（通信与信息系统专业论文）hsdpa下行链路性能及定点化研究.pdf

摘要 当代数字蜂窝技术蓬勃发展，w c d m a 是3 g 的主流标准之一，具有系统容量大、话 音质量高、抗干扰能力强和保密性好等许多优点。h s d p a 作为其增强型标准，主要目的( 是) 提高下行链路吞吐量。采用a m c ，h a r q , 分集等关键技术。本文主要讨论了h s d p a 下行 链路中，采用的接收机技术和分集方式，以及定点化的研究。 第一部分介绍了w c d m a 标准的特点以及h s d p a 的相关特性 第二部分介绍了h s d p a 的物理层结构，介绍了有关信道的产生，时序，相关进程。 第三部分讨论了h s d p a 应用的部分技术。讨论分集技术( 开环接收分集) 。比较分 集技术之问的区别，分析了适用范围和影响吞吐量的参数选择。h a r q 技术主要讨论了 型c c 型和墩型对系统吞吐量的影响。 第四部分讨论了h s d p a 的接收机技术。研究了接收机( r a k e 和均衡器) 具体实现所 需要的参数选择，工作范围，适用性。 第五部分讨论了定点化过程中遇到的问题，和其对性能的影响。浮点数改为定点数后。 模数转换和定点化算法带来性能的损失。因为各部分模块对精度敏感程度不同，需要针对 各部分模块使用不同的量化算法。给出了接收滤波器，均衡器等部分模块的改进型算法。 【关键词】：w c d m ah s d p a 接收技术分集技术定点化 a b s t r a c t w i t hd e v e l o p m e 吡o fd i g i t a lc o m m u n i c a t i o n ，w c d m a ，a so r eo ft h es t a n d a r d so f3 g , h a s f e m u r e ss u c ha sh i g hc a p a c i t y , a n t i i n t e r f e r e n c e ，g o o dc o n f i d e n t i a l i t y t h em a i nt a r g e to f h s d p a w h i c hi st h ee n h a n c e ds t a n d a r do fw c d m ai st oe n h a n c ed o w n l i n kt h r o u g h p u t i ta d o p t sk e y t e c h n o l o g ys u c ha sa m ch a r q ，仉p a p e rs t u d i e so nt h er e c e i v e r ，d i v e r s i t y ，伽hp r e c i s i o n e f f e c t s t h ef i r s tp a r ti n g o d u c e st h es t a n d a r do f w c d m aa n dr e l m i v ef e a t u r e so f h s d p a t h es e c o n dp a r ti n t r o d u c e sp h y s i c a ls t r u c t u r eo f h s d p a c h a n n e lg e n e r a t i o n , t i m es c h e d u l e ， a n dr e l a t i v ep r o c e s s e s t h et h i r dp a r ts t u d i e st h et e c h n o l o g yh s d p aa d o p t s s t u d yt h ed i v e r s i t yt e c h n o l o g y ( s t t d ， r e c e i v ed i v e r s i t y ) a n a l y z et h ep a r a m e t e ra n da p p l i c a b i l i t y s t u d yt y p eh a r q - c ca n dh a r q - 1 r p e r f o r m a n c ea n dc o m p a r i s o n t h ef 0 吡p a r ts t u d i e st h er e c e i v e r ( r a k ea n dc h i pe q u a l i z e r ) a n a l y z et h ep a r a m e t e r sa n d a p p l i c a b i l i t y c o m p a r et h et h r o u g h o u tb e t w e e nr a k ea n dc h i pe q u a l i z e r 1 1 1 ef i f t hp a r ts t u d i e st h ep r o b l e m sa r i s e di