（信号与信息处理专业论文）hsupa分组调度算法的研究.pdf

重庆邮电大学硕士论文 摘要 摘要 随着移动通信技术的快速发展，移动用户对低高速数据、图像等数据 业务的需求不断增加。h s u p a ( 高速上行链路分组接入) 是上行链路方向( 从 移动终端到无线接入网络的方向) 针对分组业务的优化和演进，对解决有限 的无线资源与用户数据业务需求之间的矛盾有着重要意义。h s u p a 分组调 度算法作为h s u p a 无线资源管理和n o d e b 快速调度的核心内容，是影响 无线系统性能和保证用户q o s ( j 艮务质量) 的重点。本文主要研究在h s u p a 系统下，不同分组调度算法的性能特点，并改进现有算法来满足多业务分 组调度和保证业务q o s 的调度需求。 本文首先阐述h s u p a 分组调度的研究背景和研究意义，并给出国内外 的研究现状。 然后讲述了h s u p a 网络的架构，物理层和m a c ( 介质访问控制) 层协 议。简单说明了h s u p a 引入的3 项关键技术。 其次，研究h s u p a 网络分组调度算法的理论模型和n o d e b 调度原理。 通过分析比较得出业务优先级模型是一种适合在h s u p a 系统中切合实际 的低复杂度分组调度的理论模型。 本文将重点放在了现有h s u p a 分组调度算法的研究，分析各自的优缺 点。为了满足多业务背景和保证业务q o s 的需要，我们对e x p 算法进行改 进，给出混合调度算法。最后在v i s u a lc + + 6 0 仿真平台仿真，分析现有 h s u p a 分组调度算法和混合调度算法的扇区吞吐量，平均时延和丢包率。 通过对比混合调度算法和现有调度算法的性能结果，得出结论：为了满足多 业务调度和保证业务q o s ，混合调度算法以增加算法复杂度和加大小区噪 声干扰为代价，没有改善小区吞吐量，但是缩短了平均延时和降低了丢包 率。从实际应用的角度出发，混合调度算法是可以考虑的。该算法引入码 分调度方式，随着同时传输数据用户的增多而导致小区内噪声干扰的上 升，造成小区吞吐量没有明显改善，需要对码分调度方式下的资源调度做 进一步的改进。 关键词：h s u p a ，分组调度，q o s ，e d c h ，混合调度 a bs t r a c t w i t ht h e r a p i dd e v e l o p m e n t o fm o b i l ec o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y ， b u s i n e s sn e e d so fm o b i l eu s e r si n c r e a s ef o rd a t as e r v i c e ss u c ha sl o w h i g h - s p e e dd a t a ，i m a g e s 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 ) i st o o p t i m i z eb u s i n e s sp e r f o r m a n c ea n de v o l u t i o nf o rt h eg r o u p i n gi nt h eu p l i n k d i r e c t i o n ( f r o mt h em o b i l et e r m i n a lt ot h ew i r e l e s sa c c e s sn e t w o r k d i r e c t i o n ) ，i ti so fg r e a ts i g n i f i c a n c et os o l v et h ec o n f l i c t sb e t w e e nt h el i m i t e d w i r e l e s sr e s o u r c e sa n dt h eb u s i n e s sn e e d so fu s e r d a t a a st h ec o r ec o n t e n to f h s u p ar a d i or e s o u r c em a n a g e m e n ta n daf a s t s c h e d u l i n gn o d e b ，h s u p a p a c k e t s c h e d u l i n ga l g o r i t h mi s t h e i m p a c t o ns y s t e mp e r f o r m a n c ea n d e n s u r i n g t h ec u s t o m e r s q o s t h i sp a p e r s t u d i e st h e p e r f o r m a n c e c h a r a c t e r i s t i c so fd i f f e r e n tp a c k e ts c h e d u l i n g a l g o r i t h m su n d e rt