（通信与信息系统专业论文）针对数据业务的上行功控算法以及qos保证.pdf

摘要 本文针对数据业务传输速率可变、延迟要求不高等特点，在说明 厂w c d m a 系统的基本原理和主要技术特点后，对现有系统在传送数据 、l k 务时的弊端进行了分析，然后提出了一种适合在w c d m a 中应用的新 的上行功率控制方法以及与之相配合的数据传送质量保证措施，并将 其和现有算法进行了比较。新的算法对旧算法的主要改进是在传送 数据业务的链路中，使用对上行总干扰功率i 的测量取代原先对当前 链路的s i r 测量来进行内环功率控制，同时不再使用功率控制作为保 证数据传输质量的主要措施，而是采用出错重传结合数据传送速率 调整的手段来保证数据的正确、有效传送。新算法的主要优点是有 效提高了系统资源的利用效率，保证在重负载情况下的用户数据传 送质量，同时还能在资源紧张的情况下充分保证接入率，防止了少 数高速率数据业务独占全部系统资源的情况发生。 关键词：宽带码分多址、数据业务、功率控制、q o s 保证措施 a b s t r a c t i nt h i sa r t i c l e ，w ep r o p o s eau lp o w e rc o n t r o la l g o r i t h ma n dq o s 2 r a r a n t e et od a t a s e r v i c e a tf i s t o ft h i st e x t ，t h eb a s ek n o w l e d g eo f w c d m as v s t e ma n ds o m ek e yt e c h n o l o g ya r ei n t r o d u c e d ，t h e ns e v e r a l a b u s e so ft r a n s p o r t i n gd a t as e r v i c eu s i n go l dw a y sa r ea n a l y z e da n d l i s t b e c a u s es o m ec h a r a c t e r i s t i co f d a t as e r v i c e s ，f o re x a m p l e ，l t st r a n s p o n s d e e di sc o n t r o l l a b l e ，a n dd e l a yn e e di sl o w ，w e u s et h em e a s u r e dv a l u e o fu lt o t a li n t e r f e r e n c ep o w e rr e p l a c i n g t h em e a s u r e dv n u e o fs i ri nt h e o l da l g o r i t h m a tt h es a m et i m e ，t h em e t h o d o fa r q a n da d j u s t i n gd a t a t r a n s p o r ts d e e d i su s e dt o g u a r a n t e e d a t a s q o si n n e wa l g o r i 恤n ， r e o l a c i n gt h eo l dm e t h o di nw h i c hd a t a sq o s i sa s s u r e dd e p e n d i n go n d o w e rc o n t r 0 1 t h em a i n e x c e l l e n c eo fn e wa l g o r i t h m i st ou t i l i z es y s t e m r e s o u r c em o r es u m c i e n t l ya n dm o r ee f f e c t i v et h a no l dm e t h o d a ts a m e t i m e n e wa l g o r i t h ma l s o c a ni m p r o v et h eq u a l i t y o fc o m m u n i c a t l o n w h e nt h es v s t e ml o a di sh e a v y ，a s s u r eh i g h e r r a t i oo fa c c e s sw h e n an e w u s e rt r yt oa c c e s st os y s t e ma n da v o i dt h e i n s t a n c eh a p p e nt h a tw h o l e r e s o u r c ei se n g r o s s e db y af e wo fs e r v i c e so fh i g ht r a n s p o r ts p e e d k e yw o r d s ：w c d m a 、d a t a s e r v i c e 、p o w e rc o n t r o l 、q o s g u a m n 。 