（通信与信息系统专业论文）hsupa中的erake接收技术.pdf

摘要 w c d m a 系统是一种干扰受限系统，该系统一般采用r a k e 接收机来抑制干 扰。但是，在引入h s u p a 技术后，用户发射功率提高，多径干扰相关性增大，此 时采用r a k e 接收机将无法获得良好的性能，需要改进r a k e 接收算法来满足性 能需求。 本文首先对传统r a k e 接收机的原理进行了介绍，分析了r a k e 接收机的优 缺点和在h s u p a 中应用的局限性；然后，对e r a k e 算法进行了深入的研究，详 细讨论了e r a k e 算法的干扰抵消方法、虚拟路径构造方法和各径权值的计算方 法，并对其性能进行了理论分析；在此基础上，对e r a k e 的实现技术进行了深 入的研究，并给出了实现方案和优化措施。 最后，仿真分析和测试结果表明，e r a k e 接收机能有效抑制干扰和提高系统 性能。在不同的信道环境下，系统吞吐速率相同时，与r a k e 接收机相比，e r a k e 接收机所需要的e c n o 有0 - 3 d b 的下降，用户数据速率越高或发送功率越大，e c n o 下降越明显。系统所需e c n o 的下降意味着更高的系统容量和小区覆盖。 关键词：h s u p ae - r a k e 接收机容量覆盖 a bs t r a c t w c d m a s y s t e mi sa s e l f - i n t e r f e r e n c es y s t e m ，a n dt h er a k er e c e i v e ri su s u a l l y a d o p t e di nt h es y s t e m b u ta f t e rt h ei n t r o d u c t i o no fh s u p at e c h n o l o g y 、航t l lah i g h t r a n s m i tp o w e r , t h ei n t e r f e r e n c ei n c r e a s e d ，a n dt h er a k er e c e i v e rc a l ln o tm e e tt h e p e r f o r m a n c er e q u i r e m e n t s s o ，i ti se s s e n t i a lt oi m p r o v et h er a k ea r i t h m e t i c f i r s t l y , t h er a k er e c e i v e rw a sd e s c r i b e di nt h i sp a p e r t h er a k er e c e i v e rh a s m a n ya d v a n t a g e s ，b u ti nt h eh s u p ae n v i r o n m e n t ，i te x p r e s s e si t sd e m e r i t s o ，t h e e n h a n c e d r a k e ( i e e r a k e ) a r i t h m e t i ci sp r o p o s e d ，a n di t sm e t h o d so fi n t e r f e r e n c e r e d u c t i o n , d e a l i n gf i n g e r sa sw e l la sc a l c u l a t i n gt h ec o m b i n i n gw e i g h tw a sd e e p l y r e s e a r c h e dt h e n ，f u r t h e r m o r e ，i t sp e r f o r m a n c ew a sa n a l y z e d ，a n do nt h eb a s eo ft h o s e w o r k s ，t h ei m p l e m e n t a t i o no fe r a k er e c e i v e rw a sd e e p l yr e s e a r c h e d ，a n dm a n y o p t i m i z a t i o n so nm a n yd e t a i la r i t h m e t i cw a sg i v e n a tl a s t ，a c c o r d i n gt ot h es i m u l a t i o na sw e l la st h ea c t u a lm e a s u r e m e n t , t h e e - r a k er e c e i v e rc a ns u p p r e s st h ei n t e r f e r e n c ea n dg e t sag o o dp e r f o r m a n c eg a i n u n d e rt h ed i f f e r e n tc h a n n e lc o n d