（通信与信息系统专业论文）tdhsupa无线分组调度算法研究.pdf

重庆邮电大学硕士论文 摘要 摘要 随着3 g 业务的迅猛发展，用户对上行传输速率也提出了更高的要求。为了进一 步提高t d s c d m a 系统的上行传输速率，3 g p p 在i u 中制定了t d h s u p a 技术标准 作为其上行增强技术。t d h s u p a 技术通过引入基于n o d eb 的快速调度、h a r q 、 5 m st t i 等关键技术，使得t d 系统的上行峰值速率达到2 2 m b i t s 。本文正是对基于 n o d eb 的快速调度中的分组调度算法进行研究。 首先，介绍了t d h s u p a 系统的技术特点、信道结构及新增关键技术。研究分 析了t d h s u p a 系统的分组调度原理，并对r r 、f t 、m a xc i 、p f 及m l w d f 等经 典的非实时和实时调度算法进行研究分析。通过对实时调度算法的研究，针对b e l l 实验室提出的m l w d f 算法进行了改进，改进算法通过引入实时业务的保证比特速 率特性，提高了调度公平性。 其次，介绍了经济学中的效用思想和效用函数，重点研究了时延和速率效用函 数。并将时延和速率效用函数引入到m l w d f 算法中，提出了基于效用函数的 m l w d f 改进算法。改进后的算法公平性更高，丢包率更低。本文还结合t d 系统 的最基本信道单元b r u 和效用函数，提出了一种基于b r u 和效用函数的调度优先 级判别方法。 另外，通过结合最高优先级逻辑信道的信道号( r t l t d ) 、最高优先级的逻辑信道 的数据量所占总数据的比值( h l b s ) 、所有逻辑信道上待传的数据总量( t e b s ) 及净空 功率( u p h ) 等u e 向n o d eb 上报的调度信息( s d ，并考虑系统b r u 和r o t 等因素， 本文提出了一种基于调度信息( s d 的新型t d h s u p a 调度方法，并对整个调度流程 作了详细介绍。仿真结果表明，基于调度信息( s i ) 的新型t d h s u p a 调度算法在吞 吐量、平均时延等方面比已有算法有很大的改善。 最后，建立t d h s u p a 系统仿真环境，并设计仿真流程，对小区模型、u e 移 动模型、业务源模型等系统模块做了介绍；然后对已有算法及上面提出的改进算法 通过吞吐量、公平性及平均时延等性能进行仿真比较。文章最后总结全文，并分析 了下一步研究方向。 关键词：t d h s u p a ，调度算法，效用函数，m l w d f ，调度信息 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a c t a b s 仃a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f3 gb u s i n e s s ，u s e r sd e m a n dah i g h e rr e q u i r e m e n to f t h eu p l i n kt r a n s m i s s i o nr a t e t of u r t h e re n h a n c et h et d s c d m as y s t e m su p l i n kt r a n s f e r r a t e ，3 g p pd e v e l o p e dt h et d h s u p at e c h n o l o g ys t a n d a r d s i nr 7 勰i t su p l i n k e n h a n c e m e n tt e c h n o l o g y t d - h s u p at e c h n o l o g ym a k e st h eu p l i n kp e a kr a t e so ft d s y s t e mu pt o2 2 m b i t sb yi n t r o d u c i n gs o m ek e yt e c h n o l o g i e s ，s u c ha st h ef a s ts c h e d u l i n g b a s e do nn o d eb ，h a r q ，5 m st r ia n ds oo n t h i sp a p e ri sp r e c i s e l yo nt h er e s e a r c ho f p a c k e ts c h e d u l i n ga l g o r i t h mi nt h ef a s ts c h e d u l i n gb a s e d o nn o d eb f i r s t l y , t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ef e a t u r e s ，c h a n n e l s t r u c t u r ea n dt h en e wk e y t e c h n o l o g i e so ft h et d - h s u p as y s t e m a f t e ra n a l y s i n gt h et h e o r yo fp a c k e ts c h e d u l i n g i nt d - h s u p as y s t e m ，t h i sp a p e ra n a l y s e ss o m ec l a s s i cr e a l - t i m ea n dn o nr e a l t i m e s c h e d u l i n ga l g o r i t h m ，s u c ha sr r 、t f 、m a xc i 、p fa n dm l w d f a n ds oo n t h r o u g h t h es t u d yo fr e a l - t i m es c h e d u l i n ga l g o r i t h m ，b yi n t r o d u c i n gg r a n tb i tr a t e ( g b r ) c h a r a c t e r i s t i c so fr e a l - t i m eb u s i n e s s ，t h i sp a p e rp r o p o s e sai m p r o v e da l g o r i t h mf o r m l w d fw h i c hi si m p r o v e db yb e l ll a b s ，t h ei m p r o v e ds c h e d u l i n ga l g o r i t h mi m p r o v e s t h es c h e d u l i n gf a i r n e s so f t h es y s t e m s e c o n d l y , t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h eu t i l i t yt h o u g h ta n du t i l i t yf u n c t i o ni ne c o n o m i c s ， a n dg i v e sa ne m p h a s i s e di n t r o d u c t i o nt ot h eu t i l i t yf u n c t i o no ft i m ed e l a ya n dr a t e a n d t h e nb yi n 仃o d u c i n gt h eu t i l i t yf u n c t i o no ft i m ed e l a ya n dr a t et ot h em l w d fa l g o r i t h m ， t h i sp a p e rp r o p o s e sai m p r o v e dm - l w d fa l g o r i t h mb a s e do nt h eu t i l i t yf u n c t i o n t h e i m p r o v e da l g o r i t h mh a sah i g h e rf a i r n e s sa n dal o w e rp a c k e tl o s sr a t e b yc o m b i n i n gt h e m o s tb a s i cc h a n n e lu n i tb r uo ft ds y s t e ma n du t i l i t yf u n c t i o n ，t h i sp a p e ra l s op r o p o s e sa s c h e d u l i n gp r i o r i t yi d e n t i f i c a t i o nm e t h o d i na d d i t i o n ，b yt h ec o m b i n a t i o no fs c h e d u l i n gi n f o r m a t i o nt h eu es e n dt on o d e b ，s u c ha sh i g h e s tp r i o r i t yl o g i c a lc h a n n e ld ( h i ，d ) 、h i g h e s tp r i o r i t yl o g i c a lc h a n n e l b u f f e rs t a t u s ( h l b s ) 、t o t a le - d c hb u f f e rs i z e ( t e b s ) a n du ep o w e rh e a d r o o m ( u p i - i ) a n ds oo n , a n dc o n s i d e r i n gb r u 、r o ta n do t h e rf a c t o r so f t h es y s t e m ，t l l i sp a p e rp r o p o s e s an e wt d h s u p as c h e d u l i n gm e t h