（通信与信息系统专业论文）lte系统的下行无线分组调度研究.pdf

- q m , a l , 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本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，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 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。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：壶k 淦 日期：垫! ! ：三：! 叟 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。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磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。 本人签名： 主亟鲎 日期：盈f 壁：三：! 导师签名：呻爱_ 三缸枉日期：_ 彦巾斋卜仁 产 l t f ：系统的下行无线分组调度研究 摘要 在引入h s d p a 特性之前的u m t s 系统中，分组调度是由r n c 进行控制的，在r n c 中进行分组调度控制，不是很好地、自适应地、 迅速地使分组调度反映当前时变信道的传输信息，从而无法进行快速 的链路自适应和快速的分组调度，所以在引入r 5h s d p a 以后，u m t s 系统中将分组调度移植到下一级n o d eb 中，这样，分组调度可以及 时的根据信道情况和衰落特性自适应改变调制方式，同时减少u e 的 内存要求和系统的传输延迟。分组调度对于分组交换数据业务的地位 等同于信道资源分配对于电路交换业务，可见分组调度在分组业务的 无线资源管理中处于核心的支配地位，决定了整个无线分组业务系统 提供业务的质量和效率，并影响着其他技术和算法的决策和执行。 对于在r 5 以后的u m t s 和l t e 系统来说，提供的分组数据业 务的种类既包括各种实时业务，如流媒体，也包括各种非实时业务， 如w w w 浏览。如何为具有不同带宽要求、不同时延保障、不同q o s 等级的各种业务合理地分配资源，在满足业务需求的基础之上，提高 网络的总体吞吐量和频谱效率，是分组调度算法完成的任务。 同时l t e 系统相对于u m t s 系统来说，多址方式有原来的c d m a 改为o f d m a s c f d m a 可以进行时域、频域和码域的灵活资源分配 和调度，这在c d m a 系统中是无法实现的( c d m a 只能进行时域和 码域的资源分配调度) ，这就是o f d m 刖s c f d m a 系统的一大优势。 这就使得l t e 系统的调度策略和原来的3 g 系统有所不同，l t e 调度 要考虑频域调度的灵活性和高效性，因为o f d m a s c f d m a 系统能 否发挥优异的性能，在很大程度上依赖于频域调度的灵活性和高效 性，如果不能充分利用无线信道特性进行灵活的调度，或者为了实现 资源分配和调度的灵活性而过大地提高系统信令开销，都会是 o f d m a s c f d m a 系统的整体性能大打折扣，严重影响l t e 系统的 性能。 本文重点研究了基于l t e 系统级仿真平台的无线通信系统中的 分组调度算法。首先对搭建整个l t e 系统仿真平台进行的介绍，然 后对经典分组调度算法进行了分类讨论和仿真分析，并结合o f d m 系统的特点给出了p f 算法的实现方案和改进方案，并通过计算机仿 真来研究调度算法的性能，同时本文还给出了一种新的实现频域调度 的下行分组数据调度方案，并在仿真平台上进行了验证，该方案的主 要目的是提高系统的吞吐量。本文所提到得几种调度方案是基于不同 目的的，可以根据实际需求来选取不同的调度方案。 关键词：l t eo f d m 无线资源管理分组调度l h n 公平 r e s e a r c ho np a c k e ts c h e d u l i n g i nd o w n l i n k0 fl t es y s t e m a b s t r a c t i nt h eu m t ss y s t e mb e f o r ei n t r o d u c i n gh s d p a ，p a c k e ts c h e d u l i n gi s c o n t r o l l e db yt h er n cw h i c hc a nn o tr e f l e c tt h et r a n s m i ti n f o r m a t i o no f t i m e - v a r y i n gc h a n n e l ，m a k i n gi ti m p o s s i b l et oc o n d u c tq u i c kl i n k a d a p t i v ea n df a s tp a c k e ts c h e d u l i n g t h ei n t r o d u c t i o no fr 5l a t e r , p a c k e t s c h e d u l i n g i s t r a n s p l a n t e d t ot h en o d eb ，w h i c hm a k e st h a t p a c k e t s c h e d u l i n gc a na d a p tm u d i l a t i o na n dc o d es c h e m ea c c o r d i n gt oc h a n n e l c o n d i t i o na n df a d i n gc h a r a c t i s t i c s ，a n dr e d u c et h eu em e m o r y r e q u i r e m e n t s a n ds y s t e m p r o p a g a t i o nd e l a y t h e s t a t u so fp a c k e t s c h e d u l i n gf o rp a c k e t s w i t c h e dd a t a ss e r v i c e si se q u i v a l e n tt ot h es t a t u s o ft h ec h a n n e lr e s o u r c ea l l o c a t i o nf o rc i r c u i t s w i t c h e ds e r v i c e s i tc a nb e s e e nt h a tp a c k e d ts c h e d u l i n gi sa tt h ec o r eo ft h ed o m i n a n tp o s i t i o ni n r a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t ，d e t e r m i n e st h e q u a l i t ya n de f f i c i e n c yo f s e r v i c e sp r o v i d e db yr a d i op a c k e ts e r v i c d ss y s t e ma n dh a sa ni m p o r t a n t i m p a c to nt h ed e c i s i o n - m a k i n ga n di m p l e m e n t a t i o no fa n o t h e rt e c h n i q u e s a n da l g o r i t h m s t h et y p e so fs e r v i c e sp r o v i d e db yl t es y s t e mi n c l u d eav a r i e t yo f r e a l t i m es e r v i c e s ，s u c ha ds t r e a m i n gm e d i a ，b u ta l s oi n c l u d ea v a r i e t yo f n o n r e a l t i m es e r v i c e s s u c ha s w n b r o w s i n g h o wt oa l l o c a t i o n r e s o u r c e st ot h es e r v i c e sw i t hd i f f e r e n tb a n d w i d t hr e q u i r e m e n t ，d i f f e r e n t t i m ed e l a yr e q u i r e m e n ta n dd i f f e r e n to o sl e v e lb a s e do ns e r v i c e s r e q u i r e m e n t st oi m p r o v eo v e r a l lt h r o u g h p u ta n ds p e c t r u me f f i c i e n c yi s t h et a s ko fp a c k e ts c h e d u l i n g i nc o n t r a s tt ou m t s t h em u l t i p l ea c c e s st e c h n o l o g yi sn o tc d m a b u t0 f d m s c f d m a r e s o u r c e sc a nb ea l l o c a t e di nt i m ed o m a i n 、 f r e q u e n c yd o m a i na n dc o d ed o m a i ni nt h eo f d m s c f d m as y s t e r n w h i c hi sn o ti m p l e m e n t a t i o ni nc d m a s y s t e m t h i sm a k e st h a tp a c k e t s c h e d u l i n gi nl t es y s t e mi sd i f f e r e n tf r o m3 gs y s t e m s t h ef l e x i b i l i t y a n de f f i c i e n c yo ff r e q u e n c ys c h e d u l i n gi nl t es y s t e ms h o u l db e c o n s i d e r e dw h i c hi