（信号与信息处理专业论文）hsupa系统级仿真及关键技术研究.pdf

摘要 摘要 全球移动通信系统在经历了第一代的模拟蜂窝系统、第二代的基于t d m a 和 窄带c d m a 基础的数字蜂窝系统，目前己经发展到第三代移动通信系统， w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a 是世界第三代移动通信系统的3 大标准， 而w c d m a 是主流中的主流。在1 9 9 9 年1 2 月，w c d m a 有了第个公认的比 较稳定的版本r e l e a s e 9 9 。此后，w c d m a 标准的演进升级经历了从稳定的 r e l e a s e 9 9 ( r 9 9 ) 到r e l e a s e 一4 ( r 4 ) 、r e l e a s e 一5 ( r 5 ) 、r e e a s e - 6 ( r 6 ) 。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，其中最值得我们关 注的就是h s d p a ( 高速下行链路分组接入) 和h s u p a ( 高速上行链路分组接入) 。 h s d p a 是w c d m a 的r 5 版本中的技术特征，该技术是w c d m a 网络提高下行 容量和数据业务速率的一种重要技术。本论文研究的h s u p a 技术，即高速上行 链路分组接入，是w c d m a 系统r 6 版本的技术特征。为了提高w c d m a 网络 传统的上行专用传输信道( d c h ) 的性能，即提高覆盖、吞吐量和减少延时，3 g p p 决定开发h s u p a 技术，提出了增强型的上行专用传输信道( e - d c h ) ，这是一条 新增的上行专用传输信道，专用于h s u p a 。 h s u p a 通过采用n o d eb ( 节点b ，即基站) 控制的调度、结合软合并的h a r q ( 混合自动重传请求) 、更短的t t i ( 传输时间间隔) 等关键技术，使u e ( 用户 设备，即手机) 能以尽可能多的功率传输h s u p a 数据从而提供更大的上行吞吐 量。h s u p a 技术是满足上行链路应用的关键技术与重要补充，可以主要应用于包 括无线游戏、交互类型业务，基于流媒体的视频业务，背景数据上载业务等。 所谓h s u p a 系统级仿真就是要搭建系统级的仿真平台，对无线网络的公共 结构和特性( 例如小区布局，传播模型，衰落信道，天线模型，功率控制，切换， l i e 的分布和移动，业务的建立终止和中断等) 和h s u p a 的专有结构和特性 ( m a c ，e s e ，n o d eb 控制的调度，h a r q ，更短的t t i ) 进行描述和建模。 本人通过对h s u p a 进行系统仿真。可以获得h s u p a 系统在小区一级的性能 指标，包括多个小区内，不同无线环境下的上行分组数据业务的吞吐率，无线资 源以及系统设备资源的占用情况，从而验证h s u p a 所采用的各种关键技术和算 法设计以及参数配置情况，为开发h s u p a 基站的系统设计提供技术依据和测试 参考。 摘要 本论文采用m a t l a b 仿真工具建立系统仿真模型，在原有的公共平台( r 9 9 ) 和r 5 平台的基础上，本人建立h s u p a 的专用平台，对h s u p a 的专有结构和特 性进行描述和建模。本人通过仿真，得出的一系列仿真输出数据和曲线，为实际 系统的设计和规划提供了参考算法、参考模型和参考数据。 关键词：w c d m a 、h s u p a 、e - d c i t 、系统级仿真、m a t l a b 仿真系统 i i a b s t r a c t 一 a b s t r a c t 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 san e ww o r ki t e mo fr e l e a s e 一6i n 3 g p pw c d m a t h ej u s t i f i c a t i o no ft h ew o r ki t e mi st h a t , s i n c et h eu s co f pb a s e d s e r v i c e sb e c o m e sm o r ei m p o r t a n tt h e r ei sa l l i n c r e a s i n gd e m a n dt oi m p r o v et h e c o v e r a g ea n dt h r o u g h p u ta sw e l la sr e d u c et h ed e l a yo ft h eu p l i n k a p p l i c a t i o n st h a t c o u l db e n e f i tf r o ma ne n h a n c e du p l i n km a yi n c l u d es e r v i c e sl i k e v i d e o c l i p s ， m u l t i m e d i a ，e - m a i l ，g a m i n g ，n p ，v i d e o - s t r e a m i n ge t c t h i sw o r ki t e mi n v e s t i g a t e se n h a n c e m e n t st h a tc