（通信与信息系统专业论文）wcdma无线分组数据传输性能改善方案的研究.pdf

重庆邮电大学硕士论文摘要 摘要 第三代移动通信系统的研究和商用已经在我国大规模展开。为了建设第三代 移动通信网络，作为全球的三种主流技术之一的w c d m a 也被我国通信运营商所 采用。这一情况从网络建设初期到现在已经历时好几年了。首先，随着网络的规 模的不断扩张，通信和普通民众的关系变得日渐密切，第三代移动通信在我们日 常生活中也扮演着重要的角色。我们越来越依赖移动通信多方面的优势，例如： 方便、快捷、可靠、灵活等。再者，用户对网络性能的要求也就越来越高，随着 用户数量的急剧增加，网络所要满足的不再是少数用户的要求，而是超大规模的 用户的要求，以达到尽可能均衡地照顾到每个用户。由此，网络建设的力度需要 加大，其进度需要加快，网络建设之后对网络的维护工作也需要进行的更加细致。 对我们来说，无线网络的优化工作显得越来越重要。 和第二代移动通信网络2 g 相比，对3 g 网络的优化我们需要考虑得更多。之 前，对某些地区的用户，通信运营商们仅仅需要确保信号的覆盖能保证进行语音 通话即可。但现在3 g 就面临着不同的要求。因为我们都知道，3 g 和2 g 相比，最 大的不同点，或者说是闪亮点之一就是分组数据的传输速率有了很大的提升。在 这种基础上，如果仅仅通过信号覆盖问题来实现语音通话，就无法完全体现出3 g 的优势。所以数据传输的性能是否良好成为了重点，那么提高w c d m a 分组数据 的传输性能也就成为了无线网络优化的重中之重。 本文主要的研究对象是w c d m a 系统分组数据的传输性能。为了改善其性能， 需要合理配置数据，本文主要包括以下内容： l 、对w c d m a 的基本原理以及对w c d m a 所用到的关键技术的介绍。 2 、对影响分组数据传输性能的原因进行分析，重点掉话问题和吞吐率问题，通过 对参数的研究、算法的分析来拟定对关键参数的调整方案。 3 、将此方案运用到现网当中，提取测试数据，以此来验证此方案的可靠性。 关键字：w c d m a ，移动通信，分组数据性 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a e t a b s t r a c t 1 1 1 er e s e a r c ha n db u s i n e s su s eo ft h et h i r dm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e mh a sb e e n c a r r i e d0 1 1w i d e l yi nc h i n a t oe s t a b l i s ht h et h i r dm o b i l ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r k ， c h i n e s eo p e r a t o r sh a v ea d a p t e dw c d m a ，o n eo ft h et h r e em a i n s t r e a m so f t e c h n i q u e sa r o u n dt h ew o r l d ， f o rs e v e r a ly e a r sf r o mt h ef i r s tp e r i o do fn e t w o r k e s t a b l i s h m e n t n 圮f i r s tr e a s o no ft h ea d a p t i o ni st h a tc l o s e rh a si tb e e nb e t w e e n c o m m u n i c a t i o na n dt h ec o m m o np e o p l e ，w h i c hg a v et h em o b i l ec o m m u n i c a t i o na m o r ei m p o r t a n tf i g u r e ，w i t ht h ec o n t i n u o u se x p a n s i o no fn e t w o r k s w eg r a d u a l l yr e l y o nt h em u l t i a d v a n t a g e so fm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ， n a m e l yc o n v e n i e n c e ， q u i c k r e s p o n s e ，l i a b i l i t ya n df l e x i b i l i t y t h es e c o n dr e a s o nb a s e so nt h eh i g h e rd e m a n d c l i e n t sh a v et o w a r d sn e t w o r kp e