so fi m p o r t a n c ef o rl t es y s t e mp e r f o r m a n c e t h i st h e s i sf o c u s e s o np a c k e t s c h e d u l i n ga l g o r i t h m s a n d p a c k e t s c h e d u l i n gs c h e m e si nl t em o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m f i r s t ， s o m et y p i c a lp a c k e ts c h e d u l i n ga l g o r i t h m sa p p l i c a b l ea r ec l a s s i f i e da n d a n a l y z e d ；a n dp fa l g o r i t h mi m p l e m e n t a t i o ns c h e m ei si n t r o c u c e da n d a n a l y z e di no f d ms y s t e m m e a n w h i l e an o v e ls c h e d u l i n gs c h e m eo f f r e q u e n c ys c h e d u l i n g i s p r o p o s e d a n dv e r i f i e d t h r o u g hc o m p u t e r s i m u l a t i o n t h es i m u l a t i o nr e s u l t sd e m o n s t r a t et h a tt h es y s t e mt h r o u g h p u t c a nb ei m p r o v e di nt h en e ws c h e m e k e yw o r d s ：l t e ( l o n gt e r me v o l u t i o n ) 、o f d m ( o r t h o g o n a l f r e q u e n c y d i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ) 、 r r m ( r a d i o r e s o u r c e m a n a g e m e n t ) 、p s ( p a c k e ts c h e d u l i n g ) 、p f ( p r o p o r a t i o n a lf a i m e s s ) 、 r e s o u r c eb l o c ka l l o c a t i o n 目录 第一章绪论1 1 1 论文结构1 1 2 本文的研究意义2 第二章l t e 系统简介3 2 1 引言3 2 2o f d m 技术简介3 2 3l t e 物理层概述3 2 4l t e 自适应技术4 2 5 l t e 无线资源管理概述一6 第三章l t e 系统级仿真9 3 1 概述9 3 2 无线通信系统仿真介绍9 3 3 总体流程1 0 3 4 仿真功能模块介绍1 1 3 4 1 网络拓扑一1 1 3 4 2 u e 产生12 3 4 3 链路预算1 3 3 4 4 u e 位置更新与切换：1 8 3 4 5s i n r 计算18 3 4 6分组调度2 0 3 4 7 数据统计21 第四章分组调度概述2 2 4 1 概述一2 2 4 2 无线网络特性对分组调度的影响2 2 4 3 基本调度算法2 3 4 3 1m a xc i ：! z i 4 3 2公平吞吐量2 4 4 ：；3 r o u n dr o b i n 2 5 4 3 4比例公平2 5 4 4 分组调度算法的评价标准2 6 4 4 1吞吐量2 6 4 4 2用户间公平性。2 7 4 4 3 峰值频谱效率2 8 4 4 4时延边界2 8 第五章l t e 系统的调度算法及资源块分配方案研究2 9 5 1 引言。2 9 5 2多载波比例公平算法2 9 5 3比例公平算法的扩展3 0 5 3 1单载波比例公平算法的扩展a p f 算法3 0 5 3 2 多载波比例公平算法的扩展31 5 4l t e 中的资源块分配方案研究与调度流程设计3 4 5 4 1l t e 系统的资源块分配与用户选择。3 4 5 4 2m c s 方式的选择3 8 5 4 3 下行h a r q 过程设计3 9 5 4 4传输结果正误判断4 1 5 5 仿真数据分析4 2 5 5 1仿真参数设置4 2 5 5 2p f 算法和r r 算法以及m a xc i 算法的性能比较4 4 5 5 3 p f 、a p f 及其改进算法的仿真比较分析。4 5 5 5 4 基于选择因子的调度方案仿真分析4 8 5 6 ，j 、结。