（通信与信息系统专业论文）高速分组接入技术（hspa）的研究.pdf

北京交通大学硕士论文 v8 9 9 2 9 中文摘要 摘要 h s 黢技术楚第三代移裁遥费系统数增强型援零。本文基于糖瑾茬对 h s d p a 和h s u p a 技术进行研究，通过链路级仿真对h s p a 的性能谶行研究 与分析。 蒋先奔绍3 g 静三耱栋端：税巍a 、c d 凇2 o 、l d s c 黼，窃 捋蘸主 要区别主要在于空中接口部分，本文着煎研究w c d m 标准中h s p a 技术的 特点，阐述了h s 鼢技术作为3 g 翦增强裂技术为w e d 凇系统带采驰好缝。 h s d p a 是高遗下行增强趔技术，h s d p a 主要采用了自适应的编码和调 制( a ：a d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g ) 、快速混合自动重传( h a r q ： h y 醅 d 躲0 ) 稳嵌速调度技术。本文逶避接囊黠舔瓣a 与鹬9 孛戆醛e h 信谴性能进行深入比较分析，仿真结果表明h s d p a 的容量是d s c h 的二倍， 吞吐擞是d s c h 的三倍。h s u p a 是w c d 6 l a 的上行增强型技术，与h s d p a 是 朝对寝的，车文讨论h s # 融静特点并对h 洲融的毪鼹进行研究。铮对h s u p a 物理屡进行了一贱仿真，包括不同时隙( t t i ) 情况下的性能比较、不同 编码方式鞋及不阏焦道组合的馕况，并瓣铰真结果遴牙研究与努毒霞。最 后提出了进一步的研究方向。 论文的仿真部分是基于l i n u x 环境下的c 语言仿真平台，即从数据 漂毙翡嚣始进行壤翻c 黔、镥输袭缀联璐安分害l 、螺遂壤码、冤线犊逸 衡、第一次交织( 2 0 ，4 0 或8 0 m s ) 、无线帧分割、速率匹配、倦输信道 复用、物理信道分割、第二次交织、物趣信道映射，这一系列物理流程 搭建的仿真系统。 关键调：高速下哲链路分组羧入，毫速上行链路分缝接入 北京交通大学硕士论文英文摘要 h s e ai s 舳e n h 粕c e dt e c h n o l o 蹦自叫3 gw i r e l e 站c o m m 岫i c a 曲n s y s t e m w bd i ds o m el i n ks i m u l a 怕nt o 咖d yt h ep e r f o 删柚c eo fh s p a t e c l l l l o l o g y t h et l i i r dg e n e r a lc 0 衄u n i c a t i 0 s y s t e mm a i l yh a st h r e es t a n d a r d s ， a n dt h e ya r ew a ) m a 、c d m a 2 0 0 0 、t d - s c d m a t h e 呦i nd i f f e r e n c e 砌o n gt l l et l l r e es t a n d a r d si st h a t 也ea i fi n t e r l a c eh a sc h a n g e da1 0 t t h e c h a m c t e r i s t i c so fh s p at c c h l l o l o g ya f e 咖d i e di n 也i s 也髂i s ，k l u d 崦也e b e n e 觚t ow c d m a h s d e ai sh i g hs p e e dd o w n l i i l l 【e l l 柚c e dt e c h n o l o g y ，柚da 】c 、 h a r o 柚df a s ts c h e d u l i n gt e c h n 0 1 0 9 ya 坤u 刚i nh s d p a t h ep e r f o 】f i 锄c e o fh s d aa n dd s c hi nr 9 9h a sb nc o m p a r e db ys o m es i m u l a t i o n s t h e r e s u l t so ft h cs i i n u l a t i o ns h o w st h ec a p a d t yo fh s d p ai sd o u b l eo fd s c h a n dt h et h r o u 曲p u ti st 、v i c et l l 柚d s c h h s u p at e c h n o l o g yi sh i g l l 印e e d “p “j l ke h 眦e dt e c l l 0 1 0 9 y ，a n ds o m es i 咖l a d 曲s 玳s e t j i lh s u 队p h y s i c a l l a y e i n c l u d i n gt l i ec o m p a r i s o no fp e r f o m a n c eb c t w e e nd i 恤r e n tt t i 、 d i 踟r e n tc o d