（信息与通信工程专业论文）hspa移动性管理策略研究.pdf

南京邮电人学硕士研究生学位论义摘要 摘要 为满足快速增长的3 g 数据业务需求，3 g p p 在w c d m a 协议的r 5 版本中引入了高 速数据解决方案h s d p a ，此方案逐渐演变为h s u p a 和h s p a + 。随着版本的升级，对移 动性管理也提出新的要求。本文主要对h s p a 中( 包括h s d p a 和h s u p a ) 移动性管理策略 进行研究，论文的主要工作如下： 首先，结合国内未来几年3 g 与2 g 共存的现状，研究了异频和异系统切换时存在的 问题。在3 g 与2 g 共存的情况下，各小区将存在大量异频和异系统邻区，由于r n c ( r a d i o n e t w o r kc o n t r o l l e r ) 下发给u e ( u s e re q u i p m e n t ) 的异频和异系统邻区无优先顺序，因此u e 需逐个测量列表中的对象，于是会频繁发生u e 起始阶段测量非目标小区，而目标小区在 许多非目标小区测量后才被测量到的情况，导致测量效率低下。为提高u e 测量目标小区 速度，本文提出按要素对测量对象排序的测量方法，并在真实环境下对所提方法进行测试。 测试结果表明，该测量方法效率较高，可以提高切换速度。 其次，对h s u p a 以及h s p a + 里涉及到的切换技术进行研究，重点研究了h s d p a 技 术中为实现服务小区变更的快速小区选择方案( f c s ) 。通过对现有服务小区选择算法的研 究，对基于最短服务时间的服务小区选择算法进行了改进，并通过仿真对此方法进行了验 证。仿真结果表明，改进方法能实际缩短业务延时，提高系统的实时性。 关键词：h s p a ，异频异系统测量对象，快速小区选择 南京邮电大学硕 j 研究生学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t t om e e tt h er a p i dd e v e l o p m e n to fd a t as e r v i c e ，3g p pr e l e a s e5i n t r o d u c e st h eh i g hs p e e d d o w n l o a dp a c k e ta c c e s s ( h s d p a ) s o l u t i o ni nw c d m a s y s t e m t h i ss o l u t i o ne v o l v e ss t e pb y s t e pf r o mh s d p a t oh i g hs p e e du p l i n kp a c k e ta c c e s s ( h s u p a ) t h e nt oh i g hs p e e dp a c k e t a c c e s sp l u s ( h s p a + ) w j mt h eu p g r a d i n go fw c d m a ，n e wd e m a n d so nt h em o b i l i t y m a n a g e m e n ti sp u tf o r w a r d t l l i sa r t i c l em a i n l ys t u d i e so nt h em o b i l i t ym a n a g e m e n ts t r a t e g y i nh s p a ( h s d p aa n dh s u p a ) 1 1 1 em a i nj o bo ft h ep a p e ri s 笛f o l l o w s ： f i r s t l y , s t u d yo nt h ep r o b l e mi nh a n d o v e rb e t w e e ni n t e r - f r e q u e n c ea n di n t e r - s y s t e mi nt h e c o n d i t i o no fc o e x i s t e n c eo f3 gs y s t e ma n d2 gs y s t e m t h e r ea r em a n yn e i g h b o rc e l l si nt h i s s i t u a t i o n b e c a u s et h e r ei sn o ta p r i o r i t yi nn e i g h b o rc e l ll i s t ，u e h a st om e a s u r et h ec e l li nt h e l i s to n eb yo n e ，t h es i t u a t i o nt h a tt h et a r g e tc e l li sm e a s u r e da f t e rl o t so fu s e l e s sc e l lo f t e n o c c u r s ，w h i c hl e a d st oi n e f f i c i e n c y i no r d e rt oi m p r o v et h es