 的新实体里，到 5 西安科技大学硕士学位论文 了r e l e a s e7 ，这一实体进一步升级至m a c e h s 。用到h s d p a 功能的h s d s c h ，均由 m a c h s m a c e h s 实体控制。 u e u u n o d eb l u b r n c i u r 图2 1 配置m a c c s h 的h s d s c h 协议结构【6 1 与r e l e a s e4 版本t d s c d m a 系统相比较，对高层的修改主要在n o d eb 和m a c 层，而r l c 和p d c p ( 分组数据汇聚协议) 不做任何改动。如绪论部分所述，h s d p a 主要是通过修改空中接口来增强系统性能，并考虑快速的操作和调度，所以，主要操作 都在u e 和n o d eb 的物理层和m a c 层完成。u t r a n 侧m a c e h s 实体结构如图2 2 所 示。 图2 2u t r a n 侧m a c - e h s 实体 m a c e h s 负责处理h s d s c h 的数据传输和管理h s d p a 的物理资源的分配。 6 2 t d h s d p a 系统 m a c e h s 通过m a c c o n t r o ls a p ( 业务接入点) 从r r c ( 无线资源控制) 层得到配置 参数。在m a c e h s 中，应该对每个m a c dp d u ( 协议数据单元) 进行优先级处理。 m a c e h s 包含四个不同的功能实体，其中与调度有关的是调度优先级处理逻辑信道d 复用分割实体。这个功能实体根据h a r q 实体和数据流的优先级来管理h s d s c h 的 资源。根据相关的上行信令信道的状态，报告决定是传新数据还是重传。此外还为要传 的新数据设置优先级识别和传输序列号( t s n ) 。 需要说明的是，r e l e a s e 7 及后续标准中的m a c 层结构与先前的版本有较大差别， 但与调度紧密相关的u t r a n 侧的m a c h s 变化较小，升级到m a c e h s 后仅仅在原调 度优先级处理功能实体增加了逻辑信道i d 复用和分割功能，分别完成基于调度判决后 逻辑信道中的p d u 序号确定和必要的服务数据单元( s d u ) 分割。 2 2h s d p a 关键技术 在h s d p a 中，分组调度算法、h a r q 、a m c 及功率控制等无线资源管理模块之间 的关系如图2 3 所示。从功能角度来分，分组调度模块( p s ，p a c k e ts c h e d u l e r ) 与功率 控制等同属于无线资源管理( r r m ，r a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t ) 的范畴。 图2 3h s d p a 功能模块图【1 6 l 7 西安科技大学硕士学位论文 图2 3 中空心线表示数据，实心线表示信令，从图中可以看出，h s d p a 中各种关键 技术和功能之间不是孤立的，它们彼此之间相互联系，彼此协作。 2 2 1 自适应调制编码( a m c ) 无线信道的一个很重要的特点就是具有很强的时变性，对这种时变特性进行自适应 跟踪会给系统性能的改善带来很大的好处。链路自适应技术可以有很多方法，如功率控 制及a m c 等。h s d p a 就是在原有系统固定调制和编码方案基础上，引入更多编码率和 1 6 q a m 调制，使得系统能够通过改变编码方式和调制等级对链路变化进行自适应跟踪。 a m c 主要有两个优点： ( 1 ) 处于有利位置的用户可以得到更高的数据速率，提高小区平均吞吐量； ( 2 ) 链路自适应基于改变调制编码方案代替改变发射功率，以减小冲突。 具有a m c 的系统底层结构示意图如图2 4 所示1 7 i 。 图2 4 a m c 原理示意图 a m c 的引入和实现需要对原有系统进行很多补充，如在u e 端进行信道测量、反 馈信道质量指示、在n o d eb 端的分组发送中改变调制编码。 