a nb ea p p l i e dt ow c d m ai n o r d e rt o i m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo nu p l i n k d e d i c a t e dt r a n s p o r tc h a n n e l s t h e t e c h n i q u e so ft h ew o r ki t e m ，i e n o d eb c o n t r o l l e ds c h e d u l i n g ，h y b r i da r q ，s h o r t e r t t i ，a r et oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo fu p l i r & d e d i c a t e dt r a n s p o r tc h a n n e l s ，i e t o i n c r e a s ec a p a c i t ya n dt h r o u g h p u ta n dr e d u c ed e l a y c e l l l e v e ls y s t e mp e r f o r m a n c eo fh s u p ai sd e s c r i b e dt h r o u g ht h es i m u l a t i o n r e s u l t s ，i n c l u d i n gc e l lt h r o u g h p u to fu p l i n kp a c k e ts e r v i c e ，s y s t e md e l a y ，c a p a c i t y ， f a i r n e s so fu e s ，r a d i or e s o u r c eo c c u p a t i o na n ds y s t e md e v i c eu t i l i z a t i o n m u c h r e f e r e n c eo ft h ea l g o r i t h m sa n dm o d e l sc a nb eg o tf r o mt h ep e r f o r m a n c er e s u l t sf o rt h e p r a c t i c a ld e s i g na n dl a y o u t s y s t e m l e v e ls i m u l a t i o no fh s u p ab u i l d st h ei n t e g r a t e dp l a t f o r ma n dk e y m o d e l st od e s c r i b ea n ds i m u l a t et h ec o m m o ns t r u c t u r ea n df e a t u r e so f t l l er a d i on e t w o r k i n c l u d i n gc e l ll a y o u t , p a t hg a i n ，t r a f f i cm o d e l ，p o w e rc o n t r o l ，h a n d o v e r , e t c 。，a l s ot h e s p e c i a lo n e so fh s u p a ，i n c l u d i n gm a c e s e ，n o d eb c o n t r o l l e ds c h e d u l i n g ，h a r q ， s h o r t e rt r r i e t c i nt h i st h e s i s ，ap o w e r f u ls i m u l a t i o nt o o l ，m a t l a b ，i sc h o s e n o ni t ，h s u p a s p e c i a ip l a t f o r mi si m p l e m e n t e d o nt h eb a s i so ft h ee x i s t e dc o m m o no n e i n c l u d i n ga l l t h es p e c i a ls t r u c t u r ea n df e a t u r e so fh s u p a s e r i e so fd a ma n dc u r v e si nv a r i o u s s c e n a r i o sa r ec o l l e c t e d ，a n dt h er e s u l t sa n a l y s i sp r o v i d e sv a l u a b l er e f e r e n c e sa n d g u i d e l i n ef o rt h ep r a c t i c a ls y s t e md e s i g n k e y w o r d s ：w c d m a ，h s u p a ，e d c h ，s y s t e ml e v e ls i m u l a t i o n ，m a t l a b i i i 一 塑兰塑查堡 缩写和术语 3 g p p a g a t b p s c d m a c c t l c h c e l l c i c n q c n c s d c c h d c h d