i t i o n s ，w h e nt h et h r o u g h p u tr a t ei st h es a m e ，t h er a t i o o fe ct on oo ft h ee - r a k er e c e i v e rr e q u i r e dh a sa0 - 3 d br e d u c t i o n ，a n dt h er e d u c t i o n i sr e l a t i v et ot h eb i tr a t eo rt h et r a n s m i tp o w e r , t h eh i g h e rt h et h r o u g h p u t ，t h el a r g e rt h e r e d u c t i o n t h ed e c r e a s eo ft h er e q u i r e dr a t i oo fe ct on om e a n sa l a r g e rs y s t e mc a p a c i t y a sw e l la sl a r g e rc e l lc o v e r a g e k e y w o r d ：h s u p a e n h a n c e dr a k er e c e i v e r c a p a c i t yc o v e r a g e 创新性声明 本人声明所呈交的论文是我个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 含有其他人已经发表或撰写的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其 它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：卜 日期三叠牡 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技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只是产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全 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论文。( 保密的论文 在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密，在年解密后使用本授权书。 本人签名： 导师签名： 日期泣弘翌 第一章绪论 第一章绪论 第三代移动通信正在迅速发展，在3 g 三大主流技术标准中，w c d m a 是发展 最迅速、技术最成熟、采用最广泛的标准。截至2 0 0 8 年6 月，全球已有8 4 个国 家部署2 3 1 张w c d m a h s p a 商用网络，已有2 5 3 亿w c d m a 用户，占3 g 用户 总数的7 0 强。w c d m a 系统目前已经发展到h s p a + 阶段，并按l t e 方向演进， 峰值速率也由最初r 9 9 的3 8 4 k 提升到h s d p a 的1 4 4 m ，还将达到l t e 的1 0 0 m 。 1 1w c d m a 历史及现状 w c d m a 起源于欧洲和日本。1 9 9 8 年3 g p p 组织的成立极大地推动了w c d m a 的发展，3 g p p 制订的系统规范，很好地考虑了移动通信技术和业务运营的当前需 求和未来发展，它已先后推出r 9 9 、r 5 、r 6 等版本，并于2 0 0 7 年9 月推出r 7 版 本，目前r 7 版本尚未冻结，仍在不断完善中。 r 9 9 版本是最成熟最稳定的版本。在r 9 9 版本中，核心网继承了g s m g p r s 的网络结构，保留g s m 电路域( c s ) 部分，增加了分组域( p s ) 部分，在p s 域 采用i p 组网，通过g g s n 接入其他分组网络；r 9 9 的无线接口使用a m r 编码， 系统能够根据无线接口的资源动态调整语音编码速率，r 9 9 采用全新的接入网。 r 5 版本在核心网中增加了i m s ，实现i p 多媒体业务；在无线接入网方面引入 h s d p a 技术，实现下行数据高速接入，大大提高了空口效率。 r 6 版本最重要的特点是在无线接入网引入了h s u p a 技术，实现上行的高速 接入。引入r 5 、r 6 特性的w c d m a 网络称为h s p a 网络。 r 7 版本主要引入了m i m o 、高阶调制、不连续发射等技术，进一步提升空口 速率。目前r 7 版本引入的部分功能己商用，h s p a 网络开始进入h s p a + 阶段。 1 2w c d m a 主要参数 w c d m a 系统采用直接序列扩频，码片速率为3 8 4 m c h i p s ，载波带宽为 5 m h z i l j 。w c d m a 支持f d d t d d 两种不同的双工方式，在f d d 模式下，上行链 路和下行链路各占用5 m h z 的带宽，而在t d d 模式下，上行链路和下行链路共同 占用5 m h z 的带宽。