（通信与信息系统专业论文）hsupa系统上行功率控制算法的研究.pdf

摘要 h s u p a 技术是w c d m a 系统为了提高上行链路数据传输速率和系统容量而引 入的，是继h s d p a 技术后w c d m a 标准的又一次重要演进。h s u p a 技术的引进 将极大地提高了上行传输速率，进一步改善网络性能。而功率控制技术是保证 w c d m a 系统由理论走向实用之路的必要保证，如何有效的进行功率控制，在保 证用户要求的q o s 前提下，最大程度降低发射功率，减少系统干扰从而增加系统 容量和提高上行传输速率，是w c d m a 技术中的关键。 本文主要研究w c d m a 系统h s u p a 物理层的相关技术，对h s u p a 引入的几 种关键技术和专用的无线信道进行了介绍。重点研究了基于s i r 估计的功率控制 算法和上行的开环功率技术。对原m o r p h i c ss i r 估计算法的不足进行了分析，并 提出了一种新的改进s i r 估计算法，对两种算法进行了仿真，对比其s i r 估计的 精确度，可以得出该改进的s i r 估计算法更加准确。另一方面，针对h s u p a 中引 入的新的上行专用物理传输信道，按照3 g p p 协议的规定，对上行专用信道进行了 功率偏移因子的配置，在实际系统中进行了测试，并得到了较高的上传速率，提 供了一种有效的上行开环功率控制的方法。 关键词：h s u p ar a k e 接收功率控制s i r 估计功率偏移 a b s t r a c t h s u p ai san e wk i n do fr a d i oa c c e s st e c h n o l o g yi nw c d m a s y s t e mf o ri m p r o v i n g t h eu p l i n kb i tr a t ea n ds y s t e mc a p a c i t y i ti sa n o t h e ri m p o r t a n td e v e l o p m e n to fw c d m a s t a n d a r d , f o l l o w i n gt h eh s d p a t h ei n t r o d u c t i o no fh s u p at e c h n o l o g yw i l lg r e a t l y e n h a n c et h eu p l i n kt r a n s m i s s i o nr a t ea n di m p r o v et h en e t w o r kp e r f o r m a n c e t h ep o w e r c o n t r o li sag u a r a n t e ef o rt h ew c d m as y s t e mf r o mt h e o r yt op r a c t i c e u n d e rt h e p r e m i s eo fa s s u r i n gt h eq o s o fu s e r s ，h o wt oc o n d u c tp o w e rc o n t r o le f f e c t i v e l y , r e d u c e s y s t e mi n t e r f e r e n c et h e r e b yi n c r e a s i n gt h es y s t e mc a p a c i t ya n di m p r o v et h eu p l i n k t r a n s f e rr a t e ，i st h ek e yt ow c d m a t e c h n o l o g y t h em a i nr e s e a r c ho ft h i sp a p e ri si n t e r r e l a t e dt e c h n o l o g yo fp h y s i c a ll a y e ri n h s u p a i ti n t r o d u c e st h ek e yt e c h n o l o g ya n ds o m en e w l yd e d i c a t e dp h y s i c a lf i r s t l y f o l l o w i n gi tm a i n l yr e s e a r c h e st h ep o w e rc o n t r o la l g o r i t h mb a s e ds i re s t i m a t i o na n d u p l i n ko u t e r - l o o pp o w e rc o n t r o la l g o r i t h m a c c o r d i n gt oa n a l y z i n gd i s a d v a n t a g eo f o r i g i n a la l g o r i t h m ，p r e s e n tan e wa l g o r i t