天津大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 自从1 9 9 9 年1 1 月第三代移动通信技术( 3 g ) 的标准形成以来，以w c d m a 、 c d m a 2 0 0 0 以及t d s c d m a 三种技术为主的第三代移动通信技术已经开始逐步成 熟。尽管由于种种原因，其商用化被一再的推迟，但是有一点已经成为不争的 事实，即3 g 移动通信系统必将在不久的将来取代以g s m 、i s 一9 5 为标志第一。代移 动通信系统以及以c d m ao n e ： i j g p r s 为标志的2 5 代系统。 本文提出了针对w c d m a 系统的种适合于数据业务的新的上行功率控制方 法，采用这种算法可以更好的满足w c d m a 系统中对多种不同业务的承载要求，并 可以在保证现有传输质量的基础上，进一步提高系统的容量。 本文的内容安排如下：第二章是对w c d m a 移动通信系统的一些简介以及与 本文所提算法相关的一些w c d m a 的关键技术，例如w c d m a 物理层过程、功率控制 以及承载多业务的方法等技术；第二章还介绍- f w c d 眦系统中对所承载业务的q o s 保证措施：第三章，介绍了在承载数据业务时采用现有算法的一些局限性；在 第四章中，针对第三章中所述的问题提出了一种新的适用于无线数据业务传送 的功率控制算法以及与之相适应的数据传送质量的保证措旅，并在第五章中列 出了相应的仿真结果及仿真结论：最后的第六章为全文的结束语。 jil- j i 天津大学硕士研究生学位论文 第二章w c d m a 系统及关键技术的介绍 2 1w c d m a 系统简介 w c d m a 的全称为w i d e b a n dc o d ed i v is i o nm u ll i p l ea c c e ss ( 宽带码分多 址) ，是第三代移动通信中的一种主流技术，本章将对w c d m a 的提出以及与本课 题相关的一些关键的技术特点和细节进行介绍。 2 ，j l第三代移动通信系统以及w c d m a 的提出 第三代移动通信系统是指国际电联( i t u ) 组织各国共同研究，计划于2 0 0 0 年前后投入运行和开放业务的i m t 一2 0 0 0 通信系统。其目标是使终端设备及其携 带者具有完全的移动性，为任意时间、任意地点、任意人的理想通信奠定基础， 进而实现个人通信。 第三代系统是个综合系统，包括海、陆、空全球三维服务：包括i s d n $ 口 多媒体等多种业务；包括地面通信系统和卫星通信系统；包括几十米的微小区 和几百公里的卫星小区：包括多种空中接口和接入方式，可分别向高速和低速 移动用户提供服务。这是一个高度智能、全球覆盖，具有个人服务特色的移动 通信网。而具有个人服务特色正是第三代移动通信系统的本质特征。 欧洲、日本、美国、中国以及韩国等都对第三代移动通信系统的研究开发 制定了相应的策略和计划，积极地进行开发研制，并向国际电联( i t u ) 提交了各 自的提案。i t u 对第三代系统标准的制定积极运作。这些多样化的第三代系统设 计来源于通信界世界性的竞争。i t u 经过长时间的评估、讨论和融合，1 9 9 9 年1 1 月5 日，在芬兰赫尔辛基召开的i t u - rt g8 - 1 会议上通过了5 个标准，即欧洲和 日本的w c d 、美国的c d m a 2 0 0 0 、中国的t d s c d 、美国的u w c 一1 3 6 5 n 欧洲的 d e c t 。 w c d m a 是第三代系统标准提案中得到支持最多的技术体制。在欧洲，爱立 信公司最先对w c d m a 技术进行研究，后来在f r a m e 计划中继续研究开发。日本则 是将d o c o m o 公司的w c d m a 综合f d d t d d 方式作为日本的方案。这两家公司将各自 的w c d m a 技术进行融合，上行参照n t td o c o m o 的多一些，下 亍参照爱立信的多一 些。 2 1 2w c d m a 技术的技术特点 天津大学硕士研究生学位论文 w c d m a 的技术特点有： 1 、可适应多种速率的传输，灵活地提供多种业务，支持高数据率传输 ( 3 8 4 k b p s 广域覆盖，2 m b p s 本地覆盖) 2 、b t s 之间无需同步 3 、优化的分组数据传输方式 4 、支持h c s ( 分层小区结构) 频率切换和对其它系统的切换，包括对g s m 的切换 5 、上，下行快速功率控制 6 、反向采用导频辅助的相干检测 7 、支持f d d 和t d d 8 、支持未来容量覆盖增强技术：自适应天线、先进的接收机机构、发送 机分集 表lw c d m a - r t t 基本技术参数 多址方案 d s c d m a 双工方式 f d d 佃d 码片速率 3 8 4 m e p s ( 7 6 8 m e p s ，1 5 3 6 m o p s ) 载波宽带 5 m 沮 z 帧长 1 0 m s b t s 问同步 f d d 模式：无需准确同步 t d d 模式：需要帧同步 多速率可变速率方案可变扩频因子+ 多码 信道编码方案卷积编码( i 2 、1 3 ) 、t u r b o 码、不 编码 分组接入双模( 公共和专用信道) 2 2 w c d m a 关键技术的介绍 本节中将对本文所提算法所涉及到的一些w c d m a 的关键技术进行介绍。 