本文的研究基于w c d m a 的f d d 模式。 w c d m a 的无线帧长度固定为1 0 m s ，每个无线帧分为1 5 个s l o t ，每3 个s l o t 组成一个子帧。 w c d m a 的上行载频为1 9 2 0 1 9 8 0 m h z ，下行载频为2 11 0 - 2 1 7 0 m h z 。 w c d m a 采用快速功率控制，功控频率为1 5 k h z 。 2h s u p a 中的e r a k e 接收技术 w c d m a 的n o d e b 之间采用准同步方式，每个n o d e b 依靠各自的b f n 来确 定与r n c 之间的相对定时关系，从而达到同步目的。b f n 范围为0 - 4 0 9 5 。 w c d m a 的s f 可变，从而可以支持变速率传输。w c d m a 的上行链路的s f 变化范围为2 - 2 5 6 ，下行链路的s f 变化范围为4 5 1 2 ，因此上行相应调制速率从 15 ks y m b o l s s 到1 9 2 ms y m b o l s s ，下行相应调制速率从7 5 ks y m b o l s s 到9 6 0 k s y m b o l s s 。 w c d m a 采用长扰码来区分小区；采用长扰码或短扰码来区分不同用户，采 用信道化码来区分同一用户的不同信道，信道化码由o v s f 码码树产生，o v s f 码码树如图1 1 所示。 图1 1o v s f 码码树 w c d m a 的扰码共有8 1 9 2 个，被分成5 1 2 组，每组1 个主扰码和1 5 个从扰 码。主扰码又分为6 4 个主扰码组，每组中有8 个主扰码，每个小区只有一个主扰 码，p c c p c h ，p c p i c h ，p i c h ，m i c h ，a i c h 和s c c p c h 总是使用主扰码。 w c d m a 的每个小区只有一个主同步码c p s c ，由通用等级格雷序列构造，具 有良好的非周期自相关性。从同步码c 。的实部和虚部相同，由h a d a m a r d 序列产 生，从同步码共有1 6 个。利用这1 6 个从同步码构造出6 4 个从同步序列，与下行 的6 4 个主扰码组一一对应。6 4 个从同步序列中的任意一个序列的循环移位与其他 6 3 个序列的循环移位互不相同。 w c d m a 上行调制采用b p s k 方式，h s p a + 中引入1 6 q a m 对e d c h 进行调 制。 1 3 本文研究的主要内容及其意义 为了满足用户不断增长的速率需求，在w c d m a 系统中引入了h s u p a 技术。 和原有低速业务相比，h s u p a 用户自身发射功率很高，各径之间的相互干扰成为 其噪声的主要组成部分。w c d m a 系统中一般采用r a k e 接收机来对抗多径干扰， 第一章绪论 r a k e 接收机认为各径干扰相互独立，在h s u p a 业务中此条件已不再成立，故对 高速率用户来说采用r a k e 接收机将无法获得良好的性能。尤其是在h s p a + 中引 入1 6 q a m 等高阶调制方式后，用户的径间干扰成为主要的干扰源，传统的r a k e 接收机算法已不再适用，必须使用增强接收机进行多径搜索和多径合并。 本文针对在n o d e b 基带算法子系统的研发中提出的这一问题，在分析传统 r a k e 接收机的基础上，仿真分析了考虑径间干扰相关性、通过构造虚拟路径抵 消径问干扰的e r a k e 算法，并且采用该算法设计了e r a k e 接收机，实现了相 关代码，然后将支持e r a k e 特性的相关代码加载到现有型号的分布式基站中， 从而对e r a k e 性能作了实测。 本论文的结构安排如下： 第二章介绍了w c d m a 的基本概念，然后介绍了h s u p a 、h s p a + 及其关键技 术，h s u p a 及h s p a + 的引进使得u e 的发射速率增大，其相应的发射功率也提高， 其干扰也增大。 第三章根据无线信道特点对w c d m a 信道进行了分析，研究了不同环境下的 信道模型，并对现行的r a k e 接收的关键技术进行分析介绍。 第四章对e r a k e 算法进行了建模推导，对该算法中的权值计算和构造虚拟 路径抵消干扰原理进行了分析说明。 第五章对e r a k e 算法进行了的仿真，重点分析了容量和覆盖两个重要参数。 第六章对e r a k e 接收机进行了模块设计，并在基站平台上用c 代码完全实 现，本章还对权值计算模块的具体算法进行了优化，最后，对e r a k e 接收机做 出实测。 第二章w c d m a 概述及h s u p a 关键技术 5 第二章w c d m a 概述及h s u p a 关键技术 在r 6 协议中正式引入h s u p a 技术，h s u p a 正式名称为“f d d 上行链路增强”， 它主要采用了基于n o d e b 的快速调度、带软合并的h a r q 以及2 m s 短帧机制等 技术，并引入s f = 2 的码字，提高用户物理信道的传输能力。