p e e do fu em e a s u r e m e n t ，t h i s p a p e ri n t r o d u c e ss e v e r a lm e t h o d sa b o u th o wt oa r r a n g et h eo r d e ro fc e l li nm e a s u r e m e n tc o n t r o l l i s t ，a n dt e s t si np r a c t i c a lc o n d i t i o n t h er e s u l t ss h o wt h a tt h em e t h o di se f f i c i e n ta n dc a n i m p r o v et h eh a n d o v e rs p e e d s e c o n d l y , t h i sp a p e rs t u d i e st h eh a n d o v e ri n v o l v e di nh s u p aa n dh s p a + ，f o u c i n go nt h e f c sf o rs e r v i c ec e l lc h a n g ei nh s d p a b a s e do nt h er e a r c ho fc u r r e n ta p p r o a c h e s ，a l l i m p r o v e dm e t h o dw h i c hi sb a s e do nt h es h o r ts e r v i c et i m ec e l ls e l e c t i o ni sp r o p o s e da n d t e s t e db ys i m u l a t i o n r e s u l t sw h i c hs h o wt h en e wm e t h o dc a ns h o r t e nt h et i m ed e l a ya n d i m p r o v et h er e a l t i m es y s t e m k e y w o r d ：h s p a ，i n t e r - f r e q u e n c ea n di n t e r - s y s t e mm e a s u r e m e n to b j e c t ，f c s 南京邮电大学学位论文原创性声明 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，也不包含为获得南京邮电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：望查彬日期 伊 印? i s 。 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、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、缩印或其它复制手段保存论文。本文电子文档的内 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) 授权南京邮电大学研 究生部办理。 研究生签名：蚴冬师签名：蚴日期：一 南京邮电犬学硕卜研究生学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 本课题研究背景及意义 随着3 g 牌照的发放在市场的推动下，3 g 在国内的发展随即上升到新的高度。在目前 3 g 的三个标准中，w c d m a 在技术上成熟于其它两个标准c d m a2 0 0 0 和t d s c d m a 。2 0 0 9 年中国联通承建的w c d m a 网络覆盖，投资额度就到达5 5 0 亿人民币，足见运营商们在 3 g 市场上的大展拳脚的决心。 g s m 在国内发展十几年，据工业和信息化部在2 0 0 8 一季度的报告中显示我国移动用 户数达到5 7 亿户。用户数直接体现目前我国2 g 网络覆盖的容量，在3 g 牌照开放之日起， 我国将会一段时间内存在2 g 和3 g 混和无线网络覆盖的局面。如何解决好用户通信时在异 系统之间的切换是目前迫切需要解决的问题。从市场和技术来看，w c d m a 一直向前发展， 与此同时其移动性管理也随着出现的新技术而产生新的策略，如何应对新技术提出的挑战 也是移动性管理必须解决的问题。 1 2 通信系统发展史1 1 l 从上世纪7 0 年代美国推出的a m p s 系统为标志称为第一代通信系统。第一代移动通 信系统采用模拟移动通信技术，以美国的高级移动电话系统a m p s ( i s 5 4 ) 、英国的全接入 通信系统t a c s ( t o t a la c c e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) 和北欧的北欧移动电话n m t ( n o r d i c m o b i l et e l e p h o n y ) 为代表，其特点是以模拟电话为主，多址方式采用频分多址 f d m a ( f r e q u e n e yd i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s ) 技术。