（通信与信息系统专业论文）hsupa发射功率分配链路级性能研究.pdf

北京交通大学硕士论文 v 8 7 8 瓣 摘要 支持高速移动分组数据业务是3 g 和后3 g 系统最重要的特点之一。 现今基于i p 的互联网应用和服务的迅速发展可谓超乎想象，此类数据业 务对流量和服务质量( q o s ) 要求较高，对蜂窝移动通信系统的覆盖、吞吐 量和传输时延提出了更严格的要求。为了满足未来移动高速数据业务的 要求，3 g p p 标准化组织在w c d m a 演进过程中提出了h s u p a 技术。 本论文的内容主要是基于作者在n o k i ae u p a ( e n h a n c e du p l i n k p a c k e ta c c e s s ) 项目中所做的工作而完成的。n o k i a 积极参与了3 g p pr 6 版本h s u p a 协议化工作。作者不但与各国同事同步工作，建立、完善了 n o k i a 的h s u p a 仿真器，而且进行了大量的仿真，一方面跟踪3 g p p 协议 化工作的最新成果，一方面为n o k i a 参与h s u p a 协议化的过程提供仿真 依据，部分重要的仿真结果直接支持了h s u p a 协议化进程中的讨论和决 定工作。 作者集中研究了w c d m a h s u p a 物理信道功率分配的问题，建立了完 整的计算机仿真评估平台，根据3 g p p 专家的建议配置了仿真器在u e 功 率受限下的e d c h 信道的工作机制并完成了以下的工作： 对h s u p a 技术规范链路级仿真和评估方法的研究； 完成h s u p a 系统链路级计算机仿真平台的搭建，并进行了大量 的仿真试验，为h s u p ：a 物理信道功率分配研究提供了大量的理 论依据； h s u p a 物理信道功率分配的理论分析建模； h s u p a 物理信道功率分配的仿真和结果分析，对影响h s u p a 物 理信道功率分配的各种因素进行了比较，找到了对所研究问题的 重要的影响因素，并且为优化功率分配因子提出了设想； n o k i a 作为唯一的能够提供u e 在功率受限的情况下的仿真数据 的厂商在制定鼻。礁。参数时得到了主动权。 【关键词】w c d m a h s u p a 功率分配链路级仿真口系数 x ! ! 塞銮望查堂堡主堡苎 一墨二兰型j l 组数据。 第三代移动通信系统就是为了提高第二代系统的有限的数据和多媒 体业务能力而发展的。她的主要特点就是增强的分组数据接入能力。国 际电联( i t u ) 于1 9 9 2 年提出了未来陆地移动通信系统( f p l m t s ) 概念，后 正式命名为i m t 一2 0 0 0 ，意思即第三代移动通信系统是工作在2 0 0 0 z 频 段，并期望于2 0 0 0 年左右正式投入商用。 早在1 9 8 5 年，i t u 以全球通用、综合业务作为基本出发点，提出了 描述第3 代移动通信系统的主要特征和目标的规定，并在世界范围内征 集无线传输技术( r t t ) 候选技术方案。至1 9 9 8 年9 月，提出的r ”提案 包括对m s s ( 移动卫星业务) 在内多达1 6 个，除6 个卫星接口技术外，地 面无线接口技术有1 0 个方案，被分为两大类：c d m a 与t d m ，其中基于 c d m a 技术方案的建议占据主导地位。 c d m a 系统部分采纳了三种工作方式：频分双工一直扩( f d dd s ) 、 频分双工一多载波( f d dm c ) 和时分双工( t d d ) 。它们都能满足i t u 关 于i m t 一2 0 0 0 的性能要求。其中，三大主流标准是w c d m a ，c d m a 2 0 0 0 和 t d s c d m a 。表卜1 给出了这三种工作方式对应的具体候选方案。 表卜1 兰种候选方案 f d d d sf d d m ct d d 候选方案 w c d m ac d m a 2 0 0 0 u t r a t d dt d s c d m a f f d d )( m c ) 提交方欧洲、日本美国欧洲中国 码片速率 3 8 4 m c p s 3 6 8 m c p s 3 _ 8 4 m c p s1 2 8 m c p s 网络层协 g s m m a pa n s i - 4 lg s m m a pg s m m a p 议 与第二代与g s m 兼容与i s 9 5 兼容与g s m 兼容与g s m 兼容 兼容情况 第三代移动通信( 3 g ) 与第二代移动通信系统( 2 g ) 相比，在无线接口 2 北京交通大学硕士论文 第一章引言 值1 4 4 m b i t s ) 的传输速率。另外，r 5 中核心网增加了i m s ( i p 多媒体 子系统) 。r 6 版本正在讨论中，无线接入部分主要引入了高速上行分组 接入( h s u p a ) 的技术，使上行链路可以支持高达l m b i t s ，2 m s 帧理论峰 值高达5 7 6 m b i t s 、1 0 m s 帧理论峰值高达2 m b i t s 的传输速率。