HSUPA无线网络技术跟踪(X002)提交稿

1、内部hsupa无线网络技术跟踪计划编号：x2007002中讯邮电咨询设计院2007 年10月hsupa无线网络技术跟踪计划编号：x2007002院 主 管：马红兵处 主 管：杨剑键项目负责人：毕 猛审 核 人：冯建民编 制 人：毕 猛、聂 君 谢 鹰、郭琦南 版权声明本文仅供中讯邮电咨询设计院内部使用。请勿外传！目 次1前言12hsupa物理层结构22.1hsupa的新增物理层信道22.1.1增强专用传输信道（e-dch）上行32.1.2增强专用物理数据信道（e-dpdch）上行42.1.3增强专用物理控制信道（e-dpcch）上行62.1.4e-dch harq确认指示信道（e-hich）下

2、行62.1.5e-dch 相对准予信道（e-rgch）下行72.1.6e-dch 绝对准予信道（e-agch）下行92.2hsupa的扩频与调制102.3.1e-dpdch/e-dpcch扩频调制102.3.2e-dpdch/e-dpcch信道的码分配122.3.3e-hich/e-rgch/e-agch信道的扩频132.3hsupa物理层工作流程132.3.1物理层总体工作流程132.3.2e-hich信道ack/nack检测流程142.3.3e-rgch探测流程142.3.4物理信道间的定时关系153hsupa l2/l3层技术163.1系统协议结构163.2mac层协议结构173.2.1

3、ue侧mac结构173.2.2utran侧mac结构193.3无线资源管理结构224hsupa关键技术分析244.1 物理层快速混合重传l1(fast) harq244.1.1技术概述244.1.2harq的性能仿真分析264.2 软切换294.2.1技术概述294.2.2性能仿真分析304.3基于nodeb的快速调度304.4 短帧长334.4.1技术概述334.4.2性能仿真分析344.5 新的扩频因子395hsupa的组网性能分析395.1hsupa引入后的覆盖分析395.1.1hsupa引入后网络上行覆盖分析395.1.2hsupa引入后网络下行覆盖分析445.2hsupa引入后的容量

4、分析445.2.1hsupa引入后网络上行容量分析445.2.2hsupa引入后的网络下行容量分析545.3hsupa与r99/r4/r5共享载波组网性能585.3.1对r99业务的影响585.3.2hsupa混合组网性能的影响595.4hsupa组网性能总结596hsupa引入后的规划策略606.1hsupa引入对网络规划的影响606.2hsupa引入后的规划策略建议627hsupa的产业化进程648总结66参考文献671 前言hsupa（高速上行分组接入技术）是3gpp继hsdpa之后，为进一步满足宽带数据业务需求，在release 6版本中增加的一种提高上行无线分组接入速率的新技术，它主

5、要采用了harq、基于nodeb的快速调度、2mstti短帧、新的物理信道以及更短的扩频码等关键技术，理论上可以将wcdma上行吞吐率提高到45.7mbps。该技术标准于2004年12月发布其第一个版本。截至2007年10月底，hsupa已经在14个商用网络，并至少有41个运营商正在进行测试，相信在2008年以后，将会有更多的wcdma商用网络引入hsupa。对于这种新的3g增强型技术，出于未来可能应用的考虑，我们需要及早对它进行跟踪研究，跟踪研究的主要关注点和问题如下：1）hsupa的技术原理？2）hsupa如何有效提升系统的上行容量？3）hsupa的组网性能如何？它的引入对已有r99/r4

6、网络覆盖和容量是否会造成影响？4）hsupa引入的规划建议？5）hsupa的产业化发展进程如何？针对上述关注点，本文沿着下面的思路展开讨论：通常来说，网络的物理层是我们进行技术原理分析的基础。因此，我们首先在本文的第二章，重点讨论了hsupa引入后的物理层结构。在对物理层的介绍中，文章主要包含了3个部分。首先详细阐述hsupa引入后网络新增的e-dpdch、e-dpcch、e-agch、e-rgch、e-hich等物理信道的帧格式、承载内容以及在网络中的作用；然后详细讨论了各个新增物理信道采用的扩频调制方案；在最后我们还介绍了hsupa的物理层工作流程。在接下来的第三章中，我们重点分析了hsu

7、pa所采用的l2/l3层技术，并从系统协议结构和mac层协议结构两个方面分别进行了介绍。在第三章的最后一节，我们还介绍了引入hsupa后系统rrm结构的变化，以及各个网元所增加的新功能。报告第四章是本报告的一个重点，它主要关注于对hsupa所采用的各种关键技术的原理及其对网络性能的影响的分析和研究。在这个章节中，笔者在对技术原理进行详细分析阐述的同时，还给出了必要的仿真结论，以使问题阐述得更加有理有据。总的来说，第二、三、四章主要解决了问题（1）和（2）。前面的三个章节主要关于技术本身的原理分析，从第五章开始，我们就从实际应用的角度来分析hsupa的无线组网性能。在第五章中，笔者从覆盖和容量两