h eh s u p a s y s t e ma n di m p r o v e st h ee x i s t i n ga l g o r i t h m st om e e tt h em u l t i s e r v i c ep a c k e t s c h e d u l i n ga n dt oe n s u r eb u s i n e s sn e e d so fq o s a tf i r s t ，t h i sp a p e rd e s c r i b e st h er e s e a r c hb a c k g r o u n do fh s u p a ( h i g h s p e e du p l i n kp a c k e ta c c e s s ) p a c k e ts c h e d u l i n ga n dr e s e a r c hs i g n i f i c a n c e ， s u m m a r i z e si t sp r e s e n ts i t u a t i o na th o m ea n da b r o a d t h e n ，i td e s c r i b e st h eh s u p an e t w o r ka r c h i t e c t u r e ，p h y s i c a ll a y e ra n d m a c ( m e d i aa c c e s sc o n t r 0 1 ) l a y e rp r o t o c 0 1 i tb r i e f l yd e s c r i b e st h et h r e ek e y t e c h n o l o g i e si n t r o d u c e dw i t ht h eh s u p a s e c o n d ，i ts t u d y sh s u p ap a c k e ts c h e d u l i n ga l g o r i t h mo ft h eo r e t i c a l m o d e l sa n dt h e s c h e d u l i n gp r i n c i p l e s o f n o d e b t h r o u g ha n a l y s i s a n d c o m p a r i s o n ，b u s i n e s sp r i o r i t i e s m o d e li ss u i t a b l ef o rh s u p as y s t e m sa s p r a c t i c a ll o w c o m p l e x i t yp a c k e ts c h e d u l i n go ft h et h eo r e t i c a lm o d e l t h i sa r t i c l ew i l lf o c u so nt h ee x i s t i n gh s u p a p a c k e ts c h e d u l i n ga l g o r i t h mt o a n a l y z et h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s i no r d e rt om e e tt h em u l t i s e r v i c e b a c k g r o u n d a n de n s u r et h en e e d so ft h e m u l t i s e r v i c eo fq o s ，h y b r i d s c h e d u l i n g a l g o r i t h m i s p r o p o s e d i nt h ec o n t e x to f u p l i n ks c h e d u l i n g a l g o r i t h ma f t e rw eh a v ei m p r o v e do nt h ee x pa l g o r i t h m f i n a l l y , w ea n a l y s i s s e c t o rt h r o u g h p u t ，a v e r a g el a t e n c ya n dp a c k e tl o s sf o re x i s t i n gh s u p a p a c k e t s c h e d u l i n ga l g o r i t h m sa n dh y b r i ds c h e d u l i n ga l g o r i t h mo nv i s u a lc + + 6 0 s l m u l a 1 0 np l a j f o r ms l m u l a t i o n b y c 。m p a n gt h eh y b r i ds c h e d u l i n ga l g 。r i t h ma n d p r e s e n t p e r f 。