其后，很多国家也开始发展移动通信系统 技术，移动通信业务在全球范围内迅速拓展开来。第一代通信在当时来说对时代的发展起 到了不小的作用，但随着技术和市场的发展，第一代通信系统的弊端也是显露无遗。比如 说频谱利用率低、通信容量有限；通话质量一般；保密性差；制式太多、标准不统一，互 不兼容；不能提供自动漫游；不能提供数据业务等，鉴于模拟蜂窝技术本身的局限性，上 述问题不能得到很好的解决。因此人们就逐渐探索通信道路上更好的技术。 第二代通信系统的诞生是以采用数字技术为基础的蜂窝通信系统，它主要采用时分 多址t d m a ( t i m e d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 技术或窄带码分多址c d m a 技术。它与模拟技 术相比，克服了模拟技术只能在掉话和串线等干扰发生前提供一定程度的复用，数字技术 可以允许多次复用，并且通过数字编码即扩大了容量，又提高了安全性。此外，数字技术 2 南京邮咆大学坝卜研究生学位论文第一章绪论 可支持多种数据新业务。 以前采用t d m a 体制的数字蜂窝移动通信系统主要有三种：即欧洲的g s m 、美国的 d a m p s 和日本的p d c ；采用c d m a 技术体制的主要为美国的c d m a ( i s 9 5 ) 。它们能够 为移动用户提供9 6 k b p s 的低速话音业务。而从2 g 过渡到3 g 的g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i o s y s t e m ) 和e d g e ( e n h a n c e dd a t ar a t ef o rg l o b a le v o l u t i o n ) 更能够给用户提高到1 6 0 k b p s 和 3 8 4 k b p s ，使用户能享受到更多的的数据业务。随着移动通信、数据通信和i n t e r n e t 的飞速 发展与日益融合，移动用户对于多种业务服务的需求不断增长，亟需研究出能够提供更大 带宽、更大容量和更灵活服务的第三代移动通信系统。 第三代通信系统是由国际电信联盟( i t u ) 在19 8 5 年首先提出的，i m t - 2 0 0 0 ( i n t e m a t i o n a l m o b i l e t e l e c o m m u n i c a t i o n 2 0 0 0 ) 。随着时间的推移，i m t - 2 0 0 0 的要求和目标愈加清晰，由 于f p l m t s 这个名称含义不准确，1 9 9 6 年i t u 正式将其更名为全球移动通信系统m 仃一 2 0 0 0 ，意即工作在2 0 0 0 m h z 频段，预期在2 0 0 0 年左右商用的系统【2 】，准确定了包括业务 需求、工作频带、数据传输能力、网络过渡要求、频谱利用效率等方面的技术标准，基本 上建立了第三代移动通信系统的框架。 1 33 g 各标准比较3 】 1 9 9 9 年3 月r r u r 第十六次会议，确定了第三代移动通信技术的格局，而在随后的第 十八次会议通过了“第三代移动通信系统( i m t - 2 0 0 0 ) 的无线接口规范”建议。地面第三代 移动通信无线传输技术( i 盯i ) 共有十种，如表1 1 表1 1l o 种i m t - 2 0 0 0 地面无线传输技术提案 序号提交技术双工方式应用环境提交者 lj ：w c d m a f d d ，t d d所有环境日本：a r m 2 e t s i u t r a u m t sf d d ，t d d所有环境欧洲：e t s i 3w i m s 、肌c d m af d d所有环境 美国：t 队 4 w c d m a 仆i a f d d 所有环境美国：t 1 p i 5g l o b a lc d m ai if d d 所有环境韩国：r r a 6t d s c d m a t d d 所有环境中国：c w t s 7c d m a2 0 0 0 f d d ，t d d所有环境美国：t e a 8 g l o b a lc d m ai f d d 所有环境韩国：n a 9u w c 1 3 6f d d 所有环境美国：t 认 l o e p d e c t t d d 室内，室外到室内欧洲：e t s i d e c t 计划 以上十种技术在彼此融合发展，目前占据主导地位的三大标准是w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 南京邮i 【1 大学硕士研究生学位论文第章绪论 和t d s c d m a 。 