（通信与信息系统专业论文）wcdma系统中上行链路cpc算法的研究与实现.pdf

摘要 摘要 为了更进一步改善w c d m a 系统中信息包传送的性能，3 g p p 工作组在“信息包 非连续发送模式( c p c ) 项目中提出了上行专用物理控制信道( d p c c h ) 数据的非连 续发送模式。c p c 算法的提出解决了上行d p c c h 信道负载过高，小区接入用户数有限 等问题。 论文介绍了w c d m a 系统物理层h s p a + 技术的概念和相关原理，分析和描述了c p c 算法的原理和实现流程，最后通过分析不同信道模型和系统级的仿真，得到了配置不同 发送图案的对系统的性能的影响。研究结果表明选择的不同的发送图案对系统的性能将 产生重大的影响，这些影响主要体现在上行接入小区用户数以及上行链路的功率控制 上。c p c 算法中上行d p c c h 信道不连续发送相关的图案对于最大限度地优化系统性能 有其重大意义。 c p c 算法能在原有系统基础上用最小的成本改善信息包传送的性能，并能达到显著 的效果。虽然应用过程还需要考虑一些特定的场景，但证明其是确定可行的。 关键词：d p c c h 非连续发送h s p a + 信息包非连续发送模式性能 a b s t r a c t a b s t r a c t h lo r d e rt of u r t h e ri m p r o v et h ep a c k e tp e r f o r m a n c ei nt h ew c d m as y s t e m , u p l i n k d 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 ( d p c c h ) g a t i n ga sas c h e m ei sp r o p o s e di n3 g p pu n d e r t h ew o r ki t e m “c o n t i n u o u sp a c k e tc o n n e c t i v i t ym o d e ( c p c ) ” i nt h i st h e s i s ，t h eu p l i n kd p c c h g a t i n gc o n c e p ti sd e s c r i b e da n da n a l y z e do nb o t ha q u a l i t a t i v ea n daq u a n t i t a t i v el e v e l a n dt h es y s t e mp e r f o r m a n c eo fd i f f e r e n tg a t i n gp a t t e r n s u s e di ns c h e m ew a si n v e s t i g a t e db ya n a l y t i c a lp r e d i c t i o na n ds y s t e ml e v e ls i m u l a t i o n sw i t h d i f f e r e n tc h a n n e lp r o f i l e s a sw i l lb es h o w n , t h es e l e c t i o no ft h eg a t i n gp a t t e r nh a sa s i g n i f i c a n ti n f l u e n c eo nt h es y s t e mp e r f o r m a n c e ，w h i c hi s c o r r e l a t e dw i t ht h eu p l i n kd a t a t r a n s m i s s i o na c t i v i t ya n dt h eu p l i n kp o w e rc o n t r 0 1 t h i sc o n t r i b u t e st oab e t t e ru n d e r s t a n d i n g o ft h ee f f e c t si n v o l v e dw i t hu p l i n kd p c c hg a t i n gw h e r et h eb i g g e s tp o t e n t i a l f o r p e r f o r m a n c eo p t i m i z a t i o nc a nb e f o u n d i ns u m m a r y , a l t h o u g ht h i st e c h n i q u ei sn o tm u t u r i t y , o nb a s eo ft h ep r i m a r ys y s t e m ，t h e