（通信与信息系统专业论文）宽带移动通信中amc和harq技术研究.pdf

中文摘要 中文摘要 摘要：移动通信正向宽带化和个人化方向发展，各种新的无线技术不断涌现，标 准化进程也在不断加快。h s d p a 作为w c d m a 的升级，极大提高了下行链路数据 传输能力，峰值速率可达1 0 m b p s ；l t e 作为准4 g 标准，以o f d m m i m o 为核心 技术，上下行峰值速率分别可达5 0 m b p s 和10 0 m b p s 。h s d p a 和l t e 系统针对 无线信道时变特性，采用了自适应编码调制( a m c ) 和混合反馈重发( h a r q ) 技术， 从而在保证q o s 的前提下，最大限度的利用频谱资源，提高数据传输速率。 本文第二章研究了无线信道建模，分析了单载波系统和o f d m 系统的信道特 性；研究了平坦衰落信道的建模仿真，分析比较了平坦衰落信道的三种正弦波叠 加法，即直接仿真法、j a k e s 模型和改进j a k e s 模型，仿真显示改进j a k e s 模型的统 计特性与理论值有更好的吻合程度；在此基础上研究了o f d m 信道的延迟抽头线 模型以及三种仿真方法。 第三章研究了a m c 和h a r q 的若干关键技术，包括a m c 和h a r q 中的可 变码率l d p c ( r c l d p c ) 码打孔算法，构造了6 种调制编码方式( m c s ) ；研究了 物理层抽象理论，仿真分析比较了平均值、r b i r 和e e s m 等三种物理层抽象方法， 得出了r b i r 和e e s m 在各种信道下均具有较好的估计精度，而平均值抽象只适 用于平坦慢衰落信道的结论；研究了a m c 门限选择算法，即固定门限和外环算法， 通过仿真比较了三种固定门限算法在平坦慢衰落信道中的性能，而外环算法可以 克服固定门限对信道估计和预测偏差敏感等不足，因此得出了固定门限和外环算 法相结合是最佳a m c 门限算法的结论；对基于h a r q 的两种自适应机制，即星 座图重组和o f d m 子载波重映射进行了仿真分析，结果显示采用上述自适应与 h a r q 相结合带来了性能增益。 第四章在重传期间信道状态不变和f s m c 两种模型下，分析研究了重传数据 不合并与合并两种情况下的a m c h a r q 系统的性能，并考虑了合并后数据中的 噪声与合并前的噪声存在相关性这一客观事实，根据结合信道误块率准则和吞吐 率最大准则，分析了吞吐率、误帧率的理论值和最优切换门限，并仿真加以验证。 第五章研究了a m c 系统中信道预测技术，仿真分析了平坦衰落信道中四种信 道预测器( m m s e ，l s ，e s p r i t ，c o m b ) 的性能及应用场景；对o f d m 信道预 测现有四种方法进行了阐述，在e s p r i t 预测算法基础上提出了i d f t + e s p r i t 算 法，该算法可以适当降低算法的复杂度，而性能几乎没有恶化；最后对三种自适 应预测算法：l m s 、r l s 和自适应e s p r i t 算法的性能进行了仿真分析比较。 关键词：链路自适应；自适应编码调制；混合反馈重发；物理层抽象；信道预测 分类号：t n 9 2 9 5 a b s t r a c t a bs t r a c t a b s t r a c t ：m o b i l ec o m m u n i c a t i o ni sd e v e l o p i n gt o w a r dw i d e b a n da n dp e r s o n a l i z i n g s o m en e ww i r e l e s s t e c h n o l o g i e ss p r i n gu pi nq u a n t i t i e sa n ds t a n d a r d i z a t i o n i s a c c e l e r a t e d a st h ee n h a n c e dv e r s i o no fw c d m a ，h s d p ah i g h l yb o o s t st h ed o w n l i n k d a t ar a t ew i t hp e a kv a l u e10 m b p s a st h ee v o l u t i o no f3 gs t a n d a r d ，l t ea d o p t s o f d m m i m oa sc o r et e c h n o l o g i e s i t su p l o a ds p e e dc a nr e a c h5 0 m b p sa n dd o w n l o a d s p e e di su pt o10 0 m b p s a st ot h et i m e - v a r y i n gc h a r a c t e r i s t i c so fw i r e l e s sc h a n n e l ， h s d p aa n dl t es y s t e ma d o p ta d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g ( a m c ) a n dh y b r i d a r q a st w om a i nl i n ka d a p t i v et e c h n o l o g i e s t h e yc a nf u l l yu s et h es p e c t r u mr e s o u r c e a n db o o s td a t ar a t ei nt h ep r e c o n d i t i o nt h a tq o si sg u a r a n t e e d c h a p t e r2s t u d i e sw i r e l e s sc h a n n e lm o d e l i n g f i r s t l yc h a n n e lc h a r a c t e r i s t i c so f s i n g l e c a r r i e ra n do f d ms y s t e ma r ea n a l y z e d ，a n dt h e nt h ec o r r e s p o n d i n gs i m u l a t i o n m o d e l i n gi sp r e s e n t e d t h r e ek i n d so fs o ss i m u l a t i o nm e t h o df o rf l a tf a d i n gc h a n n e l a s f o l l o w sa r ec o m p a r e d ：s t r a i g h ts i m u l a t i o n ，j a k e sm o d e l i n ga n di m p r o v e dj a k e s m o d e l i n g a n ds i m u l a t i o nr e s u l ts h o w st h a ts t a t i s t i c a lc h a r a c t e r i s t i co fi m p r o v e dj a k e s m o d e l i n gi s m u c hc l o s e rt ot h ei d e a lv a l u e b a s e do nt h ed i s c u s s i o na b o v e ，a t a p p e d d e l a y - l i n em o d e la n dt h r e ek i n d so fs i m u l a t i o nm e t h o df o ro f d mc h a n n e la r e e x h i b i t e d c h a p t e r3s t u d i e st h ek e yt e c h n o l o g i e si na m c a n dh a r qs y s t e m b a s e do nt h e c o n s t r u c t i o nm e t h o do fr c l d p c ，s i xk i n d so fm c sa r ea b t a i n e d p h ya b s t r a c t i o n t h e o r yi sd e e p l yr e s e a r c h e da n dr b i r ，e e s ma sw e l la sm e a nv a l u em e t h o d sa r e e v a l u a t e db ys i m u l a t i o n i tc a nb ec o n c l u d e dt h a tr b i ra n de e s mh a v eg o o d e s t i m a t i o na c c u r a c y , w h i l em e a nv a l u em e t h o do n l ya d a p t st of l a ts l o wf a d i n gc h a n n e l b e s i d e s t h ef i x e dt h r e s h o l da n do u t e rl o o pm e t h o df o rm c ss e l e c t i o nr u l ea r cs h o w e d s i m u l a t i o nc o m p a r i s o no ft h r e