（信号与信息处理专业论文）hspa系统中自适应调制编码技术的研究.pdf

摘要 i l ll li ii iill l lii iiu l 18 8 9 3 2 9 自适应调制与编码( a m c ) 技术是以数据传输速率与误码率之间的最佳平衡为准则， 在平均误比特率给定的条件下，控制瞬时的误比特率低于给定的误比特率界，发送端依 据信道增益，通过改变编码码率和调制星座图尺寸调整发送数据速率，因此采用这种自 适应的调制编码方案使高速分组接入( h s p a ) 系统吞吐量最大。 本文依托的理论背景是3 g p p 关于h s p a 的系列协议。给出了多输入多输出( m i m o ) 系统中a m c 算法和系统模型，仿真了自适应m i m o 系统的平均吞吐量和平均误比特率， 仿真结果表明，与单输入单输i 出( s i s o ) 系统相比，联合正交空时分组码( o s t b c ) 的多天 线自适应技术不仅提高了系统的的平均吞吐量，而且有效减轻了信道衰落对系统性能的 影响。 首先介绍了h s p a 的研究背景，简单总结了h s p a 的进程和商用部署。与3 g p p r e l e a s e9 9 相比，分析了h s p a 引入的新增传输信道和物理信道以及相应的帧格式，然 后对几种关键技术：a m c 、混合自动重传请求( h a r q ) 、快速调度( f c s ) 和m i m o 进行 了简明的讨论。 本文建立了h s p a 的收发系统的仿真流程图，对h s p a 系统的物理层基带的仿真链 路分析。在理想信道估计条件下，提出了基于信噪比的门限切换算法，仿真验证了m i m o 分集技术对h s p a 自适应系统性能的增益。接着在考虑非理想信道估计和时延系统中， 突出分析了a m c 的门限优化算法，仿真出空时分组码的系统性能。最后对本文的主要 工作做出总结，指明本文的不足的地方和有待深入研究的方向。 关键词：高速分组接入，自适应调制编码，多输入多输出，正交空时分组码 a b s t r a c t a b s t r a c t 1 1 1 eb a s i cp r i n c i p l eo fa d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d e d ( a m c ) t e c h n o l o g yi st oa c h i e v e t h eb e s tb a l a n c eb e t w e e nt h ed a t at r a n s f e rr a t ea n dt h eb i te r r o rr a t ew i t h i nt h es y s t e m r e s t r i c t i o n i nt h ec o n d i t i o n so ft h eg i v e na v e r a g eb i te r r o rr a t e ，t h ec o n t r o lo ft h ei n s t a n t a n e o u s b i te r r o rr a t ei sl e s st h a nag i v e nb i te r r o rr a t eb o u n d b a s e do nc h a n n e lg a i n ，t h es e n d i n ge n di s t oc h a n g et h ec o d i n gr a t ea n dm o d u l a t i o nc o n s t e l l a t i o ns i z et oa d j u s tt h et r a n s m i s s i o nd a t a r a t e t h e r e f o r e ，谢t l lt h i sa m cs c h e m eh i 曲s p e e dp a c k e ta c c e s s ( h s p a ) s y s t e mc a na r r i v e t h em a x i m u ms y s t e mt h r o u g h p u t a l lt h er e s e a r c hw o r kh e r ei sb a s e do nt h eh s p ap r o t o c o l sr e l e a s e db y3 g p p g i v e n a m ca l g o r i t h ma n ds y s t e mm o d e li nt h em u l t i p l ei n p u ta n dm u l t i p l eo u t p u t ( m i m o ) s y s t e m s i m u