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 0 ) 技术 1 2 。 w c d m a 作为目前最为流行的3 g 制式，已占全球3 g 牌照的9 5 。在亚 洲和欧洲，数十个大规模的商用w c d m a 网络已经运营或正在构建之中。 1 3w c d m a 技术的继续演进一面向高速分组接入( h s p a ) 的 发展 r 5 以前的w c d m a 版本可以在室内和较小小区支持最高2 m b i t s 的数 据传输速率，支持高速的分组交换和电路交换，并能提供许多基于因特 网的业务。但是下行的下载和流媒体业务需要系统提供更高的传输速率 和更小的延迟，为了满足这个要求，r 5 版本提出了h s d p a 技术。新加入 的下行专用传输岛姚戳国g 翌露鞭鼎覆蛋霸秘检错i | 朗雩j 鞋职窄士锤i 篓骋碰壁螋缓n a c k 响应 x 北京交通大学硕士论文第一章引言 通过分析，对影响h s u p a 物理信道功率分配的各种因素进行了 分析，找到了对所研究问题的重要影响因素，并且为优化功率 分配因子提出了设想； n o k i a 作为唯一的能够提供u e 在功率受限的情况下的仿真数据 的厂商在制定鼻。参数时得到了主动权。 9 北京交通大学硕士论文第= 章h s u p 系统结构和关键技术 u e 根据收到的a c k n a c k 决定是否重传，若重传直到收到a c k 消息 或者到达系统设定最大重传次数为止。 另外，u e 在n o d e b 的传输功率指令( t p c ) 下，执行频率为1 5 0 0 h z 的 快速功率控制，调整发射功率，克服无线链路的各种衰落变化，使到达 n o d e b 端的信号强度保持稳定，并且克服远近效应，使各个用户到达 n o d e b 的信号接收功率保持致，维持高质量通信。 h s u p a 通过在上行链路中新增的专用传输信道e d c h 来传输高速上 行数据业务。根据在 4 中指出的，e d c h 可以使用多个扩频码构成的多 条物理信道，如图2 4 。其中并没有标出可能出现的d c h 。 i + 倚 s e 口 圈2 4h s u p a 的物理信道结构 e d c h 最多可以使用4 条扩频码构成的信道：2 个使用s f 2 的扩频因 北京交通大学硕士论文 第二章h s a 系统结构和关键技术 的e d p c c h 信息对对应的e d p d c h 数据进行解码和合并：一般情况下， e d p c c h 携带的冗余图样、e t f c i 等信息会指示基站进行j 下确的解码。 这些数据依靠r s ( r e e d m u l l e r ) 纠错编码进行保护，这与在d p c c h 中的 t f c i 编码方式一样。e d p c c h 信道的传输必须更加可靠，它是e d p d c h 能够正确解码的前提。通过更高的卢因子值可以给e d p c c h 信道增加传 输功率。 2 4h s u p a 关键技术 2 4 1e - d c h 信道 r 9 9 中上行d c h 传输信道终止于无线网络控制器( r n c ) 端，因此数 据的调度、重传功能也由r n c 来执行。在h s u p a 中，增加了新的m a c e 实体，并放在n o d e b 端，因此，可以执行快速调度、重传，减少了传输 时延、提高了重传速度。r 9 9 中的d c h 和h s u p a 中的e d c h 协议结构 8 ， 分别如图2 5 和图2 6 所示： m hd c c h d c c hd t “ 嗽c d m a c d p h y o c l i 帧掷议 d c 帧协议 p h y p h y 专辅阿络后 传辅网络层 图2 5r 9 9 中d c h 协议结构 1 5 北京交通大学硕士论文第二章h s 卫p a 墨堑堕塑塑苤壁垫查 d t c hd c c h d c c hd t c h m c d m a c d m a c e s 姒c e 8 姒c e 1 c e e d a i 槭协议 e d c i 帧协议 p h y p h y专输网络压 传辅问络层 i u b c r n c s r n c 图2 6h s u p a 中e d c h 协议结构 e d c h 信道与r 9 9 中上行d c h 信道类似 2 8 。e d c h 以传输时 间间隔( t t i ) 传输用户数据。为减小时延、提高终端用户服务质量 ( q o s ) 、系统和终端吞吐量，e d c h 除支持l o m st t i 外，还引入了2 m st t i ， 而r 9 9 中t t i 为1 0 m s 。表2 一l 给出了e d c h 和d c h 的比较： 表2 一le d c h 与d c h 比较 e i d c hd c h 重传机制采用l 1 层的h a r q采用r l c 层的a r q 信遵编码m b o 编码t u r b o 和卷积编码 每u e 每码分组合传输信道一个一个或多个 ( c c l 托h ) 包含传输信道数 t t i 2 m s 或1 0 m s 1 0 m s 2 4 2h a r q 技术 重传技术是为在复杂多变的无线环境中提高数据正确接收而提出 的。