5 0 第六章总结和展望5 1 6 1本文总结及主要贡献5 1 6 2 下一步工作展望51 参考文献5 2 致谢5 5 攻读学位期间发表的学术论文5 6 a m c b 3 g b c h b e r b l e r b s c d f c d m a c n c q i e n b e p c e u t r a n f d d f d m f d m a f p s h a r q h s d p a l i i c i 蹦1 1 2 0 0 0 m i r i s i m a c m a i m a x 伽 m c c d m a m c p f m c s m i m o 脚r p d c p p f p r b p s q o s r a n r b 缩写 a d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g b e y o n d3 g b r o a d c a s tc h a n n d b i te r r o rr a t i o b l o c ke r r o rr a t i o b a s es t a t i o n c u m u l a t i v ed i s t r i b u t i o nf u n c t i o n c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s c o r en e t w o r k c h a n n e lq u a l i t yi n f o r m a t i o n e v o l v e dn o d e b e v o l v e dp a c k e tc o r e n e t w o r k e v o l v e du n i v e r s a lt e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s sn e t w o r k f r e q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s f a s tp a c k e ts c h e d u l i n g h y b r i da u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t h i g l ls p e e dd o w n l i n kp a c e k ta c c e s s i n t e r - a n t e n n ai n t e r f e r e n c e i n t e r - c a r t i e ri n t e r f e r e n c e i n t e r n 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 o n2 0 0 0 i n t e r n e tp r o t o c o l h c r e m e n m lr e d u n d a n c y i n t e r - s y m b o li n t e r f e r e n c e m e d i u ma c c e s sc o n t r o l m u l t i p l ea c c e s si n t e r f e r e n c e m a x i m u mc a r r i e rt oi n t e r f e r e n c e m u l t i p l e c a r r i e rc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s m u l t i p l ec a r r i e rp r o p o r t i o n a lf a i r n e s s m o d u l a t i o na n dc o d i n gs c h e m e m u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t p e a k - t o - a v e r a g ep o w e rr a t i o p a c k e td a t ac o n v e r g e n c ep r o t o c o l p r o p o r t i o n a lf a i r n e s s p h y s i c a lr e s o u r c eb l o c k p a c k e ts c h e d u l i n g q u a l i t yo fs e r v i c e r a d i oa c c e s sn e t w o r k r e s o u r c eb l o c k 自适应调制编码 后3 g 广播信道 误比特率 误块率 基站 累积分布函数 码分多址 核心网 信道质量信息 演进型基站 演进型分组核心网 演进的通用陆地无线接入网 频分双工 频分复用 频分多址 快速分组调度 混合自动重传请求 高速下行分组接入 天线间干扰 载波间干扰 国际移动电信2 0 0 0 网际协议 递增冗余 符号间干扰 媒体接入控制 多址干扰 最大载干比 多载波码分多址 多载波比例公平 调制编码方式 多入多出 峰均功率比 分组数据汇聚协议 比例公平 物理资源块 分组调度 服务质量 无线接入网 资源块 l 心 r l c r n c r r r r m s a w s c f d m a s 瓜 s n r s i n r t b t d d t d m a t t i u e u m t s v r b r a d i of r e q u e n c y r a d i ol i n kc o n t r o l r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r r o u n dr o b i n r