h m , a n dc o m p a r e st h et w os i re s t i m a t i o n a r i t h m e t i c so nt h el i n kp e r f o r m a n c eb ys i m u l a t i o n b a s e do nt h er e s u l to ft h es i m u l a t i o n , i tc a nb e e ns e e nt h a tt h ei m p r o v e ds i re s t i m a t i o na r i t h m e t i ci sm u c hb e t t e rt h a nt h e o r i g i n a l o nt h eo t h e rh a n d , f o rt h ei n t r o d u c t i o no ft h en e wh s u p au p l i n kd e d i c a t e d p h y s i c a lt r a n s m i s s i o nc h a n n e l ，i na c c o r d a n c e 谢t l l3 g p pp r o t o c o lp r o v i s i o n so ft h e a g r e e m e n t , w ec o n f i g u r et h ep o w e ro f f s e tf a c t o ro fe - d c ha n dt e s ti nt h ep r a c t i c a l s y s t e m a tl a s tw eg o tar e a s o n a b l et e s t e dp r e s e n ta n dr e c e i v e dah i g h e ru p l o a ds p e e d , p r o v i d e da ne f f i c i e n tu p l i n ko p e nl o o pp o w e rc o n t r o lm e t h o d k e y w o r d ：h s u p a r a k er e c e i v ep o w e rc o n t r o ls i re s t i m a t i o n p o w e r0 f r s e t 学位论文创新声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导 师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注 和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。t 也不包含为获得西安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做了明确的说明 并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名：礁乞 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生 在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留 送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容， 可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后结合 学位论文研究课题再攥写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密，在一年解密后适用本授权书。 本人签名：至丝丝日期趔q 。厶 丝 导师签名： 第一章绪论 第一章绪论 h s u p a 作为w c d m a 网络继h s d p a 之后的下一步演进方案，是一种理论上 行峰值速率能达到5 7 6 m b p s 的高速上行数据传输技术，其目标是进步改善用户 业务感受和提升网络性能，为新兴数据业务提供更高的上行数据速率和更低的时 延。 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1 1 1 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，主要应用于包括无线游戏、交互类型业务、基于流媒体的视 频业务等。 从整个行业的发展情况看，在全球全m 网络a i p n ( a l li pn e t w o r k ) 的发 展趋势下，伴随着视频监控、移动v o i p 的升温，多媒体业务的广泛应用，业界对 上行高速数据技术的需求也逐步迫切，h s u p a 作为w c d m a 阵营的平滑演迸策 略，势必成为他们的必选方案，特别是已经引入h s d p a 的运营商，引入h s u p a 只是简单的软件升级，不需要规模性的改造。因此h s u p a 的引入势在必行。