（通信与信息系统专业论文）高速上行分组接入技术在wcdma+rnc中的设计与实现.pdf

c l a s s i f i e di n d e x ： u d c ： ad is s e r t a ti o nf o rt h ed e g r e eo fm e n g t h e i m p l e m e n t a t i o na n dd e s i g no fh i g h s p e e du p l i n kp a c k e t a c c e s so nw c d m a r n c c a n d i d a t e ： z h a n gh a o s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rl iy i b i n g a c a d e m i cd e g r e ea p p li e df o r ： m a s t e ro fe n g i n e e r i n g s p e c i a l t y ： c o m m u n i c a t i o na n di n f o r m a t i o ns y s t e m d a t eo fs u b m i s s i o n ： m a r c h ，2 0 1 0 d a t eo fo r a le x a m i n a t i o n ： m a r c h ，2 0 1 0 u n i v e r s i t y ：h a r b i ne n g i n e e r i n gu n i v e r s i t y 一 ，继。 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 1 i t l ll ii l l l l l l l l l l ll l lli i i i l li i 蛐 y 18 0 8 5 4 6 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由 作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用己在 文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对 本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ：孤涪 日期：二d 佃年弓月乜日 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨 工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。 本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据 库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合 学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈 尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文( 圈在授予学位后即可口在授予学位1 2 个月后口 解密后) 由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、潞等。 作者( 签字) ：孤：导师( 签字) ：钐务。易 日期：2 0 l o 年3 月腹日沙0 年岁月日 “ l 组接入技术) q 重传机制， 更短的t 兀等关键技术，使得上行速率最高达到5 7 6 m b s 。 本论文主要研究了h s u p a 在r n c 侧的实现过程，针对h s u p a 技术在 r n c 上的实现，从三个角度：h s u p a 码资源的分配，m a c - c s 的实现过程， 以及对信令流程的影响进行了详细的分析和阐述，并设计了相应的实现方案， 最后通过编写测试用例，搭建测试环境，对上行h s u p a 业务进行了验证。 论文首先通过介绍了o v s f 码资源的产生和码树的结构图，描述了码树 的一些基本概念，同时针对已有的o v s f 码资源分配算法( 随机算法、极左 算法、紧凑算法、权重算法) ，进行了详细的介绍和对比分析，然后针对实际 应用过程中算法实现的原则，结合两种算法，进行了方案的设计。针对不同 业务流程提出了动态分配的概念，极大的提高了码资源的使用率。此外，针 对h s u p a 下行信道化码固定的特点，提出了静态分配的概念，简化了h s u p a 码资源分配的难度，同时针对h s u p a 码资源的管理更新提出了详细的方案。 其次，针对m a c 层引入的m a c e s 实体，分析了协议中e d c h 数据帧 的组成结构，设计了解码e d c h 数据帧的数据结构，同时针对m a c c s 层对 于宏分集和重排序的处理，提出了先到处理、后到丢弃的准则，以及通过设 置定时器，来处理数据包延迟的问题。