nf i n i t ep r e c i s i o np r o c e s s a f t e rq u a n t i z a t i o n e r r o r sa r i s eb ya n a l o g d i g i t a lc o n v e r s i o na n df i n i t e - p r e c i s i o na l g o r i t h m s w en e e dt os e l e c t d i f i e r e n ta l g o r i t l l m si nd i f f e r e n tm o d u l e ss i n c es e n s i t i v eo fe a c hm o d u l ei sv a r i a b l e i m p r o v e d a l g o r i t h m sa r eg i v e ni nr e c e i v ef i l t e r , c h i pe q u a l i z e r k e yw o r d s ：w c d m a ，h s d p a ，r e c e i v e r , d i v e r s i t y , f i n i t ep r e c i s i o n i i 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 贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 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。 2 ， ， 签名：压咝导师签名：灶日 期：! 竺盟兰争 第一章绪论 第一章绪论 现代社会已经进入信息社会，移动通信是现代通信系统中不可缺少的组成部分。作为 - - f 3 复杂的高新技术，不但集中了无线通信和有线通信的最新技术成就，而且集中了网络 技术和计算机技术的许多成果。移动通信已经从模拟通信发展到数字通信。并且朝个人通 信这一更高阶段发展。 1 1 第三代移动通信系统与c d m a 技术 研制第三代无线通信系统时。要求在这些系统中添加宽带数据业务，以支持视频，互 联网接入以及其他业务，要求满足【l 】： 高速接入：支持例如快速互联网火多媒体类型应用的宽带业务。 灵活性：支持引入新业务。 成本可行性：像现有通信系统能够被用户接纳。 兼容性：提供于现有无线网络最佳的演变途径。 国际电信联盟( 1 1 u ) 的世界无线电管理委员会提出计划开放2 0 0 0 m h z 频段，实施全 球无线通信系统。但由于多种数字无线技术已经在商业领域获得巨大的成功，没有形成统 一的第三代无线技术。1 1 u 只好确定一系列标准，以供全球范围使用。下面简单介绍 c d m a 2 0 0 0 ，w c d m a ，1 1 ) - s c d m a 。 e d m a 2 0 0 0 c d m a 2 0 0 0 由北美t i a t r 4 5 标准和韩国1 r a 标准融合而成。保持1 s - 9 5 系统后向兼容。 c d m a 2 0 0 0 标准还采用辅助导频信号去支持只能天线技术。下行链路支持n x1 2 2 8 8 m e p s 的码片传输速率。对于n i 情况，存在两种模式：多载波方式和直接扩频方式。多载波以 n = l 的码片速率，带宽1 2 5 m h z 的基本扩频信号为基础，将n 个单独载波合成宽带c d m a 信号。直接扩频是将传输信号调制在单一载波商，构成c d m a 射频信号，其扩频的码片速 率为n x1 2 2 8 8 m c p s 。上行链路采用直接序列扩频。 w c d m a 欧洲电信标准协会研制的u m t s 地面无线接入标准( u t r a ) 就是w c d m a 技术。采 用直接扩频，基本带宽5 m h z ，码片速率3 8 4 m c p s 。w c d m a 双工模式分f d d 和t d d 两 种。 技术特点有： 可适应多种速率的传输，灵活的提供多种业务。 是一个异步系统，b t s 之间无需同步。 优化的分组数据传输方式。 支持不同载频之间的切换。 上、下行快速功率控制。 反向采用导频辅助的相干检测( 提高反向解调增益和功率控制准确性) 。 t d 塔c d m 慷 t d - s c d m a 标准由中国电信技术研究院提交的t d d 标准。与u t r at d d 不同， t d - s c d m a 具备独立的组网能力，并且可以覆盖包含宏小区，微小区，微微小区在内的各 种环境。它采用t d d 模式，能更加方便的支持非对称业务。t d - s c d m a 系统内采用联合 东南大学硕士学位论文 检测技术，消除多址接入干扰和符号问干扰，从而扩大检测动态范嗣：此外，还采用智能 天线技术，使得小区间干扰，多径干扰得到降低，而且提高每个用户得信噪比，优化链路 预算。 