（通信与信息系统专业论文）hsdpa技术的研究.pdf

重庆邮电大学硕士论文 摘要 摘要 高速下行分组接入( h i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s 。h s d p a ) 技术 可以为用户提供灵活、高速的下行分组数据业务。h s d p a 是第三代移动通信系 统的研究和发展方向，目前正日益成为移动通信领域的热点。本文在对h s dp ：a 的原理、背景技术进行讨论的基础上，重点研究了h s d p a 关键技术h a r q 在 t d s c d m a 移动通信系统中的应用。 h a r q 是h s d p a 中一种隐含的自适应技术。在分组通信中，能够通过重 传降低b l e r ，提高数据及图像传输的可靠性。本文首先对h s d p a 技术作了 简单的概述，包括h s d p a 中的几种关键技术，介绍了h s d p a 在t d _ s c d m a 移动通信系统中的应用。然后，简单分析了混合a r q 技术的研究现状，t u r b o 码因其具有优异的编译码性能而被第三代移动通信作为信道差错控制编码。本 文随后讨论了应用t u r b o 码作为信道编码的简单h a r q 以及n a r a y a n a n 译码 方案的h a r q ，并在其基础上提出了利用交织技术的改进方案，使系统的通过 率比起简单h a r q 方案有3 5 d b 的增益。 最后，本文从减少迭代译码次数方面考虑，将最大比合并和能减少迭代译 码次数的n a r a y a n a n 译码方案结合起来，提出另一种改进方案这种改进方案 在明显减少了译码的延迟和复杂度的同时，系统的通过率比利用交织技术的改 进方案有0 3 0 5 d b 的增益 关键词：h s d p a ，h a r q ，t u r b o 编译码，最大比合并 重庆邮电大学硕士论文 摘要 a b s t r a c t h i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s ( h s d p a ) c a ns u p p o r taf l e x i b l ea n dh i g h m t c sd o w n l i n kp a c k e td a t as e r v i c ef o ru 剐强a n dw h i c hi s 伊o w i n gi n t ot h eh o ta r e a a st h es t u d yo ft h e3 “g e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m s b a s e do nt h e d i s c u s s i o n o f t h e p r i n c i p l ea n d b a c k g r o u n d s o f h s d p a ，t h e a p p l i c a t i o n s o f h a r qi n h s d p a f o r t d - s c d m as y s t e m a r es t u d i e d i n t h i s t h e s i s h a r qs c h e m eb e l o n g st oa ni m p l i c i ta d a p t a t i o nt e c h n i q u ei nh s d p a , w h i c h r e s u l t si nah i g h e r r e l i a b i l i t y o fd a t aa n di m a g et r a n s m i s s i o na n dl o w e r b l o c k - e r r o r - r a t e ( b l e r ) i np a c k e tc o m m u n i c a t i o n st h r o u g hr c t r a n s m i t t i n gd a t a s c h e m e i nt h i sp a p e r , h s d p at e c h n i q u ei sf i r s ts u m m a r i z e d ，i n c l u d i n gs e v e r a lk e y t e c h n i q u e si nh s d p a a n dt h ea p p l i c a t i o no f h s d p af o rt d s c d m as y s t e m w h e r e a f a r 9r e s e a r c ha c t u a l i t ya n df u t u r ep r o g r e s so f h y b r i da r q i si n u - o d u c e d b c e a u s eo f t h ee x c e l l e n tp e r f o r m a n c eo ft u r b oc o d e , t h e3 坩g e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s y s t e m