（通信与信息系统专业论文）高速移动通信系统中主控和业务接入部分的硬件实现.pdf

东南大学硕士学位论文 东南大学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。 研究生签名： 鱼耸日 戴：妒午 一 东南大学学位论文使用授权声明 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。 虢率聊签名越 期：呼业盼 摘要 摘要 近几年来，移动通信在全球范围内发展迅猛，第三代移动通信系统逐渐进入商用，但仍将不能 满足移动用户日益增长的需要，有必要研究能更好的支持非对称业务、宽带多媒体、i n t e m e t 及综合 业务的高速移动无线通信技术。根据8 6 3f u t u r e 研究计划拟订的关于新一代蜂窝移动通信系统的研 究目标以及国内外研究发展的状况和趋势，东南大学移动通信实验室提出广义多载波时分双工混合 多址蜂窝移动通信传输技术，以实现峰值传输速率不低于2 0m b p s 的高效分组数据传输。 本论文在此背景下，对基于多种业务类型和时分双工混合多址广义多载波物理层传输技术的媒 体访问控制方式和业务接入方式进行了研究和探讨，并根据相关系统定义和要求设计制作了多业务 集成和系统集中控制的相关硬件设备，在此基础上设计了较完整的程序测试验证了主要的业务演示 和系统控制功能，给系统功能演示和性能测试提供了一套完整的硬件开发平台和设计参考，为下一 步研究工作奠定了良好的基础。 关键词：媒体访问控制综合业务接入p c 工p c bf p g a a b s t r a c t a b s t r a c t r e c e n t l y m o b i l ec o m m u n i c a t i o nh a sb e e nd e v e l o p e dr 印i d l ya l la r o u n d t h ew o r l d t h e3 r dg e n e r a t i o n m o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e mh 弱b e e ng r a d u a l l ym ni n t ou s e ，b u ti tc a n tm e e tu s e r s 鲈o w i n gn e e d si nt h e f u t u r e ，t h e r e f o r ei ti sn e c e s s a 巧t os t u d yo u tan e ws e to fh i 曲- s p e e dm o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o 鲥 w h i c hc 锄s u p p o r ta s y m m e t r ys e r v i c e ，w i d e - b a n dm u l t i m e d i as e r v i c e ，i n t e m e ts e r v i c ea n di n t e g r a t e d s e r v i c e a c c o r d i n gt ot h er e s e a r c ho fn e wg e n e r a t i o nc e l l u l a rm o b i i ec o m m u n i c a t i o ns y s t e mo f8 6 3f u t u r e p r o i e c ta n dt h ee v o l u t i o no fr e c e n tr e s e a r c ha i l dd e v e l o p m e n t 盯o u n dt h ew o r l d ，n a t i o n a lc o m m u n i c a t i o n r e s e a r c hl a b o r a t o 盯( n c r l ) o fs o u t h e a s tu n i v e r s n yi si n v e s t i g a t i n gg e n e r a l i z e dm u l t i - c a m e rt i m e d i v i s i o nd u p l e xx - d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ( g m