2 2 1 w c d m a 系统的组网和分层结构说明 图l 为w c d m a 系统的整体组网结构图： 天津大学硕士研究生学位论文 图lw c o m a 系统整体结构图 a ：t m 3 g 9 3 s n 图中，u e 表示终端，n o d eb 表示基站，r n c 为基站控制器，3 gm s c 为3 g 移动交换中心，主要用于实现电路交换传输，3 gs g s n 的功能和3 gm s c 类似， 但是主要用于支持分组业务，r n c 之间以及r n c 和3 gs g s n 和3 gm s c 之间的 有线连接是通过a t m 实现的。 w c d m a 分层结构包括3 层：l 1 ( 物理层) ，l 2 ( 无线链路控制层r l c ) ，l 3 ( 无 线资源控制层r r c ) ，具体的分层结构示意图如图2 所示： 僦g l 天津大学硕士研究生学位论文 图2w c d m a 分层结构示意图 物理层：p h y s i c sl a y e r 称为l l 层，由系列的下行物理信道和上行物理 信道组成，从传输信道映射来的数据经过扩频、加扰等些列过程分配到不同 的物理信道，然后通过天线接收或发射数据。 数据链路层：d a t al i n kl a y e r 称为l 2 层，在w c d m a 中l 2 层被分为多个子层， 在控制面l 2 包含两个子层，媒体接入控制层m a c ，无线链路控制层r l c ；在用户 面上，在r l c 和姒c 的基础上，还包括分组转发协议p d c p $ f 1 ) 一播多点传送协议 b m c 。对于控制面，主要用于信令业务的传送，用户面主要用于业务( 包括各种 话音，多媒体业务) 的传送。无论是在控制面还是用户面，r l c 将高层的数据映 射到逻辑信道中，然后通过m a c 层映射到传输信道，最后传输信道再经过复杂的 编码、交织、速率匹配等过程把变速率的实时和非实时的业务，复用到同样的 一个物理信道上。 无线资源控制层：r a d i or e s o u r c ec o n t r o l 称为r r c 层，它属于控制面上 的内容。u e 和网络之间的信令都是由r r c 处理的消息，r r c 消息传递l 1 层、l 2 层实体的建立、修改和释放的所有参数，传递所有的高层信令。u e 在连接态的 各种移动性如测量、切换和小区更新等都有r r c 消息来控制。l 2 层和l 1 层都 是由r r c 的消息来控制。 2 2 2w c d m a 系统上行链路物理层过程介绍 对各种不同的第三代移动通信技术来说，它们的差别主要表现在物理层， 至于高层则差别不大。这里将对w c d m a 通信系统中上行链路的物理层过程进行详 细的介绍。 物理层是o s i 七层协议中最低的层，其主要作用是负责用户设备和网络 设备之间物理的和电气的接口。它为链路层提供在两个通信系统之间发射系列 位流的途径。在w c d m a 系统中，物理层的主要作用是为在终端和网络之间建立连 接提供一个无线链路，如图3 所示： 墨堡奎兰坠主塑壅竺兰篁堡苎 u e ( 终端) 图3 上行链路中数据流通过物理层传输的示意图 由图3 可见，物理层主要位于u e 和n o d eb 处，主要负责为数据流的传输提 供一个无线链路( u u 接口) 。图4 给出了上行链路中u e 端数据发送的物理层处理 过程： 图4u e 端数据上行发送的物理层处理过程 下面对图4 中处理步骤的具体意义进行简要的介绍： 首先，高层的数据通过传输信道的形式传递给物理层。传输信道可以有一 条或者多条，这是因为w c d 姒系统可能承载的业务是多样的，不同的业务需要用 天津大学硕士研究生学位论文 不同的传输信道来承载，甚至同一种业务也可能需要不同的传输信道( 例女h a m r 语音、止务就需要3 条传输信道) 来承载。传输信道中的数据传输单位是传输块， 传输块的大小为0 比特至几百比特不等。高层每次提交给物理层一个t t i ( 传输 时间间隔，取值为l o m s 、2 0 m s 、4 0 m s 或8 0 m s ) 中需要传输的数据，即高层一次 发送到物理层的数据将需要一个t t 的时间来发送。 由h c r c 校验位：这一步将在输入的每一个传输块后i n d hj ：c r c ( 循环冗余校 翰) 校验位，c r c 校验位的长度可以为2 4 、1 6 、1 2 、8 、0 。 传输块的级联或分拆：这一步的目的是为信道编码做准备，首先，将个 中的所有传输块级联在一起，如果一个t t i 中的数据比特超过z ( 一个门限值， 当采用卷积码时，z 等于5 0 4 b i t ：当采用t u r b o 码时，z 等于5 1 1 4 ：当不采用信道 编码时，z 的值没有限制) ，则再将级联起来的数据进行分拆，例如如果一个t t i 中的总比特数为6 1 0 ，且采用卷积编码，则要将6 1 0 比特分拆成两部分，每一部 分为3 0 5 比特。 