ek i n d so ff i x e dt h r e s h o l dm e t h o di nf l a ts l o wf a d i n g c h a n n e li sp r e s e n t e d o u t e rl o o pc a nm a k eu pf o rt h ed e f i c i e n c yo ff i x e dt h r e s h o l d m e t h o d ，s u c ha ss e n s i t i v i t yt oc h a n n e le s t i m a t i o na n dp r e d i c t i o ni n a c c u r a c y t h u st h e c o m b i n a t i o no ff i x e da n do u t e rl o o pm e t h o di st h eb e s tc h o i c e a f t e rt h a t ，t w ok i n d so f a d a p t i v es c h e m eb a s e do nh a r qt e c h n o l o g ya r ea n a l y z e db ys i m u l a t i o n t h er e s u l t s h o w st h a tt h e s ea d a p t i v es c h e m e sb r i n gp e r f o r m a n c eg a i n c h a p t e r 4a n a l y z e s a m c - h a r qs y s t e m i nt h et w oc o n d i t i o n so f r e t r a n s m i s s i o n c o m b i n e da n dn o n c o m b i n e dw i t ht h ea s s u m p t i o no fr e t r a n s m i s s i o n v n 北京交通人学硕士学位论文 c h a n n e lu n c h a n g e do rf s m cm o d e l t h ec o r r e l a t i o no fn o i s ei nc o m b i n e dd a t aa n d p r e c o m b i n e dd a t ai sa l s oc o n s i d e r e da c c o r d i n gt oc h a n n e l c o m b i n e db l e rr u l ea n d m a x i m u m t h r o u g h p u tr a t er u l e w ed e d u c et h ee x p r e s s i o no ft h r o u g h p u tr a t ea n df e r ， g e tt h eo p t i m a lt h r e s h o l df o ra m c - h a r qs y s t e ma n dv e r i f yt h e mb ys i m u l a t i o n ： c h a p t e r5s t u d i e sc h a n n e lp r e d i c t i o ni na m cs y s t e m 1 1 1 ep e r f o r m a n c ea n d a p p l i c a t i o no ff o u rk i n d so fc h a n n e lp r e d i c t o rf o rf l a tf a d i n gc h a n n e la r ec o m p a r e db y s i m u l a t i o n a n df o u re x i s t i n ga l g o r i t h m sf o ro f d mc h a n n e lp r e d i c t i o na r ee l a b o r a t e d b a s e do ne s p r i ta l g o r i t h m ，i d f t + e s p r i ta l g o r i t h mi sp r o p o s e d ，w h i c hc a nr e d u c e c o m p l e x i t yw i t h o u tc a u s i n gp e r f o r m a n c el o s s i nt h ee n d ，t h r e ek i n d so fa d a p t i v e p r e d i c t i o na l g o r i t h m a sf o l l o w sa r ea n a l y z e db ys i m u l a t i o n ：l m s ，r l s ，a d a p t i v e e s p r i t k e y w o r d s ：l i n ka d a p t i o n ；a m c ；h a r q ；p h ya b s t r a c t i o n ；c h a n n e lp r e d i c t i o n c i 。