o db a s e do nt h es c h e d u l i n gi n f o r m a t i o n ( s o ，a n d g i v e sad e t a i li n t r o d u c t i o nt ot h es c h e d u l i n gp r o c e s s i o n s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h e n e wt d h s u p a s c h e d u l i n ga l g o r i t h mb a s e do ns ih a sag r e a ti m p r o v e m e n ti ns o m e p e r f o r m a n c e ，s u c ha st h r o u g h p u t ，a v e r a g et i m ed e l a ya n ds oo n 重庆邮电大学硕十论文 a b s t r a c t f i n a l l y , t h i sp a p e re s t a b l i s h sas i m u l a t i o ne n v i r o n m e n tf o rt h et d h s u p as y s t e m , a n dd e s i g n sap r o c e s s i o nt ot h es i m u l a t i o n , a n dt h e n ，g i v e sai n t r o d u c t i o nt ot h em o d u l eo f s y s t e m ，s u c ha st h ec e l lm o d e l 、l i em o b i l i t ym o d e l 、b u s i n e s ss o u r c em o d e l sa n d s oo n t h i sp a p e rg i v e sas i m u l a t i o na n dc o m p a r i s o nt ot h ec l a s s i ca n di m p r o v e da l g o r i t h m t h r o u g hs o m ep e r f o r m a n c ei n d i c a t o r s ，s u c ha st h r o u g h p u t ，f a i r n e s s ，a v e r a g et i m ed e l a y a n ds oo n f i n a l l yaf u l ls u m m a r ya n da n a l y s i so ff u r t h e rr e s e a r c hd i r e c t i o n sa r eg i v e n k e y w o r d s ：t d h s t w a , s c h e d u l i n ga l g o r i t h m ，u t i l i t yf u n c t i o n ，m - l w d f , s c h e d u l i n g i n f o r m a t i o n r i 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 第一章绪论 t d s c d m a 作为我国具有自主知识产权的3 g 技术目前在我国得到了迅猛的发 展，为了进一步提高t d s c d m a 技术的上行传输速率，3 g p p 引入了t d s c d m a h s u p a 技术作为其上行增强技术，本文正是研究该技术中的调度算法，下面本章将 对该课题的研究背景、研究内容及意义等做详细介绍。 1 1 研究背景 随着移动通信和互联网通信的日益融合、数据通信的显著增长以及越来越普及 的多媒体应用带来了能够提供更大带宽、更大容量和更灵活服务的第三代移动通信 系统，即i m t - 2 0 0 0 ( i n t e m a t i o n a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i 0 1 1 8i n2 0 0 0 ) t i j 或u m t s ( u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m ) 。如果说2 g 无线通信技术是将移动电 话引入了市场，那么，3 g 技术将从基础的话音业务扩展到把高速的数据通信和多媒 体应用带给移动用户【2 】。目前，世界公认的3 g 主流标准为w c d m a ，c d m a 2 0 0 0 和 t d s c d m a 以及w i m a x 。 随着3 g 业务的迅猛发展，用户对3 g 系统的传输速率、时延及可靠性等性能都 提出了更高的要求。因此，3 g p p 在r 5 中引入高速下行分组接入技术( h s d p a ，h i 曲 s p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s ) 以提高下行分组数据业务的传输速率。