混合自动请求重传( h a r q ) 是指接收方先对接收到的数据包进行自我 检错纠错，如果错误可以进行自我纠正，则正确接收；否则保存本次接 收数据包，并请求发送方重传。接收方将重传的数据包和先前接收到的 数据包在解码前进行合并，充分利用它们携带的相关信息，以提高正确 译码概率。因此，采用h a r q 技术可以显著提高系统正确接收和传输速率。 1 6 北京交通大学硕士论文 第二章h s u b 文系统结构和关键技术 在h s u p a 中，采用了停等( s w ) h a r q ，工作流程如图2 7 所示。如果 在一个传输时间间隔( t t i ) 内的数据解码正确错误，n o d e b 会发出 a c k n a c k 。若u e 接收到n a c k 则重传数据。图中t 1 和t 4 分别为上行和 下行链路空中传输时间，t 2 为基站端对数据包进行处理的时间，t 3 为一 个数据包对应反馈的a c k n a c k 的时长，t 5 为移动台端接收到反馈结果 后进行处理的时间。在h s u p a 中，对于2 m st t i 使用了8 个h a r q 子信道， 1 0 m st t i 使用了4 个h a r 0 子信道 5 。 摹站垲承戗 鼎m c | 【 的t 行物目情避 社动台瞒承就 佩， 味的下行物信道 图2 7 停等h a r q 工作流程示意图 基站端把先前传输的数据和当前重传的数据进行合并，尝试解码。 这种移动台和基站( n o d e b ) 之间的重传将执行至数据成功解码或达到了 预先定义的最大尝试次数，操作才会结束。由于混合自动重传机制是在 n o d e b 中执行的，并且是物理层机制，因此重传请求操作可以非常迅速。 如图2 8 所示，相比r 9 9 版本中移动台和r n c 之间由r l c 层控制的a r q ， 大大减小了由于r l c 层信令传输带来的时延，相应提高了系统吞吐量。 另外，由于h a r q 可以快速重传，链路可以容忍更高的误块率( b l e r ) ，即 相应终端发射功率的降低，从而在相同系统负荷下可以支持更多的用户， 系统吞吐量也相应提高。 1 7 蓑 北京交通大学硕士论文第二章h s u 憋墨堑堕塑塑叁堡垫查 响应，更好地利用链路资源，从而提高系统吞吐量。 h s u p a 为上行链路，用户采用码分复用，速率分配限制为系统噪声 升高指数( r o t ) 或终端吞吐量。以系统r o t 限制方案为例，具体调度过 程如下： u e 根据信道质量、可用发射功率、缓冲区中待传输数据量决定要申 请的速率，并向n o d e b 发出申请。n o d e b 中调度器根据系统中采用的调 度算法( 例如：正比公平算法等) ，算出各个用户的优先级，并据此对 各用户排队。根据优先级，n o d e b 根据系统r o t ，并结合用户申请的速率， 对队列中的各个用户决定分配的速率：当此用户引起的r o t 增加量使系 统总r o t 未超出系统设定门限时，根据贪婪( g r e e d yf i l l i n g ) 规则，分 配用户申请的最大速率；当此用户引起的r o t 增加量使系统总r o t 已超 出系统设定门限时，则降低分配速率直至此用户引起的r o t 增加量使系 统总r o t 在系统设定门限内，极端情况下，拒绝分配速率给该用户。 回圃回回回回 负荷信息 佶输遗章 传送数据包 控制信息 2 4 4 短帧长 图2 9r 9 9 与h s u p a 调度流程示意图 h s u p a 中引入了2 m st t i ，相比1 0 m st t i ，大大减少了空中接口的 传输时延和帧对齐带来的时延，并且u e 和n 0 d e b 相应的处理时延也大大 降低，可以更好地配合h a r q 和快速调度的实施，提高网络和终端的吞吐 量。另外，采用2 m st t i 带来的快速反应可以显著提高响应速度，从而 1 9 北京交通大学硕士论文 第三章wcdmm型坠壁堕堡堕堑鱼垦盐塑塑竺查望s v 珊e t r i c c h a n n e l ) 信道和传递概率p 、全程时延、功率调整间隔，以及传输功率的动态调整都可以在仿真中设置。 为了评估hsupa技术的链路级性能，eupa项目开发了符合标准的码 复用hsupa物理层传输结构的仿真器：hsupa用户数据和控制比特被分 别影射到edpdch和edpcch信道上。其他的一些基本的wcdma链路传 输控制比特，如导频比特、功率控制比特被影射到dpcch信道上。仿真 器实现了2 m s 和1 0 m s 的t t i 结构，他们分别对应了3 和1 5 个w c d m a 时隙长度。 仿真器还考虑了各种不同的数据速率来研究h s u p a 系统在各种不同配置下的系统表现：3 8 4 k b p s ，使用1 条s f 4 码信道； 7 6 8 k b p s ，使用2 条s f 4 码信道； 1 9 2 0 k b p s ，使用2 条s f 2 码信道； 4032kbps，同时使用2条sf8码信道和2条sf4码信道。 