i l l gt y p e s 柚dd i 恤r e n tc h 锄e l m b i 岫曲n n et h e s i sa l s 0g a v e s o m e 柚a l y s i sf o rt h es i i n u l a 廿o s u l t s ht h ee n d ，t h et h e s i sg a v et l l en e x t w o r kf b r t h er e s e a r c h t h es i m u l a t i o no ft h et l l e s i si sb a s e d 曲t l l ec + + l a n g l l a g es i i i l u l a t i o n p l a t f o 珊i i l n u xe n v i r o m e n t n es i m u l a d o np 1 0 c e s si s 舶mn et l l 们 c h 叩t e ri n t r o d u c e dt h ep e r l b r n l a n c eo fp h y s i c a l l a y e r ，s u c ha s 血t ar e s 0 1 l r c c ， c r ca t t a c h m e n t ，b 1 0 c k c o n c a t e n a t i o n ，s e 萨忙n t ， c h 姐n e l d i n 岛 伯t e m a t c h i “舀1 托hm u m p l e x i n g ，p h y s i c a l c h 釉e 1 s e g m e n t a 6 0 n ， 2 n d i n t e n e a v i “g ，p h y s i c a lc h 珊e lm 3 p p i n 舀e t c x e y w o r d s ：h s d f i a ，h s u p a 北京交通大学硕士论文 第一章绪论 第一章绪论 本章首先对移动遥信的发展历史进行了简单回颥；然后介缁了第三 代移动通信技术的三种主要标准的特点以及发展趋势，使我们对第三代 移动遴蘩增强型技术 l s e 黻耪氍u 戳技寒毒蔻俸靛把握。 1 1 论文背景及选题意义 穆动通信由最初的第一代模拟移动通信系统、第二代数字移动通信 系统发展到了目前各国积极研发的第三代宽带数字移动通信系统。3 g 正 向着夫系统容量、瓷摄务矮蘩，多韭务( 话音、銎像、数据等) 静方淘 前进。未来的移动通信系统第四代移动通信系统的概念也已经出 现。缎溉移动遥信鲍发展史，北荧删p s 、欧溯t a e s 、北欧n 姆、德国c q 弱 以及日本n t t 等系统是第一代模拟系统的代表。第一代模拟系统的容量 小，频谱利用率低，保密性能靛，仅提供语音服务，不能传输数据。随 之磊采豹是鞋欧溯懿g 瓣系统、美国i s 一5 唾羁i s - 9 、强本p 菠簿系统 为代表的第二代数字移动通信系统，它能够提供数据传输速率也只有 9 6 b i t s ，最高可选3 2 k b i t s 。在此情况下，具有9 6 一1 5 0 k b p 8 传输能 力的遴耀分组无线电监务( g 艨s ：g e n e r 8 lp a c k e tr a d i os e r v i c e s ) 系统和3 8 4 k b p s 传输能力的增加数据速率技术( 叻g e ：e n h a n c e dd a t a r a t ef 。re 勰o l u t i o n ) 野始出现，势成戈彝第三我移动逶售系统过 渡的中间技术。 作为新一代的第三代移动通信系统，相对于第一代和第二代移动通 籍，箕主要作躅蹩熊够校丈强满足了广大潮户藩多媒镰、高数据速搴穆 北京交通大学硕士论文 第章绪论 动遂绩蜇务逮鬟求，数豢韭务将在3 g 巾占套主警_ | 蓦位。与瑗蠢戆第二 代移动通信系统相比，3 g 除了能提供话音业务之外，还可以方便地进行 网更浏览、收发电子邮件、使用可视电话、视频点擐等多媒体业务。 i 浒2 0 的关键特性和磊标怒提供全球焉缝覆盖，露且具有全臻漫游韭 务。主要包括以下五个方面：全球漫游；适应多种环境；能提供高质量 敬多媒体业务；怒够煞系统容量、强大的多秘用户簿理齄力、褰保密性 能和服务质量；便于过渡、演进。为实现上述目标，1 岍_ 2 0 0 0 对无线传 输技术提出了以下要求：高速率的数据传输以支持雾媒体业务，室内环 境至少2 涵p s 、室纷步孬珲臻至少3 雒k b p s 、室努车辆环境至多l 4 珏p s ； 传输速率按需分配；上下行链路能适应不对称业务的需求：简单的小区 结构秘菇予管理躲信道结构 灵活舱频潦和无线赘源的管理、焱统配置 和虢务设施。 穆动通信技术的发展过程中，提升系统容量、丰富业务承羧和降低 运营城本壹是凝生接本链裳襄发震戆羧心动力。涎藩麸g 涮g p r s 是 w c d 姒的演进，1 弼随着互联网和信息社套的发展，特别是基于i p v 6 的新 代甄联网的出现。对复杂网络和多媒体业务，诸如多用户游戏、实时 璃惑、在线赡秘、个人公装簸据痒接入班及电影下载等应潮静需求， 使得分组数据业务作为数据业务的主要形式得以应用。