c - t d d - x d m a )c e l l u l a rm o b i i ec o m m u n i c a t i o n t r a n s m i s s i o nt e c i l n i q u et of u l 锄t h eh i 曲e m c i e n tp a c k e td a t at r 觚s m i s s i o nw i t hp e a kd a t ar a t en o tl e s st h a n 2 0 m b p s i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，w eh a v eag e n e r a ls t u d ya n dd i s c u s s i o no nt h em e d i u ma c c e s sc o n n 0 la n dv 撕0 u s s e i c e si n t e g r a t i o nm e t h o db 弱e do nt h eg m c - t d d x d m ap h y s i c a lt r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g y a tt h es 锄e t i m e 。w ea l s og i v ead e t a i l e dd e s c r i p t i o no nt h eh a r d w a r ei m p l e m e n t a _ t i o no ft h ea b o v ef u n c t i o ni ns u c ha d e m os y s t e ma i m e da tt e s t i n ga n dv e r i 母i n gt h et e c h n o l o g y w 色h a v ea l s od e v e l o p e ds o m ep r o 留锄si n o r d e rt ov e r i f y i n gt h er e l a t e df u n c t i o n a l i t yo ft h i sh a r d w a r ep l a t f o 加，w h i c hi san e c e s s a d rb a s i st o w a r d 如r t h e rs t u d ya n dd e v e l o p m e n t k e yw o r d s ：m e d i u ma c c e s sc o n t r o l i n t e g r a t e ds e r v i c e s p c i p c b f p g a u 目录 目录 摘要i a b s 仃a c t i i 目录i i i 第一章绪论1 1 1 引言1 1 2g m c t d d x d m a 技术简介：1 1 3 实验验证系统简介2 1 4 论文的主要内容和框架结构4 第二章g m c t d d x d m a 系统的m a c 技术5 2 1 概述j 5 2 2g m c t d d x d m a 演示系统的m a c 方式定义6 2 2 1 系统软件体系结构和底层模块功能6 2 2 2 系统混合多址方式定义7 2 2 3 逻辑信道和物理信道之间的映射8 2 2 4 传输速率格式9 2 3 系统对自适应链路技术的支持1 1 本章小结1 2 第三章系统主控板的p c b 设计1 3 3 1p c b 设计概述。1 3 3 1 1p c b 设计流程1 3 3 1 2p c b 设计指导原则j 1 3 3 1 2 1 传输线分析1 4 3 1 2 2 干扰抑制16 3 1 2 3 差分传输共模抑制1 7 3 2 系统主控板的设计1 9 3 2 1 基带硬件系统总体框架1 9 3 2 2 主控板的p c b 设计2 0 3 2 3e p 8 2 6 0 与m p u 中间接口板的设计2 3 本章小结2 6 第四章基于p c ir 2 1 规范数据接口卡的设计2 7 4 1p c i 规范概述2 7 4 1 1总线引脚和时序规范2 7 4 1 2p c i 兼容设备的配置空间2 9 4 2p c i 接口卡的设计 3 1 4 2 1概述31 4 2 2 器件功能介绍31 4 2 3 板卡制作需求3 5 4 2 4 板卡调试3 7 4 2 5 软件设计方案构想3 9 本章小结3 9 第五章主控部分f p g a 的逻辑设计和功能调试4 l 5 1f p g a 内部资源结构4 1 i i i 目录 5 1 1 输入输出块( 1 0 b ) ：。