1 2 h s d p a 3 g p p r e l e a s e 9 9 版本能提供最高2 m b p s 的下行速率，但还是不能满足用户日益增加的 更多更快的需求。w c d m a 的f d d 技术非常适合c s 域业务，因为f d d 连续传输的特性 适用于话音等实时要求较高的业务。但是对p s 域业务而言，f d d 效率并不高。据调查， 用户在一小时的上网时间内真正下载数据的时间不足1 0 ，而上传数据的时间占用率更少， 用户更多时候处于空闲状态。针对3 g 的业务上、下行链路的不平衡性，下行链路的业务 量普遍大于上行链路的业务量，下行p s 业务不连续等特点，3 g p p 在r e l e a s e 5 协议版本中 提出了h s d p a 概念，强调一个观念：时分复用资源。如何时分、如何复用，有赖于共享信 道，而共享信道的设计正是为了满足下行链路中具有碎发特性的分组服务的，如流数据服 务、交互式应用和后台应用等。h s d p a 技术基于h s d s c h 这一共享信道，能够支持高数 据率，允许不同用户复用时间和编码，因此非常适用于碎发分组通信较多的多媒体环境。 所有r e l e a s e 9 9 协议中的传输信道都中止于r n c ，因此分组数据的重传过程在服务r n c 中进行。同样，该服务r n c 也处理特定用户到核心网络的连接。随着h s d p a 的引入，n o d e b 也要支持h s d p a 技术的m a c 层和物理层功能。基站直接控制重传，提高了重传速率，减 少分组数据延迟。h s d p a 系统增加了三种关键技术分别是a m c 技术、h a r q 技术和快 速调度算法。通过a m c 和i - i a r q 技术在减少延迟的基础上增加数据传输的吞吐量和峰值 数据率。快速调度则决定传输哪个用户的数据。r n c 的功能保持不便，继续保留r e l e a s e 9 9 中制定的功能。下面分析这三种技术的核心内容【2 1 。 1 2 1 自适应编码调制 a m c 的原理是根据瞬间信道条件的改变相应地改变调制和编码格式。因此，当信道 条件较好时，a m 会选择一个高阶的调制方案和较高的编码速率以充分利用现有的信道条 件。反之，当信道条件较差时，a m 会选择一个低阶的调制方法和较低的编码速率。回忆 r e 慨e 9 9 版本。下行链路的功率控制的动态范围大约是2 0 d b 。这对于接近n o d e b 的用户 终端来说，功率控制不能最大限度的将功率降低，并且容量的提高也有限。而a m c 技术 正是通过改变调制方式而非改变传输功率来减少干扰的变化。使用a m c 后，对于靠近n o d e b 的用户，充分利用现有的信道条件，使用高阶的调制方案和较高的编码速率，来最大化 下行链路的数据吞吐量。在采用自适应调制编码的系统里，需要利用反向链路对前向链 路的信道情况做反馈报告，发送端根据这个报告来确定编码和调制方式。因此。自适应调 制和编码的系统是个闭环方式。由于实际的无线移动信道的时变特性和衰落特性，因此无 线信道的信道容量是个时变量。要最大限度的利用信道容量，发送速率需要随信道条件改 变，也就是使编码调制方式具有自适应特性，根据信道情况的变化而改变调制、待编码数 据大小。在使用a m c 技术的系统里，处于有利位置的用户例如接近基站的用户可使用 高阶调制和高码率( 例如1 6 q a m 、较大的数据块尺寸) ，而处于不利位置的用户，例如远离 基站的用户其调制阶数和码率则要小一些( 例如q p s k 、较小的数据块尺寸) a m c 技术主要 可以提高处于有利位置用户的速率，从而提离小区的平均吞吐量。 2 第一章绪论 h a r q 是一种链路自适应技术，a r q 即自动请求重发，h a r q 是将前向纠错编码傩c ) 和自动重传请求( a r q ) 相结合的技术。前向纠错编码f l e e ) 提高了传输的可靠性，但当信道 情况较好时，降低了吞吐量，a r q 在误码率不是很高的情况下可以得到较为理想的吞吐量， 但会引入时延，考虑将f e c 和a r q 相结合就形成了混合a r q 。在发送的每个数据包中含 有纠错和检错的校验比特。如果接收包中的出错比特数目在纠错能力之内，则错误被自行 纠正，当差错严重，己超出f e c 的纠错能力时，则让发端按照一定规则重发数据。接收方 将重传的数据和先前接收到的数据在解码之前进行组合，再进行正确解码。h s d p a 中 h a r q 采用改进的s a w 协议【3 】，在减小信令总带宽和用户存储量方面得到改善。不过s a w 方案中发送端必须在发送下一个数据分组前等待上一个数据分组的确认信息，而确认信息 的获得有一传输延迟过程。在等待期间，信道闲置浪费了系统容量。 1 2 3 快速调度 调度算法控制着共享资源的分配，在很大程度上决定了整个系统的行为。h s d p a 的设 计目标就是找到一种调度方法，在条件容许时小区的容量在短期内可以分配给某一信道条 件好的用户。在优化设计中，调度算法可以跟踪用户的快速衰落特性。 调度时应主要基于信道条件。同时考虑等待发射的数据量以及业务的优先等级等情况， 并充分发挥a m c 和h a r q 的能力。