l a t e da v e r a g et h r o u g h p u ta n da v e r a g eb i te r r o rr a t eo ft h ea d a p t i v em i m o s y s t e m s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tc o m p a r e dw i t ht h es i n g l ei n p u ts i n g l eo u t p u t ( s i s o ) s y s t e m ，m u l t i - a n t e n n aa d a p t i v et e c h n o l o g yw i t ho r t h o g o n a ls p a c et i m eb l o c kc o d e ( o s t b c ) n o to n l yi n c r e a s e st h ea v e r a g et h r o u g h p u to ft h es y s t e m ，b u ta l s oe f f e c t i v e l yr e d u c e st h e c h a n n e lf a d i n go nt h es y s t e mp e r f o r m a n c e f i r s t l y , r e s e a r c hb a c k g r o u n do fh s p ai s i l l u s t r a t e d t h e p r o c e s sa n dc o m m e r c i a l d e p l o y m e n to fh s p ai sb r i e f l ys u m m a r i z e d c o m p a r e dw i t ht h e3 g p pr e l e a s e9 9 ，t h en e w h s p at r a n s m i s s i o nc h a n n e la n dp h y s i c a lc h a n n e la n dt h ec o r r e s p o n d i n gf r a m ef o r m a ta r e i n t r o d u c e d m e a n w h i l e s e v e r a lk e yt e c h n o l e g i e ss u c ha sa m c 、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 t ( h a r q ) 、f a s tc h e c ks c h e d u l i n g ( f c s ) a n dm i m oa r ei n t r o d u c e d t h ek e yp a r to ft h i st h e s i sb u i l d st h ef l o wc h a r to ft r a n s c e i v e ra n dr e c e i v e ro ft h ee n t i r e s y s t e ma n dg i v e st h eh s p ab a s e b a n dp h y s i c a ll a y e rs i m u l a t i o no fl i n ka n a l y s i s b a s e do n s i g n a lt on o i s er a t i ot h r e s h o l ds w i t c h i n ga l g o r i t h mi sp r o p o s e d i nt h ec o n d i t i o no fi d e a l c h a n n e le s t i m a t i o n t h ep e r f o r m a n c eg a i no fh s p ai ss i m u l a t e di na d a p t i v em i m od i v e r s i t y s y s t e m t h e n ，c o n s i d e r a t i o n n o n - i d e a lc h a n n e le s t i m a t i o na n d d e l a ys y s t e m ，t h ep a p e r h i g h l i g h t st h eo p l ：i m a lt h r e s h o l da d j u s t m e n ta l g o r i t h mo ft h ea m c ，a n ds i m u l a t e so u ts y s t e m p e r f o r m a n c e f i n a l l y , t h r o u g ht h es u m m a r i z a t i o no ft h ew h o l ew o r k ，s o m ep o t e n t i a ld i r e c t i o n s f o rf u r t h e rs t u d ya r ed i s c u s s e d k e y w o r d s ：h s p aa m cm i m oo s t b c 目录 目录 摘兰要。