4 1 5 1 2 可配置逻辑块( c l b ) 4 2 5 1 3 片内r a m 4 2 5 1 4 全局时钟4 3 5 1 5 可编程互连线( p i ) 4 3 5 2f p g a 的设计过程和指导原则4 4 5 3 主控部分f p g a 的逻辑功能实现4 6 5 3 1 主控部分f p g a 逻辑规划4 6 5 3 2 基于u s b 2 o 接口的流媒体业务接入通道4 7 5 3 3 基于r o m 控制字的简化m a c 控制机制5 2 5 3 4 收发板a d 、d a 测试通道5 6 5 3 5 主控部分时钟分配。5 7 本章小结。5 8 第六章总结与展望5 9 至；【谓| 6 1 参考文献6 3 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 二十世纪九十年代以来，移动通信在世界范围内取得了规模空前的高速发展，目前蜂窝移动 电话用户数量已达到了1 0 亿的规模，预计到2 0 l o 年这一数字将达到1 7 亿。移动通信业务内容也 正在从传统语音向高速数据和多媒体业务方向演进。可以预见，高性能手持终端将逐渐取代普通 移动电话成为未来无线通信市场的主流设备，未来移动蜂窝网络需要支持高速率( 峰值业务速率大 于2 0 m b i 讹或更高) 、大业务动态范围( 8 k b i t s 2 0 m b i 佻) 以及与各种业务相适应的q o s ( q u a l i 妙o f s e n r i c e ) 保证。面向未来应用，必须研究能更好支持非对称业务、宽带多媒体、i n t e m e t 访问及其 综合业务的高速移动无线通信技术，提供高速率、高频谱使用效率、大容量和低成本的无线多媒 体通信系统方案。 目前，第三代移动通信( 3 g ) 各种标准和规范已达成协议，并已开始商用。但它对以上移动 业务需求的支持仍然不尽如人意，几种标准不能兼容且数据传输速率不是很高。为解决3 g 系统在 使用中所不能克服的困难，世界各主要研究机构、标准化组织以及设备运营商和开发商在3 g 尚未 全面铺开和实用化的时候，已经展开了对“第三代以后”的下一代移动通信技术( b e y o n d3 g 或 4 g ) 的研究。i t u ( i m e m a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n ) 早在1 9 9 9 年1 1 月就正式成立了i t u r w p 8 f 研究组，负责3 g 未来发展和超3 g 有关的频谱以及远景、业务和无线技术的研究。在2 0 0 2 年6 月岍8 f 的第8 次会议上，超3 g 的概念、研究目标及时间表已经获得比较稳定的共识。日本 总务大臣的咨询机构信息通信审议会专门委员会，于2 0 0 1 年6 月完成了第四代移动通信系统 框架建议。n t td o c o m o 公司于2 0 0 2 年1 0 月成功地进行了下行速度最高为l o o m b p s ，上行最高 速度2 0 m b p s 的4 g 无线接入系统室内传送试验。2 0 0 3 年5 月又宣布将开始进行该类系统的的户外 试验。欧盟也将超3 g 的研究列入政府支持的“第六框架研究计划”中，并于2 0 0 1 年8 月成立了 由四家欧洲设备生产商阿尔卡特、爱立信、诺基亚、西门子和美国厂商摩托罗拉组成的w w r f 论 坛( 无线世界研究论坛) ，着手进行第四代移动通信的概念、需求与基本框架研究。韩国有关运营商 和通信研究所也向政府提出了第四代移动通信研究计划。在我国，第四代移动通信已被科技部正 式列入国家“十五”8 6 3 研究计划，并先后于2 0 0 1 年年底和2 0 0 3 年六月发布了两次课题指南，成 立了一系列课题组，启动了名为f u t u r e ( f u t u r e t e c h n o l o g i e sf o r u n i v e r s a lr a d i o e n v i r o n m e n t ) 的未来移动通信研究计划。在移动通信研究开发领域与国际同步发展，实现由跟踪研究到超前研 究的跨越。 。