通过多个b u f f e r 的循环处理设计，解 决了解码速率不够快和数据量过大的问题。 最后通过对信令流程的分析和阐述，以及搭建实验室组网环境，编写测 试流程验证了本论文提出的方案是切实可行和具有实际意义的。 关键词：h s u p a ，码资源，m a c e s ，循环b u f f e r ，信令流程 0 0 哈尔滨工程大学硕士学位论文 i ii i a b s t r a c t h s u p a ( h i 曲- s p e e du p l i n k p a c k e ta c c e s s ) ，w h i c hf o l l o w sh s d p a 但诎一s p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s ) ，s t e p si nan e wd e v e l o p m e n tc o u r s eo f w c d m as y s t e m h s u p aa d a p t sk e yt e c h n o l o g i e ss u c ha sr e t r a n s m i s s i o n m e c h a n i s m ，m u c hs h o r t e r r 兀，e t c i tr i s e st h eu p l i n ks p e e da u sh i g ha su pt o 5 7 6 m b s t h et h e s i sm a i n l yr e s e a r c h e so nt h ei m p l e m e n t a t i o np r o c e d u r e so fh s u p a o nr n c t h r e ea s p e c t sa r ep r o p o s e df o rt h ei m p l e m e n t a t i o n ：d i s t r i b u t i o no f h s u p ac o d e r e s o u r e s ，i m p l e m e n t a t i o n o fm a c e sa n dd e t a i l e da n a l y s i s & c o n c l u s i o no ft h e i m p a c t o ns i g n a l p r o c e s s i n g w e h a v e d e s i g n e d t h e c o r r e s p o n d i n gi m p l e m e n t a t i o ns c h e m e t h e n ，b yw r i t i n g t h et e s t e x a m p l ea n d s e t t i n gu pt h et e s te n v i r o n m e n t , w eh a v ev e r i f i e dt h eu p - l i n eh s u p a s e r v i c e f i r s t l y , w e d e s c r i b es o m ef u n d a m e n t a l c o n c e p t i o no fc o d i n g t r e e b y i n t r o d u c i n gt h ep r o d u c t i o no fo v s fc o d er e s o u r e sa n dt h es t r u c t u r ed i a g r a mo f c o d i n gt r e e m e a n w h i l e ，b a s e do nt h e e x i s t e n td i s t r i b u t i o na l g o r i t h m so fo v s f c o d er e s o u r e s ( r a n d o m ，l e f t - m o s t ，t i g h t e na n dw e i g h t m ga l g o r i t h m s ) , w ep r o v i d e t h ed e t a i l e di n t r o d u c t i o na n dc o m p a r i s o na n a l y s i s t h e nw em a k et h ed e s i g n i n g s c h e m ef o l l o w e d b yo b e y i n g t h e i m p l e m e n t a t i o np r i n c i p l e s o fp r a c t i c a l a p p l i c a t i o n ，a n dc o m b i n i n gt w oo ft h ea