sh a v ea d o p t e dt h e ma st h e i rc h a n n e lc o d i n gs c h e m e w h e r e a f t e r ，t h i sp a p e r d i s c u s s e st h es o l u t i o nt os i m p l eh a r qb a s e do nt u r b od e c o d i n ga n dt h es o l u t i o n t o8 a g qb a s e do nn a r a y a n a nd e c o d i n gi nd e t a i l ar e f o r m a t i v es o l u t i o nt o8 a r q b a s e do i li n t e r l e a v et e c h n o l o g yi si s s u e df r o mt h er e s e a r c ht oa b o v e - - m e n t i o n e dt w o s o l u t i o n s ，w h i c hm a k e st h et h r o u g h p u to f t h es y s t e mi n c r e a s eg a i nb y3 5d b u l t i m a t e l y , f o rd e c r e a s i n g i t e r a t i v et i m e s ，a n o t h e rr e f o r m a t i v es o l u t i o ni s i n t r o d u c e dt h r o u g ht h ei n t e g r a t i o no fm r ca n dt h e s o l u t i o nt o8 a r qb a s e do n n a r a y a n a nd c c o d m gt h a tc a nd e c r e a s e i t e r a t i v et i m e s t h es 0 1 i o nm a k e st h e t h r o u g h p u to ft h es y s t e m0 3 0 5 d bi n c r e a s eg a i nb y0 3 0 5d bc o m p a r e dw i t h t h er e f o r m a t i v es o l u t i o nt or a r qb a s e do ni n t e r l e a v et e c h n o l o g yw h i l et h ed e l a yo f d e c o d i n ga n dt h ec o m p l e x i t yo f a l g o r i t h ma d e f i n i t e l yr e d u c e d k e yw o r d s ：h s d p a ，h a r q ，t u r b oc o d e d e c o d e ，m r c ( m a xr a t i oc o m b i n e ) 独创性声明 本人声明所呈交的学位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。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重废邮电太堂或 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谢意。 学位论文作者签名：钌蓟 签字日期：知“ 年，月罗日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重鏖邮电太堂有关保留、使用学位论文的 规定，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，允许论文 被查阅和借阅。本人授权重庞邙血太堂可以将学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇 编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名；亥阅 导师签名： 签字日期：石年丁月巧日 签字日期： 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 移动通信的发展经历了两代，第二代移动通信以采用时分多址( t d m a ) 方 式的数字式g s m 系统和采用窄带码分多址( c d m a ) 方式的数字式i s 一9 5 系统 为代表，成为正在全世界运营的主要移动通信系统。目前，随着互联网和信息技 术的不断发展，以及人们对信息业务及时性要求的日益提高，对开发高性能无线 互联网技术和产品也提出了更加迫切的需求，移动通信系统又进入了一个新的发 展时期。现有的移动通信系统主要以支持话音业务为主，而新一代的移动通信系 统应能支持从话音、分组数据到多媒体业务，应能提供高性能的无线互联网服务。 第三代移动通信系统( 3 g ) 正日益引起各行业人们的广泛关注，它不但能够 实现第一、第二代移动通信系统的话音业务和低速率数据业务，并能够极大地满 足广大用户对多媒体、高速率移动通信业务的需求。