1 2g m c t d d x d m a 技术简介 根据东南大学无线电系移动通信国家重点实验室b 3 g ( b e y o n d3g e n e r a t i o n ) 课题组两年来对后 3 g 关键技术的研究结果，以及对国内外最新进展的综合分析，我们认为开展后3 g 蜂窝移动通信 系统研究开发的有效途径是：以3 g 演进技术为出发点，充分考虑新一代蜂窝通信系统的后向兼容 性，以基于多天线环境的网络结构为构架，以联合空时信号处理和新型t u r b o 接收机技术为提高 系统性能的主要手段，以高效的多相分解滤波器组( f i l t e rb a n l c ) 实现方式为降低系统实现复杂性 的主要方法，并借鉴o f d m ( o n h o g o n a lf 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 ) 系统易于f f t ( f a s tf o u r i e r t r a n s f o n n ) 实现的优点，研究开放式的、能够灵活地吸收其它技术优点的新一代蜂窝移动通信系统 传输技术，使之具有高频谱利用率、低发射功率和支持大动态范围分组数据传输的能力。基于上 述考虑，我们提出广义多载波t d d ( g m c t d d ) x d m a ( g e n e r a l i z e dm u l t ic a 玎i e 卜t i m ed i v i s i o n d u p l e xx d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 蜂窝移动通信传输技术。 l 东南大学硕士学位论文 解决方案的总体目标框架为： 1 )系统可在基本模式和扩展模式下工作。在基本模式下，可把总带宽( 连续或非连续) 为 2 0 删z 的信道分解成1 6 个3d b 带宽为1 2 8 姗z 的基本子载波，通过1 6 个子带的滤波 器组( f i l t e rb a n k s ) 进行多载波合路和分路，多载波滤波器组可通过本课题组的发明 专利技术多相分解和f f t 快速实现：在扩展模式下，可把相邻的基本子载波合成为 带宽为3 8 4 删z 扩展子载波，可根据未来不同国家的频谱分配情况，灵活地分配不同的 扩展子载波，并可实现与3 g 系统的共存与后向兼容。 2 )采用t d d 双工方式，以方便地支持非对称数据业务。 3 )支持x d m a 混合多址方式：每个基本子载波或扩展子载波可采用t d m a 方式、多码道c d 姒 方式、自适应调制编码、空时联合发送与联合检测、自适应时隙结构等技术以及它们之 间的相互组合，以达到支持高效分组传输之目的。 4 )采用极为灵活的x d m a 混合多址方式共享无线资源，每个移动用户可动态地占用一个或多 个基本子载波或扩展子载波，或占用一个子载波的一个或多个时隙、码道等，从而达到 从1k b p s 至1 0 0m b p s 的大动态范围传输的要求；并可通过不同小区间的基本子载波或 扩展子载波的灵活指配，避免t d d 系统所可能遇到的时隙碰撞问题。 5 )可扩展至多天线环境，通过设置多于发射天线数的接收天线，使系统频谱利用率线性提 高，或使发射功率线性降低，从而满足系统容量提高3 5 倍，发射功率降低1 0 d b 以上之 要求。 1 3 实验验证系统简介 基于以上实现目标我们使用相关e d a 工具和器件设计开发了实验验证系统，通过现场实测验 证g m c t d dx d m a 传输方案能否达到预定的主要目标，并为后期研究开发提供必要的依据。 如图1 1 所示，整个g m c t d dx d m a 实验验证系统由一个接入点( a p a c c e s sp o i n t ) 和两个 移动终端( m t m o b i l et e m i n a l ) 组成。其中a p 由固定台和接口组成，它能够接入外部因特网， 同时与本地监控终端( l o c a lm a n a g e m e n tt e n n i n a l ，l m t ) 相连以进行实时的系统监控。其功能相 当于2 g 和3 g 系统中的基站收发器b t s 和基站控制器b s c 。移动终端由移动台和终端计算机组 成，它可以通过a p 接入外部因特网或借助a p 转接而在两个m t 之间通信，且彼此也具备直接通 信的能力。a p 具有同时和两个m t 同时通信的能力。演示系统拟支持的业务类型包含语音、高速 多媒体业务、高速流媒体业务等。峰值传输速率不低于2 0 m b p s ，误码率不低于1 0 曲b p s ，频谱利用 率为3 g 系统的3 5 倍。 