丁曉貴，胡丁丁

(1.安慶師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院， 安徽 安慶 246133；2.安徽省移動(dòng)公司，安徽 合肥 230031)

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高速下行鏈路分組系統(tǒng)有效信噪比映射及參數(shù)獲取方法

丁曉貴1，胡丁丁2

(1.安慶師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院， 安徽 安慶 246133；2.安徽省移動(dòng)公司，安徽 合肥 230031)

摘要：為了提高通用移動(dòng)通信系統(tǒng)(UMTS)下行鏈路性能，采用高速下行鏈路分組(HSDPA)接入技術(shù)十分必要。研究了非AWGN信道下信噪比(SNR)與誤塊率(BLER)的映射關(guān)系，就相干時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)分段，對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)段的信噪比進(jìn)行映射，提出了參數(shù)優(yōu)化方案。實(shí)現(xiàn)了非AWGN到AWGN信道下的SNR有效映射，使它們的BLER一致，具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：高速下行鏈路分組；信噪比；誤塊率；有效映射

高速下行鏈路分組(High-Speed Downlink Packet Access，HSDPA)接入技術(shù)是提高通用移動(dòng)通信系統(tǒng)(Universal Mobile Telecommunications System，UMTS)下行鏈路性能的主要手段。隨著對(duì)其鏈路級(jí)研究的不斷深入，HSDPA通信系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)變得更加困難。為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)分析過(guò)程，對(duì)HSDPA通信系統(tǒng)物理層抽象就顯得很重要。物理層抽象的目的是提取無(wú)線(xiàn)信道的狀態(tài)參數(shù)，準(zhǔn)確且簡(jiǎn)潔地預(yù)測(cè)無(wú)線(xiàn)信道質(zhì)量。物理層抽象可以將無(wú)線(xiàn)信道的即時(shí)狀態(tài)通過(guò)一個(gè)或幾個(gè)簡(jiǎn)單的量反映給系統(tǒng)的高層模塊，實(shí)現(xiàn)信息壓縮、跨層信息的交互，達(dá)到系統(tǒng)整體性能的優(yōu)化。

為了在低復(fù)雜度和低訓(xùn)練開(kāi)銷(xiāo)的情況下獲得一個(gè)性能的模型，目前通用的方法是獲得有效信噪比(Signal to Noise Ratio，SNR)和誤塊率(The Block Error Rate，BLER)的映射關(guān)系。BLER通常參照加高斯白噪聲(Additive White Gaussian Noise ，AWGN)信道下的性能曲線(xiàn)[1]，有效SNR映射即為如何把實(shí)際信道的SNR映射到AWGN信道的SNR上，使他們的BLER一致。

正交頻分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple，OFDM)空口在頻域?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，則一個(gè)編碼數(shù)據(jù)塊可能經(jīng)歷頻率選擇性信道，各個(gè)子載波上數(shù)據(jù)的SNR可能不同，OFDM空口的有效SNR映射即為把多個(gè)子載波上的SNR映射為一個(gè)有效的SNR，使其對(duì)應(yīng)的BLER與實(shí)際信道的BLER性能一致。

有效SNR的映射公式[2]為

(1)

其中，Nc表示無(wú)線(xiàn)資源塊子載波數(shù)；RSINi為第i個(gè)子載波上的信干噪比(SINR)；不同的映射方案，體現(xiàn)在函數(shù)I(·)的不同，I-1(·)為I(·)的逆函數(shù)；α1和α2是針對(duì)不同自適應(yīng)調(diào)制編碼等級(jí)(MCS)的擬合參數(shù)。HSDPA是基于碼分多址(CodeDivisionMultipleAccess，CDMA)空口，與OFDM空口相比有其自己的特點(diǎn)。HSDPA數(shù)據(jù)在時(shí)域進(jìn)行處理時(shí)，一個(gè)編碼塊的數(shù)據(jù)經(jīng)歷的是時(shí)域變化的信道。文章主要針對(duì)這兩方面展開(kāi)：一是根據(jù)相干時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)分段，二是對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

1HSDPA數(shù)據(jù)分段與有效映射

圖1是HSDPA信道衰落變化圖。圖中每一段表示一組信道衰落，信道衰落隨時(shí)間的變化，一般在比較短的時(shí)間內(nèi)信道衰落認(rèn)為是一致的，對(duì)時(shí)域的多個(gè)數(shù)據(jù)段的SNR進(jìn)行有效映射，更具有效性。數(shù)據(jù)段的多少直接關(guān)系著映射的復(fù)雜度和性能的優(yōu)劣，初步考慮根據(jù)相干時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)分段，認(rèn)為在相干時(shí)間內(nèi)SINR保持不變。

圖1　信道衰落變化圖

考慮HSDPA系統(tǒng)支持高速移動(dòng)速度到300km/h，載頻2GHz，則系統(tǒng)的相干時(shí)間[3]為

(2)

一個(gè)HSDPA TTI時(shí)隙可以認(rèn)為由N段不同的信道狀態(tài)組成，即

(3)

則在進(jìn)行有效SNR映射時(shí)可以認(rèn)為1個(gè)TTI包含3個(gè)不同狀態(tài)的信道，亦可認(rèn)為每個(gè)slot是一個(gè)信道狀態(tài)，則1個(gè)TTI子幀內(nèi)的有效SNR需要3個(gè)slotSNR的映射得到。HSDPA系統(tǒng)的快速調(diào)度周期為1個(gè)2ms的TTI。