8、个角度出发，分别分析和探讨了hsupa引入后网络的覆盖和容量性能，并在其后补充分析了hsupa与r99共享载波场景对网络性能的影响。在第五章的讨论中，笔者在理论分析之余，更加注重实际应用效果的仿真验证，笔者通过搜集、分析国内外的仿真/测试文献和积极开展设备厂家仿真/测试情况交流等途径，整理总结出多个具有应用指导价值的仿真用例，并客观归纳出一系列关于hsupa无线组网性能的结论（详见报告第五章）。 第五章主要解决了问题（3）。在本报告的第六章中，笔者在第五章的分析基础上，对hsupa引入后的组网策略进行了初步探索。重点分析了hsupa引入对网络规划的影响，并给出了组网规划的一些建议。这一章重点解

9、决了问题（4）。针对问题（5），我们对hsupa的产业化进程也展开了一定的跟踪，并从网络设备情况、终端情况、商用组网情况等三个方面在报告的第七章进行了介绍。在报告的第八章，笔者总结了整个报告的相关成果及不足。2 hsupa物理层结构作为wcdma的演进技术，为了提升上行的接入能力，hsupa对主要原有的物理层结构做了一些改进，增加了新的传输信道和物理信道。本章将着眼于hsupa的物理层，首先介绍hsupa的新增物理层信道，然后介绍hsupa采用的扩频调制技术，最后介绍hsupa的物理层工作流程。2.1 hsupa的新增物理层信道引入hsupa后，新增了1个传输信道（e-dch）和5个物理信道（

10、e-dpdch、e-dpcch、e-hich、e-rgch、e-agch），如图2-1所示：图2-1 引入hsupa后空中接口的物理信道2.1.1 增强专用传输信道（e-dch）上行hsupa新增了一条上行传输信道（e-dch），与传统的传输信道dch相比，e-dch具有诸多的优势：1） r99版本中上行传输信道dch终止于rnc，数据的调度和重传功能功能都需要rlc来执行，传输时延大；而在hsupa中，由于nodeb端新增了mac-e实体，可以执行快速调度和重传功能，从而减少了传输时延，提高重传速率。 r99分组业务rlc层控制重传（ack/nack），时延大node brncueiubhs

11、upa分组业务l1层控制重传（ack/nack），时延小uu图2-2 网络中hsupa和r99的重传控制2） e-dch除支持10mstti外，还引入了2mstti，而r99tti最小为10ms，因此hsupa引入后可以减小系统时延，提高用户的服务质量及系统和终端的的吞吐率。3） e-dch信道的crc校验码长度为24bit ，而dch信道crc校验码长度可以为0, 8, 12, 16, 或24 bits。因此，e-dch信道的抗干扰性能更强。4） e-dch信道的码块分割方式为将输入码字之间分割成相同大小的码块以便于码块长度不超过5114bits；dch信道则先将传输块集串连成一个单一的数据

12、块然后再进行分割，同样dch的最大码块大小取决于它所采用的编码方式（turbo编码为5114bits，卷积编码为504bits）。5） e-dch采用1/3的turbo编码，dch可采用1/2或1/3的卷积编码以及1/3的turbo编码。6） 物理层harq功能速率匹配完成从e-dch信道到可用的物理信道比特的匹配，并形成增量冗余harq所需的不同冗余版本。7） 如果需要多个e-dpdch，则e-dch信道的物理信道分割将信道比特分配给多个e-dpdch信道。关于e-dch，这里还需要特别说明两点：u hsupa中的e-dch可以和r99中dch共存，因此，用户可以在享受dch上传统的r99语

13、音服务的同时，利用hsupa在e-dch传输上行高速数据业务。u 为了克服上行用户间的远近效应，hsupa仍然采用了上行1500hz的内环功率控制方案。e-dpdch/e-dpcch的初始功率设置取dpcch功率的一定偏置。因此，e-dch的功率控制完全依据dch的功率变化而变化。2.1.2 增强专用物理数据信道（e-dpdch）上行上行增强专用信道（e-dpdch）是一个新的物理层信道，它是上行e-dch类型的cctrch的映射，负责承载其数据信息，e-dpdch的定义和属性都与dpdch相同。为满足r99的兼容和演进，edpdch采用了复帧结构，由5个长2ms的子帧组成，总长10ms。第一