图1 1g m c - t d d x d m a 实验验证系统构成示意图 g m c - t d dx d m a 实验系统是基于自适应链路技术、时分双工技术、混合多址技术、扩频技 术的多载波系统。上、下行链路均采用多载波方式，将连续或非连续的约2 0 黼z 的总带宽分成若 干个3d b 带宽为1 2 8 删z 的基本子载波或3 8 4 姗z 的扩展子载波。考虑到未来上、下行链路业 务量的不对称性，系统采用配置十分灵活的时分双工( t d d ) 方式。各子载波中均可进一步采用t d m a 或c d m a 方式，以构成x d m a 混合多址方式。每个子载波、码道和时隙均可按需要分配给不同的移 2 第一章绪论 动用户，信道的最小单位是一个子载波中的一个时隙中的一个码道，系统可根据业务的需求分配 码道、时隙和子载波数量。 本实验系统拟采用的扩频码片速率为1 2 8m c p s ( 基本子载波) 或3 8 4m c p s ( 扩展子载波) 。 拟采用自适应链路技术( 包括自适应编码调制、自适应时隙结构等) ，使系统能够根据应用环境( 如 信噪比、移动台移动速度等) 和业务要求的不同而自适应地调整链路参数，最大限度地提高无线 资源的利用率。 考虑到多天线环境下空时联合发送和联合检测的实现难度较大，完整的技术实验拟在f u t u r e 计划第二阶段进行。在第一阶段本实验系统拟采用单天线发送、四天线接收的简化形式，可使系 统容量较单天线收发系统提高达2 倍。 整个系统的硬件设计利用e d a ( e l e c t r o n i cd e s i g l l a u t o m a t i o n ) 工具，采用自项向下的设计方 法，在链路仿真的基础上，设计基于f p g a ( f i e l dp r o g r 锄m a b l eg a t ea 1 1 r a y ) 的硬件平台。 系统硬件平台由模拟前端、基带处理、系统主控c p u 、接口电路四个主要部分组成，如图1 2 所示，各部分的描述如下： 槿拟前端 对移动台和固定台来说，这部分基本相同，主要包括收发天线、l n a ( l o wn o i s ea m p l i f i e r ) 、 功放、上下变频、中频a g c ( a u t og a i nc o n t r 0 1 ) 、调制解调等。 基董处理 包括基带发送、基带接收、系统定时提取三个部分，如图1 3 所示。基带发送部分由多载波合 成滤波器组和若干个单载波基带发送部分等组成。其中单载波发送部分包括自适应编码调制、多 码道扩频等部分。基带接收部分包括多载波分析滤波器组和若干个单载波基带接收等部分，其中 每个单载波基带接收包括：扩频码捕获与跟踪、空时联合检测、多码道解扩、维特比译码等部分。 系统定时提供整个系统接收与发送所需的各种定时信号，其中码片定时和符号定时由扩频码捕获 与跟踪部分提供。 丕统圭整里型 负责移动台( 固定台) 的系统控制与管理、协议处理以及它们与终端计算机( 因特网) 的连 接。移动台和固定台可采用统一的m p c 8 2 6 0 主控板。根据两者基带和射频的不同要求在实时多任 务操作系统r 1 旧s ( r e a lt i m eo p e r a t i n gs y s t e m ) ( v x w 6 r k s 或v r t x 等) 平台上灵活配置并装载 相应的控制驱动、简单信令和业务协议。 接旦鱼整 实现移动台( 固定台) 与外界的接口，本系统中接口电路包括两部分。主控c p u 部分采用以 太网接口与外部终端或i n t e m e t 相连。流媒体业务部分以p c i 或u s b 2 o 接口与业务终端相连。 图1 2 固定台和移动台整体结构示意图 3 东南大学硕士学位论文 自适 应解 码 湘倒删荤悟吨 图1 3 基带处理部分 基于a p 和m t 硬件平台之上的系统软件运行于主控c p u 和外部终端计算机上。总体框架如下： 资 源 控 制 和 管 理 多媒体业务应用层协议 信令控制和维护 ii 传输层和网络层协议 信令传输链路管理协议ll 无线业务链路管理协议 媒体接入控制层 物理信道发送和接收驱动 图1 4 移动台和固定台的系统软件结构框图 1 4 论文的主要内容和框架结构 本论文主要论述了东南大学移动通信国家重点实验室承担的国家“8 6 3 ”f u t u r e 计划b 3 g 技术 课题组所研究的g m c t d d x d m a 基带传输通信技术课题及其实验验证系统中主控和业务接口部 分的相关技术和功能要求，结合具体硬件实现和功能测试方案进行了较细致的展开描述和讨论。