（通信与信息系统专业论文）hsupa系统中的tfc选择算法研究.pdf

摘要 摘要 在第三代移动通信系统及其增强型系统中，需要通过t f c 选择功能来选择合适的 传输速率以及相应业务的比特分配方式。h s u p a 系统是w c d m a 系统的上行链路增强 型版本，本文以h s u p a 系统的e d c h 信道为背景，对t f c 选择算法进行了研究和仿 真，主要工作如下： 1 对t f c 选择算法的基本原理做了阐述。为了比较w c d m a 系统中的t f c 选择 和h s u p a 系统中的t f c 选择的不同之处，论文首先介绍了w c d m a 系统的协 议结构，并阐述了w c d m a 系统d c h 上的 i t c 选择的原理。然后，介绍了 h s u p a 系统协议结构的特点，并阐述了h s u p a 系统e d c h 上的t f c 选择原 理的特点。 2 将t f c 选择问题进行分解。根据h s u p a 系统e d c h 上的t f c 选择的特点， 论文将t f c 选择问题分解为两个子问题，即传输块大小的选择问题和传输块比 特的分配问题。其中，传输块大小的选择问题是研究如何选择传输速率的问题， 而传输块比特的分配问题是在传输块大小的选择问题解决之后进行的，研究的 是如何复用多种业务进行传输的问题。 3 对传输块大小选择算法进行了仿真研究和改进。论文首先分析了最大传输速率 算法、服务信用算法和马尔可夫链算法等三种典型的传输块大小选择算法。然 后，提出了一种基于重传的传输块大小选择算法，该算法可以充分地利用重传 带来的增益。仿真表明，基予重传的传输块大小选择算法可以有效地提高系统 的吞吐量，减少系统的传输延时。 4 对传输块比特分配算法进行了仿真研究和改进。论文首先分析了严格优先级算 法和动态优先级算法等两种典型的传输块比特分配算法。然后，提出了一种基 于目标传输延时的传输块大小选择算法，该算法可以有效地避免低优先级的业 务长期得不到传输的问题。仿真表明，基于目标传输延时的传输块大小选择算 法可以在一定程度上减小低优先级业务的目标传输延时。 关键词：h s u p a ，e - d c h ，t f c 选择，传输块，传输块大小选择，传输块比特分 配，服务质量，平均传输速率，系统吞吐量，目标传输延时 a b s t r a c t a b s t r a c t i ti sn e c e s s a r yf o rt h et r a n s p o r tf o r m a ts e l e c t i o nf u n c t i o nt os e l e c tas u i t a b l et r a n s m i t t i n g d a t ar a t ea n daw a yo fb i ta s s i g n i n gi nt h et h i r dm o b i l ec o m m u n i c a = t i o r ts y s t e ma n di t s e n h a n c e dv e r s i o n t h i sd i s s e r t a t i o nf o c u s e so nt h er e s e a r c h i n go ft r a n s p o r tf o r m a ts e l e c t i o n a l g o r i t h m si nh s u p as y s t e m t h em a i nc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： i w ee x p a t i a t eo nf u n d a m e n t a lo ft r a n s p o r tf o r m a ts e l e c t i o nf u n c t i o ni nt h e p e r s p e c t i v eo fp r o t o c o la r c h i t e c t u r e i no r d e rt oc o m p a r ew i t ht h ed i f f e r e n c eo f t r a n s p o r tf o r m a ts e l e c t i o nb e t w e e nw c d m as y s t e ma n dh s u p as y s t e m ，w ef i r s t i n t r o d u c et h ep r o t o c o la r c h i t e c t u r eo fw c d m as y s t e m ，a n de x p a t i a t eo nt h e p r i n c i p l eo ft r a n s p o r tf o r m a ts e l e c