s c h e m eo ft h eu p l i n kd p c c h g a t i n gi sp r o m i s i n gt oi m p r o v et h ep a c k e tp e r f o r m a n c e k e y w o r d s ：d p c c hg a t i n g h s p a +c p c c a p a c i t y 西安电子科技大学 学位论文独创性( 或创新性) 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；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：蕉竖煎一 日期之：至：芝 西安电子科技大学 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，在解密后适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究的背景和意义 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m 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，欧洲和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 标准的制定和完善。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。 3 g 相对于2 g 的优势和承诺是高速率和更丰富的业务。随着移动多媒体、i n t c r n e t 等大量数据业务的丰富和发展，为了更好的解决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 - 6 ( r 6 ) 、r e l e a s e 7 ( r 7 ) 。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i 巧版本中为了满足上 下行数据业务不对称的需求而提出的一种新技术，它可以在不改变己经建设的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。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、吞吐量和减少时延，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 。l l j 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 e b 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 2w c d m a 系统中上行链路c p c 算法的研究与实现 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。 本文主要叙述了在用户数很多的情况下，上行控制信道会带来比较大的底噪抬升， 为了提高w c d m a 系统中h s u p a 网络支持的小区用户数，保持用户处于连接状态 c e l ld c h ，减小c e l ld c h 和c e l lf a c h 状态相互切换带来的空口信令“冗余”浪费以及 转换时延，引入了根据数据传输的间隔采取的上行链路非连续发送和下行链路非连续接 收的模式( c p c ) 。本文主要是基于上行链路进行实现的，因此，主要关注上行控制信 道所实现的功能，对于下行信道的基于c p c 新增功能暂不关注。 而相对于上行链路，我们主要关注以下两种技术： an e wu ld p c c hs l o tf o r m a t ； u ld t x ：d p c c hg a t i n g 1 2w c d m a 系统中c p c 算法的研究现状 为了描述简单，本文采用u s e r e q u i p m e n t ( l i e ) 的缩写来表示移动终端的概念，3 g p p 协议中用n o d eb 代表从物理层角度得到的基站部分，本文即用n o d eb 表示基站的概念。 1 2 1w c d m a 系统中h s u p a 技术的新特性 h s u p a 是3 g p p 在r 6 阶段推出的针对上行链路性能增强的技术，它属于对原有 w c d m a 系统的一种升级和改进，h s d p a 与h s u p a 合称为h s p a 。h s u p a 可以与原 有w c d m a 系统的r 9 9 共享核心网、基站、无线网络控制器、服务g p r s 支持节点和 网关g p r s 支持节点等。