h s d p a 技术解 决了用户对下行数据高速传输的要求。为了满足用户对上行数据高速传输的要求， 3 g p p 在r 6 中引入了高速上行分组接入技术( h s u p a ，h i g hs p e e du p l i r l kp a c k e t a c c e s s ) ，以提高3 g 系统的上行传输速率。 为了提高上下行传输速率，在t d s c d m a 系统中同样引入了h s d p a 和h s u p a 技术。t d s c d m a 在r 5 中引入了h s d p a 技术，使得t d 系统的下行单载波最高 传输速率达到2 8 m b i t s ，引入了n 频点方案后，三载波传输速率最高可支持 9 4 m b i t s 。t d s c d m a 在r 7 中引入了h s u p a 技术。2 0 0 6 年3 月，3 g p p 在r 7 版 本中将t d h s u p a 技术立项，并在2 0 0 7 年5 月完成，t d - h s u p a 技术可使系统上 行峰值速率达到2 2 m b i t s 。中国通信标准化协会( c c s a ) 也在2 0 0 7 年建立 t d - h s u p a 行标立项，保持与3 g p pr 7 的关键技术一致，并兼容c c s a 的多载波行 业标准【3 1 。 t d h s u p a 与之前的版本相比，在物理层增加了新的增强专用信道( z - d c h ) 和 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 e d c h 上行物理信道( e - p u c i - 1 ) ，e d c h 信道可以传输分组业务的数据，该信道支 持变速率传输，快速重传和快速分组调度等。为了完成相应的控制、调度及反馈， t d h s u p a 系统在物理层引入了e d c h 的随机接入上行控制信道( e r u c c h ) 、 e d c h 绝对授权信道( e a g c h ) 和e d c hh a r q 指示信道( e h i c h ) 3 条物理控制信 道。t d h s u p a 还通过在u e 和n o d eb r n c 的m a c 层引入m a c e m a c e s 实体， 以完成相关调度、反馈及重传等功能。网络侧资源授权和a c k n a c k 反馈直接由 位于n o d eb 的m a c e 子层给出，大大提高了调度和传输重传的速度，减少了数据 传输的整体时延。网络侧m a c e s 子层位于r n c ，用于保证数据包按顺序传输。 为了提高上行传输速率和吞吐量，t d h s u p a 还引入了基于n o d eb 的快速调 度、混合自动请求重传( h a r q ) 、5 m st t i 等关键技术，由于它们的引入，系统的整 体性能得到了很大的提升。本文正是针对基于n o d eb 的快速调度中的调度算法进 行研究，无线分组调度算法也称为p s ( p a c k e ts c h e d u l i n g ) ，在无线资源管理中发挥着 越来越重要的作用。无线分组调度的目标是在用户q o s 不同的情况下，尽量在体现 公平性的基础上使得系统吞吐量最大化 4 1 。 为了改进调度性能，许多公司和科研人员提出了很多调度算法。为了最大程度 地体现调度的公平性，k a z m i 和c a i 提出了轮循调度算法。为了保证用户的吞吐量， y o s h i a l ( i 等人提出了m t a - i s l r ( m i n i m u mt h r o u g h p u ta s s u r e di n s t a n t a n e o u ss m ) 调度 算法，该算法在保证最小吞吐量的条件下，根据用户的瞬时s i r 进行调度【5 】。 d a v i d 在研究中发现，通过利用多用户信道快衰落变化间的异步性可以极大地 提升系统的吞吐量，并由此提出了多用户分集( m u l t iu s e rd i v e r s i t y ) 的概念。针对如 何利用多用户分集增益的优势，q u a l o e m m 公司提出了等比公平( p f , p r o p o r t i o n a l f a i m e s s ) 调度算法，该算法采用基于时分复用的方式，并将目前的信道状况和公平 性考虑在内，在用户经历相似的信道条件时可以给出公平的数据速率分配，目前很 多算法都是在该算法基础上的改进。以上所提到的调度算法具有一定的优点，可以 很好地完成非实时类业务的要求，但是没有体现具有时延约束的实时业务的特性。 为了支持具有时延约束的实时业务，最早有人提出了e d f ( e a r l i e s td e a d l i n ef i r s t ) 算法，优先调度离时间门限最近的用户，但该算法只考虑了用户的时延特性，考虑 的因素比较单一。b e l l 实验室的a n d r e w s 等人提出了m l w d f 算法，这种算法考 虑了用户信道的快衰落，并尽量最大化地利用多用户分集增益，经验证该算法具有 吞吐量最优的性质。