t i o ni nt h ed e d i c a t e dc h a n n e lo fw c d m as y s t e m t h e n ，w ei n t r o d u c ec h a r a c t e r i s t i c so fh s u p ap r o t o c o la r c h i t e c t u r e ，w h i c hl e a dt o t h ed i f f e r e n c eo ft r a n s p o r tf o r m a ts e l e c t i o ni nt h ee n h a n c e dd e d i c a t e dc h a n n e lo f h s u p as y s t e m 2 w ed i v i d et h ep r o b l e mo ft r a n s p o r tf o r m a ts e l e c t i o ni n t ot w os u b p r o b l e m s a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i co ft r a n s p o r tf o r m a ts e l e c t i o ni nh s u p as y s t e m ，w e d i v i d et h ep r o b l e mo ft r a n s p o r tf o r m a ts e l e c t i o ni n t ot w os u b p r o b l e m s ，o n ei st h e p r o b l e mo fs e l e c t i n ga s u i t a b l es i z eo ft r a n s p o r tb l o c k , a n dt h eo t h e ri st h ep r o b l e m o fa s s i g n i n gt h ei n f o r m a t i o ni nt h es e l e c t e dt r a n s p o r tb l o c kt od i f f e r e n ts e r v i c e t h e p r o b l e mo fs e l e c t i n gas u i t a b l es i z eo ft r a n s p o r tb l o c ki st or e s e a r c hh o wt os e l e c ta s u i t a b l et r a n s m i t t i n gd a t ar a t e ，a n dt h ep r o b l e mo fa s s i g n i n gt h ei n f o r m a t i o no f t r a n s p o r tb l o c ki st or e s e a r c hh o wt om u l t i p l e xm u l t i p l es e r v i c e si n t ot h es e l e c t e d t r a n s p o r tb l o c k 3 w ep u tf o r w a r da ni m p r o v e dt r a n s p o r tb l o c ks i z es e l e c t i n ga l g o r i t h m t h e r ea r e t h r e er e p r e s e n t a t i v e t r a n s p o r tb l o c k s i z e s e l e c t i n ga l g o r i t h m s ，i n c l u d i n gm a x t r a n s m i t t i n gr a t ea l g o r i t h m ，s e r v i c ec r e d i ta l g o r i t h ma n dm a r k o va l g o r i t h m t h e n ，i n o r d e rt of u l l yu t i l i z et h eg a i no fr e t r a n s m i t t i n g ，w ep mf o r w a r da l li m p r o v e d t r a n s p o r tb l o c ks i z es e l e c t i n ga l g o r i t h mn a m e dr e t r a n s m i t i o nb a s e da l g o r i t h m t h e i i i 东南大学硕士学位论文 s i m u l a t l q nr e s u l t ss h o