信道编码：信道编码的目的是为了使编码后的数据更适合在无线环境中传 输。无线环境的主要特点就是比较恶劣，难以预测，且变化很快。经过信道编 码后，即使个别数据在无线传输过程中出错，经过信道译码后也可以将这些错 误纠正过来。w c d m a 系统采用的信道编码方式有：卷积码、t u r b o 码和不进行编 码这三种。卷积码适合于实现b e r 要求大于等于1 0 。的业务，例如话音业务。 当传输信道的数据速率较高时，它的编码性能没有t u r b o 码好，因此卷积码一般 应用在数据速率较低的业务。t u r b o 码是并行或者串行的级联递归卷积码，其 解码可以迭代进行，它的性能已经趋近于香农容量的极限。t u r b o 码适合于b e r 值较低( 例如l o “左右) 的业务，例如一些数据业务。当编码块大小大于3 0 0 b i t 时( 例如一些较高速率的业务) ，由于t u r b o 码的编码性能会超过卷积码，这时 也一般选择t u r b o 码作为信道编码方式。 无线帧平均：这一步的目的是将一个t t i 中数据比特的数量通过补“o ”的 方式变为当前t t i 中所包含无线帧( 每帧长度为l o m s ) 数的整数倍。例如，如果 u j 前t t 的长度为4 0 m s ，即包含4 个无线帧，且当前t t i 中包含的数据比特为9 9 ， ! j l 【j 在这步要在所有比特数的末尾加上一个“0 ”，凑成i o o l l 特，恰好为4 的躲 数倍。 天津大学硕士研究生学位论文 第一次交织：在无线链路中，往往存在短时的突发大衰落或大干扰，从而 造成连续的一些比特错误。如果在无线链路中传输的数据没有进行交织的活， 连续比特出错将严重影响到信道译码的性能。交织的作用就是将经过信道编码 后的数据打乱顺序，这样即使在无线环境中出现连续的比特差错，经过接收端 的解交织后，出错的比特也能均匀分布在整个编码数据块中，这样就保证了信 道编译码的性能。第一次交织是通过一个m * n 矩阵完成的。n 为一个l 、t i 中所包含 的无线帧的个数，擀n 为进行交织的比特数( 前一步的无线帧平均已经保i d ：了进 行交织的总比特数为n 的整数倍) 。交织的操作方式为行进列出，即按顺序每次 输入n 比特作为矩阵的一行，然后每次按列读出m 比特，从而完成交织。 无线帧分拆：这一步将完成交织后的数据按照一个t t i 中所包含的无线帧 的数量进行均分，以后的步骤将以一个无线帧为单位进行，而不再是以一个t t i 为单位。 速率匹配：这一步是对所需传输的数据比特的数量与最终所能发送的数据 比特的数量进行匹配，换句话说，即通过某种方式增加或减少所需传输的比特 数，使其和最终物理帧所能承载的比特数保持一致。这里的物理帧指最终在无 线信道中实际传输的帧。速率匹配的运算公式如下( 参见文献【1 6 ) ： z o ，= 0 乙，一訾 曲。= z 。j i z j i n 、。j f o ra l l i 2 lj 其中，下标i 表示传输信道的标号，即假设总共有i 条传输信道，下标j 表 示t f c ( 传输格式合并) 值为j ，z 。为一个中间变量，r m 表示第i 条传输信道 的速率匹配参数，n 。为第j 种传输格式合并中第i 条传输信道中需要传输的数 据比特数，n 。，表示针对第j 种t f c 的物理帧所能承载的数据比特数。a 。为 最终计算出的传输信道i 的当前无线帧需要增加或减少的比特数。如果a n 。计 天津大学硕士研究生学位论文 算出的值为正，则表示需要增加a n ，比特，增加的方法为重传，即将某些比特 连续传两遍：如果，计算出的值为负，则表示需要减少，比特，减少的 方法为将某些比特挑出然后删掉，由于信道编译码的作用，即使删除了某些比 特，在接收端经过信道译码后仍旧可以恢复出原始数据，当然这样做的后果是 将导致信道编码增益的降低。完成速率匹配后，所有传输信道需要传输的数掘 比特数的和应该和实际物理帧所能承载的比特数保持一致。 传输信道复接：这步的作用是将所有的传输信道通过级连的局式连成 条信道( c c t r c h 信道) ，以便后面统一进行调制和传送。 物理信道分拆：这一步是将一条c c t r c h 信道中需要传输的数据按照实际所 需的物理信道的个数进行分拆。一条物理信道所能承载的数据量是随着扩频因 子的改变而改变的。如果上行链路要使用d p d c h ( 专用物理数据信道，物理信道 的一种) 用于传输数据，其所能承载的数据流的传输速率与扩频因子的关系如 表2 所示： 表2 上行d p d c h 信道承载数据流的传输速率与扩频因子之间的关系 信道比特速率( 单位：k b p s ) 扩频因子( s f ) c 1 52 5 6 3 01 2 8 6 06 4 1 2 03 2 2 4 01 6 4 8 08 9 6 04 这样如果c c t r c h 的数据流的传输速率小于或等于9 6 0 k b p s ，则只需要 条d p d c h 物理信道就可以传输，否则就需要多条d p d c h 信道，在w c d m a 系统中一条 e 行链路最多可以包含6 条d p d c h 信道。 