a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t s t o p a n d w r a i t s i n g l ec a r r i e rf d m a s i g n a l t o i n t e r f e r e n c er a t i o s i g n a l - t o - n o i s er a t i o s i g n a lt oi n t e r f e r e n c ep l u sn o i s er a t i o t r a n s m i s s i o nb l o c k t ed i v i s i o nd u p l e x t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s t r a n s m i s s i o nt i m ei n t e r v a l u s e re q u i p m e n t u n i v e r s a lm o b i l et e l e e o m m u n i c a t i o ns y s t e m v l r t u a lr e s o u r c eb l o c k 射频 无线链路控制 无线网络控制器 轮询 无线资源管理 停i ：等待( 协议) 单载波频分多址 信干比 信噪比 信干噪比 传输块 时分双工 时分多址 传输时间间隔 用户设备 通用移动通信系统 虚拟资源块 一 北京邮电人学硕士学位论文第一章绪论 1 1论文结构 第一章绪论 移动通信的目的就是实现在任何时间、任何地点下与任何人进行任何方式通 信，现代移动通信使得人们之间的即时信息交流更加便利。数十年来，人们一直 在为提高移动通信系统方方面面的性能而努力着。对于一个移动通信系统而言， 提高其性能主要从两方面着手：一是提高系统的基带传输能力；二是通过无线资 源最优分配提高系统容量。 随着移动通信的发展，高用户量、高数据速率和多种业务并存等给无线接入 网络带来了巨大的挑战。解决这一问题不仅仅需要一流的设备，还需要一流的无 线资源管理技术，以此优化分配有限的无线资源，增加网络的整体容量。因而， 用于分配、管理分组数据业务所占用无线资源的分组调度算法逐渐引起了人们的 重视，在无线资源管理算法研究中成为一个新的热点。 在无线接入网络中，上下行链路的分组数据业务是不对称的，下行链路的业 务量远大于上行的业务量，网络下行的资源利用率将直接影响到整个系统的容量 和服务质量，而调度算法在获得更高的下行链路吞吐量方面起着非常关键性的作 用，它控制着无线资源在用户间的分配，并在很大程度上决定了整个系统的性能。 本文主要对无线接入网络中的下行分组调度技术进行了研究。 公平性和系统吞吐量是衡量调度策略的重要指标之一，吞吐量是指每个小区 内单位时间传输的数据量；而公平性是指对于所有请求传输的用户，大家是否都 有得到传输的机会。在提高系统吞吐量的同时，必须使各个用户尽可能公平地共 享无线资源。但是，在无线网络中，由于用户处于不同的信道状态，提高系统吞 吐量和保证公平性两者是矛盾的，为了保证公平性，必须将部分信道分配给信道 状态差的用户，这降低了系统吞吐量；换言之，调度策略在达到一定的系统吞吐 量前提下，存在一个能保证的最大公平性的分配策略，或在保证一定的公平性下， 存在一个最大的可达系统吞吐量的分配算法。因此，分析无线分组调度算法的公 平性以及与吞吐量之间的关系，对设计分组调度策略有较大的参考价值。在无线 网络中，由于不同用户在不同时刻呈现不相等的信道容量，调度算法的公平性可 以分为两种 1 】：一是时间公平，以各个用户获得信道的时间或者几率来衡量；二 是容量公平，以各个用户获得的信道容量来衡量。一般说来，两者是不相等的， 而且调度策略为了保证容量公平，必须比保证时间公平牺牲更多的系统吞吐量， 因为保证容量公平，信道状态好的用户得到较少的信道时间，信道状态差的用户 北京邮电大学硕士学位论文第一章绪论 得到多的信道时间，而为保证时间公平，各用户拥有相同的信道时间。 在公平性和系统吞吐量之间找一个合适的折衷点，尽可能提高系统的吞吐量 和公平性，是我毕业设计工作的重点。本论文借助实验室搭建的l t e 仿真平台 对于l t e 系统的无线资源管理算法进行了实现和研究，重点是研究了无线分组 调度，给出了一种在o f d m 系统中实现频域调度的方案，并对其进行了理论分 析和计算机仿真验证。 本论文的结构安排如下： 第一章为绪论； 第二章为l t e 系统简介； 第三章系统地讲述了l t e 系统级仿真以及仿真平台的设计和搭建； 第四章系统地介绍了经典分组调度算法和分组调度的相关知识； 第五章重点介绍了适用于l t e 系统的无线分组调度算法策略以及l t e 系统 级仿真的分组调度的设计和实现。 第六章为论文总结和展望。 1 2本文的研究意义 无线资源管理是l t e 系统设计中的关键技术之一，是保证各用户多业务q o s 质量、维持系统稳定工作的不可或缺的一环，它涉及多个网络单元的设计构造。 如何在恶劣的无线传播环境以及用户运动且相互干扰的情况下为各类业务提供 q o s 保证，同时充分利用珍贵的无线频谱资源，是l t e 系统必须认真解决的问 题。l t e 系统较高的传输速率和繁多的业务种类使得无线资源的管理控制更加复 杂。研究无线资源管理算法的重要意义已被l t e 业界所广泛认同，目前对它的 研究已成为无线通信研究领域中的热点。 本课题的研究目标是针对无线资源管理的关键技术之一一分组调度进行较 全面和深入的研究，在总结前人研究成果的基础上，改进了现有的调度算法，并 对算法的关键技术参数进行了仿真和讨论。