（通信与信息系统专业论文）wcdma+hsupa技术中的上行接收机算法研究与仿真.pdf

w c d m ah s u 瓢技术中的上行接收机算法研究与仿真 通信与信息系统专姑 研究生：范蕾指罨教师：杨万全 摘要 w c d 箝觚联s u p a 技术是一顼能够提商w c d m a 上行数据传输速率鞠系统 容譬的无线接入技术。在h s u p a 技术中为了达到物理层上行峰馕眈特速率， 采用极小鹣扩颓因子进行物理信道扩频。由于扩频增益太小，扰码的部分自楣 关特性不理想，造成多径干扰( i s i ) 不能被有效抑制，所以传统的r a k e 接收 机的性能不能满足3 g p p 系统的要求。针对 王s u e a 技术中上行链路豹低扩频 增益情况，本文在w c d m ar 9 9 技术采用的传绞r a k e 接收机算法基础上提 趱了一种改避豹上行接收瓿来恢复多码倍遵的正交性，消除码闽干扰达至h 较藏 的上行接收性能。本文的主要研究工作秽研究结果集中在以下几方蘑： ( 1 ) 诲论研究了w c d m ar 9 9 技术孛上行r a k e 接收桃实现算法。给感 了w c d m ar 9 9 上行r a k e 接收枕整体设计框魈，并对多径搜索、僖道估计 和多径含并三大关键技术进行了详细的探讨。深入分柝讨论了多径检测嚣的算 法实现，推导了在w c d m a 上行链路中信道岱计与信道补偿簿法和多径含并 m r c 簿法的实现公式，并对信遂估计舞法w m s a 中的多时隙符号平均嚣闼大 小这一重要参数进行了仿真分掇。 ( 2 ) 提出了一种改避的l c - r a l 瀵接l 殳机。在继承w c d m ar 9 9 采塌的 传绞i 泌嵇；接收枫算法蒸础上设计了将干扰抵溥与r a k 嚣接收相结合的 i c - r a k e 接收机，给融了i c ，r a k e 接收桃设计框图，并研究了主要模块的冀 法设计。 ( 3 ) 仿真魄较了尼种上行接收算法的性能。绘出了在髓酣乙a b 平台搭建 豹仿真链榧图和仿真步骤，主要仿真了传统r a 澄接收枫，一阶干扰抵消的 i c r a k e 接收机，二阶干扰抵瀵的i c r a k 嚣接收孝几，并仿龚了l m m s e 舞法 作为性熊参考。仿真结粜表鞠i c - r a k e 接收机冀法比传统r a k e 接收枧有鞠 霾的饿能改进。 关键调：h s u p ar a k e 接收桃干扰抵消多径检测信遴估计 、 。 r e s e a r c ha n ds i m u l a t i o no f i m p r o v e du p l i n kr e c e i v e ri n w c d m ah s u p a m a j o rc o m m u t a t i o na n di n f o r m a t i o ns y s t e m s t u d e n tf a nl e it u t o ry a n gw a n q u a n a b s t r a c t w c d m ah s u p ai sak i n do f r a d i oa c c e s st e c h n o l o g yw h i c hc a l lp r o v i d eh i g h e r u p l i n kb i tr a t ea n dc a p a c i t y i no r d e rt or e a c ht h ep e a kb i tr a t ei nu p l i n ko fp h y s i c a l l a y e r ，e x t r e m e l yl o ws p r e a d i n gf a c t o ri sa p p l i e di nh s u p a m u l t i p a t hi n t e r f e r e n c e c a nn o tb es u p p r e s s e d e f f e c t i v e l yb e c a u s e o fw e a kp a r t i a la u t o c o r r e l a t i o no f s c r a m b l i n gc o d ea n dl o ws p r e a d i n gg a i n t h u s ，t h ep e r f o r m a n c eo fc o n v e n t i o n a l r a k er e c e i v e rc a n tm e e tt h er e q u i r e m e n to f3 g p eak i n do fi m p r o v e du p l i n k r e c e i v e ra r c h i t e c t u r eb a s e do uc o n v e n t i o n a lr a k er e c e i v e ro fw c d m ar 9 9i sp u t f o r w a r d ，i tc 锄e l i m i n a t ei s ia n dr 斟7 o v e rt h eo r t h o g o n a l i t yo