r f o r m a n c e 1 h en u m b e ro fc l i e n t si n c r e a s e se v e r y s e c o n d ，a sar e s u l t ，n e t w o r k sm o v e dt h e i ra t t e n t i o nt om e e tt h en e e do fc l i e n t sw i t h b i gp o p u l a t i o n t ob ee q u a l l yt oe a c hc l i e n t ，w en e e dt oi m p r o v eo nt h es p e e da n d s c a l eo fb u i l d i n gn e t w o r k sa n dt h ea f t e r - r e s t o r e t h eo p t i m i z a t i o no fw i r e l e s sn e t w o r k h a sn e v e rb c c ns oi m p o r t a n tt ou s c o n t r a r y t o2 ( 3 ，w em u s tt a k e m o r ea s p e c t si n t oc o n s i d e r a t i o nw i t ht h e o p t i m i z a t i o no f3 g i nf o r m e rd a y s ，t h eg u a r a n t e eo fs i g n a jc o v e r a g ew o u l ds a t i s f y t h ec l i e n t si ns o m er e g i o n sa st h e yc a r lm a k ea u d i oc a l l s 3 gi s ， c e r t a i n l y ，f a c i n g d i f f e r e n td e m a n d s a si sk n o w nt oa l l ，t h eb i g g e s td i f f e r e n c e ， a l s oo n eo f3 g s s h i n i n gp o i n t si st h a tt h e r ei sg r e a ti m p r o v e m e n ti nt h et r a n s m i s s i o ns p e e do fp a c k a g e a c c e s sd a t a n l ec a s es i g n a lc o v e r a g ee a r ln o tr e v e a la l lw h a t3 gc a nd o w h a tt of o c u s i st h ep e r f o r m a n c eo fd a t at r a n s m i s s i o n t h u sw eg e tt h ec o n c l u s i o nt h a tt h em o s t i m p o r t a n tt a s ki nt h eo p t i m i z a t i o ni nw i r e l e s sn e t w o r ki st oi m p r o v et h et r a n s m i s s i o n p e r f o r m a n c eo fp a c k a g ea c c e s sd a t a 1 1 圮r e s e a r c h i n go b j e c to ft h ee s s a yi st h et r a n s m i s s i o np e r f o r m a n c eo fp a c k a g e a c c e s sd a t ai nw i r e l e s sn e t w o r k i no r d e rt oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c e ，s o m e p a r a m e t e r sn e e dt ob ea d j u s t e d t h ec o n t e n to f t h ee s s a yi sa sf o l l o w e d ： 1 1 1 坨i n t r o d u c t i o no ft h eb a s i cc o n c e p to fw c d m aa n di t sm a i nt e c h n i q u e s 2 t h er e s e a r c ho fc a u s e sa f f e c t i n gt h et r a n s m i s s i o np e r f o r m a n c eo fp a c k a g ea c c e s s d a t ai nw i r e l e s