l g o r i t h m s b a s e do nt h ed i f f e r e n ts e r v i c e p r o c e d u r e s ，w ep r o p o s et h ec o n c e p t i o no fd y n a m i cd i s t r i b u t i o nw h i c hl a r g e l y i m p r o v e st h eu s a g e r a t eo fs o u r c ec o d e i na d d i t i o n ，w ep r o p o s et h ec o n c e p t i o no f s t a t i cd i s t r i b u t i o nb a s e do nt h ec h a r a c t e r i s t i co ff i x e dc o d i n gi nd o w n - l i n eh s u p a r o u t i n g ，w h i c hs i m p l i f i e st h ed i f f i c u l t yo fh s u p a c o d ei e s o u r e sd i s t r i b u t i o n w e a l s op r o p o s e dt h ed e t a i l e ds c h e m ef o ru p d a t i n gt h em a n a g e m e n to fh s u p ac o d e r e s o l l r e s s e c o n d l y , b a s e do nt h em a c - e se n t i t yi n t r o d u c e db ym a cl e v e l , w ea n a l y z e t i m e r , w ea r ea b l et od e a lw i t ht h ed a t ap a c k e td e l a yp r o b l e m s t h r o u g hd e s i g n i n g t h ec y c l i n go f m u l t i p l eb u f f e l l s ，w es o l v et h ep r o b l e m so fd e c o d i n gi n e f f i c i e n c ya n d d a t ao v e r l o a d f i n a l l y , w ev e r i f yt h eu t i l i t ya n ds i g n i f i c a n c eo fp r o p o s e ds c h e m e b yt h e a n a l y z i n g & c o n c l u s i o no fs i n g n a lp r o c e s s i n g ，t h ee s t a b l i s h m e n to fl a b o r a t o r y n e t w o r ke n v i r o n m e n ta n dt h ec o m p i l a t i o no ft h et e s tp r o c e d u r e s k e yw o r d s ：h s u p a , c o d er e s o u r e s ，m a c - e s ，b u f f e rc y c l i n g ，s i g n a lp r o c e d u r e s 第l 章绪论1 1 1 课题的研究背景和意义1 1 2u m t s 的概述2 1 2 1u m t s 的发展历程2 1 2 2u m t s 和u t r a n 的基本组成2 1 2 3u m t s 的发展前景4 1 3h s u p a 的概述6 1 3 1h s u p a 技术介绍6 1 3 2h s u p a 信道介绍6 1 4 论文结构安排7 第2 章h s u p a 码资源的分配9 2 1o v s f 码的产生9 2 2o v s f 码的树型结构1 0 2 3o v s f 码分配算法1 2 2 3 1 单码分配1 2 2 3 2 单码分配的几种常见算法1 2 2 3 3 多码分配1 5 2 4o v s f 在实际应用中的分配策略1 6 2 4 1 分配原则1 7 2 4 2 码资源的数据结构和分配思想1 8 2 4 3 动态分配的实现流程1 9 2 4 4h s u p a 下行信道化码的分配和管理策略2 6 2 5 本章小结2 8 第3 章h s u p a 在r n cm a c 层的实现2 9 3 1 无线网络控制器的协议架构2 9 3 1 1 物理层( l 1 ) 3 0 3 1 2 数据链路层( l 2 ) 3 0 哈尔滨工程大学硕士学位论文 i i i 宣i i i i i i i i i i i i i | i i i i i 