m l w d f 算法将分组调度的目标从公平性、时延等传统性能需 求扩展到了对无线资源进行优化的新视角【6 】。 通过对已有调度算法的介绍我们可以看出，对t d h s u p a 调度算法的研究还有 很大的问题和挑战： ( 1 ) 已有调度算法没有结合t d h s u p a 系统的具体信道特点，结合t d h s u p a 2 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 系统的信道特点研究调度算法是我们下一步的主要研究内容之一； ( 2 ) 已有调度算法都是根据速率、时延等性能指标来对用户进行调度，但没有 考虑用户对调度效果的满意度。我们将在下面的研究中将经济学中的效用思想和效 用函数引入到调度算法中； ( 3 ) 3 g p p 在r 7 标准中对t d h s u p a 的上行调度过程有详细描述，结合标准 研究新型t d h s u ，a 调度算法也是我们的重要研究内容。 1 2 课题研究内容及意义 已有的调度算法通常是依据速率、时延等性能指标来对用户进行调度，但均已 有的调度算法都没有结合t d 系统的最基本单元b r u ( r e s o u r c eu n i t ) 。在t d 系统中， 一个信道就是载波、时隙、扩频码的组合，当扩频因子s f = 1 6 时的信道称为最基本 的资源单位，即b r u 。结合系统的最基本信道单元b r u 研究t d h s u p a 调度算法 是本课题的主要研究内容之一。 目前经济学中的效用思想在通信中得到了越来越多的应用，效用思想将业务的 各种要求( 如速率、时延、功率等) 转换为“软”目标，即效用值，通过效用值的大 小来反映对调度效果的满意程度。将效用函数引入到本文所研究的t d - h s u l ) a 调度 算法中是本课题的又一主要研究内容。 t d 。h s u p a 是3 g p p 在r 7 中制定的上行增强技术，u e 要发送上行数据，首先 要向n o d eb 发送调度信。g ( s t ) ，n o d eb 根据s i 及功率等其他因素向u e 发送a g 调度命令，最后u e 发送上行数据。目前已有的调度算法中还没有结合调度信息( s d 对u e 作出调度优先级判断，结合调度信息( s d ，设计新型的t d h s u p a 调度算法 也是本课题的一个重要研究内容。 本课题将首先对已有调度算法进行仿真分析，如轮循( i u r ) 、吞吐量公平( f t ) 、 最大载干比( m a xc i ) 、等比公平( p f ) 及m l w d f 等算法进行改进和性能仿真比较。 然后重点对上面提到的三种主要研究内容进行研究分析。结合t d h s u p a 的系统特 点，提出适合t d h s u p a 系统的调度算法是本课题的研究目标。 本课题主要针对我国具有自主知识产权的t d s c d m ah s u p a 技术中的调度算 法进行研究，合适的调度算法是提高t d h s u p a 系统的吞吐量、保证用户间的公平 性、满足业务q o s 的关键。在t d h s u p a 系统环境下，结合t d 系统的基本信道结 构特点及t d h s u p a 的调度特性，寻找一种在公平性、吞吐量和用户服务质量之间 达到折衷的t d h s u p a 调度算法意义重大。 3 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 3 本文结构安排 本课题受大唐移动通信设备有限公司和重庆邮电大学合作的国家科技重大专项 “t d s c d m ah s u p a 系列化商用无线系统设备研发与产业化”( 项目编号： 2 0 0 9 z x 0 3 0 0 1 0 0 4 ) 的资助，本文重点研究该项目中的t d h s u p a 系统的无线分组 调度算法，全文分为六章，每章主要内容介绍如下： 第一章是绪论，介绍了本课题的研究背景和现状，提出本课题的研究内容、意 义及课题来源，以及本文的结构安排。 第二章介绍了t d h s u p a 系统，并对t d h s u p a 的系统特点、新增的专用信 道及关键技术等进行了介绍。 第三章首先讲述了t d h s u p a 分组调度原理。对非实时调度算法进行研究分 析，如轮循( 鼬u 、吞吐量公平( f t ) 、最大载干比( m a xc i ) 及等比公平( p f ) 调度算法 等。然后介绍了实时类业务q o s 的两种定义方式，并对已有的实时调度算法进行研 究分析，如e d f 、m l w d f 调度算法等。本章还针对b e l l 实验室提出的m l w d f 算法进行了改进，将保证比特速率( g b r ) 引入到m l w d f 算法中，改进算法提高了 平均传输速率低于保证比特速率( g b r ) 用户的调度优先级，提高了调度公平性。 第四章的主要内容可分为以下几点：1 、介绍了经济学中的效用思想和效用函数， 重点介绍了时延和速率效用函数。2 、将经济学中的时延效用函数引入到m - l w d f 算法中，提出了基于时延效用的m l w d f 改进算法。通过将时延和速率效用函数引 入到第三章中m l w d f 的改进算法中，提出了基于时延和速率效用的m l w d f 改 进算法。