14、个子帧开始是每个e-dpdch无线帧的开始，第5个子帧的结束是e-dpdch无线帧的结束。如图2-3： 图2-3 e-dpdch帧结构e-dpdch支持的扩频因子sf=256、128、64、32、16、8、4、2，ue根据业务的需要灵活选择。表2-1为规范中定义的e-dpdch单码道的时隙格式相应的速率和比特数定义，其中最小速率为15kbps，最大速率为1.92mbit/s。表2-1 e-dpdch时隙格式 #i信道比特速率 (kbps)扩频因子每帧比特数每子帧比特数每时隙比特数0152561503010130128300602026064600120403120321200240804240

15、16240048016054808480096032069604960019206407192021920038401280e-dpdch允许多码传输，峰值速率5.76mbit/s，在2个sf=2、2个sf=4的4码道（sf2,1，sf4,1分别走i、q两路）并行传输的情况下实现。 表2-2为dpdch和e-dpdch信道的对比：表2-2 dpdch和e-dpdch信道对比表dpdche-dpdch最大sf256256最小sf42最大单信道速率960kbps1920kbps最小单信道速率15kbps15kbps快速功率控制yesyes调制方式bpskbpsk软切换20kbpsyestti(ms

16、)80，40，20，1010,2最大并行码到6sf412sf22sf4注1：dpdch实际系统不支持并码传输。2.1.3 增强专用物理控制信道（e-dpcch）上行e-dpcch是一个新的上行增强型专用物理控制信道，负责承载e-dch相关的上行控制信令信息，与e-dpdch的信道帧结构相似（如图2-3），sf=256。e-dpcch的时隙格式如表2-3所示：表2-3 hs-dpcch时隙格式 #i信道比特速率 (kbps)信道符号速率 (kbps)扩频因子每子帧比特数每时隙比特数每子帧传输时隙数0151525630103e-dpcch信道的10个信息比特包含下面3个不同的字段：l e-tfci

17、：7比特的e-dch信道传输格式组合指示，用于指示在e-dpdch信道上传输的格式。本质上，e-tfci告诉了接收机e-dpdch上编码的传输块大小信息。接收机从中可以获知有多少个并行的e-dpdch信道在传输以及它们所采用的扩频因子。l rsn：2比特的传输序列号，用于通知当前e-dpdch信道上传送的传输块的harq序列号。传输块的初始传输用rsn 0来发送，第一个用rsn 1，第二个用rsn 2，后面的所有传输都用 rsn 3。l 幸福比特（happy bit）：只有1比特。它表明是否ue可以满足当前的数据速率（或者有足够的功率可用于e-dpdch信道）或者是否它可用更高的功率分配。2.

18、1.4 e-dch harq确认指示信道（e-hich）下行e-hich是下行信令信息的专用信道（系统中小区会向接入它的每个激活用户都发送一个专门hi应答消息），承载harq相关的ack/nack应答消息。扩频因子采用固定的sf=128，没有信道编码。使用3或者12个连续的时隙发送信息，每个时隙采用40位3进制的值序列发送。 ue监测激活集中所有小区的e-hich信道。当e-dch的tti为2ms时，该信道采用连续3个时隙的方式，每2ms报一次信息；当e-dch的tti为10ms时，该信道采用连续12个时隙（8ms）上报报同样信息的方式，其后的2ms为空。如图2-4所示，给定bi,j=acss

19、,40,m(i),j，序列bi,0，bi,2，bi,39，在时隙i被传送。其中，正交签名css,40,m(i)及时隙i的索引m(i)在3gpp规范ts25.211的表16a和16b中给出，e-hich签名序列由高层给出。图2-4 e-hich/e-rgch信道结构图在实际发送harq的确认指示符时，为了节省下行发射功率，e-hich有如下规则：l 如果e-hich来自e-dch的服务小区，harq确认指示符用+1,1组成的集合，ack和nack都要发送，其中1为ack，1为nack。l 如果e-hich来自e-dch的非服务小区，harq确认指示符用+1,0组成的集合，仅发送ack确认，nac

20、k不发送。l 如果小区没有检测到e-dpdch的tti，将不进行任何操作。ue会继续重传，直到至少有一个小区接收到并发送ack信息。表2-4 ack/nack映射到e-hiche-dch接收的tti逻辑应答服务小区非服务小区tti接收正确ack11tti接收错误nack-1dtx未检测到ttidtxdtx2.1.5 e-dch 相对准予信道（e-rgch）下行e-rgch是下行物理信道，承载上行e-dch的相对控制信息。该信道sf=128，没有信道编码。一个相对控制信息使用3、12或15个连续的时隙来发送，与e-hich一起采用三进制的40位值序列，标记复用在同一条sf=128的下行信道上（也