h s u p a 与上行d c h 相比具有重大的性能改进，系统上行容量增加5 0 - - - 7 0 ，上行数据传输时延相比 减少2 0 - - - 5 5 ，覆盖增加1 5 左右，以及增加约5 0 用户数据吞吐量【1 9 1 。 在r 7 协议中正式引用h s p a + 技术，或称为h s p a 演进，它主要采用了c p c 、 高阶调制、m i m o 、增强c e l lf a c h 等新技术。在h s u p a 的引入h s p a + 之后， h s u p a 的峰值速率从5 7 6m b i f f s 提高到1 1m b i t s ，h s d p a 峰值速率从1 4 4 m b i f f s 提高到4 2m b i 以。 2 1 1 切t s 网络架构 2 1w c d m a 技术概述 图2 1u m t s 网络架构 如图2 1 所示，一个u t r a n 由若干个r n s 构成，一个r n s 包含一个r n c 和若干个n o d e b 。n o d e b 和u e 之间接口为u u 口；r n c 和n o d e b 之间接口为i u b 口；r n c 和c n 之间的接口为i u 口( i u - c s ，i u - p s ) ；r n c 之间的接口为i u r 口。 n o d eb 主要完成u u 接口物理层协议的处理，它的主要功能是扩频、调制、 信道编码及解扩、解调、信道解码，以及基带信号和射频信号的相互转换等，另 外，它还具有内环功率控制等无线资源管理功能。 2 1 2w c d m a 的空中接口 空中接口是指从u e 到n o d e b 的u u 口，包括三层结构。层一为物理层，m a c 6 h s u p a 中的e r a k e 接收技术 层为层二的子层，另一子层为r l c 层， 层来控制。空1 ：3 结构如下图2 2 所示5 1 ， 差 耋 耋 基 兰 董 8 层3 为无线资源管理层。物理层由r r c 图中的椭圆表示业务接入点s a p 。 l o g i c a lc h a n n e l s t r a n s p o r tc h a n n e l s 图2 2 协议中的基于物理层的空中接口 物理层为m a c 层提供不同类型的传输信道，m a c 层为r l c 层提供逻辑信道， 传输信道和逻辑信道都由它们所传输的数据所定义。在f d d 模式下，物理信道由 特定的载频、扰码、信道化码和上行链路的相对相位所定义。 ( 1 ) 传输信道 传输信道是物理层和高层的数据传输的通道。根据传输数据类型的不同，传 输信道可分为专用传输信道和公用传输信道，公共传输信道不支持软切换。现有 的传输信道如表2 1 所示。 表2 1 传输信道汇总 名称性质 作用特点 功率高，数据速率低： b c h 公共下行用于广播系统或小区特定信息单一传送格式；在整个 小区内发射。 向已经在小区内注册的u e 发 使用慢速功控；在整个 f a c h公共下行 小区或部分小区内发 送控制信息或少量分组数据 射。 物理层产生的p i 一起发送，以 在整个小区发射；u e 解 p c h公共下行 调p i 的频率越低，睡眠时 支持有效的睡眠模式 间越长，也就越省电。 多个l i e 共享的高速链路，支持 伴随一个或多个 h s - d s c h公共下行 h s s c c h 在整个小区内 h s d p a 发射； 承载u e 到湖络的控制信息或带碰撞检测：开环功 r a c h 公共上行 者小流量的分组数据 控；整个小区内接收。 传送网络和特定l i e 之间的数支持快速功控，天线分 d c h 专用，上行，下行 据或者控制信息集，快切换 e d c h专用上行支持h s u p a 增强型信道 ( 2 ) 物理信道 物理信道负责u e 与n o d e b 间的数据在空口上的传输。物理信道可以分为从 第二章w c d m a 概述及h s u p a 关键技术 7 u e 到n o d e b 的上行信道和从n o d e b 到u e 的下行信道。 上行物理信道包括五种专用物理信道d p d c h ，d p c c h ，h s d p c c h ， e d p d c h ，e d p c c h 和公共信道p r a c h 组成。其中d p d c h 承载d c h 信道， 用来传输层2 及更高层产生的低速专用数据；d p c c h 承载物理层的控制信息，每 个d p c c h 时隙由p i l o t ，t f c i ，f b i ，t p c 构成，能为d p d c h 提供功控、解调等 控制信息，其帧结构如图2 3 所示；e d p d c h 承载e d c h 信道，用来传输高速数 据；e d p c c h 承载物理层产生的e d p d c h 控制信息，h s d p c c h 承载对下行 h s d s c h 的反馈信号，一个h s d p c c h 子帧包括一个s l o t 的h a r q 确认信息和 两个s l o t 的信道质量指示信息c q i ；p r a c h 为用户提供初始接入。 d p d c h t 。