f m a n c ef e s u l t si ts h o w t h a t ：t om e e tt h e s c h e d u l ea n de n s u r e m u j t i - s e r v i c e b u s i n e s s q o s ，h y b r i d s c h e d u l i n ga l g o r i t h mi n c r e a s e t h e c o m p l e x l t y o ft h ea l g 。r i t h ma n dt h ec o s to f c o m m u n i t yn o i s e i td o n ，ti m p r o v e ：譬1 j 地u g h p u t ，h “r e d u c e t h ea v e r a g ed e l a ya n d r e d u c e d p a c k e tl 。s s r a t e ：m ap r a c i c a lp 。n 。fv i e w ，h y b r i d s c h e d u l i n ga l g 。r i t h mc a nb ec o n s i d e r e d _ e ca u s e t h e i n t r o d u c t i o n0 f c o d e d i v i s i 。n s c h e d u l i n gm 。d e w i t ht h e 2 r ：? 8 m 1 芦s 1 。n 。f d a au s e r sa tt h es a m et i m e ，l e dt 。a ni n c r e a s e i nn o i s eo ft h e 三e 1 1 j h e a l g 。r i h m r e s u l t s i n n 。s i g n i f i c a n t i m p r 。v e m e n ti n c e l l ：1 1 r o u 詈h p 。u t w e 8 h o u l dm a k ef u r t h e ri m p r o v e m e n t sf o r t h e r e s o u r c es c h e d u l i n g k e y w 。r d s ：h s u p a , p a c k e t s c b e d u l i n g ，q 。s ：e d c h ，h y b r i ds c h e d u l i n g m 重庆邮电大学硕士论文 缩写和术语 3 g p p a g c d m a c c t r c h c i c f n c n c s d c c h d c h d d i d t c h e a g c h e d c h e d p c c h e d p d c h e h i c h e r g c h e r n t i e t f c f t p h a r q h s d s c h h s d p a 缩写和术语 3 r dg e r e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t ( 第三代协作伙伴项目) a b s o l u t eg r a n t ( 绝对授权) c 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) c o d e dc o m p o s i t et r a n s p o r tc h a n n e l ( 码分组合传输信道) c 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，载波与干扰的功率比) c o n n e c t i o nf r a m en u m b e r ( 连接帧号) c o r en e t w o r k ( 核心网) c i r c u i ts w i t c h ( 电路交换) d e d i c a t e dc o n t r o lc h a n n e l ( 专用控制信道，逻辑信道) d e d i c a t e dc h a n n e l ( 专用信道，传输信道) d a t ad e s c r i b ei n d i c a t o r ( 数据描述指示) d e d i c a t e dr a f f l ec h a n n e l ( 专用业务信道，逻辑信道) e - d c ha b s o l u t eg r a n tc h a n n e l ( e d c h 绝对授权信道，物理 信道) e n h a n c e dd c h ( 增强型专用信道，传输信道) e d 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 ( e d c h 专用物理 控制信道) e - 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 ( e d c h 专用物理数 据信道) e d c hh a r q a c k