一| i i i i i i i i i i 3 1 3 无线网络控制层( l 3 ) 3 2 3 2h s u p a 对m a c 层的影响3 2 3 2 1m a c 层内h s u p a 数据处理的过程3 3 3 2 2r n c 的m a c e s 实体3 4 3 3h s u p a 系统软件实现设计3 6 3 3 1e d c h 上行数据结构帧3 6 3 3 2e d c h 上行数据帧解码的数据结构设计3 8 3 3 3m a c e s 数据结构设计4 0 3 3 4 系统的整体统实现方案4 1 3 4 本章小结4 5 第4 章h s u p a 在信令流程的实现4 6 4 1 小区建立流程4 6 4 2 不跨i u r 口h s u p a 数据业务建立流程4 8 4 3 跨1 u r 口h s u p a 数据业务建立流程5 1 4 4 本章小结5 3 第5 章测试用例的编写与测试结果分析5 4 5 1 测试环境的搭建5 4 5 2 测试用例的编写5 5 5 3 测试结果5 8 5 4 本章小结：6 2 结论6 3 参考文献6 4 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果6 7 致谢6 8 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第1 章绪论弟覃箔化 1 1 课题的研究背景和意义 随着互联网技术的迅猛发展，原有的语音业务已经无法满足当今社会人 们对于高速数据业务的需求。在急速飞驰的列车上，在高速运行的地铁中， 人们越来越需要随时随地的上网、办公，如何使终端具有可移动性，并且享 受高速的移动业务已经成为当前信息技术需要迫切解决的一个实际问题。 w c d m a ，c d m a 2 0 0 0 ，t d s c d m a 是第三代移动通信的标准，其中 w c d m a 技术已经成为所有标准中的主流，并且在欧洲得到了大规模的商 用，其规范在3 g p p 中制定，是目前最稳定最成熟的技术。w c d m a 网络在 建设初期主要采用r 9 9 版本来部署，可提供上下行3 8 4 k b i t s 的数据传输速度， 对于现有的数据分组业务来说已经基本够用。但是，对于那些在时延和流量 上面有较高要求的数据分组业务，例如下载，视频和流媒体等，则无法满足， 需要有更高的传输速率。针对这个需求，人们又在这个基础上进行了具有针 对性的改进和提高，提出了高速下行分组链路接入技术( h s d p a ) ，该技术 在不改变原有r 9 9 网络的基础上，从传输速率和延迟两个方面对空中接口进 行了优化和改进，使得h s d p a 的下行速率可以达到1 4 4 m b s ，大大缓解了 人们对于移动业务下载的需求。但是对于上行业务速率来说，没有做出任何 的改进和提高。对于w c d m a 网络建设来说，后期的一个重要改进就是提高 上行的传输速率，3 g p p 在r 6 版本中已经为此进行了标准化的制定，提出了 增强型的上行专用传输信道( e d c h ) ，这使得最大的上行传输速率可以达到 曩 5 7 6 m b s t 9 l 。 本课题是基于中兴通讯w c d m ah s u p a 项目，主要研究了引入h s u p a 技术之后对原有的w c d m ar n c 的影响，以及h s u p a 在w c d m ar n c 内 的实现过程。从码资源分配，m a c 层，以及无线链路处理流程三个方面，阐 述了h s u p a 在w c d m ar n c 的实现，并且编写测试用例，对实现方案进行 口协议的修改。r 5 ，r 6 版本是针对当今数据业务的迅猛发展，提出了更高的 传输速率，引入了h s d p a 和h s u p a 来进行业务速率的提升，同时r 5 版本 也是w c d m a 技术第一次全面引入全口方式的第一个标准。r 7 版本在前两 个版本的基础上引入了正交频分复用( o f i ) m ) 和多入多出( m i m o ) 技术， 大大提升了数据业务上下行的传输速率，目前w c d m a 已经成为国际主流的 通信标准之一，部署在世界多个国家，是目前应用范围最广，系统成熟性最 高的产品【9 j 。 1 2 2u m t s 和u t r a n 的基本组成 1 2 2 1u m t s 的基本组成 u m t s 系统亦称为w c d m a 通信系统，主要采用w c d m a 空中接口技术。 整个系统有三个网元：核心网、u m t s 陆地无线接入网( u m t st e r r e s t r i a lr a d i o a c c e s sn e t w o r k ，u t r a n ) 和用户设备( u s e re q u i p m e n t ，t m ) t g 】。u m t s 网络在设 计时遵循一个原则即尽可能地分离核心网与无线接入网之间的功能，使得这 两个网元可以相互独立。在核心网部分主要执行与应用和业务相关的功能， 而在无线接入网部分主要负责无线资源的管理功能。