（电磁场与微波技术专业论文）hsdpa对wcdma无线网络覆盖和容量的影响.pdf

摘要 移动通信的数据业务在未来将会有显著的增长并且将成为3 g 的主流业务。为了便于 w c d m a 系统向分组数据业务的演进，3 g p pr 5 引进了h s d p a 这个关键新特性。h s d p a 的性能增强特性包括有自适应调制和编码技术、新的h a r q 重传机制，相关m a c 层移至 n o d eb 以及2 m s 的短传输间隔。通过这些新特性的引入，h s d p a 不仅可以使下行链路分 组数据的峰值传输速率达到1 4 4 m b p s ，提高用户数据速率和吞吐量，还可以和r 9 9 r 4 版 本中的d c h 信道工作在同一个载频上，增强频谱效率。 本文详细分析了在现有w c d m a 网络上引入h s d p a 业务对原无线网络的影响。通过 理论分析和仿真两种方法，从覆盖和容量两方面分析了h s d p a 对w c d m ar 9 9 r 4 系统的 影响。通过对这些影响的研究可以为网络规划和优化提供技术参考。 以下给出全文结构： 第一章介绍了移动通信的发展、引出了h s d p a 研究的相关背景和目的。 第二章介绍了h s d p a 的基本原理和关键技术。 第三章分别从上行链路和下行链路覆盖两方面来重点分析引入h s d p a 后对r 9 9 r 4 无 线网络覆盖方面的影响。 第四章分别从码资源和功率资源分配两方面分析引入h s d p a 后对w c d m ar 9 9 r 4 容量的影响。其中在功率资源分配方面，分别以孤岛小区和多层小区为模型进行不同的 h s d p a 功率对r 9 9 r 4 下行链路容量影响分析。 第五章对全文进行总结并对下一步的研究工作做了简单介绍。 a b s t r a c t d a t as e r v i c e sa r ee x p e c t e dt oh a v es i g n i f i c a n tg r o w t ho v e rt h en e x tf e wy e a r sa n dw i l ll i k e l y b e c o m et h ed o m i n a n ts o u r c eo f3 gt r a f f i c t of a c i l i t a t eav i a b l ee v o l u t i o no ft l l ew c d m a s y s t e mt o w a r d se x t e n s i v ep a c k e td a t at r a f f i c ，t h er e l e a s e53 g p ps p e c i f i c a t i o n si n t r o d u c eak e y n e wf e a t u r ed e n o t e dh i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s ( h s d p a ) h s d p ai n c l u d e san u m b e r o fp e r f o r m a n c e - e n h a n c i n gf e a t u r e ss u c ha sa d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g ，an e w h y b r i d a u t o m a t i o nr e p e a tr e q u e s t ( a r q ) r e t r a n s m i s s i o nm e c h a n i s m ，t h el o c a t i o no ft h em e d i u ma c c e s s c o n t r o ll a y e ri nt h eb a s es t a t i o n ( n o d eb ) ，a n das h o r tt r a n s m i s s i o nt i m ei n t e r v a l ( t t i ) o f2 m s b a s e do nt h e s en e w f e a t u r e s ，h s d p an o to n l ya c h i e v e dap e a kd a t ar a t eo f14 4 m b p si nt h e d o w n l i n kb u ta l s oc o u l dc o e x i s ti nt h es a m ec a r t i e rf r e q u e n c ya st h ed e d i c a t e dc h a n n e l s ( d c h ) t h a ta r ed e f i n e di nr e l e a s e9 9 ( r 9 9 ) o f3 g p p t h e t h r o u g h p u ti si n c r e a s e da n dt h ee f f i c i e n c yo f f r e q u e n c yb a n