调度算法向瞬间具有最好信道条件的用户发射数据， 使每个瞬间都可以达到最高的用户数据速率和最大的数据吞吐量，但同时也应考虑到对每 个用户的公平性。在h s d p a 中调度算法位于n o d eb 而不是位于r n c ，这样使系统能更 好地适应信道的短期变化。 1 4 定点化 在使用专用硬件实现数字信号处理时，一般是采用定点实现，涉及到硬件采用的字长 问题，因此必须了解为达到所需精度所必须选用的最小字长，以便在设备价格和达到的精 度之间作合适的折衷。采用定点运算时，通常把定点数限制在有效范围之间。加法运算不 会增加字长，但如果没选择合适的比例因子，则加法运算会出现溢出的可能性。乘法运算 不会产生溢出，但相乘后字长却要增加一倍，因此在定点乘法运算后需要进行尾数处理， 使结果保持运算前的字长。对超过字长的尾数有两种处理办法：一是简单地去掉超过字长的 各尾数位，称为“截尾”；另一是在舍去超过字长的各尾数位时，若舍得部分的值大于或等 于保留部分最低位的权值的一半，则给留下部分的最低位处加l 。这相当于十进制中的四 舍五入近似法，故称为。舍入”。定点运算时的量化误差是不可避免的，因此对量化误差进 行分析以确定其造成的性能损失是非常必要的。对量化误差的分析般采用统计分析的力 一法。在统计分析中。对误差e ( n ) 的统计特性作如下的一些假设： 1 ) e ( n ) 是平稳随机序列； 2 ) e ( n ) 与抽样信号x ( n ) 是不相关的； 3 ) e ( n ) 序列本身的任意两个值之间是不相关的，即e ( n ) 是白噪声序列； 根据这些假定，量化误差就是一个与信号序列完全不相关的白色噪声序列，也称为 量化噪声，它与信号的关系是加性的。 3 东南大学硕士学位论文 1 5 论文的主要内容及意义 w c d m a 中相关h s d p a 标准只规定了发射标准而未规定接收技术，需要各长商自行 设计确定。因此接收部分尤其关键。本文主要介绍了对接收机技术，h a r q 技术，分集技 术得编程和仿真，以及定点化中的研究。 首先介绍了h s d p a 的物理层结构，相关的传输信道结构，包括复用，调制，等。以 及信道时序，相关进程。 其次讨论了h s d p a 应用的技术，包括r a k e ，e q u a l i z e r ，h a r q ，研究了接收机具体实 现所需要的参数选择，比较r a k e 和e q u a l i z e r 之间的吞吐量，工作范围，适用性。讨论分集 技术( 开环，接收分集) 。根据3 g p p 比较分集技术之间的区别分析了适用范围和影响吞吐 量的参数选择。 最后讨论了定点化过程中遇到的问题，和其对性能的影响。浮点数改为定点数后，其 有限精度必然带来性能的损失。因为各模块对精度要求不同，分析了针对各部分模块需要 的量化方法。接收滤波器，均衡器等部分模块算法进行了修改以适应定点化。 本论文希望通过仿真，给出接收系统在采用不同技术和参数下性能的变化，从而为硬 件设计提供有益的帮助 4 第二章h s d p a 物理层及无线信道仿真 第二章h s d p a 物理层及无线信道仿真 2 1h s d p a 物理信道 本节主要介绍了与仿真关系密切的信道。 c p i c h 信道【4 l 一个无线帧t = 1 0 m s 图2 1 c p i c h 的帧结构 公共导频信道是非调制的编码信道，由当前小区的主扰码序列绕码。c p i c h 提供专用 信道，没用专用信道作为相位参考，或未采用自适应天线技术的公共信道的信道估计。 u t r a 具备主次两种公共导频信道，主c p i c h 采用固定的信道化序列和主扰码序列。 并且一个小区或扇区只配置一个主c p i c h 。次c p i c h 可采用长度为2 5 6 的任一信道化序列。 并且采样次绕码序列。次c p i c h 一般用于窄天线波束范围内的，高业务量的覆盖区。 主c p l c h 的重要用途是支持切换和小区选择重新选择时所需的测量。手机为切换进行 的测量是基于c p i c h 的接收功率，因此调整基站的c p i c h 可以改变相邻小区的负荷。 c p i c h 不承载任何上层信息，即使没用传输信道映射到该信道。c p i c h 固定使用2 5 6 的扩频因子。如果采用发射分集技术，c p i c h 从2 个天线发散。 h s - s c c h 信道【4 】 一个h s s c c h 子帧t = 2 m s 图2 2 c p c h 的帧结构 高速共享控制信道也是下行链路，承载有关h s d s c h 发射的信令。它是2 毫秒子帧， 3 个时隙，扩频因子固定为1 2 8 h s - s c c h 包含以下信息：信道化码集，调制方法，传输块大 小，h a r q 处理信息，冗余版本号，新数据指示，e r e 标识。每个h s s c c h 消息快的持续 时间为3 时隙，分为两个部分。第一部分( 第一个时隙) 承载对定时敏感的信令。这些信令用 于按时启动解调过程以避免码片级数据缓冲。