（通信与信息系统专业论文）cdma2000+1x+evdv系统链路自适应技术研究.pdf

摘要 移动通信中的链路白适应技术是指在通信过程中根据无线信道环境的变化， 自适应地调整链路参数，如发射功率、调制( 解调) 方式和编码速率等，以适应 信道环境的变化，充分利用无线信道资源，获得最佳链路性能的技术。 目前得到应用的链路自适应技术主要包括功率控制、自适应调制编码 ( a m c ) 和混合重传( h a r q ) 等技术。功率控制技术是较早采用的链路自适应 技术，它主要应用于电路话音业务：a m c 和h a r q 技术是近年来得到广泛关注 的技术，主要应用于在3 g 增强型系统中的高速分组数据业务。本文以c d m a 2 0 0 0 l x e v - d v 为背景，研究分析了a m c 和h a r q 技术的原理、实现和性能表现。 全文的内容如下： 第2 章简要介绍了c d m a 2 0 0 0i xe v - d v 系统的关键技术，描述了c d m a 2 0 0 0 i xe v - d v 仿真系统及在这个仿真系统中如何实现a m c 和h a r q 技术。 第3 章首先分析了a m c 技术的原理，讨论了a m c 技术的实现方案，然后 通过仿真，研究了a m c 技术对系统性能的影响，发现a m c 技术中使用的m c s 方案越多，其自适应效果越好。 另外，本章还提出了一种基于重传的m c s 选择算法。这种算法从联合使用 a m c 和h a r q 技术的角度，来选择使传输吞吐量最大的m c s 作为a m c 当前 传输使用的m c s 。仿真结粜的分析显示，由于它考虑到了重传带来的时间分集 增益，因此可获得较好的系统性能。 第4 章分析了h a r q 技术的基本原理和实现方案，研究了目前应用较多的 h a r q 实现方式，包括基于n 信道停止等待( s a w ) 的追踪合并( c c ) 和递增 冗余( i r ) 方式，并从原理和仿真两个角度对它们的性能做了比较。此外，还仿 真分析了a m c 技术和h a r q 技术联合应用对系统性能的影响，发现t q a r q 技 术可以减小a m c 技术中m c s 级数之间的差别，降低a m c 技术的实现复杂度。 关键词：链路自适应技术，高速分组数据业务，自适应调制编码，混合重侍， c d m a 2 0 0 0l xe v - d v ，基于重传 a b s t r a c t l i n ka d a p t a t i o nt e c h n o l o g yi sak e ys c h e m ef o rh i g hs p e e dp a c k e td a t as e r v i c ei n 3 gm o b i l ec o m m u n i c a t i o na n db e y o n d b yu s i n gl i n ka d a p t a t i o nt e c h n o l o g y , w ec a n t r a c kt h e c h a n g eo fw i r e l e s s c h a n n e l si nt i m ea n do b t a i n g o o dt r a n s m i s s i o n p e r f o r m a n c eo fl i n k s i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，w em a i n l yf o c u so na d a p t i v em o d u l a t i o n a n dc o d i n g ( a m c ) t e c h n o l o g ya n dh y b r i da u t o m a t i cr e p e a tq u e r y ( h a r q ) t e c h n o l o g y , w h i c ha r ek e yl i n ka d a p t a t i o nt e c h n o l o g i e si n3 ga n db e y o n d ，b a s e do n t h eb a c k g r o u n do fc d m a 2 0 0 01x e v d vs y s t e m c h a p t e r2s t a t e ss i m p l yt h ek e yt e c h n o l o g i e si nc d m a 2 0 0 0l x e v - d va n dt h e p r o c e d u r eo f m o d e l i n gs i m u l a t i o ns y s t e mo f c d m a 2 0 0 01 x e v - d v t h e n ，t e l l sh o wt o s i m u l a t i n ga m ca n dh a r q i nt h es i m u l a t i o ns y s t e m i nc