3 、在t d 系统的最基本的信道单元b r u 和效用函数的理论基础上，提出 了一种调度优先级判别方法。4 、结合u e 向n o d eb 上报的调度信息( s d 、效用函数、 b r u 及r o t 等，提出了一种基于调度信息( s d 的新型t d h s u p a 调度方法，并对 整个调度流程做了详细介绍。 第五章搭建t d h s u p a 仿真环境，如小区环境、业务源模型等，对非实时调度 算法及实时调度算法进行仿真验证。并重点对本文中提出的实时调度算法改进算法 进行仿真验证，如基于效用函数的m l w d f 改进算法、基于调度信息( s d 的新型 t d h s u l ) a 调度算法等，通过吞吐量、公平性及平均时延等性能指标对它们进行仿 真比较。 第六章对全文进行总结，并分析了本文需要进一步研究的问题。 4 重庆邮电大学硕士论文 第二章t d h s u p a 系统介绍 第二章t d h s u p a 系统介绍 本章将对t d - h s u p a 的系统特点、信道结构及主要关键技术等做具体的介绍分 析。t d h s u p a 技术通过引入增强信道及基于n o d e b 的快速调度、h a r q 及5 m s t t i 等关键技术，使得t d s c d m a 系统的上行单载波峰值速率可达到2 2 m b i t s 。 2 1t d h s u p a 系统特点 t d h s u i 狐是t d s c d m a 的上行增强技术，在3 g p pr 7 规范中提出。采用 t d h s u p a 技术，可使t d h s u p a 系统的上行峰值速率达到2 2 m b p s ，同时传输时 延大大降低，t d h s u p a 技术的引入将使t d s c d m a 获得了更大的应用空间。 t d h s u p a 技术的主要特点如下r 7 1 。 第一：新增物理和传输信道 t d h s u p a 增加了增强专用信道( e d c h ) 以实现分组数据专用传输的功能。物 理层承载方面，t d h s u p a 增加了e d c h 上行物理信道( e p u c h ) 来承载相应的传 输信道e d c h ；还新增了e d c h 上行控制信道( e - u c c h ) 用于完成传输上行e - d c h 控制信息。为了完成相应的控制、调度和反馈，t d h s u p a 在物理层引入了e - d c h 的随即接入上行控制信道( e r u c c h ) 、e - d c h 绝对授权信道( e a g c h ) 和e - d c h h a r q 指示信道( e h i c h ) 等3 条物理控制信道。 第二：m a c e m a c e s 实体 t d h s u p a 系统在u e 和n o d eb r n c 的m a c 层新增加了m a c e m a c c s 实 体，用于完成相关调度、反馈、重传等功能。网络侧资源授权和a c k n a c k 反馈 直接由位于n o d eb 的m a c e 子层确定，这种方式显著地提高了调度和传输重传的 速度，减少了数据传输的整体时延。网络侧m a c e s 子层位于r n c ，用于保证数据 包的按序传输j 。 第三：基于n o d eb 的快速调度 在t d - h s u p a 系统中，n o d eb 代替r n c 控制l i e 的调度功能，相比r 4 中通 过r n c 完成调度，n o d eb 快速调度由于省去了i u b 接口上的传输过程以及对重传、 u e 缓存测量的快速反馈，使得传输时延大大降低，提高了系统了吞吐量。另外， n o d eb 快速调度在资源分配和干扰控制方面也有很大的优势，有效地缓解码道资源 受限以及快速适应无线环境变化。通过快速控制l i e 的速率，基站可以更好地控制 5 重庆邮电大学硕士论文第二章t d - h s u p a 系统介绍 空中接口的干扰情况。 第四：混合自动重传请求( h a r q ) 混合自动重传请求( h a r q ) 是前向纠错编v s ( f e c ) 技术和自动请求重传( a r q ) 技 术的结合。f e c 是指具有纠错能力的信道编码技术，如t u r b o 码等。a r q 是一种检 错重传技术。在r 4 版本中，数据包的重传是由r n c 控制下的r l c 完成的。由于 重传涉及r l c 信令和i u b 接口传输，造成重传延时很大。t d h s u p a 和t d h s d p a 一样，也引入了混合自动重传请求( h a r q ) ，使得数据包的重传可以在l i e 和n o d eb 间直接进行，绕开了i u b 接口传输，大大降低了时延，快速重发还允许上行链路以 更高的误块率( b l e r ) 运行，允许在给定的数据速率下以更低的功率级开始传输， 最终使得小区的覆盖面扩大。 第五：自适应编码调n ( a m c ) a m c 通过改变调制方式和信道编码率来调整传输速率，t d h s u p a 调制目前 采用q p s k 和1 6 q a m 两种方式。