n o w l e d g e m e n ti n d i c a t o rc h a n n e l ( e d c h h a r q 确认指示信道) e d c hr e l a t i v eg r a n tc h a n n e l ( e d c h 相对授权信道，物理 信道) e d c hr a d i on e t w o r kt e m p o r a r yi d e n t i f i e r ( e d c h 无线网络 临时标识) e d c ht r a n s p o r tf o r m a tc o m b i n a t i o n ( e d c h 传输格式组合) f i l et r a n s f e rp r o t o c o l ( 文件传输协议) 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 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 ( 高速下行共享信道，传 输信道) h i g hs p e e dd o w n l i n k p a c k e ta c c e s s ( 高速下行链路分组接入) 重庆邮电大学硕士论文 缩写和术语 h s u p a m a c m a c e s e m a xc | k m l 1 d f n o d eb o v s f p d u p s p s t n q o s r g r l c r l s r n c r n s r o t r r r r c r s n s g t f t f c i t s n t t i u e u t r a n v 0 i p w c d m 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) m e d i u ma c c e s sc o n t r o l ( 媒体接入控制) h s u p a 专用的m a c 层实体 m a x i m u mc a r r i e rt oi n t e r f e r e n e er a t i o 最大载干比 m o d i f i e dl a r g e s tw e i g h e dd e l a yf i r s t ( 修正最大加权时延优先) 节点b ( 即基站) o r t h o g o n a l va r i a b l e sp r e a d i n g fa c t o ( 正交可变长扩频码) p r o t o c o ld a t au n i t ( 协议数据单元) p a c k e ts w i t c h ( 分组交换) p u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k ( 公用交换电话网) q u a l i t yo fs e r v i c e ( 服务质量) r e l a t i v eg r a n t ( 相对授权) r a d i ol i n kc o n t r o l ( 无线链路控制) r a d i ol i n ks e t ( 无线链路集) r 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 a d i on e t w o r ks u b s y s t e m ( 无线网络子系统) r i s eo v e rt h e r m a l ( 热噪声，用于度量上行的小区干扰) r o u n dr o b i n( 轮循) r a d i or e s o u r c ec o n t r o l ( 无线资源控制) r e t r a n s m i s s i o ns e q u e n c en u m b e r ( 重传序列号) s e r v i n gg r a n t ( 服务授权) t h r o u g h p u tf a i r ( 吞吐公平) t r a n s p o r tf o r m a tc o m b i n a t i o ni n d i c a t o r ( 传输格式组合指示) t 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) t r a n s m i s s i o nt i m ei n t e r v a l ( 传输时间间隔) u s e re q u i p m e n t ( 用户设备，即手机) u 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 k ( u m t s 地面无线接 入网) v o i c eo v e ri p ( 基于i p 的语音) w 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) v n 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 1研究背景 第一章绪论弟一早珀t 匕 随着3 g ( 第三代移动通信) 业务的不断发展，用户生活质量的提高，诸 如移动互联网业务、v o l p ( i p 电话) 服务、网络视频游戏、q q 无线网络日志 更新以及基于流媒体的交互式业务的涌现，十分需要提升上行无线链路的 传输速度来满足日益涌现的数据业务的需求。