第三代移动通信系统将构成 一个覆盖全球，集语音、数据、图像为一体，智能化的，连接多种通讯网络的统 一系统。它的根本目的是要将移动通信网和i n t e m e t 融合起来，打造一个随身的 移动互联网。它的功能包括高速无线i n t e r n e t 接入、下载文件、娱乐信息、进行 网上浏览、收发e m 棚、移动传真、网上购物等等。 从技术层面上讲，第一代移动通信使用的是频分多址技术( f d m a ) ，第二 代移动通信使用的是时分多址技术( 1 1 ) m a ) ，第三代移动通信系统则采用码分 多址技术( c d m a ) 。 c d m a 技术基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽的信息数据，用 一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行扩频，使原数据信号的带宽被扩 展，再经载波调制并发送出去接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的宽带 信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通 信 在第三代移动通信的技术标准中，以欧洲主导的w c d m a 、美国主导的 c d m a 2 0 0 0 以及中国的t d s c d m a 成为了三大主流技术 1 2 高速下行分组接入( h s d p a ) 技术 第三代移动通信系统能够极大地满足广大用户对多媒体、高速率移动通信业 务的需求。然而，对于下载、流媒体类业务，以及复杂的网络和多媒体业务，诸 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 如多用户游戏、实时消息、在线购物、个人，公共数据库接入和电影下载等应用， 需要系统提供更高的传输速率和更少的迟延。3 g p p 和3 g p p 2 都认识到支持高速 率数据用户的问题，试图在原来的体系框架内，在下行链路中采用多分组多址技 术，大幅度提高数据下载和流媒体速率。3 g p p 在r 5 以后的系统中引入了h s d p a 技术，3 g p p 2 则发展了c d m a 2 0 0 0 1 x e v - - d v 技术。 2 0 0 0 年3 月摩托罗拉在西班牙召开的3 g p p 标准化组织t s g r a n 的第七 次会议上，提出了高速下行分组接入h s d p a ( h i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e t a c c e s s ) 的最初设想【i 】。2 0 0 1 年3 月发布了关于h s d p a 的研究报告t r2 5 8 4 8 v 4 0 0 t 2 j 和t r2 5 9 5 0v 4 0 0 t 3 j ，介绍了h s d p a 可能采用的各种技术。2 0 0 1 年9 月发布了t r 2 5 8 5 5 v 5 0 0 t 4 1 ，2 0 0 2 年3 月发布了t r 2 5 8 5 8 v 5 0 0 t 5 1 ，对r e l e a s e 5 中拟采用的h s d p a 技术表做了全面地介绍，选定了a m c 和h a r q 作为标准 首先采用的技术。2 0 0 2 年3 月，有关h s d p a 的技术标准正式写入了3 g p p 的 r e l e a s e5 的有关 i s 文档。 h s d p a 是w c d m a 和) s c d m a 的增强型技术，旨在提高下行信道传输 数据的能力。h s d p a 通过采用链路自适应、快速重传、快速调度等技术，使下 行信道的传输速率有了大幅度的提高。从理论上说，w c d m a 的下行最大峰值 速率可以达到1 4 4 m b p s ，是r e l 9 9 的5 倍；1 1 3 s c d m a 的最大峰值速率可达 2 8 m b p s t 引入l xe v d v ( 单载波增强方案一数据和语音) 的c d m a 2 0 0 0 的 下行峰值速率可以达到3 1 m b p s t l l 。采用h s d p a 技术，能够提供完整的i m t 一 2 0 0 0 所要求的多媒体业务，而且还支持第二代b t s 的接入，具有适合多种业务 速率、动态分配带宽和易于同有线宽带综合业务数字网接口的优点。可以看出， h s d p a 可以满足第三代移动用户对多媒体业务的需求。h s d p a 中采用链路自适 应及其辅助技术，极大的提高了频谱资源和码资源的利用效率。就频谱利用率来 说，一方面在信扰比较低的情况下，通过自适应地采用纠错能力较强的编码方式 以及混合a r q ，提高了抗干扰能力，重传合并机制使得每一次传输内容不论正 确与否都不会被浪费，从而提高了频谱的利用效率。