第二部分( 剩下的两个时隙) 承载对定时不敏感 的信令，包括冗余度信息，用于与先前接收到的数据进行正确解码和数据合并的信息；h a r q 处理序号，表示当前数据所属a r q 序号：首次传输指示或者重传指示，表示是否把当前数据 和缓冲器中数据合并，或者丢弃先前数据保留新数据。为了保护信令的可靠传输，这两部分 东南大学硕士学位论文 信令都用终端特定掩码进行扰码，以便终端判断接受到的h s s c c h 信道是否是发给自己的 消息。 第一部分参数包括解扩采用的信道化码和调制方法，即h s d s c h 采用的是q p s k 还是 1 6 q a m 。终端收到这个时隙的消息后，立即用一个单独的时隙来解读这些信息，并利用终 端特定掩码判断接下来的数据是否给自己，然后才可以在下一个时隙开始真正接收 h s d s c h 上数据。所以在时间上h s - d s c h 与h s s c c h 有两个时隙的时间差。 h s - d s c h l 4 l 一个h s d s c h 子帧t = 2 m s 图2 3h s d s c h 的帧结构 下行共享信道，负责传输用户数据。h s d s c h 信道的共享方式有两种，最基本的方式 是时分复用，另一种就是码分复用。它是2 毫秒子帧，3 个时隙，扩频因子固定为1 6 ，允许 多码传输和不同用户间的码复用。h s p d s c h 可以采用q p s k 和1 6 q a m 两种调制方式。 最大码字数目由终端的能力级决定。多个用户同时监听h s s c c h 信令以决定采用哪个 h s d s c h 码字解扩，以及接收其他必要参数。h s d s c h 的信道编码比r e l e a s e 9 9 简化，激 活的h s d s c h 传输信道数目固定为1 ，不需要同一个用户的传输信道复用模块，也不再区 分帧内交织和帧间交织；信道编码类型固定为t u r b o 编码，编码速率可变。h s d a 引入 1 6 q a m 调制，它的峰值速率是q p s k 的两倍。但是高阶调制的使用在无线环境也有代价。 对q p s k 而言。解调过程中只有相位估计，而当使用1 6 q a m 时，需要加入幅度估计来区分 星座点，而且需要更精确的相位估计，因为与q p s k 相比，1 6 q a m 星座点间相位差更小。 h s - d p c c h l 4 1 t = 2 5 6 0 c h i p s t = 5 1 2 0 0 c h i p s q h1 d ， - - - - 一个h s d p c c h 子帧t = 2 m s 图2 4h s d s c h 的帧结构 高速上行专用物理控制信道属于上行链路，负责传输必要的控制信息，主要是对a r q 的响应( h a r q - a c k ) 以及下行链路质量的反馈信息( c q i ) 。它是2 毫秒子帧，3 个时隙，扩 频因子固定为2 5 6 。承载的参数h a r q - a c k n a c k 反映分组数据解码和合并后的c r c 校 验结果。c q l 指示表示l i e 可以正确接收和评估的下行链路的接收数据传输块长度、调制方 式和并行信道数目。根据终端能力级的不同，将终端分成1 2 类，每一类有一个c q i 指示表， 均有0 3 0 共3 1 个c q i 指示等级u e 根据当前所处位置不同，接收信号质量的不同，选择一 6 第二章h s d p a 物理层及无线信道仿真 个c q i 等级上报。 3 gp p 组织定义了c q i 等级划分表。包含5 比特的质量反馈信息。分别是l i e 可以接纳 的传输块大小，支持的h s - p d s c h 码字数目，支持的调制方式，参考功率调整值和u e 估 计出的m 缓存空间。r n c 会根据这些反馈信息选择传输块信息和调制方式等。 2 2 信道时序及相关进程 2 2 1 时序 图2 5 给出了下行物理信道和接入时隙的帧定时关系【5 】 0 08 00 008 000 0000 00 刚90 0 0 00 00 0 0 0 0 00 8 0 0 0 0 0 000 8 0 0 0 0 0 8 0 00 吣00 r a d i o 口a m o w l t h ( s f nm o d u l o2 l ，0r a d i ot r a m e w d h ( s f nm o d u l o2 ) 1 兰竺坐l + ii i ot ii 2i 3 4i 5 i ei 7 i 8l 9 1 0 i 1 1 1 2 i 3 i 1 4 上叫l “智”i “呀l “絮p 宙”l “智”i 图2 5 下行物理信道的帧定时和接入时隙定时 从h s s c c h 的接收，h s - d s c h 的解码到上行链路a c w n a c k 的发送，h s d p a 工作 过程对终端的定时有严格的要求。图2 6 给出了上下行的定时关系。 h s d p c c h h s s c c h 图2 6 h a r q 过程的l i e 端定时 7 h s s c c h 二工 卜卜 n 个时隙 东南大学硕士学位论文 2 2 2h s d s c h 相关进程 在基站端定时和传输格式选择由m a c h s 子层控制【6 】。