TD-HSDPA关键技术PPT课件.ppt

HSDPA关键技术 概述 多载波捆绑技术 引入16QAM高阶调制 提供更高的调制效率 AMC可使数据传输很好的适应无线信道的变化 HARQ可以根据无线链路的状况快速调整信道速率 实现数据的纠错和重传 快速调度可以使无线资源在多用户间实现共享 共享信道技术使得接入用户不受码资源数量限制 在N频点技术基础上实现多载波的捆绑 提高系统最高接入速率 课程内容 16QAM高阶调制技术自适应调制与编码AMCHARQ技术快速调度技术多载波捆绑技术 QAM调制 现代通信中 提高频谱利用率一直是人们关注的焦点之一 寻找频谱利用率高的数字调制方式已成为数字通信系统设计 研究的主要目标之一 正交振幅调制QAM就是一种频谱利用率很高的调制方式 a 方型16QAM星座 b 星型16QAM星座 MQAM信号的星座图 MQAM信号的星座图 M 4时 4QAM 4PSK M 8时 常使用8PSK M 16时 16QAM抗干扰能力优于16PSK 故高阶调制采用QAM调制 QAM实现及解调 QAM调制的实现 QAM调制的解调 QAM的误码率曲线及与PSK的对比 课程内容 16QAM高阶调制技术自适应调制与编码AMCHARQ技术快速调度技术多载波捆绑技术 AMC 自适应调制与编码 HSDPA采用的链路自适应技术AMC 就是NodeB根据当前UE上报的无线信道质量状况CQI和网络资源的使用情况 来选择最佳的下行链路调制方式 编码方式和传输块大小 即选择最佳的数据速率 从而尽可能地增大数据吞吐量 可以通过以下几个方面调整速率 调制方式 可选择的调制方式为QPSK和16QAM 编码方式 可选择的编码方式有64种 码道数目 信道条件好的UE 可以多配置码道 信道条件差的UE 少配置码道 传输块大小 信道条件好时 配置较大的传输块 信道条件差时 配置较小的传输块 AMC介绍 无线信道自适应动态数据速率调整 调制方式编码方式码道数目传输块大小 CQI AMC介绍 eg 当用户处于有利的通信点 如靠近NodeB时 选择高阶调制和高速率的信道编码方式 如采用16QAM 3 4编码速率来传送用户数据 从而得到较高的传输速率 而当用户处于不利的通信点 如远离NodeB时 选取低阶调制方式和低速率的编码方式 如QPSK调制 1 4编码速率 从而保证通信质量 调制方式自适应 16QAM或QPSK 编码效率自适应 高或低编码效率 码道数目自适应 码道增加或减少 充分利用信道条件有效发送用户数据 高或低的数据速率 AMC的实现原理 在NODEB侧 AMC是通过内 外环控制来实现的 内环控制通过HS SICH信道 NODEB获得UE的反馈信息CQI RTBS RMF 并对CQI信息做平滑及线性预测 采用该预测值进行后续数据发送 外环控制通过HS SICH信道 NODEB获得UE反馈的ACK NACK信息 经过统计计算 获得相应的BLER 并把该BLER与目标值相比较 从而确定是否调整内环控制预测值 AMC中的内外环控制 外环控制用于对内环控制的进一步调整 通过外环控制 可以矫正内环控制偏差 比如UE上报RTBS RMF错误所引起的偏差 AMC的内外环控制 CQI反馈 AMC的实现需要UE反馈CQI CQI的产生过程如下 UE测量HS PDSCH信道的SIR 根据SIR查找静态链路索引表 在索引表中查找满足目标BLER的MF和TBS 反馈RTBS和RMF BLER 初始BLER选择NodeB根据信道质量 选择合适的初始BLER 以便达到较高的传输速率 初始BLER选择越大 则重传的可能性越大 数据时延也越大 初始BLER选择过大或过小 吞吐量会降低 理论分析表明初始BLER在10 30 时 系统可以达到最佳平衡 在实际应用中 可以针对不同业务的时延要求 