另一方面，信扰比较高时， 通过采用高阶调制和较小的编码冗余提高了传输效率，从而提高了频带利用率 对于码资源来说，通过采用高阶调制和较小的编码冗余提高了每传输符号所承载 的信息比特数，也就是提高了每个信道化码所承载的数据量，从而提高了码资源 利用率h s d p a 中的信道资源也是一种共享资源，它可以被通信系统中的几个 用户共享通过n o d e b 中的快速调度技术，可以将这些资源分配给不同的用户 3 g p p 对于h s d p a 研究的主要目标是：显著提高下行数据分组的峰值传输速率， 显著提高下行数据分组传输的总体吞吐量同时减少数据分组的传输时延，进一步 的发展有望解决空中接口的全口化问题，即利用口数据分组在空中接口传输语 2 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 音、图像等实时性很强的业务。因此，包括爱立信，摩托罗拉，诺基亚，朗讯等 通信产品制造商，都在研究3 g 中h s d p a 采用的h a r q 、a m c 、f c s 、m i m o 等技术的建议【3 】。 1 3h s d p a 中的几种关键技术 1 自适应调制和编码( a i v i c ，a d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g ) ： 根据信道的情况确定当前信道的容量，根据容量确定合适的编码、调制方式， 以便最大限度地发送信息。h s d p a 中的a m c 共有7 级调制编码方案，以适 配不同用户的信道质量，可提供高速率传输和高频谱利用率。 2 混合a r q 协议( h a r q ，h y b r i d a u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t ) ： a r q 和f e c 相结合的差错控制方法，与f e c 共同完成无差错传输保护 混合a r q 的通信链路是闭环链路，存在一个反馈应答信号( a c k n a c k ) 。 3 快速蜂窝选择技术( f c s ) ： f c s 是为h s d p a 而推荐使用的。使用f c s ，u e 能指示一个最好的小区用于 下行链路。确定“最好的”蜂窝小区不仅要基于无线信号传播的条件，还要考虑在 a c t i v e s c t 中小区的功率和码字空间的资源一般而言，同时有很多小区处于 a c t i v e s e t ，但只有最适合的小区基站允许发送，这样可以降低干扰提高系统容量 4 多输入多输出天线( m i m o ，m u l t i i n p u tm u m 0 1 】蜘l t ) ： m i m o 技术可以成倍地提高衰落信道的信道容量。假定发送天线数聊，接 收天线数一，s n r 是每个接收天线的信噪比。在每个天线发送信号能够被分离 的情况下，信道容量公式如下： 厂竹、 如m l 0 9 2 憎姗j( 玎肌) ) 由此可知，对于多天线阵发送和接收的系统，在理想情况下信道容量将随着 埘线性增加，从而提供了目前其它技术无法达到的容量潜力此外，由于多天线 阵发送和接收技术本质上是空阎分集与时间分集技术的结合，有很好的抗干扰能 力，可以极大地提高通信系统的性能 在上面提到的这几项技术中，h a r q 是核心，因为分组数据业务要求无错传 输。同时h a r q 与a m c 是协同工作的，如果说a m c 是链路自适应技术的“粗 调”，h a r q 则起到“精调”的作用。因为a m c 根据信道条件选择的调制编码方 案由于受时延等因素的影响是不精确的，也不实时，这就要通过h a r q 来补充 和缓解1 2 j 。 本文选择了混合d 吸q 技术为主攻研究方向，研究不同混合a r q 方案在第 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 三代移动通信系统及无线接入系统中应用的可能性，探讨适用于t d s c d m a 移 动通信系统的混合a r q 方案。 1 4 差错控制技术和混合a r 0 技术 任何一种通信方式，无论是光纤通信还是移动通信，无论是计算机通信还是 卫星通信，都存在一个关键的问题：如何有效地控制由于噪音和干扰而导致的传 输错误，以保证数据正确地到达接收方。差错控制技术则为这一问题提供了解决 的方案，它主要应用于数据链路层和物理层中，以提高数据传输速率和增大吞吐 量为目的。 在数字通信系统中，基本的差错控制方法有以下两种： 1 、自动重发请求( a r q ，a u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t ) 法 接收端在收到的码元中检测出错码时，即设法通知发送端重发，直到正确接 收为止所谓检测出错码，是指在若干接收码元中知道有一个或一些是错的，但 不一定知道错码的准确位置。 a r q 方式的主要优点有 6 1 ： ( 1 ) 只需要少量的多余码元( 一般为总码元的5 之o ) 就能获得极低的 输出误码率，可靠性高； ( 2 ) 要求使用的检错码基本上与信道的差错统计特性无关，也就是说，对 各种信道的不同差错特性，有一定自适应能力； ( 3 ) 其检错译码器与前向纠错法中的纠错译码器相比，成本和复杂性均低 得多。 这种方法的主要缺点是； ( 1 ) 由于需要反向信道，故不能用于单向传输系统，也难以用于广播( 一 发多收) 系统，并且实现重发控制比较复杂； ( 2 ) 当信道干扰增大时，整个系统可能处于重发循环中，因而通信效率降 低，甚至不可通信； ( 3 ) 不适宜提供实时业务。 