无线接入网包含两个无 线接口：i u 接口和u u 接口。i u 接口是c n 与u t r a n 之间的无线接口，u u 接口是u t r a n 与u e 的无线接口。 u m t s 由多个网络单元组成，可以划分为若干个子网。图1 1 所示为u m t s 2 哈尔滨工程大学硕士学位论文 i i ii iii ii i i i i i i i i 网络单元构成的示意图。 8 k 、f - = = = = = 一 r 1 两；吲 一r = = 、鹫龌箜童拓一一 岫b r 彳瓣陵 l u b b b k l h b d b p7 削ji 巴：_ 匕竺叮，o 到 u 1 1 馨曼 ；飞n ；：。j 图1 1u v n 忑网络单元构成图 0 ) u e 是终端设备，即手持终端或者数据卡。用户终端设备包括以下几个功 能模块单元：基带处理单元、射频处理单元、应用层软件模块以及协议栈模 块i 们。u e 通过u u 口与网络建立连接关系进行数据业务，为用户提供分组域 和电路域的各种服务。 ( 2 ) u t r a n 由两个部分组成，负责所有无线接入功能。 o ) n o d e b ：基站，主要完成w c d m a 系统的物理层协议处理，包括扩频与 解扩、调制与解调、信道编码与信道解码，同时也参与部分无线资源管理， 并且处理射频信号和基带信号之间的转换。 i 矾c ：负责系统无线网络资源的管理，包括码资源的分配、带宽的分配、 新业务的接纳等等，是整个系统的中枢神经系统。r n c 是c n 与u t r a n 连 接的纽带，为所有业务提供业务接入点与管理。 ( 3 ) c n 负责对各种业务进行交换和路由转换，同时负责呼叫的转续、计费、 数据业务流量的计算。 1 2 2 2i 瓜a n 的基本组成 u t r a n 的结构图如下图所示： 3 哈尔滨工程大学硕士学位论文 j i i m l _ i h i i i i i i i u t r a n 可以由多个无线网络子系统( r a d i on e t w o r ks u b s y s t e m ，r n s ) 组 成。其结构如图1 2 所示，一个r n s 由一个无线网络控制器( r a d i on e t w o r k c o n t r o l l e r , r n c ) ；一个或多个n o d e b 组成【9 1 。r n c 与n o d e b 之间用有线的i u b 口相连，r n c 与r n c 之间用有线的i u r 口相连。 r n c 主要作用是控制整个系统的无线网络资源，通过i u 口与核心网相 连，在u t r a n 和用户设备终端之间的无线资源控制协议( r a d i or e s o u r c e c o n t r o l ，r r c ) 在此终止，是整个系统的中枢神经系统。 对于r n c 来说，根据对象的不同可以分成三种r n c ：控制r n c ，服务 r n c 和漂移r n c 。对于同一个r n c 来说，通常可以包含这三种r n c 的所 有功能。其中针对l i e 来说，可以分为服务r n c 和漂移r n c 。针对n o d e b 来说，是控制r n c 。 ( 1 ) 控制r n c ( c o n t r o l l i n gr n c ，c r n c ) ：针对一个n o d e b 来说，控制该n o d e b 的r n c 叫做该n o d e b 的控制r n c ，c r n c 负责对其控制的基站下所有小区进 行无线资源管理。 ( 2 ) 服务r n c ( s e r r i n gr n c ，s r n c ) ：是针对u e 而言的，主要进行u e 和网络 侧的无线资源管理。它是该u e 的u u 接口的终止点、i u 接口的起始点。s r n c 完成包括小区切换、开环功率控制，码资源分配，服务链路迁移等基本的无 线资源管理。 ( 3 ) 漂移r n c p r i f ：【r n c ，d r n c ) ：针对u e 而言，u e 在与u t r a n 交互过程 中除了用到的s r n c 以外的所有的r n c 都称为该u e 的d r n c 。d r n c 可以 进行宏分集与合并，并控制着该d r n c 下的小区资源。对于u e 而言，d r n c 不是必须的，可以有一个或者多个、甚至没有d r n c 。 1 2 3u m t s 的发展前景 随着3 g 网络在全球各个国家的陆续部署，人们将越来越体会到3 g 技术 给现代移动通信带来的巨大影响，给人们的生活带来的前所未有的改变。它 使得互联网业务摆脱了过去环境和场地对网络的束缚，使得人们可以无时无 4 哈尔滨工程大学硕士学位论文 刻，无拘无束地享受互联网带来的欢乐。w c d m a 拥有3 g 系统最重要的特 性：支持高速移动分组数据业务，是目前三大标准中应用最广泛和最稳定的 标准，在和其他两种标准的对比中，针对自身的不足也进行了不断的演进， 包括h s p a + 技术，同时以爱立信为主导的公司，为了继续延续w c d m a 网 络的使用价值，积极对w c d m a 系统进行升级与技术更新，以获得更多的商 业利益。