下面分别先介绍下各个标准的特点： ( 1 ) w c d m a w c d m a 主要有以下特点： 适应多种业务的传输，灵活提供多种业务； 工作为异步方式，b t s 之间无需同步； 优化的分组数据传输格式； 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： 充分考虑了信号设计对e m c 的影响 ( 2 ) e d m a2 0 0 0 e d m a 2 0 0 0 主要有以下特点： 反向信道相干接收； 前向发射分集； 全部速率采用c r c 方式； 充分考虑了信号设计对e m c 的影响 ( 3 ) t d - s c d m a t d s c d m a 采用时分双工工作方式，主要有以下特点： 能使用各种频率资源无需成对的频率； 适用与上，下行不对称负荷，特别适用于口数据业务； 上，下行工作与同一频率，对称的电波传播特性有利于使用新技术，如智能天线； 系统设备成本较低，比f d d 系统可能低2 0 - - 5 0 。 表1 2 是对三种标准主要技术的比较 表1 2 三种标准的主要技术差别 w c d m ac d m a2 0 0 0t d s c d m a 信道带宽m h z5 ，1 0 ，2 01 2 5 ，5 ，1 0 ，2 0 1 9 0 0 1 1 码片速率( m e s ) 3 8 43 6 8 6 41 2 8 基站间同步异步同步同步( 需g p s )异步同步 帧长m s 1 02 0 1 0 ( 子帧长5 ) 双工技术 阳d 厂1 7 d df d dt d d 多址方式 d s c d m ad s c d m a 乘im c c d m a t d s c d m a 语音编码尉定速率可变速率固定速率 4 南京邮电大学硕士研究生学位论文第章绪论 可变扩频因子和多码r j 检可变扩频因子和多码r i 检可变扩频因子和 多速率测：高速率业务盲检测：低测；低速率业务，事先预订多码砒检测； 速率业务好，需高层信令参与 卷积码r = i 2 ，1 3 ，约束长度 卷积码r = i 2 ，1 3 ，约束长度 卷积码r = i 4 f e c 编码1 ，约束长度 k = 9 ，r s 码( 数据)k = 9 , t u r b o 码( 数据) k = 9 ，r s 码( 数据) f d d ：开环+ 快速闭环 功率控制 ( 1 6 0 0 b s )开环+ 慢速闭环( 8 0 0 b s )开环+ 慢速闭环 t d d ：开环+ 慢速闭环 ( 2 0 b s ) 卷积码：帧内交织 卷积码：帧内交 交织 块交织 织 r s 码：帧问交织 r s 码：帧间交织 反向：w a l s h ( 信道 反向：w a l s h ( 信道化) + g o l d反向：w a l s h ( 信道化) + g o l d化) + p n 序列( 区 序列2 的1 8 次方( 区分小区)序列2 的1 5 次方( 区分小区)分小区) 扩频方案 前向：w a l s h ( 信道化) + g o l d前向：w a l s h ( 信道化) + m 序前向：w a l s h ( 信道 序列2 的4 1 次方( 区分用户)列2 的4 1 次方1 ( 区分用户)化) + p n 序列( 区 分用户) 数据调制： 数据调制：q p s k j b p s k 数据调制：q p s k b p s kq p s k 16 q a m 调制方式 扩频调制：q p s k扩频调制：q p s k 扩频调制： ：) q p s k 反向：专用导频信( t o m )反向：公共导频信道前反向均采用专 相干解调 前向：专用导频信( t o m ) 前向：公共导频信道用导频信道 支持的核心网协议m a p ( g a m ) i s - 4 1 ( c d m a ) m a p ( g s m ) 1 4 本文研究主要内容 本文主要抓住w c d m a h s d p a h s l 刀) a h s p a + 的发展过程，研究学习与此发展的 切换技术，并提出相应的改进算法。 具体论文结构安排如下： 第一章：交代课题研究背景和意义并从总体上介绍通信系统发展史并且对3 g 各标准 进行性能比较； 第二章：对w c d m a 中h s d p a ，h s u p a 和h s p a + 的性能特点和关键技术进行介绍； 第三章：对w c d m a 中的切换详细介绍，并且研究传统软切换及新型软切换算法；研 究在目前2 g 和3 g 共存的情况发现异频异系统切换时存在的问题，并提出解决方法。 第四章：在运用h s d p a 技术以后，切换策略发生变化，作者研究服务小区变更的快 速服务小区选择算法，比较了目前几种服务小区选择算法的性能特点，然后结合各自的优 南京邮i 【1 大学硕士研究生学位论文 第章绪论 第五章：介绍仿真工具及仿真模型，并且仿真服务小区选择算法，通过仿真结果比较， s m a r t s t r c s 算法在性能上相比于目前其它算法有所提高。 6 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章w c d m a 的技术发展 第二章w c d m a 的技术发展 第三代移动通信的标准制定主要集中在3 g p p ( 3 g 伙伴计划) 项目中【4 】，该协议组织是 由欧洲的e t s i ，日本的a r i b 和t r c ，韩国的1 队以及美国的t 1 在1 9 9 8 年底发起成立 的，旨在研究制定并推广基于演进的g s m 核心网络的3 g 标准，即w c d m a ，t d - s c d m a ， e d g e 等。中国无线通信标准组( c w t s ) 于1 9 9 9 年加入3 g p p 。