为用户选择合适的初始BLER 残余BLER控制NodeB根据业务类型 控制用户传输的残余BLER 在确保时延要求前提下 最大化传输速率 可以通过选择合适的最大重传次数或降低初始BLER 控制残余BLER 最大重传次数 最大重传次数与系统用户丢包率间的关系如左图所示 从图中可以看出 最大重传次数越大 系统丢包率就越低 延迟也越大 最大重传次数应选择合理值 从图中可以看到 按照10 3丢包率 选择3 4次的重传较合适 最大重传次数与丢包率 课程内容 16QAM高阶调制技术自适应调制与编码AMCHARQ技术快速调度技术多载波捆绑技术 HARQ介绍 HARQ HybridAutomaticRepeatreQuest 是一种前向纠错FEC和自动请求重传ARQ相结合的技术 ARQ技术在R4中已有应用 在R4中是在RLC层实现的 只能进行简单的重传 不能对重传数据进行合并 所以没有合并增益 另外 RLC层是在RNC实现的 所以重传时延较长 在HSDPA中 HARQ技术是在物理层引入的 可以对重传数据进行合并 有合并增益 由于重传机制是在NodeB中进行 重传效率较高 延迟小 HARQ利用快速重传合并技术 使每次传输都得到充分利用 不仅得到了时间分集增益 而且由于快速重传降低了对首传BLER的要求 也就降低首传功率的要求 所以还会得到一部分功率增益 从而提高系统性能和功率利用效率 HARQ介绍 前向纠错FEC和重传ARQ相结合的技术 HARQ与AMC配合使用 为HSDPA提供动态速率调整 HARQ过程 HARQ的过程是 接收方对接受到的数据进行解码 在解码失败的情况下 保存接收到的数据 发送方重传数据 接收方先将重传的数据和先前接收到的数据进行组合 再进行解码 重传过程反复进行 直到数据被成功解码或达到了预先定义的最大重传次数 重传操作才会结束 确认数据包A 确认数据包A 错误数据包A 数据包A 数据包A 错误数据包A 数据包A 数据包A冗余信息 数据包A冗余信息 传统方式 重传控制机制位于RNC R4阶段 HARQ方式II 重传控制机制位于NodeB HSDPA阶段 数据包A 丢弃 保留 完全重传 仅重传冗余信息 软合并 要求重传 要求重传 数据包B 数据包B 发送 发送 接收 接收 效率低时延长 效率高时延短 高效 低时延 HARQ的速率匹配 HARQ的速率匹配如下图所示 HARQ发送功能模块 HARQ中的速率匹配 HARQ有两级速率匹配 第一级速率匹配在编码后的数据与虚拟缓冲区之间匹配 如果编码后的比特小于等于虚拟缓冲区 则全部编码数据透传 如果编码后的比特大于虚拟缓冲区 则透传系统比特 打孔校验比特 第二级速率匹配在第一次速率匹配之后的数据与物理信道比特之间匹配 对系统比特和校验比特进行打孔或重复的操作 第二级速率匹配受冗余版本参数RV控制 RV参数表示采用的重传合并算法 CC PIR或FIR HARQ的引入目的 HARQ的引入有三个目的 一是精确匹配信道条件 在HSDPA中 将AMC同HARQ技术相结合 可以更好适应无线链路变化 即AMC提供粗略的数据速率的选择 HARQ提供精确的速率调整 二是进一步改善AMC性能 AMC技术尽管可以根据CQI调整调制和编码方式 以适应无线链路变化 但对CQI的测量误差和上报时延敏感 而在移动通信系统中 信道是动态变化的 很难进行准确地信道质量估计 而HARQ技术则具有对信道测量误差和上报时延不敏感的特性 它可以对重传的数据进行软比特合并 从而在AMC基础上 进一步改善系统性能 三是获得功率增益通过软合并 减少对第一次传输Es NO的要求 从而获得一部分功率增益 FEC ARQ和HARQ分析与比较 FEC只纠不传 前向纠错FEC 是在数据传输错误时 通过附带的冗余编码 