2 、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 ) 法 接收端不仅能在收到的码元中发现有错码，还能够纠正错码对于二进制系 统而言，如果知道错码的位置，就能够纠正它f e c 码在早期主要分为线性分 组码和卷积码两类。上世纪9 0 年代，随着t u r b o 码、l d p c ( l o wd e n s i t yp a r i t y c h e c k ) 码的问世，f e c 码的研究进入了一个新的阶段。 f e c 通信系统的优点是： ( 1 ) 不需要反向信道( 传递重发指令) 和重发控制系统； 4 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 ( 2 ) 系统的传输效率高，等于码速率； ( 3 ) 不存在由于反复重发而延误时间，实时性好。 但它的缺点在于： ( 1 ) 为了获得高的系统可靠性，必须选用纠错能力强的码组，这使得译码 电路复杂化，造价提高； ( 2 ) 依赖检错和译码的准确性，难以保障系统的高可靠性。 由此可见，f e c 和a r q 两种技术各有利弊。为了迸一步提高性能，将检 错和纠错结合使用。当出现少量错码并且接收端能够纠正时，即用f e c 法纠正； 当错码较多超过纠正能力但尚能检测时，就用a r q 法。我们称这一方法为混合 a r q 法。这一方法在一定程度上降低了f e c 方式的译码复杂性，又避免了 a r q 方式的信息传送连贯性差的缺点，并且能达到较低的误码率它主要应用 于实时性要求不是太高的业务。应该指出，发展到今天，我f 】通常意义上所说的 差错重传控制系统，并不仅仅指差错重传的控制机制方面的问题，同时也包括了 收发端使用的编解码方法的选择，编码速率的控制，甚至还有调制方式的变换等 等。 1 5 论文的主要内容 本文共分五章本章为绪论，首先简单介绍了论文的背景、h s d p a 技术的 发展过程及h s d p a 中的几种关键技术。说明了h a r q 技术的研究价值，并选定 h a r q 技术为本文的主要研究方向。 第二章，主要讲述了h s d p a 的原理及其关键技术，介绍了h s d p a 在 t d ，s c d m a 中的应用。h s d p a 技术( r e l 5 版本) 的主要思想在于链路自适应 和快速物理层重传合并。 第三章从传统的a r q 的实现方式出发，详细介绍了h a r q 的三种基本类型 及三种重传协议。然后介绍了h a r q 中的相关技术t u r b o 编译码技术和交织技 术。 第四章中分析了基于t u r b o 编译码的h a r q 技术的重传数据的处理，即如 何译码的问题。我们知道在第三代移动通信系统中，信道编码包括卷积码和 t u r b o 码两类。在低速话音业务的时候采用卷积码编码；在高速数据业务的时候 则采用t u r b o 码。而混合a r q 技术主要针对于高速数据业务的传输，所以寻 找合适的基于t u r b o 码的混合a r q 方案将是本文研究的重点，贯穿全文的始 终。 我们首先介绍了传统的t u r b o 码编码的简单h a r q 和n a r a y a n a n 译码方案 的h a r q ，然后结合交织技术提出了使用交织技术的改进方案。 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 第五章从减少t u r b o 码迭代译码次数的问题上着手，将最大比合并和 n a r a y a n a n 译码方案的h a r q 结合起来，提出另一种改进方案，通过m a t l a b 仿 真，论证了此方案对系统性能的改善。然后在在各种仿真环境下，给出了文中的 各种混合a r q 方案的性能曲线。 6 重庆邮电大学硕士论文第二章h s d p a 技术简介 第二章h s d p a 技术简介 2 1h s d p a 概述陴1 7 】 目前，第三代移动通信系统的三大标准( w c d m a 、t d s c d m a 、 c d m a 2 0 0 0 ) 都可以提供最高2 m b p s 或更高的数据传输速率( c d m a 2 0 0 01 x e v - d o 可达2 4 m b p s 1 7 1 ) ，支持高速的分组交换和电路交换，并能提供基于互联 网的业务，充分满足了i m t - - 2 0 0 0 关于第三代移动通信的要求。 在分组数据业务尤其是互联网的应用中，上下行链路的业务量通常是不对 称的，下行链路往往要求具有比上行链路高得多的数据传输速率。分组数据业 务( s t r e a m i n gi n t e r a c t i v ea n db a c k g r o u n ds e r v i c e s ) 与语音业务( c o n v e r s a t i o n a l s 廿 v i c e s ) 具有不同的业务特性。语音业务通常对延迟要求敏感，对速率恒定性 要求较高；数据业务则相反，通常可以容忍短时延迟，可以容忍速率的短时变 化。在蜂窝移动通信系统的设计中，对于话音业务用户来说，要求达到9 0 j 9 5 的覆盖( 即，信干噪比s i n r 在9 0 - - 9 5 以上的区域内能够达到或超过设计目标 值) ，这样才能保证用户在不同的区域都能达到好的通话质量。