2參數(shù)β優(yōu)化策略

HSDPA數(shù)據(jù)信道采用Turbo編解碼，擴(kuò)展有效信噪比映射(ExponentialEffectiveSINRMetric，EESM)，通用有效信噪比映射(CommonEffectiveSINRMetric，CESM)和互信息有效信噪比映射(MutualInformationEffectiveSINRMetric，MIESM)等3種映射方法可以比較好的刻畫(huà)物理層的性能。權(quán)衡復(fù)雜度和性能，打算采用EESM[3]方法來(lái)進(jìn)行有效SNR的映射。在該模型中α1和α2相同，α1=α2=β，I(γ)=exp(-γ)，即

(4)

進(jìn)行最優(yōu)β因子的確定。要計(jì)算碼塊錯(cuò)誤率BLER，需要生成多個(gè)碼塊通過(guò)同一信道，然后統(tǒng)計(jì)解碼正確的碼塊個(gè)數(shù)。RBLE=L次中解碼正確的次數(shù)/L，因?yàn)榭紤]的主要是系統(tǒng)的吞吐量，BLER考慮范圍為[0.01,0.95]，此區(qū)間的BLER對(duì)系統(tǒng)的吞吐率影響最大。L考慮取1 000，主要是為了得到1%級(jí)別的BLER。

程序流程圖如下。

圖2　因子優(yōu)化流程圖

3評(píng)估結(jié)果及分析

由前面的分析可以知道，對(duì)于HSDPA系統(tǒng)而言，有效SNR的映射依賴(lài)于信道的時(shí)域變化快慢，而信道的時(shí)域變化快慢依賴(lài)于終端的運(yùn)動(dòng)速度。以低速場(chǎng)景的有效SNR映射方法評(píng)估，此場(chǎng)景貼近實(shí)際。有效SNR的映射需要對(duì)多個(gè)CQI等級(jí)(G表，30種)進(jìn)行仿真，需要大量的時(shí)間，而系統(tǒng)級(jí)的各種仿真評(píng)估都要依賴(lài)此映射結(jié)果，為了不阻礙后續(xù)的系統(tǒng)級(jí)評(píng)估工作，先進(jìn)行了低速場(chǎng)景的有效SNR映射評(píng)估。

低速場(chǎng)景選擇PA3信道，并分別選擇CQIIndex1，5，10，15，20, 25，30進(jìn)行有效SNR映射的評(píng)估。當(dāng)終端移動(dòng)速度較慢時(shí)，信道的時(shí)域變化不明顯，可以推測(cè)各種有效SNR映射方法的性能應(yīng)該很接近，這里選擇EESM映射方案和直接的線(xiàn)性映射方法進(jìn)行對(duì)比，貼出CQIIndex10，30評(píng)估結(jié)果，如圖3所示。

圖3HSDPA 系統(tǒng)SNR映射方案性能

圖中的平滑曲線(xiàn)為AWGN信道的BLER性能曲線(xiàn)，星點(diǎn)符號(hào)為映射后的BLER性能。通過(guò)對(duì)β因子的優(yōu)化，二者有著很高的擬合度。圖中偏差主要是由于信道時(shí)域變化慢造成的。因此在低速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景下，就相干時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)分段，對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)段的SNR取平均進(jìn)行有效SNR映射，提出了β參數(shù)優(yōu)化方案。能實(shí)現(xiàn)把非AWGN的SNR映射到AWGN信道的SNR上，使他們的BLER一致，具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn):

[1]K.Brueninghaus,D.Astdlyt,T.Silzert.Linkperformancemodelsforsystemlevelsimulationsofbroadbandradioaccesssystems[C].Proceedingsofthe13thIEEEInternationalIndoorandMobileRadioCommunications.Pisa,Italy, 2005: 267-281.

[2]ZhangJinbao,ZhengHongming.PhysicallayerabstractionforMIMOMLD[J].JournalonCommunications，2012, 10(1): 122-128.

[3]汪海明, 艾薩·圖瑪拉. 多載波通信系統(tǒng)仿真中的EESM和MI-ESM方法[J].電視技術(shù)，2006, 12(1): 31-36.

Study on Effective SNR Mapping and Parameter Obtain in HSDPA System

DING Xiao-gui1, HU Ding-ding2

(1.School of Computer and Information, Anqing Teachers College, Anqing, Anhui 246133, China;2.Anhui Mobile Corporation, Hefei, Anhui 230031, China)

Abstract:In order to improving the downlink capacity and data rate of UMTS, high speed downlink packet access technology is very necessary. The paper researches on mapping relation between SNR in non-AWGN channel and BLER.An optimization scheme is proposed, according to data segments on coherence time and the SNR mapping of multiple data segments. It is important to achieve non-AWGN to AWGN channel SNR valid mapping and make them the same BLER.

Key words:HSDPA, SNR, BLER, effective mapping

文章編號(hào)：1007-4260(2016)01-0037-03

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.13757/j.cnki.cn34-1150/n.2016.01.011

作者簡(jiǎn)介：丁曉貴，男，安徽安慶人，碩士，安慶師范學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院副教授，研究方向?yàn)闊o(wú)線(xiàn)通信和智能控制。E-mail: dingxg@aqtc.edu.cn

*收稿日期：2015-05-27

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016-03-15 17:05網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1150.N.20160315.1705.011.html