21、就是说给每个用户的rg或hi用签名序列复用到一个128的码字上，一个码字最多可以复用40个rg或hi）,如图2-4,e-rgch的前面序列也是由高层给出。图2-5给出了40位e-hich和e-rgch信道的复用到同一个码信道的流程图：图2-5 40位e-hich/e-rgch信道复用流程图e-rgch信道分为两种，服务小区（serving cell：激活集内发ag信息的小区）下的e-rgch及非服务小区（non-serving cell：激活集内其它的小区）下的e-rgch.。l 服务小区下（激活集内发ag的小区）的e-rgch是专用信道，系统中小区会向把它当作服务小区的每个激活用户都发送一个

22、专门rg消息，携带指示ue的功率上升、保持、下降的指令信息，如up、hold、down，相对准予采用+1,0,-1的集合。这种情况下，当e-dch的tti配置为2ms时，该信道采用连续3个时隙的方式，每2ms下发一次调度指令；当e-dch的tti配置10ms时，该信道采用连续12个时隙（8ms）报同样信息的方式，其后的2ms为空。l 非服务小区（激活集内不发ag的小区）下的e-rgch（只有2/3的二进制数据被应用）是共享信道，系统中小区只需向把它当作非服务小区的所有激活用户发送一个共享的rg消息即可。根据小区的负载指示ue的功率保持或下降（不能指示上升），采用0,-1的集合，为节省基站下行功

23、率，功率保持一般采用dtx的方式。实际系统中一般都发保持消息（表示不用理会非服务小区的影响），只有在小区rot过大造成过负荷时才启用功率下降指示，以避免负荷进一步抬升。该信道采用15个连续时隙的方式，每10ms发送一次。表2-5 映射到e-rgch信道上的消息调度决定发送消息服务小区非服务小区增加ue功率up1不允许减小ue功率down-11保持ue功率holddtxdtx由上面机制可以看出：服务小区对ue的调整起主导作用，非服务小区只在其过载时才能起到抑制ue功率抬升的辅助作用。为了便于清楚理解系统对rg、hi的分配机制，下面举例说明小区分配hi和rg的策略：假设cell a下有15个用户。

24、其中5个用户把cell a当作自己的服务小区，10个用户把cell a当作自己的非服务小区。 此时，cella发送5个rg分别给把它当作服务小区的 5个用户，发送1个rg给把它当作非服务小区的 10个用户，发送15个hi给它下面的所有15个用户。总共在e-hich/e-rgch上复用511521个rg/hi。2.1.6 e-dch 绝对准予信道（e-agch）下行e-agch信道是下行公共物理信道，承载上行e-dch的绝对调度许可。其内容包括：调度ue的标识、允许ue的最大功率(从而告诉ue允许的传输最大速率)、ag对harq的进程指示等等。该信道采用30kbps的固定传输速率，sf=256。

25、图2-6为其帧结构：图2-6 e-agch信道子帧结构图e-agch划分出5bits信息表征ue的绝对准予值（ag），它以整数形式存在，范围从0到31，对应映射为e-dpdch相对于dpcch功率比的32个等级。e-agch还划分出1bits信息指示绝对准予的范围。拥有这个信息，nodeb调度器可以在一个特定harq进程“允许”或者“不允许”ue重传。需要说明的是这个信息比特只应用在2mstti的e-dch。另外，e-agch信道采用一个首选和一个次选ue-id来识别对应的ue接收机并发送一个额外比特的信息。图2-7为e-agch信道的编码流程：图2-7 e-agch信道的编码流程需要指出的是

26、：当高层配置了一个上行e-dch信道时，ue将会至少监视正在工作中的e-dch小区的一个e-agch。最后：本节所提到的新增物理信道支持2ms、10ms的tti帧格式。因此有别于hsdpa的2mstti。2.2 hsupa的扩频与调制2.3.1 e-dpdch/e-dpcch扩频调制图2-8阐述了e-dpdch和e-dpcch的扩频过程。图2-8 e-dpdch/e-dpcch的扩频调制示意图e-dpcch通过信道化码cec扩频至码片速率。第k个e-dpdch表示为e-dpdchk，通过信道化码ced，k扩频至码片速率。信道化之后，实值扩频e-dpcch和e-dpdchk将分别乘以加权因子be

27、c和bed，k。bec的值同3gpp协议ts25.214中规定的一样，由高层根据功率偏移de-dpcch告知。如ts25.213协议中所示，可将相关功率偏移de-dpcch量化成幅度比。bed值的计算基于ts25.214协议中提及的增量因子，该增益因子源于高层通知的功率偏置de-dpdch。如ts25.213协议中所示，可将相关功率偏移de-dpdch量化成幅度比。如果e-dpdchk的扩频因子为2，那么，且bed值与dpcch信号强度有关。加权之后，依照e-dpcch的iqec值和e-dpdchk的iqed,k值，实值扩频信号被映射成i支路和q支路，然后再将他们求和。e-dpcch将总是映射