m = 2 5 6 0c h i p s ，nd 1 i = 1 0 * 2 。b i t s ( k = 0 6 ) p i l o tt f c i f b it p c n 。1 0 tb i t sn t f c ib i t s nf b ib i t s n t p cb i t s 一：二7 s l o t # os l o t # ls l o t # 2s l o t # 3s l o t # is i o t # 1 4 s u b f r a m e # os u b f r a m e # ls u b f r a m e # 2s u b f r a 0 1 e # 3s u b f r a l l l e 4 图2 3d p d c h d p c c h 帧结构 下行物理信道由专用信道d p d c h d p c c h ，e r g c h ，f p d c h 和公共物理信 道c p i c h ，c c p c h ，s c h ，a i c h ，p i c h ，h s s c c h ，e a g c h ，e h i c h ，m i c h 等组成。 ( 3 ) 信道映射 传输信道和物理信道之间的映射关系如图2 4 所示，各种物理信道的具体含义 见附录a 。 8h s u p a 中的e r a k e 接收技术 传输信道 d c h e - d c h r a c h b c h f a c h p c h h s d s c h 物理信道 d p d c h d p c c h f d p c h e - d p d c h b d p c c h e a g c h b r g c h e h l c h p r a c h c p i c h p ：c p c h s c c p c h s c h a i c h p i c h m i c h h s p d s c h 图2 4 传输信道和物理信道映射关系 h s u p a 通过新增的传输信道及物理信道进行和w c d m a 相对独立的数据处 理和传输，其对现有w c d m a 系统结构的影响主要体现在物理层和m a c 层上。 2 1 3w c d m a 物理层进程 物理层进程是指u e 和u t r a n 之间为实现通信所必须遵守的互动标准， w c d m a 物理层过程主要包括小区搜索、功率控制和随机接入。 ( 1 ) 小区搜索 通过小区搜索，u e 搜索信号最强的小区作为目标小区，并得到目标小区的下 行链路扰码和公共信道的帧同步。小区搜索包括三个步骤： 第一步：时隙同步。u e 搜索s c h 的主同步码，由于所有小区的主同步码都 是相同的，并且总是在每个时隙的开始发送，所以可以通过检测主同步码经匹配 滤波器后输出信号的峰值大小来确定信号最强的基站，并建立时隙同步。 第二步：帧同步和扰码组识别。u e 搜索s c h 的从同步码，通过计算接收信 号和所有可能的从同步序列的互相关性，利用6 4 个从同步序列的循环移位互不相 同的特点来确定出从同步序列，确定出从同步序列便可确定主扰码所属的主扰码 组，并识别出该小区的帧头。 第三步：扰码识别。 第二章w c d m a 概述及h s u p a 关键技术 9 u e 利用第二步确定出来的主扰码组中的8 个主扰码，分别与捕获的p c p i c h 信道进行相关计算，从而得到目标小区使用的主扰码。然后，u e 就可以利用主扰 码读取p c c p c h 信道，获得系统和小区的p l m n i d 、公共信道信息、测量控制信 息、邻小区信息等各类广播信息。 ( 2 ) 功率控制 功控的目的就是使每个用户只使用刚好达到所需通信质量的发射功率。 w c d m a 是自干扰系统，功控能够减小用户间干扰，增加系统质量和容量，而采 用快速功控能够快速调整发射功率，有效地对抗阴影衰落和快衰落。 功率控制根据控制方式的不同可以分为开环功率控制和闭环功率控制，根据 实施功率控制的主体可以分前向功率控制和反向功率控制【4 】。 开环功率控制又分为上行开环功率控制和下行开环功率控制，上行开环功率 控制的目的是提供u e 初始发射功率的粗略估计，u e 根据c p i c hr s c p 的测量结 果对路径损耗和干扰水平进行估计，从而计算初始发射功率。与上行开环功率控 制类似，下行开环功率控制用来计算下行专用信道初始发射功率。 闭环功率控制如图2 5 所示，闭环功率控制分为u e 与n o d e b 问的内环功率控 制和n o d e b 与r n c 间的外环功率控制。 b 堕蟹撼一h 标s i r i 一d h 一h 图2 5 闭环功控 在内环功控中，n o d e b 测量u e 发射的p i l o t 的s i r ，如果测量s i r 大于目 标s i r ，则对u e 发送t p c = 0 命令通知u e 降功率，如果测量s i r 小于目标s i r ， 则对u e 发送t p c = i 命令通知u e 升功率。同样，u e 测量n o d e b 发射的p i l o t 的 s i r ，由准入策略产生t p c 命令，n o d e b 根据t p c 命令相应调整发射功率。 