i a b s t r a c t i i 第一章绪论l 1 1 课题背景及研究意义l 1 2h s p a 的标准化2 1 3 论文目标和组织结构3 第二章h s p a 物理层结构和关键技术5 2 1h s d p a 基本原理及物理层结构5 2 1 1 物理层模型5 2 1 2 新增信道及映射7 2 2h s u p a 基本原理及物理层结构1 0 2 2 1 基本原理10 2 2 2 物理层结构1 0 2 3h s d p a 和h s u p a 比较。1 2 2 4h s p a 几种关键技术1 2 2 4 1 自适应调制编码1 2 2 4 2 混合自动重传请求1 4 2 4 3 快速调度1 4 2 4 4 分集技术。1 5 2 4 5m i m o 技术1 5 2 5 本章小结18 第三章自适应调制编码技术的研究1 9 3 1 信道和系统模型19 3 1 1 衰落信道模型1 9 3 1 2 系统模型2 1 3 2 自适应调制编码技术研究2 2 3 2 1a m c 的基本原理2 3 3 2 2a m c 的实现2 3 3 2 3h a r q 的实现2 4 3 2 3 不同调制方案仿真分析2 4 3 3 基于固定门限的m c s 自适应算法分析2 6 3 3 1 切换门限算法分析2 6 3 3 2a m c 固定门限的确定2 7 3 4 联合空时分组码的a m c 研究2 9 3 4 1 基于m i m o 的空时分组码编译码2 9 目录 3 4 3 平均b e r 和吞吐量推导3l 3 4 4 链路仿真和性能分析3 3 3 5 本章小结3 5 第四章非理想估计系统中自适应调制编码的研究3 7 4 1 研究背景3 7 4 2 系统模型3 7 4 3 信道预测技术3 8 4 4 非理想估计对性能的影响3 9 4 5 基于信道估计的m c s 选择算法原理4 2 4 5 2m c s 自适应原理：4 2 4 5 1a m c 的门限选择优化算法4 3 4 6h s d s c h 链路自适应与仿真性能分析4 5 4 6 1h s d s c h 的链路自适应4 5 4 6 2 平均b e r 推导和性能分析4 6 4 7 本章小结4 9 第五章总结与展望5 1 5 1 本文工作总结5 1 5 2 进一步研究展望5 1 致谢5 3 参考文献5 4 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文。5 7 l i 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题背景及研究意义 有线通信需要终端与通信设备的物理连接，由于这种限制的存在，使得通信地点十 分固定，给用户带来了极大的不便。正在蓬勃发展的移动通信技术改变着世界。用户能 够在任何地方进行通信。无线通信不需要到处都有物理线路的连接，并且通信收发端新 的服务很快就能建立起来，更不需要花费几个月甚至跟长的时间去建设物理基础设施。 通信终端的可移动性和通信网络的无缝连接已经成为当今的主流，最近二十年对无线通 信技术的研究取得了重大进展，经历了从提供话音业务和低速数据业务的的通信阶段发 展到提供高速高质量数据传输业务的阶段，随着用户对多媒体等高速率数据业务的需 求，这就需要移动数据通信增强技术来支撑这些高速数据传输，如h s p a 、h s p a + 和l t e 等。 无线信道不像有线信道那样固定并可预见，而是具有极度的随机性，特别难以分析。 无线通信系统的性能主要受到移动无线信道的制约，发射机与接收机之间的传播路径非 常复杂，从简单的视距传播到遭遇各种复杂的地物，如建筑物、山脉和树叶等。由于通 信地理的随机性和复杂性，导致了无线信道参数的时变性和信道传播的开放性，从而引 起信道的时变衰落。信道中反射及反射物的存在，使发射波到达接收机时有多个在时间、 空间上相互区别的无线电波，不同多径成分具有的随机相位和幅度引起信号强度波动， 导致信号小尺度衰落、失真等现象。多径传播常常延长信号基带部分到达接收机所用的 时间，由于码间干扰引起信号模糊。用户和基站的相对运动会引起随机频率调制，这是 由于多径分量存在的多普勒频移现象。