关于这种自适应操作的简单过程可以描述如下： ( 1 ) 终端u e 接收下行高速共享控制信道( h s s c c h ) 消息，指示下一个h s d s c h 传输的资源分配情况； ( 2 ) u e 进行相应的信道测量，这个测量可以通过导频信道获得； ( 3 ) 根据h s d s c h 资源分配情况和测量结果，u e 产生一个信道质量指示c q i ， 并在相应上行高速共享信息信道( h s s i c h ) 报告给n o d eb 。这个c q i 包括u e 建议的 传输块大小和调制格式； ( 4 ) n o d eb 的高层根据u e 的c q i 报告，选择合适的传输格式； ( 5 ) n o d eb 在下行控制信道上携带u e 的控制信息，并在分配的h s d s c ht t i 上采用相应的传输格式发送给u e 。 2 2 2 分组调度算法 在3 g p p 中，对快速分组调度算法作了如下说明：可以使用的调度算法可以有多种， 8 2t d h s d f i a 系统 但是首先需要评估两种基本算法以确定其他调度算法的性能，第一种调度算法是基于 c i 的，它牺牲了公平性，可以提供最优的频谱效率，在该调度机制下，所有无线资源 可能都分配给单个信道条件最好的用户。第二种调度算法是轮循策略，它牺牲了系统的 频谱效率，但是可以最公平的为用户分配资源。 ( 1 ) 轮循调度算法 轮循调度算法，也可看作一种t d m a 传输方式下的公平时间调度，它保证小区内 所有用户按照某种确定的顺序循环占用等时间的无线资源来进行通信，算法执行遵循以 下规则： 每个用户都处于一申请队列中，以便得到服务； 在进行资源调度时，非空的队列以轮循的方式接受服务，从而进行数据传输； 一个队列中的同一u e 再次接受服务前，其他所有非空队列的u e 必须都被服务 过一遍： 除非只有一个非空队列，并且该队列中只有一个申请，否则一个申请不可能连 续接受服务； 调度算法可一次传送多个数据包。 轮循调度算法的优点：从资源分配的公平性角度来说，它保证了所有用户占用等量 的时间资源进行通信，因此，轮循调度算法不仅可以保证用户间的长期公平性，而且可 以保证用户间的短期公平性；算法实现简单。 轮循调度算法的缺点：算法没有考虑到不同用户的无线信道的具体情况，没有利用 无线信道所提供的信息，如载干比值等，难以充分利用系统资源以达到较高的系统容量， 系统吞吐量很低。 通常认为轮循调度算法是最公平的，因为它保证了所有用户占用等量的时间间隔进 行通信，同时也可以认为该算法的性能最低，因为它没有考虑信道的时变和干扰的时变。 ( 2 ) 最大载干比调度算法 最大载干比( m a xc i ) 调度算法就是采用这样一种调度策略，是一种典型的利用 “多用户分集效果”来实现最大化系统容量的调度算法。它的基本思想是对所有待服务 移动台依据其接收信号c i 预测值进行排序，并按照从大n d , 的顺序进行发送。算法执 行遵循以下规则： 每个用户只存在一个申请队列中。 在调度时刻，所有非空队列都按照对应帧传输期间的载干比c i 值进行排序。 调度器可以一直传输具有最高载干比c i 值的u e 的数据，直到该u e 数据队列 为空，或者具有更高c i 值的数据到来。 当接收方要求重发时，若此时该用户的c i 最高，则重发此帧；若此时该用户的 c i 不为最高，则发送其它用户的帧，直到该用户的c i 最高。 9 西安科技大学硕士学位论文 最大c i 算法的优点是当系统采用自适应调制编码技术时，采用最大c i 算法的无 线系统可获得最大的系统吞吐量；算法实现简单。 最大c i 调度算法有自身无法克服的缺点，距离基站近的移动台由于信道条件好而 一直接受服务，而处于小区边缘的用户由于c i 较低而得不到服务，甚至会出现所谓的 “饿死现象”，完全没有考虑不同用户的公平性要求，因此在实际系统中无法得到应用。 通常，认为最大c i 调度算法是最不公平的，但把采用该算法得到的系统吞吐量看作系 统吞吐量的上界。 ( 3 ) 正比公平调度算法 正比公平调度算法在调度决策中通常也称为比例公平调度算法。在算法中，每个用 户根据信道情况、业务量大小以及服务状况来分配一个优先级，任意时刻小区中优先级 最大的用户接受服务。 