d w i d t hi si m p r o v e d t h i sp a p e r g i v e sad e t a i l e da n a l y s i so ft h ei n f l u e n c eo ft h er a d i on e t w o r kp e r f o r m a n c ea f t e r h s d p ai si n t r o d u c e d f o r mt h e o r ya n a l y s e sa n ds i m u l a t i o n s ，t h ei m p a c to fr e l e a s e9 9w c d m a c o v e r a g ea n dc a p a c i t yi sa n a l y z e d t h e s es t u d i e so ft h ei n f l u e n c ec a nd i r e c tt h er e a ln e t w o r k p l a n n i n ga n do p t i m i z a t i o n t h ef o l l o w i n gi st h es t r u c t u r eo ft h i st h e s i s ： c h a p t e r1i n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n to fm o b i l ec o m m u n i c a t i o na n dt h eb a c k g r o u n da n d s i g n i f i c a n c eo ft h er e s e a r c ho nt h eh s d p a c h a p t e r2i n t r o d u c e st h eb a s i cp r i n c i p l e sa n dt h ek e yt e c h n i q u e si nt h eh s d p a c h a p t e r3d i s c u s s e st h ee f f e c t so nr 9 9c o v e r a g eb yi n t r o d u c i n go fh s d p af r o mu p l i n ka n d d o w n l i n kc o v e r a g e c h a p t e r4d i s c u s s e s ，t h ee f f e c t so nr 9 9c a p a c i t ya f t e rh s d p a i si n t r o d u c e d t h i sc h a p t e ri s i nt w os e c t i o n s t h ef i r s ts e c t i o nd i s c u s s e st h ee f f e c t sf r o mt h ec h a n n e l i z a t i o nc o d e sa l l o c a t i o n t h i si sf o l l o w e db yas e c t i o nd i s c u s s e st h ei m p a c t so fr 9 9d o w n l i n kc a p a c i t yf r o mt h et r a n s m i t p o w e ra l l o c a t i o n c h a p t e r5d r a w sac o n c l u s i o nf r o mt h ea b o v ea n a l y s i sa n dt e l l ss o m e t h i n ga b o u tt h en e x t r e s e a r c h e s 南京邮电大学硕士研究生学位论文缩略语表 缩略语表 3 g t h e3 r dg e n e r a t i o n 第三代移动通信系统 3 g p pt h e3 r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t 第三代移动通信合作组织 a c k a c k n o w l e d g e m e n t 确认 a d p c ha s s o c i a t ed e d i c a t e dp h y s i c a lc h a n n e la m c 伴随专用物理信道 a m c a d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g 自适应调制编码 a m p s a d v a n c e dm o b i l ep h o n es y s t e m 先进移动电话系统 c cc h a s ec o m b i n e 跟踪合并 c d m ac o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 码分多址接入 c ic a r r i e rt oi n t e r f e r e n c