h a p t e r3 ，w ei l l u m i n a t et h ep r i n c i p l eo fa m ct e c h n o l o g y , a n da n a l y z et h e i m p l e m e n t a ls c h e m eo fa m c t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tw ec a ng e tb e a e r p e r f o r m a n c eb yu s i n ga m c ，a n dm o r em c s ，b e a e rp e r f o r m a n c e s ow eg i v et h e a n a l y s i s t h e nw ep r o p o s ean e wa m ca l g o r i t h mb a s e do nr e t r a n s m i s s i o ni nt h i sc h a p t e r t h i sa l g o r i t h mt a k e st h et i m ed i v e r s i t yg a i no b t a i n e db yu s i n gh a r qi n t oa c c o u n t ， a n ds e l e c t st h em c st h a tc a nm a x i m i z et h et h r o u g h p u tt ot r a n s m i td a t a s o ，i tc a n o b t a i ng o o dp e r f o r n l a n c e t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wi t i nc h a p t e r4 ，w ei n t r o d u c et h eb a s i cp r i n c i p l ea n di m p l e m e n ts c h e m e so fh a r q t e c h n o l o g y a n dt h e na n a l y z es o f n eh a r qs c h e m e s ，w h i c ha r ef i tf o rc d m a 2 0 0 0 l x e v - d ki n c l u d i n gc h a s ec o m b i n i n g ( c c ) a n di n c r e m e n t a lr e d u n d a n c yb a s e do nn c h a n n e l ss t o pa n dw a i t ( n - s a w ) w ec o m p a r et h e i rp e r f o r m a n c et h r o u g ht h e o r y a n a l y s i sa n dc o m p u t e rs i m u l a t i o n a d d i t i o n a l l y , b yu s i n ga m ca n dh a r qw eo b t a i n b e t t e rp e r f o r m a n c et h a no n l y b y u s i n ga m c a tt h es a m et i m ew ef i n dt h a tt h e d i f f e r e n c eb e t w e e nu s i n gd i f f e r e n tn u m b e r so fm c si na m cm a yb er e d u c e db y h a r q ，s ow ea n a l y z et h ec a u s e s k e yw o r d s ：l i n ka d a p t a t i o nt e c h n o l o g y ，h i g hs p e e dp a c k e td a t as e r v i c e ，a d a p t i v e m o d u l a t i o na n dc o d i n g ，h y b r i da u t o m a t i cr e p e a tq u e r y , c d m a 2 0 0 0l x e v - d v , b a s e d o nr e t r a n s m i s s i o n 插图目录 插图目录 图1 1 自适应调制编码( a m c ) 系统框图3 图2 1 仿真中采用的天线模型 图2 2b t s 的p d c h c f 进程模型 图2 3m s 的p d c h c f 进程模型 图2 4a m c 的实现过程 图2 5h a r q 技术的实现过程 图3 1a m c 技术的基本原理 图3 , 2 速度为1 2 0 k m h 时m c s 的最优分布概率 图3 3 信道s n r 的马尔可夫链 图3 4a m c 技术同步方式一 图3 5a m c 技术同步方式二 图3 6a m c 技术同步方式三 图3 7 不同m c s 级数下系统的性能。 