目前， h s u p a 正在迎来商用网络部署的高峰。 如何有效的利用有限的上行无线资源实现系统性能的最优化是h s u p a 系统需 要解决的核心问题。 1 2w c d m a 无线技术的演进 w c d m a 标准是由3 g p p 组织制定的，3 g p p 标准版本分为r 9 9 、r 4 、r 5 、r 6 、 r 7 等阶段来实现。r 9 9 引入了全新的无线接入网u t r a n ( u i l i v e r s a lt 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 ，通用地面无线接入网) ，无线接口基 于w c d m a ，信号带宽为5 m h z ，码片速率为3 8 4 m c h i p s ，每小区下行业务带宽 支持2 m b p s 左右；r 4 版本在无线接入方面没有大的改变；r 5 版本引入了h s d p a ( h i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e t a c c e s s ，高速下行链路分组接入) 技术，采用1 6 q a m 调制方式，较大提高了频谱利用效率，使小区下行峰值速率能达到1 3 9 m b p s 水平， 其物理层峰值速率达1 4 4 m b p s ；r 6 版本则引入了增强型上行链路技术，又可称为 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 ，高速上行链路分组接入) 技术，使小区 h s u p a 系统上行功率控制算法的研究 上行峰值速率能达到5 7 6 m b p s 水平；在r 7 中引入了m i m o 技术，可以在同一个 频带上通过多个发射和接收天线分别同时发送和接收信号，从而成倍提高系统容 量和频谱利用效率，适应了未来移动通信系统中高速率业务的需求。在l t e 研究 项目引入了o f d m ( o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ，正交频分复用) 技术，其特点是子载波具有正交性，允许子信道的频谱相互重叠，从而最大限度 利用频谱资源，使小区下行峰值速率能达到1 0 0 m b p s ( 注意：1 0 0 m b p s 使用的是 2 0 m h z 带宽) ，上行能达到5 0 m b p s ，将成为3 g 演进型系统( 如b e y o n d3 g 、3 9 g 、 e 3 g ) 的核心技术基础。另外未来可能会将m i m o 技术与o f d m 技术联合起来使 用，目前已经有实验系统测试结果表明：具有两个发射天线和两个接收天线的 m 订o o f d m 系统能够在2 0 m h z 频谱带宽内提供几十到一百兆的数据传输速率。 基于以上分析，可以清晰看出w c d m a 无线接入网的演迸路线，如图1 1 所 示。总的演进方向是通过引入各种技术来最大限度地提高频谱利用效率，从而满 足高速数据传输的需求【3 。 3 5 g3 9 g 4 g 图1 1 无线接入网演进路线 1 3w c d m a 技术概述 w c d m a 是第三代移动通信三大主流标准之一，其规范在3 g p p 中制定， w c d m a 技术分两种不同制式的空中接口技术：w c d m a f d d 和w c d m a - - t d d ，前者采用频分双工方式而后者采用时分双工方式。其中w c e i m a f d d 是 被全世界最广泛采用的3 g 标准，本文所研究的课题是围绕w c d m a f d d 技术 展开的。本文后续部分采用w c d m a 术语均表示w c d m a - - f d d 。 w c d m a 的主要技术特点如下【l j ： ( 1 ) 信号带宽为5 m h z ，码片速率为3 8 4 m c h i p s ； ( 2 ) w c d m a 是一个宽带直接序列扩频码分多址( d s c d m a ) 系统，采用了可 第一章绪论 变扩频因子和多码道传输； ( 3 ) 支持同步和异步的基站运营模式，不需要使用同一个全局时间参考量； ( 4 ) 采用a m r ( a d a p t i v em u l t i r a t e ) 的语音编码方式； ( 5 ) 采用上下行闭环加外环功率控制： ( 6 ) 上行采用b p s k ，下行采用q p s k 的调制方式： ( 7 ) 支持软切换和硬切换两种切换方式。 w c d m a 系统采用了与第二代移动通信系统类似的结构，包括无线接入网络 ( r a d i oa c c e s sn e t w o r k ，r a n ) 和核心网络( c o r en e t w o r k ，c n ) 。其中无线接入 网络处理所有与无线有关的功能，而c n 处理u m t s 系统内所有的话音呼叫和数 据连接，并实现与外部网络的交换和路由功能。c n 从逻辑上分为电路交换域 ( c i r c u i ts w i t c h e dd o m a i n , c s ) 和分组交换域( p a c k e ts w i t c h e dd o m a i n , p s ) 。 