3 g p p 的目标是实现由2 g 网络到3 g 网络的平滑过渡，保证未来技术的后向兼容性，支持轻松建网及系统间的漫游 和兼容性。 w c d m a 标准于1 9 9 9 年底形成，它是随着3 g p p 第一个版本而诞生，此版本称作r 9 9 版本，该版本包含了所有满足i m t - 2 0 0 0 技术的必要元素，如2 m b i t s 速率，支持多媒体 业务，便于引入新业务的灵活物理层，差异化的服务质量和分组数据业务。随后3 g p p 协 议又推出r 4 版本，该版本的主要特点是将核心网电路交换域m s c 的用户面和控制面分 成为m g w 和m s c 两个不同服务器。压缩i p 首部是r 4 版本一关键功能，该功能提高基 于口应用无线效率。 r 5 协议版本中，提出h s d p a ( h i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k a g e sa c c e s s ) ，它是为满足且 下行数据业务不对称的需求提出可显著提高系统下行链路容量和数据业务传输速率的重 要技术，该技术( 基本h s d p a ) 可以把数据业务传输峰值速率提高到1 0 8 - 1 4 4 m b i t s 。 2 1h s d p a 技术概况 根据3 g p p 协议组织，h s d p a 的发展可以分为三个阶段【5 】： h s d p a 第一阶段：通过使用链路自适应和适应性调$ i j ( q p s k 1 6 q a m ) ，混合自动重传 ( h a q p ) 及快速调度等技术，控制信道支持的高速下行共享信道，n o d eb 的共享媒体高速 访问控制( m a c h s ) 等技术将峰值速率提高到1 0 8 1 4 4 m b i t s ； h s d p a 第二阶段：通过引入一系列天线阵列处理技术，比如采用基于波速成形技术 的智能天线和m i m o 技术将峰值速率可以提高到3 0 m b i t s ； h s d p a 第三阶段：通过引入o f d m 空口接口技术和6 4 q a m ，将峰值速率提高到 1o o m b i t s ： 7 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章w c d m a 的技术发展 2 1 ih s d p a 的协议架构 w c d m a 中引入h s d p a 对r 9 9 或r 4 的影响，最显著的影响是在于对n o d eb 的影 响，因为h s d p a 中新增了三个物理信道： ( 1 ) 高速下行共享信道h s d s c h ：承载用户数据。 ( 2 ) 高速下行共享控制信道h s s c c h ：承载信令信息和信道解码的控制信息。 ( 3 ) 高速上行专用物理控制信道h s p d c c h ：承载上行控制信令，即a r q 的响应及 下行链路质量反馈信息。 而高速下行共享信道h s d s c h 的增加对其它协议层都有影协主要体现在物理层和 m a c 层。通过以下功能和特征h s d p a 实现了较高的吞吐量【6 j ： h s d p a 引入一种自适应调制与编码( a m c ) 方案，根据终端和n o d eb 提供的信道条 道信息选择调制方式和编码速率。在下行方向，h s d p a 支持1 6 q a m ，作为较好的信道 条件下传输数据的高阶调制方法，同时支持w c d m a 中使用的q p s k 。 h s d p a 采用混合自动重传请求( h a r q ) 协议处理重传，保证无差错数据传输。h a r q 是新的m a c 实体m a c h s 的关键组成部分，同时位于n o d eb 和u e 中如图2 1 。 n ck l 0 r l c m a c d口 m a c m a c “s l - h s m c h s - h 孓 d s c h h s d s c h d s c f p d s c h f p h f p l 2l 2l 2l 2 p h yp h yl l l ll ll l u ul u bl u t 图2 1h s i ) p a 无线接口协议架构 快速分组调度算法作为n o d eb 功能的一部分实现，该算法负责将h s d s c h 资源( 时隙和 码字) 分配给不同的用户。 从这些功能看，以前为r l c 协议层即服务r n c ( s r n c ) 预留的部分功能已经下移到 m a c 协议层及n o d e b 中。时间关键的功能对无线空口至关重要，h s d p a 的传输时问间 隔t t i 为2 m s ，是r 9 9t t i 的五分之一，重传和调度方法以及编码速率变化等可能会每隔 2 m s 产生一次。t t i 短了可以允许n o d eb 更快的对变化的信道条件作出反应，所以对 h s d p a 的高吞吐量提供更好的性能。 8 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章w c d m a 的技术发展 下面具体介绍一fh s d p a 对原来协议结构的影响： 首先h s d p a 对r n c 的影响： ( 1 ) 对无线资源管理( 鼬蝴) 算法( 访问控制，冲突控制等) 进行了增强。 ( 2 ) 在传输接口信令方面，i u b l u r 上新增了数据和控制帧，对n b a p 、r n s a p 及u u 进行 了增加和修改。 ( 3 ) 传输带宽方面，对i u b ，l u r ，i u 接口提出了高带宽的要求。 再次h s d a p 对n o d eb 的影响： 由图2 1 上可以看出，在n o d eb 中，m a c 层新增了传输信道和物理信道，同时增加 了m a c h s 实体，负责处理h a r q 等功能。 2 1 2h s d p a 的关键技术 在h s d p a 的方案设计中，涉及四项关键技术分别为：自适应调制编码( a m c ) ，混合 自动重传请求( h a r q ) ，h s d p a 的传输时间间隔t t i ，快速分组调度。 1 自适应调制编码( a m c ) 由于无线链路复杂性，终端u e 接收n d , 区的信号质量具有时变特性。r 9 9 中通过适 配链路克服信号衰落，具体是根据信道质量变化及时调整u e 发射功率。h s d p a 中一个 t t i 内u e 的发射功率保持不变。h s d p a 与r 9 9 虽然都是根据u e 上报链路质量指示( c q i ， c h a n n e lq u a l i t yi n d i c a t o r ) 来自适应适配，但是h s d p a 是利用不同调制方式和编码方式适 配。h s d p a 可以利用调制方式有q p s k 和1 6 q a m 调制方式。h s d p a 就可以根据c q i 和n o d eb 中可用的码字资源和功率资源来决定响应的编码速率。自适应编码的系统结构 如图2 2 图2 2 自适应调制编码结构 2 混合自动重传请求( h a r q ) 为进一步提高系统性能，h s d p a 采用a m c 对调制编码方式粗调后，采取h a r q 技 术进行细调。混合自动重传技术结合自动重传( a r q ) 和前向纠错码。在传统a r q 中，如 9 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章w c d m a 的技术发展 果接收到到的帧出现错误，是要求重传，还有要丢弃错误的帧，而h a r q 中采取策略： 如果接受端收到无法克服的错误帧，接收端通知发送端重传错误帧，但不丢弃已接收错误 帧，而是按照一定策略将重传帧与错误帧进行合并从而获得正确帧。究其实质h a r q 是 利用错误帧中有用信息和重传帧的信息进行合并从而提高效率。h a r q 在物理层实现， 它与无线链路层( r l c ) 实现的传统a r q 相比更能够快速检测到物理信道的变化，因此信 道质量变化时可以充分利用信道。 3 h s d p a 的传输时间间隔t t i w c d m a 的r 9 9 版本理，无线帧长为1 0 m s ，传输时间间隔t t i 可以分为1 0 m s ，2 0 m s ， 4 0 m s 和8 0 m s 。当邢大于1 0 m s 时，数据必须分割成1 0 m s 长的数据片段，每个1 0 m s 的数据片段会复用到码组合传输信道的一个1 0 m s 的无线帧上。而h s d p a 中，传输时间 间隔是2 m s ，它包含3 个时隙。h s d p a 的传输信道上没有任何复用。较短的传输时间间 隔不仅能够在高速数据传输时降低硬件复杂度，而且可有效减小链路适配时时延，加快调 度处理反应速度，更有效跟踪无线信道状态变化。 4 快速分组调度 r 9 9 中r n c 负责调度，h s d p a 中n o d eb 负责a m c 、h a r q 和调度由，此是h s d p a 系统最突出的特点。h s d p a 中的快速分组调度是在n o d eb 内的m a c h s 在不同的u e 之 间快速调度和分配高速下行共享信道( h s d s c h ) ，将资源及时分配给无线信道质量较好的 u e ，提高系统容量。h s d p a 中的快速分组调度算法可以综合考虑多方面的因素，包括： ( 1 ) 每个传输时间问隔可以使用的码资源和功率资源： ( 2 ) 终端u e 上报的无线信道质量c q i ： ( 3 ) 以前发送的数据是否被正确接收的反馈信息( a c k n a c k ) ； ( 4 ) 传送数据块的优先级。 图2 3 给出了h s d p a 的资源调度示意图： h s d s c h 是共享信道，共享方式是码分复用和时分复用相结合。图中可以看出，共 有两个高速共享控制信道( h s s c c h ) ，同一个t t i 内最多允许2 个h s d p a 用户通过码分 共享5 个h s p d s c h ，在不同的t t i 间隔间，2 个h s d p a 终端可以通过时分共享5 个 h s p d s c h 。当然u e 可最多使用的h s p d s c h 是由u e 的能力决定的。 l o 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章w c d m a 的技术发展 h s s c c h 2 2h s u p a 技术概况 厂 i 一 圈 u e l u 图2 3h s d p a 的资源调度示意图 3 g p p 在r 5 版本中引入h s d p a 技术后，仍未放慢引入新技术步伐。