从w c d m a 升级到h s u p a ，需要更新软件以及部分硬件。由 于可以与w c d m a 共享原来的网络架构，从w c d m a 升级到h s u p a 相对便宜。 i 、h s u p a 技术相对于r 9 9 的新特性【7 】 h s u p a 沿用了3 g p pr 9 9 的大部分特性，如小区选择、同步、随机接入、基本移动 性管理等方面都没有变化，只是u e 向基站传送数据的方式改变。从网络性能上讲， h s u p a 比r 9 9 在以下方面有了较大程度的提高： 1 ) 上行链路可支持更高的数据传输速率； 2 ) 与r 9 9 相比，上行链路的无线覆盖范围有所提高； 3 1 增加了小区上行吞吐量： 4 ) 减小了数据传输时延； 第一章绪论 5 ) 增强的快速调度与资源控制算法； d 业务的q o s 能力有所增强。 在w c d m ar 9 9 中，数据包重传是由r n c 控制下的r l c 重传完成的。在r l c 的 确认模式( a m ) 下，r l c 的重传会涉及r l c 信令和i u b 接口传输，重传延时超过l o o m s ； h s 切) a 由于使用了增量冗余重传机制，使得数据包的重传可以在l i e 和基站间直接进 行，绕开了i u b 接口传输，大大降低了空口( 无线接入网) 时延，快速重发还允许上行 链路以更高的误块率( b l e r ) 运行，允许在给定的数据速率下以更低的功率进行传输， 最终使得小区覆盖面扩大。 在w c d m a1 t 9 9 中，l i e 传输速率的调度由r n c 控制，u e 可用的最高传输速率在 d c h 建立时由r n c 确定，r n c 不能根据小区负载和l i e 信道的状况变化灵活控制u e 的数据传输速率；h s u p a 通过在上行链路中使用n o d e b 快速调度可以对网络业务负载 和数据流量做出快速反应，减小了上行链路噪声增长的变化率，并有可能减小上行链路 为了保护超负荷运行而预留的峰值储备，这样可以充分利用r 9 9 中必须要预留的容量， 因而就实现了比r 9 9 更高的用户数据传输速率和小区容量。 总之，通过采用h s u p a 技术，可使得网络在提供音乐、电子邮件、互动移动游戏、 视频共享等多媒体应用服务方面的能力有了极大的提高，运营商也将获得巨大的收益。 2 、h s u p a 的协议结构【3 】 u m t s 无线网络子系统( r n s ) 如图1 1 所示。支持h s u p a 功能后原来的w c d m a r 9 9 的r n s 的结构和设备组成都没有发生变化。 图1 1 无线网络子系统( r n s ) h s u p a 对现有w c d m a 系统结构的影响主要体现在物理层和m a c 层上，逻辑信 4 w c d m a 系统中上行链路c p c 算法的研究与实现 道以上的层面没有变化。m a c 层及物理层的数据传输过程，h s u p a 通过新增的传输信 道及物理信道进行独立的数据处理和传输。 3 、h s u ) a 引入后的物理信道汇总 h s u p a 引入后的物理信道增加的情况如下。 1 ) 下行物理信道：增加了两个调度控制信道，分别是e a g c h 和e r g c h ，另外 还有一个重传指示信道e h i c h 。 2 ) 上行物理信道：增加了两个信道，即e d p c c h 和e d p d c h 。用户数据承载在 e d p d c h 上，控制信息承载在e d p c c h 上。 图1 2 给出了r 9 9 h s d p a h s u p a 的物理信道汇总。 1 2 2h s p a + 系统中的关键技术及c p c 算法 h s p a 的进一步演进和增强是3 g p pr a n2 0 0 6 年启动的一个研究项目，称为 “h s p 灿”。此项目目前仅针对f d d 系统。h s p a + 技术的宗旨是要保持和u m t sr 6 版 本的后向兼容性，同时提供低复杂度、低成本的从h s p a 向s a e l t e 平滑演进的路径， 以满足在近期内以较小的代价改进系统、提高系统性能的h s p a 运营商的升级需求。【5 】 h s p a + 的研究内容包括高阶调制、多天线技术( m i m o ) 、连续分组数据连接( c p c ) 和接入网架构优化等。 h s p a + 的关键技术主要有以下几个： 1 、m i m o 技术 h s p a + 弓 入的物理层技术为下行6 4 q a m 、上行1 6 q a m 和m i m o 技术。m 蹦o 技 术可以改善系统容量和提高频谱利用率。3 g p p 自r 5 就开始m i m o 技术的标准化研究， 征集了大量的提案，最后经过广泛地讨论，h s p a + 将方案确定为两个：t d dp a r c 和 f d d 基于双码流发射天线阵的双码字m i m o 。 