但这样做的结果 是，在蜂窝覆盖的很大一部分区域内，信干噪比s i n r 远大于设计目标值。对 于第三代移动通信中的分组数据业务来说，可以更长时延的特性使得我们可以 利用其来提高系统的性能。所以语音通信系统通常采用功率控制技术以抵消信 道衰落对于系统的影响，获得相对稳定的速率；而h s d p a 技术不是试图对信 道状况进行改善，而是根据信道情况采用相应的编码速率，充分的利用信道条 件当信道条件好时，采用较大的数据块传送以提高整个系统的吞吐量；信道 条件差时，采用较小的数据块传输( 而不是增加功率来提高速率的传送) 。这样， 在信道条件好时充分利用系统资源提高传输速率，而在信道条件差时又不提高 功率从而不增加对其他用户和小区的干扰，大大利用了信道。 h s d p a 技术( r d 5 版本) 的主要思想在于链路自适应和快速物理层重传 合并在早期的3 g p p 版本中曾经对物理层重传技术进行过探讨，但基于r n c 的a r q 迟延太大导致不能很好的实现链路的自适应而无法应用。h s d p a 在 n o d eb 新增媒体接入控制子层m a c - h s 用于控制高速分组数据的发送，根据实 时的功率控制、a c k n a c k 比例、q o s 要求以及h s d p a 专用反馈信息等，调 度发送数据分组量，改变分组数据大小、调制模式等。重传由n o d eb 直接控制， 可提高重传的速度，减少数据传输时的时延，解决了原来物理层重传所面临的 问题这样，h s d p a 借助于在n o d eb 上采用快速链路自适用控制和快速物理 7 重庆邮电大学硕士论文第二章h s d p a 技术筒介 层重传及传输合并等技术实现分组数据业务的高速接入，从而达到高吞吐量、 低时延和高峰值速率的系统性能。 2 2h s d p a 的关键技术 h s d p a 中采用了几项关键技术：自适应编码调制( a m c ) 、h a r q 、快速 蜂窝选择( f c s ) 、多入多出天线处理( m i m o ) 等，这里介绍一下a m c 技术，m i m o 技术和f c s ，h a r q 技术是本文讨论的重点，我们会在下一章中着重介绍。 2 2 1 自适用调制编码( a m c ) 技术原理及特点 1 8 - 1 9 】 众所周知，无线信号经常是在非常恶劣的环境中传播，这使得进行高效频 谱利用率的调制变得困难无线电信号的传播过程可以用路径损耗、阴影衰落 和多径衰落三种形式来描述。路径损耗是用户和基站之间距离的函数，阴影衰 落是移动用户和基站周围的大建造物或小山丘等地理环境引起的，它使得信号 电平缓慢变化，是一种长期衰落，通常也称为慢衰落。多径衰落是因为信号的 多径传播引起的，它使得信号电平快速变化，是一种短期衰落，通常也称为快 衰落例如基站和移动台间的距离、路径损耗、快衰落、慢衰落以及干扰的变 化等等，短时间的瑞利衰落就可以达到十几甚至几十个d b q 。 对这种时变特性较强的信道进行自适应跟踪会给系统性能的改善带来很大 的好处。链路自适应就是通过自适应地调制传输参数来补偿信道变化的过程。 目前，无线通信系统中，链路自适应主要采用两种方式，方式一是功率自适应 方式，发送端改变发送数据的传输功率来自适应信道条件的变化，从而保证在 接收端接收信号的信噪比达到某一值；方式二是自适应调制编码( a m c ) 方式， 发送端不改变发送功率，只是改变数据的传输码率和调制方式，进而适应信道 变化h s d p a 采用的是a m c 方式，即在系统限制范围内，发送端根据瞬间信 道条件变化而相应地改变发送数据的调制和编码方案，最大化地提高衰落信道 的传输效率。 在t d s c d m a 系统中，规范网建议的调制方式主要是q p s k 和1 6 q a m 。 相对于q p s k 调制，高阶调制的1 6 q a m 更有效的利用系统带宽，但相对于每 比特的信息，所需要的接收功率更大( 误码率相同的情况下) 。因此，1 6 q a m 主要被用于信道条件好，靠近基站的环境。编码格式的改变是采用不同的传输 数据块的大小来实现的，规范唧已经建议了数据块的大小。调制方式和传输数 据块的大小组合起来为一种传输方式。在一个小区中，处于有利地位的用户一 般采用较高级别的传输方式，处于不利地位的用户一般采用较低级别的传输方 8 重庆邮电大学硬士论文第二章h s d p a 技术简介 式。较高级别的传输方式能更有效的利用信道带宽，支持更高的吞吐量，但是 在相同的误码率的情况下所需更好的信道条件。所以m v l c 是一种基于无线信 道的技术，旨在最大化的提高信道的利用率，而不是改变信号的发送功率，这 样在同一个小区中，不会因为某一个用户接收功率的升高而造成对同小区中其 他用户的干扰。 综上所述，采用- d v i c 技术的主要益处有两方面； a 、采用自适应链路技术，根据信道变化改变系统调制和编码方式，提高了 系统的频带利用率，增加用户的峰值吞吐率。 b 、优化了小区的功率利用率。 2 2 2 快速蜂窝选择( f o s ) 技术 f c s 是为h s d p a 而推荐使用的使用f c s ，u e 能指示一个最好的小区用 于下行链路。确定“最好的”蜂窝小区不仅要基于无线信号传播的条件，还要考 虑在a c t i v e s e t 中小区的功率和码字空间的资源一般而言，同时有很多小区处 于a c t i v c s e t ，但只有最适合的小区基站允许发送，这样可以降低干扰提高系统 容量。 