r 6 协议版本里 引入h s u p a ( h i g hs p e e du p l i n kp a c k e t a c c e s s ) 。h s u p a 技术与h s d p a 技术不存在相互依 赖关系，即使现有r 9 9 网络也可直接升级到h s u p a 。 2 2 1h s u p a 的协议架构 h s u p a 中定义一条新传输信道称为增强专用信道( e d c h ) 。在物理层引入五条新的 物理信道： ( 1 ) 增强上行专用物理信道e d p d c h ，负责承载e d c h 传输信道，传输用户数据。 为兼容r 9 9 版本，e d p d c h 可在不同情况下选择合适的帧长，它采用复帧结构，由5 个 2 m s 传输时间隔( t t i ) 的子帧构成，总帧长1 0 m s 。 ( 2 ) 增强上行控制信令物理信道e d p c c h ，负责传输与e d c h 传输信道相关的控制 信息，与e d p d c h 码分复用一个编码合成传输信道。 ( 3 ) e d c h 绝对准入信道e a g c h ( e d c ha b s o l u t eg r a n tc h a n n e l ) ，是下行公共物理 信道，承载了调度产生的用于直接指定e d c h 传输速率的绝对分配信令。 ( 4 ) e d c h 相对准入信道e - r g c h ( e d c hr e l a t i v eg r a n tc h a 衄e 1 ) 是下行公共物理信 道，承载了调度产生的用于相对调整e d c h 传输速率的相对分配信令，向u e 指明是提高， 降低还是保持e d c h 的发送功率电平。 ( 5 ) e d c hh a r q 确认指示信e h i c h ( e - d c hh a r qa c k n o w l e d g e m e n ti n d i c a t o r 一。刮川引。书 一 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章w c d m a 的技术发展 c h a n n e l ) ，是下行物理信道，负责传输h a r q 相关的a c k n a c k 叫应等信恳给u e 。 h s u p a 与h s d p a 一样，在n o d eb 中引入一上行调度器。h s u p a 上行调度器与 h s d p a 里下行调度器作用不一样。上行调度器是为各个e d c h 用户分配所需的最大容 量，保证n o d eb 不产生功率过载；下行调度器是为多个用户分配下行共享信道资源包括 时隙和码字。由于h s u p a 的引入，对n o d eb 、u e 及r n c 也产生了定的影响，其协 议框架如图2 4 图2 4h s u p a 无线接口协议框架 图2 4 中h s u p a 中u e 、n o d eb 和s r n c 引入了新的m a c 实体包括( m a c e 和 m a c e s ) 。m a c - e 同时出现在u e 和n o d eb 中，主要是为了处理i - i a r q 重传和调度问题。 m a c e s 同时出现在u e 和s r n c 侧，在u e 侧m a c 锱作用是负责把多条m a c d 流量 复用到同一条m a c 船流上；在s r n c 侧，该实体负责顺序传送m a c 鹤p d u ，解复用 m a c - d 流，并根据q o s 特点对这些流进行分类。 2 2 2h s u p a 关键技术 h s u p a 主要采用了三种技术：物理层混合重传( h a r q ) ，基于n o d eb 的快速调度以 及2 m s t t i 短帧传输。 1 物理层混合重传( h a r q ) h s u p a 中物理层的数据包重传机制，与r 9 9 不同之处在于u e 和n o d eb 之间直接进 行重传，通过图2 5 我们可以清楚的比较清楚两个版本的不同之处： 1 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章w c d m a 的技术发展 a r 9 9 图2 5r 9 9 与h s u p a 中数据重传比较 b h s u p a 从图2 5 中可看出，h s u p a 的重传机制绕开了i u b 接口，对于1 0 m s 的t t i ，重传时 延缩短为4 0 m s 。在h s u p a 的h a r q 中可以使用两种合并方式，分别为软合并c c ( c h a s e c o m b i n e ) 和增量冗余i r ( i n c r e m e n t a lr e d u n d a n c y ) 。c c 方式重传的信息和第一次发送的内 容完全一致，因此l i e 在解码前，先把重传信息进行最大比合并后，再进行解码，提高解 码增益。瓜方式的重传支持两种类型，一种是重传时发送和前次完全不一样的冗余信息， 该信息只有和第一次发送的信息合并后才可以解码；另外一种是重传时发送和前次完全不 一样的冗余信息，但该信息可自解码。每次h a r q 重传通过给定增量冗余方式，提高译 码前向纠错的能力。 