er a t i o 载干比 c p i c hc o m m o np i l o tc h a n n e l 公共导频信道 c q i c h a n n e lq u a l i t yi n d i c a t o r 信道质量指示符 c sc i r c u i ts w i t c h 电路域交换 d c hd e d i c a t e dc h a n n e l 专用信道 d p c c hd e d i c a t e dp h y s i c a lc o n t r o lc h a n n e l 专用物理控制信道 d p d c hd e d i c a t e dp h y s i c a ld a t ac h a n n e l 专用物理数据信道 f c sf a s tc e l ls e l e c t i o n 快速小区选择 f d d f r e q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x 频分双工 f d m a f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 频分多址接入 f e cf o r w a r de r r o rc o r r e c t i o n 前向纠错 f i rf u l li r 全增量冗余 g b ng ob a c kn后退n 步协议 g s mg l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s 全球移动通信系统 h a r qh y b r i da u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t 混合自动重传请求 h s d p a h i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s 高速下行链路分组接入 h s d p c c h h i g hs p e e dd e d i c a t e dp h y s i c a lc o n t r o lc h a n n e l高速专用物理控制信道 h s - d s c h h i g hs p e e dd o w n l i n ks h a r e dc h a n n e l 高速下行链路共享信道 h s p d s c h h i g hs p e e dp h y s i c a ld o w n l i n ks h a r e dc h a n n e l 高速物理下行链路共享信道 h s s c c h h i g hs p e e ds h a r e dc o n t r o lc h a n n e l高速共享控制信道 h s u p a h i g hs p e e du p l i n kp a c k e ta c c e s s 高速上行链路分组接入 i ri n c r e m e n t a lr e d u n d a n c y 增量冗余 i t ui n t e m a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n 国际电信联盟 m a cm e d i u ma c c e s sc o n t r o l 媒体接入控制 m a c d d e d i c a t e dm a c 专用m a c v 南京邮电大学硕士研究生学位论文缩略语表 m i m o n r o f d m o v s f p d u s p f p i r p s q h m q p s k r l c r r l 洲 r r c r n c r s c p i u 、t r v s a w s f s r t a c s t d d t d m a t d s c d m a t t i u e u m t s w c d m a m u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t n o i s er i s e o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g o r t h o g o n a lv a r i a b l es p r e a d i n gf a c t o r p a c k e td a t au n i t s p r o p o r t i o n a lf a i r p a r t i a li r p a c k e ts w i t c h q u a d r a t i ca m p l i t u d em o d u l a t i o n q u a d r a t u r ep h a s es h i f tk e y i n g r a d i ol i n kc o n t r o l r o u n dr o b i n r a d i or e s o u r c em a n a g e m n e t r a d i or e s o u r c ec o n t r o