在离小区中心较远的边缘，每个信道质量都比较差使用f c s 策略可以选 择一个服务小区使得链路的质量相对稳定。它是通过c i 和上行d c c h 的小 区指示信息来对各个小区进行比较的。f c s 对物理层方面的要求和r e l e a s e 9 9 中的选择性分集发射( s s d t ) 相似。 如果使用n o d eb 之间的单元选择，在h s d p a 调度和终端就绪之后，需要 实现m 撅q 状态和调度表的同步。一种传输状态同步的方法是通过空中传播的 物理层实现的。如果f c s 可以选择变化的n o d eb ，那么就需要让所有的n o d eb 都能侦测到上行链路的物理层发送信号，而这和常规的上行链路功率控制策略 矛盾。它这种策略不能确定上行链路发送信号能被所有的n o d eb 侦测。有两种 途径可以解决：使用改进的上行链路功率控制策略，当任何n o d eb 需要时， u e 的传递功率都能相应增加；第二种方式还是使用常规的功率控制策略，但加 上一个功率偏移来保证传输状态能被新的n o d eb 侦测。这两种方式中，优先推 举第二种方式但是，必须评估需要多大的功率偏置及其对整个系统的性能影 响。 2 2 3 多入多出天线处理( m i m 0 ) 多输入多输出( m i m o ) 技术指在天线系统收发两端都使用多天线进行发送 9 重庆邮电大学硕士论文第二章h s d p a 技术简介 和传输的技术。而传统的通信系统是单进单出( s i n 西e i n p u ts i i l 醇e o u t p u t , ， s i s o ) 系统。基于发射分集和接收分集的多进单出( m u l t i p l e - i n p u ts i n 西e o u t p u t ，m i s o ) 方式和单进多出( s i n g l e i n p u tm u l t i p l e o u t p u t , s n 垤0 ) 方式也是 m i m o 的一部分。在收发两端都使用多天线，采用码复用技术可以提高吞吐量 的峰值。使用码复用技术，分配给h s d s c h 的每对信道码扰码可调制到m 个不同的数据流，m 为传输天线的个数。使用同一对信道码，扰码的数据流通过 空分技术来区分原理上讲，码复用技术能获得m 倍使用单天线的吞吐量的增 益。另外，使用码复用技术联合较低阶的调制方式也同样可获得使用单天线联 合高阶调制方式所获得的吞吐量。同时，前者所需要的每比特能量与噪声功率 谱密度之比比后者要小，从而提高了系统性能。 m i m o 技术的核心是空时信号处理，也就是利用在空间中分布的多个天线 将时间域和空间域结合起来进行信号处理，它有效地利用了随机衰落和可能存 在的多径传播来成倍地提高业务传输速率m 1 m o 技术成功之处主要是它能够 在不额外增加所占用的信号带宽的前提下带来无线通信的性能上几个数量级的 改善。关于m i m o 已经提出了很多种相关技术，如b l a s t ，即贝尔空时分层 结构( b d ll a b sl a y 即e ds p a c e t i m ea r c l l i t e c t u r e ) ；s 1 - r c ，即空时格形码 ( s p a c e t u n et r e l l i sc o d e s ) ；s t b c ，即空时分组码( s p a c e t u n eb l o c kc o d e d 2 3 基于t d - s c d m a 系统的h s d p a 技术 在t d - s c d m a 中，由于h s d p a 技术的引入，使得t d s c d m a 的下行理 论峰值速率可以达到2 8 m b p s 。在3 g p p 的r e l 5 版本中对h s d p a 技术进行 了规范3 g p p 对于h s d p a 研究的主要目标是：显著提高下行数据分组的峰值 传输速率，显著提高下行数据分组传输的总体吞吐率同时减少数据分组的传输 迟延。这样，高速分组接入对整个无线接入网络也是提出了更高要求，为了保 持对前面版本的兼容，便于设备的开发，3 g p p 在r e l 5 中对系统的改动并不大， 主要是在n o d eb 加入一个新的媒体接入控制子层m a c - b s 用于高速数据传输， 相对应的u e 也加入这一新的控制子层；同时增加定义了几种传输信道和物理 信道。 2 3 1h s d p a 对r a n 结构的影响 引入h s d p a 技术后，r a n 的结构有了一定的变化。在r e l 9 9 和r e l 4 版 本中，分组数据的重传程序都是在r n c 进行的。引入h s d p a 后，h a r q 的快 速重传在n o d eb 进行，这样减少了r n c 重传的数目，缩短了由于r n c 重传 ，0 重庆邮电大学硕士论文第二章h s d p a 技术简介 带来的迟延。r n c 依然保持了l t l c 的功能，当n o d eb 重传由于重传数目超过 规定的最大值而失败时，就启用r l c 层的重传机制。n o d eb 中新增媒体接入 控制子层m a c - h s 用于控制高速分组数据的发送。