在上述m i m o 技术的应用中，n o d e b 决定m i m o 的工作模式是闭环发射分集还是 空间复用。当用户处于较低或中等的信干比环境时，选取单码流数据的发射分集，提高 用户信号的接收质量；当用户处于较高的信干比环境时，则发送双码流数据进行空间分 集，以提高吞吐量。研究表明在高信干比下双码流比单码流发射分集提高接近一倍的峰 值传输速率。同时双码流可以带来平均6 的系统容量增益。 2 、c p c 技术 连续性分组连接( c o n t i n u o u sp a c k e tc o n n e c t i v i t y ) 意为分组用户的“永久在线 。 c p c 通过改进r 5 r 6 的h s p a 功能，使得有连续连接需求的分组用户能够避免频繁的重 建而由此带来的开销和时延，以达到提高c e l l d c h 态分组用户数量、提高v o p 用户 第一章绪论5 容量和系统效率的目的。 s c h p r a c h c c p i c h r 9 9 p c c p c h i d p c c h i f s - c c p c h f p i c h 。p 。f ! ：强f 士 基 d p d c h d p c c h于 站 机 下 上 乍； 1 j 行 lh s - s c c h h s d p a h s - d p c c h h d - p d s c h e a g c h e - d p c c h h s u p a e - h i c h e r g c h i广 e - d p d c h f - d p c h s c h ：同步信道 c p i c h ：公共导频信道 p - c c p c h ：主公共控制物理信道 s - c c p c h ：辅公共控制信道 p i c h ：寻呼指示信道 d p d c h ：专用物理数据信道 d p c c h ：专用物理控制信道 h s s c c h ：高速共享控制信道 h s p d s c h ：高速下行物理共享信道 e a g c h ；增强型绝对调度授权信道 8 h i c h ：增强型h a r q 指示信道 e - r g c h ：增强型相对调度授权信道 f - d p c h ：部分专用物理信道 h s d p c c h ：针对h s d s c h 的专用上行物理信道 e d p c c h ：增强型专用物理控制信道 e - d p d c h - 增强型专用物理数据信道 图1 2h s u p a 引入后的物理信道汇总 c p c 主要包括3 部分：新的u ld p c c h 时隙格式、l i e 侧不连续发送和接收 ( d t x 仍r x ) 、h s s c c h l e s s 操作。这3 个功能既可以独立配置、也可以为u e 组合配 置，但新时隙格式必须与d t x d r x 同时使用。 6 w c d m a 系统中上行链路c p c 算法的研究与实现 1 ) 新的u l d p c c h 时隙格式 d p c c h 为专有物理控制信道。其目的是携带专有物理数据信道的同步和功控信息。 r 6 以前的d p c c h 时隙格式主要适合有数据传输的情况。在无数据传输时则需要进行优 化，以减少控制信道的开销。新时隙格式设计主要在于减少导频比特位、扩大功控命令 ( t p c ) 的比特位，从而达到降低d p c c h 目标信干比和发射功率的目的。新的u l d p c c h 时隙格式采用导频比特为6 、t p c 为4 的时隙格式，由s r n c 为u e 配置重配 置。 2 ) u e 侧d t x d r x u e 侧的d t x 是指上行d p c c h 的不连续发送。在既没有e - d c h 传输、也没有 h s d p c c h 传输的时候，u e 将自动停止d p c c h 发射，并使用一个预定义的d p c c h 活动图样。一旦e d c h 和h s d p c c h 开始发射，立即恢复正常的d p c c h 发射。为了 在非活跃期间维持必要的上行同步，预定义的d p c c h 活动图样必须保持一定的发送周 期。 3 ) h s s c c h l e s s 操作 h s s c c h 是h s d s c h 传输中的物理控制信道。这一开销相对大的数据分组传输来 说比较小，但是当传输像v o p 和g a m i n g 这样低时延、小分组业务时，h s s c c i - i 的开 销就显得比较大。h s s c c h 1 e s s 提供了一种h s d s c h 传输省略h s s c c h 的方法。 h s s c c h 1 e s s 主要针对v o i p 业务小分组数据业务，减少物理控制信道开销，提高下行 v o l p 用户容量。 