第二次交织：这一次交织的主要目的是将不同传输信道复接起来的数据进 一步打乱，交织的单位为个无线帧，即l o m s 。 物理信道映射：这一步的目的是将前面分拆后生成的一条或多条数据流映 射到各自的物理信道中，以便后面进行扩频调制。 天津大学硕士研究生学位论文 扩频加扰：在w c d l d a 中采用o v s f 码作为扩频码，同时o v s f 码还用来区分同 一条上行链路中不同的物理信道。扩频因子最大为2 5 6 ，最小为4 。扰码在上行 链路中是用于区分用户的，系统应该保证相邻区域内不同的用户使用不同的卜 行扰码，以免造成相互影响。 q p s k 调制：这一步将采用q p s k 调制的方式完成最终的信号调制。并将调制 n f 的信号送到天线发送。 在n o d eb 接收端，物理层的处理过程基本是按照图4 所示的逆过程进行数 据的解调和还原的，这里就不再详细介绍。 2 23w c d m a 中的上行功率控制算法 c o m a 移动通信系统是一个白干扰系统，这意味着不同用户的发射功率会存 彼此之间造成干扰，采用功率控制方法可以有效的克服“远近效应”等不良影 响，同时可以有效的降低小区中用户的平均发射功率，减少相互问干扰，增加 系统容量。 w c i ) k a , 系统的上行功率控制算法可以分为开环和闭环两种。开环功率控制 的作用主要是弥补由于距离、阴影等情况造成的慢衰落，一般应用于链路建立 阶段的物理信道发射功率初始化，或一些突发性的、持续时间很短的物理信道 ( 例如p r a c h 物理随机接入信道) 。闭环功率控制的目的主要是用来补偿由 于多径干扰造成的快衰落，在上行链路中主要应用于d p c h 信道( 专用物理信道) 平i p c p c h 信道( 物理公共分组信道) 。它又可进一步分为内环功率控制和外环功 率控制，下面用d p c h 信道( d q d p d c h 信道和d p c c h 信道两部分构成) 为例对闭环 功率控制进行介绍： 天津大学硕士研究生学位论文 u e ( 终端) 。上行d p c c h 信道 +的一个时隙+ i 三_ i 匝固! 至亚固j j p 打d p c h 信道 二：二三e 坚! 竺竺圳 二二船亘 二三二 三曼 图5 上行闭环功率控制示意图 2 2 3 1内环功率控制算法 _ 哳d p c h 信道的内环功率控制就是u e 根据n o d eb 在下行d p c c h 信道( 专用 物理控制信道) 中发送的的t p c ( 传输功率控制) 比特来调整上行d p c h 信道的发 射功率，如图5 所示，具体过程为： 首先，n o d eb 接收u e 发送的上行d p c c h 信道，并根据其中的p i l o t ( 导频) 比特进行s i r ( 信扰比s i g n a l t o i n t e r f e r e n c er a t i o ) 测量，以得到相应 的上行无线信道情况的信息。s i r 的测量算法可以参见文献( 4 ，下面进行简单 的介绍： s i r y , i j 量可以分为信号功率s 的测量和干扰功率i 的测量两部分，信号功率 测量测的是接收信号每比特的幅值的平方，而干扰功率测量测的是接收信号的 方差。s 和i 的测量的一般原则是： l 、姒i ( 加性高斯白噪声) 的测量周期要尽可能的长，这样可以更加准确 的估计出噪声i 的平均值。测量周期至少要长于一个t p c 的周期，以避免e h t p c 指 令导致的h i a i 增减影响测量结果。但是如果时间过长，在这期间移动台的数量可 能会发生变化，则姒i 总量也会变化，同样会导致测量结果的不准确。一般的测 量周期为几秒。 2 、信号功率s 的测量时间要尽可能短，以避免由快衰落造成的信号幅值的 变化被平均掉，而不能测量出来。 下面介绍测量的过程及相关公式： 天津大学硕士研究生学位论文 设移动台的发射信号为： p ( n ，) = 4 2 s ( 一k ) e 蛳 ( 2 2 ) 其中k 表示时隙数，n 表示符号数，s ( k ) 为发射信号的功率，d 于采用的是 q p s k 的调制方式，由( n ，妁表示相位，其取值为( z 4 ，3 z 4 ，5 z 4 ，7 z 4 ，) 。 信号在传输的过程中，会有传输功率损耗，相位延迟，以及信号的多径传 播。假设传输功率的损耗已经由慢速功率控制予以很好的补偿，这里不在做考 虑。即只考虑多径的现象和相位延迟的影响。我们引入一个参数，( 亿女) ，代表 多径无线信道中的某一条径，f ，( 月，) 是个复数参量，可以将其改写为 爿，e 州“的形式。其中o l ( h ，k ) 就是f 路径传输过程中的相位延迟。设总共有l 条 多径，总发射功率为l ，则发射功率将分配在l 条路径中传播，因为不考虑路径 损耗，则一，= 1 ，其中4 是参数毵( ”，蟊) 的模。所以在无线信号接收端接收 到的信号为： ( 2 3 ) 其中w ( n ，k ) 是m a i 干扰和背景噪声。