sn e t w o r k r e l a t e dp a r a m e t e r sa n dt h ea n a l y s e so fa l g o r i t h mw i l lb e t a l k e da b o u ti nt h er e g u l a t i n gp l a n s 3 n l ep l a n ，p u ti nt h ep r e s e n tn e t w o r k s ，w i l lb ep r o v e nt ob er e l i a b l e ，诚m d a t af o rt e s tc o l l e c t e d k e y w o r d ：w c d 互a ，p a c k a g ea c c e s s ，w i r e l e s sn e t w o r k t 重庆邮电大学硕士论文 目录 图目录 图2 1u e 和u t r a n 的流程示意图5 图2 2h s d p a 引入的新的传输和物理信道7 图2 5h s d p a 数据n o d eb 处理流程图l o 图2 6h s d p a 数据u e 处理流程图。10 图2 7h s d p al 1 l 2 协议结构l l 图2 8 通过h s d s c h 传输数据的信令1 2 图2 9h s p d s c h 信道数目增加机制示意图1 3 图2 1 0h s p d s c h 信道数目减少机制示意图1 3 图2 1 lh s 研认新增信道图1 4 图2 1 2e d c h 协议结构1 6 图3 1 承载方式对比图18 图3 2w c d m a 功控方式图2 1 图3 31 a 事件示意图一2 4 图3 41 b 事件示意图2 5 图3 51c 事件示意图2 6 图3 6 拐角效应信号变化情况2 6 图3 7 拐角效应手机记录的信号变化2 7 图3 8 拐角效应r n c 记录的信令跟踪2 8 图4 1 分组数据性能提升解决方案图3l 图4 2 覆盖解决方案图3 2 图4 3 功率控制解决方案图3 3 图4 4 切换解决方案图3 4 图4 5 测试平台结构图3 5 图4 6 数据修改前软件截图3 6 图4 7 数据修改前软件截图3 7 图4 8 参数修改前h s d p a 速率图图4 9 参数修改后h s d p a 速率图3 8 图4 1 0 参数修改前h s d p a c d f 图图4 1 l 参数修改后h s d p a c d f 图3 9 图4 1 2 参数修改前h s u p a 速率图图4 1 3 参数修改后h s u p a 速率图4 0 图4 1 4 参数修改后h s u p ac d f 图图4 1 5 参数修改后h s u p ac d f 图4 0 图5 1 手机状态迁移图4 2 图5 2 手机状态迁移优化图4 3 图5 3 全网h s d p a 掉线率趋势图图5 4 全网h s u p a 掉线率趋势图4 5 图5 5r n c ih s d p a 掉线率趋势图图5 6r n c ih s u p a 掉线率趋势图4 6 l v 重庆邮电大学硕士论文 目录 图5 7r n c 2h s d p a 掉线率趋势图 图5 9r n c 3h s d p a 掉线率趋势图 图5 11 r n c 4h s d p a 掉线率趋势图 图5 1 3 r n c 5 h s d p a 掉线率趋势图 图5 1 5 r n c 6h s d p a 掉线率趋势图 图5 8r n c 2h s u p a 掉线率趋势图4 7 图5 1 0r n c 3h s u p a 掉线率趋势图4 7 图5 1 2r n c 4h s u p a 掉线率趋势图4 8 图5 1 4 r n c 5h s u p a 掉线率趋势图4 9 图5 1 6 r n c 6h s u p a 掉线率趋势图5 0 v 重庆邮电大学硕士论文 目录 表目录 表2 1h s d p a 专用传输信道和物理信道8 表2 2 h s d p a 和h s u p a 特点比较1 4 表2 3e d c h 传输信道和物理信道定义1 5 表2 4 上行信道数量配置表1 5 表4 1 切换门限参数修改表3 7 表4 2 网络指标对比表4 l 表5 1t 2 参数数据修改表4 4 表5 2 全网掉线指标对比表4 5 表5 3r n c l 掉线指标对比表。4 6 表5 4 耐呵c 2 掉线指标对比表4 6 表5 5r n c 3 掉线指标对比表4 7 表5 6r n c 4 掉线指标对比表4 8 表5 7i 矾c 5 掉线指标对比表一4 9 表5 8r n c 6 掉线指标对比表4 9 表5 9 全网分组业务掉线率下降表5 0 v 1 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 1 论文研究背景 第一章绪论 回顾移动通信的发展，第一代和第二代蜂窝移动通信系统都是针对传统的语 音业务和低速率数据业务的系统。