wt h a tt h er e t r a n s m i t i o nb a s e da l g o r i t h mc a l ln o to m yi m p r o v e t h ep e r f o r m a n c eo fs y s t e mt h r o u g h p u tb u ta l s or e d u c ep a c k e td e l a y 4 w ep u tf o r w a r da ni m p r o v e dt r a n s p o r tb l o c ki n f o r m a t i o na s s i g n i n ga l g o r i t h m t h e r ea ：霉t v a rr e p r e s e n t a t i v e 乜蕊p 。r tb l o c ki n f o r m a t i o nz s s i g m n gn l g o r r b m s , i n c l u d i n gs t r i c tp r i o r i t ya l g o r i t h ma n dd y n a m i cp r i o r i t ya l g o r i t h m n 比r li no r d e r t o a v o i dt h ep r o b l e mo fs t a r v a t i o n ，w ep u tf o r w a r da ni m p r o v e dt r a t m p o r tb l o c k i n f o r m a t i o na s s i g n i n ga l g o r i t h mn a m e dt a r g e td e l a yb a s e da l g o r i t h m t h es i m u l a t i o n r e s u 怆s b o wt h a tr e t r a n g m i t i o nb a s e da l g o d t h mc a nr e d u c et h et r a n s m i t t i n gd e l a yo f t h es e r v i c ew i t hl o w e r p r i o r i t yi nt h ec o s to fi n c r e a * i a gt h et r a n s m i t t i n gd e l a yo f t h e o n ew i t hh i g h e rp r i o r i t yt os o m ee x t e n t k e y w o r d s ：h j l g hs p e e du p l i n k p a c k e ta c c e s s ( h s u p a ) ，e n h a n c e d d e d i c a t e d e h a n n e l ( e d c m ，l l a n s p o r tf o r m a tc o m b i n gs e l e c t i o n ，t r a n s p o r tb l o c k ，c h o o s i n gt h es i z eo f c r a n s p o nb l o c k a s s i g n i n gt h ei n t b r m a d o no f t r a n s p o r tb l o c k , q a a l i t yo f s e r v i c e ( q o s ) ，a v e r a g e t r a n s m i t t i n gr a t e ，s y s t e mt h r o u g h p u t ，t a r g e tt r a n s m i t t i n gd e l a y i v 插图目录 插图目录 图1 1 ：w c d m a 无线接口的演进路线1 图1 2 ：r r m 主要算法在h s u p a 系统中的典型位置3 图2 1 ：h s u p a 系统中e d c h 的协议结构9 图2 2 ：小区分布示意图1 4 图2 3 ：小区和软切换区域示意图1 5 图2 4 ：u e 的节点模型1 6 图2 5 ：n o d eb 的节点模型17 图2 6 ：r n c 的节点模型1 7 图2 7 ：u e 的m a c 层工作流程18 图3 1 ：w c d m a 系统的无线接口协议2 l 图3 2 ：w c d m a 系统逻辑信道与传输信道间的映射关系2 2 图3 3 ：w c d m a 系统中的u em a c 协议结构2 3 图3 4 ：3 个d c h 上传输t f c 选择。