l r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r r e c e i v e ds i g n a lc o d ep o w e r r o u n dt r i pt i m e r e d u n d a n c yv e r s i o n s t o pa n dw 撕t s p r e a d i n gf a c t o r s e l e c t i v er e p e a t 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 t i m ed i v i s i o nd u p l e x t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s t i m ed i v i s i o n - s y n c h r o n i z e dc d 认 t r a n s m i s s i o nt i m ei n t e r v a l u s e re q u i p m e n t u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m w i d e b a n dc d m a v l - 多输入多输出 噪声恶化 正交频分复用 正交可变长扩频码 分组数据单元 比例公平 部分增量冗余 分组交换 正交幅度调制 四相相移键控 无线链路控制 轮询调度 无线资源管理 无线资源控制 无线网络控制器 接收信号码功率 往返时间 冗余 停等协议 扩频因子 选择性重发 全接入通信系统 时分双工 时分多址接入 时分同步码分多址接入 传输时间间隔 用户终端 通用移动通信系统 宽带码分多址 南京邮电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。 一一葛 研究生签名： ：2 是 日期：丝堡：丝乡 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 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 南京邮电大学研究生部办理。 研究生繇盟导师豁矬喊塑盟竺 南京邮电大学 硕士学位论文摘要 学科、专业： 工学电磁场与微波技术 研究方向： 无线通信与电磁兼容 作者：2 0 0 5 级研究生万 勇指导教师吴志忠 题目：h s d p a 对w c d m a 无线网络覆盖和容量的影响 英文题目：i m p a c to fh s d p a o nw c d m ar a d i on e t w o r kc o v e r a g e a n dc a p a c i t y 主题词：w c d m ah s d p a覆盖容量系统仿真 k e y w o r d s ：w c d m ah s d p a c o v e r a g ec a p a c i t y s y s t e ms i m u l a t i o n s 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 1 1 移动通信发展概述 第一章绪论 移动通信技术具有移动性、自由性、不受时间与地点限制等特点，正深刻改变着人们 的生活和行为方式。第一代移动通信系统是基于频分多址( f d m a ) 技术的模拟通信系统， 典型代表是美国的先进移动电话系统( 脚s ) 和欧洲的全接入通信系统( t a c s ) 。第一 代移动通信系统有很多不足之处，比如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通话 质量不高、不能提供数据业务等。 第二代移动通信系统主要采用时分多址( t d m a ) 和窄带码分多址( c d m a ) 的数字 通信技术，全球主要以欧洲的全球移动通信系统( g s m ) 和美国的c d m a i s 一9 5 两大体制 为代表。第二代移动通信系统的核心业务是语音业务，并且能够提供低速的数据业务。第 二代数字移动通信系统与第一代模拟移动通信系统相比解决了模拟系统的系统容量小、频 谱利用率低等方面的不足。 近年来，互联网对通信产生了巨大影响，也同样影响和带动了移动通信领域的发展， 移动互联网、移动多媒体等将成为移动业务发展的方向，丰富的数据业务需要有一个高数 据带宽和服务质量保证的平台 2 2 】。面对这些问题，国际电信联盟( i t u ) 提出了第三代移 动通信系统( 3 g ) 。与第二代数字移动通信系统相比，第三代移动通信系统最主要的特征 是可以提供移动多媒体业务，其设计目标是为了提供比第二代系统更大的系统容量，更好 的通信质量，并能在全球范围内更好地实现无缝漫游及为用户提供包括话音、数据及多媒 体等在内的多种业务，同时也要考虑与已有第二代系统良好的兼容性。 目前，i t u 确定的三种主要第三代移动通信空中接口标准是欧洲的w c d m a 、美国的 c d m a 2 0 0 0l xe v - d o 及我国的t d s c d m a 。三种标准的技术特点如表1 1 所示。 