同时，通过提供上网冲浪、 e m a i l 、无线移动网络游戏、视频交互等丰富多彩的各种服务，运营商 才能在激烈的电信竞争中，获取更大的收益。为了适应这种移动通信的发 展趋势，3 g p p ( 第三代伙伴计划) 组织公布了r 6 版本，主要引入了高速上行 分组接入技术h s u p a 。目的旨在加强第三代移动通信系统的空中接口。 h s u p a 系统可以满足d y d 质量的视频流、会议电话、实时游戏、音乐、电 子邮件和彩信等业务，相比传统的d c h ( 专用信道) ，可以获得更高的用户 吞吐率，用户体验将更加流畅。同时h s u p a 可以更方便地提供差异化服务， 不同优先级的用户得到不同的服务质量，高优先级用户可以分配更高的带 宽和更多的资源，享受更优质的服务。 最近，h s d p a ( 高速下行链路分组接入) h s u p a 等得到了进一步的加 强，提出了向后兼容的h s p a + 以及新的基于o f d m a ( 正交频分多址) 的长期 演进l t e 。 目前业界主流通信设备商已经公布h s u p a 的发展阶段，第一阶段会推 出支持1 2 m b s 的商用系统，第二阶段推出支持峰值速率5 7 6 m b s 的h s u p a 商用系统。本课题的研究主要基于第一阶段h s u p a 的网络性能。 研究h s u p a 分组调度算法的原因主要是： 首先，h s u p a 系统的预期目标上行峰值速率可以高达5 7 6 m b s ，传输 时延减少4 0 以上；从系统的角度来说，容量提升4 0 7 0 ，覆盖提升1 4 左右【1 1 。不仅仅物理层技术的引入带来上行链路性能的提高，合理高效的 无线资源管理算法也是h s u p a 系统性能实现的关键。n o d e b 快速调度作 为h s u p a 弓i 入的关键技术之一，主要的优点有：根据信道质量的好坏来调 节传输速率，信道条件好时多传，信道条件差时少传；快速调度提高系统 上行吞吐量，缩短上行链路传输时延。因为h s u p a 分组调度算法是n o d e b 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 快速调度的重要组成部分，所以h s u p a 分组调度算法的研究对整个系统性 能的实现有着重要的意义。 其次，对c d m a ( 码分多址) 系统分组调度的研究，主要集中在提高 c d m a 下行链路系统的性能上，而在上行链路分组调度算法的研究不够深 入。数据业务多样性和业务q o s 不同级别的特点对h s u p a 分组调度算法的 研究提出了迫切需求。 1 2 课题研究的意义 n o d e b ( 基站控制节点) 快速调度作为h s u p a 系统引入的关键技术，采 用非集中调度策略。n o d e b 非集中调度的优点是可以根据当前用户终端的 信道条件好坏和小区负载状况，以最快2 m s 的速率对用户的数据传输速率 进行调度，可以获得快速调度带来的性能增益，缺点是无法知道调度用户 终端发射功率给其他相邻小区带来的底噪攀升【2 j 。 n o d e b 快速调度采用非集中式的快速调度机制，和r 9 9 r 4 的d c h 市f l 比，可以使得n o d e b 工作在较高的负载水平，使得网络规划的负载余量预 留大大的减小，提高了系统上行的容量。 h s u p a 分组调度算法的研究作为n o d e b 快速调度技术的核心，对 h s u p a 网络性能的改善起着至关重要的作用。研究h s u p a 分组调度算法， 需要面对实时业务和非实时业务的多业务环境；需要面对多业务环境q o s 级别的不同。h s u p a 分组调度算法通过公平地分配无线资源，达到用户服 务质量的满意和系统效能的最大化。这种研究首先需要在现有调度算法的 基础上应用在h s u p a 网络环境下进行。只有通过分析比较h s u p a 现有分组 调度算法的吞吐量，传输时延等指标，发现不足，才能对现有算法做进一 步的改进，从而使得研究工作能够取得预期的成效。 1 3 研究现状 目前无线资源管理算法主要包括功率控制、切换控制、准入控制和分 组调度功。h s u a p 系统中这些小的模块起着相互制约和相互协调的关系a 功率控制将小区噪声干扰比保持在门限值附近，使得所有终端到达n o d e b 的功率接近，同时使得n o d e b 处在负载状况良好；软切换控制保证移动用 户的越区切换正常进行；准入控制根据小区的资源使用情况来判断是否接 用户的入网请求【3 】。分组调度和其中的联系是：移动用户发出业务请求，准 2 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 入控制被启动；然后，准入控制将允许接入的移动用户发送给分组调度模 块，分组调度模块根据业务q o s 计算出调度级别放入调度队列；接下来，调 度器发出a g ( 绝对调度授权) r g ( 相对调度授权) 的资源分配指令通过下行 信道发送给终端用户，移动终端由此确定发射功率。 