因为本文主要是研究u m t s 网络无线接入网部分，因此图1 2 为u t r a n ( u m t st e r r e s t r i a lr a d i o a c c e s s n e t w o r k ) 网络结构。u t r a n 通过i u 接口与核心 ( c n ) 相连，u t r a n 包含一个或多个无线网络子系统( r n s ) ，每个r n s 都是 u t r a n 内的一个子网，它包含一个无线网络控制器( 1 矾c ) ，一个或者多个基站 ( n o d eb ) 。r n c 通过i u r 接口彼此互连，r n c 与n o d eb 之间通过i u b 接口相连。 移动终端( u e ) 与u t r a n 之间通过空中接口u u 口相连。 c o t en d 哪咄 - l i u一，i u r 懈l 讣塔 i r a n ：l u t r n c i r n c 旷少 剀剀恻剀 图1 2u t r a n 结构 r n c 是负责控制u t r a n 资源的网元，它负责无线资源控制协议处理( r r c 层) 、用户数据的每层协议栈的处理( p d c p 层、r l c 层、m a c 层协议栈) 以及 r a n a p r a s a p i u b 口的消息进程的处理。r r c 层用于控制u e 和u t r a n 之间的 消息进程、资源控制和移动性管理等。n o d eb 主要功能进行空口物理层的处理， 如c r c 校验、信道编解码、速率匹配、交织解交织、分段、扩频解扩、加扰去扰 等，另外对于专用信道由n o d eb 来执行内环功控，负责空口下行数据的发送和上 行数据的接收等功能。 4 h s u p a 系统上行功率控制算法的研究 1 4h s u p a 技术概述 h s u p a 技术是w c d m a 系统r 6 协议中引入的无线增强技术。我们都知道 w c d m a1 1 5 中的h s d p a 是下行链路方向( 从无线接入网络到移动终端的方向) 针对分组业务的优化和演进，主要目标是提高用户峰值数据速率、小区吞吐量、 服务质量，改善下行分组数据业务的频谱效率。但是，在r 5 中由于上行( 手机到 基站方向) 数据传输能力没有提升，上行方向上的容量和服务质量仍然存在限制， 导致w c d m a 网络难以开展许多新兴基于i p 分组网提供的高速多媒体业务。 h s u p a 技术就是为了突破这些限制而引入的。与h s d p a 类似，h s u p a 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。 h s u p a 是继h s d p a 后，w c d m a 标准的又一次重要演进。h s u p a 的标准化工作 于2 0 0 5 年完成，具体体现在3 g p pw c d m ar 6 的规范中。利用h s u p a 技术，上 行用户的峰值传输速率可以提高2 5 倍，h s u p a 还可以使小区上行的吞吐量比r 9 9 的w c d m a 多出2 队5 0 。 基于演进的考虑，h s u p a 设计遵循的准则之一是尽可能的兼容r 9 9 版本中定 义的功能实体与逻辑层间的功能划分。在保持r 9 9 版本结构的同时，引入了新的 e d c h ，在u e 侧增加了新的m a c 实体m a c - e e s ，n o d eb 端增加了m a c e 实 体，在服务无线控制器( s r n c ) 中增加了m a c - e s ，分别负责处理h a r q 信令、 复用( u e 端) 、解复用( n o d eb 端) 、e t f c i 选择、e d c h 信道控制、接收数据 包的重新排序、软切换状态下的多个n o d eb 数据包的合并以及相关的调度信令等 功能。因为h s u p a 技术是与上行接收有关，所以下面将介绍u e 物理层协议的变 化。 1 4 1e d c h 协议结构 在h s u p a 技术中新增了一条上行专用传输信道( e d c h ) ，专门用于发送 h s u p a 上行数据。因此下面要介绍的e d c h 协议结构即h s u p a 的协议结构。在 u e 的m a c d 层下面增加了一个新m a c 实体( m a c - e s m a c - e ) 。u e 中的m a c e s m a c - e 处理h a r q 重传、调度、m a c - e 复用。n o d eb 中加入了一个新的m a c 实体( m a c e ) 用来处理h a r q 重传、调度、m a c e 复用。一个新的m a c 实体 ( m a c - e s ) 加入到s r n c 中，用来重新排序和处理处于软交换中的来自不同n o d e b 的数据组合。这些对现有节点的改进对支持e d c h 是有益的。改进后最终的协 议结构如图1 3 所示。 第一章绪论 1 4 2 基本的物理层模型 图1 , 3 e - d c h 协议结构 h s u p a 技术的引进使得u e 端得上行和下行物理层模型都发生了改变。