如果无线信道中物体处于运动状态，就会引起多 普勒频移。另外，信号的传输带宽也与接收端接收到信号的强度和模糊程度有关。 采用自适应的方法，根据信道条件、业务要求的变化改变系统中的调制编码参数， 是无线通信系统中提高频谱利用率【1 1 、增加系统吞吐量的重要手段之一。1 9 9 1 年 b v u c e t i c 提出利用编码速率和编码方案的改变实现链路自适应。接着，s k a l l e l 最早提 出了白适应格型码和多进制相位调制在瑞利衰落信道中的应用【2 】。随着对高频谱效率自 适应调制编码技术的深入研究，目前调制和编码方式的焦点分别集中在m q a m 调制 t u r b o 码的应用上 3 1 。在信道编码方面，自1 9 9 3 年b e r r o u 等发明t u r b o 码以来，t u r b o 码就以因其优异的纠错性能而备受业内人士关注，并获得了大量研究成果【4 1 。t u r b o 码 通过编码器的巧妙构造，即多个子码通过交织器进行并行或串行级联，然后进行迭代译 码，从而获得卓越的纠错性能。用短码去构造等效意义上的长码，以达到长码的纠错性 能而减少译码复杂度。分析国内外近年来有关信道编码特别是t u r b o 码的研究工作和发 展趋势来看，具有优异性能的t u r b o 码应用已经成为主流【5 1 。在考查信道编码时不应将 其孤立起来分析，与其它技术的融合和相互借鉴是推动信道编码发展的一个方向f 6 1 。文 献【7 】详细介绍了正交空时码的设计，并将此码型运用瑞利衰落信道中，在接收端使用简 单的译码算法，可以获得最大的分集阶数。文献8 】中y o u n g w o o kk o 和c i h a n 江南大学硕十学位论文 t e p e d e l e n l i o g l u 将正交空时分组码应用到自适应速率调制通信系统中，主要采用m q a m 来改变调制的速率，并且考虑到系统的延迟反馈，得到了该方案在闭环系统中的平均 b e r 和吞吐量，通过门限的设置来实现自适应，不仅能削弱反馈时延的影响，同时能够 适应信道时变特性，提高系统频谱效率。近年来大量关于h s p a 系统自适应技术的研究， 并且在实际通信系统中得到应用。文献【9 给出了h s d p a 技术及其应用展望，文献 1 0 】 介绍了h s d p a 关键技术演进的研究，论文集【ll 】和【1 2 】详细研究了自适应编码调制技术 及其在h s d p a 中的应用。 目前w c d m a 已经是全球占据市场份额最广的3 g 技术，并且大多数网络都已经完 成了向h s p a ( 高速分组接入) 的升级。h s p a 技术的主要优势体现在传输速率和系统容量 上，高速下行分组接i x , ( h s d p a ) 在移动和漫游情况下，链路可以支持高达l o m b i t s ( 理论 峰值1 4 4 m b i t s ) 的传输速率，高速上行分组接2 x , ( h s u p a ) 能提供上行5 8 m b p s 的峰值速 率。另外h s p a 能使更多的高速率用户在同一个无线载频上使用，它为w c d m a 实现 更高数据传输速率和更大容量提供了一条平稳的演进途径，同时能全面的提升网络业务 能力、系统容量、更高的传输速率和更低的延迟【l 4 。 h s p a 技术受到众多设备制造商和运营商的青睐。很多运营商宣称直接部署h s p a 网络，在3 g 网络运营的第一天即提供h s p a 业务，满足用户的高速需求，提升运营商 的知名度，吹响商用的号角。由文献【1 4 】知，截至2 0 1 0 年8 月，全球共有4 5 亿移动用 户，其中有h s p a 用户3 8 亿个。在1 4 8 个国家分布了3 5 7 个w c d m a 网络；在1 4 7 个 国家分布了3 5 3 个h s p a 网络，即已经有9 8 8 的w c d m a 网络升级到h s p a 网络。约 有2 5 7 9 种h s p a 终端，其中有8 4 0 种h s p a 终端是从2 0 0 9 年1 0 月才开始商用的，多 数h s p a 网络和终端峰值达到7 2 m b p s 或1 4 4 m b p s 。中国联通在w c d m a 建设中全网 一步到位上马h s p a ，2 8 4 个城市建设完成后的网络规模将达2 0 万到3 0 万个基站，而 且2 8 4 个城市的网络可以覆盖我国7 4 的人口。h s p a 的商用进程逐渐加速，因此对 h s p a 关键技术自适应编码调制进行深入研究，具有重要意义。 1 2h s p a 的标准化 当前，新一轮的移动通信技术标准和技术浪潮风云涌起，以3 g 增强技术、l t e 长 期演进及4 g 技术为代表的新的竞争态势正在形成。