图3 8 不同口值下系统的吞吐量性能 图3 9 基于重传的m c s 选择算法性能 图4 1h a r q 技术的基本原理 图4 2 a m c 与h a r q 技术联合应用的链路自适应系统结构 图4 3 回退n 步重传( g b n ) 机制( n = 4 ) 图4 4 选择重传( s r ) 机制 图4 5 停止等待( s a w ) 重传机制一 图4 6 递增冗余( i r ) 技术发送端的实现 图4 ，7 递增冗余( i r ) 技术接收端的实现 图4 8 子数据包的生成 图4 9 同步停1 e 等待递增冗余h a r q ( n = 4 ) 1 1 1 3 1 4 1 5 1 6 4 2 一4 4 4 5 4 6 ，4 7 4 9 ，4 9 5 0 5 1 规 m 拍 勰 嚣 驷 ” 弛 东南大学硕士论文 图4 1 0 异步停止等待递增冗余h a r q ( n = 4 ) 图4 1l 异步停止等待i r 的接收端 图4 1 2 不同h a r q 方案的性能 图4 1 3 用户分组呼叫吞吐量的累计分布函数 图4 1 4 不同速率下系统的吞吐量 图4 15 不同子信道“同步”方式下i r 技术的性能 图4 1 6h a r q 技术对系统性能的影响， 记 弱 弘 乳 铋 表格目录 表格目录 表1 1 移动通信中的链路自适应技术4 表2 1 仿真采用的信道模型 袭2 2 信道可恢复功率( f r p ) 和不可恢复功率( f u r p ) 表2 3 仿真基本参数与基本假设 表3 1a m c 仿真中采用的m c s 袭3 2w e b 业务模型参数 表4 1h a r q 技术仿真参数一 表4 2 用户分组呼叫吞吐量( k b p s ) ，3 4 3 5 5 6 押 堪 3 g 3 g p p 3 g p p 2 a a i r a c k a i r a m c a r 0 a t m b s c b t s c c c d m a c u 王 e p f c s f e c f e r 缩略语 3 mg e n e r a t i o n 3 “g e n e r a t i o np a a n e rp r o j e c t 3 删g e n e r a t i o np a r t n e rp r o j e c t2 a s y n c h r o n o u s a d a p t i v e i n c r e m e n t a l r e d u n d a n c y a c k n o w i e d g e m e n t a s y n c h r o n o u si n c r e m e n t a lr e d u n d a n c y a d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g a u t o m a t i cr e p e a tq u e r y a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e b a s es t a t i o nc o n t r o l i e r b a s et r a n s c e i v e rs y s t e m c h a s ec o m b i n i n g c o d ed i v i d em u l t i p l ea c c e s s c a r r i e rt oi n t e r f e r e n c er a t i o e n c o d e rp a c k e t f a s tc e l ls e l e c t f o r w a l de r r o rc o r r e c t f r a m ee r r o rr a t i o f p d c c hf o r w a r dp a c k e td a t ac o n t r o lc h a n n e i f p d c hf o r w a r dp a c k e td a t ac h a n n e i f t pf i l et r a r t s f e rp r o t o c o g b ng o b a c k n h a a qh y b r i da u t o m a t i cr e p e a tq u e r y h s d p a 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 第三代移动通信系统 第三代伙伴计划 第三代伙伴计划2 异步自适应递增冗余 确认 异步递增冗余 自适应调制编码 自动重传请求 异步传输模式 基站控制器 基站收发系统 追踪合并 码分多址接入 载干比 编码包 快速小区选择 前向纠错 误帧率 前向分组数据控制信 道 前向分组数据信道 文件传输 回退n 步 混合重传 高速下行链路分组接 入 东南大学硕士论文 i r