u e 的 上行指的是u e 到n o d eb 方向，其物理层模型如图1 4 所示。图中左侧的为传统 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 的控制信息直接映射到另外的物理信道发射。 叫墨删q 圆- e 西皿珏田瞌霜啊 圈l4l i e 上行物理层模型 每个l i 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 。 e - d c h 支持2 m st 1 1 和 0 m s l l l ，1 0 m s t t 对所有u e 都是强制要求，而2 m s t l l 对u e 是可选择的。新增的e - d p d c h 是上行专用物理数据信道，用于发送数据业 务。e - d p c c h 是上行专用物理控制信道，用于专门发送控制信息。 l i e 的下行指的是由n o d e b 到u e 方向。其物理层模型如图1 5 所示。图中左 侧是传统的d c h ，中间是h s u p a 的e - d c h ，右侧的是h s d p a 。本图中c e l ll 是 h s - d s c h 的s m | i n g e e l ! ，d p c h 活动集包含小区dj ，一血；e - d c h 的活动集可以 是d c h 活动集的子集，也可以跟它相同。e - d c h 活动集由s r n c 确定。属于相 一闰一 犀恩|=胃。 h s u p a 系统上行功率控制算法的研究 同r l s ( 相同的m a c e 实体，也就是相同的n o d eb ) 的e - h i c h 应当有相同的内 容和调制。e d c h 从物理信道接收的数据解调出a c k n a c k ( 确认是否f 确接 收) ，a b s o l v e g r a n t ( a g ，绝对授权) 和r e l 乱i v e g r a n t ( r g ，相对授权) 信息。 e d c h 的a c k n a c k 信号是由e d c h 活动集的每一个小区在一个叫做e h i c h 的物理通道上发送的，a g 信令只被一个小区在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 上发送。 篇瓣黼 挈k 掣 r 百i 1 i ( i nm m lm l 口h m m n t 目l 峨 唧村ffffff f 十丌唰一 d j - dl - 目 一( ui n l i r a b i b l i b - t j 溺i 商( d l q 图i5 u e 下行物理层模型 5 论文研究的主要内容和章节安排 本文基于w c d m a 系统，研究了h s u p a 上行功率控制算法的相关技术，首 先对s i r 估计的算法进行了研究。另外针对h s u p a 技术中新引入的e d c h 信道， 本文通过对上行专用信道功率偏移因子进行了配置，提出了一种实际应用的上行 的开环功率控制的方法。全文共分五章，分别介绍如下： 第一章主要介绍w c d m a 技术的演进。并对h s u p a 技术相对与以前版本的 改进行了描述。堆后说明了论文的研究内容和组织结构。 第二章叙述了h s u p a 技术中采用的几种关键技术，主要是n o d e b 控制的上行 调度，混合自动请求重传技术和更短的传输时间间隔。 第三章对w c d m ar 9 9 的上行物理信道模型及物理信道帧结构也进行了概 述，同时对h s u p a 中新增的物理信道进行了描述。 第四章主要是对h s u p a 的上行解调算法进行描述。先对无线信道环境进行了 一甲面 ? 稳 王僻 第一章绪论 7 简要介绍，接着对w c d m a 上行的r a k e 接收机原理进行了描述。然后对多经搜 索、信道估计、分集合并等技术进行了介绍。接下来针对h s u p a 新增的专用物理 信道，对e d c h 的r a k e 接收和解调进行了研究。 第五章对h s u p a 上行的功率控制进行了研究。首先对m o r p h i c ss i r 估计算法 进行了描述，然后针对m o r p h i c s 的缺点，对该算法进行了改进。并对两种算法进 行了仿真和比较。然后对h s u p a 的上行开环功率控制进行了介绍，对e ，d p c c h 和e d p d c h 的功率偏移因子配置进行了具体的描述。并且对协议中2 m st a b l e1 的开环功率参数配置进行具体的描述，而且在模拟环境下进行了测试。 最后对全文进行了总结，并对接下来的研究工作提出了进一步的要求。 蔓三至坚! 坠些羞矍茎垄! 第二章h s u p a 的关键技术 在上一章已经提到h s u p a 的三种关键技术，本章将详细的介绍这三种关键技 术【l q ：物理层混合重传、基于n o d eb 的快速调度及2 m st t i 短帧传输。同时在 h s u p a 中还新增了一条专用信道e d c h 以支持h s u 队的传输并且e - d c h 和 r 9 9 中d c h 可以共存，因此用户可以享受在d c h 上传统的r 9 9 语音服务的同时， 还可以利用h s u 队在e - d c h 进行突发的数据传输。