fm u l t i - c o d ec h a n n e l t h em a i ns t u d i e sa n dr e s u l t sa r es h o w na sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ei m p l e m e n t a t i o no fa l g o r i t h mf o ru p l i n kr a k er e c e i v e ri n w c d m ar 9 9i sd i s c u s s e d t h es y s t e mm o d e lo fu p l i n kr a k er e c e i v e ri n w c d m ar 9 9i sd e s i g n e d ，t h r e ek e yt e c h n o l o g i e si n c l u d i n gm u l t i p a t hm o n i t o r ， c h a n n e le s t i m a t i o na n dm u l t i - p a t hc o m b i n a t i o na r ed i s c u s s e di nd e t a i l t h e i m p l e m e n t a t i o no f m u l t i p a t hd e t e c t o ri sd e v e l o p e d ，t h ef o r m u l af o ri m p l e m e n t a t i o n o fc h a n n e le s t i m a t i o na n dc h a n n e lc o m p e n s a t i o ni nw c d m a u p l i n ki sd e r i v e d m o r e o v e r ，t h ef i rf i l t e rl e n g t ho fw m s ac ea l g o r i t h mi ss i m u l a t e da n da m l y z e d a tl a s t ，t h ef o r m u l af o ri m p l e m e n t a t i o no fm r ci nw c d m a u p l i n ki sd e r i v e d ( 2 ) t h ea r c h i t e c t u r eo f 目t ni m p r o v e dr a k er e c e i v e rc a l l e di c r a k ei s p r e s e n t e d i c - r a k ec o m b i n i n gt h ei n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o nw i t hr a k er e c e i v e r i sd e v e l o p e d ，i ti sb a s e do nc o n v e n t i o n a lr a k er e c e i v e ra r c h i t e c t u r ee m p l o y e di n w c d m ar 9 9s y s t e m t h ed e s i g nm o d e lf o ri c r a k ei sp r e s e n t e d ，a n da l g o r i t h m s f o rm a i nm o d e i sa r es t u d i e d ( 3 ) t h ep e r f o r m a n c eo f s e v e r a lk i n d so f u p l i n kr e c e i v e r si ss i m u l a t e da n d c o m p a r e d t h es i m u l a t i o nl i n ko nm a t l a bp l a t f o r ma n ds i m u l a t i o ns t e p s 撇 u 、卜 p r o p o s e d ，t h es i m u l a t i o ni n c l u d e sc o n v e n t i o n a lr a k er e c e i v e r ，i c - r a k e u s i n go n e s t a g ei n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o n ，a n di c r a k e u s i n g t w os t a g ei n t e r f e r e n c e c a n c e l l a t i o n a n dl m m s ei sa l s os i m u l a t e d 舔p e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n a s s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o w ，i c r a k eh a sab e t t e rp e r f o r m a n c et h a nc o n v e n t i o n a l r a k er e c e i v e r k e y w o r d s ：h s u p a r a k er e c e i v e r i n t e r f e r e n c e - c a n c e l l a t i o n m u l d - p a t hd e t e c t i o n c h a n n e le s t i m a t i o n m ， r 。