为 项目后续研究提供必要的平台基础和设计参考。全文共分六章： 第一章绪论，介绍了g m c - t d d x d m a 技术的研究背景，计划达到的主要技术指标和考虑实现 的由多项核心技术构成的总体方案。并对实验验证系统平台设计框架进行了总体描述。 第二章重点介绍了基于以上技术的混合多址定义、媒体访问控制方式的相关概念和实现技术， 以及系统中考虑实现的有效提高无线资源利用率的链路自适应技术。 第三章结合电路板设计的各项原则和演示系统硬件构架和功能定义，详细描述了系统主控电路 板的设计思路、方法和具体设计过程以及设计完成后与调试有关的一些事项。 第四章主要介绍了作为系统备选的流媒体业务接入方案之一的p c i 数据接口板卡的电路设计规 范、设计和调试过程，并简要论及其上层软件的设计构想。 第五章结合数字系统设计的相关原则和要点以及演示系统相关设计定义具体描述了主控板承载 的f p g a 接口控制逻辑设计及其测试验证实施方案和测试结果。 第六章总结与展望，对所完成的工作进行了总结归纳并提出了对下一步工作的设想和意见。 4 拢嚣蚴 ， 接口 2 1 概述 第二章g m c t d d x d m a 系统的m a c 技术 无线网络一个明显特征是多个源宿节点共享无线媒体这一大容量信道，而且这些节点随机动态 的分布在整个信道的各处。对于这样的网络结构，需要确定各个节点分布式共享信道的方式，称为 多址接入( m a ) 。网络中相应用于完成用户业务或信令与物理层链路之间接口的功能模块称为媒体 接入控制( m e d i 啪a c c e s sc o n t r o l 或m a c ) 。 通常较为可靠的多址接入方式是将信道分割成若干个固定的子信道，每对源宿端排他的占用相 应的一部分用作彼此传输通信，这种信道分配方式称为固定分配，如频分多址f d m a 、时分多址 t d m a 、码分多址c d m a 。每种多址方式又可以使用f d d 或t d d 双工方式区分上下行链路。相应 的蜂窝移动通信系统有高级移动电话系统a s ( f d m a f d d ) ，全球移动通信系统g s m ( t d m a f d d ) ，无绳电话c 他( f d m a 厂r d d ) 和美国窄带扩频( i s 9 5 ) ( c d m a f d d ) 等等。在分 组无线电( p r ) 中则使用随机分配如a l o h a 和c s m a 等分配方式。这类系统中无线媒体是完全开 放共享的，系统中的用户试图用一种分散( 或协调性很小) 和相互竞争的方式来接入信道。分组数 据采用突发方式发射，通过接收端的反馈确认( a c k ) 信号来判别发射是否成功( 有无碰撞损失) 。 若发生碰撞，则等待一段随机时间后再次重新发送分组。分组竞争技术的优点在于当用户数较多时， 所需的信道资源和软硬件开销较少，缺点是q o s 不容易得到较好的保证。相应的可以用吞吐量( t ， 单位时间内成功发射的平均信息数量) 和一个典型分组所经历的平均延时( d ) 来衡量竞争技术的 性能。除此以外还有一种空分多址s d m a 方式使用定向波束天线来控制辐射能量以服务于不同用户。 不同波束覆盖范围内的区域可以使用相同的频率或不同频率。其应用有典型的小区扇形天线以及目 前处于广泛研究中的自适应天线阵列技术。对于不同的多址方式、上层网络业务类型和下层物理层 链路特征，系统需要确定有效的控制和管理m a c 机制以提高资源使用效率。 对于同时支持语音和数据等综合业务的w c d m a 和t d s c d m a 等第三代蜂窝移动通信系统， 其m a c 协议按一般规范定义是介于无线链路控制r l c 子层和物理层( l 1 ) 之间的接口实体。 它 和r l c ( r a d i ol i n kc o n t r 0 1 ) 子层共同构成数据链路层( l 2 ) 的主要部分。r l c 子层提供与无线传 输技术紧密相关的自动重复请求( a r q ) 功能，它对于高层的控制和用户平面没有差别。m a c 子层 向其提供m a cs d u ( s e r v i c ed a t au n i t ) 无确认的传输。另一方面，网络层( l 3 ) 的最低子层无线 资源控制( r r c ，r a d i or e s o u r c ec b n t r 0 1 ) 子层与m a c 子层之间也有信息交互。