d i d t c h d t x 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 d d f t p g s m h a r q h s d s c h h s d p a h s u p a i p m a c m a c e s e 3 ”g 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) f l 】 a d a p t i v em u l f i r a t e ( 自适应多速率) b i tp e fs e c o n d ( 比特每秒，i k b p s = 1 0 0 0 b p s ，t m b p s = 1 0 0 0 k h p s ) 【2 】 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 d c 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) 小区 c a r r i e r t 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 dt r a f f i cc h a n n e l ( 专用业务信道，逻辑信道) d i s c o n t i n u o u st r a n s m i s s i o n ( 不连续传输) 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，物理信道) e d c hd e d i c a t e dp l a 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， 物理信道) e o 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 hh a r q 确 认指示信道，物理信道) 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 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 i l et r a n s f e rp r o t o c o l ( 文件传输协议) g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o n m m n i c a t i o n ( 全球移动通信系统) 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) 碰曲s 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 i 曲s 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 n t e m e tp r o t o c o l ( 互联网协议) m e d i u m a 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 缩写和术语 n o d e b节点b ( 即基站) p d u p r o t o c o ld a t au n i t ( 协议数据单元) p sp a c k e ts w i t c h ( 分组交换) p s t n 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 o sq u a l i t yo fs e r v i c e ( 服务质量) r gr e l a t i v eg r a n t ( 相对授权) r l cr a d i ol i n kc o n t r o l ( 无线链路控制) r l sr a d i ol i n ks e t ( 无线链路集) 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 n sr 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 o tr 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 r c 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 s nr 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 a p s e r v i c ea c c e s sp o i n t ( 业务接入点) s g s e r v i n gg r a n t ( 服务授权) s r b s i g n a l l i n gr a d i ob e a r e r ( 信令无线承载) t f c i 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 s nt r a n s m i s s i o ns e q u e n c e n u m b e r ( 传输序列号) t t it r a n s m i s s i o n t i m ei n t e r v a l ( 传输时间间隔) u e u s e r e q u i p m e n t ( 用户设备，即手机) u m t su n i v e r s a lm o b i lt e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ( 通用移动通信系统) 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 k ( u m t s 地面无线接入网) v o i pv o i c eo v e ri p ( 基于i p 的语音) w c d m a w i d e b a n d c o d e d i v i s i o n m u l t i p l e a c c e s s ( 宽带码分多址) v 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 作及取得的研究成果。