m a c m c s m s n a c k r a c k c h i n c r e m e n t a lr e d u n d a n c y m e d i u ma c c e s sc o n t r o i m o d u l a t i o na n dc o d i n gs c h e m e m o b i i es t a t i o n n o ta c k n o w l e d g e m e n t r e v e r s ea c k n o w l e d g ec h a n n e l r - c q i c h r e v e r s ec h a n n e lq u a l i t yi n d i c a t i o nc h a n n e l r l p s a w s n r s p s r p c p s k q p s k q a m w c d m a r a d i 0l i n kp r o t o c o i s t o pa n dw a i t s i g n a ln o i s er a t i o s u bp a c k e t s e l e c t i v er e t r a n s m i t p o w e rc o n t r o l p h a s es h i f tk e y i n g q u a r t e rp h a s es h i f tk e y i n g q u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n w i d e b a n dc o d ed i v i d em u l t i p l ea c c e s s 递增冗余 媒体接入控制 调制编码方案 移动台 非确认 反向确认信道 反向信道质量指示信 道 无线链路协议 停止等待 信噪比 子数据包 选择重传 功率控制 相移键控 四相相移键控 正交幅度调制 宽带码分多址接入 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位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，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我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。 签名耋塾垒日期：丝! 乒膳 关于学位论文使用授权的说明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括 刊登) 授权东南大学研究生院办理。 签名： e l 期：丝堕：主1 r 第1 章绪论 当今信息时代，随着社会经济的发展，人们对信息的需求不断增长，从而推 动了通信技术的发展。移动通信则是当今通信领域内最为活跃和发展最为迅速的 领域之一，也是21 世纪对人类的生活和社会发展将有重大影响的科学领域之一。 目前，第一、第二代移动通信系统已经使得语音通信实现了无线化，而第三代移 动通信技术正朝着提供更大带宽多媒体数据业务的方向发展，它可以提供更大的 系统容量和更灵活的高速率、多速率数据传输能力。 1 1 无线链路自适应技术 链路自适应技术作为第三代和超三代移动通信技术中的一项关键技术目前 正在受到广泛的研究，而白适应调制编码( a m c ) 技术和混合重传( h a r q ) 技 术则是目前研究的比较多的链路自适应技术。 1 1 1 无线信道的时变 生 移动通信有别于有线通信很重要的一点就是无线信道的动态性，这主要是指 信道传播的开放性和信道参量变化的时变性引起信道的频率选择性衰落和时变 衰落。用户的移动也会导致接收环境( 室内、市区、郊区及农村) 的复杂性和接 收地点的随机性。此外，随着移动业务的丰富，用户采用的多种应用，多媒体流 量的变化，不同用户的优先级等等，都具有变化性。这些动态变化增加了系统设 计的困难，如果采用固定技术，为了保证可用性就只能按照信道性能较差的情况 和最低要求设计。在早期移动通信系统中，为了保持通信的正常进行，就是根据 最差的信道条件来设计系统，剐采用较大的发射功率、低阶的调制方式和健壮的 信道编冯来保证通信质量。这种方法实现起来比较简单，但是由于在信道条件较 好的时候仍然按照最差信道条件时的方式进行通信，所以极大的浪费了系统资 源，损失了较多的系统容量，尤其在移动通信中，频谱、功率等资源都是相当宝 贵的。为了克服这种固定技术的弊端，随着移动通信技术的发展，一种被称为链 2 东南大学硕士论文 潞鸯适应瓣鼓零囊现了，这秘技零辗搭瘗遂琢境耋魂谖节发射辊参数隧获褥最佳 的通信效果。一般说来，发射机可以调节的参数包括发射功率、。调制和编码方式 和天线的增益镣。 1 1 2 功率按翩技术 第二代和第三代移动通信系统采用调节发射功率的技术( 即功率控制技术) 作为链路自适应技术，以保证通信的顺利进行。功率控制的基本原理是在信道条 件好的时候使用较小的发射功率，而在信道条件差的时候使用较大的发射功率， 使接收机接收到的信号功率维持在接收该业务所需的最小功率上。