接入HSDPA解決WCDMA問題 增強(qiáng)型無線技術(shù)淺析

接入HSDPA解決WCDMA問題 增強(qiáng)型無線技術(shù)淺析

高速下行分組接入（HSDPA）是為解決WCDMA系統(tǒng)覆蓋與容量之間的矛盾、消除干擾、提升系統(tǒng)容量和數(shù)據(jù)傳輸速率等問題，滿足用戶業(yè)務(wù)需求而產(chǎn)生的新技術(shù)，是3GPP在R5協(xié)議中為了滿足上/下行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不對(duì)稱的需求而提出的一種調(diào)制解調(diào)算法。

??? 目前的WCDMA R99系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)可以提供最高2Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，支持高速的分組交換和電路交換，并能提供許多基于互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)，充分滿足IMT-2000關(guān)于第三代移動(dòng)通信的要求。然而，對(duì)于諸如下載或流媒體類業(yè)務(wù)，需要系統(tǒng)提供更高的傳輸速率和更少的延遲。為了滿足此要求，WCDMA對(duì)空中接口作了改進(jìn)，引入了HSDPA技術(shù)，使之可以支持高達(dá)10Mbit/s的峰值速率。HSDPA技術(shù)的應(yīng)用可以充分滿足運(yùn)營(yíng)商在3G網(wǎng)絡(luò)成熟期面臨容量需求特別大時(shí)進(jìn)行擴(kuò)容的實(shí)施要求。

??? 一、HSDPA的技術(shù)特點(diǎn)

??? 為了實(shí)現(xiàn)HSDPA技術(shù)，除了提出增強(qiáng)型DSCH信道概念外，還采用了四種關(guān)鍵技術(shù)：自適應(yīng)調(diào)制編碼（AMC）、混合自動(dòng)請(qǐng)求重轉(zhuǎn)技術(shù)（HARQ）、快速蜂窩選擇技術(shù)（FCS）和多輸入多輸出天線處理技術(shù)（MIMO）。

??? 1.HSDPA信道結(jié)構(gòu)

??? HSDPA技術(shù)中增加了一個(gè)新的傳輸信道，稱為HS-DSCH，主要用于進(jìn)行best-effort方式的PACKET傳輸，同時(shí)輔助HARQ和AMC等HSDPA關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)；HS-DSCH和DSCH信道一樣也是一種公共信道，主要是在時(shí)域內(nèi)采用信道碼機(jī)制而同時(shí)為多用戶公用。在HS-DSCH中，采用固定的擴(kuò)頻因子16個(gè)，這樣最多可用的碼不會(huì)多于16個(gè)，一般取最大的碼數(shù)為14個(gè)。采用固定的擴(kuò)頻因子可以降低UE復(fù)雜性的同時(shí)可減少下行的信令。HS-DSCH是一種時(shí)域復(fù)用和碼域復(fù)用相結(jié)合的物理信道。

??? 分配HS-DSCH信道資源給不同的用戶是基于HS-DSCH傳輸時(shí)間間隔（TTI，在3GPP標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)TTI進(jìn)行了定義，可以為1、3、5或15個(gè)時(shí)隙。采用短的TTI具有以下兩個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。

??? （1）可以有效地減少系統(tǒng)的時(shí)間延遲。

??? （2）縮短了PACKET Scheduler 的執(zhí)行間隔，使PACKET Scheduler能夠更好地跟蹤信道環(huán)境的變化。

??? 2.自適應(yīng)調(diào)制編碼（AMC）

??? AMC根據(jù)信道的質(zhì)量情況，選擇最合適的調(diào)制和編碼方式。信道編碼采用R99 1/3 Turbo碼以及通過相應(yīng)碼率匹配后產(chǎn)生的其它速率的Turbo碼，調(diào)制方式可選擇QPSK、8PSK、16QAM等。通過編碼和調(diào)制方式的組合，產(chǎn)生不同的傳輸速率。當(dāng)用戶處于有利的通信地點(diǎn)時(shí)（如靠近Node B或存在視距鏈路），用戶數(shù)據(jù)發(fā)送可以采用高階調(diào)制和高速率的信道編碼方式，例如16QAM和3/4編碼速率，從而得到高的峰值速率；而當(dāng)用戶處于不利的通信地點(diǎn)時(shí)（如位于小區(qū)邊緣或者信道深衰落），網(wǎng)絡(luò)側(cè)則選取低階調(diào)制方式和低速率的信道編碼方案，例如：QPSK和1/4編碼速率，來保證通信質(zhì)量。