据我所知，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 为获得电子科技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 确的说明并表示谢意。 签名：叁童日期：声形年岁月三日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技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，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：二雏导师签名：二置生 日期：? “年乡月三e t 第一章绪论 1 1 课题背景 第一章绪论 全球移动通信系统在经历了第一代的模拟蜂窝系统、第二代的基于t d m a 和 窄带c d m a 基础的数字蜂窝系统，目前已经发展到第三代移动通信系统，其终极 目标是实现任何人在任何地点、任何时间与其他任何人进行任何方式的通信。与 第一代和第二代相比，第三代移动通信系统采用了c d m a 技术，基于全i p 网络， 具有支持更多的用户数量、系统容量，支持多媒体等高速数据业务等特点。目前 在第二代移动通信系统中，g s m 系统占有最大的比例，为了使g s m 系统能顺利 发展和演进到使用基于c d m a 技术的第三代移动通信系统，欧洲与日本一些研究 机构先后进行了技术融合，并提出了w c d m a 技术以及第三代移动通信伙伴计划 ( 3 g p p ) ，来进行w c d m a 标准的制定与完善【3 l 。因此，可以预见，w c d m a 技 术在拥有全球最大的g s m 移动通信网络的中国移动通信市场也将会占有重要的 份额。 w c d m a 一3 g 的由来：为了满足更多更高速率的业务和更高频谱效率的要 求，减少目前存在的各大网络之间的不兼容性，世界性的标准n i t - 2 0 0 0 ( 国际 移动通信) 应运而生，i m t - 2 0 0 0 支持的网络被称为第三代移动通信系统【4 i ，简称 3 g 。北美、欧洲、日本和中国等国家提出了1 0 种3 g 标准。欧洲和日本的w c d m a 和北美的c d m a 2 0 0 0 以及我国提出的t d s c d m a 是3 g 的3 大标准。w c d m a 继承了g s m 的核心网，是主流中的主流。c d m a 是码分多址，w c d m a 是宽带 码分多址( 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 ) 。 3 g 相对于2 g 的优势和承诺即是高速率和更丰富的业务。而随着移动多媒体、 i n t e r a c t 等大量数据业务的丰富和发展，为了很好地解决w c d m a 系统覆盖与容 量之间的矛盾，消除干扰，提升系统容量，满足用户业务需求，在w c d m a 的后 续发展中产生了许多新技术。 在1 9 9 9 年1 2 月，w c d m a 有了第一个公认的比较稳定的版本r e l e a s e - 9 9 ( r 9 9 ) 。此后，w c d m a 标准的演进升级经历了从稳定的r 9 9 到r e l e a s e - 4 ( r 4 ) 、 r e l e a s e 5 ( r 5 ) 、r e l e a s e 一6 ( r 6 ) 1 5 】。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，其中最值得我们关注的就是h s d p a ( 高速下行链路分组 接入) 和h s u p a ( 高速上行链路分组接入) 。h s d p a 是3 g p p 在w c d m a 网络 电子科技大学硕士学位论文 r 5 版本中为了满足上下行数据业务不对称的需求而提出的一种新技术，它可以 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 0 m b p s 。该技术是w c d m a 网络建设后期提高下行容量和数据业务速率的一种 重要技术州。而h s u p a 是和h s d p a 相对应的一项新技术。为了提高w c d m a 系统传统( r 9 9 版本) 的上行专用传输信道( d c h ) 的性能，即提高覆盖、吞吐 量和减少延时，3 g p p 决定开发h s u p a 技术，提出了增强型的上行专用传输信道 ( e d c h ) ，这是一条新的上行专用传输信道，专用于h s u p a 。 