对于信道环境较好用户，会采用较高的调制等级 和较高的编码速率( 例如1 6 q a m r = i 的码率) ，而在接近小区边缘，信道环境较差 的用户，会采用较低的调制等级和编码速率( 例如q p s k r = l 2 的码率) 。表2 1 给 出了q p s k 和1 6 q a m 编码率和吞吐率。通过高阶的调制和效率更高的编码效率等 技术，t d 。s c d m a 的单载波上行最高支持2 2 m b i t s 的速率。 表2 1调制方式与编码率和吞吐率的关系 调制方式 编码率 吞吐率 1 42 81 k b i t s q p s k 2 4 5 6 3 k b i t s 3 48 0 0 k b i v s 2 4 1 1 2 mb i f f s 1 6 q a m 3 41 6 8m b i v s 4 4 2 2 4 m b i v s 第六：5 m s t t i t d h s u p a 采用5 m s 作为传输时间间隔( t t i ) 的长度，与系统的子帧长度一致， 这样使网络侧可以更好地跟踪和控制信道的变化，降低了时延，提高了调度速度。 2 2t d h s u p a 信道结构 t d h s u p a 引入了新的增强专用信道( e d c h ) 和对应的e d c h 上行物理信道 ( e p u c h ) 。为了完成相应的控制、调度和反馈，t d h s u p a 在物理层引入了e d c h 6 重庆邮电大学硕士论文 第二章t d h s u p a 系统介绍 随机接入上行控制信道( e r u c c h ) 、e - d c h 绝对授权信道( e a g c h ) 和e - d c h h a r q 指示信道( e h i c h ) 等3 条物理控制信道吲。 2 2 ie r u c c h 信道 e r u c c h 信道用于u e 在没有资源授权的情况下请求授权以进行数据传输，其 传输方式为抢占式的接入方式，过程与物理随机接入信道( p r a c h ) h 同，并且可以 和p r a c h 共享物理码道。其内容为e d c h 无线网络临时识别( e r n t i ) 和当前的调 度信息( s d 。对于当前有授权的u e 来说，也可以将u e 当前的调度信息复用在 e p u c h 的m a c ep d u 中传给n o d eb ，以达到调度请求的目的。 e r n t i 就是u e 的e d c h 无线网络标识，占用1 6 b i t 。 调度信息( s i ) 包含以下几类信息： ( 1 ) 服务小区和邻小区路径损耗( s n p l ，5 b i 0 n o d eb 可以用s n p l 来帮助估计每个u e 产生的小区内干扰程度，从而估计绝 对授权功率值和分配的物理资源。 ( 2 ) u e 功率余量( u p h ，5 b i t ) u p h 域指示了u e 可用的剩余功率，其计算式为： u p h = ：型璺 p 一妇+ z p a 腩一妇 式( 2 1 ) 其中，k 黯是u e 的最大发射功率，忍一妇是信道质量的期望值，由e - a g c h 传递的t p c 信息进行闭环调整，三。庙妇是路径损耗。 ( 3 ) 总e - d c h 缓存区状态( t e b s ，5 b i t ) t e b s 域确定了r r c 请求上报的所有逻辑信道上待传输的数据总量，指示了 r l c 层可用于传输和重传的数据字节数。当m a c 与一个a mr l c 实体相连时，发 送的控制p d u 和在r l c 发送窗之外的r l cp d u 也必须包含在t e b s 中。已发送 的但没有被对等实体否认的r l cp d u 不包含在t e b s 中。 ( 4 ) 最高优先级逻辑信道i d 0 1 - l i d ，4 b i t ) h l i d 域明确指出有待传输数据的最高优先级逻辑信道。如果存在多个带有最 高优先级的逻辑信道，将报告对应于最高缓存区占用的逻辑信道。 ( 5 ) 最高优先级逻辑信道缓存区状态( h l b s ，4 b i t ) h l b s 域指示了h l i d 指定的逻辑信道上待传的数据总量，是t e b s 报告的缓 存区大小范围最大值的百分比值。 e r u c c h 的时隙格式有两种，与e r u c c h 采用的扩频因子相对应。当采用 7 重庆邮电大学硕士论文 第二章t d h s u p a 系统介绍 1 6 倍扩频码时采用时隙格式0 ，当采用8 倍扩频码时采用时隙格式1 0 ，见表2 2 。 表2 2e r u c c h 时隙格式 时 s fm i d a m b l e n 研c ln 骆& n m c b i t 时d d i m fs h t口，出胁删( 1 )玩驰，如龃删( 2 ) 隙 长度( c h i p ) 码字 ( b i t ) 隙 ( b i t ) ( b i t ) ( b i t ) 格 ( b i t ) 式 o1 61 4 40o & 08 88 84 44 4 1 0 l1 4 4oo & o 1 4 0 81 4 0 87 0 47 0 4 e r u c c h 突发格式如图2 1 所示。 