对传输数据进行纠错 该方法需要在传输数据中附加额外的编码 增加了开销 优点是 不需要重传 时延小 缺点是 信道条件好时 其冗余编码降低了系统效率 信道条件不好时 因纠错能力有限 无法纠错 FEC ARQ和HARQ分析与比较 ARQ只传不纠 自动重传请求ARQ就是数据传输失败时 进行数据重传的一种传输机制 重传增加了数据传输的时延 优点是 信道条件不好时 作用明显 缺点是 信道条件好时 少量的误码引起的重传 时延大 FEC ARQ和HARQ分析与比较 HARQ即传又纠 综合了FEC ARQ的优点 附加适当的冗余编码 较少的误码可以通过FEC纠错 在FEC无法纠错情况下 再进行重传 HARQ的高效 低时延体现在较小的冗余编码 重传合并增益和低层实现 下表分析比较了FEC ARQ和HARQ的特点 FEC ARQ和HARQ分析与比较 多进程管理 传输信道的数据收发 采用SAW方式 信道利用率低 为提高通信效率 HSDPAHARQ采用多进程并行传输方式 一组数据发送等待 另一组数据则进行发送 提高信道利用率 TD SCDMA协议规定单载波最多可支持8进程 下图是多进程并行收发的示意图 从左至右 随着时间变化 不同组数据发送 接受 确认过程交替进行 HARQ重传算法 按照重传算法类型 HARQ分为3类 I II III型HARQ 目前3GPPR4版本支持I型 即软件层面上的HARQ 在RLC进行传输控制 重传不合并 由于其反馈速度比较慢 因此效率不高 影响总流量 在HSDPA中使用硬件层面上的HARQ 即II III型 II III型HARQ都属于增量冗余IR IncrementalRedundancy 即重传数据与初次传输数据不同 HARQ重传算法 II型HARQ错误的数据块不丢弃 而是同重传冗余信息合并之后再进行解码 重传通常与第一次传输的数据不一样 它携带着新的冗余信息来帮助解码 新的冗余信息与先前接收到的传输信息一起形成纠错能力更强的前向纠错码 使错误率进一步降低 重发数据为冗余信息 不携带原始数据信息 所以 不具备自解码能力 III型HARQ与II型HARQ不同的是 重发数据既有冗余信息 又有原始数据信息 所以 具备自解码能力 CC ChaseCombine 或软合并 可看作是III型HARQ的特例 即每次重传的版本相同 HARQ重传算法比较 下图是CC重传和IR重传重传算法的对比 从图中可以看到 CC重传 原封不动地重传原始数据和冗余信息 IR重传 自解码 重传数据带有原始数据 其冗余信息同第一次传输不同 IR重传 重传数据仅包括冗余信息 且同第一次传输的冗余信息不同 星座重整 在16QAM的星座图中 每个星座对应4个bit 不同bit位置的可靠性是不同的 不同的位置可靠性分别用bit1 bit2 bit3和bit4曲线表示 从图中可以看到 bit1和bit3可靠性较bit2和bit4可靠性高 为了平衡各bit位的可靠性 在HARQ重传时 调换各bit传输的顺序 这就是星座重整 星座重整 下图是经过16QAM星座重整的CC重传 从图中可以看到 经过星座重整和重传数据合并 重传数据可以平衡各比特位的可靠性偏差 带星座重整的CC重传算法 课程内容 16QAM高阶调制技术自适应调制与编码AMCHARQ技术快速调度技术多载波捆绑技术 快速调度介绍 NodeB中新增的MAC hs功能实体主要负责HSDPA的快速分组调度和HS DSCH信道的实时控制 该实体处于NODEB中 可以更好地适应无线信道变化 快速调度算法控制着共享资源的快速分配 在很大程度上决定了AMC和HARQ的效率和性能 快速调度算法根据公平性 空口质量 QoS 调度优先级 重传策略等因素来调度用户 快速调度介绍 基本调度算法公平调度 RR 最大C I调度 MaxC I 