3 g 增强技术是在3 g 现有技术的基 础上，通过引入局部的先进技术，如h a r q 、a m c 、高阶调制、快速调度机制等，取 得明显的性能提升，以满足3 g 现有网络的快速升级和部署。 3 g p p 规定了基于w c d m a 的几个重要的演进步骤：r e l e a s e5 版本在下行链路中实 现h s d p a ，r e l e a s e6 版本在上行链路中实现h s u p a 。3 g p pr 7 版本中将主要引入正交 频分复用( o f d m ) 和多入多出( m i m o ) 技术。 下行链路的解决方案，即高速下行链路分组接入( h s d p a ) 已经于2 0 0 6 年投入商用， 而上行链路的高速上行链路分组接i x , ( h s u p a ) 也在2 0 0 8 年进入商用。进一步的h s p a 演进在3 g p p 的r e l e a s e7 版本中规定，而其商用的部署时间预计要到2 0 1 0 年。h s p a 的下一步演进是h s p a + 。3 g p p 的另一项工作是规定一种新的无线系统，即长期演进 2 第一章绪论 ( l 1 陋) ，已经在2 0 0 8 年完成其标准化工作。r e l e a s e7 版本和r e l e a s e8 版本中关于h s p a 演进的解决方案将同l t e 的发展并行展开，而且l t e 中某些方面的工作也有望反映在 h s p a 的演进中。3 g p p 的标准化进程和商用部署进程见1 1 。 够够回国圆 型3 g p p r 9 9 3 g p pr 53 g p pr 63 g p pr 73 g p pr 8 图1 - 13 g p p 的标准化进程和商用部署进程 f i g 1 1 3 g p ps t a n d a r d i z a ti o np r o c e s sa n dt h ec o m m e r c i a ld e p l o y m e n tp r o c e s s 1 3 论文目标和组织结构 考虑到移动通信的发展趋势，下面介绍本文的主要目标。无线通信系统中，可用的 无线频谱资源极其有限，而高速数据通信对频谱的要求日益增长，这种现象要求我们在 提高频谱效率技术方面进一步研究。多天线系统( 比如空时码【”l 、分集合并【1 6 1 ) 已经公认 为是提高系统性能指标方面的重要技术。我们已经知道：单输入单输出无线系统中，自 适应调制编码能够提高频谱效率，并且在3 g 4 g 物理层标准( 女h h s d p a 和w i m a x ) 中引起 了足够的关注。最近在先进的多天线技术领域中展开了大量研究，使用多天线和a m c 将在下一代无线系统中得以实现并且扮演重要的角色。 我们已经知道m i m o 系统，可以在不增加系统带宽的情况下成倍地提高衰落信道下 的信道容量。空时编码是一种把编码、调制和空间分集结合起来的新兴技术，在m i m o 系统中可以取得优异的性能，引起了通信界业内人士的普遍关注和研究者的广泛兴趣。 本文把正交空时分组码应用到自适应调制编码技术系统中，将自适应编码调制扩展到多 天线发送和接收，研究该方案对系统吞吐量和误码率的影响。本文的目标是：给出一种 新的a m c 技术来进一步提高多天线系统的性能。 本文介绍了h s p a 系统的基本原理和物理层结构的新增信道，简单介绍了h s p a 中的 几个关键技术。然后建立m i m o 通信系统模型，此外着重分析和研究了基于信噪比切换 门限的自适应算法，在实现系统调制和编码方式根据信道环境自适应变化的基础上，采 用了空时分组码来进一步提高系统性能。最后将自适应算法和空时分组码结合起来推导 出系统相关性能指标。全文共分五章，各个章节的具体研究内容如下： 第一章，介绍论文的背景及研究意义，对无线通信的发展、现状以及h s p a 的优势 进行了描述，并给出论文的章节安排。 第二章，首先讨论了h s d p a 和h s u p a 的新增传输信道和物理信道，并对各个信道 的帧结构和功能特性进行介绍，然后将h s d p a 和h s u p a 的基本功能进行了比较。接着 介绍h s p a 系统的几个关键技术，为下面的研究做好理论准备。 第三章，给出了空时分组码的概念，着重介绍了所要研究系统的信道模型和多天线 系统模型，研究了自适应调制编码技术在h s d p a 中的应用，围绕m c s 切换门限选择这 个核心问题，提出了基于信道估计的m c s 选择算法，同时将正交空时分组码运用到系统 3 江南大学硕士学位论文 ，实现了调制、编码和分集的结合，推导出该方案下系统平均吞吐量和平均误比特率 数学表示式，仿真分析了基于切换门限的多天线系统性能。 第四章，基于上章节的分析，考虑自适应调制编码技术在非理想估计通信系统中的 究，重建系统原理图和信道模型，提出了a m c 切换门限的优化算法，对考虑时延的通 系统的性能进行研究。 