这些大裙量数据 对3 g 系统提出? 更矗的要求，要求系绞毙够提供燕褒静传输逮李和更 小的时间延迟酌数据传输能力。同时随着用户对高遵数据业务需求的不 断增加和对服务质量的更高要求，以及竞争技术的挑战，基于r e l e a s e 9 9 ( 秘9 ) 豹g e 粼两络己开始不麓满是速一趋势秽葵隶，毽爨：斑裁要求 对自身进行新的改进和突破。 为了满足此要求，通过对空中接口的改进，3 g p p 组织在r 5 中s l 入 了h s d p a 莪术，谯晒中；l 入了与之相对墩的h s u p a 技术。基于r s 的鹋d p a 北京交通大学硕士论文第一章绪论 和r 6 的h s u p a 技术，将可以基于现有w c d m a 网络架构提供具有突破性 的高速数据传输服务，下行数据传输方面h s d p a 可达到1 4 4 m b p s 的速 度，而同时通过h s u p a 使上行链路方向上的数据传输速度达到5 7 6 舳p s ， 远远超过r 9 9 和r 4 网络中的上下行3 8 4 k b p s 。h s u p a 则是继h s d p a 后，w c d 姒标准的又一次重要演进。 1 2 论文的主要工作与贡献 本论文对当前的热点技术_ h s p a ( h s d p a 和h s u p a ) 技术进行了深 入研究，通过物理层链路级的仿真分析与研究，对上下行链路的性能予 以探讨。具体工作包括： 深入研究3 g p p 中的w c d m a 标准特点； w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 、t d s c d m a 技术的比较研究； h s d p a 技术的主要特点研究； h s d p a 技术的仿真研究：不同功率模型、不同信道模型情况下 的吞吐量、误块率的分析比较： h s u p a 技术不同时隙链路级性能比较，时隙选择问题研究； h s u p a 技术编码方式对性能影响比较； h s u p a 技术不同速率情况下性能比较。 北京熊通大学颈士论文 第二：章第三代移动通信技术 第二章第三代移动通菇技寒 2 。l 第三我穆凌逶甓技寒黪发怒壤提 在第三代移动通信规范提案的概念评估过程中，宽带码分多址 ( 蜒0 啦) 技本黻其自身的技术优势成鸯3 g 蘸主滚技术之一。这里主要 介绍w c 猁a 起源、面临的移动通信市场和业务状况、w c 晰a 技术特点、发 展现状和演进方向。w c d 姒主要起源于欧洲和日本的早期第三代光线研究 活动，g s 豹基夫成璃对第三戎系统在欧测趣标准托产生重大影确。欧溯 于1 9 8 8 年开展r a c ei ( 欧洲先进通信技术的研究) 程序，并一直延续到 1 9 9 2 年6 月，它代表了第三代无线研究活动的开娥。1 9 9 2 一1 9 9 5 年之闻 欧渊开始了姒c ei i 程序。觥s ( 先遴逶信技术和、监务) 建立于j 9 9 5 年底， 为u m t s ( 通用移动通信系统) 建议了f 洲e s ( 未来无线宽带多址接入系 统) 方案。在这艘莩期研究巾，对备穆不圈的接入技术包捶t 粼、c d 凇、 o f n m 等进行了实验和评估，为w d 黼奠定了技术赫础。 第三代移动通信系统的三套技术实际上采用的是同一套核心网络规 范，不同静无线接入技术。其菝心魏络静主要鹫赢虢是重撬扶g s m 弼鳍 向w c d m a 网络的演进，这是由于g s m 的巨大商业成功造成的，谜种演进 是以g p r s 技术侔为中闻承接蛉。在3 g p p 成员和专窳的努力下，职d 姒邑 经报出了成熟酌可供商用的版本r e l 8 0 9 9 和包括t d s c b 醅a 全套趣范的 r e l e a s e 4 版本。但是，由于无线通信技术和i p 技术的迅速发展，w c d m a 标援瞧在不蘸发袋申，耨戆蓑吝无线技寒帮棱心穗终技术盘霞不叛被挝 出和采纳。 北京窝通大学硕士论文 第= 章第三代移动通信技术 2 。2 三释标潦鹣籍煮 1 9 9 9 年“月，i t u _ 雕g 8 l 会议确定了5 个i m t 一2 0 0 0 无线接口技 术鑫奄穰檠 圭标准。主流体制童要努荛三丈獒，包括# 固融、e d 麟0 弱 我国的t d _ s c d i a ，焦点主要集中在w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 上。而基于第二代 移动通信的考虑釉曩前全球范围内3 g 的拟应用情况，可以说w e d 嫩已经 事实上成为最为主流、应用藏酮最广的蠢线传输技术。 2 。2 。1 w c d 觚a 的主要特点 牝d m a 是一个宽带直扩码分多址( d s c d 凇) 系统，即通过用户数据 与由c d m a 扩频码褥来的伪随机比特( 称为码片) 相乘，从而把用户信息 比赞扩展到宽豹带竟主去。必支持赛豹魄蒋速率( 簸离霹这2 撼i t 压) ， 采用了可变因予和多码连接，使用3 8 4 m c h i p s 的码片速率需要大约6 瑚z 的载波带宽。 黼d l 茬矗掰罄有的较宽鲍载波带宽往箕麓支持意的用户数据涟率并且 也具有某些性能方面的优势，例如增加了多径分集。