文中采用数学理论推导和计算机程序 仿真验证相结合的研究方法，通过程序仿真来验证算法的f 确性，并对算法进行 修正。本课题是针对l t e 系统而进行的研究，具有很强的针对性和前沿性。所 提出的无线资源管理算法和仿真结果对于l t e 系统的初始网络布局和网络节点 的优化设计具有一定的参考价值。 2 北京邮电大学硕士学位论文 第二章l t e 系统简介 第二章l t e 系统简介 2 1引言 为满足未来通信系统高速数据传输速率的要求，3 g p p 启动了l t e 的研究， 这种以o f d m f d m a 为核心的技术可以被业界看作“准4 g 技术。3 g p pl t e 项 目的主要性能目标为：在2 0 m h z 频谱带宽能够提供下行1 0 0 m b p s 、上行5 0 m b p s 的峰值速率；改善小区边缘用户的性能；提高小区容量；降低系统延迟，用户平 面内部单向传输时延低于5 m s ，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于 5 0 m s ，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于1 0 0 m s ；支持1 0 0 k m 半径的小区 覆盖；能够为3 5 0 k m h 高速移动用户提供 1 0 0 k b p s 的接入服务；支持成对或非 成对频谱，并可灵活配置1 41 v i i - - i z 到2 0 m h z 多种带型1 1 。本章就对l t e 系统做 一个简单的介绍。 2 2o f d m 技术简介 o f d m 是一种利用多载波调制的特殊频率复用技术。o f d m 技术的主要思 想是：在频域内将指配的信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行 的低速子数据流( 1 0 0 h z 5 0 k h z ) ，在每个子信道上使用一个子载波进行窄带调 制，并且各子载波相互正交，并行传输，尽管总的信道是非平坦的，具有频率选 择性，但是每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道是相 对平坦的，从而可以大大降低符号问干扰( i s i ) 口】。此外，o f d m 系统中各个子 信道的载波相互正交，它们的频谱是相互重叠的，这样不但减小了邻道干扰 ( i n t e r - c a r r i e ri n t e r f e r e n c e ，i c i ) ，同时又提高了频谱利用率( 趋于2b a u d h z ) 。 o f d m 技术有以下优点【3 】：最大限度的利用频谱资源，带宽扩展性强，减 少了接收机的复杂度，频域调度和自适应，o f d m a 系统的另一个特点是可以在 不同的频带采用不同的调制编码方式，以更好的适应信道的频率选择性。 由于o f d m 系统存在多个正交的子载波，而且其输出信号是多个子信道信 号的叠加，因此与单载波系统相比，存在易受频率偏差的影响，存在较高的峰值 平均功率比的缺点【4 】。 2 3l t e 物理层概述 对于l t e 的物理层的多址方案，在下行方向上采用基于循环前缀( c p ) 的 北京邮电大学硕士学位论文第二章l t e 系统简介 正交频分多址( o f d m a ) ，在上行方向上采用基于循环前缀的单载波频分多址 ( s c f d m a ) 【5 】。为了支持成对的和不成对的频谱，支持频分双工( f d d ) 模 式和时分双工( t d d ) 模式。 l t e 帧结构分为两种，无线帧结构1 用于f d d 模式( 包括全双工和半双工) ， 其无线帧( r a d i of r a m e ) 的长度为l o r e s ，包含2 0 个时隙( s l o t ) ，每一个时隙的 长度为0 5 m s 。两个相邻的时隙构成一个子帧，长度为1 m s 。无线帧2 用于t d d 模式，具有两个时长为5 m s 的半帧( h a l f - f r a m e ) ，每一个半帧包含8 个0 5 m s 的 时隙以及三个特殊区域：下行导频时隙( d w p t s ) 、保护时隙( g p ) 和上行导频 时隙) ( u p p t s ) ，这3 个特殊区域的总时长为l m s ，各自的时长可配。除子帧1 和子帧6 以外，一个子帧包括两个相邻的时隙，子帧1 和子帧6 包含d w p t s 、 g p 和u p p t s ，支持5 m s 和1 0 m s 的切换点周则6 】。 o n er a d i of r a m e ，乃= 3 0 7 2 0 0 t , 21 0m s o n es l o t ，o i = 1 5 3 6 0 t , = 0 5m s ，_ 一 臣j 三工互一匝习 o n es u b f r a m e - - - - o r t r a d i o f n a n e , r f = 3 0 7 2 0 0 r , t1 0 m 1 h - o n e h a l f f r a m e 1 s 枷；5 m h 一r 一 - 图2 - 1 帧结构类型1 i 尹一 筘霉五竺竺， 。