第五章，对论文中所做的工作进行一个全面的总结，并展望未来的研究工作。 4 第二章h s p a 物理层结构和关键技术 第二章h s p a 物理层结构和关键技术 本章将主要介绍h s d p a 和h s u p a 的基本原理及物理层结构，包括物理层新增信 道的特性及信道结构成帧过程，同时对h s p a 中一些关键技术的基本概念和理论进行了 介绍，为下几章节的具体应用研究提供理论基础。本章内容都是基于单载波3 g p p 协议 r 5 和r 6 版本后续介绍的。 2 1i i s d p a 基本原理及物理层结构 3 g p pr 5 规范中引入的h s d p a 技术在近两年得到了迅猛发展。2 0 0 7 年，全球商用 h s d p a 网络数量增加了7 1 个，总数达到了1 5 4 个，年增幅达6 9 。另外还有3 8 家运 营商承诺将推出h s d p a 商用服务，不久以后，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。而h s d p a 终端产品的比重也从2 0 0 6 年下半年1 4 迅速提升到2 0 0 7 年上半年的2 3 ，可以说h s d p a 进入了大规模商用阶段【1 7 】。 h s d p a 实际上是一些无线增强技术的集合，与w c d m a r 9 9 相比，h s d p a 主要通 过修改空中接口来增强系统性能。空中引入了高速下行共享信道( h s d s c h ) 和相应的功 能实体，支持高速下行分组数据的传输。h s d p a 主要操作在u e 、n o d eb 的物理层和 m a c 层，而无线链路控制( i u c ) 和分组数据汇聚协议( p d c p ) 不做任何改动。从物理层 来看，采用一些更高效的自适应链路层技术，主要是引入自适应编码调带i j ( a m c ) 和混合 自动重传请求( h a r q ) 技术来增加数据吞吐量。从上层结构来看，主要是增加了n o d eb 的处理功能，在n o d eb 和u e 的m a c 层引入m a c h s 实体，专门用来完成与h s d s c h 相关的m a c 层操作以及与h a r q 协议相关的处理【1 8 】。 2 i 1 物理层模型 d c h d c h 译码和解复用 传输 t r c l l ) 复用 t f r i ：；醅信, 宙h a e q 信 t p c ，s s f t h s d s c h 译码 编印 信i l 复用 组合传输 ( c c t r c h ) 物理信道 数掘流 物理信道物理信道物理信道物理信道 图2 - 1u e 侧下行链路物理层模型 f i g 2 - 1u e s i d e m o d e i o f t h ed o w n i i n kp h y s i c a ll a y e r 图2 1 表示u e 侧下行链路物理层模型，下行链路信令结构基于相关的共享物理控 制信道和专用物理信道，图中的传输格式和相关资源指示( t f p d ) 、h a r q 、上行同步和 5 江南大学硕士学位论文 发射功率控带i j ( t p c ) 等相关下行信息均在h s s c c h 中传输，此外h s s c c h 还承载u e 标s p , ( u e i d ) 的传输【l 引。 ( 1 ) u e i d 用于标识当前控制信息所属的用户终端( u e ) ，当u e 接收到需要接收 h s d s c h 数据的高层信息后，开始连续监听h s s c c h 信道，最多需要监听4 个 h s s c c h 信道，寻找属于自己的控制信息后，开始接收h s p d s c h 的数据。 ( 2 ) t f r i 主要包括码字和时隙分配信息、调制方案信息和传输块大小。分别用于指 示当前给u e 分配h s p d s c h 所用的码字和所处的时隙位置，指明h s p d s c h 下一个 t t i 数据的调制方案是q p s k 还是1 6 q a m 以及传输块的大小。 ( 3 ) h a r q 相关信息包括h a r q 的进程信息( 3 b i t ) 、冗余版本( r v ) 信息( 3 b i t ) 和新数据 指示( 1 b i t ) 。冗余版本信息可以指示数据分组的h a r q 类型，例如是否采用增量冗余、 分组是否具有自解码能力。这里，1 6 q a m 调制方案还包括星座信息、指示星座重排的 方案。新数据指示用于说明此数据是新数据还是重发数据。 ( 4 ) 上行同步：2 b i t 的同步偏移( s s ) 字段，用于维持相关h s s i c h 的同步。 ( 5 ) 传输功率控制：2 b i t 的传输功率控f l ；f j ( t p c ) 字段，用于控制相关的h s s i c h 的 功率。 u e 接收h s d s c h 信道的数据必须在h s s c c h 控制信息的配合下才能完成。 h s s c c h 被所有发起h s d p a 业务的u e 所共享，但对单个h s d s c ht t i 来说，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。u e 通过接收h s s c c h 中的 控制信令消息，可以知道何时接收h s d s c h 。在一个u e 上最多可以使用一组4 个 h s s c c h 控制信道，u e 要连续监听所有这些h s s c c h 。在任何一个指定的t t i ，这 些h s s c c h 中至多有一个能够被该u e 使用。如果一个u e 监测到某个h s 。s c c h 上有 传输给它的控制信息，它会在下一个t t i 内接收该h s s c c h 控制信息。 d c h d c h 编码和解复用 传输 , t r c h ) 解复用 物理信道物理信道 t p c t f ci 物理信道 a c k n a c k c o i t p c 图2 - 2h e 侧上行链路物理层模型 f i g 2 2h esi d em o d e lo f t h eu p li n kp h y si c a ll a y e r 6 第二章h s p a 物理层结构和关键技术 图2 2 给出了u e 侧上行链路的物理层模型，u e 使用h s s i c h 传输a c k n a c k 和信道质量指示( c q i ) 信息。下行链路中h s s c c h 和上行链路中h s s i c h 的关系式在 h s s c c h 上预先定义的。 ( 1 ) a c k n a c k 用于支持h a r q 的反馈信息，信息比特为l b i t 。如果下行h s d s c h 上传送的数据块被u e 正确接收，a c k ( b i t ”1 ，) 将被传送给n o d eb ，否则l i e 将 n a c k ( b i t ”0 ”) 传送给n o d eb 。u e 可以通过c r c 校验来检测传输块集中的错误。 ( 2 ) c q i ：用于指示当前信道质量，帮助n o d eb 根据u e 所处的信道条件选择合适 的调制编码方式。 ( 3 ) t p ：h s s i c h 携带2 个t p c 比特，它是u e 根据接收到的h s s c c h 的信干比 ( s i r ) 设置的。 2 1 2 新增信道及映射 与i 不同，h s d p a 引入了传输信道：高速下行共享信道( h s d s c h ) ，以及物理信 道：高速物理下行共享信道( h s p d s c h ) 。为了实现快速调度，引入了共享控制信道 ( h s s c c h ) 和共享信息信道( h s s i c h ) ，用于基站和u e 控制信息的交互。下面分别介 绍这些新增的信道。 1 h s d s c h 信道 h s - d s c h 是h s d p a 专用传输信道，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 ，它是根据传输时间间隔分配给用户。对同一个u e 可以进行多码传输， 这取决于u e 的能力。它映射到物理信道h s p d s c h ，h s p d s c h 的扩频因子s f 可以 为l 或者1 6 1 2 0 。 图2 - 3h s d s c h 协议结构图 f i g 2 - 3h s d s c hp r o t o c o lc h a r t h s d s c h 协议结构图【2 1 】如图2 3 所示。h s d s c h 的部分功能在没有升级到具备 h s d s c h 功能的蜂窝环境中也能实现，在这个结构体中，r 4 原有的分组数据汇聚协议 ( p d c p ) 子层、无线链路控n ( r l c ) 子层和m a c d 子层没有改变。不同的是新增了一个 m a c h s 实体，该功能实体包含h a r q 和h s d p a 的调度功能以及对h s d s c h 的控制 功能。 7 江南大学硕士学位论文 n o d eb 中的m a c h s 位于c r n c 中的m a c e s h 之下。m a c c s h 可以为h s d s c h 提供像r 4 中d s c h 同样的功能，h s d s c h 的帧协议( f p ) 用来处理s r n c 到c r n c 以 及c r n c 和n o d eb 之间的数据传输。 2 h s p d s c h 信道 h s d s c h 映射到一个或多个h s p d s c h 。