3 、接入网架构优化 h s p a + 采取扁平化的无线接入网架构，r n c 功能位于n o d e b ，该n o d e b 称为e h s p a n o d e b 。e h s p an o d e b 与分组域c n 有i u p s 接口。i u p s 用户面可终结至s g s n 或者 至g g s n ( 使用单隧道技术) ，以降低网络时延。e h s p an o d e b 间为i u r 接口。 e h s p an o d e b 有两种应用场景：独立的e h s p an o d e b 和载波共享e h s p a n o d e b ，如图l 。3 所示。由于h s p a 技术是针对p s 域的优化，所以独立的e h s p an o d e b 的应用只考虑p s 业务，不需要r n c 节点。在载波共享e h s p an o d e b 应用中需要r n c 支持c s 业务，因此c s 域没有受到影响。载波共享e h s p an o d e b 与传统r n c 通过i u r 口相连。在载波共享e h s p an o d e b 下的u e ，如果指派了c s 业务，则需要触发重定 位的过程，把控制权交给传统的r n c 。 第一章绪论 7 图1 3e l i s p an o d e 8 的应用场景 h s p a + 作为3 g p ph s p a 的增强技术，覆盖了多方面的内容和性能的提升。其主要 包括高阶调制、m i m o 、c p c 、接入网架构优化等。m t m o 技术可以提高h s p a 的频谱 利用率和空口传输速率；c p c 技术可以提高保持长时连接的分组数据用户数量及v o p 用户容量；接入网架构优化可以大幅度降低分组域的传输时延。通过这些技术，h s p a + 可以使运营商在引入h s p a 后还可以继续向前演进。充分保护运营商的投资，同时也为 不同运营商提供不同的演进策略。 1 3 论文的主要内容和章节安排 本论文主要介绍了w c d m a 系统的h s p a + 技术与之前2 g 系统相比的优越性，还介 绍了w c d m a 系统物理层和物理层信道的基本原理。其中重点研究了h s p a + 技术中 c p c 算法的实现原理及其仿真性能分析。 本文重点研究c p c 算法实现的原理、算法和仿真性能分析，从而证明了h s p a + 技 术可以有效地解决小区用户数受限和低噪噪声过大的问题。全文章节安排如下： 第一章是绪论，介绍了w c d m a 系统以及中h s p a + 及其关键技术的优越性； 第二章介绍了w c d m a 系统物理层信道的特点，同时还介绍了w c d m a 系统的三 个主要进程：同步进程、功率控制进程和随机接入进程； 第三章介绍了c p c 算法的原理及其特点，主要是介绍了新增时隙格式和上行非连续 发送下行非连续接收这两个与之前信道传输模式的不同点。 第四章介绍了c p c 算法的实现过程，主要介绍了两个算法，一是不连续发送的图案 实时跟踪的实现，二是c p c 算法支持的同失步判决的实现； 第五章是c p c 仿真性能的分析主要是将c p c 模式下和非c p c 模式下接入小区的用 w c d m a 系统中上行链路c p c 算法的研究与实现 户数和小区负载进行了比较，从而证明了具有c p c 算法的系统更高的接入用户数，可 以更好的提升系统性能。 第二章w c d m a 系统物理层技术9 第二章w c d m a 系统的物理层技术 与窄带c d m a 相比，w c d m a 系统物理层有如下显著特点： 1 、为了满足不同业务的需求，采用了可变扩频因子( o v s f ) 技术； 2 、除了使用窄带c d m a 中的卷积编码技术，还增加了用于高速率数据业务传输的 t l 曲o 编码技术； 。 3 、在上下行链路均采用了相干解调技术，所以在帧结构上有了很大调整； 4 、w c d m a 允许一个用户同时发送多种业务，同时为了更充分地利用资源，应用 了包括速率匹配在内的信道复用技术； 5 、为硬切换的测量需求，引入上行链路和下行链路的压缩模式； 6 、在调制方式上也有很大的不同：窄带c d m a 系统中采用q p s k ，反向采用o q p s k 。 在w c d m a 系统中，前向仍旧采用q p s k ，反向使用h p s k ，同时使用了复加扰技术等： 7 、支持多种提高性能的新技术：如智能天线、多用户检测等。 2 i 传输信道和物理信道 u t r a n 上层的数据经过传输信道的处理后到达物理层，传输信道数据殃射到相应 的物理信道。物理层支持不同比特速率的传输信道以提供带宽点播业务，从而实现多种 业务。 物理控制信道和物理数据信道组成一个编码合成传输信道( c c l k h ) 。一个物理链 路( r l ) 上的c c t r c h 数目取决于u e 的性能，这些c c t r c h 只有一个物理控制信道。 