同时针对其他标准产生的挑战，w c d m a 标准也已经开始了长期的 演进计划，即l t e 的研究与标准化【9 】o h s p a + 技术包括了当前多种最新技术、如m i m o 、多载波等。由于无线 互联网业务的的迅猛发展，数据业务的大幅增强，原先的无线通信系统的容 量已经无法满足需求。传统无线通信系统即单入单出( s l s o ) 系统，采用发射 天线和接受天线各一副，根据香浓定理的推断，传统的s i s o 在信道容量上 已经无法再有突破，这对于无线通信收发系统提出了严峻的考验。为此人们 提出了天线分集技术这个概念，用以解决无线信号在多径衰落情况下的稳定 性问题。虽然多种分集技术的联合应用提高了原有的分集增益，但是常规的 分集技术只能提高系统的接收信噪比，对信道容量而言收效甚微，依旧无法 解决无线网络日益增长的容量和可靠性问题。理论研究表明，在一定分集维 数范围内，增加维数可提高接收的性能，但是超过这个范围，维数的增加与 性能的提高就毫无关联。对此，b e l l 实验室提出了多入多出的概念，即充分 利用空间资源，在输入端进行多天线的发射，同时在输出端进行多天线的接 收，这样就可以达到在频谱和功率的一定的情况下，成倍地提升通信系统的 可靠性和容量，为解决数据业务的大幅发展提供了新的途径【9 1 。 l t e 是国际标准化组织3 g p p 应对未来移动通信的发展提出的新的挑战， l t e 是以o f d m 技术为基础，该技术的出现克服了信道频率选择性衰落和符 号间干扰的缺陷，使得频谱资源得到了充分的利用，并且提高了系统的吞吐 量，满足了系统大容量的要求。在整个l t e 标准化的推进过程中，为了保证 终端设备的功率效率，降低上行链路的峰均比，同时兼顾f d d 和t d d 技术 相同性，l t e 最终采用了上行s c f d m a ，下行o f d m a 技术。未来l t e 的 5 哈尔滨工程大学硕士学位论文 正式商用，必将为整个移动通信带来一场新的革命【9 】o 1 3h s u p a 的概述 1 3 1h s u p a 技术介绍 h s d p a 技术的出现缓解了人们对下行数据业务传输速率的要求，但是上 行网络速度并没有得到有效的改善，h s u p a 就是针对上行传输速率不足而设 计的，它使得上行理论峰值速率达到5 7 6 m b s ，缓解了人们对于网络上行传 输速率的迫切需求。与h s d p a 技术类似，h s u p a 技术也采用了快速重传技 术h a r o 和n o d e b 分组调度技术。但与h s d p a 不同的是h s d p a 的，r n 为 2 m s ，而h s u p a 可以为2 m s 或1 0 m s 。同时h s d p a 采用的是异步h a r o 技 术，而h s u p a 采用同步m 娘q 技术。h s u p a 技术的引入，大大提高了系统 的上行容量增益，同时减少了业务的延时【9 1 。 1 3 2h s u p a 信道介绍 h s u p a 的引入对整个w c d m a 网络需要增加一些新的信道，如e h i c h ， e a g c h 和e r g c h 等。 e d p d c h ：e d c h 的专用物理数据信道，u e 根据业务速率的需要进行 灵活的选择，用于承载e d c h 的上行数据信息。 e d p c c h ：e d c h 的专用物理控制信道，用于承载e d c h 的上行信令 信息。 e h i c h ：e d c h 的m 娘q 确认指示信道，用于承载e d c h 下行信令。 通过3 个或者1 2 个连续的时隙间隔发送消息，每个时隙可以由4 0 个不同的 用户进行复用，因此e h i g h 最大支持上行4 0 个用户。u e 根据t 1 1 来定时 地监测激活集内小区的e h i g h 信道。当t t i = 1 0 m s 时，信道每隔8 m s 上报 一次信息；当t i l = 2 m s 时，信道每隔2 m s 上报一次信息【9 1 。 e r g c h e d c h 的相关准予信道，用于承载e d c h 的下行相对授权 6 哈尔滨工程大学硕士学位论文 信息。该信道通过每隔3 个，1 2 个或者1 5 个连续的时隙将信息发送出去， 并且采用三维的数字标记方式与e h i c h 信道一起复用在同一条下行信道 上。与e - h i c h 信道类似，e - r g c h 也可以同时支持上行4 0 个用户的功率指 示。该信道根据小区是否是服务小区可以分为两种情况。如果该小区是服务 小区，那么e r g c h 是专用信道并且携带相应的功率指令信息给u e ，如上 升、保持、下降等。通过配置不同t 兀，使得r n c 每隔一定的时间发送一次 调度指令。如果该小区是非服务小区，那么e r g c h 就是公共信道，负责指 示小区的负载信息【9 】。 