1 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。1 。 四川大学硕士研究生学位论文 w c d m a h s u p a 技术中的上行接收机算法研究哮仿真 1 j 1 绪论 移动通信市场经历了第一代模拟技术，在第二代数字移动通信市场的蓬勃 发展后，为多媒体通信而设计的第三代移动通信( 3 g ) 已经如火如荼的成为未 来移动通信领域的主要发展热点。第三代移动通信的三大标准：w c d m a ， c d m a 2 0 0 0 ，t d - s c d m a 中，w c d m a 技术已经成为最被广泛研究与关注的 主流标准，其规范在3 g p p ( t h e3 。g e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e e t ) 中制定， w c d m a 技术分两种不同制式的空中接口技术：w c d m a - - f d d 和w c d m a t d d ，前者采用频分双工方式，后者采用时分双工方式。其中w c d m a - - f d d 是被全世界最广泛采用的3 g 标准，本文所研究的课题是围绕w c d m a f d d 技术展开的。本文后续部分采用w c d m a 术语表示w c d m a f d d 。 1 1w c d m a 技术概述及发展现状 w c d m a 制式的主要技术特点l l i ： ( 1 ) w c d m a 是一个宽带直接序列扩频码分多址( d s c d m a ) 系统，采 用了可变扩频因子和多码传输，支持最高速率达2 m b i t s ，采用h s d p a 技术下 行速率理论上最高可达1 0 - 1 4 m b p s ，平均可提供1 - 3m b p s 下行速率。 ( 2 ) 码片速率3 8 4 m c h i p s ，载波带宽大约5 m h z 。w c d m a 所固有的较 宽的载波带宽使其能支持高的用户数据速率，并且也具有某些性能方面的优势， 例如可以采用增强的多径分集能力。 ( 3 ) w c d m a 支持各种可变的用户数据速率。在每个1 0 m s 无线帧内，用 户数据速率是固定的，但是帧之间用户速率是可变的。这种快速的无线容量分 配由网络层来控制，以达到分组数据业务的最佳吞吐量。 ( 4 ) w c d m a 基站支持异步方式，与i s - 9 5 系统不同，不需要使用一个全 局时间参考量，比如g p s 。这样室内小区和微小区基站的布站就变得简单了， 组网更灵活。 ( 5 ) w c d m a 在上行链路和下行链路中采用基于导频符号或公共导频的 相干检测。 ( 6 ) w c d m a 系统中采用上下行快速闭环功率控制，功控时间间隔最短 1 四川大学硕士研究生学位论文w c d m a h s u p a 技术中的e 行接收机算法研究与仿真 以一个时隙为单位，即1 5 0 0 次s ( 1 5 k h z ) ，能更快响应信道的变化，最大 化系统容量。 w c d m a 的网络结构1 1 l ： 因为本文研究的课题是w c d m a 网络无线接入网部分，因此下面给出 u t r a n ( u m t st e r r e s t r i a lr a d i o a c c e s sn e t w o r k ) 网络结构如图1 1 所示。 图1 - 1u t r a n 结构 u t 鼢n 通过i u 接口与核心网( c n ) 相连，u t r a n 包含一个或多个无线 网络予系统( r n s ) ，每个r n s 都是u t r a n 内的一个子网，它包含一个无线 网络控制器( r n c ) ，一个或者多个基站( n o d eb ) 。r n c 通过l u r 接口彼此互 连，r n c 与n o d eb 之间通过i u b 接口相连。移动终端( u e ) 与u t r a n 之间 通过空中接口u u 口相连。r n c 是负责控制u t r a n 无线资源的网元，n o d e b 的主要功能是进行空中接口物理层处理，如信道编码和交织，速率匹配，扩频 等，它也执行一些基本的无线资源管理工作，例如内环功率控制。 w c d m a 主要起源于欧洲和日本的早期第三代无线研究活动，g s m 的巨 大成功对第三代系统在欧洲的标准化产生了重大影响。