28、到i支路（如iqec1）。e-dpdch的i、q支路的映射依赖于nmax-dpdch和是否ue配置了hs-dsch。详细的i、q支路映射如表2-6：表2-6 e-dpdch的i、q支路映射nmax-dpdchhs-dsche-dpdchkiqed,k0否/是e-dpdch11e-dpdch2je-dpdch31e-dpdch4j1否e-dpdch1je-dpdch211是e-dpdch11e-dpdch2j值得说明的是，对于ue传输超过2个e-dpdch的情况，ue总是同时传送e-dpdch3和e-dpdch4。2.3.2 e-dpdch/e-dpcch信道的码分配（1）e-dpcch、e-d

29、pdch信道的信道化码e-dpcch信道利用信道化码ceccch,256,1进行扩频，而e-dpdchk利用信道化码ced,k进行扩频。其中，序列ced,k依赖于nmax-dpdch，并且与相应的帧和子帧的扩频因子选择有关，具体见协议ts 25.212，信道化码的选择如表2-7所示：表2-7 e-dpdch的信道化码nmax-dpdche-dpdchk信道化码ced,k0e-dpdch1cch,sf,sf/4，若sf44cch,2,1，若sf2e-dpdch2cch,4,1，若sf4cch,2,1，若sf2e-dpdch3，e-dpdch4cch,4,11e-dpdch1cch,sf,sf/2

30、e-dpdch2cch,4,1，若sf4cch,2,1，若sf2当超过一个e-dpdch被传输时，e-dpdch1和e-dpdch2各自的信道化码总是相同的。（2）hs-dpcch的信道化码当nmax-dpdch0时，采用chscch,256,33的信道化码对hs-dpcch信道进行扩频。当nmax-dpdch0时，映射与r5版本中采用相同的规则。（3）扰码e-dpcch和e-dpdch采用相同的扰码，即ue的扰码。2.3.3 e-hich/e-rgch/e-agch信道的扩频如前面章节所述，e-hich和e-rgch复用到一个码信道上，采用同一信道化码，扩频因子为128。对于e-agch的扩

31、频因子总是256。在每个小区内，e-hich、e-rgch、e-agch信道采用相同的扰码，即其归属小区的扰码。2.3 hsupa物理层工作流程2.3.1 物理层总体工作流程图2-9 hsupa物理层工作流程示意图图2-9给出了一个hsupa的物理层工作过程的例子。主要步骤包括：1) ue根据信道质量、可用发射功率、缓冲区中待传输数据量向node b发出申请。2) node b中调度器根据系统中采用的调度算法（例如：正比公平算法等）和用户/业务的优先级对各用户排队。3) node b根据系统可分配的资源（例如rot）并结合用户申请的速率，对队列中的各个用户决定分配的速率，并通过e-agch/e

32、-rgch信道发送调度指令通知ue最大可传输的相对功率。4) ue通过e-dpdch发送数据包，并通过e-dpcch传送相应的控制信息。 同时，ue还在node b的发生功率控制指令（tpc）下，执行1500hz的快速功率控制，调整发射功率，克服无线链路的各种衰落变化及干扰，使到达node b端的信号强度保持稳定，并且各个用户信号在node b侧的接收功率相同。5) node b对在e-dpdch上的数据进行解调，并根据crc纠错结果在e-hich上发送ack/nack响应。6) ue根据收到的ack/nack决定是否重传，如果重传，则直到收到ack消息或者到达系统设定的最大重传次数为止。2.

33、3.2 e-hich信道ack/nack检测流程ue的物理层在e-hich信道上检测ack/nack，并按照如下方式发送给高层：1） 当ue没有软切换时，如果一个可靠的ack被ue物理层检测到时，将会发ack至高层，否则发nack到高层。2） 当ue进行软切换时，一个e-dch tti内可能收到激活集内来自不同小区的多个ack/nack。对于来自同一nodeb小区的多个ack/nack信息，由于其内容一致（规范规定），先对其进行软合并，提高接收可靠性；对于来自不同nodeb小区的ack/nack信息，采用ack优先的方式，即：如果ue物理层可以检测到一个可靠的ack，则发ack到高层，否则发n

34、ack到高层。2.3.3 e-rgch探测流程ue的物理层在e-rgch信道上检测相对授予rg，并按照如下方式发送给高层：1） 当ue没有软切换时，此时ue只接收服务小区的rg信息，如果ue物理层检测到一个可靠的up信息，将会发up至高层；如果ue物理层检测到一个可靠的down，将会发down至高层；否则发hold到高层。2） 当ue进行软切换时，一个e-dch tti内可能收到来自不同小区激活集的多个rg。对于来自同一nodeb小区的多个rg信息，由于其内容一致（规范规定），先对其进行软合并，提高接收可靠性；对于来自不同nodeb小区的rg信息，采用down优先的方式，即：如果ue物理层检测