e a g c h ：e d c h 的绝对准予信道，属于公共信道，用于承载e d c h 的 下行绝对信息，如小区信息。每个u e 需要监听该u e 的服务小区e - a g c h 信道1 9 】。 1 4 论文结构安排 本课题是本人在中兴通讯实习期间参与的工作的一部分，得到了中兴通 讯u m t s 无线软件部的大力支持和帮助。 本文共有五章。 第一章介绍了课题背景。结合当前移动通信的迅猛发展和w c d m a 的发 展历程，说明了w c d m a 产品在目前市场技术上的优势，以及良好的发展前 景。同时简单介绍了h s u p a 技术的基本概况，以及h s u p a 的关键技术，并 给出了课题的研究意义。 第二章首先讨论了o v s f 码的产生，其次从四个不同的算法论述了o v s f 码的特性，通过对比o v s f 的四个算法，从实现的角度选取了最合适的码资 源分配的算法组合。针对不同的信道，设计了一套码资源动态和静态分配流 程，同时针对引入h s u p a 之后对码资源的影响做了详细阐述，并对h s u p a 各个信道的码资源分配提出了合理的分配策略和更新策略。 第三章首先介绍了无线网络控制器的协议架构并着重分析了h s u p a 的 引入给m a c 带来的影响，其次针对e d c h 数据帧的结构和m a c 。e s 的功 7 哈尔滨工程大学硕士学位论文 能，设计了m a c 层解码数据帧的方案。该方案采用循环b u f f e r 的快速处 理策略，读写分开能够快速的进行上行数据的处理，同时针对延迟的问题引 入了延迟等待计时器，方便的解决了e - d c h 数据的丢包问题。该方案的实施 为上行e d c h 的数据快速传递提供了合理的解决途径，使得m a c e s 灵活有 效的实现了合并与重排序的功能。 第四章主要从无线链路流程的角度出发，描述了引入h s u p a 之后对原 有的无线链路产生的影响，列举了几个无线链路的流程，包括小区建立，单 r n c 下的无线链路建立以及跨1 u r 口无线链路建立过程，同时对引入h s u p a 后，信令中新的信元进行了分析和阐述。 第五章针对论文中提出的码资源分配方案，m a c c s 调度方案以及信令 流程的影响，编写具有典型意义的测试用例，进行相关流程的现网测试。实 验结果表明，使用本文提供的方案，能够快递有效的进行无线链路之间的切 换，码资源分配合理，同时m a c c s 的调度处理性能优秀基本达到理论的峰 值速率。 8 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第2 章h s u p a 码资源的分配 o v s f 码( 正交可变扩频因子码) 是被3 g p p 标准化组织采纳的，做为 第三代移动通信的信道化码，用来标识信道和扩频。本章首先介绍了o v s f 码的基本概述以及常用的算法，然后对比了各种码资源分配算法的优缺点后， 提出了一种在实际应用过程中h s u p a 码资源的分配方法。 2 1o v s f 码的产生 昂o ) 为n 阶方阵，是n 个n 阶扩频码的集合。其中n = 2 f ，i 为整数。 昂0 ) 标记为最方阵中的第n 行的行向量，刀一1 ，。昂由昂佗计算得到： 昂- 目( 1 ) 目( 2 ) 昂( 3 ) 昂( 4 ) p n 悄- 1 ) 昂( ) 昂2 ( 1 ) 最，2 ( 1 ) 写，：( 1 ) p ，2 ( 1 ) 昂，：( 2 ) 昂，2 ( 2 ) 昂，2 ( 2 ) p ，2 ( 2 ) ： 昂，：( 一1 ) 昂，：( 一1 ) p nl 料- 1 ) p r 0 2 峭- 1 ) ( 2 - 1 ) 式中，弓，2 ) 代表n 2 阶扩频码的集合焉，：中第n 行的行向量，p ，：o ) 记为昂，：0 ) 的补值。昂中的行向量昂o ) 是长度为n 的沃尔什函数。w c d m a 网络的信道化码使用昂o ) 序列，则称其扩频因子为n 的扩频码【5 】。例如忍： 最一 9 ( 2 2 ) 1 4 4 1 4 1 1 以 1 以4 1 1 4 以1 1 4 1以以1以1 1 4 1 4 1 以1 以 1 1 o o 4 以1 1 1 1 o 4 1 1 以以 1 1 1 1 4 以以以 lllll-l i l 哈尔滨工程大学硕士学位论文 2 2o v s f 码的树型结构 o v s f 码的结构可以由式( 2 1 ) 得到，具有树型结构。如图2 1 所示，描述 的是) ：2 - 4 时两种树型结构图。其中，图2 1 ( 0 是将o v s f 码表示成自上而下 的二叉树，层号是k = 0 ，1 ，2 ，各层码的码长= ，图2 1 ( b ) 是将o v s f 码表 示成自左向右的二叉树。从图2 1 可以看出，尽管码树一般有k + i 层，但是 习惯上称之为k 层码树【5 1 。 屡号 k 砷 ， ， ，2 1 ) ， ? 气? q 尹飞尸气 bb岛 ， 7 、 ，一 ( o ，1 ) - - 、 ，、 凝 一一 、 ( i ) “2 ) ( 。