表1 1w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 、t d - s c d m a 技术特点比较 w c d m a t d s c d m ac d m l 气2 0 0 0 载频带宽2 x 5 m h z ( 双向)1 6 m h z ( 单向)2 1 2 5 m h z ( 双向) 码片速率 3 8 4 m c h i p s1 2 8 m c h i p s1 2 2 8 8 m c h i p s 双工方式 f d dt d df d d 帧长 】0 m s 1 0 m s ( 分两个5 m s 子帧) 2 0 m s 信道编码卷积码、t u r b o 码卷积码、t u r b o 码卷积码、t u r b o 码 q p s k b p s k 、h s d p a 可q p s k s p s k 、h s d p a 可 调制方式 q p s k b p s k 采用1 6 q a m 采用1 6 q a m 快速功控：反向：8 0 0 h z 功率控制0 2 0 0h z 上、，下行1 5 0 0 h z前向：慢速、快速 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 ( 续) 基站同步不需要 需要需要 检测方式相干解调联合检测 相干解调 d w p c h 、u p p c h 、中间 信道估计公共导频前向、反向导频 码 其中，w c d m a ( 宽带码分多址) 标准是由第三代移动通信合作组织( 3 g p p ) 制定的， 信号带宽为5 m h z ，码片速率为3 8 4 m c h i p s ，采用直接序列扩频技术，支持频分双工( f d d ) 和时分双工( t d d ) 两种双工方式。w c d m a 系统已经推出r e l e a s e ( r ) 9 9 、r 4 、r 5 、 r 6 、r 7 多个标准版本，这些版本的升级都是前向兼容的，在原来的基础上提出了新的技 术。其中r 9 9 版本支持在高速移动的状态下，可提供3 8 4 k b p s 的传输速率，在低速或室内 环境下，最高传输速率可达到2 m b p s 。r 4 版本在无线接入方面没有大的改变，在核心网中 引入了i p 传输技术并融合了t d - s c d m a 技术。r 5 版本引入h s d p a ( h i g hs p e e dd o w n l i n k p a c k e t a c c e s s ，高速下行链路分组接入) 技术。r 6 版本则引入了增强的上行链路技术，又 可称为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 ，高速上行链路分组接入) 技术，它使小 区上行链路峰值速率能达到5 8 m b p s 水平。r 7 版本引入了多输入多输出( m i m o ) 技术， 可以在同一个频带上通过多个发射和接收天线分别同时发送和接收信号，从而成倍提高系 统容量和频谱利用效率，适应了未来移动通信系统中高速率业务的需求。 1 2h s d p a 技术概述 为了更好地发展移动数据业务，3 g p p 对w c d m a 系统r 9 9 r 4 版本的空中接口技术 进行了改进，引入了r 5 版本( h s d p a ) 无线数据宽带技术。h s d p a 技术不但支持高速不 对称数据业务，而且在大大增加网络容量的同时还能使运营商投入的每比特成本更小。它 为w c d m a 系统更高数据传输速率和更高容量提供了一条平稳的演进途径。h s d p a 技术 可以在不改变已经建设的w c d m a 网络结构的情况下，把下行数据业务速率提高到 1 4 4 m b p s ( 峰值数据速率) ，同时可以把当前无线频谱中的系统数据吞吐量提高一倍以上， 是w c d m a 网络建设后期提高下行链路容量和数据业务速率的一种重要技术。随着 h s d p a 技术的成熟和发展，其良好的应用前景和平滑的演进能力正在引起越来越多的关 注。作为超3 g 的主流技术之一，目前，很多移动运营商都在高度关注它的商用化进展情 况，在世界范围内，众多的通信产品供应商也都开始启动了h s d p a 技术的商用化进程 7 】。 h s d p a 技术是针对3 g p p 的w c d m a 系统的演进，它与w c d m a 系统间的关系可以 体现在以下方面： h s d p a 不改变原有的w c d m a 网络结构，也不需要增加新的网元之间的接口：h s d p a 和w c d m ar 9 9 及r 4 版本是完全后向兼容的。应当指出，h s d p a 是r 5 版本中纯无 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一苹绪论 线接入技术的演进，除了由于接入带宽的提高对核心网有所影响外，在技术层面上对 核心网没有任何改动； h s d p a 与w c d m a 网络可以工作于同一载波，这时相当于在原有w c d m a 网络基础 上引入了新的信道类型；两者也可以工作于不同载波；本论文主要讨论h s d p a 与 w c d m a 工作在同一载波的情况。 