而在当前，现在是一个信息社会，将数据、语 音、图象结合起来的多媒体业务和高速率数据传输业务必将成为不可或缺的移动 电信业务，它们的业务量有很大可能会远远超过传统语音业务的业务量。所以第 一代和第二代蜂窝移动通信系统既不能满足将来用户对数据业务的高要求，而且 随着用户数量的急剧增加，这样的系统也远远不能容纳未来如此大的用户数量， 总之不能满足移动通信发展的需求。另外，随着“信息高速公路”的建立，公共陆地 网络所实现的许多业务，所传输的大量数据都可能和移动通信系统连接，所以宽 带分组数据也将成为公共陆地网络的一种重要的业务方式并成为“信息高速公路” 的重要承载。经过了第一代和第二代移动通信系统的时期，目前的第三代移动通 信系统已在国内大规模商用。 其中的w c d m a 系统在我国的应用主要是基于i m t 2 0 0 0c d m ad s l i j 这种直 序扩频的宽带码分多址技术，同时它也一种是基于f d d 频分双工技术的网络。2 0 0 8 年随着我国的通信行业3 g 牌照的颁发，国内的三大通信运营商分别采用不同的3 g 技术来建设网络，也体现我们的3 g 网络的多元化。 w c d m a 系统的容量主要是受限于下行【l 】，其中包括功率资源，码字资源等， 从实际业务在显示网络中的需求来看，下行吞吐量的需求远远大于上行吞吐量的 需求，目前信道的配置方式，在数据业务传输是的突发性和低活动性使得下行容 量实际的利用率非常低，进一步的凸显出了下行容量受限的特点。 鉴于w c d m a 系统容量受限的情况，3 q p p l 2 】在演进的过程中引入 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 ) t 3 】高速下行分组接入，通过一系列的关键技术， 可以提供比原有的u m t s 更高的分组数据传输速率。此外，h s d p a 还减小了网络 传输的环路时延，比如因为重传数据而造成的时延增加，在这种情况下，h s d p a 很好地减小了业务时延，从而促进了后台式、流式、交互业务等新型业务的应用。 h s d p a 引入了新的高速的下行共享信道h s d s c h ，这个信道可以支持多个用户 共享，而且还提升了物理层的传输速率。此技术还有一个优势在于引入之后只对 无线接入网部分的设备产生影响，也就是只针对u t r a n 内所包含的n o d eb 、 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 r n c ，而对业务分类和对核心网都几乎没有影响，也就是说只需要对无线侧的设 备进行改造，比如对硬件软件版本升级便可以实现这一新技术。 h s d p a 是基于适时调制技术和h a r q 技术，可以根据空中接口环境来采用适 宜的调制方式，采用自动请求重传技术来提高重传效率，从而实现了高速的数据 传输，同时也减小重传数据的时延。当然这有赖于3 g p pr 5 1 3 j 版本引入的h s - d s c h ( 高速下行共享信道) 新型信道，h s - d s c h 虽然能够显著提升用户数据传输率， 但是仅限于“ b e s te f f o r t 的业务，比如i n t e m e t 接入或文件下载，也就是w c d m a 业 务中的砷腑c t i v e 交互式和b a c k g r o u n d 后台式两种类型的业务【4 j 。就其原因，这种信 道是一种共享信道而不是专用信道。由于突发的数据流量对高速率数据流量的要 求是短时性的，共享信道在突发的分组数据传输的时侯比专用信道更加有效。实 际上，u e 终端请求一个高数据率来下载两个文件，但是在两次这样请求的之间间 隔之间是不需要这么高的突发流量的。因此，采用专用信道d c h ，信道及其功率 资源码资源对这个u e 来说都是专用的，这种情况在两次请求( 如网页浏览) 之间， 对资源是一种浪费。相反的，共享信道的优势在于收到请求时，能够合理地分配 尽可能的资源给一个u e ，而在剩余时间里，将资源再分配给有需求的u e ，从而实 现多个u e 共享资源来达到最大化利用信道的目的。 总之，专用信道更适合于流量持续的均匀的业务，因为这些专用信道能够确 保每一类业务的q o s ( 服务质量) 1 4 1 的要求，但对p s 非实时业务效率并不是很高。 而h s d p a 基于高速下行共享信道饵s d s c h ) 的使用使得这种信道可以满足几个 u e 共享的一条下行传输信道的要求。使用自适应编码调制没有采用软切换和快速 闭环功率控制共享信道不适合实时应用，比如语音呼叫，在线游戏等，因为在q o s 保障方便复杂度增加。 通过采用这些技术，h s d p a 可以提高下行峰值数据速率，改善业务时延特性； 提高下行吞吐量，有效的利用下行码资源和功率资源，提高下行容量( 信道共享) 。 理论上，h s d p a 的物理层最高速率可以达到1 4 4 m b p s p j 。在h s d p a 应用过程中， 其作用是为用户实现数据业务，但是由于太频繁切换或者不及时切换引起的掉话 严重地影响到了数据业务的整体性能，进而影响到了用户对数据业务的感知度。 