h s u p a 与h s d p a 中的h a r q 主要区别在于h s u p a 的h a r q 是完全同步的。其它 突出的区别就是当活动集大于1 时，h s u p a 和h s d p a 的h a r q 处理的过程不一样。在 h s d p a 中的h a r q 只有服务小区所属的n o d eb 进行h a r q 处理，而在h s u p a 活动集 内的所有n o d eb 都进行h a r q 处理，并且处理是各个n o d eb 是相互独立的，因此数据 的分组数据无法保证正确的顺序，因此协议里在r n c 侧新增的m a c e s 实体就是为了完 成数据分组业务的顺序调整。 2 n o d eb 的快速调度 h s u p a 采用n o d eb 的非集中调度策略。非集中调度策略是针对r n c 内的集中式调 一度策略而言。r 9 9 采用集中式调度，在r 9 9 中终端u e 的最高传输速率是在传输信道建立 时由r n c 确定的，它缺少了根据实际小区的情况包括负载和信道质量情况来实时变化 u e 的传输速率。不同于r 9 9 ，在h s u p a 里n o d eb 根据小区的负载情况、用户的信道 1 3 塑室唑皇奎兰堡! 受塞竺兰垡堡奎兰三童里! 里竺垒塑垫查垄垦 质量和所需传输的数据状况来决定u e 终端当前可用的最高传输速率。当u e 终端希望用 更高的数据速率发送时，u e 终端向n o d eb 发送请求信号，n o d eb 根据小区的负载情况 和调度策略决定是否同意u e 终端请求。如果n o d eb 同意移动终端的请求，n o d eb 将发 送信令提高移动终端的最高可用传输速率。当u e 终端一段时间内没有数据发送时，n o d e b 将自动降低u e 终端的最高可用传输速率。由于这些调度信令是在n o d eb 和u e 终端 问直接传输的，所以基于n o d e b 的快速调度机制可以使n o d eb 灵活快速地控制小区内各 u e 终端的传输速率。在h s u p a 里的调度由n o d eb 完成，它是根据在每个t t i ，u e 上 报给n o d eb 当前缓存的数据和可用的功率等信息来决定u e 是否可以发送数据。 3 2 m s t t i 短帧传输 相对于r 9 9 的1 0 m s ，2 0 m s ，4 0 m s ，8 0 m st t i 而言，2 m s1 t r i 显著减少了空中接口的 传输时延和帧对齐导致的时延，并且u e 和n o d eb 相应的处理时延也明显降低，可以更 好地配合h a r q 和实施快速调度，提高网络和终端的吞吐量。仿真结果表明【6 】，2 m s t t i 相比1 0 m st t i 的小区吞吐率提升2 0 ，另外采用2 m st t i 带来的快速反应可以显著提高 响应速度，大大提高u e 终端的服务质量，为实时业务提供保障。但是2 m s1 1 1 相比于 1 0 m st t i 帧头字节开销比例大，相对效率低且传输时间间隔降低，交织增益下降。所以 2 m st t i 适用于信道条件较好环境，而1 0 m st t i 适用于信道条件较差环境。 2 3h s p a + 技术概况 随着全球移动通信的快速发展，各大标准组织紧锣密鼓地开展相关标准的制定工作。 为了应付w i m a x 的竞争，3 g p p 3 g p p 2 开始改变自己的网络演进路标，分别提出l t e 、 a l e ( 现已更名为u m b ) 的网络发展思路。但这些是以未经过实际移动网络验证的 o f d m o f d m a 为核心的标准，实际网络性能如何，业界还没有定论。因此为发挥自身 的优势，w c d m a 在h s p a 与l t e 之间引入了以传统c d m a 技术为核心的全i p 网络演 进思路h s p a + 。下面对h s p a + 的网络结构，相对h s d p a 而言增加的关键技术以及业务 承载能力作一些介绍。 2 3 1h s p a 设计目标 3 g p p 在r a n # 3 1 次会议最终确定了h s p a + 的设计目标。 l 、h s p a + 要在5 m h z 内达到与l t e 一样的频谱效率； 2 、h s p a + 要尽可能实现与l t e 共享部分资源，如l t e 的核心网s a e ； 1 4 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章w c d m a 的技术发展 3 、简化或减少网络节点数量； 4 、h s p a + 要作为一个仅仅使用高速数据信道( h s d s c h ，e d c h ) 的分组网络； 5 、h s p a + 网络应该后向兼容r 9 9 h s p a 的终端； 6 、希望能在现有的3 g 网络上进行小规模的升级即可支持h s p a + 的功能。 2 3 2h s p a + 关键技术 h s p a + 是在h s p a 基础上的演进，在关键技术上，它保留了h s p a 的如下特征：快 速调度、混合自动重传+ 软合并( h a r q ) 、下行短帧2 m s 、上行1 0 m s 2 m s 、自适应调整和 编码，同时保留了h s d p a h s u p a 的所有信道及特征：h s p d s c h