3 ) ( 4 ，4 ) ( 5 ) ( 4 6 ) ( 4 ，7 ) ( ，1 ) ( 9 x 4 。l o x 4 ，i i ) ( 毛1 2 ) ( 4 | 1 , 3 4 1 4 ) “，1 5 ) ( 4 1 6 ) ( a ) 自上而下的二叉树 | - 囊因子 窖p l s 和- l ( 4 ，1 户 l ，1 ，1 1 ，1 ，1 1 1 1 ) ( b ) 从左向右排列的二叉树 图2 1o v s f 码树的树型结构( k - 4 ) 1 0 1 , 1 ，l ，1 ，1 ，- 1 ，1 ) 警 6i 、，d，6、，产名由呼，西 ( ， j 、? ，龟、- ，p，、 ( ，、=囊、白 、。、矗 、，龟 0 、占 、v， 婚、一o 一j。p 哈尔滨工程大学硕士学位论文 一ii ii i_ i i _ i i i i 宣i i i i 皇青 一个码树由很多的节点组成，每个节点表示一个o v s f 码字。码树的每 一层的码字个数为2 的幂形式。例如，第k 层( k = 1 ，2 ，k ) 包含2 个码字。码 字的长度根据层次的不同而不同。例如，第k 层的码树，每个码的长度n = 2 k ， 即s f 。每一层的码构成一个n 阶沃尔什码的集合。我们用二维矢量来表示 一个码字。例如，( k ，m ) 表示码树第k 层且位置编号为m 的o v s f 码， 肌f 2 ，2 k 一1 1 。例如，图2 1 ( a ) 中( 1 ，2 ) 表示该码字位于码树的第l 层2 个码字， 其扩频因子s f = 2 1 = 2 ；图2 1 c o ) t z p ( 4 ，5 ) 该码字位于码树的第4 层5 个码字，其 扩频因子s f = 2 4 = 1 6 1 5 1 。 根码是位于整个码树最顶端的码字，即( 0 ，o ) ；叶码是位于码树最底层的 码字，如( 2 ，1 ) 。若以码字b 为节点产生了码字a 和码字c ，那么码字b 称为码 字a 的父码，码字a 则成为是码字b 的子码。由上一层同一个码所产生的相 邻的两个码字就称为兄弟码，如码字a 和码字c 。对于在同一个层次的所有 码字互称为邻码。以同一个码树的任一节点作为根节点也可以产生一个子树， 那么就把这个根节点称为子树根码。例如，图2 1 0 ) 中以( 0 ，o ) 为根码；叶码为 码( 3 ，n ) ( n = o ，1 ，2 ，7 ) ；那么码( 3 ，6 ) 的父码是( 2 ，3 ) ；码0 ，1 ) 的父码是( 0 ，0 ) ，子码 是( 2 ，1 ) 、( 2 ，2 ) 、( 3 ，1 ) 、( 3 ，2 ) 、( 3 ，3 ) 和( 3 ，4 ) ；码( 3 ，4 ) 和码( 3 ，5 ) 互为兄弟码；所有 码( 2 ，n ) ( n = 0 ，1 ，2 ，3 ) 互为邻码；如果以码字( 1 ，1 ) 做为子树根码，则可产生一个子 树，该子树包括( 2 ，1 ) 、( 2 ，2 ) 、( 3 ，1 ) 、( 3 ，2 ) 、( 3 ，3 ) 和( 3 ，4 ) 1 5 , r l 。一个码可以处于三 种状态：空码，忙码和禁码。已经被分配出去的码称为忙码，因其子码或者 父码已经分配而导致无法分配的码是禁码，目前可以分配的码称为空码。对 于空码又可以分为碎片和非碎片，自身为空码但是其兄弟码是非空码的称为 碎片，否则称为非碎片。如果将一个已经分配的码字在使用完毕后释放，那 么这个码字就从忙码变成了空码，同时与它相关联的所有父码和全部子码的 从禁码变成空码1 6 j 。 1 1 哈尔滨工程大学硕士学位论文 2 3o v s f 码分配算法 2 3 1 单码分配 单码分配：当有新的u e 进行呼叫请求时，系统会根据一定的码资源选 取算法为这个u e 从码树上选取一个合适的码字，并且此码的容量不小于该 呼叫请求的速率，单码分配的特点是有且仅选取一个码字给l i e 。 在单码分配过程中，尤其要注意整个码树的状态。不同的空码选取算法 会影响到整个网络系统未来的接纳能力，因为过大的分配码字，会导致其他 码资源的阻塞。好的单码分配算法应该尽可能的将刚好合适的碎片分配给新 的呼叫。因为选择非碎片，不仅该码被占用，还会让其父码均变为禁码，导 致后续高速率的请求容易被阻塞【7 】。 2 3 2 单码分配的几种常见算法 在目前公开发表的单码分配算法文献中，具有代表性的算法主要有随机、 极左、紧凑和权重四种分配算法。 2 3 2 1 随机算法 随机算法就是根据呼叫速率计算出对应的码字所在的层，然后以等概率 随机地从剩下的空码中选取一个空码，作为新的呼叫请求的码字。例如：某 次呼叫请求对应的码数是第4 层，那么就是从k ；3 的码树中即叶码为( 4 ，1 ) 、 ( 4 ，2 ) 、( 4 ，3 ) 、( 4 ，4 ) 这几个码字中等概率的随机选取一个码字分配给新的呼叫。 毫无疑问，这种算法性能是最差的，同时在随机选取的过程中完全没有考虑 整个码树的状态，很容易导致码树的阻塞，所以在实际应用中这种方法不予 以采用【7 ，8 】。 2 3 2 2 极左算法 极左算法就是根据呼叫请求的