w c d m a 支持各种可变 缒用户数据速率，宅能很好圭敷支持露宽辩求( b o 妨静概念。给每个惩户都 分配一些1 0 m s 的帧，在每个l o m s 期间，用户数据速率是恒定的。然而 在这贱用户之间的数据容量从帧到帧是可变的。这种快速的无线容量分 配一般是由羁络采控裁，鞋选翻努缓数攒_ 媛务麓最佳器畦量。聪戳支持 两种旗本的工作模式：频分双工( f d d ) 和时分双工( t 叻) 。在f d d 模式 下，上雩亍链路和下行链路分g h 使用薅个独立的5 z 的载波，在t d d 模式 只使翊一个5 潲z 载波，在上下行链路之闻势对共享。 北京交通大学硕士论文 第二章第三代移动通信技术 表2 1 ：w c d m a 标准的参数 空中接口规范参数参数内容 复用方式 f d n 基本带宽3 羽胍z 每载波时隙数 1 5 码片速率3 8 4 m c h i p s 无线帧长 1 0 m s 信道编码卷积编码、t u r b 0 编码等 数据调制。p s i 【( 下行链路) ，b p s k ( 上行链路) 扩频方式 功率控制开环+ 闭环功率控制，控制步长为l d b 、2 d b 或3 d b 分集接收方式 r a k e 接收方式 基站问同步关系同步或非同步 业务复用有不同服务质量要求的业务复用到一个连接中 多速率概念可变的扩频因子和多码 检测 使用导频符号或公共导频进行相关检测 多用户检测。智能标准支持，应用时可选 天线 支持的核心网 g s m m a p 上行链路是移动台到基站的连接，下行链路是基站到移动台的连接。 t d d 模式在很大程度上是基于f d d 模式的概念和思想，加入它是为了弥补 基本w c d m a 系统的不足。 w c d 姒支持异步基站操作，这样就不用像同步的i s 一9 5 系统那样需 要使用一个全局时间参考量。w c d m a 在上行链路和下行链路中采用基于导 频符号或公共导频的相干检测。w c d 姐空中接口中包括一些先进的c d m a 北京绽通大学硕士论文 第二颦第三代移动通信技术 接收机理念，但是它们根本不可能应用，要么就是只能在一些苛刻的条 律才能瘟矮，蔼蠢在毪藐方鞭挺离有双。黔d 融穗与g s m 旃霹工终。鑫踅 w c d m a 支持与g 洲之间的切换，这样就熊够在引入w c d 姒后达到增加g s m 覆盏瓣曩的。 2 2 2c d m a 2 0 0 0 的主露特点 c d 2 0 0 8 分成嚣个方裳，邦e d 2 0 0 和l x 彝。翻a 2 0 0 铲3 x 撵令除段+ c d m a 2 0 0 0 一1 x 信号带宽为1 2 5 胍z ，码片速率为1 2 2 8 8 m c h i p s ； c d m a 2 0 0 0 3 x 采用多载波c 眦技术，前向信号由3 个1 2 5 删z 的载波组 袋，反海信号燕信号带宽为5 疆z 戆单载波，羁片遴率为3 6 8 6 锱e h i p s ； 兼容i s 一9 5 b ；前反向同时采用导频辅助相干解调：快速前向和反向功 率控制：前向发射分集：o t b 、s t s ；谈道编码；卷积码和t u r b o 玛， c d m a 2 0 0 0 一h d o 最高支持2 4 抽i t s 嬗务速率，c d 粥8 2 0 一3 x 最高支持 2 m b i t s 业务速率；可变帧长：5 m s l0 l l l s 2 0 m s 4 0 m 8 8 0 日s ：支持f 一0 p c h ， 延长手撬嫠极孵翔：榱心网络基于蜊s l q l 跨噻戆演避，并器持鸟勰s i 一4 l 的兼释性：网络采用g p s 同步，给组网带来一定的复杂性，支持软切换 和更软切换。 北墩交通大学硕士论文第二章第三代移动通信技术 表2 2 漱2 0 0 0 空中接弱参藏 空孛接磷援薤参数参数蠹容 复用方式f d d t d d 基本带宽1 2 5 删z 或3 7 5 姗z 每载波辩辕数 l e ( 萁孛7 令对辕菝曩董# 监务辩骧) 码片速率1 2 2 8 3 6 8 6 4 h j p s 无线帧长 l o 5 m s 接遂编码卷襄骧羁、翔 b 羁等 数据调制妒s k ( 下行链路) 、b p s k ( 上行链路) 扩频方式q p s k 扩叛燕子数鹾 4 5 1 2 功率控制 开环+ 闭环功率控制控制痔长为l d b ，可选 o 。5 ，o 2 5 d b 势集接嫒方式r a 妊接救技求 基站闻同步关系需要g p s 同步 核心网 s n i 一4 1 2 2 3t d - s c d m a 的主要特点 霭一s 裙凇技零静信号带宽：i 燃；羁片遴枣j 2 8 耗i s ；栗掰 智能天线( s m a r ta n t e n n a ) 技术，提高频谱利用效率；采用同步c d 姒 技术，降低上行用户间的干扰和保护时隙的宽度；接收机和发射机采用 软件无线电( s 。f t r er a d i o ) 技术：采用联合梭测技来，降低多址干 扰；多时隙c d m a + d s c d m ，具有上下行不对称信道分配能力，适应数据 韭务；采用接力切换，驿低掉话率，捷薅切换的效搴；语音编鹦；埘r 与 g s m 兼容；核心网络基于g s m g p r s 喇络豹兼容性；基站问采用g p s 或者 北京交通大学硕士论文第= 章第三代移动通信技术 网络同步方法，簿低基站润干扰。 