比例公平调度 PF 调度算法考虑的因素 综合优先级计算 公平性 调度优先级 QoS 其他因素 重传 空口质量 优先级排序 最优资源组合分配 调度用户选择 影响调度算法的因素 公平性 考虑公平性 具体实现可以采用 公平资源每个用户获得同等的调度频度 每个用户获得同等的码道资源 公平吞吐量每个用户获得同等的吞吐量 影响调度算法的因素 空口质量 不同UE 无线信道质量不同 多UE调度 可产生多用户分集增益 选择信道质量好的UE调度 可提高系统容量 在HSDPA系统中 UE测量信道质量 并以CQI信息上报给NodeB NodeB根据CQI信息为UE选择合适的传输格式 NodeB可以在多个UE间选择信道质量最好的UE调度 从而最大化系统容量 MACC I调度算法是完全依据空口质量调度用户的 影响调度算法的因素 空口质量 下图是用户数与多用户增益的仿真图 从图中可以看到 依据空口质量调度用户的MACC I算法有较大增益 HSDPA用户数与多用户分集增益 影响调度算法的因素 QOS 调度算法以QoS参数为调度依据 典型的QoS的参数包括 最低保证速率 GBR 统计数据速率 以最低保证速率GBR为目标 优先调度队列 最大时延 DT 统计数据延时 以不超过最大时延DT为目标 优先调度队列 影响调度算法的因素 调度优先级 RNC根据业务类型 保留优先级 业务处理优先级 为每个用户的每个队列生成调度优先级指示 SPI较高的用户队列 将得到优先调度 SPI生成 影响调度算法的因素 重传策略 对于重传数据 可以采用以下策略 立即重传策略重传队列将立即得到优先调度 优点 时延小 UE资源利用率高 延时重传策略重传队列在一定延时后得到调度 优点 顺应深衰落无线环境 合理利用空口资源 混合重传策略结合上述两种策略 影响调度算法的因素 重传策略 上图是延时重发策略示意图 数据解码失败后 进行第一次重发 重发数据解码失败 等待一定时间后再进行第二 三次重发 影响调度算法的因素 其它因素 其它影响调度算法的因素有 UE能力载波接入能力 时隙接入能力 MAC hs缓冲区大小 DOA信息利用UE的DOA测量信息 选择合适的用户调度 减少用户间干扰 缓冲区数据量根据用户的MAC hs缓冲队列数据量 采用不同的调度措施 业务类型不同业务 配置不同的调度算法参数 以满足不同业务的需求 原型调度算法介绍1 RoundRobin调度算法该算法不考虑各UE的信道质量 而是采用轮循调度的方法 即将所有的UE排成序列 为每个UE分配相同的服务时间片 当前被服务的UE在该时间片结束后 将退至序列末尾等待下次服务 该算法的目标是保障每个用户都能得到一定的服务时间和满足最低时延要求 特点是算法实现简单 但难以充分利用系统资源以达到较高的系统容量 原型调度算法介绍2 ProportionalFair调度算法该算法是根据各UE的相关信道质量计算得到其资源分配的优先级 假设在一个服务时间窗内 如一个TTI内 第 用户的吞吐量为Tk 同时假设第 用户目前的信道条件为 C I k 那么 其公平因子为 从式中可以看出 具有比较好的信道条件而且得到的服务相对较少的用户的综合优先级得到较高 用户服务优先级是由公平因子决定的 所以具有最大公平因子的用户将首先得到调度 比例公平调度算法解决了小区吞吐量和服务公平性之间矛盾 实际上 该算法还有实现容易 反映速度快等的优点 是所有分组调度算法中相对较好的 原型调度算法介绍3 MaxC I调度算法该算法将UE的信道质量作为分配资源的首要准则 调度器首先把等待服务的UE按信道质量即对应帧传输期间的载干比 C I 值进行排序 调度器传输具有最高C I值的UE的数据 直到该UE数据队列为空 或者有更高C I值的用户数据到来 或者有更高优先级别的重传被调度 该类调度算