ue端的发射链条是精确的按照2，6中的描述建立。数据比特添加 crc校验后使用l3码率的turbo编码进行编码，然后经过速率适配、 扩频和加扰后进入传播信道。控制信息以每t t i 1 0 个的速度使用1 3 码 率的reedmuller编码。如果tti长度是10ms，编码后的控制消息会重 复5次进行发送。通过使用不同的因子，为每条码信道分配不同的发 射功率以满足数据和控制信息各自的要求。harq机制为不同的tti长度定义了不同的信道数，1 0 m s 使用4 条信道，2 m s 使用8 条。 多经衰落信道模拟了传播环境，仿真器还考虑了移动台移动带来的传播环境的变化。本论文中使用了pa和va两种标准的多径信道配置参数。在接收端可以模拟2个多者多个nodeb，每个使用2个接收天线进23 北京交通大学硕士论文第三章w c d m a ，l i s u p a 链路级仿真平台设计和评价方法 3 1 2w c d m a 上行链路的处理流程 3 1 2 1 倌道的编码和复用 上行编码和复用如图3 1 所示，具体步骤如下所述：物理层收到来 自上层( m a c 层) 的传输块后，首先向传输块插入c r c 冗余效验比特，接 收端可根据c r c 效验比特对传输块进行错误效验。c r c 长度有o 、8 、1 2 、 1 6 、2 4 b i t 等5 种，比特数越多，越能保证数据块在接受端被准确接收。 具体哪个传输块使用哪种长度的c r c ，由高层信令告知。本例中c r c 长 度为1 6 b i t 。插入c r c 比特后，将进行传输块的级联或码块的分割。信 道复用模块将一个t t i 内的所有传输块级联到一起，并按照信道编码方 法选择相应的编码块最大长度，级联使长的编码块得到更大的编码增益， 但太长的编码块将使物理层实现过于复杂。若传输块插入c r c 比特后， 长度大于最大长度将进行码块的分割，分割后的码块具有相同大小。级 联或码块的分割结束后进行信道编码，这里采用1 3t u r b o 编码，编码 使码块长度由原来的kb i t 增长到( 3 k + 1 2 ) b i t 。无线帧均衡的目的是 保证连续的多个1 0 m s 无线帧得到的数据长度相等，在每个码块后插入一 定数目的比特满足长度的要求。当信号受到突发性干扰时，不仅干扰个 别字节，而且会干扰一串字节，造成一片数码都出错，错误集中在一起， 可能会超出纠错码的纠错能力，交织作用要能将错误分散开，目的是使 解码器能够有效地纠错。交织就是按照某种次序对二进制比特流进行重 新排列的过程。第一次交织进行传输信道的帧间交织，本例中交织深度 为传输时间间隔( t t i ) 8 0 m s 。第一次交织完成后进行无线帧分段，目的是 为了将输入的比特序列映射到连续的”i 1 0 m s 个无线帧上。一条传输信 道上不同时间间隔中的传输速率有可能不一样，但是上下行链路对传输 北京交通大学硕士论文 第三章w c d m a ，h s u p a 链路级仿真平台设计和评价方法 的比特率都有一定的要求，因此速率匹配的目的是在传输信道上进行打 孔和重复，以便比特率在映射到无线帧后达到链路传输格式的要求。速 率匹配完成后，进行传输信道复接。复接单元每隔l o m s 接受来自传输信 道( d t c h ) 的无线帧和来自控制信道( d c c h ) 的无线帧，将他们连续的复用 到一个编码组合传输信道( c c t r c h ) 中。当使用多个物理信道时，就需要 进行物理信道的分段，分段的功能就是把所有比特分段到不同的物理信 道上。第二次交织进行的是物理信道的帧间交织。采用的置换方法与第 一次不同。在上行链路，物理信道映射就是将发送的无线帧全部填满或 是全空。物理信道影射把输入物理信道的比特依次映射到物理信道进行 空中传输。在正常的上行物理信道中，一个无线帧中的信道或者充满比 特，或者干脆处于未使用状态。只有压缩模式中的上行物理信道可以在 无线帧的传输中关闭几个连续的时隙，对这几个特定的时隙不进行比特 映射。 北京交通大学硕士论文 第三章w c d m a 珊s u p 链路级仿真平台设计和评竹楚 二进制“0 ”映射为实数值+ 1 ，二进制“1 ”映射为实数值一1 。d p c c h 总是使用cch，256，0码(即扩频因子sf=256的第一个ovsf码)来进行扩 频，在多路d p d c h 同时发送的情况下，d p d c h l 和d p d c h 2 采用c c h ，4 ， l(扩频因子sf=4的第二个ovsf码)来扩频：dpdch3和dpdch4采用cch， 4 ，3 ( 扩频因子s f = 4 的第四个0 v s f 码) 来扩频：d p d c h 5 和d p d c h 6 采用 c c h ，4 ，2 ( 扩频因子s f = 4 的第三个o v s f 码) 来扩频；数据符号经过扩频 操作后，输出的码片速率为3 8 4 m b i t s 。在扩频操作之后，实数值的扩 频信号由增益因子b 加权，d p c c h 用b 。