35、到一个可靠的down，就发down到高层；如果ue物理层检测到未检测down，但检测一个可靠的up，则发up到高层；如果down和up都没检测到，则发hold到高层。2.3.4 物理信道间的定时关系（1）e-hich信道ts25.211规范中定义的e-hich相对于p-ccpch信道的定时关系如图2-10所示:图2-10 e-hich信道定时关系l e-dch tti 为 10 ms时，e-hich帧相对于pccpch的偏置量te-hich,n：l e-dch tti 为 2 ms时，e-hich帧相对于pccpch的偏置量te-hich,n：（2）e-rgch信道ts25.211规范中定义的

36、e-rgch相对于p-ccpch信道的定时关系如图2-11所示:图2-11 e-rgch信道定时关系a) 服务小区的e-rgchl e-dch tti 为 10 ms时，e-rgch帧相对于pccpch的偏置量te-rgch,n：l e-dch tti 为 2 ms时，e-rgch帧相对于pccpch的偏置量te-rgch,n：b) 非服务小区的e-rgche-rgch相对于p-ccpch信道的定时关系为te-rgch = 5120 chips（3）e-agch信道ts25.211规范中定义的e-agch相对于p-ccpch信道的定时关系为te-agch = 5120 chips，如图2-12

37、所示:图2-12 e-agich信道定时关系（4）e-dpdch/e-dpcch信道同一ue发送的e-dpdch和所有e-dpcch信道的发送时序于上行dpdch信道帧的时序相同。3 hsupa l2/l3层技术3.1 系统协议结构为支持增强型上行dch，协议对现有r99空口协议上的节点做了如下一些改进：1）ue：在ue侧mac-d下新增了一个mac实体（mac-es/mac-e），该实体主要负责处理harq重传、调度和mac-e复用、e-dch tfc选择。2）node b：在node b新增了一个mac实体（mac-e），用于处理harq重传、调度和mac-e解复用。3）s-rnc：在sr

38、nc新增mac实体（mac-es），主要用于提供按序递送（即重排序），并处理软切换情况下来自不同node b的数据合并。图3-1 系统协议栈结构3.2 mac层协议结构3.2.1 ue侧mac结构（1） 总体结构变化图3-2给出了 ue侧mac层实体的总体结构：.图3-2 ue侧mac结构其中：l mac-c/sh/m：控制除hs-dsch传输信道以外的所有公共传输信道的接入。l mac-d：控制到所有专用传输信道到mac-c/sh/m和mac-hs实体的接入。l mac-hs：控制hs-dsch传输信道的接入。l mac-es/mac-e：控制e-dch传输信道的接入。由图3-2可以看出，引

39、入hsupa后ue侧新增了mac-es/mac-e实体，从mac-d到mac-es/mac-e之间建立了新的连接（如图3-3），同时mac-es/mac-e和mac控制sap之间也增加了一个新的连接。图3-3 ue侧mac-d细节描述（2） mac-es/mac-e细节描述 图3-4 ue 侧的mac层结构/mac-es/e细节描述如图3-4所示，在ue侧，mac-es和mac-e之间没有详细的划分，mac-es/mac-e包含如下一些实体：l harq。harq实体负责处理与harq协议相关的mac层功能，负责存储mac-e净荷，然后将其进行重传。harq协议的细节配置是由mac控制的sap

40、之上的rrc提供的。harq实体提供l1层需要使用的e-tfc、重传序列数（rsn）及功率偏移。harq传输的冗余版本机制（rv）由l1层的rsn和cfn给出，在2mstti的实例中，由子帧序列号给出。rrc信令也可以配置harq实体。l 复用和tsn设置。该实体负责将多个mac-d pdu连接到mac-es pdu，并将一个或多个mac-es pdu复用到单个mac-e pdu，以便按照e-tfc选择功能在下一个tti传输。对于每个mac-es pdu，它负责管理和设置每个逻辑信道的tsn。l e-tfc。该实体按照通过l1层从utran侧接收到的调度信息（相对授权和绝对授权）对e-tfc进

41、行选择，同时对映射到e-dch上的不同流进行调度。e-tfc实体的细节配置是由mac层控制的sap之上的rrc提供的，e-tfc选择功能控制复用功能。3.2.2 utran侧mac结构（1） 总体结构变化图3-5给出了 utran侧mac层实体的总体结构：.图3-5 utran侧mac结构由图3-5可以看出：l 与ue侧类似，但不同的是，对于每个ue都有一个mac-d，每个关联于特定小区的ue（mac-d）都可被关联在对应小区的mac-c/sh/m。l 当mac-d位于服务rnc时，mac-c/sh/m位于控制rnc。mac-hs位于node b。系统配置mac-c/sh/m时，mac-d p