2 4 图3 5 ：w c d m a 系统在3 个d c h 上传输的传输块2 5 图3 6 ：h s u p a 系统u e 侧协议结构2 6 图3 7 ：u e 侧增强型专用传输信道的协议结构2 7 图3 8 ：h s u p a 系统在e d c h 上传输的传输块2 8 图3 9 ：t f c 选择的过程2 9 图4 1 ：t f c s 的分配3 2 图4 2 ：h s 吼系统u e 侧物理信道的处理过程3 4 图4 3 ：e - d p d c h 和e - d p c c h 上的扩频处理3 5 图4 4 ：某个给定t f c 的状态转移图3 7 图4 5 ：r l c 缓冲区中数据较多时t bs i z e 的选择3 8 图4 6 ：r l c 缓冲区中数据较少时t bs i z e 的选择3 9 图4 7 ：s c r 算法下的传输块大小选择4 0 图4 8 ：误码率一定时各个t f c 所需的码片信嗓比4 l 图4 9 ：接收码片信噪比的概率分布函数曲线4 2 图4 1 0 ：递增补偿的状态间转移4 2 图4 1 1 ：直接补偿的状态间转移4 3 图4 1 2 ；m r 和s c r 算法下所选择的t f c 的分布。4 8 v 东南大学硕士学位论文 图4 1 3 ：m r 和s c r 算法下的平均传输速率4 9 图4 1 4 ：m r 和s c r 算法下的平均吞吐量4 9 图4 1 5 ：m r 和s c r 算法下的r l c 缓冲区中的剩余数据5 0 图4 1 6 ：m r 和s c r 算法下的r l cp d u 的平均传输延时5 1 图4 1 7 ：m r 和r b 算法下的平均传输速率5 2 图4 1 8 ：m r 和r b 算法下的平均b l e r 5 2 图4 1 9 - m r 和r b 算法下平均吞吐量5 3 图4 2 0 ：m r 和r b 算法下平均传输延时5 4 图5 1 ：h s u p a 系统中e d c h 上的数据传输5 6 图5 2 ：严格优先级算法的效果图5 7 图5 3 ：目标传输延时算法的效果图5 9 图5 4 ：视频流业务的数学模型6 0 图5 5 ：游戏业务的数学模型6 l 图5 6 ：不同的t f c 选择算法对视频流业务平均传输延时的影响6 3 图5 7 ：不同的t f c 选择算法对游戏业务平均传输延时的影响6 3 图5 8 ：目标传输延时算法下的实际传输延时6 4 v n i 表格目录 表格目录 表4 1 ：t f c 状态测量的参数配置4 7 表4 2 ：仿真场景l 4 7 表4 3 ：仿真场景2 4 7 i x 缩略语 缩略语 3 g3 t hg e n e r a t i o n 第三代移动通信 第3 代移动通信伙伴计划 3 g p p3 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( 负责制定w c d m a 标 准) a c k a c k n o w l e d g e m e n t 接收成功确认 a r q a u t o m a t i cr e p e a t r e q u e s t 自动重传请求 a n v i a s y n c h r o n o u st r a n s f hm o d e 异步传输模式 b c c h b r o a d c a s tc o n t o lc h a r m e l 一 广播控制信道 b c h b r o a d c a s tc h a n n e l 广播信道 b l e rb l o c ke r r o rr a t i o 误块率 c c c h c o m m o nc o n t o lc h a n n e l 公共控制信道 c c t r c h c o d ec o m p o s i t et r a n s p o r tc h a n n e l 编码组合传输信道 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 r c c y c l i cr e d u n d a n c yc h e c k循环冗余检验 c p c h c o m m o np a c k e tc h r o m e l 公共分组信道 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 t c h c o m m o n1 r a f f i cc h a r m e l 公共业务信道 d c c h d e d i c a t e dc o n t r 0 1c h a n n e l 专用控制信道 d c hd e d i c a t e dc h a n n e l 专用信道 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 d s c h d o w n l i n ks h a r e dc h a r m e l 下行链路共享信道 d t