a s s n o ：t n 9 2 9 5 图 图1 1 图1 2 图1 3 图1 4 图2 1 图2 2 图2 3 图2 4 图2 5 图2 6 图2 7 图2 8 图2 9 图2 1 0 图2 1 1 图2 1 2 图2 1 3 图2 1 4 图3 1 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图3 6 图3 7 图3 8 图3 9 图3 1 0 图3 1 1 图3 1 2 图3 1 3 图 h s d p a 系统的a m c 框图。3 l t e 系统的a m c 框图3 三种h a r q 重传协议6 实际系统中h a r q 功能框图7 无线信道衰落随距离的变化曲线1 0 对数正态过程仿真示意图1 l 标准差不同时的对数正态过程比较1 1 经典多普勒功率谱1 3 g a u s l 多普勒功率谱一1 4 g a u s l 功率谱的自相关函数包络1 4 小尺度衰落的分类16 三种正弦波叠加法的自相关函数比较1 8 三种正弦波叠加法同相和正交分量间的互相关函数1 9 成形滤波器实现原理1 9 成形滤波器计算机仿真方法2 0 频率选择性信道仿真框图2 2 莱斯分布2 5 t u 6 频域信道包络分布2 6 q c l d p c 码的校验矩阵2 7 可重构节点和幸存校验节点示意图3 0 r b i r 物理层抽象框图。3 3 归一化互信息m iv ss i n r 3 4 调整参数的优化过程3 6 吞吐率最大准则示意图3 7 保证误块率准则示意图3 8 固定门限与外环相结合的m c sf - j 限选择。4 0 16 q a mi 路或q 路星座映射4 1 16 q a m 高位和低位的误比特率4 2 h a r q 四次传输对应的不同星座图4 3 平坦慢衰落信道的r b i r 物理层抽象验证( 5 5 6 h z ) 4 5 平坦慢衰落信道r b i r 和平均值抽象比较( 5 5 6 h z ) 一4 5 北京交通大学硕士学位论文 图3 1 4 图3 1 5 图3 1 6 图3 1 7 图3 1 8 图3 1 9 图3 2 0 图3 2 l 图3 2 2 图3 2 3 图3 2 4 图4 1 图4 2 图4 3 图4 4 图4 5 图4 6 图4 7 图5 1 图5 2 图5 3 图5 4 图5 5 图5 6 图5 7 图5 8 图5 9 图5 1 0 图5 1 1 平坦快衰落信道三种物理层抽象验证( 5 5 6 h z ) 4 6 t u 6 频率选择性信道的平均值物理层抽象验证4 6 t u 6 频率选择性信道的r b i r 物理层抽象验证4 7 t u 6 频率选择性信道的e e s m 物理层抽象验证4 7 按照r b i r 抽象结果重新拟合的b l e r 曲线4 8 t u 6 频率选择性信道的e e s m 物理层抽象验证( m s e 取对数) 4 8 三种固定门限准则的b l e r 比较4 9 三种固定门限准则吞吐率比较5 0 外环算法中m c s 门限随时间变化情况5 0 固定门限和外环算法性能比较5 1 子载波重映射和星座图重组的性能仿真5 2 a m c h a r q 系统模型5 6 a w g n 信道信噪比合并建模验证6 2 瑞利平坦慢衰落信道信噪比合并建模验证6 3 t u 6 信道信噪比合并建模验证6 3 h s d p a 每帧信噪比随时间变化( 平均信噪比为0 d b ) 6 4 o f d m 符号的信噪比随时间变化曲线( 平均信噪比为0 d b ) 7 1 t u 6 频域信道拟合的信噪比分布7 2 多普勒频移对a m c 系统的影响7 5 时域抽头m m s e 预测器框图8 l i d f t + e s p r i t 预测器框图8 3 预测阶数对m m s e 预测器的影响8 8 信道抽样速率对m m s e 预测器的影响8 8 预设子空间维数b 对e s p r i t 预测器的影响8 9 理想情况下四种预测算法性能比较9 1 实际情况下四种预测算法性能比较9 5 o f d m 信道的e s p r i t 和i d f t + e s p r i t 预测性能比较9 7 r l s 和l m s 预测性能比较。9 8 e s p r i t 自适应算法的预测性能评估。9 8 表 表 表2 1t u 6 信道模型2 3 表3 1 6 种基于r c l d p c 码的m c s 3l 表3 2 1 6 q a m 的星座图重组。