42、dus 通过iub口从mac-c/sh/m传送到mac-hs；当系统没有配置mac-c/sh/m时，mac-d pdus 通过iur/iub口从mac-d传送到mac-hs。 l utran侧新增了一个mac-es实体和一个mac-e实体，从mac-d到mac-es之间建立了新的连接（如图3-6）。对于每个使用e-dch的ue来说，每个nodeb配置一个mac-e实体，srnc配置一个mac-es实体。mac-e位于nodeb，控制e-dch的接入并且与srnc的mac-es相连。mac-es进一步与mac-d相连。建立每个e-dch mac-d流都要有一个传输承载。l mac控制sap被用于

43、传输控制信息给归属于同一ue的每个mac实体。图3-6 utran侧mac-d细节描述（2） mac-es细节描述图3-7 utran侧mac-es细节描述对于每个ue，srnc中有一个mac-es实体，mac-es子层处理e-dch特定功能，它在nodeb中的mac-e实体中是透明的。如图3-7所示，mac-es包括如下实体：l 重排序队列分布。该功能按照srnc配置将mac-es pdu发送到正确的重排序缓存器中。l 重排序。该功能依据收到的tsn和nodeb标签（如cfn，子帧数）将收到的mac-es pdu进行重排序。具有连续tsn的mac-es pdu发送到分解功能。对于重排序mac

44、-es pdu机制仍然保留原来的执行方式。重排序实体的数量由srnc控制，每个逻辑信道有一个重排序队列。l 宏分集选择。在具有多个nodeb的软切换中，该功能在mac-es中执行。一个nodeb的所有小区的软合并在nodeb中执行，这意味着重排序功能从e-dch激活集中的每个nodeb接收mac-es pdu。而下面的模型中所示的是，一个重排序队列分布实体接收所有nodeb的mac-d流以及每个ue的mac-es实体。l 分解。分解功能负责mac-es pdu的分解。当mac-es pdu被分解时，就会消除mac-es头部信息，mac-d pdu被分解出并发送至mac-d。（3） mac-e细

45、节描述图3-8 utran侧mac-e细节描述对于每个ue来讲，在nodeb中都有一个mac-e实体和一个e-dch调度器。mac-e和e-dch调度器处理nodeb中hsupa的特定功能。在下面的模型中，mac-e和e-dch调度器由如下几部分组成：l e-dch调度。该实体负责管理ue之间e-dch小区资源、调度授权的决定以及发送基于调度的请求。l e-dch控制。e-dch控制实体负责调度请求的接收和调度授权的发送。l 解复用。这个实体提供mac-es pdu的解复用功能。l harq。一个harq实体能够支持多个saw harq协议。每个进程负责产生ack和nack来指示e-dch传输

46、的发送状态，harq实体负责处理harq协议所需的所有任务。3.3 无线资源管理结构由于前面两节所述的系统协议结构和mac协议结构的变化，使得引入hsupa后系统的rrm结构产生了变化，并且无线接入网的各个网元也增加了许多新的功能。具体如图3-93-11所示：功率控制node b漂移rncueiubuuiuriu服务rnc核心网l 准入控制l 初始功率和sir设置l 无线资源预留l 公共信道调度l dl码分配和码树处理l 负载及过载控制l qos参数映射l 专用信道调度l 切换控制l 外环功率控制图3-9 r99无线资源管理结构l 快速功率控制（支持hsupa）l 调度l 动态资源分配l qo

47、s设置l 负载和过载控制node b漂移rncueiubuuiuriu服务rnc核心网l 准入控制l 初始功率和sir设置（只适用于hsupa）l hspa无线资源预留l dl码分配和码树处理l 负载及过载控制（全面）l qos参数映射l 切换控制l 外环功率控制（hsupa）图3-10 hspa无线资源管理结构（r6版本）node brncuel hsupa无线资源管理和移动性管理l hsdpa iub 容量分配l 更大的上行数据量l 分组包重排序l 具有软数值缓存的arq处理l 反馈解码l 抗干扰/基带/iub容量的上行调查l arq处理l tx功率和缓存状态反馈的产生和发送l 多码传输l

48、 上行调度图3-11 与hsupa有关的各种网元新增功能4 hsupa关键技术分析为提高上行链路数据传输速率、增加覆盖范围，同时减少时延，hsupa借鉴了hsdpa系统中采用的各种技术，并结合上行链路的特点，主要采用了l1(fast)harq、快速调度、短帧长、新的扩频因子等关键技术，并在上行链路中保存了软切换技术。下面本章就来详细分析hsupa所采用的这些关键技术的特点和应用效果。4.1 物理层快速混合重传l1(fast) harq4.1.1 技术概述在hsupa中，上行链路采用了与hsdpa相似的快速物理层数据包混合重传机制（harq）。这种机制具有以下几个特点：1） 数据包的重传直接在u