m a c 要测量并向 r r c 汇报逻辑信道业务量和传输信道质量，r r c 则根据这些信息对m a c 发出请求进行无线资源的 重新分配和m a c 参数的改变，例如重新配置m a c 功能，改变u e 标识、改变传输格式集、改变传 输信道类型等等。在某些场合比如w c d m a 系统在t d d 方式下m a c 能自主处理资源分配。面向 物理层，m a c 需要完成上层逻辑信道和下层传输信道之间的映射，还要根据业务情况和传输信道的 使用情况进行传输格式( t r a n s m i s s i o nf o m a t ) 选择，以提高传输信道利用率。传输格式选择在每个 用户占有的无线资源上对所有业务组合进行。m a c 子层与其他子层的相互关联如下图所示： 5 东南大学硕士学位论文 l 3 上层 一一一逻辑信道 l 2 m a c 一一一传输信道 l l 厂图2 1第三代移动通信系统m a c 子层与其他子层的相互关系 2 2g m c t d d x d m a 演示系统的m a c 方式定义 2 2 1 系统软件体系结构和底层模块功能 在我们研究设计的g m c t d d x d m a 系统中，既借鉴了比较成熟的第三代系统的系统软件体系 结构，同时也作了针对性的修改以更好的适应当前业务演示要求和未来系统发展的需要。改进后的 系统软件体系模块化结构如下图所示： 图2 2 系统软件体系结构 其中第二层数据链路控制层负责建立、维护、释放一个业务传输的动态连接。可细分为无线链 路控制子层( r a d i ol i i l l ( c o n t r o l ，r l c ) 和d l c 基本传输功能层( d l cb a l s i cd a t at r a n s p o r tf u n c t i o n ) 。 其中r l c 子层由关联控制( a s s o c i a t i o nc o n t r o l ，a c ) 、无线资源控制( r a d i or e s o u r c ec o n t r o l ，r r c ) 、 d l c 用户连接控制( d l c u s e rc o n n e c t i o nc o n t r o l ，d u c c ) 、无线链路控制( r a d i ol i n kc o n ”o l ，i 也c ) 等模块构成。d l c 基本传输功能层由媒体访问控制( m a c ) 和差错控制( e r r i o rc o n t r o l ，e c ) 等模块构成。 如图2 3 所示。 6 i。，；ii-1 中控制的无线资源动态分配体制，并以0 8 2 5 m s 的周期发送m a c 数据帧。对无线资源的动态分配由a p 侧的相关算法实现。基于应用和q o s 要求的动态分配算法需要的输入参数如a p 和m t 的缓冲状态等消息 通过m t 的资源请求控制信息r r 输入，算法输出的分配方案通过资源允许r g 控制信息回送给m t 。差错 控制功能负责侦测和恢复无线链路的传输差错。在系统中的每一个用户d l c 连接都分配有专用的差错 功能用于保证无错误的传输连接。它同时要负责数据包的顺序发送和接收。最下层的物理信道驱动 层负责完成物理信道参数的初始化、信道收发缓冲的访问和与m a c 层的控制与信息交互。 2 2 2 系统混合多址方式定义 在g m c t d d x d m a 系统中，采用时分双工方式区分上下行链路，多址方式则混合了f d m a 、 t d m a 、c d m a 等多种蜂窝系统的常用分配方式，称为混合多址( x d m a ) 。在混合多址中，c d m a 作为一种可选方式，应尽量避免使用以去除多址干扰。实际情况下将多个码道分配给一个或很少几 个用户就可以了。f d m a 是指不同的子载波( s u bc a r r i e r ) 可以分配给不同的用户，而t d m a 是指 不同用户可以通过不同的时隙加以区分。基于以上混合多址方式，包括子载波、时隙以及码道等的 无线资源( r a d i or e s o u r c e ) 可以以非常灵活的方式选择分配给每个用户，从而支持各种速率的移动 终端( m t ) 及相应的业务类型。这一点对于支持未来集成了语音和多媒体及其他高速业务的网络具 有重要的意义。下图2 2 给出了演示系统中一个物理层基本帧结构的定义，它由1 2 个长度为o 8 2 5 m s 的时隙组成。时隙是进行信道估计的单位。