运营商可以根据网络建设发展的需要进行平滑升级，不会对现有的w c d m a 用户造成 影响，并且h s d p a 的引入主要是对n o d eb 的修改，对无线网络控制器( r n c ) 则主 要是修改协议软件，对硬件影响很小。 h s d p a 技术作为w c d m ar 9 9 r 4 下行链路的增强型技术，大大提高了峰值数据速率 和小区吞吐量，从而大大降低了端到端时延 1 8 】。h s d p a 技术主要包括：共享信道传输、 高阶调制、更短的传输时间间隔( 1 v r i ) 、自适应调制编码( a m c ) 、快速混合自动重传请 求( h a r q ) 、快速小区选择( f c s ) 、快速调度、在n o d eb 的媒体访问控制( m a c ) 层引 入新的高速m a c ( m a c h s ) 实体。这些关键技术将在第二章中详细介绍。 1 3h s d p a 发展阶段 3 g p p 已经确定了h s d p a 技术的三个发展阶段：基本型h s d p a 、增强型h s d p a 、引 进新型空中接口【1 5 】。 第一阶段：基本型h s d p a 。基本型h s d p a 在n o d eb 内增加了新的m a c h s 实体， 通过采用a m c 、h a r q 及快速资源调度等先进技术实现下行峰值速率为1 4 4 m b p s ，该标 准在3 g p pr 5 版本中定义，本文所探讨的h s d p a 网络，均是基于r 5 版本的。 第二阶段：增强型h s d p a 。第二阶段的功能是由r 6 版本定义的，其目标是将下行峰 值数据数率提高到3 0 m b p s 。为了进一步改进h s d p a 的覆盖范围、系统输出和频谱效率， 需要使用各种新型多天线传输技术，这些技术包括：天线波束赋形技术、发射分集和空时 编码技术( s t c ) 、m i m o 技术等。同时，在r 6 版本的制定中，还提出了上行链路数据速 率的增强型技术h s u p a 的概念，它通过使用更加灵活的n o d eb 调度和h a r q 等技术， 理论上可为用户提供高达5 8 m b p s 上行链路数据接入速率，从而提高网络的上下行链路业 务速率的匹配程度，增强业务应用能力。 第三阶段：引进新型空中接口，以提供更高的平均数据传输速率。空中接口决定系统 的性能和复杂性，因此对它的选择对于提高网络的容量和速率非常关键。其中的关键技术 包括正交频分复用( o f d m ) 技术、6 4 位正交幅度调制( 6 4 q a m ) 的调制方式和多标准 m a c 控制实体，它们的引入可以使系统峰值速率达到5 0 m b p s 。主要的新特性包括采用结 1 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一覃绪论 合更高调制方案、阵列处理的o f d m 物理层及根据空中接口质量为用户设备选择专用子 载波的特点进行选择的快速调度算法等，从而达到优化传输性能的目标。 到目前为止，h s d p a 的第一阶段的产品已经基本成熟并已经接近商用，第二阶段也正 在研发中，第三阶段仍处在积极研究阶段。 1 4 论文研究目的和内容安排 从2 0 0 6 年开始，全球h s d p a 商用网络数量增加的速度明显加快，欧洲很多w c d m a 运营商开始把网络升级到支持h s d p a 。h s d p a 网络发展的广阔前景主要是由于其技术的 先进性大大提升了w c d m a 系统的吞吐率，符合用户对高速业务越来越强烈的需求。另外， 可以在现有r 9 9 r 4 网络上平滑升级，这些都是h s d p a 受到运营商青睐的重要原因。但随 着h s d p a 的引入，从话务模型、网络规划、网络优化到网络的关键性能指标等都发生了 变化。因此h s d p a 与r 9 9 r 4 的网络规划技术存在较大的差异，在这种情况下，研究h s d p a 的关键技术、调度算法性能以及引入后对原有的r 9 9 r 4 网络的影响尤为重要。通过对这 些方面的研究能够进一步发挥h s d p a 系统的优势，使其充分利用网络资源。本论文将主 要研究在同频混合组网的条件下引入h s d p a 后对现有r 9 9 r 4 无线网络的影响。通过对这 些影响的研究和分析可以为网络规划和优化提供技术参考。 本文共分为五章，各章内容安排如下： 第一章绪论，主要包括与课题研究相关的背景介绍，包括移动通信发展概述、3 g 三 种主流空中接口标准的特点及比较、h s d p a 技术概述及发展阶段等。 第二章h s d p a 基本原理和关键技术，介绍了h s d p a 的系统架构、物理层引入的新 信道以及为提高下行链路数据速率而引入的无线增强技术。 第三章h s d p a 对w c d m a 系统覆盖的影响，分别从上行链路和下行链路覆盖两方面 来重点分析引入h s d p a 后对r 9 9 r 4 无线网络覆盖方面的影响。 第四章h s d p a 对w c d m a 系统容量的影响，分别从码资源和功率资源两方面分析引 入h s d p a 后对w c d m ar 9 9 r 4 容量的影响。