然后，要根据公共导频信道上得到 的相位估计对解扩信号进行相位补偿， r ( n ，k ) = r a n ，) j ( 月，k ) ( 2 4 ) 眚j ( n ，) 为( h ，) 的共扼复数，它的加入的作用是抵消l 个不同多径信道 的不同相位延迟，使l 个多径信道进行r a k e 合并前都保持相同的初始相位，这时 进行r a k e 合并后得到的结果为： r ( 月，七) = o ( n ，) ( 2 5 ) 经过r a k e 合并达到最大输出后，下一步要进行相干处理，目的是为了消除 相位调制中不同相位的影响，调整所有接收信号的相位偏移到同一基准上，可 以表示为： r ( n ，) = r ( h ， ) e 一。” ( 2 6 ) 天津大学硕士研究生学位论文 对于用于测量的导频信号( 这里用) p c c h 信道中的p i l o t k 特) ，其初始相 位中( n ， ) 是事先己知的，表示为中p ( 月，t ) z c 4 ，3 r 1 4 ，5 z r 4 ，7 7 r 4 ，p 表 示导频符号。 这样可得到 r 。( 盯，足) = ，- ( h ，丘) e 。一“ ( 2 7 ) 但是在实际的s i r 测量中，有时除了导频符号外，还会使用正常传送的数 据符号来进行测量，而其初始相位中。( h ，k ) 在数据的接收端是事先未知的，这 时要先进行一下相位选择，选择的方法如下 中d ( n ，k ) = m a xr e r ：( n ，t ) e 砷”) 】 ( 2 _ 8 ) 在这里巾( n ，七) x 4 ，3 z r 4 ，5 ，r 4 ，7 x 4 这样便可以在四个调制 相位中选出一个最接近实际接收符号相位的相位值，作为判决出的接收相位值。 得到 r a ( n ，) = ( 月，k ) x e - 归巾朋 ( 2 9 ) 这时便可以进行功率和干扰的测量，设s ( 七) 为测量出的功率，厂( 七) 为测 量出的干扰，可得 1日一f + ln 一生+ l ) _ i 意善r q j c ) + ，：爱u 活) 】| 2 。1 九咄，= 忐”黔亿炉q ，2 沼 其中，q 表示导频信号接收值的平均，用公式表示为 q ：士”轰“的 ( 2 _ 1 2 ) n m m 葛”j 。表示用于功率测量的所有符号数，等于导频符号数加上用于测量的数 据符号数，n 。，表示一个时隙中的导频符号数。另外，注意这里符号的取用是 从后往前，n 代表第k 时隙的最后一个符号位置。由于在t j ：d p c h 的每s l o t f 言号 格式中，导频符号处于每s l o t 的最后位置，因此我们测量s i r 时取的符号是按从 天津大学硕士研究生学位论文 后到前的顺序进行选取，这在某一程度上也减缓了功率控制滞后性的影响。 口滤波的介绍： 注意这时测量出来的干扰值还不能直接用于s i r 计算，还要进行口滤 波。这是因为在前面提到的原因的影响下，公式( 2 一1 1 ) 计算出的干扰功率值 j 是在个时隙中的干扰功率平均值，由于测量误差以及闭环功率控制等【a i 鬃 的影响，不同时隙的干扰功率的测量值会有很大的不同。如果能将多个叫隙中 的干扰功率进行平均，将使测量结果更加理想。滤波就可以达到这个目的。 a 滤波的算法是 ，( ) = 甜( t 1 ) + ( 1 一a ) i ( k ) ( 2 - 1 3 ) 其中口是一个小于l 的正数。从公式中可以看出，计算出的干扰功率i 值除 了要考虑当前时隙的干扰测量值以外，还要考虑这之前所有时隙的干扰测量结 果，而且口的值越接近1 ，以前时隙干扰的测量结果对当前时隙i 的值( 计算值) 影响就越大。这样便可以有效的减少由于当前时隙干扰功率测量值的测量出现 误差而对总体干扰功率平均值产生影响。 这时便可以进行最后的s i r 计算了，计算公式为： s i r = s ( 七) t ( k ) ( 2 1 4 ) 然后，n o d eb 将得到的s i r 澳u 量值和外环功率控制产生的目标s i r 值进行比 较，并根据比较结果得出控制u e 发射功率的下 行t p c 命令。如果测量s i r 值大于 目标s i r 值，则生成的下行t p c 命令为“0 ”，控制u e 降低发射功率：如果测量s i r 值小于目标s i r 值。则生成的下行t p c 命令为“l ”，控制u e 升高发射功率。最后， n o d eb 将产生的下, 行t p c 命令通过下, 行d p c c h 信道发送给u e 端。 u e 在接收至 n o d eb 发送的下行d p c c h 信道后，将根据其中t p c 比特所传递的 信息来调整上行d p c h 信道的发射功率，然后n o d eb 再根据新的s i r 测量结果产生 出新的下行t p c 命令，从而形成了一个闭环( 如图5 所示) 。 根据u e 发射功率调整速率的不同，上行d p c h 信道的内环功率控制又可以分 为算法l 和算法2 两种不同的方式，具体采用哪种方式由高层参数来控制：当u f 根据高层参数判断应该使用内环功率控制算法1 的时候，它将根据在 - j j d p c c i i 信道中传送的t p c ：指令，在每个时隙中都要进行一次功率调整，即算法l 的功率 调整速率为1 5 0 0 次秒。