e r u c c h 突发结构 2 2 2e a g c h 信道 图2 1e r u c c h 突发格式 e - a g c h 信道是一个新的下行物理信道，用于n o d eb 向u e 传递调度资源授权 信息，它主要包括以下信息：( 1 ) 功率授权信息( 5 b i t ) ；( 2 ) 时隙授权信息( s b i t ) ； ( 3 ) 码道授权信息( 5 b i t ) ；( 4 ) e h i c h 指示( 2 b i t ) ；( 5 ) e u c c h 的个数指示( 3 b i t ) ； ( 6 ) 资源持续时间指示( 3 b i t )( 7 ) e a g c h 循环系列号( e c s n ) ( 3 b i t ) 。 其中( 6 ) 由高层指定，这样信息长度可能为2 3 或2 6 b i t 。 e a g c h 采用了两条分离的物理信道：e a g c hl 和e a g c h2 e a g c hl 必 须采用表2 3 中的时隙格式5 ，e a g c h2 必须采用时隙格式0 。d p c h 的所有格式 见3 g p pt s 2 5 2 2 1 中5 a 2 2 4 1 2 。为了e p u c h 功率控制和同步，e - a g c h 必须承 载t p c 和s s ，但不承载t f c i 。 表2 3e - a g c h 时隙格式 时s fm i d a m b l e n 眦|n 豁n 僦 b i t 时 d 咖| s 钒 j 气船，如缸屈材( 1 ) d ，如缸删( 2 ) 隙 长度( c h i p ) 码字 ( b i t ) 隙 ( b i t ) ( b i t )( b i t ) 格 ( b i t ) 式 o1 61 4 40o & 0 8 88 8 4 4 4 4 51 6 1 4 4 0 0 08 88 44 4 4 0 8 重庆邮电大学硕士论文 第二章t d h s u p a 系统介绍 图2 2 分别给出了e a g c hl 和e a g c h 2 的突发结构。 s ss y m b o l t p c s y m b o l e - a g c h1 突发结构 d a t as y m b o l l m i d a m b l el il d a t as y m b o l l g p e a g c h2 突发结构 2 2 3e p u c h 信道 l i e 收到n o d eb 中m a c e 实体发送的a g 命令后，由e p u c h 信道进行数据 传输。e p u c h 物理资源被定义为非调度资源和调度资源。非调度资源由r n c 通过 高层信令进行分配，而调度资源由n o d ebm a c e 的调度实体进行控制分配。 e p u c h 支持以下物理层特性： ( 1 ) 有效扩频因子1 6 、8 、4 、2 、i ： ( 2 ) q p s k 1 6 q a m 调制； ( 3 ) e u c c h 的传输； ( 4 ) 发送功率控制( t p c ) 的传输； ( 5 ) 1 6 c h i p 长度的保护间隔； ( 6 ) 可以采用默认的和u e 特定的m i d a m b l e 分配方式。 在e p u c h 中，还复用着一条特殊的e d c h 上行控制信道( e - u c c h ) 。e p u c h 的时隙格式与e - u c c h 密切相关。e u c c h 作为传输上行e d c h 控制信息的信道， 直接映射到e p u c h ，单个时隙内是否有e p u c h 和e u c c h 复用，以及一个e - d c h 1 v r i 内e u c c h 的个数都取决于高层的配置，及调度的e - u c c h 个数由e a g c h 分配，非调度的e u c c h 个数由r r c 信令分配。d u c c h 必须始终伴有发送功率 控制( t p c ) 命令字。如果一个时隙不发送b u c c h ，那么也不发送t p c 。 e o u c c h 传输的上行控制信息有： ( 1 ) 传输块大小选择码( t r a n s p o r tb l o c ks i z eo f t h es e l e c t e de t f c ) ，6 b i t ： ( 2 ) 重传序列号( r e t r a n s r n i s s i o ns e q u e n c en u m b s ) ，2 b i t ； ( 3 ) h a r q 进程i d ( h a r qp r o c e s si d ) ，2 b i t 。 9 重庆邮电大学硕士论文 第二章t d h s u p a 系统介绍 其中，传输信道的调制格式可以由传输块大小推断出，所以没有传输。这1 0 b i t 的数据使用( 3 2 ，1 0 ) 第二阶r e e d m u l l e r 的子码进行编码，得到3 2 b i t 的序列。 e u c c h 信道具有以下特征： ( 1 ) 长度为3 2 物理信道比特； ( 2 ) 映射到e p u c h 的数据域； ( 3 ) 以e a g c h 中码道信息指定的扩频因子扩频； ( 4 ) 采用q p s k 调制。 e