h s u p a 是w c d m a 系统r 6 版本的技术特征，通过采用n o d eb 控制的调度、 结合软合并的h a r q 、更短的t t i 等关键技术，使u e 能以尽可能多的功率传输 h s u p a 数据，从而提供更大的上行吞吐量。h s u p a 技术是满足上行链路应用的 关键技术与重要补充，可以主要应用于包括无线游戏、交互类型业务，基于流媒 体的视频业务，背景数据上载业务等。 由于h s u p a 处于标准形成时期，是w c d m a 系统的前沿技术，所以我们对 h s u p a 进行研究可以掌握它的一些关键技术，在无线技术领域可以走在世界的前 沿。本人通过h s u p a 系统级仿真，可以获得h s u p a 系统在系统级的性能指标， 包括多个小区内，不同无线环境下的上行分组数据业务的吞吐率，无线资源以及 系统设备资源的占用情况，从而验证h s u p a 所采用的各种关键技术和算法设计 以及参数配置情况，为开发h s u p a 基站的系统设计提供技术依据和测试参考。 可见，开展本课题是很有必要而且可行的。 本人进行的h s u p a 系统级仿真就是要搭建系统级的仿真平台，对无线网络 的公共结构和特性( 例如小区布局，传播模型，衰落信道，天线模型，功率控制， 切换，u e 的分布和移动，业务的建立终止和中断等) 和h s u p a 的专有结构和特 性( m a c e s e ，n o d eb 控制的调度，h a r q ，更短的t t i ) 进行描述和建模。 1 2h s u p a 系统结构和特征 本节将要讨论h s u p a 系统相关的协议结构和特征。因为h s u p a 是w c d m a 系统r 6 版本的为提高上行接收性能的一项前沿技术，所以有必要先介绍w c d m a 系统的整个网络组成和相关协议体系结构。 2 第一章绪论 1 2 1w c d m a 系统组成 w c d m a 是世界第三代移动通信系统的三大标准之一，它可支持3 8 4 k b p s 到 2 m b p s 不等的数据传输速率，在高速移动的状态，它可提供3 8 4 k b p s 的传输速率， 在低速或是室内环境下，则可提供高达2 m b p s 的传输速率。w c d m a 是一个f d d ( 频分双工) 直接序列扩频系统【7 j ，码片速率38 4 m e p s ，即每秒38 4 兆个c h i p ( 码 片) 。w c d m a 的工作频率是上行( u e 发射的路线) 1 9 2 0 m h z 到 9 8 0 m h z ，下 行( u e 接收的路线) 2 11 0 m h z 到2 1 7 0 m h z ，其收发频率间隔1 9 0 m h z 。w c d m a 系统具有承载c s ( 电路交换) 和p s ( 分组交换) 业务等混合业务的能力j 。其 系统组成如下图所示： 幽1 1w c d m a 系统组成 由图1 1 可见，w c d m a 系统由c n ( 核心网) 、u t r a n ( 无线接入网) 和 u e ( 用户设备) 三部分组成，各个部分由标准接口连接，其中c n 与u t r a n 通 过i u 接广| 相连，而u e 与u t r a n 通过u u 接口相连。u t r a n 又包含多个r n s ( 无线网络子系统) 。而一个r n s 又包括一个r n c ( 无线网络控制器) 和多个 n o d e b ( 基站) ，一个n o d e b 可以包括1 个、3 个或6 个c e l l ( 小区) 。在u t r a n 中，n o d e b 与r n c 通过i u b 接口相连，r n c 与r n c 之间m 4 通过1 1 1 r 接口相连”1 。 中，n o d e b 与r _ n c 通过i u b 接口相连，r n c 与r n c 之间贝哇通过1 1 1 r 接口相连1 。 电子科技大学硕士学位论文 1 2 2w c d m a 无线协议体系 w c d m a 系统的协议体系基本上遵从工业标准的7 层模型，如下图所示 n e t w o r kl a i r l a y e r 3 d a t a i d n kl a y e r l a y e r 2 p h y 丑c a ll 阈，氍 l a y e r l e l s s 图1 - 23 g p p 协议体系 如图1 2 所示，w c d m a 系统的协议体系包括三层，层l 是物理层，层2 是 数据链路层，层3 是网络层【1 0 1 。其中，物理层位于u e 和n o d eb ，数据链路层位 于u e 、n o d e b 和r n c ，网络层位于u e 、r n c 和c n 。 他们的功能如下：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【l l 】；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 i 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 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倩 复 用到相同的传输信道；物理层则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i l 。 1 2 3h s u p a 协议结构 本节将要介绍h s u p a 相关的协议结构。下面先介绍一个总的架构，从总体 t 第一章绪论 上看相比于过去的协议结构有哪些改变。因为h s u p a 是与上行接收有关的技术， 所以还要简要介绍l y e 侧物理层的协议有哪些改变。 