关于数据业务性能的问题，国内外的很多研究机构相继提出了各种新的调度 算法。目前国内各研究单位也提出了新的调度算法，例如，新的r l c 和m a c 的 算法，物理层的组合模式变化等，其目的都是希望数据传输的性能有所提高。当 然除了上述国内外的研究之外，造成数据传输性能不佳的还有一部分原因是由于 在实际操作过程中，工程人员对参数的分析不够彻底或者对参数的设置不合理而 导致现网的测试数据和k p i 报告不佳的情况。目前，各大设备制造商和运营企业 正在着手研究并改善这一问题。本文正是在这种背景下提出的，通过对设备参数 2 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 深层地解读，通过对切换事件的解析，改变功率权重因子来改变功率分配策略， 分析同频、异频、跨系统等切换算法等方面的理论分析来合理设置参数，从而提 高数据传输的性能。 此外，本文的选题也结合了本人在上海贝尔阿尔卡特公司实习期间所参与的 “w c d m ap s 传输性能专题研究”项目。本项目的目标是提升国内阿尔卡特朗讯的 w c d m a 设备的p s 性能，本人主要从事提取现场数据，对其进行深度分析，发现 的问题所在并提出设计改善方案等工作。 1 2 论文写作目的和意义 随着第三代移动通信网络的建设工作迅速地展开，以前小规模的w c d m a 的 试验阶段未见到的问题逐渐呈现。以前用户数量少，从无线资源这个角度来说， 不管是功率资源还是码资源都绰绰有余，但是在商用之后，我们很容易发现用户 的数量急剧地增加，运营商也需要加大步伐来增设基站，首先要解决的是无线信 号覆盖的问题，在初步解决好覆盖问题后，接踵而来的是用户对网络更高的要求。 很多用户从2 g 过渡到3 g ，都期待3 g 网络能给他们更稳定的无线信号，更好的通 话质量，更高的数据传输速率等，总之用户希望3 g 网络能提供更加的方便快捷服 务。所以对分组数据传输速率的要求比对g p r s 的要求要高很多。 从现网中的实际运营情况来看，虽然分组数据传输性能较2 g 有所提高，但是 仍然无法完全满足3 g 用户的要求，用户的感知度仍然较低。为此，国际电联在 3 g p pr 5 引入了h s d p a 的这一高速下行分组接入技术，在r 6 、r 7 版本中有相继 又提出了h s u p a 、h s p a + 等技术【6 j 。从理论上来看，h s d p a 下行峰值速率是 1 4 4 m b p s ，使得分组数据传输的性能得到很大的提升。但在现实的情况中，由于 对分组数据业务采用的t u r b o 编码方式不能用4 4 的方式编码，所以在实际情况 中，峰值速率无法达到理论的峰值。如果采用3 4 的t u r b o 编码方式，那么我们 可以得到1 0 8 m b p s 的速率，也就是说单用户绑定1 5 个码道可以得到1 0 8 m b p s 的 实际速率m 。但实际上，在我们正在运行的现网中，现网实际的测试值和根据3 g p p 提出的理论值相差甚远，当然还有一部分原因是因为用户数量众多而网络的规模 还没有达到用户规模的需求。用户在使用过程中反映数据传输速率低下，在某些 地方，数据业务掉话率较高，而从k p i 上看，也反映出数据吞吐量低、分组数据 掉话率高等问题。本文的目的就是要使用户能够得到更高的传输速率，降低分组 数据的掉话率，提高分组数据的性能，推动w c d m a 网络整体性能的提高。 3 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 1 3 本论文内容和结构 本文主要研究w c d m a 分组数据传输性能的改善方案，并通过对r 9 9 ， h s d p a ，h s u p a 的关键参数和算法进行分析，提出理论设计方案并将部分参数运 用于现网中，通过调整前和调整后的实际数据对比得出结论。本论文共六章。 第一章是绪论，主要从第三代移动通信技术如何演进的角度介绍了研究课题 的背景，在了解w c d m a 和h s d p a 的特性以及在实际运用中发现的一些问题后， 说明了课题研究的目的和意义，其次介绍了国内外关于提升数据传输性能研究的 现状。 第二章主要是阐述w c d m a 系统的原理，h s d p a 原理以及简单地对h s u p a 的原理进行说明，进一步介绍了h s d p a 和h s u p a 所运用的自适应调制和编码 ( a m c ) 和混合自动重传请求( h a r q ) 等技术的特点，并介绍了分组数据传输 的处理过程。 第三章是本论文的重点章节，主要说明现网中存在的一些关于数据传输性能 差的相关情况，并站在理论的角度分析，从承载问题、功率控制问题、切换问题、 小业务流量导致掉话问题四个方面对分组数据性能差的原因进行分析，从理论分 析的角度来找出问题原因所在，o 第四章引入提升分组数据性能差的方案以及此方案在实际应用后的测试，根 据业务面不通、吞吐率低、掉话率高等问题的特点，运用覆盖调整方案、功控改 善方案、切换改善方案、引入始终在线功能等方案不同的解决问题，最终整合起 来，提出一套参数修改的方案，成为一套解决分组数据传输性能差的解决方案。 