2 3h s d p a 的演进 h s d p a 的第一阶段由3 g p pr 5 规范定义，主要涉及本章2 1 和2 2 节的内容，对于 3 载波t d s c d m a 系统期望达到的峰值数据速率为8 4 m b i t s s 。 h s d p a 第二阶段的功能由3 g p pr 6 规范定义，对于w c d m a 系统其目标是将峰值 数据速率提高到3 0 m b i t s s 左右，为此，将引入一系列天线阵列处理技术：对于单天线 的移动设备，将使用具有波束赋形技术的灵巧天线；对于具有2 - 4 幅天线的移动设备， 将引入m i m o 技术。 第三阶段h s d p a 技术将进一步和o f d m 结合，以提供更高的速率。引入新的空中 接口技术；使用与更高阶调制方案( 如6 4 q a m ) 和天线阵列处理相结合的o f d m ；引 入具有快速调度功能的m a c h s o f d m ，能够根据空中接口的质量为每个移动设备选择 专用子载波集以优化性能；使用多标准m a c ( m x m a c ) 作为控制实体，以实现正交 频分多址复用( o f d m a ) 和c d m a 信道间的快速转换；改进的信号处理技术，包括智 能天线( s a ) 、联合检测( j d ) 、改进的接收机、改进的信道预估和预测及链路自适应 能力等。h s d p a 第三阶段的目标是提供1 0 0m b i t s s 1g b i t s s 的速率。 2 4w - h s d p a 和t d h s d p a 的比较 在本章前三节介绍了t d h s d p a 系统的变化、关键技术，本节将集中总结h s d p a 在w c d m a 和t d s c d m a 系统中的异同。 2 4 1 相同点 ( 1 ) m a c 层。w - h s d p a 和t d h s d p a 的m a c 层结构基本相似。其中一个最显 著特点是将m a c 层的实体m a c h s 移到了n o d e b 中，以支持高阶调制和编码、混合自 1 0 2t d h s d p a 系统 动重传、快速调度等。 ( 2 ) 物理层。w - h s d p a 和t d h s d p a 中都新增了h s s c c h 和h s d s c h 信道， 在两系统的h a r q 进程中两信道上承载的信令也相同。w - h s d p a 和t d h s d p a 的上 行控制链路都传输h a r q 的确认信息a c k n a c k 以及下行链路的c q i 。对于下行链路， w - h s d p a 和t d h s d p a 在h s s c c h 信道中均传输h a r q 过程识别及新数据指示信令。 在h s d s c h 信道中传输重排序队列i d 及传输队列数信令。 2 4 2 不同点 ( 1 ) 物理层信令参数的差异。 仅用于f d d 模式的信令：信道码和测量反馈率。信道码用来向u e 定义接收信息 和进行解码时所需的信道码。测量反馈率用来定义用于下行链路质量测量的反馈率。 仅用于t d d 模式的信令：h s p d s c h 配置和h s s c c h 循环序列号( h c s n ) 。 h s p d s c h 配置用来向u e 定义它所要接收和解码的时隙和码。h c s n 在每次h s s c c h 传输给目标u e 时该参数值加1 。每个u e 保持自己特定的计数器值。u e 用该计数器为 闭环功率控制服务，衡量h s s c c h 中的b l e r 。 ( 2 ) 物理信道种类的差异。 h s d p a 中引入了新的上行物理层控制信道，在w c d m a 中为上行高速专用物理控 制信道h s d p c c h ，在t d s c d m a 中为上行共享信息信道h s s i c h 。h s d p c c h 的作 用是承载上行链路中必要的控制信令，即a r q 确认和c q i 。h s s i c h 承载的信令与 h s d p c c h 相同。但前者是专用信道，而后者是共享信道。 在w c d m a 系统的上行链路中，基站通过扰码来区分用户。