1 2 3 1e - d c h 协议结构 因为h s u p a 技术就是新增了一条增强型的上行专用传输信道( e d c h ) ，专 用于发射h s u p a 数据。本文中若不特别指明，e d c h 就是指h s u p a 。所以本小 节介绍的e d c h 协议结构就是h s u p a 的协议结构，图1 - 3 描述了e 。d c h 的协 议总体结构【l ”。 叶c ho c c h d c c hd t c h m , k c - d m a c d 参，黪燕蒸 m r , c - e s 爹嚣壤鬻霪 _ 专癌鐾醺莲| 。 黪| e d c h 阡i e d c hf p p h yp h 丫t n l t n lt n l t n l 图1 3 e - d c h 协议结构 如图1 3 所示，e d c h 协议结构有一些变化。在过去结构的基础上添加了一 些m a c 功能实体。u e 侧，在原先m a c d 下增加了新的m a c 实体( m a c e s e ) ， 用于处理h a r q 重传、调度、m a c e 复用、e d c ht f c 选择。在n o d eb 侧， 则增加了新的m a c 实体( m a c e ) ，用于处理h a r q 重传、调度、m a c e 复用a 而在s r n c ( s e r v i n gr n c ，即服务p j q c ，本文中若不特别说明，s p j q c 和r n c 是指的一个事物) 侧，增加了新的m a c 实体( m a c e s ) ，用于进行序列重整，处 理软切换下不同n o d eb 的数据的合并。 1 2 3 2 上行物理层模型 l i e 侧的上行就是u e 向基站发射数据，其物理层模型如下图所示： 电子科技大学硕士学位论文 “吐d ( r 可h y l l ( l 1 1 h p i 商q dl ， i ) 1q r e 1 e 洲怂 j 鳓黼 图1 - 4 e 侧上行物理层模型 图1 - 4 显示的是u e 侧上行物理层的完整模型，左侧为传统的d c h ，中间为 h s d p a 的内容，右侧为h s u p a 的e - d c h ，。e d c h 的数据信息被编码复用到一 个c c t r c h ( 编码组合传输信道) ，再映射到物理信道发射，而e d c h 的一些控 制信令t f c i ( 传输格式组合指示) 和h a r q 信息也直接映射到另外的物理信道 发射。 另外，e - d c h 还具有下列特性：e d c h 和传统的d c h 使用独立的c c l 、f c h ； 每u e 的e d c h 只有一个c c t r c h ，e d c h 的c c t r c h 也只对应一个e d c h ； 每t t l 只有一个传输块；e d c h 支持2 m st t i 和1 0 m st t i ，1 0 m st t i 对所有u e 都是强制要求，而2 m st t i 对i y e 来说属于可选。新增了2 条上行物理信道 e d p d c h 和e d p c c h 。e d p d c h 是增强型上行专用物理数据信道，用于发射 数据业务。e d p c c h 是增强型上行专用物理控制信道，发射控制信息包括t f c i 和h a r q 。 1 2 3 3 下行物理层模型 u e 侧的下行就是u e 接收基站发射的数据，它的物理层模型如下图所示： 6 kn 第一章绪论 吲1 - 5u e 侧f 行物理层模型 图1 - 5 显示的u e 侧下行物理层的完整模型，左侧是传统的d c h ，中问是 h s u p a 的e - d c h ，右侧是h s d p a 的内容。d c h 激活集( 运行d c h 业务的小 区集合) 包含c e l l sd l ，血，e d c t t 澈活集可以就是d c h 的激活集或者是d c h 激活集的子集，这南s r n c 来决定。 由图对知，e - d c h 从物理信道接收的数据解调出a c m c k ( 确认是否正 确接收) ，a b s o l u t eg r a n t ( a g ，绝对授权) 和r e l m i v eg r a n t ( r g ，相对授权) 信息。新增的3 条物理信道分别是e - h i c h 、e a g c h 和e - r g c h 。a c k n a c k 信令被e d c h 激活集内每个小区在e h i c h 上发射，a g 信令只被一个小区 ( s e r v i n g e d c hc e l l ，即服务e d c h 小区) 在e a g c h 上发射，r g 信令被e d c h 激活集内每个小区在e - r g c h 上发射。 1 3 本人的主要工作 本人在该课题的研究过程中，对h s u p a 的物理层和m a c 层进行f 深入的探 索和研究，并提供了n o d eb 调度算法和h s u p a 系统性能仿真结果，为w c d m a 系统新版本( r 6 ) 基站设计的性能需求、算法设计和参数配置提供研发依据。为 了建立较完善的h s u p a 系统级仿真平台，并得到拟真程度较高的仿真结果，本 人从协议结构、调度算法和参数配置方面较全面地掌握h s u p a 协议和实现的关 器l 电子科技大学硕士学位论文 键技术，为产品的设计和开发提供标准研究、性能需求、系统设计、算法设计、 参数配置，为基站设备测试和网络部署提供参考依据。 