c hd e d i c a t e d1 r a f f i cc h a r m e 】 专用业务信道 e - a g c he n h a n c e da b s o l u t eg r a n tc h a r m e l 增强型绝对授权信道 e d c he n h a n c e dd e d i c a t e dc h a n n e l 增强型的专用信道 e d p c c he n h a n c e dd e d i c a t e d p h y s i c a l c o n t r o l 增强型专用物理控制信 x i 东南大学硕士学位论文 c h a n n e l道 e n h a n c e dd e d i c a t e d p h y s i c a l d a t a 增强型专用物理数据信 e d p d c h c h a n n e l道 增强型地堰q 确认指示信 b c he n h a n c e dh y b r i da r qi n d i c a t o rc h a n n e l 道 b r g c he n h a n c e dr e l a t i v eg r a n tc h a r m e l 增强型相对授权信道 f a c h f o r w a r d a c c e s sc h a n n e l 前向接入信道 g l o b a l s y s t e m f o r m o b i l e g s m 全球移动通信系统 c o m m u n i c a t i o n s h a r q h 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 高速分组下行链路接入 h s u p a h i 曲s p e e du p l i n kp a c k e ta c c e s s 高速分组上行链路接入 h s d s c hh i 曲s p e e dd o w n l i n ks h a r e dc h a n n e l 高速下行共享信道 i pi n t e r n e tp r o t o c o l 互联网协议 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 b m s m u l t i m e d i ab r o a d c a s tm u l t i c a s ts e r v i c e 多媒体广播和多播服务 m i l o m u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t 多输入多输出 m b m sp o i n t - t o m u l t i p o i mc o n t r o lm b m s 中点对多点的控 m t c h c h a n n e l 制信道 n a k u n a c k n o w l e d g e d 接收错误确认 o r t h o g o n a lf r e q u e n c y d i v i s i o n 0 f d m 正交频分复用 m u l t i l ：l l e x i n g p c c hp a g i n gc o n t r o lc h a n n e l 寻呼控制信道 p c h p a g i n gc h a n n e l 寻呼信道 p d up r o t o c o ld a t au n i t协议数据单元 q o s q u a l i t yo fs e r v i c e 服务质量 r a c h r a n d o ma c c e s sc h a r m e l 随机接入信道 i 己l cr a d i ol i n kc o n t r o l无线链路控制 x 缩略语 r n cr a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r无线网络控制器 r r cr a d i or e s o u r c ec o n t r d l无线资源控制 r r mr a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t无线资源管理 t b t r a n s p o r tb l o c k 传输块 t f t r a n s p o r tf o r m a t 传输格式 t f c t r a n s p o r tf o r m a tc o m b i n a t i o n 传输格式组合 t f c s t r a n s p o r tf o r m a tc o m b i n a t i o ns e t 传输格式组合集合 t f s t r a n s p o r tf o r m a ts e t 传输格式集合 