对分组调度的研究已非常广泛深入，并且提出了很多典型的调度算法 和策略，但是对于很多数据业务类型而言，下行链路流量占主要地位，因 此调度算法的研究主要集中于下行链路。但是随着移动用户生活习惯的改 变，生活质量的提高，对丰富多彩的数据业务有着更强烈的需求，需要更 高的用户体验流畅度，如前所述对上行链路的传输速率和多业务环境下保 障业务q o s 提出了更高需求。对分组调度算法算法的研究比较流行的趋势 是将微观经济学中的效用函数思想应用在无线资源管理分配当中【2 儿3 1 。文 献 4 通过设计高效的测量和估计r o t ( 热噪声) 和无线链路预测相结合，来 达到用户调度的公平性和系统吞吐量的最大化。文献 5 】通过改进t c p 机制 和h a r q ( 混合自动重传) 相结合，来提升小区吞吐量，保证用户公平性。 文献 6 通过量化计算在n o d e b 倾0 r o t ，作为主要的判别参数来调度用户。 主要的研究是通过针对h s u p a 网络的特点来设计上行调度算法，从而达到 系统性能优化，用户公平性，合理分配资源三者之间的平衡。但是都存在 算法复杂性偏大，不具备广泛的适用性，不能保证多业务调度环境业务q o s 的问题。 总之，在3 g p pr 6 协议中，由于只定义m a c 层m a c e m a c e s 功能实 体，物理信道，相关的分组调度的信令流程，业务q o s 指标等，留下很大 的研究空间给设备制造厂商。未来h s u p a 分组调度算法的趋势是：移动用 户将在任何时间、任何地点、任何网络，根据业务类型和接入成本划分成 不同的服务级别，因此h s u p a 分组调度算法必须区分业务的q o s 和并保障 服务质量。但是现有的调度算法只适合单业务的传输，均没有考虑h s u p a 系统中多业务的质量要求。本课题对上行链路分组调度的研究主要集中在 现有算法在h s u p a 系统的应用。通过分析和比较现有算法在h s u p a 系统的 应用，发现不足，来进一步改进现有算法。 1 4 论文章节安排 本课题为w c d m a ( 宽带码分多) a n 强型系统h s u p a f l 向理论研究类型 的课题。本文重点研究了h s u p a 高速上行分组调度算法的理论模型和实现 方法，对现有的多种调度算法进行了理论比较。为了满足多业务调度下保 3 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 障业务q o s 的需要，通过改进e x p 算法，给出了混合调度算法。最后通过 计算机仿真从吞吐量，平均传输时延，丢包率三个方面，对现有调度算法 进行了性能分析，同时比较了现有调度算法和混合调度算法的性能。 本文的结构主要分为以下五个部分： 第一章为绪论，主要介绍了本课题的背景，提出研究本课题意义和研 究现状。 第二章介绍了h s u p a 系统，包括h s u p a 物理层和m a c 层，三种关键技 术：n o d e b 调度，h a r q ( 混合自动重传) ，短帧处理技术。 第三章研究了h s u p a 分组算法的理论模型，上行分组调度的要点。详 述了现有h s u p a 分组调度算法的实现流程，理论分析了算法的优缺点。为 了适应多业务背景下提供q o s 保障机制的上行调度，通过对e x p 算法的改 进，给出了混合调度算法。后章的仿真将建立在本章的理论分析和推导基 础上。 第四章为仿真模型和结果分析。介绍了h s u p a 网络仿真模型，包括用 户模型，业务模型等。在h s u p a 仿真平台下对现有调度算法进行仿真，性 能分析，为h s u p a 分组调度算法的研究提供有效的论证。同时将混合调度 算法与现有算法的性能结果进行比较分析。 第五章对全文进行了总结，并作出进一步的展望。 4 重塞塑皇盔堂亟主笙壅一至堡l 堡型型堕堕l 第二章h s u p a 系统 2 iw c d m a 网络架构和协议栈 由于本文讨论的h s u p a 系统是w c d m a 的上行加强技术，所以有必要 先讲述一下w c d m a 的网络架构和协议栈。 2 1 1w c d m a 的网络架构 图2 1w c d m a 的网络结构 由图可以看出w c d m a 的无线接入网由n o d e b 和r n c ( 无线网络控制 器) 组成，接入网通过i u c s 接口连接至核心网电路域，通过i u p s 接口连 接至核心网分组域。w c d m a 是一个f d d ( 频分双工) 直接序列扩频系统， 码片速率3 8 4 m o p s ，即每秒3 8 4 兆个c h i p ( 码片) 。 5 重庆邮电大学硕士论文 第二章h s u p a 系统 2 1 2w c d m a 的无线协议体系 w c d m a 的无线协议如下： 图2 2w c d m a 的无线协议体系 w c d m a 包括物理层，数据链路层和网络层。