表2 3t 卜s c d 撇标准的参数 空孛接岛捌簸参数参数癍吝 复甩方式鞠d 基本带宽 1 6 粕z 每载波鞋藏效 1 0 ( 其中7 个鞋壤被爱痒韭务融辍) 酶片速率 l ，2 8 驰h i s 无线巾贞长l o m 8 ( 每个1 0 m s 的无线帧被分为2 个5 m s 的予帧) 攘道缡褥卷骞 箱玛、l h r b 。壤玛等 效据骥糊船s x 帮螨k ( 惠遵率) 扩频方式0 p s k | 功率按涮汗环翅筇葫毒藏割，按裁步筏1 d 酞2 柏或3 i 功率按涮逮攀 2 0 8 次，s 智能天线在基站端由8 个天线组成必线阵 基站鬻鞫多美系黼参 多提户梭测倥耀 业务特性多称和非对称 支持的核心两g s 持一i & p 2 。3 1 技拳靛巍避瞧 在进行刚络技术方案选择的时候，曾先要考虑技术的先遴性。目前 来餐，在3 g 的三个变流标准之阕，在话膏技术和巾低遮数据穷藤没有太 多的差距，某些方顾w c d m a 典有优势。这主要体现在t 所采用的赫本技 术翱黼，麴直扩、软翡换、秘摩控制等，不丽的圭要燕玛片逮率。 瓣予语音嚣 燕涟羧撂娃务夔娃理蕊鸯期骰。骰设w e 0 疆矗秘e 激蠢2 0 0 0 北京交通大学硕士论文 第二章第三代移动通信技术 1 x 系统分别采用a 躲和e v r c 编码方式，在低速步行移动条件下，如果 考虑以9 5 作为用户满意度，则两个系统的话音业务容量分别为 7 6 e r e c t o r ( 3 8 4m 舶) 和2 】d 聃e c 妇0 2 2 8 8m 哟，换算成可比的单位 约为1 5 2 e 州1 0 m h z 和1 4 7e i v l 0 m h ze 另外从数据业务支持能力可以看到，在低速业务下，两个系统的容 量近似，而且在o o s 方面( 以网页下载时间来衡量) ，两个系统也有类似 的表现。但由于w c d m a 的带宽比c d m a 2 0 0 01 x 的宽，所以其在支 持高速数据业务方面有一些优势。在高速数据业务状况下，a ) m a 2 0 0 0 1 x 的容量几乎为零。 2 3 2 可用频谱 目前频谱中的8 0 0m i z 和9 0 0m k 频段基本上没有可用的空闲频 段，其中9 0 0 m k 的频段已经全部被中国移动和中国联通占用，只有1 8 0 0 m h z 和2 g h z 两个频段还可供新兴运营商使用。 在1 8 0 0 m h 2 可以选用的技术为g s m g p r s ，这是在全球范围内广 泛使用的技术，技术成熟，而且利于实现全球漫游；但是如果考虑未来 提供更高速和种类更多的服务，需要向3 g 演进。2 g h z 频段是3 g 的核 心频段，可选择的主流技术包括w c d m a 、c d m a 2 0 0 01 x 和 t d s c d m a 。目前拥有全球一半用户的前1 0 大运营商中有7 家已经明确 会选择w c d m a 技术。另外拥有用户数最多的中国移动虽然没有明确表 示，但鉴于其现有的网络设备，其选择w c d m a 的可能还是大于选择 c d m a 2 0 0 01 x 的可能。还有明确表示选择c d m a 2 0 0 01 x 的v e r i z o n w i r e l e s s ，由于其本身有4 5 的股权为v o d a f o n e 所有，所以很多人猜测 其存在未来向w c d m a 转变的可能。而与此同时准备在3 g 核心频段上 北京交通大学硕士论文 第二章第三代移动邋信技术 选用c d m a 2 0 l x 的只有魏家根小盼遮营商。因此从市场和技术成熟 程攫的角度来看，新兴运营髓应该考虑选择w c d m a 技术。 2 3 。3 终蟪瓣提供 e 扭于全球多数运营商都选择了w c d m a ，并且预计的未来用户数将 常爵蕊，因踅壤多厂囊都毒汀凄了垂蠢瓣w c d 挠终蠛捱窭辩闽。疆 计到2 0 0 3 年底，会有大量的厂商加入到遮一行列中，再过3 年赢右，不 论终端数量和产船价格都会像当年的g s m 手机一样受人青睐。 总的来说，w c d 凇程虢下凡方爵宥着更大静税势；提供真正的全 球漫游和全球覆藏。w c d m a ，g s m 可以狂欧洲、亚洲、北美和南燕漫游， 西网黠e d m a l x 2 g 涮c l 搬臆1 哦耐臻脚m a o 只在北美、南美帮 部分溉洲国家漫游。不仅表现在网络设备的价格优势、终端设备的价格 和种类优势，还表现在网络应用的超前推出这些令使用者大大受益。 北京交通大学硕士论文 第三章w c d m a 物理层 第三章w c d m a 物理层 对于w c d m 物理层的内容，不同的蜂窝系统相互比较时，无线接口 的物理层通常是重点的讨论对象。考察单个终端和基蛄之间的链路时， 物理层的结构直接关系到可获得性能的好坏。同样，其他层的协议诸如 切换协议，也会对整个系统性能产生重要影响。因为物理层决定着链路 的基本容量，所以很显然，在物理层中找到对信干比s i r ( s i g n a l i n t e r f e r e n c er a t i o ) 要求较低的编码方案和分集方案对整个系统很重 要，它使得较低的s i r 就能满足一定的链路级性能。 