当u e 根据高层参数判断应该使用内环功率控制算法2 的 天津大学硕士研究生学位论文 时候，它将根据下行d p c c h 信道中的t p c l h 特，在每5 个时隙中才进行一次功率调 牡，即算法2 的功率调整速率为3 0 0 次秒。 22 - 32外环功率控制算法 根据上面对内环功率控制过程的说明，可见其实上行链路内环功率控制的 作目是使基站接收到的某条上行信道的信号的s i r 值维持在一个改定的 i 标s i r 值，f 【! 是只采用内环功率控制并不能保证数据的接收质量保持扫：一个希望值， 这是因为数据的接收质量除了和接收信号的s i r 值有关外，还受到多谱勒频移等 其它一些因素的影响。为了保证传输的数据能满足一定的误块率要求，使得在 内环功率控制中用于和s i r n 量值进行比较从而产生t p c * 旨令的目标s i r 保持在合 理值，在w c d m a 中采用外环功率控制的措施，即接收方根据对接收到的某一条传 输信道的数据进行测量而得到一些信息( 例如误块率b l e r 、误码率b e r 等) 来不 断对目标s i r 进行调整，使其满足实际所需，进而保证数据的传输质量。 外环功率控制算法可以分为硒大类：采用b l e r ( 误块率) 作为质量目标的 算法和采用物理信道b e r 作为质量目标的算法，其中采用b l e r 作为质量目标的算 法又可以进一步分为两种：直接法和平均法。在前厩对上行链路物理层过程的 介绍中，已经说明u e 会在每一个上行数据传输块的后面加上c r c 校验位，b l e r 的 测量就是根据c r c 的校验结果得出的。直接法是根据对链路中某一条传输信道当 前数据块的c r c 校验结果来直接对s i r 目标值进行调整( 由于外环功率控制的最 大频率为一个t t i 调整一次，因此直接法只适用于一个t t i 中只包含一个传输块 的传输信道) ，而平均法是统计一定时间内链路中某条传输信道的误块率，并 同目标误块率进行比较，进而调整目标s i r 值。 下面对直接法进行介绍： 直接法的计算公式如下： s i r , 。q 。( 七) = s i r , w 。( 七一1 ) + 融r 删。( 七) ( 21 5 ) 其中s i r , 。( 庀) 表示当前t t i 的目标s i r 值，s i r i * r g e t ( t i ) 表示前个t t l 的 目标s i r 值s i r 。d j u s ，( ) 表示当前t t i 的目标s i r 调整值。当移动台得到一个传输 块数据的c r c 校验结果后，如果校验结果表明当前数据块是【e 确的则 s i r a 。o u s l ( ) f f ：j t r 值为s i r l n c d b ：否则s i r 删。( t ) 的取值为一s i r d e c d b 。其中 l 天津大学硕士研究生学位论文 s i r m = a t d b l s i r n e c = s i r f n c x b l e r 。g 。( 1 一b l e r la r g e l ) ( 2 一1 6 ) ( 2 一1 7 ) b l e r 。表示系统对当前业务所要求的误块率，为数据传输的个重要质 爷指标，不同、出务所要求的误块率往往是不同的，例如话音、i k 务要求的误块率 为1 02 ，数据业务则要求误块率为l o 。a 表示外环功率控制的步k 。 假设在n 个数据传输块中实际的误块率为b l e r 。，错块数为n ，n 个数 据块中第块的目标s i r 值为s i r ( 1 ) ，第n + 1 块的目标s i r 值为s i r ( n + 1 ) ，根 据公式( 2 - 1 5 ) ，可以得出： s 1 r ( n + 1 ) = s 1 r ( 1 ) + n x t s z r m 一( j v 一。，) s i r d f ( 21 7 ) 这样，根据公式( 2 1 5 ) 、( 2 - 1 6 ) 和( 2 - 1 7 ) ，可以得出： b l e r t = n r n = 跚d + 【湖( + 1 ) - s z r 0 ) i n ( s t r , n c + 姗m c ) = 跚肿( 跚脚+ 跚w ) ) x 1 + s i r ( n + 1 ) 一s i r ( i ) ( s i r o z c ) = b l e r 。 1 + s i r ( n + 1 ) 一s i r ( o ( s x r d z c | ) = b l e r ，。m 。+ ( 1 一b l e r t a r g e t ) 【s z r ( + 1 ) 一s 1 r ( i ) ( a b l e r ，。r g 。) ( 2 一1 8 ) 从公式( 2 - 1 8 ) 中可以看出，当n 足够大的时候，b l e r 。将逼近于 b l e r 。，这证明直接法能够保证使当前业务达到系统所要求的误块率的目 的。 至于平均法，同直接法一样，也能达到保证当前业务的误块率的目的，只 是在过程和性能上有一些差异，这里就不再详细介绍。 