内环功率控制的目的是使发射信号的功率到达接收端时保持一定的信干比。 然而，在不同的多径环境下，即使平均信干比保持在一定的门限之上，也不一定 能满足通信质量的要求( b e r 或b l e r ) ，因此需要外环功率控制机制来动态地调 整内环功率控制的目标s i r ，使通信质量始终满足要求。 ( 3 ) p r a c h 随机接入过程 p r a c h 用于承载r a c h ，由一个或者多个长度为4 0 9 6 c h i p 的接入前缀和一个 长度为1 0 m s 或者2 0 m s 的消息部分构成。p r a c h 的前缀部分由长度为1 6 c h i p 的 1 0 h s u p a 中的e r a k e 接收技术 签名序列重复2 5 6 次得到。u e 在p r a c h 上的接入方式是基于带a i 的时隙a l o h a 方式，两帧之间有1 5 个接入时隙，哪个时隙可用是由高层决定的。p r a c h 的帧 结构如图2 6 所示【1 1 。消息部分又分为数据部分和控制部分，消息部分的帧结构如 图2 7 所示。 臣翌圈 圉圈 图2 6 随机接入传输结构 圈 1 0i l l s ( o n er a d i of r a m e ) ! 至三 气而忑丙磊蕊再蕊 。a t a 二二二二二二歪 二二二二 l p i l o t lt f c i n p i l o ib i t sin t f c ib i t s 一。“ps1。2：!，!一7 ls i o t # o s l o t ls l o t # js l o t # 1 4 i m e s s a g ep a r tr a d i of r a m et g a c a = 10m s 图2 7 随机接入消息部分帧结构 p r a c h 随机接入需要进行初始化，在初始化前，r r c 层需要通知u e 如下参 数： p r e a m b l e 扰码； 消息长度； 参数a i c ht r a n s m i s s i o nt i m i n g ； 每个接入业务级别( a s c ) 可用的签名序列和r a c h 子信道； 功控调整步长； p r e a m b l e 最大重传次数； p r e a m b l e 初始功率p r e a m b l e i n i t i a l p o w e r 以及p r e a m b l e 和m e s s a g e 控制部分 的功率差p 岬( p 呻= p 懈s a g e - c o n t r o l - p p 佗a m b l c ) ； 传输格式集参数，包括每个传输格式的p 岬。 在p r a c h 随机接入初始化时，m a c 层需要通知u e 如下参数： p r a c h 的m e s s a g e 部分所用的传输格式： p r a c h 使用的接入服务等级( a s c ) ； 黑 熙 第二章w c d m a 概述及h s u p a 关键技术 1 1 待传输的数据，即传输块集( t b s ) 。 具体随机接入的正常流程包括以下9 个步骤： 第一步：获取接入时隙集中该p r e a m b l e 可用上行接入时隙，从中随机选取一 个接入时隙，若接入时隙集中没有空闲的接入时隙，则在a s c 的有效子信道集内 等概地选择一个接入时隙。 第二步：在给定的a s c 中随机地选择一个特征序列 第三步：p r e a m b l e 重传计数器设置为最大重传次数 第四步：如果p r e a m b l ei n i t i a lp o w e r 小于最小值，设置p r e a m b l e 指令功率大 于或等于p r e a m b l ei n i t i a lp o w e r ；如果p r e a m b l ei n i t i a lp o w e r 大于最大值，设置 p r e a m b l e 指令功率小于或等于p r e a m b l ei n i t i a lp o w e r ；其余情况，设置p r e a m b l e 指令功率小于或等于p r e a m b l ei n i t i a lp o w e r 。 第五步：如果p r e a m b l e 指令功率大于最大值，设置p r e a m b l e 传输功率为最大 值；如果p r e a m b l e 指令功率小于最小值，设置p r e a m b l e 传输功率大于或等于 p r e a m b l e 指令功率；其余情况，设置p r e a m b l e 传输功率等于p r e a m b l e 指令功率。 传输p r e a m b l e 要使用选定的上行接入时隙、特征序列和p r e a m b l e 传输功率。 第六步：在对应下行链路接入时隙中，如果u e 没有检测到p r e a m b l e 捕获指 示，即舢l ，则执行以下操作： 在给定a s c 的有效的r a c h 子信道中选择下一个接入时隙； 在给定a s c 的可用的特征序列中选择一个新的特征序列： 按步长增大p r e a m b l e 指令功率，当p r e a m b l e 指令功率大于最大允许值6 d b 时， u e 通知m a c 层“a i c h 未应答”并退出随机接入过程。 