上下行链路通过一个o 1 m s 的特殊时隙切换点来进行t d d 切换。 7 ，j 、。? 1 1o 。，鬈。”，：_ 一， ，t 。，： t s 0 t s llt s 2l t s i t s ( i + 1 ) f t sl lf 学厂 ；潞爱慧一口凝莓i ；： 图2 4g m c t d d x d m a 演示系统的物理层基本帧结构 图2 3 给出了每个帧对应的无线资源单元分配的示例( 按定义，一个子载波的一个时隙的一个 码道称为一个无线资源单元一r a d i or e s o u r c eu n i t 或r r u ，下图中假设码道分配给同一用户所用因 7 东南大学硕士学位论文 而不加区分，这也和系统的实际设计相一致) 。其中横轴代表时间( 时隙) ，纵轴代表子载波编号： 一：”j ：一i j ，j o i 。? 。：一+ _ 。一+ l ? “t ? ：? 。誓一一j t ，? 、：，? 0 、：灞 一，一， 积 ， _ 曩曝i t s 8t s 9 s 1 0t s l i ，t s o 。幅l +j 丁s 2t s 3 t s 4丁s 5 +。i s 6 t s 8t s 9t s l ot s l l t s ，、 t s 8t s 9 t s l 0t s l l 震 t s _ 7 t t s 0t s lt s 2t s 3 t s 4r s 5t s 6 ， f t s 0t s tt s 2t s 31 葛4 t s 5t s 6 ， 、 * t s 0聪11 _ s 2t s 3t s 4 t s 5t s 6 t s 7 t s 8 。t s 9 一 t s l 0t s “ fjf p ， 豳 w t s o 。丁s 1 。 。t s 2t s 3t s 4t s st s 6 t s 7 ： t s 8 t s 9t s ot s l l 豳 ，f t s ot s lt s 2t s 3 ：1 s 4t s 5t s 6 丁s 7 zt s 8 t s 9t s l ot s l l ” f # ， 辫 t s 7 葛t s 8t s 9 。t s l ot s l lt s 0 一，t s tt s 2一t s 3t s 4t s st s 6 霞 。v r s ot s l丁s 2t s 3 t s 4t s 5 t s 6 t s 7 ，i t s 8 t s 9 。 t s i o t s l l ， 鳕 t_ t s ot s lt s 2t s 3 t s 4 t s 5 t s 6丁s 7 。7t s 8 t s 9t s l o t s l l 4 ，磊 石 0 毳 丁s ot s lt s 2t s 3t s 4t s 5t s 6 g t s 7 ： t s 8t s 9 一t s i or s l l ， 雪 “ t s ot s l 。t s 2 t s 3t s 4t s 5t s 6 。r s 7 ： t s 8 一t s 9t s l ot s “ n z ：碧 t s ot s lt s 2t s 31 丐4t s s1 s 61 苫7 t s 8t s 9t s l ot s l l 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c h ( r a n d o ma c c e s sc h a n n e l ) c h a n n e l ) p i c h 、u d p d c h ( u p l i n kd e d i c a t e d p h y s i c a ld a t ac h a n n e l ) d t c h ( d e d i c a t e dt r a 伍cc h a n n e l ) d d c hd p c h ( d e d i c a t e dp h y s i c a lc h a n n e l ) p i c h 、 上行和 ( d e d i c a t e dd a t ac h a n n e l ) 、d c c h ( d e d i c a t e dd p d c h ( d e d i c a t e dp h y s i c a ld a t ac h a 衄e 1 ) 、 下行 c o n t r o lc h a n n e l )d p c c h ( d e d i c a t e dp h y s i c a lc o n t r o lc h a n n e l ) 表2 1 物理和逻辑信道定义和