对支持多载波的u e ，h s p d s c h 可以在 多个载波上同时发送，高层分给同一用户的h s p d s c h 所在的多个载波应该是连续的。 如果u e 只支持单载波，高层仅分配一个载波的h s p d s c h 资源，并且该载波与伴随的 d p c h 在同一载波上。h s d s c h 传输信道还具有如下属性。 传输块大小：首次传送自动分配，重传必须使用相同的传输块大小，不支持盲 传输格式检测。 传输块集大小：每个传输块集只包括一个传输块。 传输时间间隔( t t i ) ：固定等于2 m s ( 3 个时隙) 。 编码参数：1 2 、1 3 、3 4 码率的t u r b o 码。 调制参数：初始传输和重传时均使用动态分配方式，u e 支持q p s k 、4 q a m 和 1 6 q a m 等高阶调制方式。 冗余版本：动态。 c r c 大小：固定大小2 4 b i t ，每个t t i 中有一个c r c ，也就是每个传输块集有 一个c r c 。 采用1 6 一q a m 调制方式的h s p d s c h 子帧结构如图2 4 所示。h s p d s c h 的帧结 构：扩频因子为1 6 ，帧长为2 m s ，如果h s p d s c h 下行调制为q a m ，则图中m = l 0 9 2 4 = 2 ； 如果h s p d s c h 的调制方式为1 6 q a m ，则图中m = l 0 9 2 1 6 = 4 。对于h s p d s c h 信道， 下图中的k = 4 。 图2 - 4h s p d s c h 的子帧结构 f i g 2 - 4h s p d s c hs u b f r a m es t r u c t u r e 3 h s s c c h 信道 所有相关的物理层信令在相关的h s s c c h 信道传输，h s p d s c h 信道不携带任何 物理层信令。 h s s c c h 承载h s d s c h 解调所需的关键信息。根据码分复用所支持的最大用户 数，u t m 埘分配相应数目的多个h s s c c h 。如果h s d s c h 没有承载数据，那么也就 不需要发送h s s c c h 。从网络的观点看，在某一给定时刻，需要分配大量的h s s c c h ， 8 第二章h s p a 物理层结构和关键技术 但每个终端在既定的时间仅需考虑最多4 个h s s c c h 。网络会发送信令告知终端所需 接收的h s s c c h 。实际上，不太可能需要多于4 个h s s c c h 。但是，对于h s d p a 能 力有限的终端，需要不止一个h s s c c h 来更好地匹配可用的码资源。如图是h s s c c h 的子帧结构图，图2 5 中k = l 。 i d a t a i nd lb i t s 一、二：二2 2 5 6 。c h 硇晤 m 1 。卑2 k b 酞，一一7 i s l o t 群os l o t # ls l o t 群2 i 每个h s s c c h 消息块的持续时间为3 时隙。分为两部分，第一部分( 第1 个时隙) 承载对定时敏感的信息，这些信息用于按时启动解调过程以避免码片级数据缓冲动作； 第二部分( 剩余的2 个时隙) 承载对定时不敏感的参数，包括验证h s s c c h 信息有效性 和h a r q 过程信息有效性的循环冗余校验( c r c ) 。为保证这些信息的可靠传输， h s s c c h 的这两部分信息都用终端特定的掩码方式，以便终端能够判断接收到的控制 信道是否是发给自己的消息。因为h s s c c h 上没有导频比特和发送功率控s a j ( t p c ) 指令 比特，因此采用的s f 为1 2 8 ，也就表示每个时隙( 信道编码后) 可容纳4 0 b i t 。h s s c c h 对这两部分在相互分开编码后都要采用半速率的卷积编码，因为在第1 个时隙后需要立 即得到时基信息，因而不能与第二部分一起进行交织。 4 h s s i c h 信道 t s l o t = 2 5 6 0c h i p s2 x t s l o t 一512 0c h i p s a c k ，n a c k c 奎i 1 h s s i c hh = 寸隧装( 2 m 7 时隙# 0 时隙# i 时隙# 4 1 个无线子帧t f = 1 0m s 图2 - 6h s - s i c h 的子帧结构 f i g 2 - 6h s s i c h s u b f r a m es t r u c t u r e 上行链路方向必须承载物理层重传所需的a c k n a c k 信息及质量反馈信息，而质 量反馈信息在n o d eb 的调度器中用来决定向哪个终