在第- - d , 节介绍了测试环境、测试流程以及最后对测试数据的分析，以测试结果 来证明方案在实际应用中的可行性。 第五章主要是通过在现场的测试和投诉情况发现新问题，对即时通信等客户 端软件的特性进行分析，结合手机状态的迁移方式找到问题的原因所在。发现问 题原因后，就分组数据性能的问题提出优化的方案。再次通过实际的测试来验证 方案的可行性。 最后一章是全文总结，并提出改善分组数据性能的一些想法，以便以后的研 究，分析以后数据传输的发展趋。 4 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d m a 相关技术 2 1w c d m a 概述 第二章w c d m a 相关技术 w c d m a 系统是一个复杂且功能全面基于宽带码分多址技术的无线通信系 统，其涉及到的无线参数众多。对于无线通信系统来说，主要包括以下两大过程： u e 通话的过程和小区正常运行的过程。u e 起呼的过程到释放的过程都和无线资 源管理都有密切的联系，因此我们可以把w c d m a 系统所涉及的无线参数从用途 上分为无线资源管理相关的参数、用户呼叫过程相关的参数、小区公共信道参数 三类。对于无线通信系统本身，由于用户对q o s 服务质量的要求越来越高，所以 协议也在不断的演进和发展，因此从协议演进这个角度又可以把w c d m a 的无线 参数划分为r 9 9 无线参数、h s d p a 无线参数、h s u p a 无线参数三类参数。因此 下面将按照上述给出的功能分类和协议演迸分类来讲解w c d m a 系统的无线参数 的作用。本章从w c d m a 基本原理、h s d p a 基本原理、h s u p a 基本原理以及无 线资源管理几个方面来介绍。 对于一个w c d m a 系统来说，一个网络可以正常运行的前提是小区工作正常； 而小区工作正常的前提是小区建立成功、公共信道建立成功，并且在系统消息中 把u e 可以和网络侧进行通信的参数广播给l i e 埘。 上述的过程如图2 1 所示： ( 1 ) 物理信道 图2 i u e 和u t r a n 的流程示意图 5 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d m a 相关技术 表征一个小区的关键因素包括：频点、主扰码、总功率、公共物理信道的配置 其中需要配置的公共物理信道包括： 导频信道( p c p i c h ) ：是所有其他信道的参考基准，以及作为信号测量的基准； 主同步信道( p s c h ) ：小区搜索过程中进行时隙同步； 辅同步信道( s s c h ) ：小区搜索过程中进行帧同步和主扰的确定； 广播信道( p c c p c h ) ：用于广播系统信息； 辅公共控制物理信道( s c c p c h ) ：用于承载f a c h 、p c h 传输信道的信息； 随机接入信道( p r a c h ) ：用于用户的随机接入； 接入指示信道( a i c h ) ：是和p r a c h 信道伴随使用的下行指示信道； 寻呼指示信道( p i c h ) ：用于寻呼指示； ( 2 ) u e 在连接模式下的四种状态 i ) c e l l状态，用传输信道为发射，专门的信令和业务数据( 分别映 射到逻d c 辑h 信道d c c h d 和c h d t c h 上) u e i i ) c e l lf a c h 状态，用r a c h ( 上行) 和f a c h ( 下行) 传输信道为u e 发射专门 的信令和业务数据( 分别映射到逻辑信道d c c h 和d t c h 上) 。 i i i ) c e l lp c h 状态，l i e 没有专门的信令或业务数据( 没有d c c h 和d t c h ) ；但r r c 连接仍在( u t r a n 为该l i e 保留r n l r i ) ，且l i e 位置登记为小区级。可以很快 地重新建立起一条d c c h ( 可能还有一条d t c h ) ，该过程可以通过发送寻呼 信号p c h 来启动。 i v ) u r ap c h 状态，和c e l lp c h 状态非常相似；u t r a n 将l i e 的位置登记保留在 u r a 级别，l i r a 是u t r a n 注册区( u t r a nr e g i s t r a t i o na r e a )( 少量的小区 的集合) u e 的初始状态由r r c 连接过程中建立的d c c h 决定 9 1 。如果d c c h 映射到 d c h ，则u e 是c e l ld c h 状态；如果d c c h 映射到r a c h f a c h ，则u e 是c e l lf a c h 状态。u e 在r r c 连接中可以从一个状态转到另一个。状态的转移是基于业务量测 量和网络负载或由u t r a n 信令触发。 