从而使得在不 同的信道条件下，发射机都n j 以以最小的发射功率来保证接收机获得固定的传输 速率和时延，保障通信的质量。在目前的第二、三代移动通信系统中应用的功率 控制技术有慢速功率控制技术和快速功率控制技术：慢速功率控制用于跟踪平均 路径损耗和慢衰落的变化，发剁功率更新频率通常为2 h z ；快速功率控制用于克 服快衰落带来的变化，发射功率更新频率通常在i k h z 以上。 功率控制技术采用调整发射功率的方法来补偿信道的变化，从而保证了通信 质量，但是这一技术本身也存在一些无法克服的缺陷。首先，由于远近效应的影 响，使得采用功率控制技术时造成系统功率浪费，限制了系统的容量。比如，在 前向链路采用功率控制技术的时候对于离发射机较远的接收机，由于其链路衰 落比较大，所以需要发射机分配较大的发射功率；而距离发射机较近的接收机， 需要分配的功率则较小。然而发射机的发射总功率是有限的，这样就会造成发射 机用绝大部分发剩功率为信道条件很差的用户服务，而使信道条件较好的用户却 无法得到服务的情况，从珈造成功率资源的一种浪费，限制了系统的容量。其次， 存在噪声提升效应，即在采用快速功率控制时，发射机根据链路的快衰落变化来 调节在各条链路一卜，的发射功率，从而导致每个接收机接收到其他链路的干扰功率 不断变化，这样就造成了一个额外的噪声恶化，其大小约为3 9 d b 。 1 1 3 自适应调制编码( a m c ) 技术 随着无线数据业务的增长，功率控制技术已经不能满足高速分组数据业务传 第1 章绪论 3 输的需求，因此，人们正努力寻求新的链路自适应技术来提高网络的性能。自适 应调制编码( a m c ) 技术就是当前研究的热门链路自适应技术之一。a m c 技术 根据信道环境条件，自动的调节调制和编码方案，在较好的信道条件下采用高阶 的调制和较高的编码速率，而信道条件差的时候则采用较低阶的调制编码方式。 采用a m c 技术，可以使信道条件好的用户获得很高的传输速率，从而提高系统 的吞吐量；另外，在链路自适应的过程中，a m c 采用调整调整编码方案而不是 调整发射功率的方法可以降低干扰水平，从而提高系统的容量。 a m c 技术通常包括三个部分：对信道质量的测量、估计或预测；最优调制 编码方案的选择；给接收端的信令信息。对信道质量的估计需要确定台适的物理 参数，一般使用的指标有信噪比、误比特率，误帧率等，这些参数是用于最优调 制编码方案选择的依据。最优凋制编码方案的选择是a m c 技术的核心，它最终 决定了传输所使用的调制编码方案，直接决定了链路自适应的性能。给接收端的 信令信息用于收发端的调制解调同步，便于接收端正确解码发射的数据。图1 1 描述了a m c 技术的系统结构，发射端根据信道估计的结果确定自适应调制编码 的参数( 即m c s ) ，然后对_ h j 户数据进行相应的调制编码后发送到接收端，同时 确定的自适应调制编码参数的信息也要通知接收端；接收端根据信道估计的结果 和获得的自适应调制编码参数的信息，对接收到的数据进行相应的解调解码。 ! 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一!l l 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一j 阁1 1 自适应调制编码( a m c ) 系统框图 4东南大学硕士论文 如前所述，a m c 技术的关键是在定信道环境条件下最优调制编码方案 ( m c s ) 的选择算法，在w c d m a 系统的增强系统h s d p a 中，3 g p p 组织推荐 使用载干比区间法来选择适合的调制编码方式【。它的基本原理是：根据高阶 m c s 在载干比高时具有较高的吞吐量，在载干比低时由于误帧率的增加而使吞 吐量显著降低，而低阶m c s 在载干比高时吞吐量较低，但是在载干比较低时吞 吐量却要高于高阶m c s ，所以，可以用不同的m c s 性能曲线的交点将整个载千 比区间划分为几个区问，在不同的i x 间内使用不同的m c s ，从而增大系统的吞 吐量。 l ，1 4 漫会羹终( h a r q ) 按零 除了a m c 技术之外，混合重传( h a r q ) 技术也是目前研究的热点，这种 技术是通信中常用酌纠错技术，它结合了前商纠错( f e c ) 和自动请求重传( a r q ) 技术，能够蠹动的适疲信遘啤变化，提高系统的僖输技能。a m c 技术是根据信 道环境的变化调整发送数据的调制编弼方案，烂种方案自适成技术，而h a r q 技术则通常怒报据信道的变化调整编弼参数( 搬增加冗佘度从麟改变绽弼速率) ， 可以说是一种参数白适应技术。所以a m c 和h a r q 二者结合起来可以得到最好 翰效果：a m c 提供粗喹鲍数撼速率选择丽h a r q 可以攘据数攒信遂条件对数攒 速率进行较辅细的调整。因此超三代移动通信系统( 例如h s d p a 系统、c d m a 2 0 0 0 l x i v - d v 系绞) 中，遗常续台a m c 勰h a r q 菠7 冀终为链鼹垂适应技术。 