他们的功能如下：物理 层负责把传输信道映射到物理信道，并运行所有必需的射频功能( r f ) ，这 些功能包括频率和时间的同步，速率匹配，扩频和调制，功率控制和软切 换；数据链路层由无线链路控制( r l c ) 和媒体接入控制模块( m a c ) 2 个主要 的功能模块组成，其中r l c 层负责用户数据的传输，纠错，流控，协议的 错误检测和恢复以及加密；而m a c 层负责逻辑信道和传输信道之间的映 射，把各种逻辑信道复用解复用到相同的传输信道。网络层负责网络和用 户设备之间的连接服务，它的无线资源控制模块( r r c ) 负责连接、配置和 业务承载与无线资源的释放。 2 2h s u p a 物理层 w c d m a 系统中h s u p a 技术增加一条传输信道e d c h ( 增强型专用信 道) ，两条上行物理信道和三条下行物理信道 6 重庆邮电大学硕士论文第二章h s u p a 系统 2 2 1 上行物理信道 e d p d c h ：e 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 ( e d c h 专用物理 数据信道) ，用于承载e d c h 的数据传输。e d p c c h ：e d c hd e d i c a t e d p h y s i c a lc o n t r o lc h a n n e l ( e d c h 专用物理控制信道) 用于传输e d c h 相关 的控制信息。两者利用不同的信道化码实现并行传输。e d p d c h 和 e d p c c h 无线帧长度都为1 0 m s ，每个无线帧包含5 个2 m s 的子帧【7 】【8 】【9 】【10 1 。 edpdch二二二二二二二二二二二二二二二二：二二二二二二三三三iii=：iii：二二：二二二二 k = 2 5 6 0c h i p s 。n 曲= m 。10 b i t s ( k = 0 7 ) 1 0b i t s 二二一 js b t 幻s i o t 咎1s l o t 镗s l o t 榴s l o t 捕s l o t # 1 4 i ls u 昕a m e # 0 s u b f r a m e # 1s u b f r a m e 撑2s u b f r a m e 撑3s u b f r a m e 私 1r a d i o f r a m e t f = 1 0 m s 图2 e - d p d c h 和e - d p c c h 帧结构图 e d c h 传输信道向物理层传输1 个传输块，对该传输块c r c 校验，码 块分割，信道编码，h a r q 速率匹配，物理信道分割和交织，最后物理信道 映射。 2 2 2 下行物理信道 e a g c h ：e d c ha b s o l u t eg r a n tc h a n n e l ( e d c h 绝对准入信道) 。 e a g c h 信道用于承载上行e d c h 绝对调度授权信令( 简称a t ) 。当e d c h 的t t i 长度配置为2m s 时，e a g c h 也以2m s 子帧方式传输。e a g c h 信道 上传输的信息包括：a g 以及a g 的作用范围。a g 作用范围取0 表示该a g 信令 对所有h a r q 进程有效，取1 表示只对当前h a r q 进程有效。a g 的取值在o 到31 之间，取o 指示用户不允许传输，取l 表示用户只能用最低速率，a g 取值越大代表用户分配到的传输速率越高a g 信令映射到e a g c h 信道需 7 重庆邮电大学硕士论文第二章h s u p a 系统 要经过：复用、c r c ( 循环冗余) 校验、添加e r n t i ，1 3 卷积编码、速率匹配 和物理信道映射。帧结构如下【7 】【8 】【9 】【1 0 】【1 1 】： f 2 0b i t s 一、2 2 5 6 。c h i p i 一一 js i o t 期s l o t 革1s j o t 般s l o t 捎s l o t 岸1 4 i 图2 4e - a g c h 帧结构图 e - r g c h ：e d c hr e l a t i v eg r a n tc h a n n e l ( e d c h 相对准入信道) 。 e r g c h 是用于承载上行e d c h 相对调度授权信令( 简称r g ) 的下行专用物 理信道。e r g c h 采用开关键控的b p s k 调制。如果e d c h 使用2m s 的t t i 长度，那么e r g c h 会在连续的3 个时隙上完成服务用户r g 信令的发送， 用连续15 个时隙的时间长度完成非服务用户r g 信令的发送。在服务链路 上，r g 允许取值为l ，o 或一1 ，分别对应服务用户传输速率的“up i ，”h o l d ” 和“d o w n ”指示；在非服务链路上，r g 取值只能为o 或一l ，影响e d p d c h 的相对发射功率，从而调节上行数据速率的上升下降。4 0 个e r g c h 和 e h i c h 会复用到一个s f = 1 2 8 的下行码道发射。 