根据实时的发送功率、 a c k n a c k 比例、q o s 以及终端的反馈，n o d eb 调度发送数据分组量、改变 分组数据大小、信道调制模式以及h a r q 的方式等控制。图2 1 给出了n o d eb 中m a c 层的变化 图2 - ir e l 5 版本n o d e b 的m a c 层结构 图2 - i 可以看出，r e l 5 版本只是引入一个新的实体m a c - h s 用于处理 h s d p a 的功能，如物理层重传、发送数据的调度等等，其他的结构实体保持刁 变。 2 3 2h s d p a 信道分析 h s d p a 的高速业务承载主要由高速下行共享信道( h s - d s c h ) 完成这是 一个h s d p a 的专用传输信道。另外，在上行和下行分别有一个共享控制信道， 即上行的h s d s c h 共享信息信道( h s s i c h ) 和下行的h s d s c h 共享控制信 道( h s s c c h ) 【删h s d p a 的很多底层的操作都体现在h s - d s c h ，因为所有 的业务都由这一信道来承载。h s - d s c h 是一个共享的下行数据传输信道，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 。对于一个用户来说可 以进行多码传输，信道的数量取决于u e 的能力。 h s d p a 相关的信道有： 重庆邮电大学硕士论文第二章h s d p a 技术简介 传输信道：高速下行共享信道h s - d s c h 物理信道：扎高速下行共享物理信道h s p d s c h b 共享控制信道h s s c c h c 共享指示信道h s s i c h 传输信道h s d s c h 和相应的物理信道h s p d s c h ，支持下行高速分组数据 业务，负责传输用户数据。h s - d s c h 是一种多用户共享传输方式的信道，但与 r e l 4 版本的d s c h 比，两者的传输数据的方式并不相同；d s c h 信道利用可变 扩频因子和和快速功率控制来适应不同数据传输速率、信道质量和q o s 的要求； h s d s c h 信道则在发射功率保持不变的情况下，利用自适应调制编码和重传合 并等技术来提高信道利用率，实现高速下行分组数据的传输。h s d s c h 信道的 共享方式如图2 2 【2 】，最基本的方式是时分复用，即按时隙分给不同用户使用， 这样h s d s c h 信道码每次只能分配给一个用户使用。 本例中，h s - d s c 蹶射的码道数为5 图2 - 2h s - d s c h 的时域码域共享结构 h s s c c h 信道是h s d p a 专用的下行控制信道，是一个物理信道，它用于 承载所有相关底层的下行控制信息也就是说，终端接收传输的数据必须要在 h s s c c h 控制信息的控制下完成，h s s c c h 可以被所有传输数据的l y e 所共 享，但对每个h s - d s c h 传输时间间隔，每个h s s c c h 只为一个用户承载 h s - d s c h 相关的下行控制信息。 在h s s c c h 上承载的下行控制信息主要有【1 1 1 ： 传输模式和资源指示( t f r i ) ：传输模式主要包括传输块的大小和调制方式， 传输块大小依据终端的能力来建议翻，调制方式有q e s k 和1 6 q a m 两种。传 输资源主要有分配的码道( h s d s c h 在相应的1 1 1 中映射的物理信道) 和时隙， 用于通知u e 当前数据传输所使用的码道和时隙的位置。 h a r q 相关信息：这一信息主要包括h a r q 过程指示、新数据指示、冗余 重庆邮电大学硕士论文第二章h s d p a 技术简介 版本信息和1 6 q a m 比特重排版本信息。h a r q 过程指示通知u e 当前传输使 用的是哪一个子过程；新数据指示告知u e 当前传输的数据是第一次传输还是 上次数据的重传；冗余版本信息可以指示数据分组的h a r q 类型，如是否采用 增量冗余、分组是否具有自解码能力等。 u e 指示；这一信息指示了当前h s s c c h 所携带的控制信息是属于哪一个 l i e 的，即哪一个u e 来接收当前传输的数据。当l i e 收到高层信息需要接收 h s d s c h 数据后，l y e 开始连续监视h s s c c h 信道，寻找属于自己的控制信 息。当u e 获得此控制信息后，才能接收数据。 在h s s c c h 上也可以传输相关h s s i c h 的信息，如上行同步信息和传输 功率控制信息。上行同步信息是用来维持相关h s s i c h 的同步，传输功率控制 是用来控制相关h s - s i c h 的功率。 h s s i c h 是h s d p a 专用的上行控制信道，也是一个物理信道，用于反馈相 关的控制信息。其中主要包括的反馈信息有：确认月 确认( a c k n a c k ) 和信 道质量指示( c q i ) a c k n a c k 是接收端h a r q 的反馈信息；c q i 用于指示 当前的信道质量，u e 端经过信道质量估计，得到当前信道的状态，反馈到n o d e b ，n o d eb 根据c q i 选择下一次的传输模式( t f ) 。 2 。3 3h s d p a 在t