空闲模式下u t r a n 不知道u e 的位置，只有c n 知道其位置区( l o c a t i o na r e a ( l a ) ) 或路由区( r o u t i n g a r e a ( r a ) ) ，l a 和r a 包含的小区比u r a 多【1 0 1 1 1 1 1 。寻呼 信息在空闲模式下必须在整个l a 或者r a 中发送，而在c e l lp c h 只要在一个小区中 发送，在u r ap c h 则在一个u r a 中发送，这样寻呼就可以更快。 6 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d m a 相关技术 2 2h s x p a 概述 由于互动业务的数量不断提高，这些业务由最终用户生成内容、而不仅仅是 使用内容( 博客和播客等业务的出现证明了这一点) ，人们需要改善上行使用容 量。3 g p pr 6 中的“f d d 增强上行”功能满足了这种要求，这就是我们通常所说的 h s u p a ( 高速上行分组接入) h s d p a 和h s u p a 都在3 g 无线接入网( 即u t r a n ) 中引入了新功能，必须 使用相应的软件升级n o d e b 和r n c 。与蜂窝网络中的任何其它技术进步一样，在 发布部署之前，必须全面测试这些增强功能，包括功能级和性能级。 h s x p a 所指的是h s d p a 和h s u p a 两种技术，这两种技术从名字上来看虽 然只是上行和下行的区别，但是其实现的方式截然不同。h s d p a 是下行的高速分 组接入技术。如前面所述，这种技术是在3 g p pr 5 版本中提出的，从信道的角度 来看，其特点是将多个码道绑定在一个共享信道中传输，而h s u p a 则是每个用户 采用专用信道来传输的。这两种技术所用到的扩频因子也不同，h s d p a 用到的是 固定的s f = 1 6 的扩频因子，而h s u p a 采用的扩频因子是s f = 2 和s f = 4 两种， 还有调制方式也有所区别，关于两种技术各自的特点，将在本小节介绍。 2 2 1h s d p a 基本原理 h s d p a 是为在一个小区中支持1 4 4 m b p s 的峰值数据速率设计的。u t r a n 的 主要增强功能是引入了一条新的传输信道，称为h s d s c h ( 参见图2 2 和表2 1 ) ， 外加上行和下行使用的两条控制信道。顾名思义，h s d s c h 是多用户可以同时使 用的一条共享信道，专门满足了具有突发业务特点的应用需求。这条新传输信道 的引入影响着多个协议层，最明显的变化在物理层和m a c 层。下面介绍h s d p a 引入的新信道以及新的协议。 用户设备 图2 2 h s d p a 引入的新的传输和物理信道 7 n o d eb 国 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d m a 相关技术 从图2 2 中可以看出，以前为r l c 协议层及服务r n c ( s r n c ) 预留的部分 功能已经下移到m a c 协议层及移动到n o d c b 。由此引入了两个新型信道： h s d s c h 和h s s c c h ，对这两个信道的功能描述如表2 1 所示。 表2 i h s d p a 专用传输信道和物理信道 缩略语 名称 功能 h s d s c h 高速下行共享信道 用户面业务公用的传输信道 下行 h s s c c h 高速共享控制信道公共控制信道，包括u e 标识等信息 h a r qa c k n a c k 消息及信道质量信 上行 h s d p c c h高速专用物理控制信道 息反馈信道 在h s d p a 中，对时延的要求在h a r q 处理和分组调度时至关重要，因为 h s d p a 指定的传输时间间隔( t n ) 仅2 m s ，是3 g p pr 9 9w c d m a 指定的最小 t m 的1 5 。换句话说，重传及调制方法和编码速率变化等可能会每隔2 m s 发生一 次。这么低的订i 明显允许n o d e b 更快地对变化的信道条件作出反应，因此h s d p a 为高吞吐量应用提供了更好的性能，新增这两条传输信道和物理层信道。高速共 享控制信道( h s s c c h ) 是一条下行信道，用来提供与h s p d s c h 有关的控制信 息。它包括下一个h s d p a 子帧指向的移动终端标识、信息代码集信息及解码 h s d s c h 子帧使用的调制方案等信息，其扩频因子为1 2 8 1 矾。高速专用物理控制 信道( h s d p c c h ) 是一条上行控制信道，用来传送信道质量信息( 由c q i 信道 质量指标位携带) 及与n o d e b 中h a r q 操作有关的a c k n a c k 消息，承载上行 链路控制信令，包括a r q 确认和下行链路质量反馈信息c q i ，其扩频因子为2 5 6 。 i 一- l u rv 口u p 。