t s nt r a n s m i s s i o ns e q u e n c en u m b e r传输序列号 r n t r a n s p o r tt i m ei n t e r v a l 传输时间间隔 u eu s e re q u i p m e n t用户设备 u t r a nu m t st e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s sn e t w o r ku m t s 地面无线接入网 w c d m aw i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 宽带码分多址接入 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已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名：歪选 e t期：迹 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。 研究生签名：丝丛导师签名：徘日 期：j 婴虹 第1 章绪论 第1 章绪论 第三代移动通信系统是为多媒体通信而设计的。通过该系统提供的高质量图像和视 屏，人与人之间的通信能力得到了进一步的增强，而第三代移动通信系统所带来的更薪 更灵活的通信能力和更高的数据速率使得公用网和专用网上的信息与业务的接入能力 大大增强。 1 1研究背景 随着人们对业务服务质量要求的提高，第三代移动通信系统逐渐向着增强型链路的 方向发展。因此，如何合理地管理第三代移动通信系统及其增强型链路中的无线资源已 经成为了一个越来越重要的问题。 1 i 1w c d m a 系统的演进2 6 】 在第三代移动通信的技术标准中，以欧洲主导的w c d m a ，美国主导的c d m a 2 0 0 0 以 及中国主导的t d s c d m a 为三大主流技术。其中w c d m a 技术的标准化工作主要由3 g p p 组织负责。 w c d m a 无线接口的演进路线是比较清晰的，从r 9 9 的w c d m a 无线接口技术演进到 h s d p a ，再发展到h s u p a ，目前3 g p p 组织正在致力于“超3 ( 3 ”系统长期演进的研究，如 图1 1 所示。 2 0 0 0 2 0 0 l 图l 1 ：w c d m a 无线接口的演进路线 w c d m a 标准在发展的过程中形成了r 9 9 、r 4 、r 5 、r 6 、r 7 等版本。其中r 9 9 、r 4 、 东南大学硕士学位论文 r 5 版本已分别于2 0 0 0 年3 月、2 0 0 1 年3 月和2 0 0 2 年6 月推出，r 6 版本也于2 0 0 5 年6 月 推出，r 7 版本仍在讨论中。r 9 9 版本比较成熟，充分考虑了对现有g s m 网络的向下兼容及 投资保护。相比r 9 9 版本，i 珥版本的无线接入部分只改动了一些接口协议的特性，增强了 相应的功能，但网络结构没有改变。r 5 版本是全口网络的第一个版本，引入了口传输作为 a 蹦外的第二种可选传输机制，并在无线部分引入了h s d p a ( 高速下行分组接入) 的概念， 使下行链路可以支持高达1 0 m b i t s 的传输速率。r 6 版本的无线接入部分主要引入了h s u p a ( 高速上行分组接入) 技术。r 7 版本中将主要引入正交频分复用( 0 f d m ) 和多输入多输 出( m 蹦0 ) 技术。 r 6 版本中的h s u f a 技术是w c d m a 技术在上行链路无线部分的增强与演迸。在引入 了h s u p a 技术后的w c d m a 无线上行链路中，增加了新的增强型专用信道( e - d c h ) 、新 的媒体接入控制( m a c ) 实体m a c - e s e ，但基本结构仍与r 9 9 版本保持一致。由于h s u p a 技术只是在w c d m a 原有的物理信道上增加了新的物理信道。因此，两者可以共用射频发 射单元，支持h s u p a 技术的终端可_ 以和支持以往标准的终端在个载波内共存。 1 1 2无线资源管理( r r m ) 1 2 5 , 3 0 1 在移动通信系统中，无线资源是最宝贵的资源。无线资源管理( r r m ) 主要通过对 空中接口资源的分配与管理，确保系统的服务质量( q o s ) ，如何提高无线资源的利用率 将直接影响到系统的容量及性能，因此，需要通过一些灵活的r r m 算法来提高无线资 源的利用率。 为了保证空中接口上的干扰维持在最低的水平，并提供所要求的服务质量，必须进 行功率控制。在蜂窝小区系统中当用户穿越小区边界时，需要用切换功能来处理用户 的这种小区间移动。