通过采用n o d e b 控制的调度、 结合软合并的h a r o 、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用 户数据，以提高小区覆盖、吞吐量和减少时延，从而获得系统性能的提高。下面 对这几项技术做详细的介绍。 2 1 基于n o d e b 的快速调度 n o d eb 的快速调度室h s u p a 的一项关键技术。在w c d m ar 9 9 版本中。调 度器位于i 州c 中，由r n c 中的调度器集中并行调度各个小区中的u e 。因为r n c 和u e 之间要通过r r c 层信令，印网络层信令来控制，因此会带来比较大的时延 很难根据u e 的实时需要快速反映重配u e 的数据速率。 与r 9 9 将分组调度器放置在r n c 侧不同，h s l m 将调度器放在n o d eb 侧。 r 9 9 与h s u p a 调度的区别如图2 l 所示。 圈2 lr 9 9 与h s u p a 调度的区别 基于n o d eb 的快速调度的核心思想是由基站来控制移动终端的传输数据速率 和传输时间。基站根据小区的负载情况，用户的信道质量和所需传输的数据状况 磋_川罾 一卜_l-_ 1 0h s u p a 系统上行功率控制算法的研究 来决定移动终端当前可用的最高传输速率。当移动终端希望用更高的数据速率发 送时，移动终端向基站发送请求信号，基站根据小区的负载情况和调度策略决定 是否同意移动终端请求。如果基站同意移动终端的请求，基站将发送信令提高移 动终端的最高可用传输速率。当移动终端一段时间内没有数据发送时，基站将自 动降低移动终端的最高可用传输速率。由于这些调度信令是在基站和移动终端间 直接传输的，所以基于n o d eb 的快速调度机制可以使基站灵活快速地控制小区内 各移动终端的传输速率，使无线网络资源更有效地服务于访问突发性数据的用户， 从而达到增加小区吞吐量的效果。 在h s u p a 系统中，基于n o d eb 的快速调度的工作流程是：n o d eb 调度器根 据小区内各个u e 的业务q o s 需求、非调度的传输业务需求、小区的上行干扰程 度以及n o d eb 自身的处理负荷，向u e 发送功率比率调度a g 命令和功率调整的 r g 命令：u e 根据调度命令计算选择合适的e t f c i 发送上行e d c h 数据，在a g 的范围内发射上行业务速率和功率，并根据r g 进行速率和功率的上下调整；n o d e b 根据上行控制信道参数合并e d c h 数据，向u e 发送a c k n a c k 重传控制信 令，并对上行r o t 进行测量，发送a g r g 调度命令，同时向r n c 发送h a r q 重传情况。 上面提到的a g 和r g 是两种调度许可，绝对许可a g 提供了u e 可以使用的 最大上行资源数量的绝对极限；绝对许可仅仅被服务e - d c h 小区传递( 不是服务 i 也s ) ，可以对一个u e 、一组u e 或者所有u e 生效；相对许可r g 是指与以前使 用的值相比提高或降低资源极限；相对许可由服务n o d eb 和非服务n o d eb 发送， 作为绝对许可的补充。 u e 对所有相对许可的处理完全相同，无论他们是对一个u e 、一组u e 或所有 u e ，来自服务e d c hr l s 的相对许可有三个取值可选：“u p ? h o l d , “d o w n ”； 来自非服务e d c hr l s 的相对许可有两个取值可选：“h o l d 或“d o w n 。 “h o l d 命令作为d t x 发送。“d o w n 命令与一个“o v e r l o a di n d i c a t o r ( 过 载指示符) 对应。 与h s d p a 不同的是，在h s u p a 中n o d eb 通过发送一个资源指示向l i e 表明 其可以使用的最大上行资源数量，但最终的传输速率由u e 根据具体情况确定( 最 终传输速率必须小于或等于n o d eb 指示的速率) 。而h s d p a 的调度速率由n o d eb 决定。 2 2 混合自动重传请求 物理层混合自动重传是在h s u p a 中定义了一种物理层的数据包重传机制，数 据包的重传在移动终端和基站间直接进行，基站收到移动终端发送的数据包后会 蔓三至! ! ! 坠盟羞垦蔓莶! ! 通过空中接口向移动终端发送a c k n a c k 信令，如果接收到的数据包正确则发送 a c k 信号，如果接收到的数据包错误就发送n a c k 信号，移动终端通过 a c k n a c k 的指示，可以迅速重新发送传输错误的数据包。当采用1 0 m s1 1 1 时， h a r q 进程个数为4 个当采用2 m s1 1 1 时，h a r q 进程个数为8 个。由于绕开 了l u b 接口传输，在1 0 m s t t i 下，重传延时缩短为4 0 m s ，在2 m s t l l 下，重传时 延为1 6 m s 。 