加权，d p d c h 用b 。加权，增益因 子p 加权的目的是调整d p d c h 与d p c c h 之间的相对功率。加权后，i 、q 支路的码片序列分别作为复序列的实部和虚部，由复扰码序列s d p c h ，n 进行加扰处理，扰码作为无线帧的帧定位，既第一个扰码序列的码片对 应无线帧的起始。扩频和加扰结束后生成的复数码按照图3 3 右半部分 进行q p s k 调制，调制信号的码片速率为3 8 4 m b i t s ，脉冲成型滤波器 为滚降系数为o 2 2 余弦成型滤波器。调制完毕的信号进入射频系统处理 后，即可发射出去。需要指出的是w c d m a 是扩频系统，在扩频后码片速 率为固定情况下，传输速率越低的业务，获得的处理增益越高。 1 2 2 k b i t s 的话音编码业务下，接收端所期望的信号噪声功率谱密 度比( e b n o ) 为5 d b ，而1 2 2 k b i t s 的处理增益( w r ) m 2 5 d b ，而根据灵 敏度公式：1 2 2 k b i t s 话音编码业务的信号功率与干扰或热噪声之比 ( s n ) 最小值可以是一2 0 d b ，即信号功率可以比热噪声低2 0 d b ，此时信号 功率已经完全满没在热噪声中，但接收端仍可以正确的解调出信号。本 例中2 m b i t s 传输的接收端所期望的e b n 0 假设为l d b ，处理增益( w r ) m 2 8 d b ，s n 最小只能是一1 8 d b 。因此速率越高的业务从w c m d a 优良的 抗噪声性能中获利越少。 3 0 北京交通大学硕士论文 第三章w c d m a m s u p a 链路级仿真平台设计和评价方法 3 1 2 2 上行专用物理信道 专用上行信道有两种，一种是用于传输专用传输信道( d c h ) 的专用物 理数据信道d p d c h ；另一种是用于传输控制信息的专用物理控制信道 d p c c h 。d p d c h 和d p c c h 在每个无线帧内是i q 码复用，并且是同时发射、 并行传输的，多个d p d c h 同时传输时，在接收端通过使用不同的扩频码 可以将每个d p d c h 正确的解调出来。在每个无线链路中，可以有0 6 个上行d p d c h ，但至少有一个上行d p c c h 。d p c c h 用于承载物理层的控制 信息：导频比特( p i l o t ) 、发送功率控制( t p c ) 指令、反馈信息 ( f b i ) 、通常还包括传输格式联合指示符( t f c i ) 。导频比特为基站提 供下行信道估计，t p c 命令通知基站调整下行功率或是不变，t p c 命令在 每个无线帧的每个时隙中都进行传输，因此w c d m a 的功率控制频率是 1 5 0 0 h z ( 1 1 5 s ) ，上行f b i 比特是手机对基站分集发射的反馈信息，用 于指示基站进行幅度调整或相位调整，t f c i 为d p d c h 的一个无线帧内同 时传输的传输信道的瞬间传输格式组合参数，既是对上面多个t f i 组合 的指示参数。上行物理专用信道d p d c h 和d p c c h 的帧结构如图3 2 所示。 它的每个帧长为l o m s ，分成1 5 个时隙，每个时隙的长度固定为t s l o t 2 2 5 6 0 码片，对应于一个功率控制周期。d p c c h 的扩频因子总是2 5 6 ，即 每个d p c c h 时隙有1 0 个比特。参数k 与信道扩频因子s f 以及每个时隙 北京交通大学硕士论文 第四章e - d c h 信道功率最优化分配研究 出结果是接收机前端的e c n o ，b l e r 和链路吞吐量。优化的 e d p d c h d p c c h 值可以使在给定b l e r 或者链路吞吐量条件下的e c n o 值 最小。按照表4 1 所给出的，利用该仿真器我们进行了大量的仿真试验 来评估最优功率比值，针对每个仿真，主要的比较标准是在点l ，1 0 b l e r 和5 0 m a x 和8 0 姒x 链路吞吐量下的系统性能。 表4 1 仿真案例 m o b i i 时s p e e d c h a l l l l e ld a t ar a t e ( k b p s ) t t id u r a t i o n ( m s ) ( 1 【m p h ) p a1 4 43 3 0 ，1 2 02 ，1 0 m s 队3 8 4 3 ，3 0 ，1 2 02 ，l o m s 队 7 6 8 ( 2c o d e s ) 3 ，3 0 ，1 2 02 ，1 0 m s 溺 1 4 43 ，3 0 ，1 2 02 ，1 0 m s 溺3 8 4 3 ，3 0 ， 1 2 02 ，1 0 雌 溺 7 6 8 ( 2c o d e s ) 3 ，3 0 ，1 2 02 ，1 0 m s 表4 2 仿真器参数配置 参数配置 仿真时间 1 0 0 0 0 信道估计方式 f i r ，3 t 叩s ( 1 ，l ，1 ) ( 1t a p f o r