欧洲于1 9 8 8 年开展 r a c ei ( 欧洲先进通信技术的研究) 项目，并一直延续到1 9 9 2 年6 月。1 9 9 2 1 9 9 5 年间欧洲开始了r a c ei i 项目。a c t s ( 先进通信技术和业务) 建立于1 9 9 5 年 底，为u m t s ( 通用移动通信系统) 建议了f r a m e s ( 未来无线宽带多址接人 系统) 方案。日本于1 9 9 3 年在a i k i b 中建立研究委员会进行3 g 的研究和开 发，并通过评估将c d m a 技术作为3 g 的主要选择。日本运营商n t td o c o m o 在1 9 9 6 年推出了一套w c d m a 的实验系统方案，并得到了当时世界上主要移 动设备制造商的支持。1 9 9 8 年1 2 月成立的3 g p p ( 第三代伙伴项目) 极大地推 2 f t ，孓l 1 t 3 四川大学硕士研究生学位论文w c d m a h s u p a 技术中的上行接收机算法研究与仿真 动了w c d m a 技术的发展，加快了w c d m a 的标准化进程，并最终使w c d m a 技术成为肿批准的国际通信标准。w c d m a 标准在发展中形成了r 9 9 ，r 4 ， r 5 ，r 6 ，r 7 等版本，如图l 一2 所示。其中r 9 9 ，r 4 ，r 5 版本已分别于1 9 9 9 年1 2 月，2 0 0 1 年3 月和2 0 0 2 年3 月推出，r 6 版本也于2 0 0 5 年1 2 月推出， r 7 版本仍在讨论中r 9 9 版本比较成熟，核心网仍然沿用了g s mm a p 标准， 充分考虑了对现有g s m 网络的向下兼容及投资保护，目前的商业部署几乎全 部采用r 9 9 ，相比r 9 9 版本，r 4 版本无线接入部分只改动了一些接口协议的特 性，相应功能得到增强，网络结构没有改变。r 4 版本核心网部分改变比较大： 由t d m 的中心节点交换型结构演进为典型的a t m 分组语音分布式体系结构； 网络采用开放式结构，业务逻辑与底层承载相分离；u t r a n 与核心网语音承 载方式均由分组方式实现；语音采用统计复用方式传递，实现网络带宽动态分 配，避免n ) m 扩容时需反复调配2 m b i 仉电路的繁琐程序。 图1 - 2w c d m a 标准及商业运营时间进程表 随着2 0 0 4 年全球w c d m a 市场大规模地启动，r 9 9 和r 4 版本的w c d m a 在数据传输速率上的不足逐渐显露了出来。通常情况下，单个w c d m a 用户的 下行传输速率仅达到3 8 4 k b i t s ，和人们设想中的3 g 相差甚远。另一方面，近 年来移动数据业务快速发展也对移动网数据传输能力提出更高的要求，总之， 单靠r 9 9 、r 4 版本的w c d m a 已经不能满足用户的需求。此外，来自e d m a 2 0 0 0 制式的增强型技术l x e v 的压力也是w c d m a 增强型技术发展的一个驱动力， h s d p a 和h s u p a 正是在这种形势下应运而生的。r 5 版本是全i p ( 或全分组 化) 的第一个版本，引入了i p 传输作为a t m 外的第二种可选传输机制，并在 无线部分引入了h s d p a ( 高速下行分组接入) 的概念，使下行链路可以支持 高达1 0 m b i t s ( 理论峰值1 4 4 m b i t s ) 的传输速率；另外，其核心网增加了i m s 3 ，；、0。 四川大学硕士研究生学位论文w c d m a h s u p a 技术中的p 行接收机算法研究与仿真 ( i p 多媒体子系统) 。r 6 版本在2 0 0 5 年1 2 也已经正式发布，无线接入部分 主要引入了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 ) 的技术。r 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i 甜。 1 2h s u p a 技术的背景和现状 3 g p p 从r 5 开始，重点对w c d m a 技术下行( 基站到手机方向) 数据传 输的性能进行改良，从而导致了高速下行分组接入( h s d p a ) 技术的产生。 h s d p a 的主要目标是提高用户峰值数据速率、小区吞吐量、服务质量，改善下 行分组数据业务的频谱效率。但是，在r 5 ，由于上行( 手机到基站方向) 数据 传输能力没有提升，上行方向上的容量和服务质量仍然存在限制。导致 w c d m a 网络难以开展许多新兴基于口分组网提供的高速多媒体业务，如上 传图像，数据、需要快速响应模式的网络游戏等业务。 为突破这些限制，上行方向需要提高小区吞吐量和高速数据速率覆盖，同 时改善突发业务的服务质量，以提高无线资源利用率。因此，在r e l e a s e6 的 3 g p p 规范中，高速上行分组接入( h s u p a ) 技术的引入就是为了实现以上这 些目标。h s u p a 的主要技术需求包括： 业务方面t 改善上行方向高速率数据传输的可用性，目标是获得更接近于 w l a n a d s l 的性能。