1 7 鞠 c n - - - - - h s s c c ii u e 飞磷巍醐轻嬲缎搿磁猫噜坞氢 u t r a n i | h s s c c ii 、旒徽j 图2 3 h s d p a 新增信道图 从图2 3 可看出信道分别在上行和下行中的使用情况。h s - d s c h ( h i g hs p e e d d o w n l i n ks h a r e dc h a n n e l ) 承载下行用户数据，其峰值速率可达到1 4 4 m b i t s 当 然，关于这个峰值速率实在其采用的扩频因子为1 6 ，并且将1 5 个信道化码绑定， 同时采用1 6 q a m 调制技术的情况下才得以实现的。h s d s c h 传输时间间隔1 1 1 为2 m s ，由于w c d m a 的无线帧是1 0 m s ，划分为1 5 个时隙，h s d p a 也有固定的 码片速率，所以其采用的短帧是由3 个时隙组成的，使得数据重传的过程中对于 8 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d m a 相关技术 u e 和n o d e b 之间的往返时延更小。引入更高阶的调制方案( 如1 6 q a m ) 增加了 瞬时的峰值数据速率【1 3 】。允许使用多码传输和不同用户问的码复用：最大的码字 数目由l i e 的能力级决定。h s d p c c h ( h i g hs p e e dd e d i c a t ep h y s i c a lc o n t r o l c h a n n e l ) a c 幻，n a c k 报告方式，当接收到下行数据时，才依据网络侧指定的上报 方式反馈给n o d e b 。除引入的新信道，h s d p a 还引入了两项技术分别是a m c 技 术和h a r q 技术，下面来了解这两项技术的特点。 h s d p a 引入了一种自适应调制和编码( a m c ) 方案，其中根据终端和n o d e b 提供的信道条件相关信息选择调制方法和编码速率。在下行方向，h s d p a 支持 1 6 q a m 作为良好信道条件下传输数据的高阶调制方法，同时支持已经规定用于 w c d m a 中的q p s k 。a m c 技术是h s d p a 中采用的典型的链路自适应技术，网 络侧( n o d eb ) 根据当前u e 上报的无线信道质量状况( c q i 报告) 和网络资源的 使用情况来选择最佳的下行链路调制和编码方式，以确定发送数据的速率，从而 尽可能地增大终端用户的数据吞吐量。 第二种技术就是h s d p a 采用的混合自动重复请求( h a r q ) 协议处理重传， 保证无差错数据传输。h a r q 是称为m a c h s 的新型m a c 实体的关键要素，这个 实体同时位于n o d e b 和用户设备中( u e ) ，作为n o d e b 功能的一部分，m a c h s 实现了快速分组调度算法，把h s d s c h 资源( 如时隙和代码) 分配给不同的用户。 自动重传请求( a r q ) 是接收端监测到接收数据错误时则要求发送端重传数据的 一种传输机制，h s d p a 采用n 信道等停h a r q 提供一种防止系统资源被浪费的 方法，在一个信道上同时并列进行n 个s a w ，系统资源被充分利用，图2 4 表示 了h a r q 的调度方式。 图2 4h a r q 调度方法示意图 了解h s d p a 引入的新信道以及两个a m c 和h a r q 两项技术后，我们进一步 了解h s d p a 的数据处理过程，图2 5 和图2 6 描述了h s d p a 的数据在n o d eb 中 发送时和u e 接受数据时的处理流程图。 9 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d m a 相关技术 u e l n o d b 侧发送 图2 3h s d p a 数据n o d e b 处理流程图 艮崆衡( 接收警，。一；溺 f 接收瞒一s c , c h 信息 l l 接收屿_ d s c h 数据 l h a r o ( 回a g k n a c k 测量信道质回 c oj ，用h s - d p g c h ) l 对收到数据根据q u e u ei d 进行归类 和扫e 序 l 到实体对姒o - h sp 叫进行分解 l 至i j r l o m 图2 4 h s d p a 数据u e 处理流程图 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d m a 相关技术 h s d p a 不仅引入了新的传输信道和物理层信道，还影响着高层协议，包括 m a c 层。图2 7 显示了h s d p a 的第一层第二层协议结构。 r l cr l c m a cm a c d m a c c s h h s h s - d s c hd s c h m a c -h s h s f pf p h sd s c hd s c h f p