以下物理层参数由上层信令传 给u e 和基站。 1 ) 要监测的h s s c c h 集 2 ) a c k n a c k 的重复因子：na c k n a c kt r a n s m i t 3 ) 信道质量指示器( c h a n n e lq u a l i t yi n d i c a t o r ，c q i ) 反馈周期 4 ) c q i 的重复因子：nc q it r a n s m i t 5 ) 测量功率偏移量r 为接收h s - d s c h 的u e 过程 如果上一子帧中，u e 在h s s c c h 集中的任一h s s c c h 上都没有检测到和该l i e 一致 的消息，u e 就要监测h s s c c h 集中的所有h s s c c h 。h s s c c h 集的最大大小是4 1 7 1 。 如果u e 在上一子帧中监测到了与它一致的消息，只监测同一h s s c c h 就足够了。 当u e 监测所有h s s c c h 时，该u e 只要考虑与以下条件相容的控制消息： 如果解码得到的的“c h a n n e l i z a t i o n - c o d e s o l 消息”小于或等于在其l i e 能力范围内的“接 收的h s d s c h 码的最大值”且 解码得到的的调制机制在u e 能力范围内。 如果u e 检测到某一h s - s c c h 上有要发给它的相容的控制消息，这个l i e 就要开始接 收这个控制消息指示的所有h s - p d s c h 。 传输块大小消息要从信令值t f r i ( 在【6 】) 中推得。如是h y b r i d a r qp r o c e s si n f o r m a t i o n ” 不在上层配置的集合中，u e 应抛弃从这个h s s c c h 和h s p d s c h s 上收到的信息。此外， 如果h s s c c h 的c r c 失败，u e 应抛弃从这个h s s c c h 和h s p d s c h s 上收到的信息。 u e 应在相应的h s d p c c h 子帧中分配给h a r q - a c k 的时隙中传送a c k n a c k 消息， 如在【6 】中定义的。当na c k n a e kt r a n s m i t 大于1 时，u e 应： 在接下来的( na c k n a c kt r a n s m i t 一1 ) 连续h s d p c c h 子帧，分配给h a r q - a c k 的时 隙( 在 4 】中定义) 中，重复发送a c k n a c k 消息，且 在相应于h s d l ，c c h 重复发送a c n a c k 消息的子帧中，不要试图接收也不要解码 从在h s d s c h 子帧中的h s p d s c h 传输块。 如果在h s s c c h 集中的任一h s s c c h 上都没检测到相容的控制消息。或者在 h s s c c h 上接收的消息被抛弃，则在相应的h s d p c c h 子帧上既不要传a c k 也不要传 n a c k 。 报告信道质量指示( c q i ) 的u e 过程1 7 】 1u e 对主公共导频信道( p c p i c h ) 的检测计算得到c q i 2l i e 在h s d p c c h 子帧传送c q l 需要满足： h s f n m o dt = ，h s f n 是s f n 的子帧计数器，定义如下 h s f n = 5 s f n + h s d p c c hs u bf r a m e 3 u e 应当重复传输c q i 反馈信息在连续的n _ c q it r a n s m i t h s d p c c h 子帧对应的时隙。 4u e 不应当传输c q i 在除2 ，3 描述的子帧的其他子帧。 图具体表示了c q i 进程，k 为反馈周期，为偏移量。 8 第二章h s d p a 物理层及无线信道仿真 u l 斜, o f f s e t = o ) u e 2 ( k 弓# f f l t l = i ) u e3 毗o f f a a = 0 ) 2 3 移动信道 匿叠 匿璺 匿圈 图2 7 c q i 反馈方式定时 1 一 臣翻 陆地无线移动信道是一种较为恶劣的信道，它对整个c d m a 通信系统的设计都提出了 很高的要求。这里我们首先分析移动信道的几种衰落特性；然后针对这些特性中对接收性能 影响最大的多径衰落特性给出其两个统计描述( 相干带宽和相干时间) ，并指出对于 w c d m a 系统，陆地移动信道可以看成是频率选择性慢衰落信道，展后给出频率选择性信 道的抽头延时线结构。 2 3 1 陆地无线移动信道的特点 移动信道是一种时变信道，信号在无线信道中会经历性质不同的衰落。