在h s u p a 网络中，为了保证业务的服务质量，并尽量提高系统的 吞吐量，还要求通过t f c 选择、接纳控制、负荷控制和分组调度等其他无线资源管理 算法来合理地分配有限的无线资源。图1 2 给出了各个无线资源管理算法在h s u p a 系 统中的典型位置。 由图1 2 可见，h s u p a 系统中的设备包括：用户设备( u e ) 、基站( n o d eb ) 和网 络控制器( r n c ) 。其中，u e 主要完成“t f c 选择”算法的实现，n o d eb 主要完成“快 速分组调度”算法和“快速功率控制”算法的实现，r n c 主要完成“接纳控制”算法、 “负荷控制”算法、“切换控制”算法和“外环功率控制”算法的实现。 2 第1 章绪论 ，一面、，1 而i 、，面i 、 ! 型：! 竺：、延竺翌竺竺型兰 t f c 选择 快速分组调度 快速功率控制 图】2 ：r r m 主要算法在h s u p a 系统中的典型位置 接纳控制 负荷控制 切换控制 外环功率控制 按照无线资源管理算法的实现所在的位置，h s u p a 系统中的无线资源管理算法可 以分为以下两个部分： 1 集中部分( 位于n o d e b 或r n c 中) ：包括接纳控制、负荷控制、切换控制、功 率控制和分组调度。 2 非集中部分( 位于u e 的m a c 层中) ：包括传输格式组合( t f c ) 选择。 在上行链路中，r n c 可以获得所有u e 的相关信息。因此，集中部分的r r m 算法 可以比非集中部分的r r m 算法提供更好的性能。但是，集中部分的r r m 算法的执行 需要更多的控制信令开销，因为r n c 需要通过控制信令告知u e 如何去做。因此，r r m 算法需要考虑性能和复杂性的折中，需要在目前的集中部分的r r m 算法和非集中部分 的r r m 算法中找出一个平衡点。 无线资源管理的具体算法与网络结构、多址接入方式、智能天线运用方式、越区切 换方式、上行或下行场合、业务种类和业务模型等因素有关。下面将简要地介绍h s u p a 系统中的主要无线资源管理算法。 ( 1 ) 传输格式组合选择 不同优先级的业务数据通过不同的逻辑信道到达m a c 层后，在m a c 层中复用为 一个传输块，并通过相应的传输信道将该传输块发送到物理层。 3 东南大学硕士学位论文 传输信道是m a c 层和物理层之间的接口，一个传输信道可以传输的数据单元称为 传输块( t b ) 。个传输信道的属性集合称为该传输信道的传输格式( t f ) ，所有传输 信道上所选t f 的组合称为传输格式组合( t f c ) ，所有传输信道上可以选择的所有传输 格式组合的集合称为传输格式组合集合( t f c s ) 。 传输格式组合选择是m a c 层的一个重要功能。m a c 层在每个传输时间间隔( t t i ) 内，根据r l c 缓冲区中的数据量和允许使用的无线资源的大小，选择一个合适的t f c 。 该t f c 决定了当前的信息传输速率以及多种业务同时传输时的业务复用方式。 ( 2 )接纳控制 接纳控制是建立在容量性能分析的基础之上的。容量性能分析表明，c d m a 蜂窝系 统的容量是干扰受限的。因此，必须采取有效的接纳控制算法，当小区容量处于饱和状 态时，不再接纳新的连接请求，以保证已有用户的q o s 要求；而当小区容量未达到饱和 状态时，在保证已有用户的q o s 要求的同时，尽可能多地接纳新的连接请求，以充分地 利用有限的无线资源。 h s u p a 蜂窝通信系统中的接纳控制还需要充分地考虑用户的移动性，在处于连接 的状态下，用户可能发生多次越区切换。在现有的接纳控制算法中，为保证用户在移动 过程中其q o s 不受影响，通常的作法是将切换发起的连接请求与本小区新呼叫发起的连 接请求区别对待，并给予前者更高优先级。 ( 3 )负荷控制 小区间的负荷平衡主要是针对c d m a 网络小区的“呼吸效应”，将某些“热点地区” 的负载分担到周围负载较低的小区中，提高系统容量的利用率，维持网络覆盖的稳定。 如果遇到了过载的情况，负荷控制功能让系统快速而有控制地达到目标负荷。通常 减少h s u p a 系统负荷的措施主要有： 上行快速负荷控制：降低上行链路快速功率控制使用的接收码片信噪比g 。n o 的目标值； 降低分组数据业务的吞吐量： 降低u e 的实时比特速率； 4 第1 章绪论 以控制方式来停止低优先级的呼叫。 上面所列的第一种方法是在一个基站( n o d eb ) 内执行的快速操作，这些操作可以 在一个时隙内进行，即以1 s k h z 频率进行，并快速地为不同的业务划分优先级。为了保 证非重发业务的服务质量，可以提高对延时不敏感的连接的瞬时误帧率。 ( 4 ) 切换控制 按照u e 与网络之间建立连接和释放连接的情况，切换控制可分为“软切换”和“硬 切换”这两大类。其中，软切换是c d m a 系统特有的关键技术之一，是系统无线资源 管理与优化的重点，软切换算法和相关参数的设置直接影响着系统的容量和服务质量。 