4 3 表3 3a m cf - j 限算法系统仿真参数4 9 表4 1 a m c h a r q 系统仿真参数( h s d p a ) 。6 5 表4 2 基于结合信道误块率准则的a m c h a r q 系统仿真比较6 5 表4 3 基于结合信道误块率准则的重传不合并a m c h a r q 系统分析6 6 表4 4 基于结合信道误块率准则的重传合并a m c h a r q 系统分析1 6 7 表4 5 基于结合信道误块率准则的重传合并a m c h a r q 系统分析2 6 8 表4 6 基于吞吐率最大准则的a m c h a r q 系统仿真结果7 0 表4 7 a m c h a r q 系统仿真参数( l t e ) 7 2 表4 8 a m c h a r q 联合优化仿真结果( l y e ) 7 3 表5 1改进的b i s v d 3 奇异值分解子空间跟踪算法8 4 表5 2信道模型参数跟踪步骤及复杂度分析8 5 表5 3o f d m 信道的两种m m s e 预测器比较( n m s ed b ) 9 6 独创性声明 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他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。 学位论文作者躲哭l f 嗲签字嗍砷年易月占日 1 1 7 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 哭计易爹 签字日期：加o ? 年易月，占日 i 致谢 本论文的工作是在我的导师谈振辉教授的悉心指导下完成的，谈教授严谨的 治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。谈老师正直的为人，渊博 的知识，高尚的人格魅力都深深的影响了我，将使我终身受益，在此衷心感谢两 年来谈老师对我的关心和指导。 感谢北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室的所有老师；特别是 金晓军老师在学习上和生活上都给予了我很大的支持和帮助，在此向金老师表示 衷心的谢意。 特别感谢实验室的熊磊老师、陈霞老师和张金宝师兄，他们对我的科研工作 和论文都提出了许多宝贵意见，在此表示衷心的感谢。 在实验室工作及撰写论文期间，各位同学、师兄师姐对我论文的顺利完成给 予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 另外也深深的感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我 的学业。 引言 1 引言 1 1 背景概述 随着移动通信用户数量的快速增长，和对高数据速率和高服务质量( q o s ) 需求 的与同剧增，单一的低速语音业务已经不能满足人们的需要，各种移动多媒体业 务正在逐步走进人们的生活，未来移动通信竞争的焦点是数据业务。当前第三代 移动通信系统( 3 g ) 已经成为移动通信发展的方向。3 g 的三大主流标准，即 w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a 都将在我国移动通信市场占据一席之地。与 此同时，在市场需求的不断推动下，增强型3 g ( e 3 g ) 技术h s d p a h s u p a 的日趋 成熟，也将极大提高3 g 系统的上下行数据承载能力以及系统的数据承载效率。 h s d p a 技术在3 g p pr 5 版本中提出，是w c d m a 的平滑演进，引入了高速下行 共享信道( h s d s c h ) ，包含三个关键技术：自适应编码调制( a d a p t i v em o d u l a t i o n a n dc o d i n g , a m c ) 、混合反馈重发( h y b r i da u t o m a t i cr e p e a tq u e s t ，h a r q ) 和快速调 度( f a s tp a c k e ts c h e d u l e r ) ，其最高速率可达1 0 m b p s 。 未来移动通信系统必须具有高频谱利用率、高数据速率和高传输可靠性。当 前国际标准化组织正在推动移动通信技术由3 g 向b 3 g 迈进。3 g p p2 0 0 4 年底启 动的长期演进技术( l t e ，l o n gt e r me v o l u t i o n ) 是一个高数据率，低时延和基于全 分组的移动通信系统，具有如下的主要技术特点：提高通信速率和频谱效率，系 统的最大带宽为2 0 m h z ，上下行峰值速率分别可达5 0 m b p s 和l o o m b p s ：分组交 换与q o s 保证，系统在整体框架上将基于分组交换，同时通过系统设计和严格的 q o s 机制，保证实时业务( v o n 、视频流等) 的服务质量；支持各种系统带宽， 包括1 2 5 m h z 、1 6 m h z 、2 5 m h z 、5 m h z 、1 0 m h z 、1 5 m h z 、2 0 m h z ，以及“成 对 与“非成对”频段的部署，以保证将来在系统部署上的灵活性。