为了从宏观上描 述无线信道的特性，我们可以将接收信号的功率表示为： 联f ) = d ”( f ) 双伊尉f ) r ，1 、 、， 式( 2 1 ) 中将移动信道的衰落特性按变化快慢不同分为了三种【8 】。 1 自由空间传播损耗：在式( 2 1 ) 中表示为d 1 ( 1 ) ，实际的陆地移动通信系统中n 的取 值一般在3 6 。它反映在公里级的较大范围内，接收信号功率的长时间平均值发 生变化。 2 阴影衰落：在式( 2 1 ) 中表示为s ( f ) 。这是由于传播环境中的地形起伏、建筑物及其 它障碍物对电波遮蔽所引起的衰落。它反映在数百波长的区间内，接收信号功率的 中时间平均值出现缓慢变动，其衰落特性符合对数正态分布。 3 多径衰落：在式( 2 1 ) 中表示为月【”，这是由于信号的多径传输引起的衰落。它反映 在数十波长的范围内，接收信号功率的瞬时值发生快速变化。 从移动通信系统工程的角度看，传播损耗和阴影衰落主要影响到无线区的覆盖，合理的 设计总可以消除这种不利的影响。而多径衰落则严重影响信号传输质量，只能采用抗衰落技 术来减少其影响。下面对多径衰落信道进一步进行讨论。 2 3 2 多径衰落信道的统计描述 在实际的移动通信系统中，由于移动台位置以及环境随时间的改变，多径衰落信道实际 是一个时变信道。我们将它的等效低通冲激响应记为c ( ，；t ) ，这是一个以时间t 为变量的 复随机过程。它对信号的影响主要存在两个方面：其一它会引起信号的时延扩展，如果我们 在时变信道上传输一个极短脉冲。接收信号将表现为一串脉冲；其二是它的时变特性，随着 9 东南大学硕士学位论文 时间不同，这些脉冲的数量以及出现的时间都会发生变化，各个脉冲遭遇的衰落( 包括幅度 与相位) 也会因时间不同而不同。 要想给出信号通过多径衰落信道后准确的概率分布是极难的，我们往往通过它的两种统 计特性来描述这种信道。信道冲激响应d 删的自相关函数为： e 【c ( f l ；f ) c ( f 2 ；f + ，) 】= m 。( f l ；z x t ) 8 ( r l l 2 ) o ( 2 2 ) 这里假定了。t 7 ；，) 是广义平稳的，其自相关函数只与时间间隔有关，此外不同路径延 时的衰落认为是不相关的。下面我们分别介绍这两种统计特性并根据它们对移动信道进行分 类： 时延扩展t 。和相干带宽v 这两个参数用来反映信道对信号的扩展。在不考虑信道时变特性的情况下( a t = 0 ) ， 将自相关函数简记为中t ( 7 ) ，它基本为非零的7 的范围被称为时延扩展t m 。它可以看成一个 极短脉冲经过信道后被展宽的范围。我们将时延扩展t m 的倒数记为相干带宽： ( 帆。丢 ( 2 3 ) 相干带宽，的含义是：两个频率间隔小于v 的频率分量经过信道，它们受的衰落是相 关的；当频率间隔大于时，其经历衰落不相关。由此，我们可以对移动信道进行分类： 当信号带宽w 时，各频率分量所遭受的衰落相关，时域上近似无码间干扰，称之为频 率非选择性信道：反之，当a f 时，信号中不同频率成分衰落不同，会引起码间干扰， 称之为频率选择性信道。 多普勒扩展b d 和相干时间出 这两个参数用来反映信道的时变特性。在不考虑信道时延扩展的情况下，将自相关函数 简记为中( f ) ，它基本为非零值的t 的范围被称为相干时间f 。 每一径衰落的时变性可以认为是由移动台和基站间的相对运动引起，或是由周围物体的 运动引起，它也可以通过多普勒扩展b d 来描述： 岛2 扣。 ( 2 4 ) 其中是入射电波与移动台运动方向的夹角，v 是运动速度，九是波长。我们近似的认为 多普勒扩展b d 为相干时间( f ) 。的倒数： 毋。击 g 渤 当信道上的符号长度t a t 时，信道衰落至少在一个符号的持续时间内保持不变，这 样的信道称为慢衰落信道；反之，当时信道称为快衰落信道。 在w c d m a 系统中，采用的c h i p 速率为3 8 4 m c h i p s s ；最长的符号时间2 6 0 u s ；信道实 际的相关带宽v 一般为6 2 5 - - 2 0 0 k h z ，在载波为2 g h z 。车速为5 0 0 k m h 时，多普勒扩展 b - - 9 2 6 h z ，对应的相干时间( a t ) ；1 0 8 0 u s 。存在：w 和t a t ，由此可见对于w c d m a 系统，实际的信道可以看成是频率选择性慢衰落信道。 2 3 3 多径衰弱信道模型 【8 】中给出了频率选择性信道的抽头延时线模型，它对于理解r a k e 接收原理是很有帮 助的设w 是信道中传输的带通信号带宽，则其等效低通信号u ( t ) 的带宽为w 2 。由于u ( t ) 是带限信号，由采样定理可知： 1 0 第二章h s d p a 物理层及无线信道仿真 砸，= 套c 争喘篙刑 ( 2 6 ) ， u c ，2 古暑州旁) e 。“7 名：i 茎 g 乃 i o 阶寺r ，7 、 无噪声下，经过信道后等效低通接收信号，o ) 为： r o ) = c o 【，e j 2 妒d t ( 2 8 ) 其中c ( 厂；f ) 是时变信道冲激响应。