l 2 0 k m p h ) c h i p 速率 3 8 4 0m c p s 载波1 9 2 g h z 基站数 l 终端数l 帧结构 d p d c h ( 需要时) ， le - d p d c h ，1 巳- d p c c h 1d p c c h ， 码分( t t i _ l o m s ) h - a r o o n ( 最大传输次数：4 ) 闭环功率控制 o n ( e r r o r ：4 ) ，l d b 间隔 外环功率控制o f f 软切换o f f 导频图样 d p c c h ( 6p i l o t s ) 接收机r a l c e 接受天线 2 编码方式e - d p c c h ：r e e d - m u l l e r ，e - d p d c h ：t u r b o d p d c h 比特速率( 需要时) 6 4 k b p s ，s f l 6 3 8 北京交通大学硕士论文 第四章e d c h 信道功率最优化分配研究 ；证诫二i 舔i 诫二i 葡黼i i i 丽i i 谅若j 耐鼬僦 z 、k 一 二_ 一 匿 矽 l 、l量一! = ：= = 为瑚一2 l 。、。 。 1 一 f 。_ “1 ；矗耐 _ i + 譬 i 、 d ! r 一“ 345e7891 01 11 21 31 41 5 e p d c 帅p c c hf a n o d b 图4 3e d p d c h d p c c h 比值最优化例子 图4 3 解释了e d p d c h d p c c h 如何影响系统的性能。一般的，曲线 的最底端的点在给定条件下使e c n o 最小，代表了最优的功率比值。这 种情况下满足了来自e d p c c h 功率对良好信道估计的要求同时也满足了 来自e d p d c h 功率对低b l e r 和较高吞吐量的需求。在低e d p d c h d p c c h 功率比值下，d p c c h 被分配了太多的传输功率，这样虽然可以达到较好 的信道估计效果，但这也意味着为了提高e d p d c h 的s i r 达到b l e r 的要 求，功控机制会增大上行信号发射的总功率，这就导致了多余的功率浪 费在信道估计上。当e d p d c h d p c c h 功率比值较高的时候，即使信号总 发射功率相对较低，e d p d c h 仍然被分配了较大的传送功率，同时由于 d p c c h 只分配了较少的传输功率，信道估计的精度就无法满足规定的要 求，功控机制为了保证信道估计精度会增大总发射功率，这就意味着 e d p d c h 被分配了过剩的发射功率。综上所述，偏高和偏低的 4 n 北京交通大学硕士论文 第四章e d c h 信道功率最优化分配研究 e d p d c h d p c c h 值都会导致功控机制对e d p d c h 或d p c c h 倍道的功率补 偿，从而不可避免的浪费了分配给另外发射信道的功率，导致了仿真性 能下降。图4 3 中的最优化的功率分配点恰恰可以兼顾来自e d p d c hs i r 和信道估计机制对上行发射功率要求而不出现功控机制对某条信道功率 的过分补偿的情况。 表4 3 总结了在1 0 m st t i 情况下最优功率分配因子的值，研究表明， 以下的因素会导致最优分配因子的变化： 4 4 2 数据速率的影响 表4 3 显示3 8 4 k b p s 的数据速率要比1 4 4 k b p s 要求的e d p d c h d p c c h 值更高，由于更高的速率对应的是更低的扩频因子( 国和编码率( c o d i n g r a t e ) 由( 7 ) 式可以得到白较小会导致更多的m p i 干扰。而且，较低的编 码率要求解码时的s i r 值更高，这样e d p d c h 在传输时会要求更高的发 射功率来抵偿干扰带来的影响。同时，当信道状况变化不大的时候，信 道估计对导频功率的要求变化不大( 可见，数据速率不影响信道估计) ， 综上所述，e d p d c h 和d p c c h 之间的功率平衡在高数据速率的情况下会 更倾向于e d p d c h ，于是e d p d c h d p c c h 的最优功率比值会升高。 4 1 表4 3e _ d p d c h d p c c h 最优化功率值 最优e - d p d c h ，d p c c h 比值( d b ) 仿真案例b l e rb l e r t h r o u 曲p u tt h m u g h p u t l 1 0 5 0 + m a ) 8 0 + m “ 1 4 4 k b d s ，p a 38 18 19 1 9 4 3 8 4k b d s ，f i a 3 9 81 0 49 9 1 1 9 7 6 8 k b p s ，p a 3 7 _ 38 _ 38 19 3 1 4 4k b p s 、，a 35 87 39 1 7 4 3 8 4k b p s v a 3 8 89 o9 29 2 7 6 8k b d s ，v a 3 6 47 58 3 8 1 1 “k b p s ，p 3 0 8 68 29 78 5 3 8 4l 却s ，p 3 0 9 81 0 11 0 11 0 9 7 6 8k b d s ，p a 3 0 8 48 57 9 8 8 1 4 4k b p s ，、，a 3 0 6 37 77 - 88 0 3 8 4k b p s ，、，a 3 0 8 78 89 59 5 7 6 8k b p s ，、a 3 0 6 37 17 57 8 1 4 4k b p s ，p a l 2 08 27 97 67 5 3 8 4k b p s ，p a l 2 0 9 5 9 91 0 8 1 0 2 7 6 8k b p s ，r 1 2 08 37 49 1 38 5 1 4 4k b p s ，、，a 1 2 06 46 66 97 4 3 8 4k b d s ，、a 1 2 0 7 38 _ 38 98 2 7 6 8k b d s ，v a l 2 07 16 56 o6 4 根据在( 9 ) 式中的e d p d c h 功率定义，当刁增大时，e d p d c hs i r 值会随之升高，随之对系统性能带来的正面作用可以使在相同b l e r 条件 下采用更小的7 ，舢s 。但是，目增大会使e c n o 更高：目过高会降低系 统的功率效率，造成对系统性能的负面影响，因此仿真研究的目的就是 找到在给定条件下7 砌s 和刁之间的妥协。 当研究7 6 8 k b p s 的上行速率时，( 9 ) 式应该被改写为： e = 乃馏胛s ( x + 2 7 7 r )n m 、v ， 考虑到7 6 8 k b p s 速率使用2 码传输，上式中的因子2 不会产生以上 分析中的对系统的改善作用，这是因为在每个传输码中的发射功率都仍 然是儿但是，由于接收端测量到的e c n o 值严格对应于功率e 上述的 4 2 北京交通大学硕士论文第四章e d c h 值塑堕皇壁垡垡坌! ! ! 堕 负面效应却加倍了。由此见得，因子2 增大了e d p d c h 功率在平衡中的 权重，而e d p d c h 发射功率构成了接收功率的主要部分。因此降低 e d p d c h 功率的问题变得更加重要，因此，仿真得出的优化刀值变小， 7 6 8 k b p s 要比3 8 4 k b p s 的情况下使用更小的e d p d c h d p c c h 功率比值。 4 4 3 多径分集的影响 采用由i t u t 定义的p a 和v a 信道模型，我们可以较好的仿真系统 在不同多径分集条件下的性能。由表4 3 可见，e d p d c h d p c c h 优化值 在v a 模型下比在在p a 模型下取值更小。这较好的反应了在v a 信道下的 性能衰落。e d p d c h 和d p c c h 信道都要经历相同的v a 信道衰落，但是最 优e d p d c h d p c c h 功率比值降低，这反映了v a 信道对信道估计的精度提 出了更高的要求。当径数增加时，在最大比例合并后信号的差错概率会 增大，于是需要对d p c c h 从信道进行一定的功率补偿来降低信道估计带 来的误差，不但如此，根据( 7 ) 式，径数增多带来了更多的m p i ，结果当 然d p c c h 功率需要更大了。 4 4 4 终端移动速度的影响 本论文主要研究了3 种主要的终端 x 北京交通大学硕士论文第四章e d c h 信道功率最优化分配研究 传输等因素会在一定程度上影响最优功率分配因予的取值，同时终端移 动速度和t t i 长度对其影响不大。一些学者的研究表明影响w c d m a 上行 链路性能的主要因素来自扩频因子和信道估计中接收滤波的设计。通过 我们的仿真发现，信道状况的动态变化和多径分集效应也会对最优化过 程产生较大影响。接收端的s i r 反映了实时的信道状况并且通过仿真结 果显示其值的变化和功率优化结果值的变化有一定的关系，一般的，随 着s i r 值得减小，e d p d c h d p c c h 功率比值会升高。这个发现有助于开 发动态调整e d p d c h d p c c h 功率比值的机制以达到更好的h s u p a 上行链 路性能。 j ! 塞壅望盔堂堡主垒奎 蔓至兰旦曼垫整墨堡! 兰坐竺旦垫皇坌! i ! 堕 进行降低以便满足发射机的功率限制。在这种情况下，各个上行物理信 道( d p c c h 、d p d c h 和h s d p c c h ) 之间的功率相对值维持不变。 当有e d c h 上行发射信道在工作时，如果按照功控指令调整后的发 射功率值超过发射机功率限制，u e 会首先减少所有e d p d c h 信道的增益 因子口。减少的间隔是根据卢。，芦。一。来定义的，如果削弱e d p d c h 信道功率后的信号总功率能够满足最大发射功率限制，u e 将会发射信号， 否则e d p d c h 信道的增益因子芦。仍将继续减少直到达到最低定义的p 。值。然后u e 进入各信道功率等比降低的过程。 表5 1 则列出了的口。量化值。为了研究移动台在功率受限的情况下 的链路性能表现，我们在仿真中配置了一定的固定衰落值，这样会导致 u e 经常性的进入总传输功率受限的情况。