、 一 鐾坼甲王硝z 并甲一 图2 - 2 帧结构类型2 ( 切换点周期为5m s ) 2 4l t e 自适应技术 1 自适应调制和编码( a m c ) 自适应调制编码( a m c ) 是一种链路自适应技术，动态地改变调制和编码 方式( m c s ，m o d u l a t i o nc o d i n gs c h e m e ) 来适应信道条件的变化，从而获得高 的频谱效率。由于移动信道的时变特性，接收信号的局部平均值是动态变化的， 传统的固定传输模式( 编码调制方式) 是为了最坏或者平均情况的信道条件设计 的，这样系统效率很低。从香农容量公式可以看出，即时分配的信道容量即每个 符号包含的比特数是由即时的信噪比决定的。对于不同的信道条件，需要分配不 4 北京邮电人学硕士学位论文第二章l t e 系统简介 同的发射功率，得到不同的频谱效率。为了有效利用宝贵的无线频谱，根据信道 状态改变传输模式的a m c 技术已经引起了人们极大的关注。即在保持误码率达 到要求的情况下，在信道处于深衰落时，采用阶数较低的传输模式，反之，采用 阶数较高的传输模式。a m c 是3 g p p 标准中的关键技术之一，它可以在衰落信 道情况下获得更高的频谱利用率。 a m c 主要的益处至少有两点： 处于有利位置的用户可以得到更高的数据速率，可以有效地提高小区平 均吞吐量； 自适应基于改变调制编码方案代替改变发射功率，充分的利用了基站 的发射功率，优化了系统的功率利用率。 2 混合自动重传请求( h a r o ) 为了克服无线移动信道时变和多径衰落对信号传输的影响，将前向纠错 ( f e c ，f o r w a r de r r o rc o r r e c t i o n ) 和自动重传请求( a r q ) 等差错控制方法结 合起来，以便降低系统的误码率，确保q o s 一这就是h a r q 方案 7 1 。即在一个 a r q 系统中含有一个f e c 子系统，当f e c 的纠错能力可以纠正这些错误时，则 不需要使用a r q ；只有当f e c 无法正常纠错时，才通过a r q 反馈信道请求重 发错误码组。随着对高数据率或高可靠性业务需求的迅速发展，h a r q 成为无线 通信系统中的一项关键技术并得到了深入的研究。 h a r q 的基本方案主要有【1 c h a s e 合并( c h a s ec o m b i n i n g ，c c ) 和递增冗余 合并( i n c r e m e n t a lr e d u n d a n c y ，i r ) ，其中递增冗余合并又可以分为部分冗余合 并( p a r t i a li r ) 和全冗余合并( f u l lm ) 两种。 ( 1 ) c h a s e 合并 c h a s e 合并方法是发端只需重传同一个经过编码的基于码率匹配截短t u r b o 码( r a t ec o m p a t i b l ep u n c t u r e dt u r b o ，r c p t ) 码字，收端采用c h a s e 合并技术将每 次收到的重复码字加权合并后送入到t u r b o 译码器。c h a s e 合并技术的实现可以 采用等增益合并( e q u a lg a i nc o m b i n i n g ，e g c ) 或者最大比合并( m a x i m u mr a t i o c o m b i n i n g ，m r c ) 。c h a s e 合并方法对重复发送的数据只做简单的加权译码操作， 因而对缓存器的需求量低，译码简单，系统实现复杂度低，但在低信噪比时系统 吞吐量较低。 ( 2 ) 部分递增冗余 递增冗余( 瓜) 的方法是以重传逐渐增加的校验比特响应收端译码失败的重 传请求。部分i r 方法的重传数据由信息比特和新增加的冗余构成，收端将其与 先前的接收数据合并成低码率码字，从而提高系统的纠错能力。该方法中r c p t 码结构设计及重传过程的实现如图2 3 所示，收端也可对接收到的重复信息数据 按对应s n r 加权合并，以获取信息数据的分集增益。 北京邮电大学硕士学位论文第二章l t e 系统简介 低码率母码r = k ( 3 n - 2 k ) 二二 二三二工二碉 第一次传输 二卫r = 疗 二口 第一次重传 二日r = k ( 2 n - k ) 二二 二碉 第_ 次重传 二日胄= k ( 3 n - 2 k ) 二二i 二亘二 二碉 图2 - 3 部分i r ( 3 ) 全递增冗余 。 全i r 方法的重传数据则完全由递增冗余构成，因而每次接收到的数据结合 后可构成更低码率的码字，更大幅度的提高系统的性能。该方法中r c p t 码结构 设计及重传过程的实现如图2 4 所示。 在i r 方法中，r c p t 码的初始码率较高，递增的冗余依据信道条件的变化 决定是否重传。当信道条件极其恶劣时，可能需要多级递归系统卷积码( r s c ) 编码器级联产生低码率r c p t 码，译码算法复杂，译码时延大，相应的译码设备 也复杂，成本高。另一方面，系统发端需要存储所有待传输数据，收端同样需要 存储所有接收到的重传数据，从而，系统对收发两端缓存器的需求量将随着重传 次数的增加而增加。因此，该系统虽然在性能上有所改善，但系统的复杂度很高。 发射机( 编码)接收机( 译码) 篙了匹正工! 二足：3 万l! !：! ! 第一次传输 二圈r = 以 二强 第一次重传 二卫尺= 吖2 一 二二 二三二i 二习 第二次重传 二卫尺= 彰3 甩 二二 二三二i 二二二至二二二 二习 2 5l t e 无线资源管理概述 无线资源管理( r r m ) 提供空中接口的无线资源管理功能，目的是能够提 供一些机制保证空中接口无线资源的有效利用，实