49、e和基站间进行，基站收到移动终端发送的数据包后，直接判断接收是否正确并通过空中接口直接向ue发ack/nack信令。如果基站接收错误，ue收到nack信令，则其直接进行重传。整个流程不再需要rnc参与，由于绕开了iub接口的rlc层传输，10mstti下，重传时延缩短为40ms，2ms的tti下，重传时延缩短为16ms，大大低于r99/r4无线侧100ms的重传时延。 r99分组业务rlc层控制重传（ack/nack），时延大node brncueiubhsupa分组业务l1层控制重传（ack/nack），时延小uu图4-1 hsupa与r99的重传控制对比2） 在接收解码失败时，不同于r99

50、的丢弃错误数据，而是把这些数据保存下来，并要求发送方重传数据，然后接收方将重传的数据和先前接收到的数据在解码之前进行合并，这样可以充分利用以前传输的比特信息，获得解码的增益，提高了正确解码的效率（如图4-2）。对于hsupa的harq，同样有软合并(chase combing)和增量冗余(incremental redundancy)两种可选方式。p1,1p1,1nackp1,2p1,2ackp2,1p2,1p3,1ackp1,1+transmitterreceiver 图4-2 hsupa的harq流程示意图上述的两个特点决定应用物理层快速harq可以大大提高重传的效率和解码的性能。不过由于

51、harq对时延非常敏感，因此它主要在背景类、交互类和流媒体类非实时业务上作用比较大；对于实时的会话类业务，由于其基本摒弃重传，因此harq也就不再适用。4.1.2 harq的性能仿真分析（1）3gpp仿真用例在3gpp ts25.896中给出了harq链路仿真的性能，其中包括使用和不使用chase合并的两种情况，传输速率分别为144kbps和480kbps，turbo编码速率为1/3，采用r99中的速率匹配技术，环境分别为3km/h和30km/h的itu步行a信道模型。u 仿真条件仿真参数如表4-1：表4-1 仿真参数取定码片速率3.840 mcps载波频率2 ghz传播信道步行 a 3km/

52、h, 30km/h信道估计dpcch 6比特 pilot内环功控开启外环功控关闭功控步长1db功控延迟和差错率1 slot， 4%接收机rake 天线配置2 天线空间分集信道采样1 采样/码片turbo 编码信息r=1/3, k=4, 8此迭代译码器 : max log map信息比特速率144kbps / 480kbpssf8 (144kbps) / 4 (480kbps)调制方式双bpske-dch tti10mshybrid arqchase combining(cc) / no combining(nc)最大传输次数3ack/nack信令多往无差错速率匹配rel99速率匹配增益因子错误

53、！不能通过编辑域代码创建对象。=5, 错误！不能通过编辑域代码创建对象。=15小区配置单个全向小区，单独用户u 仿真结果及分析图4-34-9给出了本次仿真的结果： 图4-3 3km/h步行a信道小区吞吐量（有功控） 图4-4 30km/h步行a信道小区吞吐量（有功控） 图4-5 3km/h步行a信道平均重传次数比较 图4-6 30km/h步行a信道平均重传次数比较 图4-7 第1次传输bler17%时的时延分布 图4-8 第1次传输bler 49%时的时延分布图4-9 误块率与ec/no的关系（步行a，3km/h,传输速率480kbps）仿真结果分析：l 由图4-3、4-4可以看出：当ue信道

54、质量比较差的时候（可能功率受限时），采用harq的chase合并比起不采用chase合并可以明显提升小区吞吐量；当然在ue信道质量很好的时候，由于不需要重传，其效果就不再明显了。l 由图4-5、4-6可以看出：采用harq的chase合并比起不采用chase合并可以有效提升重传效率并明显降低平均传输次数。l 由图4-74-9的时延分布图可以看出：即使第一次传输bler=49%，采用chase合并仍能将传输次数降低到两次；在时延分布中，第一次的bler越大，chase合并的增益就越明显。（2）文献仿真用例 文献【3】给出了关于hsupa采用harq的一个仿真用例，u 仿真条件表4-2 仿真条件参数参数itu 宏蜂窝路径损耗l（db）与距离d（km）的关系，基站天线高度为15米，载波频段为2ghzl(db)=128.1+37.6log10d接收到其它小区与本小区的干扰比i65不同bler取值情况下的eb/no取值va_3va_50blertarget202.83.4blertarget103.23.9blertarget13.95.3不同bler取值情况下的仿真用户