为服务新兴数据业务( 如上行视频流、上传数据、网络 游戏等) ，h s u p a 可提供更高的上行数据速率和更低的时延。此外，作为下行 h s d p a 增强技术在上行方向的对应技术，h s u p a 也是高速数据传输技术发展 下一步演进方案。 运营商方面：通过h s u p a ，运营商可以进一步改善上行i u b 传输资源、基 带硬件和无线资源的利用率，同时改善高数据速率和高小区数据吞吐量的覆盖 范围。 标准化方面：h s d p a 在3 g p pr e l e a s e5 中制订了下行规范，下一个步骤必 然是在r e l e a s e6 中制订上行规范。图1 3 表明了h s u p a 的发展状况。 h s u p a 研究的主要目的有 ( 1 ) 改良上行覆盖和容量： ( 2 ) 减小传输时延； ( 3 ) 有效控制上行噪音功率抬升和负荷。 4 f 声 t 、 、： 。l 四川大学硕士研究生学位论文 w c d m a h s l r p a 技术中的上行接收机算法研究呼防真 2 0 0 3 盆 2 0 0 4 年 2 0 0 5 缸 2 0 0 6 年 2 0 0 7 焦 围1 3h s u p a 协议发展历程 主要在以下几个课题进行研究和讨论： ( 1 ) 自适应调制编码： ( 2 ) 上行h - a r q 的应用： ( 3 ) n o d eb 控制上行调度： ( 4 ) 更短的帧结构； ( 5 ) 快速d c h 建立。 同时对以上研究提出了一定的技术要求和应用限制： ( 1 ) 适合于市区，郊区，和农村的全面覆盖，达到全面移动的要求，对低 速移动环境进一步优化； ( 2 ) 集中在s t r e a m i n g ，i n t e r a c t i v e 和b a c k g r o u n d 类业务； ( 3 ) 对r 9 9 ，r 4 ，r 5 的终端需要后兼容。 在2 0 0 4 年3 月形成的最终研究成果和建议中，3 g p p 并不包括较高阶调制 和快速d c h 建立所带来的增益，认为使用现有h s u p a 标准的3 项主要技术， h a r q 软合并( h y b r i d - a r q ) 、n o d eb 调度机制和较短帧格式会得到以下增益： ( 1 ) 5 0 7 0 的上行容量增益： ( 2 ) 数据呼叫时延减少2 0 5 5 ； ( 3 ) 用于上行平均数据呼叫的速率可提高大概5 0 0 , 5 。 以r a n 2 小组为牵头，3 g p p 对h s u p a 将进行进一步研究，主要工作包括 物理层( r a n l ) ，层2 和层3 协议( 鼬n 2 ) ，i u b i u r 协汉( r a n 3 ) 和r f 发 射与接收，以及系统性能需求和一致性测试( r a n 4 ) 等。第一版h s u p a 规范 5 羽j i l 大学硕十研究生学位论文w c d m a h s u p a 技术中的行接收机算法研究与仿真 于2 0 0 4 年1 2 月出版，实际工作项目于2 0 0 5 年3 月已经完成。 1 3 本课题研究的主要内容 w c d m ah s u p a 技术中采用极端小的扩频因子进行上行物理信道扩频， 由于扰码的部分自相关特性不理想，如果采用w c d m ar 9 9 技术中的传统 r a k e 接收机算法不能满足系统性能的要求。本文围绕w c d m a 基站基带处理 系统的研发中对这一问题的提出，在讨论w c d m ar 9 9 中传统r a k e 接收机 的实现算法的基础上，提出了一种改进的将干扰抵消与传统r a k e 接收机结合 的i c r a k e 接收机，本文的主要研究内容和章节安排如下： 第一章概述了w c d m a 技术特征和发展现状，引出了h s u p a 技术提出的 技术背景，介绍了当前h s u p a 技术的发展进程。 第二章介绍了h s u p a 关键技术：n o d eb 控制的上行调度，混合自动请求 重传h a r q 技术和采用最短的1 1 1 为2 m s 。 第三章详细探讨了w c d m ar 9 9 技术中采用的传统r a k e 接收机的实现 算法。首先介绍了无线通信信道环境的特征，对w c d m a r 9 9 中的上行专用物 理信道模型和信道结构进行了介绍；给出了w c d m ar 9 9 中上行r a k e 接收 机设计框图，详细讨论研究了多径搜索，信道估计，多径合并在w c d m a r 9 9 上行凡k e 接收机中的实现算法；给出了多径检测器的搜索窗长度计算方法， 推导了信道估计和补偿算法在w c d m ar 9 9 中的实现公式；并对w m s a 信道 估计参数一多时隙导频平均区间大小的取值进行了仿真分析；最后推导了m r c 算法在w c d m ar 9 9 中的实现公式。 第四章提出了用于w c d m ah s u p a 技术中的改进的上行接收机 - i c r a k e 接收机。在研究i c r a k e 接收机之前首先讨论了几种对付码间干 扰的接收算法：线性最小均方误差码片级均衡器，码片级符号级自适应线性均 衡器、g - r a k e 。分别讨论了各种算法的原理和优缺点。随后提出了i c - r a k e 接收机设计框图，讨论了各个模块的算法设计。