在物理层中，终端和基站设备的基带处理能力对设备的复杂性有着 重要影响。同所有的分集技术一样，w c d 姒的宽带特性有利于改善性能， 同时也给它的实现带来了新的挑战。w c d 姒作为第三代系统，提供的业务 也是宽带的，因此物理层的设计不能仅仅考虑单的业务，诸如语音业 务；同样，为了将来新业务的引入，物理层的设计需要较大的灵活性。 3 1 传输信道及其到物理信道的映射 u t r a 高层数据的发送先经过传输信道，再在物理层上映射到不同的 物理信道，这就要求物理层能够支持可变比特速率的传输信道，以提供 各种类型带宽需求的业务，亦能将多种业务复接到同一连接上。图3 1 为高层和物理层之间的接口。在有数据来自于高层的每一时间上，每个 传输信道都伴随有传输格式指示t f i ( t r a n s p o r tf o r i i l a ti n d i c a t o r ) 。 物理层将这些来自于不同传输信道的t f i 信息合并成为传输格式联合指 示t f c i ( t r a n s p o nf o r m a tc o m b i n a t i o ni n d i c a t o r ) ，并通过物理控制 信道发送，用于告知接收机当前帧中哪个传输信道是激活的：唯一例外 的是下行链路专用信道，它使用的是忙传输格式检测b t f d ( b u s y 北京交通大学硕士论文第三章w a ) 撇物理层 t r 8 n 8 p 。r tf o t 阮t e c t o r ) 。同样，攘收帆对t f e l 进行正确译码，并 将褥捌的t f i 筑送给高层，用于指示连接中被激活的传输信道。抟输信 道可能包括不同数目的传输块，且在任意时刻并不滞要所有的传输信道 罄激滤。 绱发黪眭 传输块错谡指示 传输块错误指示 i 传输格 传赣格 l 式指示 簧输袭镑镟撂示 式括示传输块错误指示 鳓译码 解璐彘复用 鼢接收桃 銎3 赫蘑和物理爱之灏静接口 北京交通大学硕士论文 第三章w c d m a 物理层 一个物理控制信道与一个或多个物理数据信道形成一个单独的码分 组合传输信道c c t r c h ( c o d e dc o m p o s i t et r a n s p o r tc h a n n e l ) 。在一个给 定的连接中可以有多个c c t r c h ，但仅传送一个物理层控制信道。高层和 物理层之间的接口对于终端实现的影响不大，因为基本上所有的处理过 程都会在相同的设各中进行。 逻辑信遭 lm a c d i m a c - e i m a c - e ： j 佰 上增强翟帮筲罐专用信趟 驰黜黜 捌捌涮 捌捌捌 迎地 地 舞 舞 辑 啦啦出 l；i 传输信道复用传输信道复 li 映射到物理信道 图3 2 传输信道复用到物理信道 存在两种类型的传输信道：专用传输信道和公共信道。它们之间的 主要区别在于公共信道资源可由小区的所有用户或一组用户共同分配使 用，而专用信道资源仅仅是为单个用户预留的，并采用特定频率的特定 编码加以识别。 3 2 专用传输信道 d c h ( d e d i c a t e dc h a n n e l ) 表示专用传输信道用于发送特定用户物 北京交通大学硕士论文 理层以上的所有信息，其中包括实际业务的数据以及高层控制信息。由 于d c h 上发送的信息内容对物理层是不可见的，因此对高层控制信息和 用户数据采用相同的处理方式。当然，u t r a n 对控制信息和数据的物理层 参数设定各不相同。为人们所熟悉的g s m 中的业务信道( t r c h ) 或辅助 控制信道( a c c h ) 在u t r a 的物理层中没有出现：而专用传输信道包括了 业务数据( 如话音帧) 和高层控制信息( 如切换命令或来自终端的测量 报告) 两部分。w c d m a 中不需要单独的传输信道，因为它支持可变比特速 率和业务复用。专用传输信道主要特征包括诸如：快速功率控制、逐帧 快速数据速率变化、咀及通过改变自适应天线系统的天线权值来实现对 某小区或某扇区的特定部分区域的发射等，专用信道还支持软切换。 3 2 1 上行链路专用信道 上行链路方向的用户数据和物理层控制信息采用i 一0 码复用。物理 层控制信息经由专用物理控制信道( d p c c h ) ，以固定的扩频因子2 5 6 发 送。高层的物理信息包括了用户数据，以4 2 5 6 范围内的扩频因子、在 一个或多个专用物理数据信道( d p d c h ) 中发送。上行链路传输包括一个 或多个具有可变扩频因子的专用物理数据信道( d p d c h ) 和一个具有固定 扩频因子的专用物理控制信道( d p c c h ) 北京交通大学硕士论文 第三章w a ) m a 物理层 d 图3 3 上行链路d c h 的时隙结构 d p d c h 数据速率可以逐帧改变。通常d p d c h 的数据速率信息被包括在 传输格式组合指示( t f c i ) 中；并在d p c c h 上连续传输，用来指示当前 d p d c h 帧的数据速率。如果t f c i 没有被正确译码，那么整个数据帧将会 被丢弃。