幽于h a r q 在物理屡实现与在r l c 层实现的传统a r q 相比他能及时的检 测到物理信道上的变化，所以可以在信道由差变好的时候充分的利用信道，减小 r l c 层的重发和降低分组包的发送时延和回环时延，有效地增加无线链路的数据 吞吐量。物理层和r l c 层的重传机制对比如图22 所示。 凹2 2 r 9 9 和h s u p a 重传机制对比 在h s u p a 的物理层混合重传机制中，还使用到了c c ( c h a s ec o m b i n g ，跟 踪合并) 和i r ( 1 n c r e m e n l a lr e d u n d a n c y ，增量冗余技术) 两种方式，提高了重传 数据包的传输正确率。c c 方式重传的信息和第一次发送的内容完全一样，这样 u e 在解码前，先把重传的信息进行最大比合并后，再进行解码，提高解码增益。 i r 方式的重传支持两种类型，一种是重传时发送和前次发送完全不一样的冗余信 息，该信息只有和第一次发送的信息合并后才可以解码；另外一种是重传时发送 和前次完全不一样的冗余信息，但该信息是可以自解码的。在每次h a r q 重传时， 通过给定增量冗余方式，提高译码前向纠错的能力。 从算法复杂度来看，c c 算法比取算法更简单，容易实现。从资源占有来看， 增量冗余特别是完全增量冗余对设备存储能力提出了较高的求。在发送端，由于 irk i | f _ x u 陆 蚤_ n_+1_= v i h s u p a 系统上行功率控制算法的研究 i r 算法重发的数据帧采用与首次发送不同的冗余信息，所以需要更多的缓存和计 算单元。而c c 只需要在发送端为缓存器存放首次发送的数据帧等待处理。但是i r 的优点是对于信道条件变化的范围比c c 宽。i r 较c c 用更高的译码复杂度和存储 要求换取性能的提升。低编码速率下，两者性能相近；而在高编码速率下，取的 编码增益有l - - 3 d b 。 2 32 m st t i 在w c d m a 系统r 9 9 版本中，上行链路采用的帧长是1 0 m s 聊，在w c d m a 系统r 6 版本的h s u p a 中，1 0 m st t i 对所有u e 都是强制要求的，2 m st t i 对u e 来说是属于可选的。上行短t t i 的目的是要提高端到端质量，减少延时。 在h s d p a 下行链路中引入2 m st t i 的想法是由于h s p d s c h 传输没有采用功率 控制。而这个问题在上行链路中没有，因为上行链路中不用功率控制将会降低系 统容量。在上行中较短t t i 的动机主要是因为可望降低h a r q 重传延迟。2 m st t i 面临的是来自于终端中功率资源有限导致的上行链路覆盖问题。当每个t t i 中含 有同样多的数据时，2m s 内发射的能量可能比1 0m s 少。此外，当t t i 降为2m s 时，交织增益被降低了。因此，为实现小区边缘的正常工作，规范将一直使用1 0 m s t t i 。表2 1 是3 g p p 关于业务类别的规定，可以看到1 0 m s 兀i 对每一类应用都是 必需的，而2 m s 为部分应用的可选项。在没有链路覆盖等其他限制条件下，我们 可以看到2 m s1 1 1 能相应提高系统容量。在好的无线环境下，2 m s 能带来更高的峰 值速率。缩短的传输时间间隔t t i 长度有助于通过减小u u 口传输延时和t t i 对齐 延时来减少总体传输延时。更短的t 1 1 还可以通过减少有效载荷的尺寸来减少处 理时间。 表2 1 业务类别与t t i 关系 h s u p i ac o d e s * s f t t i t r a n s p o r t d a t ar a t e c a t e g o r y b l o c ks i z e l l s f 4 1 07 2 9 6 0 7 3 m b p s 22 s f 41 01 4 5 9 2 1 4 6m b p s 22 s f 422 9 1 9 1 4 6m b p s 32 s f 41 01 4 5 9 21 4 6m b p s 42 s f 21 02 0 0 0 02m b p s 42 s f 225 8 3 7 2 9 m b p s 5 2 s f 2 1 02 0 0 0 0 2m b p s 62 s f 2 + 2 s f 41 02 0 0 0 02m b p s 62 奉s f 2 + 2 s f 421 1 5 2 05 7 6 2m b p s 第三章w c d m a 物理信道概述 第三章w c d m a 物理信道概述 要研究h s u p a 解调算法，必须要了解w c d m ar 9 9 和r 6 物理信道结构。本 章主要介绍r 9 9 和r 6 两个版本的物理信道结构，为后续对具体算法的研究做准备。 3 1w c d m a 上行专用物理信道结构 在w c d m ar 9 9 中，有两条上行专用物理信道，分别为d p d c h 和d p c c h 。 其中d p d c h 是用来专门承载数据信息的，在一条无线链路中，可以有一条或多条 d p d c h 信道，也可以没有d p d c h 信道。