上行链路采用的扰码 序列分为短扰码和长扰码，这两种扰码族都具有几百万个扰码可供使用，足够为小区内 每个用户分配不同且唯一的扰码，方便基站区分，所以，在上行链路方向上不必规划码 资源，因此h s d p c c h 更适合设计为专用信道，这样可以在不影响以前的系统上简化 终端的设计。 在t d s c d m a 系统的上行链路中，基站通过扩频码来区分用户。h s s i c h 的扩频 因子s f 固定为1 6 ，这有限的扩频码资源，不允许采用类似于w c d m a 系统的h s d p a 反馈信道h s d p c c h 那样的设计采用专用的物理信道。因此，将h s s i c h 设计为 共享的物理信道，使多个用户同时使用相同的扩频码，用户之间通过正交序列区分。但 这种方法的缺点是增加了h s s i c h 设计的复杂度，而且由用户和基站之间的相对运动 产生的多普勒频移，单频电波受到随机调频，接收到序列的正交性将受到影响。 ( 3 ) 帧结构和时隙分配的差异。 工作在t d d 模式下的t d s c d m a 系统在同一载波上进行上、下行链路传输，上下 行的分配是通过时隙调度来实现的，其帧结构如图2 5 所示。d w p t s 和u p p t s 两时隙 西安科技大学硕士学位论文 间的g p 转换点在子帧中的位置是固定不变的，另一个转换点的位置可以在常规时隙间 变化。但系统规定t s o 总是分配给下行链路，t s l 总是分配给上行链路。t d s c d m a 系统这种可动态分配时隙的无线帧结构，可同时适用于对称业务和非对称业务。在 t d s c d m a 系统上引入h s d p a 技术后，不管对于原来的语音业务还是数据业务，频率 资源都可以得到充分的利用。 无线帧( 1 0 r e s ) - - - - - - - - - - - + 帧撑i帧群i + i 子帧( 5 m s ) 子帧群2 i子帧轮i + l 早帖；。，。：二二= ：、 一r 。唧) s 0 e h i v ) 1 2 8 m c i l l 0 4 0 0 c h l p 12 8meps 转换点 | | | 十 i十l l i g p ( 9 6 c h 惦) ( h 数据符号m i d a m b l e数据符号 o p b 3 5 2c h i p s 1 4 4 c h i p 8 3 5 2c h i p $ c p 一 时隙 7 【o 6 7 5 m s ) 8 6 4 c h i p s 图2 5t d h s d p ah s p d s c h 帧结构 工作在f d d 模式下的w c d m a 系统，其上、下行数据在已经分配好的两个不同的 频段上传输，所以不能动态地根据上下行的数据传输量调整资源的分配，即当进行非对 称业务服务时，信息量较少的那一链路方向的剩余频率资源不能分配给另一链路使用， 而这些剩余频率资源处于空闲状态，这使得w c d m a 系统达不到资源的充分利用，频 谱效率较低，其帧结构如图2 6 所示。 n 冀b i t sfn d l 、二84m【chips临256。chipsnd“=：二：二，!：!j s 1 0 t 绚 i s l o t # 1 i s i 刚2 ii s l o t # 1 4 1 子帧t t i = 2m s 7 i 无线帧：t 尸1 0 m s 图2 6w - h s d p ah s p d s c h 帧结构 1 2 2t d h s d p i a 系统 在t d s c d m a 系统引入具有上、下行链路业务不对称特点的h s d p a 技术，由于 系统的时分双工模式，能够通过灵活的调整上、下行转换点来动态的分配时隙，从而充 分的利用频率资源，提高频谱利用率；而在w c d m a 系统上引入h s d p a 技术，由于系 统的频分双工模式，不能动态地分配上、下行时隙，造成频率资源的浪费，使得频谱利 用率较低，频率资源是极为有限的，w c d m a 系统对频谱资源的浪费是严重的弊端，引 入h s d p a 技术的t d s c d m a 系统具有明显优势，详细的数据说明在下一小节给出。 ( 4 ) 技术上的差异_ f c s 。w c d m