表1 1 移动通信巾的链路自适废技术 啻遥应技术名称 实际藏用系统 自适应天线眸 t d - s c d m a 功率控制 i s 一9 5 ，w c d m a ，c d m a 2 0 0 0 等 g p r s ，嚣d g e ， s d p a ，c d m a 2 0 0 0i x 鑫遗应调蒂l 编璃 e v d v 仍o 。8 0 2 1 l a 等 滠食重馋 h s d p a ，c d m a 2 0 0 0l xe v - d v d o ，8 0 2 1l a 等 词变扩频增蔬 w c d m a ，c d m a 2 0 0 0 动态痿遂分醚 p 嚣s ，d e t 第1 章绪论 除了功率控制、a m c 和h a r q 这三种链路自适应技术外，自适应天线、可 变扩频增益和动态信道分配等链路自适应技术也在某些系统中得到了应用。表 1 i 示出了目前移动通信系统中使用的链路自适应技术。本文研究的内容是a m c 技术和h a r q 技术，及其在c d m a 2 0 0 0l xe v - d v 系统仿真中的表现，后续章节 将陆续描述。 1 2 无线链路囱适应技术的优点 麴藩联遴，链路泰遥痰技术是巍了壳受茏缝痿遂熬时变洼，蠢效逢剃鼹系统 资源而产生的技术。总的说来，链路自适应技术具有以下几个优点： l i p 提裔通信的可靠健。链路自通应技术可以有效的克菔无线信道的时交 性，提高通信的可靠憷，保诚系统通傣的正常避行。对于无链路自适应 技术的无线链路当信道恶纯时，则会出现穗路无法援确工作的缺点， 面袋用链路彝适应技术则可以使系统在降低传输速率的情况下仍然可 以正常工作。 挺豢无线炎添靛甏薅零。链露蠡逶建技寒蔻够竞分鸯效裁霸系统蕊无线 资源，避免了采用硎定链路模式所带来的资源浪费问题。 其体来说链路自适应技术可以提黼良下几种无线资源的利用率： 功率瓷滚：在痿遂数凝努转、蠢髑户又不嚣要更赢绩簸速事黪瓣侯，划 可以降低发邀功率，从而节省功率开销。这对节省终端的能量消耗具有 重大夔意义； 频率资源：无线链路自适应技术可以极大的掇商频谱资源。众所周知， 频谱资源对于移动通信系统来说是非常珍贵的，提高颧谱利用激率是束 来穆动通信系统面临的，一个熏要挑战。就频谱刹用效率来说，一方面在 信道条件比较差的情况下，通过蛊适簸的采用纠锗能力较强的编码方式 以及混合重传- t a r q 技术，可以提赢系统抗干扰能力，且重传合并机制 使稀每一次传输的 匈容不论正确与否都不会被浪费，从而提高了频谱的 剥臌效率。在信道条传好的状况下，提裹数撂传输速攀，就提赢7 频谱 6 东南大学硕士论文 利用率。 提高系统的用户容量。在节省了功率和频率资源的情况下，当然可以使 得更多的用户有接入系统的可能，所以链路自适应技术技术可以有效提 高系统的用户容量。 在各种通信系统中，频谱资源表现为各种不同的信道，如在t d m a 系统中， 频谱资源表现为时分信道，在c d m a 系统中频谱表现为码分信道。而链路自适 应技术可以提高信道利用率，所以自然可以提高频谱利用率。例如，在码分多址 系统中，信道表现为码道资源。在信道条件比较好时，可以通过采用高阶调制和 较小的编码冗余来提高传输效率，从而提高频带利用率。对于码道资源来说，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，从而可以提高码道资源利用率。因此， 从理论上说，链路自适应可以极大的提高系统的峰值传输数据速率，如在h s d p a 系统中采用链路自适应技术可以使峰值数据速率近似达到r 9 9 的5 倍【6 3 】。 1 3 论文的研究内容 3 g 演谶( 或增强) 系绞中的数攘业务主器采眉了叁适应调制编羁( a m c ) 和混合重传( i - i a r q ) 技术作为链路囱适应技术，以适应无线信道的变化，充分 剥震系统资源。本文滋c d m a 2 0 0 0i x 系绞的演送系统e d m a 2 0 0 0l xe v - d v 系统瓣 前肉链路为背景，研究a m c 技术和h a r q 技术的特点。本文聪续章节发排如下： 第2 章介绍c d m a 2 0 0 0l xe v - d v 系统及冀关键技术，然后莆重介绍c d m a 2 0 0 0 l x e v - d v 仿真系统，最后描述a m c 技术和h a r q 技术在这个仿真系统上的嶷 现过程。 第3 章主要介绍自适应调袅隰硒( a m c ) 技术势提出了一秘薮的基于重绩 的a m c 算法，并对这种算法做了舆体理论分析和仿真研究。本章首先阐明了 a m c 技术的基本骧壤，讨论了垦懿溅簿的a m c 实现提寨，然爱提文了一秘揍 于璧传的m c s 选择算法，并阐述它的基本原理，分析了像的特点，最后襁 c d n l a 2 0 0 0l xe v - d v 系缝仿囊乎叁上供囊了a m c 技零熬蛙熊，势对爨囊缝果俘 了相应的分析。 第1 章绪论 7 第4 章介绍了混合重传( h a r q ) 技术。