另外，还明 确提出了“系统在支持高移动速率的基础上，为低移动速率用户优化”、“提高小 区边缘用户的吞吐率”等具体的系统需求。与第三代移动通信相比，l t e 物理层 在传输技术、空中接口协议结构层和网络结构等方面都发生了革命性的变化。而 作为b 3 g 的关键技术，正交频分复用( o f d m ) 、多入多出( m i m o ) 、链路自适应技 术的不断发展，将为未来的b 3 g 系统奠定重要基础。 在蜂窝系统中，移动无线信道具有随机特性，移动用户所接收的信号质量通 常取决于与服务基站和干扰基站的距离、路径损耗、阴影衰落和多径衰落。链路 自适应技术能够在满足不同业务的q o s 需求前提下，及时跟踪信道变化，自适应 北京交通大学硕士学位论文 调整系统参数，在信道条件好时，提高数据传输速率，在信道条件差时，降低数 据传输速率，最大限度的利用信道传输能力，提高频谱效率和系统容量。随着 o f d m 和m i m o 技术发展，链路自适应技术也从一维扩展到二维，甚至多维。无 线通信传输参数也日渐丰富，包括发射功率、符号速率、调制编码模式、重传策 略、扩频增益、o f d m 子载波数、天线选择、预编码技术等，链路自适应技术可 以对多个参数进行联合调整，达到最优的性能。 链路自适应技术是一种有效提高数据速率和频谱利用率的无线传输技术，在 移动通信中得到了广泛的应用，如g p r s 、e d g e 、i e e e8 0 2 1 l a 、h s d p a 、h s u p a 和l t e 等，包括功率控制、自适应编码调制、混合反馈重发、自适应m i m o 技术 等等。本文主要研究宽带移动通信中( h s d p a 、l t e ) 的a m c 和h a r q 技术。 1 2 自适应编码调制技术 自适应编码调制技术可以使系统的传输效率得到极大的提高，其基本原理是 接收端对数据传输的无线信道进行估计，并反馈给发射机，发送端在给定数据传 输质量( 如通信业务量、平均信噪比、平均时延、通信中断概率和数据速率等) 要求 的前提下，根据无线信道的实际情况( 一般用c s i 指示，c h a n n e ls t a t u si n d e x ) 来选 择合适的调制编码方式( m o d u l a t i o na n dc o d i n gs c h e m e ，m c s ) j 。而在没有a m c 的系统中，为了保证接收端的服务质量，m c s 根据最差的信道质量来确定，当信 道衰落很大的时候，例如3 0 d b 的瑞利深衰落，这样极大浪费了频谱资源，降低了 系统效率。 3 g p pw c d m ar 9 9 版本中的快速功率控制与a m c 技术功能相同，可以克服 时变信道的短期衰落效应，但是存在远近效应【2 1 ，噪声提升效应【3 】，功控调节范围 有限【4 】等问题，而a m c 保持恒定的发射功率并改变m c s 来克服短期衰落，避免 了“噪声提升效应 ，因此是一种比快速功控更优的链路自适应技术。 1 2 1h s d p a 系统的a m c h s d p a 采用s f = 16 的扩频码为基本单元，一个小区分配一个码字给公共控制 信道，另1 5 个码字分配给用户。3 g p p 针对h s d p a 终端支持扩频码的能力( 5 1 0 1 5 ) 以及支持的a r q 种类定义了1 2 类终端，每一类终端规定了不同的传输格式集合 ( t r a n s m i tf o r m a tc o m b i n a t i o ns e t ，t f c s ) 。t f c s 包括三方面内容：1 ) 消息字符大小， 由h s d s c h 传输块尺寸( t r a n s m i tb l o c ks i z e ，t b s ) 指示。支持5 个扩频码的u e ， 2 引言 其范围为1 3 7 7 1 6 8 ，支持l o 个扩频码的u e ，其范围为1 3 7 1 4 4 1 l ，支持1 5 个扩 频码的u e ，其范围为1 3 7 2 5 5 5 8 ；2 ) 使用扩频码的个数，范围为1 u e 支持的最 多扩频码数；3 ) m c s 方式，多种码率通过1 3 t u r b o 码打孔或者重复得到，调制方 式为q p s k 或者1 6 q a m 。此外，h s d p a 的一个传输时间间隔( t r a n s f e rt i m ei n t e r v a l ， t t i ) 长度为2 m s ，基本多址方式为t d m a 方式，所有用户以2 m s 为周期轮流占用 信道，一个t t i 内同时最多允许4 个用户码分复用。