并给出了在m 棚，a b 平台搭 建的链路级仿真框图和仿真步骤，最后给出了对传统r a k e 接收机、一阶 i c - r a k e 接收机、二阶i c r a k e 接收机和作为性能参考的l m m s e 算法的性 能仿真结果，分别对单天线接收和上行分集接收进行了仿真，并仿真对比了 h s u p a 中的h a r q 技术对上行性能的影响。 6 四川大学硕士研究生学位论文w c d m a h s u p a 技术中的t 行接收机算法研究与仿真 2 h s u p a 关键技术 在1 3 节已经提到h s u p a 技术几个研究的主要课题，本节将进一步介绍 h s u p a 的三个关键技术：n o d eb 控制的上行调度、h a r q 和更短的1 。研 究h s u p a 的关键技术是进行上行接收机设计仿真的基础和前提。 2 1n o d eb 控制的上行调度 分组调度是为了对非实时业务的可用资源进行管理，分组数据业务适用于 交互式和背景类业务，因为这两类业务不需要严格保证数据速率和传输时延， 分组数据业务也可以用于流类业务，但是需要保证最小的比特速率，并能容忍 一定的传输时延 3 】。 对于r 9 9 瓜4 ，r 5 ，上行调度是基于r n c 的，r n c 控制的上行调度因为r n c 和u e 之间要通过r r c 层信令，即网络层( l 3 ) 信令来控制，因而带来比较大 的时延，很难根据l y e 的实时需要快速反应来重配l i e 的数据速率，其更多的 具有统计特性、而不是动态特性。为了确保上行方向在任何时候都不会拥塞， 必须应用相对保守的数据速率分配方法。否则，上行链路超载的概率会变得很 高。 因此，h s u p a 技术中将物理层调度功能放在n o d eb 中完成，调度周期会 较短，n o d eb 中随时提供的物理层测量信息和l i e 上报的信息可以作为调度依 据。这可以实现最新的调度决策，从而更好地利用提供的上行空中接口容量。 2 1 1 基于r n c 的分组调度 在r 9 9 r 4 r 5 ，上行调度和速率控制功能实体位于r n c ，可以采用动态资 源分配控制( d r a c ) 和t f c s 限制进行u e 传输控制。如图2 l 所示嘲，当 l i e 与r n c 连接建立，给u e 分配初始的传输格式组合集合( t f c s ) ，当待发 送的缓存数据超过一定门限后，l i e 向r n c 发送话务量测量报告( t v m ) ，在 r n c 调度器这相当于一个容量请求，r n c 调度器根据t v m 报告和n o d eb 的 小区负荷测量报告为l i e 重配最大允许的上行数据传输速率( 通过重配t f c s ) ， t f c 选择的原则是在不超过总的最大上行接收功率的情况下，为u e 分配最大 7 ! ! 旦坠学硕兰研褒竺兰堡丝皇w c d m a h s u p a 技术中的上行接收机算法研究与仿真 数据速率的t f c 通过测量当采用某个t f c 那么将超过最大接收功率，那么将 删除该t f c ，当测量采用该t f c 所需的发送功率不会超过最大值，那么将恢复 该t f c l 4 1 。 图2 - ir n c 控制的分组调度流程 图2 - 2 上行噪声上升的概率分布函数 2 1 2n o d eb 快速分组调度 n o d eb 控制的上行调度将明显缩短调度周期，可以更加动态地控制上行空 中接口容量。在一个u e 停止传输或降低传输数据速率时，释放的容量可以迅 8 婴型盔堂堡主要塞竺兰竺丝苎 塑坐坚! ! 坠垫查! 塑：! 堑堡堕垫竺鲨堑塞! 堕塞 速高效地分配给其它u e 。其潜在优势是，上行负荷的目标运行点可以更接近 最大负荷水平，而不会提高上行过载概率，因为上行噪声上升概率( n o i r i s e ) 分布会变得较窄，如图2 - 2 所示。 n o d e b 控制的上行调度与r 9 9 中上行分组调度方式对比如图2 - 3 所示： 图2 - 3n o d eb 控制的上行调度与r 9 9 0 上行调度对比 图2 - 4 不同的t f c 集合示意图 调度方法可视为l i e 的t f c 选择管理。主要的问题是n o d eb 如何影响这 个过程以及相应的需要的信令。如图2 - 4 所示，u e 随时可以从。m i n i m u ms e t 中任选t f c ，最小集合中的t f c 是永远不会处于“闭塞”状态的。l i e 可以从 9 四川大学硕士研究生学位论文w c d m a h s u p a 技术中的l 行接收机算法研究与仿真 “n o d eb 控制的t f c 子集”中选择适合的t f c 。被选择的t f c 要满足条件： t f c 不处于。闭塞”状态；u e 有足够的功率裕量；u e 有足够的传输数据量。 t f c s 是r n c 配置的所有可用传输格式集合，三者的关系是：“m i n i m u ms e t 亡 n o d ebc o n t r o l l e dt f c s u b s e t 叮f c s ”。 n o d eb 控制的调度关键就是如何更新“n o d ebc o n t r o l l e dt f cs u b s e t ”。 