又因为t f c l 只用于指示当前帧的传输格式，所以t f c i 错译而 造成的影响不会作用于其他帧。 上行链路d p c c h 采用1 0 m s 无线帧内有1 5 个时隙的结构，因此一个 时隙周期为2 5 6 0 个码片或6 6 6 u s ，这个时间值接近g s m 脉冲持续时间 5 7 7 u s 。每个时隙由导频比特、t f c i 、传输功率控制比特( t p c ) 和反馈 信息( f b i ) 比特四部分组成。导频比特用于基站接收机的信道估计：t p c 比特为下行链路功率控制携带控制信令：f b i 比特用于下行链路采用闭环 发射分集技术的情况。上行链路d p c c h 有六种时隙比特，这样组合成六 种不同的时隙结构。每个时隙中都有t p c 和导频比特，并且其数目是可 变的，但总的来说，d p c c h 的时隙总是填满的。 北京交j 藏太学硕士论文 考虑q 终端放大器的效率，最好尽可艨使用罐个的d p d c h 传输，这 是因为多码传输将增加发送的峰均比( p a i i ) ，这会降低终端功率放大器的 效率。鸯最大静信遘冼特速率瑷褥爨革强静最大翔户数据滚率为 髑魏b i t s ，鼗时对褒熬扩频羧予为4 。 考虑信道编码时，单码实际传输中最大的用户数据速率达到4 0 0 s 蛐i t s 量缎。如果需簧更蕊数据速率的情况，虢要采用并行羁倍道传 输。协议中规定最多可使用六个并行稻，便信道数籀传输的磁特速率商 达5 7 4 0 曲i t $ ，这撵就鼹支持躺i t s 麴数据业务，翅果采建l 2 熬编 璃。则能达到受蕊戆用户效嚣速率。因此，即健在重愦之后也可爨为弱 户提供2 m b i t 8 的数据速率。 佟为上行链潞的接收梳，簇站在接收来自终端的传输时，邋常需要 遂= 亍戳下豹攥穆：接椟开贻藏彀蔫遥数据、解扩0 p 戏h 往道，势基援熙 假设的最小扩频因子( 最大数据速率) 缓存d p d c h 信邋。对每一时隙：从 d p c c h 的导频比特获褥信邋估计；从每个酵隙的导频比特序列嵇嚣s i r ； 在下行链路中向终端发送t p c 命令，控制其上彳亍链路的发送功率；对每 一令f l 掌豫的 愆进程译码，撵调整对应逢犊的下褥链鼹功率。辩每强个 或每鞠个时隙：翔蓉奏弛i 毖特，按每嚣个或每鄹个时黢对其进露译码， 根据发射分集模式调整分榘天钱的相位和懈度。对每一个1 0 i n s 帧对d p c c h 桢中的 阮i 稽患避行译褥，鼠嚣得蓟d p d c h 的浇特逮攀和信道译稻参数。 辩l o ，2 0 ，箴8 g 赞输时润耩隔疼( 疆i ，交织蠲耨) 镗输的僖遒信 息对d p c e h 数据进行译码。这些功能也同样适用于下行链路，但还毒一 个特豫情况：下行链路专用僚道和公共信遴的扩颧因予是恒定艘，唯一 的例外是下行链路共享信道( d s c h ) ，它其有可变的扩颓因子。下行链路 方彝苓傻用f 8 l 黪除了凇h 孛豹辱籁 l 特，还蠢公共懿簿藏接遘， 可以转霸进行嫠遂傣诗。警采孀发射分鬟雾重，下褥链路数售惑将在嚣个 北京交通太学硕士论文 天线主溺嚣发送，接牧裁撮摆舞令天线发邀豹导频模式进行售邀臻诗， 然后加投处理两个涎线的解扩数据，但是运些全部操作对系统复杂性的 影响很小。 3 3 上行链路奠用 上簿链魏豹监务遴霉豹动淼复用，毅僚终连续雏数据漉，袋露零速 率是一个例外。所有业务在d p d c h 的符号黢送功率级都是相等的，这就 意味着程某些实际情况下，为_ 满足信道符号功率级平衡的要求，需要 变讫鼗努静编码方筑帮信遭复用方式，来调整不强、盈务的相对速率。 物理层收到来自高层的传输块后的第一个操作是增加c r c ( 循环冗余 技验) 。c 黔用于接收溃转输块熟磋误校验。c l i e 戆长癀宥0 、8 、1 2 、1 6 和2 4 比特5 种选择。c r c 比特越长，接收传输块时的锚误遗漏概率越低。 接收端的物理层向商层发送检测到的传输块和c r c 校验的差错指永。 壤鞠。鬟c 之螽，瓣传辕袭遴雩亍缀联或分割成不圈豹编码头。逮鼗决 于传输块是否与信道编码方式确定的编码长度一致。由于级联可以减小 编码器熙比特的开销，且某些幡况下具存较高的信道编码增益，翱此级 联产生了较好的性熊。另一方黼，码块分割又避免了过长码块带来的较 高复杂度向题。如粜增加了c r c 后的传输坡犬于允许的最大输入编码块 长度，粼该黄翰块要分割残咒令编码头。 编码块级联或分割之后进干亍信道化编弼。无线帧均衡的目的烧保证 多个1 0 m s 的无线帧得到的数据帧的数据长发相等，数据块后面填充一定 鼗器的 t 将，敬满怒每鲮中传竣块盛矮等长的要求。 若业务时延预算允许超过1 0 m s 的交织长度，则进行第一次交织或帧 闻交织。第一次交织的长度规定为2 0 、4 0 秘8 0 l n s 。交织的深度取决于传 输时间阍黼( t t i ) ，鞭i 代表商朦物理层袋遴数据的时黼间隔。单一物理 北京交通大学硕士论震 第三章w c d m a 物理层 连接审，经复用艨的各传输镶遵疆l 的起始位置是按时间对齐黪；所有 的t t i 具有相同的起始位置，也就是说，即使是同连接中8 0 m s w i 和 4 0 m s t t i ，也同2 0 l n s t t i 一样，具有相同的起始位置。