h s d p a 的a m c 系统框图如 图1 1 所示，接收端利用接收到的分组解调信息进行信道估计，并预测下一帧的信 道状态c s i ，并反馈给发送端，发送端根据a m c 门限选择算法和c s i 选择下一帧 传输的m c s 。 图1 1 h s d p a 系统的a m c 框图 f i g1 1 a m c d i a g r a mi nh s d p as y s t e m 1 2 2l t e 系统的a m c 图1 2 l t e 系统的a m c 框图 f i g1 2 a m c d i a g r a mi nl t es y s t e m 由图1 2 可以看出，l t e 的a m c 原理与h s d p a 是基本相同的，但是多天线 和o f d m 技术的引入为a m c 带来了空域和频域资源的m c s 分配问题。l t e 中下 行链路的传输方案是基于传统的加c p 的o f d m 系统，采用o f d m a 作为多址接 北京交通大学硕士学位论文 入方案。基本的子帧长度为0 5 m s ，但在考虑和t d s c d m a 系统兼容时可以采用 0 6 7 5 m s 子帧长度。下行o f d m 的c p 有长短两种，短c p 为基本选项，长c p 可 用于大范围小区和多小区广播。短c p 情况下一个子帧中包含7 个o f d m 符号； 长c p 情况下一个子帧包含6 个o f d m 符号。下行系统将频率资源分为若干个物 理资源块( p r b ) ，p r b 是下行资源的最小分配单位，大小为1 2 个子载波，子载波 间隔为1 5 k h z ，即1 8 0 k h z 。下行用户的数据以虚拟资源块( v r b ) 的形式发送，v r b 可以采用集q b ( l o c a l i z e d ) 或分散( d i s t r i b u t e d ) 方式映射到p r b 上。l o c a l i z e d 方式即 占用若干个相邻的p r b ，这种方式下，系统可以通过频域调度获得多用户分集。 d i s t r i b u t e d 方式即占用若干个分散的p r b ，系统可以获得频率分集增益。l t e 下行 主要采用q p s k 、1 6 q a m 、6 4 q a m 三种调制方式，l t e 的信道编码主要考虑t u r b o 码，但如果能获得明显的增益，也将考虑低密度奇偶校验码( l o wd e n s i t yp a r i t y c h e c kc o d e ，l d p c ) 。 按照m c s 在多个天线上的分配可以分为两种主要的数据流结构：空频统一处 理和空域优先处理。前者指在空域和频域的资源分配在同一级别统一处理，后者 指优先在空域上进行资源分配，然后再分别对每个天线上进行频域的资源分配， 被称作每天线速率控$ 1 j ( p e ra n t e n n ar a t ec o n t r o l ，p a r c ) 。首先，如果将一个编码 块的比特分布于多个天线上可获得更高的空间分集增益，但接收机就不能采用天 线问干扰消除算法了；其次，编码方案中可提供的分集增益是有限的，在多径传 播环境中已经可以获得很多的频域分集，空域分集增益是没有必要的。再次，若 一个编码块的比特分布于多根天线上，在接收时即使只有一根天线发生传输错误 也需要重传所有天线上数据。根据以上分析，各天线的m c s 选择和h a r q 的操 作相互独立更适合l t e 系统，也就是p a r c 结构优于空频统一处理结构【5 1 。 m c s 的分配不仅可以在多个天线上进行，还可以在o f d m 频域资源块上进行。 单天线的a m c ，根据m c s 在频域资源块上的不同可以分为三类：一是资源块独 立调制独立编码：同一用户占用的若干个个p r b 采用不同的m c s ，优点是灵活 度高，缺点是由于各个资源块单独编码，获得的编码增益较小，并且需要额外的 信令开销来指示各个资源块的m c s ，复杂度高。二是资源块独立调制公共编码： 同一用户占用若干个p r b 采用不同的调制方式，相同的编码速率；三是资源块公 共调制公共编码：同一用户占用的若干个p r b 采用相同的m c s 。l g 和爱立信公 司等【6 】对这三种a m c 方式提出了详细的理论比较和性能评估，指出存在信道估计 误差时，资源块公共调制公共编码的性能最优，独立调制公共编码次之，独立调 制独立编码性能最差。 4 引言 1 3 混合自动请求重传技术 h a r q 结合了f e c 的纠错能力和a r q 的反馈重发，是一种隐性链路自适应 技术，a m c 中采用。c i 或其它度量选择m c s ，而h a r q 采用a c k n a c k 来反馈 是否重传。 