n o d eb 控制的快速调度包括上行和下行的控制，并有一整套规则( 信令) ， 以控制u e 的具体行为。 在下行中，通过发送一个资源指示( s c h e d u l i n gg r a n t ) 向u e 指示其可以 使用的最大上行资源数量。n o d eb 通过s r n c 送来的q o s 相关的信息和u e 送来的调度请求( s c h e d u l i n gr e q u e s t ) 来发出s c h e d u l i n gg r a n t ( s 0 ) 。其实现 具备多样性，由各个厂家自行设计，但是必须遵循如下基本原则。 调度许可( s g ) 的特点： ( 1 ) 调度许可只能用于e - d c h t f c 选择算法( 即它们不影响d c h 的t f c 选择) ； ( 2 ) 调度许可控制着允许的最大e - d p d c h ，d p c c h 功率比； ( 3 ) 所有许可都是确定性的； ( 4 ) 调度许可可以每个订i 发送一次或以更慢的速度发送。 许可分成两类： ( 1 ) 绝对许可( a b s o l u t eg r a n t ) 提供了u e 可以使用的最大上行资源数量 的绝对极限；绝对许可仅仅被服务e d c h 小区传递( 不是服务r l s ) ，可以对 一个u e 、一组u e 或者所有u e 生效； ( 2 ) 相对许可( r e l a t i v eg r a n t ) 是指与以前使用的值相比提高或降低资源 极限；相对许可由服务n o d eb 和非服务n o d eb 发送，作为绝对许可的补充。 u e 对所有相对许可的处理完全相同，无论他们是对一部u e 、一组l i e 或 所有u e 。来自服务e - d c hr l s 的相对许可有三个取值可选：“u p ”，“h o l d ” 或“d o w n ”；来自非服务e d c hr l s 的相对许可有两个取值可选：“h o l d ” 或“d o w n ”。“h o l d ”命令作为d t x 发送。“d o w n ”命令与一个“o v e r l o a d i n d i c a t o r ”( 过载指示符) 对应： 对每个u e ，非服务n o d eb 操作流程： 如果n o d eb 由于进程处理的原因而连续最后n 1 个1 1 1 不能解码 四川大学硕士研究生学位论文w c d m a h s u p a 技术中的上行接收机算法研究与仿真 e - d p c c h e - d p d c h ，那么它将通知s r n c 非服务n o d eb 只允许因r o t 原因( 超过了小区中分配的最大上行r o t ) 发送“d o w n ”命令，而不允许因内部处理资源缺乏而发送“d o w n ”命令。 和h s d p a 类似，h s u p a 的快速分组调度可以在吞吐量公平( f a i r t h r o u g h p u t ) ，资源公平( r o u n dr o b i n ) ，相对优先调度( p r o p o r t i o n a lf a i r ) 和 最大优先调度( m a xc ，i ) 等不同算法之间选择，其系统吞吐量和效率，以及多 用户公平性之间的对比关系与h s d p a 类似。和h s d p a 不同的是，在h s u p a 中n o d e b 通过发送一个资源指示( 调度许可) 向u e 表明其可以使用的最大上 行资源数量，但最终的传输速率由u e 根据具体情况确定( 最终传输速率必须 小于或等于n o d eb 指示的速率) 。而h s d p a 的调度速率由n o d eb 决定。 2 2n a r q h a r q 是一种纠错技术，而混合( h y b r i d ) 即是对前向纠错码( f e c ) 和 重传( a r q ) 的综合。h s u p a 的快速h a r q 技术的基本原理是在n o d eb 增加 h a r q 功能实体，如果没有正确接收，n o d eb 将请求u e 重传上行分组数据。 在上行方向，h a r q 采用n 信道停止和等待h a r q 协议( n s a w ，与h s d p a 中使用的协议类似) 。此外，n o d eb 还可以使用不同方法来合并单个分组的多 个重传，从而降低各个传输要求的接收e c n o 。通过采用h a r q 技术，可有效 的提高数据传输速率和减小传输时延。 在h s u p a 中，当采用1 0 m s l l l 时，h a r q 进程个数为4 个，当采用2 m s 1 1 1 时，h a r q 进程个数为8 个。 h a r q 的前向纠错，即在n o d eb 的重传分组合并方式，可以分为c c ( c h a s c c o m b i n i n g ) 以及i r ( i n c r e m e n t a lr e d u n d a n c y ) 两种方式。c c 方式重传的信息 和第一次发送的内容完全一样，这样u e 在解码前，先把重传的信息进行最大 比合并后，再进行解码，提高解码增益。