其中对功率资源的影响从下行链路容量公式 入手，分别分析了单小区模型和多小区模型下不同的h s d p a 功率配置对r 9 9 r 4 下行链路 容量的影响。 第五章结论和未来研究方向，对全文进行总结并且对下一步研究工作做了介绍。 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章h s d p a 基本原理和关键技术 第二章h s d p a 基本原理和关键技术 2 1h s d p a 系统架构 h s d p a 作为w c d m a 系统在下行链路的增强技术，在体系结构中与r 9 9 r 4 最大的 不同是增加了一个新的m a c 子层，即m a c h s 层，如图2 1 所示 2 0 】。 i u bu u 图2 1h s d p a 协议和功能模型 图2 1 给出了h s d p a 的用户终端( u e ) 、基站( n o d eb ) 和服务无线网络控制器( r n c ) 的协议和功能模型。在r n c 侧，由高层提供的数据流由无线链路控制( i u c ) 层输入并 且通过该层传递给专用m a c ( m a c d ) 层。m a c d 层再利用高速下行链路共享信道 ( h s d s c h ) 帧协议通过i u b 接口将数据发送至n o d eb 的m a c h s 层。r n c 主要负责信 道类型选择，即由它来决定一个新用户是在专用信道( d c h ) 还是在h s d s c h 信道上接 收数据。另外，r n c 还要负责给m a c h s 层分配物理层的传输资源，这些资源包括h s d p a 发送功率及高速下行链路共享物理信道( h s p d s c h ) 和高速共享控制信道( h s s c c h ) 传输的信道化码。最后，r n c 还管理切换控制。需要注意，h s d p a 的切换控制与d c h 的 切换控制相比较是有所不同的，因为h s d s c h 不支持软切换。 在n o d eb 侧，m a c h s 层直接面对物理层，它的主要功能包括：分组调度、h s d s c h 链路自适应、h s s c c h 功率控制、h a r q 管理及i u b 接口的流量控制。因此，n o d eb 侧 m a c h s 决定了不同h s d p a 用户每t t i 内的空中接口速率及被调度的用户。 在h s d p au e 侧，通过u u 口接收的m a c h s 分组数据单元( p d u s ) 在u e 的m a c h s 层中进行重排，以便于它们能够以正确的顺序传递至m a c d 和r l c 层。为了提高空中接 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章h s d p a 基本原理和关键技术 口的性能，m a c h s 还需要进行错误接收p d u s 的软合并( h a r q 合并) 。 r 9 9 r 4 采用基于r n c 的r l c 层重传，分组数据的r l c 层重传时延包含了物理层处 理时延以及i u b 接口重传时延，其中i u b 接口的重传时延占的比重较大。而h s d p a 在现有 的r n cr l c 层重传基础上还引进了n o d eb 的物理层重传，即快速混合自动重传请求 ( h a r q ) 。由于物理层重传( m a c h s 协议控制) 是在n o d eb 与u e 之间进行的，不需 要r n c 参与，所以系统的往返时间( r 1 盯) 通常是经r l c 重传的1 1 0 ，这样物理层重传 能够加快重传速度，缩短所需的重传延迟，大大提高了h s d p a 的数据传输性能。h s d p a 和r 9 9 r 4 重传机制对比如图2 2 所示。 r 9 9d c h r n c b h s d p a hs d s c h r n c b 图2 2h s d p a 与r 9 9 r 4 重传控制对比 r l c 层主要负责对物理层丢包进行重传，可以根据业务特性选择是否进行r l c 层重 传。对于时延要求较高、丢包要求较低的业务不需要r l c 层重传；而对于丢包要求较高、 时延要求较低的业务则需要r l c 层重传。 2 2h s d p a 新引入的信道 为了实现h s d p a 的功能特性，在物理层规范 1 9 】中引入了三种新的信道，如图2 3 所 示： 壹u，皇)luu广i匣l 白呱 连恻u宙；上v !u引呈譬酲i卜白眦 ，甘w求u厂rz_丫 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章h s d p a 基本原理和关键技术 h s d p a 终端 r n c 图2 3h s d p a 相关的物理信道 高速下行链路共享信道( h s d s c h ) 和其相应的物理信道高速物理下行链路共享 信道( h s p d s c h ) ：在下行链路方向承载用户数据。 高速共享控制信道( h s s c c h ) ：在下行链路方向承载必要的物理层信令，以确保能够 对h s d s c h 上的数据进行解码。 