2 2 4w c d m a 系统中承载有不同传输速率要求的多业务的方法 不同的业务往往有不同的传输速率要求，甚至有些业务( 例如a m r 语音) 所需的传输速率也并不是固定的，而是在传输过程中不断变化。w c d m a 系统能够 提供从几k b p s 一直到2 m b p s 的多种传输速率。数据传输速率的调整方式可以分为 两种物理信道所能承载的数据传输速率的调栏和速率匹配，下面分别介绍： 天津大学硕士研究生学位论文 2 2 4 1物理信道所能承载的数据传输速率的调整 有两种方式可以用来调整物理信道所能承载的数据传输速率：一种是改变 扩频因子，一种是改变用于承载业务的物理信道的个数。 1 、改变扩频因子 w c d i a 系统是采用直接序列扩频，扩频码采用o v s f 码，码速率为3 8 4 m b p s 。 l i 接序列扩频的示意图如下所示： 数据流比特的速率；0 38 4 m b p s s f 广 r r i 竺竺兰r ( ，；乏 卫龇扩频后输出的信号 丫 眄嗣 i l 坐j 咖n n 咖 扩频码码片的速率为3 8 4 加o p s 图6w c d m a 系统中扩频过程示意图 由图6 可以看出，进行扩频的数据流比特的速率( 即物理信道所能承载的 数据比特速率) 为3 8 4 m b p s s f 。因此通过调整扩频因子s f 的大小，就可以达到 调整物理信道所能承载的数据比特速率的目的。表2 列出了上行d p d c h 信道所能 承载的数据比特速率和扩频因子s f 之间的关系。 2 、改变物理信道的个数 表3 列出的只是单一d p d c h 物理信道所能承载的数据比特速率，从中可以看 出，当s f 的值为4 的时候，最大的数据传输速率为9 6 0 k b p s 。当系统要求的物理 信道承载能力超过9 6 0 k b p s 时，可以通过增加物理信道个数的方法来满足系统的 要求。 在w c d m a 系统中规定上行链路中最多可以同时存在6 个d p d c h 信道，且如果 采用超过一个d p d c h 信道的时候，扩频因子必须为4 ，即如果能通过改变扩频因 子来满足系统对物理信道承载能力的要求的话，则不会采用增3 t l d p d c t t 信道的方 法。表3 为d p d c h 信道个数和所能承载的数据速率之间的关系。 天津大学硕士研究生学位论文 表3 上行d p d c h 信道承载数据流的传输速率与信道个数之间的关系 l 传送比特速率( 单位：m b p s ) d p d c h 信道的个数 09 61 19 22 2 8 83 3 8 44 4 8 05 57 66 d p d c h 信道的个数最大只能是6 ，而不能无限的增加。这是因为d p d c h 信 道之间是靠o v s f 码来区分的，o v s f 码树的结构如下： s f = ls f = 2s f = 4 图7o v s f 码的码树结构 从图7 中可以看出，0 v s f 码的资源是有限的，如果扩频因子为4 的话，最多 只能有4 个0 v s f 码供扩频使用。考虑至i j q p s k 调制可以将两个物理信道的数据分别 作为i 、q 两路并采用同样的扩频码调伟4 ，因此6 条物理信道就需要占用3 个s f 为4 的0 f s f 码资源。剩下的码资源将用于其它的物理信道( 例如专用物理控制信道 d p c c h 等) 。 第二章在介绍w c d m a 系统的一些特点时提至i j w c d m a 支持高速率数据业务传输 ( 3 8 4 k b p s f 。域覆盖2 m b p s 本地覆盖) ，注意这里的3 8 4 k b p s 和2 m b p s 指 的是从m a c 层下发给物理层的数据( 没有经过信道编码) 的速率，并不是指物理层所能承 载的数据流的传输速率。 天津丈学硕士研究生学位论文 2 24 2速率匹配 采用调整物理信道所能承载的数据传输速率的方法，可以确定在空中接口 中的数据传输速率，从表2 和表3 中也可以看出，这些速率值只是一些固定的离 散值。但是在实际中，不同业务从t , k a c 层下发到物理层的数据速率可能是千差万 别的，而且经过信道编码等一系列操作后，最后实际所需的物理信道承载速率 往往和w c d m a 系统所能提供的速率值有一定的差距。为了弥补这个差距，需要使 用速率匹配的方法，即通过增加或减少传送的数据比特的方法，来将所需臼勺物 理信道承载速率匹配到实际中物理信道所能提供的传输速率上。 在2 2 2 节中已经介绍了速率匹配的步骤及计算公式，需要注意的是速率 匹配的使用是会影响到编码增益的。 2 3w c d m a 系统承载业务的q o s 保证措施 q o s ，全称为q u a l i t yo fs e r v i c e ，指系统所承载的业务所要求的一些特 定的质量指标，例如误码率b e r ( 或误块率b l e r ) 、最大允许延迟等。w c d i , i a 系 统根据不同业务的不同q o s 需求将q o s 分成了四类： 会话类( c o n v e r s a t i o n a lc l a s s ) ：这类业务的q o s 对延迟的要求很高，即 不允许出现较大的延迟，例如a m r 话音业务。 数据流类( s t r e a m i n