HSDPA基本原理及专业技术Word文件下载.docx
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NodeB接收到UE上报的数据后,根据所要传输数据的QoS和UE上报的CQI,选择合适的调制方式,QPSK或16QAM,并在HSDPA专用信道HS-PDSCH上传输用户的下行数据。
UE接收到NodeB的下行数据包后,通过HSDPA专用信道HS-SICH,向NodeB发送确认信息ACK/NACK,如下图所示。
与R4架构相比,HSDPA引入了AMC、HARQ,并将分组调度器从RNC移到NodeB中,以便在NodeB中实现MAC-hs协议控制的快速分组调度。
通过UE上报的确认信息ACK/NACK,NodeB可以了解什么时间、以什么方式重发数据。
通过小区内各UE上报的CQI,快速分组调度器就可优化用户间的数据传输。
下图显示了基于用户信道质量的调度。
图11HSDPA的基本原理以及相关信道
通过HSDPA技术,下行PS数据业务速率达到10.2Mbps;
而且,HSDPA技术可以和OFDM、MIMO等新技术结合,提供更高的数据速率。
R4和HSDPA的技术比较如下表所示。
表11R4/HSDPA的技术特点
比较项目
R4
HSDPA
下行理论峰值速率
384kbps
19.3Mbps(10M带宽、1:
5时隙、1×
2.8+5×
3.3)
码资源分配
DPCH,尽量保持码表利用率高。
HS-PDSCH:
从右向左连续分配SF=16;
HS-SCCH:
同DPCH
系统切换
硬切换;
软切换/更软切换;
系统间切换
硬切换、接力切换
功率控制
开环功控、闭环功控;
(慢速功控、快速功控)
HS-PDSCH不使用功控
调制方式
QPSK
QPSK/16QAM
链路适应技术
使用快速功控
AMC、HARQ
MAC-hs
N/A
用来进行快速调度
HSDPA的高速下行链路共享信道HS-DSCH可以承载流类(S类)、交互类(I类)、背景类(B类)等高速PS分组业务;
专用信道(DCH)承载数据和实时话音业务。
其中,S类业务为IPTV、视频点播等流媒体业务;
I类业务为网络教育、手机银行、在线游戏、位置服务等用户请求—服务器响应模式业务;
B类业务为数据下载、E-mail、SMS等时延不敏感、差错敏感业务。
各业务特性见下表。
表12业务类型特性
业务
承载方式
速率要求
时延要求
数据差错要求
对网络资源要求
流媒体
HS-DSCH
高;
需要保证比特速率
较低时延
较高
较多
互动类
低
低时延
高
较少
背景类
无要求
很长时延
很高
有空闲资源即可
实时话音
DCH
很低
2主要的关键技术介绍
2.1.1HARQ
3HARQ概述
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R99中已有应用,在R99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,并且UTRAN侧RLC层是在RNC实现的,所以重传时延较长。
而在HSDPA中HARQ技术是在物理层引入的,所以可以对重传进行合并,而且由于物理层是在NodeB实现的、并且HSDPA采用5ms,所以还可以使重传时延降低。
HARQ发送功能如下图所示。
图12HARQ发送功能模块
HARQ发送功能模块主要完成速率匹配的功能,该模块包含两级速率匹配:
第一级速率匹配在编码后的数据与虚拟缓冲区(Nir代表虚拟缓冲区的大小)之间匹配,如果编码后的比特小于等于虚拟缓冲区,则数据第一级速率匹配透传;
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。
第二次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,系统比特和校验比特都会出现打孔或重复的操作。
第二次速率匹配受冗余版本参数RV控制,RV参数决定了重传时使用CC、PIR或FIR中的哪种合并方式。
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。
4HARQ的引入目的
HARQ技术是HSPDA系统中关键的技术之一,它的引入主要目的有三个:
一是通过使用速率匹配,使AMC机制的精度更高,更佳匹配信道条件;
二是为了补偿CQI测量误差和上报时延对AMC性能的影响;
AMC技术尽管可以根据CQI调整调制和编码方式进行链路自适应,但缺点在于其对CQI的测量误差和上报时延敏感,而在移动通信系统中,信道特性的动态变化常常使得准确地进行信道质量估计十分困难。
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基础上对系统性能进一步改善。
三是通过软合并,减少对第一次传输Es/NO的要求,从而获得一部分功率增益。
5HARQ的重传机制
HARQ技术主要有两种重传机制:
一种是在重传时,重传数据与初次传输时相同,这种方式称为ChaseCombine(CC)或软合并;
另一种是重传时的数据与初次传输的有所不同,这种方式称为增量冗余(IR:
IncrementalRedundancy)。
IR又分为部分增量冗余(PIR:
PartialIncrementalRedundancy)和全增量冗余(FIR,FullIncrementalRedundancy)。
PIR指重传时校验比特与初次传输不同,系统比特不变,重传的数据是可以自译码的。
FIR则优先传输校验比特,系统比特不完整,故不可以自译码。
6多进程并发
HSDPA系统支持多个HARQ进程并行传输,以连续为某个用户发送数据。
每个HARQ进程只有收到其反馈信息(ACK/NACK)后,才可以重新传输数据。
基站使用一个HARQ进程发送数据后,大约在3个TTI后收到该HARQ进程的反馈信息,再加上基站处理时间2个TTI,需要5个TTI时间才能重新调度该HARQ进程。
所以为了连续的发送数据至少需要5个HARQ进程。
图13多HARQ进程处理示意图
6.1.1AMC
7内外环控制
在NODEB侧,AMC的处理过程见下图所示,
图14HSDPA内、外环速率控制系统结构
上图为经典的HSDPA内、外环速率控制系统结构框图。
内环控制算法实现的主要功能是,从UE反馈的HS-SICH获得其CQI(RTBS,RMF)信息。
当NodB决定调度该UE时,采用该信息为HS-DSCH选择合适传输格式。
外环控制算法的主要功能是统计UE上报ACK/NACK信息,来计算BLER,并把该BLER与目标值相比较,从而成生CQI的调整量,用于内环控制算法CQI的调整。
8AMC过程
UE在HS-SICH上所发送的CQI质量指示信息,实际上是TFRC组和。
推荐的TFRC是基于NodeB分配给当前UE使用的资源。
由UE接收数据,然后根据接收信息质量得到CQI,再在上行信道反馈处理,最后NodeB参考反馈信息,做出下行资源分配,主要流程如下:
UE监听HS-SCCH,根据HS-SCCH上的UEID判断出发送消息给自己的HS-SCCH,读取信息,得到HS-PDSCH发送数据所使用的资源信息。
UE接收HS-PDSCH信息,作出必要的质量测量,然后查表产生CQI推荐值,这个推荐值应保证在当前信道条件且HS-PDSCH的BLER<
=10%条件下,系统可以获得最大吞吐量的CQI。
在最近的属于该UE的HS-SICH上,UE上报最新的质量指示CQI给NodeB,以便NodeB在下次调度该UE时,选择合理的HS-PDSCH传输格式。
而UE上报的ACK/NACK信息则必须在指定定时关系的HS-SICH上发送。
这意味着,CQI信息可以提前上报,以降低反馈处理时延。
NodeB将UE上报的CQI中的作为该用户下一次调度的参考依据。
9CQI闭环反馈
CQI和ACK/NACK信息产生框图如下:
图15CQI和ACK/NACK信息产生框图
UE接收到HS-DSCH信息后,估计出接收信干比SIRrev,然后查表,得到接收BLERrev,与目标BLER值比较,如果高于目标BLER值,则观察SIRrev与目标BLER的交点曲线,该点对应的MF和TBS值即为当前估计的CQI参数。
在实际系统中对当前数据块进行译码,根据译码结果,判定当前应答ACK/NACK。
在仿真中,如果有重传的话,将当前接收SIRrev与前次SIR合并,使用合成SIR查表,得到BLER,进行ACK/NACK判断。
如果没有重传,则同样使用当前接收SIRrev来查表。
CQI和ACK/NACK应答延迟不一定相同,将当前得到的应答组装成HS-SICH,上报到NodeB。
在图中,ACK/NACK应答判断流程是仿真设计实现过程。
9.1.1快速调度
10快速调度原理
MAC-hs分组调度器在NodeB所处的位置如下图所示。
从MAC-hs流控输出的优先级队列数据存储到一个缓冲区中,调度器从该缓冲区中读取各个优先级队列的数据。
调度器根据各个UE的信道状况、UE的历史吞吐率、UE的等待时间等来调度各个UE的分组数据。
图16MAC_hs分组调度器在系统中的位置
物理层反馈信息的及时获得和使用对于分组调度非常重要。
例如,ACK/NACK及时获得后可及时调度进程进行数据重传或发送新数据,根据得到的CQI及时地适应无线链路的变化。
11原型调度算法
●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。
●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)第k用户的吞吐量为Tk,同时假设第k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。
●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
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