从信令角度来看， 必须辍裁可齄懿穆辕格式缝台。舞栗采蠲了第一次交织，瘸羧分割模块 将按照交织长度的大小有秩序地在2 、4 或8 个连续帧上发送来自第一交 织器的数据。 数据匹配用予发送托特数与革个帧魄特数豹匹配，并且道、过重复或 删除米实现。上行链路中更磐情况是使用重复，最根本原因是：删除一 般霸予终端发射桩或基站接收撬受到隈臻彝避免多稻接辕的媾凝。速率 匹配模块要考虑同一帧中处于激活状态的其他传输储道比特数的影响。 上行链路速率匹配进行逐帧的动态配置。当具有最小t t i 的业务速率发 生变识薅，蘑态速率廷配器氇嗣样会调整其楚簧输嵇遘鳇速率嚣酝参鼗， 以保诚无线帧中的所有符号都被使用。例如，如果采用的两个传输信道 中的一个速率暂肘为0 ，那么翳一个传输傣道的速率蜒配嚣就会增加该业 务的速率，在保持扩频因子不变的情况下，填充满光线帧内的姘肖符号。 商层提供的半静态参数一速率匹配属性，控制糟不同传输信道间相 对速率豹匹配，臻寒计算复鲻到嗣一犊枣多个接 垂莹道煞速率激怒参数。 利用此规则和速帮匹配属性、t f c i 信息，接收机可艇推出使用的速率匹 配参数，并进行相应的逆操作。通过调撼速率匹配属性，可以精确地调 整不翻韭务熬囊爨，鞋满足符号功率稳等袋逶钕耜鞘鲍要求。 不同的传输帧通过传输倍道复用操作复用在一越，该复用是简单地 逐帧帛行复用，且每个传辕偿道为复用掇供l o m s 的数据块。当使用多个 物理信道( 扩频硝) 时，要谶行物理信道的分割：因为目前还没有定义 多码传输中扩频因子不同的情况，所以简单地将数撼均分在所有的扩频 码上。菠嗣串簿复翅还意味蛰：采蠲多弼发送时，霹激i 蠲发邀少量熬 北京交通大学硕士论文 第兰章w a ) m a 物理层 码字褥不必采瑁全速率实瑷较低麓数据遴率。 = 次交织是在1 0 t n s 的无线帧内进行交织，也称为帧内交织。它使用 的是避行3 0 列避褥列间交织的块交织器。镳褥注意的蹙使用多戳传输时， 将分剐对每个秘理信道进行二次交织。从二次交织器输出豹比特浃射到 物理倍道，此时物理信道的比特数确切地对应于某扩频因子下发送帧的 比特数。稷反，热暴抟赣的魄蒋数为零，羯表示扬蠼菇遘不进弦转辕。 3 4 止行链路调制 确定上行链路方向的调制和扩频方i 塞时，需要额外考虑两个面向用 户的准则：上行链路调制的设计要确保终端放大器的效率最高，并且或 者来蠡终端接赣浆褥觉干撬最枣。 不连续的上杼链路传输会对位于终端附近的音频设备造成听觉干 扰，遮静干扰与空中接口的干扰完全不嘲：听觉干扰指挥损害用户接收 的性熊，而不会影响网络性畿，如容量。g s m 系统中我们已经熟知了由于 音频设备没有正确的加以保护，而造成偶然的听觉干扰。g s m 的干扰频率 为2 1 7 h z ，这是由g 翱犊撅攀婿决定的，藏是由于予撬频率落入了入耳裁 听到的频带中，所以造成听觉干扰。同样对于c d m a 系统，当进行如语音 业务这种不连续的上行链路传输时也会出现相同的情况。在静默期间， 豹理信道上不霉簧发送信惑魄褥，最需要辍1 5 k l z 酌速率发送僚持链路 的信息，诸如功率控制等。在这样的速率下，导频和功率控制符号以时 分复髑方式复用到上行链路孛进行传输，就会造成嗽话语音频段内翦瞬 觉干抗。因此，在w cd j 龃上襻链路中，两种专用物瑗信道不是时分复用 的，而是采用i q 支路码复用。 北京交通大学硕士论文 第三章w a ) m a 物理层 数据( d 阳c h ) li 用户数据( d p d 糯) | 粼髑期| 物联层控制信息( d p c c h ) 图3 4 数据有无( d t x ) 时d p d c h 和d p c c h 的并行传输 遇过1 吨支鼹码复用的控景l 信道可以形成连续的传输。所默，当导 额和功率控制信令分剐用擎独的连续信道进行传输时，就不会般生脉冲 传输：且只有当d p d 叫在传输或者断开的瞬间才会踺 ! 观咏冲，但这种情 提缀少发生，艨叛这群裁避免了音频于扰。藿是采髑l q 支路璐复曩方 案对其他用户造成的干扰以及对小区的释量的影响，与采用时分复用的 方案相同。另外，如果两种方案分配给导频和功率控肯4 信令的能量相同， 翻它翻豹链鼹缓槛髓氇穗目+ 为了使功率放大器的效率尽可能高，终端传输的峰均比( p a r ) 应该 尽可熊低，这撵终端就可默工作在最小的放大器边界。p a r 可以嶷接映射 为放大器的功率转换器，而转换效率又与终端的通话时闯成比例。而采 用i q 支路码复用即双信道q p s k 调制时，d p d c h 和d p c c h 的典激功率一 般是琴耀霹瓣，戈箕是当鼗攒速率建热瓣，一秘雯为极端熬媾援是当发 送支路相互独立时，将导致b p s k 型传输。以上出现的问题可以通过在信 道化码扩频之后的复扰码操作来避免。 两个并行倍道：d 戮h 帮d p c c l 的臻输籍导致多褥传输，遥会增加峰 均功率比( 峰值因子) 。峰均比将随着g 值( d p d c h 和d p c c h 的相对强度) 的交他两变诧。功率放大器黪效率与d 勰秘d p c c h 之惩功率麓g 无关， 始终保持恒定。 北京交通大学硕士论文第三章w m a 物理层 在u 豫a 物理层规范中，d p 糍靼