软切换可以带来一定的功率增益，提高系统的容量。但是，该增益是以牺牲额外的 硬件和传输资源为代价的。软切换开销包括基带资源、传输资源和r n c 资源这三个部 分，如果软切换用户的比例过高，将占用过多的无线资源，同样会造成系统容量的下降。 硬切换包括同频、异频和异系统间切换3 种情况。需要注意的是，软切换是同频之 间的切换，但同频之间的切换并不都是软切换；异频之间切换是硬切换，但硬切换并不 都是异频之间的切换。 ( 5 )功率控制 功率控制是c d m a 系统中的一项关键技术，精确的功率控制将大大地减小用户消 耗的功率，减少系统内的于扰，提高系统的容量。功率控制技术包括“开环功率控制”、 “内环功率控制”和“外环功率控制”。 开环功率控制的目的是为了提供初始发射功率的粗略估计。开环功率控制通过在公 共导频信道( c p i c h ) 上测量的信号接收功率，对路径损耗和干扰的大小进行估计，从 而粗略地估计初始的发射功率。 内环功率控制的目的是通过调整物理控制信道的发射功率，从而使得接收到的信噪 比收敛于目标信噪比。在内环功率控制中，如果物理控制信道上的接收信噪比大于目标 信噪比，则向相应的u e 发送的内环功率控制指令为“d o w n ”，请求将物理控制信道 上的功率减小一个步长，否则，向相应的u e 发送的内环功率控制指令为“u p ”，请求 将物理控制信道上的功率增加一个步长。 外环功率控制的目的是通过动态地调整内环功率控制的目标信噪比，来保证系统所 5 东南大学硕士学位论文 要求的通信质量。在外环功率控制中，由r n c 对信号进行宏分集接收后，将接收到的 信号质量同预先设定的目标信号质量相比较。如果接收到的信号质量高于目标信号质 量，就降低目标信噪比，否则，就增加目标信噪比。调整后的目标信噪比被发送给n o d e b ，用来检测上行链路的接收信号。 ( 6 ) 分组调度 分组调度的目标是既要有效地将小区的剩余资源用于非实时连接，又要保证干扰强 度在规划范围之内，从而保证实时连接不受影响。分组调度的功能由分组调度器实现， 分组调度器在同时激活的用户问分配非实时的容量资源。分组调度器是周期性运行的， 它的周期是一个可配置的参数，一般设定为1 0 0 毫秒1 秒。 如果负荷超出目标值，分组调度器可以通过减少分组包承载体的比特速率来降低负 荷；相反，如果负荷低于目标值，分组调度器可以通过分配更高的比特速率来增加负荷。 在给r n c 的无线资源报告中，n o d eb 周期地提供总功率和链路功率的测量值。总 功率测量报告的周期一般要比链路测量报告的周期短。分组调度器可以利用由实时连接 和小区间干扰组成的不可控业务来估计总功率值。 1 2论文的研究内容 论文以h s u p a 系统为背景，研究了增强型专用传输信道( e d c h ) 上的t f c 选择 算法，包括传输块的大小选择算法，如最大传输速率算法、服务信用算法和马尔可夫链 算法等，以及传输块比特分配的算法，如严格优先级算法和基于业务q o s 的算法等。下 面将介绍本论文主要内容的安排。 第二章中描述了h s u p a 系统的基本结构以及该系统所采用的一些关键技术，并介 绍了h s u p a 系统仿真平台和t f c 选择功能在该仿真平台中的实现。 第三章中阐述了t f c 选择算法的基本原理。为了比较w c d m a 系统和h s u p a 系 统中的t f c 选择算法的不同之处，本文首先介绍了w c d m a 系统的协议结构，并阐述 了w c d m a 系统d c h 上的t f c 选择的原理。然后，介绍了h s u p a 系统协议结构的特 点，并阐述了h s u p a 系统e d c h 上的t f c 选择原理的不同之处。同时，根据h s u p a 系统e d c h 上的t f c 选择的特点，将t f c 选择问题分解为两个子问题，即传输块大小 6 第1 章绪论 的选择问题和传输块比特的分配问题。其中，传输块大小的选择问题是研究如何选择传 输速率的问题，而传输块比特的分配问题是在传输块大小的选择问题解决之后进行的， 研究的是如何复用多种业务进行传输的问题。 第四章中对传输块大小选择算法进行了仿真研究和改进。本文首先分析了最大传输 速率算法、服务信用算法和马尔可夫链算法等三种典型的传输块大小选择算法。然后， 提出了一种基于重传的传输块大小选择算法，该算法可以充分地利用重传带来的增益。 仿真表明，基于重传的传输块大小选择算法可以有效地提高系统的性能。 第五章中对传输块比特分配算法进行了仿真研究和改进。本文首先分析了严格优先 级算法和动态优先级算法等两种典型的传输块比特分配算法。然后，提出了一种基于目 标传输延时的传输块大小选择算法，该算法可以有效地避免低优先级的业务长期得不到 传输的问题。仿真表明，基于目标传输延时的传输块大小选择算法可以在一定程度上减 小低优先级业务的平均传输延时。 最后，对全文进行了总结。