i r 方式的重传支持两种类型，一种是 重传时发送和前次发送完全不一样的冗余信息，该信息只有和第一次发送的信 息合并后才可以解码；另外一种是重传时发送和前次完全不一样的冗余信息， 但该信息是可以自解码的。在每次h a r q 重传时，通过给定增量冗余方式，提 高译码前向纠错的能力。 图2 5 是上行h a r q 重传与r 9 9r l c 级重传比较1 。 1 1 四川大学硕士研究生学位论文 w c d m ah s u p a 技术中的上行接收机算法研究与仿真 图：2 - 5r 9 9 和 d s u p a j r 行分组重传比较 通过快速h a r q ，首次传输的目标b l e r 可能明显的高一些，这是因为与 r l c 级重传相比，重传接收出错的分组的延迟有明显的下降。更高的b l e r t a r g e t 可以降低传输一定速率的数据时要求的u e 传输功率。因此对相同的小区 负荷，快速h a r q 可以提高小区容量。在数据速率固定时，降低每个比特的能 量还有助于改善覆盖距离。当然，过多地提高b l e r 目标也有代价，因为即使 峰值延迟值在不启用r l c 重传方式时不会频繁出现，但大量的重传会表现为用 户感受到的平均时延。由于越来越多的分组包需要多次传输，因而固定数据速 率的有效吞吐量也会随着b l e r 的增加而下降用。 允许大量的物理层重传使r l c 级重传概率接近于零，这将特别有利于对延 迟和延迟变化非常敏感的业务，因为它将消除低速r l c 重传。如果初始b l e r 已经很低，如低于1 0 ，那么平均延迟不会下降得那么明显，因为大多数传输 将在第一次尝试中成功完成。但是，在需要一个或多个r l c 级别重传时，看到 的最大延迟会明显下降。因此，它降低了最大延迟和延迟变化，但不会影响小 区容量和数据速率覆盖范围。为在h a r q 不同参数化、系统级代价及链路级增 益之间找到平衡，必须进行认真研究，为不同类型的业务分别设置h a r q 工作 点就是一种较好的作法。 h s u p ah a r q 在软切换( s o f th a n d o v e r ) 过程中的引入增加了h s d p a 1 2 四川大学硕士研究生学位论文w c d m a h s u p a 技术中的上行接收机算法研究与仿真 h a r q 中没有的另一个复杂成分。在c d m a 系统中，软切换增益来自于一个 n o d eb 正确接收分组，而另一个n o d eb 未能解码。因此，一个n o d eb 向l i e 发送肯定确认( a c k ) ，另一个n o d eb 发送否定确认( n a c k ) 在这种情况 下，网络已经收到分组，l i e 不应再发送同一分组，如图2 - 6 所示。相应地， 在接收失败的n o d eb 中，h a r q 迸程应该能从错误接收中恢复过来。r n c 必 需保证顺序传送到高层，并对从不同n o d eb 收到的分组进行选择性合并。由 于u e 的发射功率有限而带来的另一个问题是l i e 没有足够的传输功率来维持 与首次传输一样的重传数据速率。 2 3 更短的t t i 圈2 - 6 上行h a r q 中的软切换操作 最后，h s u p a 还为上行引入了可选的较短的2 m s 的传输时间间隔( 1 t i ) 。 在h s d p a 下行链路中引入2 m s1 1 1 的想法是由于h s p d s c h 传输没有采用功 率控制。而这个问题在上行链路中没有，因为上行链路中不用功率控制将会降 低系统容量。在上行中较短1 1 1 的动机主要是因为可望降低h a r q 重传延迟。 2m s1 1 1 面临的是来自于终端中功率资源有限导致的上行链路覆盖问题。当每 个1 中含有同样多的数据时，2m s 内发射的能量可能比1 0m s 少。此外，当 1 1 1 降为2m s 时，交织( i n t e r l e a v i n g ) 增益被降低了。因此，为实现小区边缘 1 3 四川大学硕士研究生学位论文 w c i ) m ah s u p a 技术中的上行接收机算法研究与仿真 的正常工作，规范将一直使用1 0 r e s l 啊。图2 - 7 是3 g p p 关于业务类别的规定， 可以看到1 0 m s1 1 1 对每一类应用都是必需的，而2 m s 为部分应用的可选项。 当然，在没有链路覆盖等其他限制条件下，我们可以看到2 m s1 能相应提高 系统容量。在好的无线环境下，2 m s 能带来更高的峰值速率，如图2 7 所示。 h s u p a t r a n s p o r t c a t e g o r y c e d e sxs p r e a d i n g t 啊d a t ar a t e b l o c ks i z e 11x s f 41 07 2 9 60 7 3m b p s 22 x s f 4 1 0 1 4 5 9 21 4 6m b p s 22 x s f 422 9 91 4 6m b p s 32 x s f 41 0 4 5 9 21 4 6m b p s 42x s f 2 ” t 02 0 0 0 0 4” 2 m b p s 4 t2x s f 225 8 3 7 2 9 m b p s 。5 。