即同一个u e 可以接收多个c c 代h ，但是这些c c t r c h 只能由一个控制信道控制。 传输信道分为专用信道和公共信道，区别是公共信道的资源由小区内所有或部分用 户分享，而特定频率、特定码字表示的专用信道资源只分配给某个用户。 专用传输信道为d c h ，公共传输信道分为b c h 、f a c h 、p c h 、r a c h 、c p c h 、 d s c h 和h s d s c h 。 除d c h 外，维持网络基本运营所必须的公共传输信道是r a c h 、f a c h 和p c h 。 其它类型的公共传输信道不是基站基本运行所必须的，而是按照网络规划和基站需求进 行配置。 公共传输信道不是直接作用在物理层上发挥其作用，而是要映射到对应的物理信 道。物理信道由特定的时间、码序列、调制方式表示。下图1 1 给出各种传输信道到各 种物理信道的映射关系，其中部分传输信道映射到相同的( 或同一) 物理信道。【4 】 1 0w c d m a 系统中上行链路c p c 算法的研究与实现 t r a n s p o r tc h a n n e bp h y s i c a lc h a n n e l s d c h e d c h r a c h b c h h s d s c h d e d i c a t e dp h y s i c a ld a t ac h a n n e l ( d p d c h ) d e d i c a t e dp h y s i c a lc o r l 仃0 1c h a n n e l ( d p c c h ) f r a c t i o n a ld e d i c a t e dp h y s i c a lc h a n n e l ( f - d p 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 p d c h ) 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 lf e - d p c c h ) e d c ha b s o l u t eg r a n tc h a n n e l ( e a g c h ) e d c hr e l m i v eg r a n tc h a n n e l ( e - r g c h ) e d c hh y b r i da r qi n d i c a t o rc h a n n e l ( e h i c h ) p h y s i c a lr a n d o ma c c e s sc h a n n e l ( p r a c h ) c o m m o np i l o tc h a n n e l ( c p i c h ) p r i m a r yc o m m o nc o n t r o lp h y s i c a lc h a n n e l ( p - c c p c h ) s e c o n d a r yc o m m o nc o n t r o lp h y s i c a lc h a n n e l ( s - c c p c h ) s y n c h r o n i s a t i o nc h a n n d ( s c h ) a c q u i s i t i o ni n d i c a t o rc h a n n e l ( a i c h ) p a g i n gi n d i c a t o rc h a n n e l ( p i c h ) m b m sn o t i f i c a t i o ni n d i c a t o rc h a n n e l ( m i c h ) h i g l ls p e e dp h y s i c a ld o w n l i n ks h a r e dc h a n n e l ( h s - p d s c h ) h s d s c h - r e l a t e ds h a r e dc o n t r o lc h a n n e l ( h s s c c h ) d 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 ( u p l i n k ) f o rh s - d s c h ( h s d p c c h ) 图2 1w c d m a 系统物理信道与传输信道的映射关系 2 2 1 专用上行物理信道 2 2 上行物理信道 总共有5 种专用上行物理信道：d p d c h 承载d c h 信道；d p c c h 承载物理层产生 的d p d c h 控制信息；e d p d c h 承载e d c h 信道；e d p c c h 承载物理层产生的 e d p d c h 控制信息；h s d p c c h 承载对下行h s d s c h 的反馈信号。