d p c c h 是专门用来承载控制信息的， 在一条无线链路中，有且仅有一条d p c c h 信道。 3 1 1 上行专用物理信道帧结构 图3 1 即是上行专用物理信道d p d c h 和d p c c h 的帧结构，每帧长为1 0 m s ， 分成1 5 个时隙，每个时隙包含2 5 6 0 个c h i p ，对应一个功率控制周期。 。p d c h 二二二二二卫互二二二二 t i k l = 2 5 6 0c h i p s ，n 岫= l0 2 b i t s ( k = o 。6 ) l p i l o t l t f c i l f b i l t p c in 口i h b i t s ln 彻b i t sin r s l b i t s i n m ：b i t s 1 2 5 6 0 c 啷一7 is i o t # os l o t 撑ls l o t 撑is i o t 撑1 4 l 1r a d i of r a i n c ：t f = 1 0m s 图3 1 上行d p d c h d p c c h 的帧结构 上行d p c c h 用于传输产生的控制信息，采用固定扩频因子为2 5 6 ，一个d p c c h 时隙固定传输1 0 个比特符号数据，具体时隙格式如表3 1 所示。其中高层可以根 据不同的承载需要配置不同的时隙格式，p i l o t 即导频域传输协议规定的固定的比 特图样，p i l o t 域的长度可是3 - 8 b i t ，是上行解调的重要的信息域，主要用于相干 检测进行多径搜索和跟踪，用于做上行s i r 估计，还有很重要的是利用导频做信 道估计以进行多径解调。t f c i 域的长度可是0 4 b i t ，t f c i 域是发送d p d c h 信道 的传输格式组合指示，是用于对d p d c h 进行解调解码的重要字段，通过t f c i 域 1 4h s u p a 系统上行功率控制算法的研究 可以得到对应d p d c h 帧采用的扩频因子s f ，上行d p d c h 将利用已经得到的s f 进行解扩处理，解扩解扰后的数据要利用t f c i 进行传输层译码。当d p c c h 没有 t f c i 域的时候，则采用协议规定的固定的t f c i 。f b i 域长度为0 m b i t ，用于传输 反馈信息。t p c 字段长度固定为2 b i t ，用于u e 传送下行功率控制指示，n o d eb 收到此字段后快速对下个下行时隙的功率进行上升或者降低的调整。d p d c h 是用 来专门承载数据信息的，其时隙格式如图3 2 所示。扩频因子为4 - - 2 5 6 ，每个时隙 的比特数与扩频因子有关。 表3 1d p c c h 的时隙格式 s 1 0 tc h a n n e l n 幽 n t v cn a v c ln v a l t r a n s m i t t e ds l o t sp e rr a d i o f o r m a t 群ib i t r a t ef r a m e ( k b p s ) o1 5622o1 5 0 a1 552301 0 1 4 0 b1 542408 9 l1 5820o8 1 5 21 5522l1 5 2 a1 5423l1 0 1 4 2 b1 5 3 24l8 9 31 572o18 1 5 表3 2d p d c h 的时隙格式 s 1 0 tc h a n n e lb i tr a t ec h a n n e ls y m b o ls fb i t s b i t s n d 啦 f o r m a t # i ( k b p s )r a t e ( k s p s ) f r a m es 1 0 t o1 51 52 5 61 5 01 01 0 l3 03 01 2 83 0 02 02 0 26 06 06 46 0 04 04 0 31 2 01 2 03 21 2 0 08 08 0 42 4 02 4 01 62 4 0 01 6 01 6 0 54 8 04 8 08 4 8 0 03 2 03 2 0 69 6 09 6 049 6 0 06 4 06 4 0 3 1 2r 9 9 上行专用物理信道模型 图3 2 描述的即上行链路专用物理信道d p c c h 和d p d c h 的扩频，复用和加 扰模型。用于扩频的二进制d p c c h 和d p d c h 信道用实数序列表示，也就是说二 进制的“0 ”映射为实数+ 1 ，二进制的“1 映射为实数一l 。d p c c h 信道通过信 道化码c c 扩频到指定的码片速率，第n 个d p d c h 信道d p d c h n 通过信道码 扩频到指定的码片速率，d p d c h 可以采用多码同时发射，最多支持6 路d p d c h 同时传输。 第三章w c d m a 物理信道概述 扩频之后，实数值的扩频信号进行功率加权处理，对d p c c h 信道用增益因子 尻进行加权处理，对d p d c h 信道用增益因子和尾进行加权处理。如图3 2 所示， d p c c h 信道映射到q 路传输，如果只有单路d p d c h 信道，映射到i 路传输。加 权处理后，