高速专用物理控制信道( h s d p c c h ) ：承载上行链路中必要的控制信令以及下行链路 质量反馈信息。 除此之外，r 5 的h s d p a 总是与r 9 9 r 4d c h 并行工作，该信道可称为伴随专用物理 信道( a d p c h ) ，对于只有分组数据业务，该信道用于承载无线资源控制( r r c ) 信令， 而对于分组数据与电路域业务( 如a m r l 2 2 k b p s 语音业务) 并发的情况，则用于承载电路 域业务。 2 2 1 高速下行链路共享信道( h s d s c h ) h s d s c h 是h s d p a 用来承载实际用户数据的下行链路传输信道，它能够被几个用户 同时共享。h s d s c h 在物理层被映射到高速下行链路共享物理信道( h s p d s c h ) 。 h s d s c h 采用2 m s 的传输时间间隔( t t i ) ，这与r 9 9 r 4 所支持的1 0 m s 、2 0 m s 、4 0 m s 和8 0 m s 长的t t i 相比要短很多，当多个用户共享信道时，这种实现能够使重传过程中u e 和n o d eb 之间的往返时延变小。另外，由于该共享信道分配给某一u e 的使用周期也为 2 m s ，因此下一个2 m s 有可能将分配给另一u e 使用。这种u e 之间资源使用的快速切换 也更加适合于具有突发特性的分组数据业务的传输 1 】。 从码域来看，h s p d s c h 物理信道的扩频因子( s f ) 固定为1 6 ，理论上，码树上扩频 因子为1 6 的可用码数量最多为1 6 个，但是由于公共信道、h s s c c h 以及a d p c h 都需要 堕室塑皇奎兰堡主堑窒圭兰堡笙奎兰三兰旦! 里坠墨奎堕型塑茎堡垫查 占用若干码资源，因此，h s d s c h 最大可用码字数量为1 5 个。h s p d s c h 允许同一终端 多码并行传输以及不同终端间进行码分复用。同一终端的最大并行传输码字个数由终端的 能力级决定，最大值为1 5 1 4 】。 在调制方式上，除了r 9 9 r 4 中的四相相移键控( q p s k ) 调制方式，h s d s c h 还可 以采用1 6 q a m 调制。q p s k 和1 6 q a m 星座图如图2 4 所示。 ji 一一 一 - o 一 -l 7 -一 r q p s k jl - 一- 一 it i 一 1 iilli一 一 一 一 1r 1 6 q a m 图2 4q p s k 与1 6 q a l v i 的星座图 q p s k 星座图只有4 个星座点，一个符号代表2 个比特，而1 6 q a m 星座图有1 6 个星 座点，一个符号代表4 个比特。h s d p a 的引入并没有增加码片速率，也就是每载波的带宽 不变，因此1 6 q a m 的频谱效率与q p s k 相比提高一倍。但由于1 6 q a m 的星座点间距离 较近，并且不仅要求进行幅度估计，而且还要求更精确的相位估计，所以需要的信号质量 比q p s k 调制的要好。相位估计可以直接由公共导频信道( c p i c h ) 进行估计，但幅度估 计需要对接收到的c p i c h 与h s p d s c h 的功率差进行估计，所以在使用1 6 q a m 调制时， 每个t t i 内h s p d s c h 的发射功率是不能变的，否则会造成解调性能严重下降【3 】。使用 1 6 q a m 调制是使h s d p a 系统容量提高的重要技术，在基站附近区域使用1 6 q a m ，而距 离基站较远或小区边缘区域使用q p s k 。这样可以充分利用信道条件，显著提高信道质量 好时的吞吐量。 在编码方式上，h s d s c h 只采用t u r b o 编码。由于h s d s c h 无需进行不连续发射 ( d t x ) 的压缩模式处理，其信道编码过程与d c h 对应部分相比更为简化 4 】。此外，在 每一时刻只有一个传输信道激活，从而减少了信道复用和去复用的操作。 2 2 2 高速共享控制信道( h s s c c h ) 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章h s d p a 基本原理和关键技术 h s s c c h 是h s d p a 专用的下行链路控制物理信道，它的引入是为了承载解码 h s p d s c h 信道所需的物理层信令信息，包括h s p d s c h 采用的调制编码方式、分配给 h s - p d s c h 的信道化码、h a r q 参数以及u e 标识【2 】。其扩频因子为1 2 8 ，调制方式为q p s k ， 信道编码为卷积码。 h s s c c h 的1 v r i 也为2 m s ( 3 个时隙) ，共分为两个部分。第一部分( 1 个时隙) 用于 承载对定时敏感的信令，这些信令用于u e 能够按时启动解调过程以避免码片级数据缓存， 如h s p d s c h 的信道化码字的分配情况、所采用的调制方式等；第二部分( 后两个时隙) 承载对定时不敏感的信令，包括传输块长度、h a r q 参数( 首次传输指示或重传指示) 等。 h s s c