帧结构： | b i o b b l lb i ，3 9 ：t s l o t = 2 5 6 0c h i p ” 一 7 s l o t 萍os l o t 撑ls l o t 挣2s l o t 撑is l o t 群1 4 ls u b f l a m e = 2m s 1r a d i o 厅铷n e ，t t = 1 0 m s 图2 5e - r g c h 和e - h i c h 帧结构图 e h i c h ：e d c hh a r qa c k n o w l e d g e m e n ti n d i c a t o rc h a n n e l ( e d c h 指 示符信道) 。该信道是用于承载上行e d c h 的h a r q 确认指示的下行专用物 理信道，它采用开关键控的b p s k 调制。对于使用2 m s t t i 长度的e d c h 传输 信道，e h i c h 在连续的3 4 时隙上完成h a r q 确认指示的发送。对于使用 10 m s t t i 长度的e - d c h 传输信道，e h i c h 在连续的1 2 个时隙上完成h a r q 8 重庆邮电大学硕士论文 第二章h s u p a 系统 确认指示的发送。在服务链路上，e h i c h 发送h a r q 确认指示可以取1 和 一1 ，对应了服务用户的a c k 和n a c k 反馈：在非服务链路上，它发送h a r q 确认指示取值为l 或o ，对应了非服务用户的a c k 和n a c k 反馈。e h i c h 使 用与e r g c h 相同的正交签名序列区分多个并行的信道。4 0 个e r g c h 和 e h i c h 复用到一个s f - - 1 2 $ 的下行码道发射。帧结构请参看图2 5 。 2 3h s u p am a c 层协议结构 2 3 1h s u p a 协议架构 图2 6h s u p a 的协议总体结构 如图2 6 所示，h s u p a 协议结构在w c d m a 网络结构基础上添加一些 m a c 实体。u e 侧，在m a c d 下增加m a c - e s e 实体，用于处理调度、h a r q 重传、e d c ht f c ( 传输格式集) 、选择m a c e 复用。在n o d e b 侧，增加了 m a c e 实体，处理调度、m a c e 复用、h a r q 重传。在r n c 侧，增加了m a c e s 实体，通过序列重整，在软切换的情况下处理不同n o d e b 数据的合并【1 2 1 【1 3 1 。 2 3 2u e 侧的m a c 结构和功能 图2 7 描述的是u e ( 用户终端) 侧的m a c 总结构，m a c 层上面通过逻辑 信道与r l c 层联系，下面通过传输信道与物理层联系。图2 7 的最左侧是专 用于h s u p a 的m a c e s e 实体，这是一个新增加的m a c 实体，用于处理增 强型的专用信道( e d c h ) 。左起第二个是专用于h s d p a 的m a c h s 实体，用 于处理高速下行链路共享信道( h s - d s c h ) , 第三个是m a c c s h 实体，用于 9 重庆邮电大学硕士论文 第二章h s u p a 系统 处理公共信道和共享信道寻呼信道( p c h ) 、前向接入信道( f a c h ) 、随 机接入信道( r a c h ) 、上行链路公共分组信道( c p c h ) 和下行链路共享信道 ( d s c h ) ；最右侧是m a c d 实体，用于处理连接模式下分配给u e 的专用信 道( d c h ) ，在每个u e 中有一个m a c d 。这里需要关注的是执行h s u p a 特定 功能的m a c e s e 实体，它控制e d c h ，发射相关的上行信令，接收相关的 下行信令，后面会详细介绍。另外，我们还可以看到增加了新的从m a c d 到m a c e s e 的联系，m a c e s e 和m a c 控制s a p ( 业务接入点) 之间的联系。 而m a c h s 和m a c c s h 实体没有任何改变【1 2 】【1 3 】。 竺瓮aa 芑蔷a d s 。s 。址d a ；笫惑p ”4 “”4 “” 品：= ：监 s 萄岫s i g n , 出gs 孟峨 图2 7u e 侧m a c 层结构 ( 1 ) u e 侧m a c 内部的交互 图2 8 介绍u e 侧m a c 层内部交互的过程，左边是m a c 层经过的功能 块，右边是构造p d u ( 协议数据单元) 的过程。如下图所示，r l c ( 无线链路 层) p d u 经过逻辑信道进入m a c d 实体，成为m a c dp d u ，形成m a c d 流。 然后，m a c e sp d u 是m a c dp d u 进入m a c e s e 后所产生的，m a c e sp d u 的头部t s n ( 传输序号) ，用于标识e d c h 信道上的传输序号。接着，m a c - e p d u 再由多个m a c e sp d u 复用而成。此时，一个m a c ep d u 就由多个逻 辑信道的r l cp d