p r e a m b l e 重传计数器减l 如果p r e a m b l e 重传计数器大于0 ，重复第五步，否则，u e 通知m a c 层“a i c h 未应答 并退出随机接入过程。 第七步：在对应下行链路接入时隙中，如果u e 检测到p r e a m b l e 否定捕获指 示即，a i = 1 ，则通知m a c 层“a i c h 未应答 并退出随机接入过程。 第八步：如果u e 检测到p r e a m b l e 捕获指示，则根据定时关系发送m e s s a g e ， m e s s a g e 控制部分的功率要比最后一个p r e a m b l e 的功率高p 呻。定时关系如图2 8 所示。 第九步：将物理层“r a c h 消息已发送 通知高层并退出随机接入过程。 1 2h s u p a 中的e r a k e 接收技术 a i c ha c c e s s s i o 性r x a t u e p r a c ha c c e s s s l o t sd ( a t u e 图2 8u e 侧p r a c h 和a i c h 定时关系 图2 8 中，当a i c i - it r a n s m i s s i o n _ t i m i n g = 0 时：印p ，m i n = 1 5 3 6 0c h i p s ( 3 接入时 隙) ，t 岬= 7 6 8 0c h i p s ，t p m = 1 5 3 6 0c h i p s ( 3 接入时隙) ； 当 a i c ht r a n s m i s s i o n _ t i m i n g = 1 时：降p ，m i n = 2 0 4 8 0c h i p s ( 4 接入时隙) ，唧a = 12 8 0 0 c h i p s ，t p m = 2 0 4 8 0c h i p s ( 4 接入时隙) 。 2 2 1h s u p a 整体结构 2 2h s u p a 技术概述 d t c hd c c h d c c hd t c h llff m a c - d m a c d m a c - e $ m a c - e $ m a c 七 m a c ee d c h f fe d c hf p p h yp h yt n lt n lt n l t n l 图2 9e - d c h 的协议结构 为了支持h s u p a ，需要增加以下各网元实体： u e ：在m a c d 下增加了一个新的m a c 实体m a c e s m a c - e ，这个m a c 实 体负责h a r q 重传、调度、m a c e 复用以及e d c h 的t f c 选择。 n o d e b ：n o d e b 中新增了一个m a c e 实体，负责h a r q 重传、e d c h 调度 和m a c e p d u 解复用。 s - r n c ：s r n c 中新增了一个m a c e s 实体，负责重新排序后顺序提交m a c d p d u ，在软切换状态下，对来自不同n o d e b 的数据进行软合并。 第二章w c d m a 概述及h s u p a 关键技术 1 3 2 2 2h s u p a 引入的物理信道 h s u p a 在上行引入了e d p d c h 和e d p c c h 两个物理信道，e d p d c h 负责 承载e d c h 数据，e d p c c h 负责承载控制信息，扩频因子s f 固定为2 5 6 ， e d p c c h 承载有7 b i t 的e - t f c i ，2 b i t 的r s n 和1 个“h a p p y ”比特，这1 0 b i t 的控 制信息经过信道编码后变成3 0 b i t ，承载在一个2 m s 子帧上【2 】。e d p d c h e d p d c h 帧结构如图2 1 0 所示。 k 害2 5 6 0c ：h i o s n 岫= m 1 0 2 lb i t s ( k = 0 7 ) i 1 0 b b = =一 s l o t 加s l o t 剃s i o t 6 2s n o t 籽s n o t 搦s l o t # 1 4 s u b l r a r t m 柏 $ u b f r a m e # 1s u 圻r a m e # 2s u l 啸a m e 彝3s u b c r a m e 私 有面鬲忑赢 图2 1 0e d p d c h e d p d c h 帧结构 一个无线链路可以没有e d p d c h ，也可以有多个e d p d c h ，一个无线链路 最多有一个e d p c c h ，e d p d c h 和e d p c c h 总是同时传输。上行链路专用信道 能同时配置的最大数目组合如表2 2 所示。 表2 2 上行链路专用信道同时配置的最大数目组合表 d p d c hh s d p c c he d p d c he d p c c h c a s e16l c a s e 2ll2l c a s e3l4l h s u p a 在下行引入了e a g c h 、e r g c h 和e h i c h 三个下行物理信道。 