在该章中，首先介绍h a r q 技术 的原理，然后讨论h a r q 技术的多种实现方案，并对各种方案的特点进行了分 析和比较，最后通过在c d m a 2 0 0 01 xe v - d v 系统仿真平台上的仿真，比较了各 种实现方案的性能，并仿真分析了h a r q 技术对系统性能的影响。 最后对全文的工作进行了总结。 第2 章l xe v - d v 系统仿真平台 c d m a 2 0 0 0l x e v - d v 系统，又简称i xe v - d v 系统，是c d m a 2 0 0 0l x 系统的 第二阶段演进系统，它司以提供高达2 4 m b s 的峰值数据传输速率。 本章首先简单介绍c d m a 2 0 0 01 x e v - d v 系统，然后介绍论文仿真所用的 c d m a 2 0 0 0l x e v - d v 系统仿真平台。 2 1 l x e v _ d v 系统简介 c d m a 2 0 0 01 xe v - d v 是在c d m a 2 0 0 01 x 的基础上融合了c d m a 2 0 0 0l xe v - d o 的关键技术形成的。根据i s - 2 0 0 0r e l e a s ec 协议的定义，e v - d v 完全保留1 x 原 有的信道和信令结构，通过修改情令层消息的内容来支持新增e v - d v 信道。新 增加的前向分组数据信道( f - p d c h ) 实现高速数据传输，前向分组数据控制信 道( f p d c c h ) 用二向移动台发送分组包的接收信息，反向信道质量指示信道 ( r - c q i c h ) 将移动台接收前向信号的信息发送给基站，反向确认信道 ( r a c k c h ) 用于向基站反馈移动台是否正确接收到了分组包。 为了适应高速数据传输，c d m a 2 0 0 0i xe v - d v 采用了以下几项关键技术： ( 1 ) 自适应调制编码( a m 0 前向分级数据信道笈送的每个分组包都可独立设置调制和编码模式，包攒 时隙长度、调制阶数、w a l s h 码信道数量、编码速率等参数，这些参数的设定 决畿了期望数据传输速率和传输抗干扰能力，调制和编码模式的期望数据传输逮 章期佶输抗干扰能力呈反比关累，只蠢合理地设置调镥蛘日编码的模式，才能最大 限度地发挥信道的传输能力。a m c 机制要求基站根攒移动台按收前向信号的情 况，随时调熬分组包发送的调制和编码模式，健当前调囊和编码模式在达到足够 传输可靠性的基础上，采用爆可能高的期望数据传输速率。 f 2 ) 混合重镑h a r q 蔽拳 为了支持高达3 1 m b p s 的传输速率。e v - d v 采用了物理层混合重传( h a r q ) 攘术，与传统豹a r q 摇跑，h a r q 簌高错重转静操 筝中在秘疆层融合了蓥南纲 9 l o 东南大学硕士论文 错( f e c ) 鹣耱缒，使褥每饮分缀簿发送绦作帮麓够凳分组最终正确熊羁骰出 贡献。 ( 3 ) 快选小区选择理c s ) 陕速小区选择是e v - d vt 争耨增的一萃孛小送甥换模式，薅于前自分缝数据信 道的小区切换。相划于传统的软切换，快逑小区选择具有节省空中和系统内部传 输带宽的特点，其机理在于：在进行小区切换期间的任意时候，基站只通过其中 慕一个痿区懿f - p d c h 囱移镄鸯茇送分缓数据，两不是像搀统嚣较甥羧菇样，簧 有参与软切换的b t s 都需要向移动台发遴分组数据，相应地b s c 也臻同时向这 蝗b t s 传递分组包。 镬震e v - d v 数褥注务旋移麓台疆 l 雩躐练当裁激活缀辱颓匏强度，并选定激 活组中信号强殿最高导频对应的扇区作为本移动台的目标f - p d c h 工作扇区。快 速小区选择燕移动台在激活熊导频之问的转换，执行小聪切换的前提是移动台正 缝子软弼簌获态。 ( 4 ) 快速分组调度技术 分组调度主要是针对分缎数据业务，根撰无线通信僚道的状态，在备用户之 润共享可薅静黧中接西资源。在c d m a 2 0 0 0l xe v - d v 系统孛，分缝调度可以采 用两种方式：码分调度方式和时分调度方式。在码分调度方式下，同一时刻多个 ( 通常是两个) 用户同时使用阍一个共享信道和分享系统资源；在时分调度下， 蔡一蠢重妻l 系绞瓣_ | 莠有资源被分配绘一个藤户健震，这襻一个震户蓑可叛强 常裹 的速率传输数据。 2 。2c d m a 2 0 0 0l x e v - d v 系统仿冀模型 本节介绍率文1 匮计的c d m a 2 0 0 01 x e v - d v 仿真系统。 2 2 1 仿真系绫豹鼹络模澄 c d m a 2 0 0 0i x e v - d v 系统的网络模型主要描述了仿真中采用的喇络拓扑结 构、节点和链路、小区设置、传播模型、业务的产生和移动台的位置簿。考虑到 对傍真妨影响搿以忽略，并爨毒仿真的效率，嚣姥这里没霄对核心网韶分避毒亍建 第2 章1 xe v - d v 糸统仿真平台 禳。根据文献f 1 2 】仿寞中采髑了1 9 个书弑3 藏区戆嬲络毒嚣，每褰嚣采瘸定 向天线，天线的模型如图2 1 ，增益由f 式绘出： 帮卜确始h 蝴，1 8 0 _ 0 _ 1 8 0 弘强 藏中，0 是移动台与天线方向的央角，岛。