本人在硕士论文研究期间，搭建了h s u p a 系统级仿真平台，完成了功能需 求报告、仿真系统设计方案、模块设计、编码、单元测试、系统联调和调度算法 的实现。具体的工作包括： 一深入了解h u s p a 物理层和m a c 层标准 m a c e s e 复用解复用 m a c e s 软切换合并 _ r n c 侧重排序 一物理信道发射和接收功能 物理层h a r q 处理 _ e - r g c h e h i c h 合并 _ u e 运动中切换的处理 区分u e 的服务e d c h 小区和非服务e - d c h 小区 r o t 的测量 根据最新标准完成完整的e t f c 表的定义 基于n o d eb 发送的a g 进行的e t f c 选择算法 基于小区i b t 测试的简单n o d eb 调度器算法 - 与r 9 9 业务共存的简单e d c h 业务模型 - 小区吞吐率、u e 吞吐率、数据包传输时延、丢包率、重传率、小区r o t 水平、过载概率的统计功能 _ 支持2 m s t t i - 支持非调度授权的g b r ( 保证比特速率) 业务 一支持外环功控 _ 支持常用的数据业务模型( 游戏、f t p 、准实时视频和v o i p 等) 基于不同业务q o s 、优先级和无线信道条件的n o d eb 上行调度算法 各种调度算法( 基于小区r o t 钡i 量) 的参数配置及性能对比 1 4 论文章节安排 本论文的第一章先介绍了课题背景，w c d m a 的系统组成和协议体系，还介 第一章绪论 绍了有关h s u p a 协议的总体结构以及l i e 侧的物理层模型。第二章先是详细介 绍了h s u p a 的m a c 层结构，并对h s u p a 的h a r q 、n o d eb 控制的调度和短 帧处理等几项关键技术的原理进行了详细阐述。第三章的内容主要集中在系统级 仿真方案设计和涉及的关键算法的讨论上。其中，对系统级仿真的总体框架结构 和仿真的总体流程、思想进行了描述，并介绍了h s u p a 各功能模块的设计。第 四章讲的就是仿真实现的问题，重点对核心算法即n o d eb 控制的各种调度算法 的实现进行了详细介绍，得出了不同算法下的仿真结果并对其进行了分析。第五 章是对本文所做的工作进行一个全面的总结。论文的最后是致谢词和本文所引用 的参考文献。 电子科技大学硕士学位论文 第二章h s u p a 技术概述 h s u p a 是w c d m a 系统r 6 版本的技术特征，新增加了一条增强型传输信 道( e d c h ) ，专用于传输h s u p a 数据，并希望通过采用n o d eb 控制的调度、 结合软合并的h a r q 、更短的t t i 等关键技术来提高传统的上行专用传输信道 ( d c h ) 的性能，即提高覆盖、吞吐量和减少延时。通过1 1 2 3 1 小节的介绍，我 们知道了e - d c h 的协议结构相比过去，主要是添加了几个新的m a c 实体，来完 成h s u p a 的特有功能。所以本章将着重介绍h s u p a 的m a c 结构，以及n o d eb 控制的调度、结合软合并的h a r q 、更短的t t i 等关键技术。 2 1m a c 结构和功能 h s u p a 新增的m a c ( 媒体接入控制) 结构完成了h s u p a 的特有功能，所 以本小节将对u e 侧和u t r a n 侧的m a c 结构和功能分别进行详细描述。 2 1 1m a c 的一些基本原理 在1 ，2 2 节w c d m a 无线协议体系部分介绍过m a c 实体主要负责逻辑信道 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【l4 j 。而 e - d c h 的m a c 复用有以下的一些特性： 支持m a c d 的复用； 一多个m a c d 流可以配置给一个u e ； - 支持不同的m a c d 流到同一m a c ep d u ( 协议数据单元) 的复用，但 不是所有的联合都是允许的，而是被s r n c 控制； 一个l i e 可以有最多8 个m a c d 流； - 最多1 6 个逻辑信道可以复用n e d c h 传输信道上 因为e - d c h 支持h a r q 重传和软切换，u e 发送的数据包到达接收方r n c 的先后顺序可能不同，所以在接收方r n c 要进行重排序口5 。重排序是由s r n c 中的一个独立的m a c 实体m a c e s 来执行的，来自不同m a c d 流的数据在不同 的重排队列里进行重新排序，一个逻辑信道只有一个重排队列。对接收到的 m a c e sp d u ，s r n c 利用接收u e 产生的t s n ( 传输序号) 和来自n o d eb 的 c f n ( 连接帧号) 、s u b f r a m e ( 子帧号) 进行重排序。 第二章h s u p a 技术概述 2 1 。2u e 侧的m a c 结构和功能 本小节将要介绍u e 侧的m a c 层结构，先介绍它的总体结构，然后介绍m a c 复用过程，最后详细介绍专用于h s u p a 的m a c e s e 实体。 2 1 2 1u e 侧m a c 层的总体结构 图2 - 1 描述的是u e 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 ) 1 1 研；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 。