为了简化仿真和系统分析，1 0 d b 的固定路径损耗被设置在仿真程序中。 表5 1 卢。的量化 s i g l l a l n n gv a l u e s q u a n t i z e da i l l p l i t l l d er a t o sf o r、，a l u e sf o r p a r a m e t e rs e t t i n g f o r e - d p d c h 1 小( 笔严) 7l n b e l 一y ( d b ) 2 91 6 8 1 5 拌；n o t u s e d 2 81 5 0 1 s群 2 71 3 4 ，1 5拌 2 61 1 9 1 5群 2 51 0 6 ，1 5拌 2 49 5 1 5拌 2 38 4 1 5拌 2 27 5 ，1 5蜉 2 l6 7 ，1 5# 2 06 0 1 51 2 0 4 1 2 1 95 3 门51 0 9 6 3 6 1 84 7 1 59 9 2 0 1 1 74 2 1 58 9 4 3 1 1 63 8 1 58 0 7 3 8 1 53 4 ，1 57 1 0 7 7 1 43 0 1 56 0 2 0 6 1 32 7 1 55 1 0 5 4 1 22 4 1 54 0 8 2 4 ! ! 室銮望查堂堡圭! 垒塞 篁至童旦里望皇曼匣王垦：旦竺望垫空坌里! ! 堕 1 1 2 1 ，1 5 2 9 2 2 5 1 0 1 9 1 s 2 0 5 3 2 9l7 1 5 1 0 8 7 1 8 1 5 ，1 5 o 71 3 ，1 5 - 1 2 4 2 9 6 1 2 1 5 1 9 3 8 2 5 1 1 ，1 5 2 6 9 3 9 49 ，1 5 _ 4 4 3 6 9 3 8 九55 4 6 2 7 ，1 5- 6 6 1 9 8 16 1 5 7 9 5 8 8 o5 1 5 - 9 5 4 2 4 01 0 0 5 3 仿真 仿真的假设条件和统计办法可以参见 1 2 ，表5 2 列出的仿真案例 被进行了仿真，然后对仿真结果进行了分析和统计。在仿真中，u e 最大 传输功率和芦。值是渐渐减小的。仿真设定了3 d b 的功率衰减差值和 1 d b 的芦。降低速度。这样就使追踪收集的统计数据的变化过程。 表5 2 仿真案例 d a t a r a c e c h a l l l l e lm o d e l 柚d c a s e m o b i l i t ys p e e d o i h e r s ( 1 c b p s ) ( k m p h ) 2 m s t t i ，n o d c h ，o t h e r 1 0 d b9 39 3p a 3 s e t t i n g sr e f e rt o 1 0 m s t t i ，n o d c h ， 1 0 d b1 8 61 8 6p a 3 o t l l e rs e n l n g sr e f ht o 2 m s t t l ，n o d c h ， 2 m s v a9 3v a 3 0 、，e h i c u l a r a c h a n n e lw i t h 3 0 k m ，1 1m o b i l i t y 为了比较仿真结果，图5 1 到图5 6 的曲线被画出而且曲线被归类 到三种类别中，代表u e 在整个仿真过程中功率受限的程度。也就是根据 p t x p t x _ m a x 的概率来分类： 轻度的功率受限：u e 很少进行最大功率的发射，这时的p t x p t x m a x 4 9 北京交通大学硕士论文第五章u e 功率受限下e d c h 功率分配策略 功率值比较低。 高度的功率受限：在仿真进行的大部分时间中，u e 都进行最大功率 的发射，可以理解为p t x p t x a x 的概率很低。 中等功率受限的情况介于以上两种情况之间。 需要注意的是，为了方便绘制图线，o 发射幅度值代表的点被画在 了一1 0 d b 的x 轴。 墨 e 4 ： i j ： o 怕x - 7 。_ ：lp 、 k - 。弋；骥 一 _ ：。 附 i-1 i rl ， t 图5 1 不同尻m 。下平均传输次数( 2 m st t i 案例) 5 0 北京交通大学硕士论文 第五章u e 功率受限下e d c h 功率分配策略 图5 2 不同虞。m 下p t x p t x “概率变化( 2 m st t i 案例) 图5 3 不同显。一下s i k t a r g e t s i r 值变化( 2 m st t i 案例) 5 1 i ：竺篡! 竺竺【 7 _ _ 。 ：j = ：等量_ 2 p ， + i 叫“? 一f h” 紧飘睾薯= 。i j 。：| j 一 - 一 1 | i 卜r 、? 一 一p r ，蹲霉篆鎏薯 7 r 群”n if = ! i _ _ i i 薯“；j ：j 二i ，”i 。；j 二j 二。 一 辞；j _ _ _ l 。i ，。 一寸_ j 二。 图5 6 不同最m 卜s i r _ t a r g e