0 ；f ) 对7 的傅里叶变换，将式( 2 7 ) 代入式( 2 8 ) 得： “f ) = 吉奎伪即，c ( ；，) e 1 2 o - n w ) 2 古量( “吩f ( t - n w ；t ) 2 古量卜州盼咖朋 令。一( o 一1 - - c ( n l w ；t ) 测有 哪2 娶o m 卜“聊 c a 5 ( 2 1 可见：频率选择性信道可以用一个抽头间隔为l w ，抽头加权系数为 ( f ) 的 抽头延迟线模拟。实际应用中。抽头延迟线模型的抽头数可截短为= l l w j + 1 ，其中t 为 前述的多径信道的时延扩展。信道模型可用图2 8 来表示，其中r , f t ) 为信道中等效的加性噪 曲】 图2 8 频率选择性信道的抽头延迟线模型 图2 8 中各个抽头只代表了可以分辨的多径，实际每一径又是由许多不可分辨的径叠加 而成的。根据中心极限定理，信道系数k ( f ) 是相互独立的的复高斯随机过程，不存在可视 路径( l o s ，l i n eo f s i 曲t ) 下其幅度服从瑞利( r a y l e i g h ) 分布，存在时服从莱斯( r i c e ) 分布。 东南丈学硕士学位论文 2 3 4 实际信道仿真模型 j a k e s 模型 j a k e s 模型作为一种方式，使用时域多个随机相位的正弦波合成的方法实现信道模型。 一般的衰落信道模型为： l c 耳( ，) + 融( r ) = 2 ：g t 【c 一( f ) + ，( r ) 】j 0 一) ( 3 - 2 5 ) l 目 靠为第k 径的时延，g i 为第k 径的相对增益，m 表示径的数量。这些参数由外部 文件定义。 每一径的系数由j a k e s 模型定义： f m 最大多普勒频偏，l ；【- - f m c o s ( 2 k l ) ，l = 2 ( 2 n + i ) ，ek _ l f f n ，a = 4 ，n 合成数量， ek = 2 ( r a n d o m ( 0 ，1 ) ) 。 使用这种信道模型时，车速和n 都可选，n 认为8 l o 足够。这种信道模型仅需在开始 计算前产生2 n m 个均匀分布随机数，然后各点的计算只需一般的数学计算，计算量较小， 利于实时产生信道参数，而且使用方便，适应多种模型，只需更改p r o f i l e 文件。 j o i n tt e c h n i c a lc o m m i t t e e 田c ) 模型 j t c 模型【9 】可以看成是个滤波器库。它利用i i r 滤波器产生衰弱包络，可以产生不同的 输出速率。f i r i n g 波器均进行了归一化。天线的每条径衰弱必须独立的产生。l 代表多普勒 频偏。输入信号由良好的均匀分布随机发生器产生，在使用前需要预运行点时间。 1 2 蚴 葛 三 m 讣竺 = 吾 隧隆击击 铲 铲 第二章h s d p a 物理层及无线信道仿真 独立均匀分 髓机变量 滤波器抽头具体值可以参考【9 】。 图2 9j t c 模型 速率= 4 l 速率= 8 正 速率= l 皇丘 速宰= 3 玩 速率= 6 吮 第三章h s d p a 下行链路部分技术分析 第三章h s d p a 下行链路部分技术分析 3 i 仿真平台介绍 在h s d p a 相关协议中规定了仿真测试环境以及最小性能标准【l o 】。为了便仿真具有实 际意义和参考价值。本仿真按照相关标准设定。 图3 1 仿真平台 是基站天线发送端的发送功率，l 是带限高斯白噪声，用来仿真邻区干扰及噪声， ，。是接收机天线端的接收功率。 3 1 1 基站信道功率配比 基站的发送功率归一化为1 ，功率需要分配给各个信道。信道的功率分配，直接影响了 其自身的接收良好程度和对其他信道的干扰程度，需要仔细研究。按照测试标准，其信道功 率分配如下： 东南大学硕士学位论文 表3 1 下行链路信道功率 p h y s i c a l p a r a m e t e rv a l u en o 协 c h a n n e i p c p i c hp c p l c he c i o r 1 0 d b p c c p c hp c c p c he c f l o t 1 2 d b 平均功率和s c h 共享 s c h s c he c i o r1 2 d b 功率由p - s c h 、s s c h 平均分配 p i c hp l c he c l o t 1 5 d b 0 p c h0 p c he “l o t1 5 d b h s s c c h1 h s - s c c h - e c i o r 具体设定在其对应丌l 有效 h s s c c h2 h s - s c c h e c j i o r d t x7 d无信号、功率分配 h s s c c h3 h s s c c h e c j i o r d t x d同h s s c c h2 h s s c c h4 h s - s c c h e c i o r d t x d同h s s c c h2 h s p d s c h h s p d s c h e c l o r 具体设定 必要的功率，使 o c n so c