根据接收机合并方式的不同，h a r q 可以分成三种类型：t y p e i ，重传的信息 和首次传输的信息不进行合并，单独解码，显然性能最差；而对于t y p e i i ，t y p e i i i ， 接收机根据信号干扰噪声h 二( s i g n a li n t e r f e r e n c en o i s er a t i o ，s i n r ) 将重传的信息和 首次传输的软信息进行合并，具有一定的时间分集增益。其中t y p e i i 又称全递增 冗余( f u l li n c r e m e n t a lr e d u n d a n c e ，f i r ) ，每次重传时只传送冗余信息，无法自解码； t y p e i i i 又称部分递增冗余( p a r t i a li n c r e m e n t a lr e d u n d a n c e ，p i r ) ，重传时传送信息 比特和部分冗余信息，可以自解码，多个冗余版本通过信道编码不同的打孔比特 来获得。c h a s e 合并指重传数据与首次传输一致，可以归为t y p e i i i 。 按照重传协议可将h a r q 机制分为三种： 1 ) 选择重发式( s e l e c t i v er e p e a t ，s r ) ：只重传出现错误的数据包，但是此时接收 端不再按顺序接收数据分组信息，那么在接收端则需要相当容量的缓存空间来存 储已经成功译码但还没能按序输出的分组。同时接收端在组合数据包前必须知道 序列号，因此，序列号和数据要分别编码，而且序列号需要更可靠的信道编码方 案，以保证正确传输，这样就增加了对信令的要求。 2 ) 停等式( s t o pa n dw a i t ，s a w ) ：发送端每发送一个数据包分组就暂时停下来， 等待接收端的确认信息。当数据包到达接收端时，对其进行检错，若正确，返回 确认( a c k n o w l e d g e ，a c k ) 信息，错误则返回不确认( n e g a t i v ea c k n o w l e d g e ，n a c k ) 信息。当发端收到a c k 信号，就发送新的数据，否则重新发送上次传输的数据包。 而在等待确认信息期间，不传送任何数据，信道处于空闲状态。这种方法由于收 发双方在同一时间内仅对同一个数据包进行操作，实现起来比较简单，信令开销 较小，对接收端的缓存容量要求低。但是由于在等待确认信号期间不传送数据， 导致信道资源的浪费，系统的吞吐率较低，尤其是当传输时延很大时。 3 ) 后退n 步式( g ob a c k t o n ，g b n ) ：在采用后退n 步h a r q 协议的传输系统 中，发送端发送完一个数据分组后，并不停下来等待确认信息，而是连续发送若 干个数据分组信息。接收端将每个数据包相应的a c k 或n a c k 信息反馈回发送 端，同时发送回的还有数据包分组号。当接收到一个n a c k 信号时，发送端就重 新发送包括错误数据的n 个数据包。接收端只需按序接收数据包，在接收到错误 数据包后即使又接收到正确的数据包，还是必须将正确的数据包丢弃，并重新发 送确认信息。该种方式比s a w 更有效率，比s r 实现更加简单，在接收端不需要 5 北京交通大学硕士学位论文 缓存器，以及按序号重组数据，但是当物理层错误概率较高时，吞吐率将急剧下 降【7 1 。 为了解决停等协议的浪费系统资源的缺点，3 g p p 提出了n 通道停等a r q 方 案州s a w ) ，此方案使协议并行化，在一个信道的并行通道上有效地运行多个独立 的停等a r q 协议【8 9 1 。连续传输的数据在多个独立的时分子信道上传输，每个独 立的时分子信道执行s a w 协议。多信道结构保证连续传输，只要确认信息来回延 迟时问足够短，当相同子信道时隙再次到来时响应总是有效，数据传输就不会因 为等待确认信息而被拖延。n s a w 具有很高的资源利用率，并保留s a w 协议系 统信令开销小的优点。 发送端i1l 2i3l4l5l6l7i3i8i9ll0 l 7l11i1 2 1 3 传输过程心a c k a j c i k 一哆譬譬擘m & a c g ， j a c i i 积 发送端 传输过程 接收端 发送端 传输过程 接收端 错误错误 a c k ：确认n a c k ：不确认 ( a ) s r - h a r q l2 23 4 lj 御pj 卸御| l2234 a c k ：确认n a c k ：不确认 ( b ) s a w - h a r q 重传 ( 后退7 位) 1i2l3i4i5i6l7l8i9l3l4l5l6f7i8i9ll0 1 11 a c k 2 a c i p a c k aa c k 4 a c l = sa c k 耐爪丢弃 a c k ：确认a c k a ；表示收到第n - l 号帧期望收到n 号帧 ( c ) g b n h a r q 图1