e a g c h 是公共信道，用来承载e d c h 的绝对授权a g ，绝对授权是指对u e 最 多可能使用的上行资源的绝对限制，有且只有一个服务小区可以给u e 发送a g 信 息。e r g c h 是专用信道，用来承载e d c h 的相对授权r g ，相对授权是指n o d e b 通知u e 可用资源在原来的基础上增加或减少一个相对量，属于同一服务r l s 的 所有小区的r g 相同，它们在u e 可以进行软合并。e h i c h 用来承载e d c h 的 h a r q 确认信息。 1 4 h s u p a 中的e r a k e 接收技术 2 3h s u p a 关键技术 h s u p a 主要采用了基于n o d e b 的快速调度、带软合并的h a r q 以及2 m s 短 帧机制等关键技术，提高数据传输速率，增加系统容量。 2 3 1 基于n o d e b 的快速调度 r 9 9 r 4 r 5 的上行调度主要集中于r n c ，基于r n c 调度的优点是r n c 知道 相关小区的负载信息和u e 的解调性能，可以准确地为u e 分配发射速率，防止 u e 过高的发射功率给其它小区带来过大的底噪抬升，但基于r n c 调度的缺点是 调度速度太慢。 h s u p a 的上行调度由n o d e b 来控制完成。基于n o d e b 的调度是指n o d e b 利 用物理层测量信息和u e 上报信息作为依据直接进行调度，基于n o d e b 的调度的 核心思想是由n o d e b 来控制u e 的传输速率和传输时间，减小调度时间。 在n o d e b 的调度过程中，当u e 有数据要传输时，u e 向服务n o d e b 发送速 率请求信号，n o d e b 根据小区负载情况给u e 指示一个可用的最大可用发射功率 u p h ，u e 在发射功率不超过u p h 的前提下，根据当前各个相关小区的下行传输 速率指示和相对调度信息r g 以及自身可用功率信息选择传输格式，决定传输速 率。当u e 在一段时间内没有数据发送时，n o d e b 自动降低u e 的u p h 。 基于n o d e b 的调度的优点是可以以最快2 m s 的调度周期对u e 的数据传输速 率进行调整，因此可以快速适应分组数据传输的突发性，以及在信道质量变化时 更加及时地重新分配上行资源，从而获得快速调度带来的性能增益，并可以快速 的控制上行噪声的抬高，使n o d e b 可以工作在更高的负载水平，提高了系统的上 行容量。 2 3 2 物理层h a r q r 9 9 r 4 采用传统的a r q 技术，重传功能在r l c 层实现。 h s u p a 采用物理层混合重传h a r q 技术，它是一种纠错技术，具有前向纠错 码f e c 和重传a r q 两种方式的特点。 h s u p a 的h a r q 采用多进程停等式机制，发送数据包后等待正确接收的确认 信息，如果对方没有正确接收，则重传数据包。从发送数据包到接收到确认信息 称为一个h a r q 进程，2 m st t i 对应8 个h a r q 进程，1 0 m st t i 对应4 个h a r q 进程1 引。 h a r q 有两种工作方式，即完全重传和非完全重传。 完全重传也叫跟踪合并或软合并( c h a s ec o m b i n e ) 。在这种情况下，无论重传多 第二章w c d m a 概述及h s u p a 关键技术 1 5 少次，重传的信息和第一次传输的信息都相同。对这种方式，u e 可以把信息进行 最大比合并，再进行译码。 非完全重传又称增量冗余重传( i n c r e m e n t a lr e d u n d a n c y ) 。在这种情况下，每 次重传时，重传的信息和第一次传输的信息都是变化的。增量冗余重传包括两种 类型，一种是重传时的冗余信息和初传时不一样，重传信息必须和第一次发送的 信息合并后才能译码；第二种虽然重传时的冗余信息和初传时也不一样，但可以 独立译码。 h s u p a 的h a r q 的确认信息承载在e h i c h 信道上。对2 m s t t i 一个h a r q 确认信息持续3 s l o t ，对1 0 m s t t i 一个h a r q 确认信息持续1 2 s l o t 。 2 m st t i 重传时延为1 6 m s ，1 0 m st t i 重传时延为4 0 m s ，而传统的r 9 9 r 4 的 a r q 进程重传时延约1 0 0 m s ，由此可见h s u p a 通过h a r q 技术可以大幅提高数 据传输速率和减小传输时延。 2 3 32 m s 的t t i r 9 9 r 4 采用的订i 有8 0 m s 4 0 m s 2 0 m s 10 m s ，h s u p a 采用10 m s 和2 m s 的t t i 。 2 m s 的t t i 主要是为降低h a r q 的重传时延，在良好的信道环境中，2 m s 的t