= 7 0 ，以= 2 0 d b 。 。 ” 丫 - n b l l j 契州 r j 卜 f ! | 18 0 1 5 0 1 2 0 9 0 6 0 3 0 03 06 0 9 01 2 0 1 5 0 1 8 0 东乎燕( 鹰) 劁2 1 仿真中采用的天线模型 网络模型中包括了移动台m s 、鉴站收发系统b t s 、鏊站系统控制嚣b s c 、 数据业务服务器、语音业务服务器和有线锻路等元素的模型，由于是下行链路的 仿真，为箍化怒越，这里设计了一个语音业务鼹务器来产生语音用户需求豹语音 业务。移魂台的位置、信遵类黧氍速度盘系统随机产生，筠匀分布在各个扁区中 _ 1 2 。从m s 到b t s 的传播横燃中的衰落可以分为三部分吲 1 3 】：平均路径损耗、 熳囊落和快衰落。平均路径损耗表示一定的健输环境、一定熟传输距离鄹一定的 天线高度下平均的路径损耗，仿真时采臻修藏市区h a t a 模型得出： p ( a ) = 2 8 6 + 3 5 l o g i o ( d ) ( d b )( 2 - 2 ) 蠼裳落壅子建筑貔霹逵形鹊溺彩产生，镑囊孛采薅一个均毽兔零，方蓑为8 9 d b 东南大学硕士论文 的l o g n o r m a l 分布来模拟；快衰落由于用户设备的移动性和多径效应产生，和信 遴环境秘移动爨速发有关，经用j a k e s 或r i c i a n 摸登来诗算冀倦懿衰落值。 2 2 2 仿真系统的节点模型 网络横型中的每个节点对应了个节点模型，用于描述本节点内使用的协议 结橡及各渗议实体闼戆连接芙系，逡静连接美系定义了每个协议实髂躲戆入露簸 出行为。本仿真系统的节点模型包括m s 、b t s 、b s c 和服务器的节点的模型， 瞧于链路彭善应按术主要在b t s 秘m s 闻实蕊，舞戳这里圭簧套绍下b t s 疆 型和m s 模型。 b t s 魏节点模型包括了2 个 务议处理实体模块( m a c 和p d c h c f ) 、有线彼藏 器楱型、无线收发嚣模型和天线模型。m a c 横块对应予c d m a 2 0 0 0r e l e a s ec 协议 的m a c 藩协议实体，p d c h c f 模块娴对应于协议中的f w p d c h 控制功靛实体。肖 线收发器模块用于描述b t s 与b s c 之间有线接口：嗽于考虑要n 提高仿冀效率移 对仿真结染的影响不大，翻此这里简化了b t s 和b s c 之间的a t m 结构。无线 收发器露天线模块媸模攫了b t s 和m s 之瓣敬无线馇竣焦道。它对应子秘议瓣 物理层，所有无线信通的特征都在这耀体现出来。 m s 爨节点屡模溅裂龟耩了4 个协议实嵇模块( u p p e rl a y e r ，l o c a t i o n 、m a c 和p d c h c f ) 、无线l i 奠发器模型和天线模型。u p p e rl a y e r 模块用于信令的产生处理 耧攘渡到戆数据豁楚程，它释l 誉了c d m a 2 0 0 0 移蘩毒瓣离垂( l a y e r 3 l a y e r 7 ) 协议实体，这里同样考虑到协真需求和仿真效率作了相应的简化。l o c a t i o n 模块 是授据镑真瓣 i 孝要添蕊静模疑，宅奉身- 并不藩予移动螽协议翡范薅，偿由于采甭 静惑的仿真方法坨1 ，糕要此模块来确定移动台的位置和信道类型。m a c 模块对应 予移动台静m a c 纛协议实锩，完成m a c 协议搡佟。 蘑祥p d c h c f 模块对应于移 动宙的f p d c h 控制鼬能实钵，用于实现m s 端对f p d c h 信道的控搴操作。秃 线收发器模耧和天线模型韵功能乖ib t s 援型中的一样，这里不荐赘述。 2 2 ，3 携冀系统酌进程模黧 每个节点的协议实体模块都可以愿进程模型来摇述，这个模型巽传攘述了撩 第2 章l x e v - d v 承统仿真平台 1 3 议的行为，并实现协议的操作。这里用有限状态机来描述每个进程模型，每个状 态懿捺俸可激是c 或e + + 溪言寒窝残。由予本文圭要醭究键爨妻逶褒技术程 c d m a 2 0 0 0l x e v - d v 系统下行链路高速数据信道的表现，因此这里主要介绍一下 b t s 霹m s 懿p d c h c f 遴程模溅。 壁2 2b t s 戆p d c h c f 进程模型 图2 2 凌示了髑煮氍获签枣米搓述瓣b t s 戆p d e h c f 进程摸型。谚褰开始懿 时候进入初贻化状卷，执行其相应的操作，这个状态魁模块的初始化过程，用于 处璎系统傍囊露嚣要瓣一些穰荚售惑，晓蠡分配模块| 蚤、注瓣一些蜀以诖裂懿 模块访问的佰息等。初始化完成以飚就进入等待空闲状态，这个状态对应于 p d c h c f 空溺辩懿跨况。尚有任终事事| ：发生懿列镤，裁转移裂藉怒翡整理状态避毒亍 处联，处理究毕后义网到i d l e 状态等待下一个事件的到来。数据及信息处理状 态对窳蠢予上垂( m a c 瑟) 鼢箍惠帮数据进行福关鲑壤：信惑处理获态焉于处 1 4 东南走学硕士论文 壤来螽予m s 翁售惠，毙强c i 投售售怠、a c k f n