这五种物理信道 在无线帧内采用i q 复用方式，相互正交，节约无线资源，降低干扰。 第二章w c d m a 系统物理层技术 1 、上行d p d c h d p c c h 的帧结构【9 】 上行d p d c h d p c c h 的帧结构如下图2 2 所示。 一h 二二二二二王匿二二二二二 t i k l = 2 5 6 0c h i p s ，n d 啦= l o 2 b i t s ( k 0 6 ) p i l o t t f c i i f b i l t p c n = i o tb i t sn t f c lb i t si n v a ib i t s l n w cb i t s 、 1 2 5 6 。c 1 1 i p 8 l ! ：一7 s l o t 撑o s 1 0 t 撑ls l o t 衔s l o t # 1 4 图2 2 上行d p d c h d p c c h 帧结构 一个无线链路上只能包含一个d p c c h ，但可以包含多个d p d c h 。一个 d p c c h + 多个d p d c h 对应于多码传输方式，不同d p d c h 通过信道化码区分。 上行d p d c h 上承载比特数目、比特速率以及符号速率和该d p d c h 所用扩频 因子( s f ) 和调制方式有关。 在d p d c h 启动前，由d p c c h 的功率控制前缀对d c h 传输功率进行初始化， 功率控制前缀长度由上层决定。 表2 1d p d c h 的域 s l o tf o r m a t 舶c h a n n e ib i tr a t ec h a n n e ls y m b o ls fb n s ，b i t s n 出口 ( k b p s )r a t e ( k s p s ) f r a m es l o t 0 1 51 52 5 61 5 01 01 0 13 03 01 2 83 0 02 02 0 26 06 06 46 0 0 4 04 0 31 2 01 2 0 3 21 2 0 08 08 0 4 2 4 02 4 01 62 4 0 01 6 01 6 0 54 8 04 8 084 8 0 0 3 2 03 2 0 69 6 0 9 6 0 4 9 6 0 06 4 06 4 0 上行d p d c h 采用的时隙格式由上层配置，时隙格式确定后，该d p d c h 对应的s f 就确定了，则每个时隙内承载的比特数目为棚：1 2 5 f 6 0 ，一个l o m s 无线帧比特数为 a r 蛔x 1 5 ，信道比特速率为幻x 1 5 x 1 0 0 ，由于上行采用b p s k 调制方式，一个比特表 征一个符号，则信道符号速率等于信道比特速率。 1 2 w c d m a 系统中上行链路c p c 算法的研究与实现 表2 2d p c c h 的域 c h a n n e ic h a n n e ls y m b o l s fb i t s ，b i t s n p i l o t n v p cn t f c ln f mt r a n s m i t t e d b i t r a t e r a t e k s p e ) f r a m e s l o t s l o t sp e r k b p s )r a d i of r a m e 1 51 5 2 5 6 1 5 01 06 2201 5 1 51 5 2 5 61 5 01 0523o 1 0 1 4 1 51 52 5 61 5 01 0424 08 9 1 51 5 2 5 61 5 01 082008 1 5 1 51 52 5 61 5 01 052 211 5 1 51 5 2 5 61 5 01 0 4 2311 0 1 4 1 51 5 2 5 61 5 01 03241 8 9 1 51 5 2 5 6 1 5 01 072 o18 1 5 d p c c h 中包括p i l o t 、t f c i 、f b i 以及t p c 控制信息。由于上行d p c c h 对应的s f 始终为2 5 6 ，则一个时隙内承载的比特数为1 0 比特，但各个控制信息所分配的比特由时 隙格式决定。时隙格式序号有上层配置。 p i l l o t 是导频字，用于信道估计以及基站确认帧同步；t p c 发送功率控制指令，u e 发送的上行d p c c h 中的该字段用于通知n o d e b 调整其下行发射功率；f b i 是l i e 反馈 给基站的分集信息，即对闭环发送分集和站址选择分集传输提供反馈信息。 2 、h s d p c c h h s d p c c h 承载了h a r q a c k 和c q i 等信令消息。这些信令配合下行h s d s c h 传输。须有上行d p c c h 的配合才能使用。h s d p c c h 的帧结构如图2 3 所示。 t 。l o t22 5 6 0c h i p s 2 x t , k = 51 2 0c h i p s o n er a d i of r a m et f = 1 0n 坞 图2 3h s d p c c h 的帧结构 3 、上行e d p c c h 和e d p d c h 由图2 4e d p c c h e d p d c h 的帧结构可知，每一个帧分为五个子帧，第一个子帧 是以每一个广播帧为开始的，每个子帧有三个时隙，这五个子帧都是以广播帧的结束点 结束的。e d p d c h 使用b p s k 和4 p a m 的调制方式。m = i 用b p s k ，m - 2 用4 p a m 。 第二章w c d m a 系统物理层技术 e - d p d c h l d a t a n 由臼b i t s i _ 。- 。_ _ _ _ - _ _ 。- _ _ _ _ _ _ 。_ _ _ - _ _ 。_ - 。_ - - _ _ _ _ - _ _ - 。- _ 。_ 。_ - - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ - _ - _ - _ - - _ _ _ _ _ ，。- _ _ _ - _ _ 一 t s 娃= 2 5 6 0c h i p s n 由_ = m 。1 0 2 b i t s ( k = 0 7 一 t = o t = 2 5 6 0 c h i p s 一 s l o t 绚s l o t 群1s 1 0 t 撑2 s 1 0 t 爿1 3s l o t 桶s l o t 撑1 4 | i s u b f r a m e 柏s u b f r a m e 襻1s u b f r a m e 槿 s u b f r a m e 榴s u b f r a m e 撑4 2 2 2 公共上行物理信道 1r a d i o f r a m e t f = 1 0 m s 图2 4e - d p c c h e - d p d c h 的帧结构 物理随机接入信道( p r a c h ) 用来承载传输信道的r a c h 。r a c h 接入时隙的排 序和时隙间的距离如下图2 5 所示。 i i ti 1 r a d i o f r a m e ：1 0 m s i r a d i o f r a m e ：1 0 m si ：5 1 2 0c h i p s： a c c e s ss l o t ：棚 弹l舵柏抖撑5拍 唧 糯 坍# 1 0# 1 1# 1 2# 1 3 # 1 4 ： 二r a n d o m a c c e s st r a n s m i s s i o n i l i 二二至三至至三至卫i _ - _ - i - o _ _ _ - - _ _ - _ - _ _ _ _ i _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ o _ _ _ - _ _ - 一 i - - l，i ；巴二二】巫巫里至三互 ； ； 二 堕至堕三三二习i l ii d 。一一 。t _ ：。，：一 - l -ll 一。 i l - - 一丁 tl- i -i l= lil- l- i - - ! ! 图2 5r a c h 接入时隙的排序和时隙间的距离 u e 在一组约定的时刻接入时隙尝试随机接入传输，每两个帧内有1 5 个接入时隙， 相邻时隙间隔5 1 2 0 码片。由上层配置接入所承载的信息。随机接入传输的结构如下图 1 4 w c d m a 系统中上行链路c p c 算法的研究与实现 2 6 所示。 圈 、_ 斗 4 0 9 6c h i p s 圈一圈 1 0m s ( o n er a d i of r a m e ) 圈圉圉 一 卜啼 4 0 9 6c h i p s 。2 0m s ( t w or a d i of r a m e s ) 图2 6 随机接入传输的结构 p r a c h 信道由一个或者多个长度为4 0 9 6 c h i p 的接入前缀和一个长度为1 0 m s 或者 2 0 m s 的消息部分构成。 前缀长度为4 0 9 6 码片，由长度为1 6 c h i p 的签名序列重复2 5 6 次得到。 消息部分是一个长度为1 0 m s 的无线帧或者两个1 0 m s 的无线帧。其结构和上行 d p c c h d p d c h 类似，分为数据部分和控制部分，数据部分和控制部分并行传输。以消 息部分为一个1 0 m s 无线帧为例，其结构如下图2 7 所示。 d a t a c o n t r o l p i l o t i t f c i n p i l o i b i t s ln 丁f