??? 3.混合自動(dòng)請(qǐng)求重轉(zhuǎn)技術(shù)（HARQ）

??? HARQ基于信道條件提供精確的編碼速率調(diào)節(jié)，可自動(dòng)適應(yīng)瞬時(shí)信道條件，且對(duì)延遲和誤差不敏感。HARQ可以提高系統(tǒng)性能，并可靈活地調(diào)整有效編碼速率，還可以補(bǔ)償由于采用鏈路適配所帶來的誤碼。HSDPA將AMC和HARQ技術(shù)結(jié)合起來可以達(dá)到更好的鏈路自適應(yīng)效果。HSDPA先通過AMC提供粗略的數(shù)據(jù)速率選擇方案，然后再使用HARQ技術(shù)來提供精確的速率調(diào)解，從而提高自適應(yīng)調(diào)節(jié)的精度和提高資源利用率。HARQ機(jī)制本身的定義是將FEC和ARQ結(jié)合起來的一種差錯(cuò)控制方案，HARQ機(jī)制的形式很多，而HSDPA技術(shù)中主要是采用三種遞增冗余的HARQ機(jī)制：TYPE-I HARQ，TYPE-II HARQ和TYPE-III HARQ?？梢愿鶕?jù)系統(tǒng)性能和設(shè)備復(fù)雜度來選擇相應(yīng)的HARQ機(jī)制。

??? 4.快速蜂窩選擇技術(shù)（FCS）

??? 有了快速蜂窩選擇（FCS），UE就不必同時(shí)從多個(gè)蜂窩中數(shù)據(jù)傳輸，也不必聯(lián)合承載分組數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)信道了。UE在每幀選擇最好的蜂窩來傳輸數(shù)據(jù)。上行DPCH用來指示需要的蜂窩，網(wǎng)絡(luò)可利用這個(gè)蜂窩把傳輸?shù)臄?shù)據(jù)一幀一幀的傳給UE。這種技術(shù)是地點(diǎn)選擇分集傳輸?shù)囊环N特殊情況，僅適用于HS-DSCH信道。對(duì)于上行控制信道，則是給每個(gè)蜂窩分配一個(gè)臨時(shí)ID,UE周期地把主蜂窩的ID通知給連接的蜂窩，那些沒有UE選擇的非主蜂窩則關(guān)閉它們的發(fā)射機(jī)。對(duì)于快速蜂窩選擇，UE在每幀選擇最佳的蜂窩，用最佳的蜂窩在HS-DSCH上接收數(shù)據(jù)。HS-DSCH數(shù)據(jù)只在這個(gè)蜂窩中傳送。HSDPA技術(shù)為了能更好地適應(yīng)信道的快速變化，將調(diào)度功能單元放在Node B而不是RNC，同時(shí)也將TTI縮短到2ms。

??? 5.多輸入多輸出的天線處理（MIMO）

??? MIMO技術(shù)在基帶處理部分需要多信道選擇（MCS）功能來定義天線傳播模型，根據(jù)用戶業(yè)務(wù)請(qǐng)求等級(jí)不同和信道質(zhì)量情況配置不同的信道。如果Node B有M個(gè)發(fā)射天線，用戶終端UE有N個(gè)接收天線，那么Node B與UE之間的下行發(fā)射通道有M×N個(gè)。發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間天線配置的不同組合，可以滿足數(shù)據(jù)速率從低到高的變化。MIMO技術(shù)需要UE和UTRAN都采用多個(gè)天線收發(fā)機(jī)，對(duì)UE而言要求比較高。同時(shí)由于采用的具體算法相當(dāng)復(fù)雜，對(duì)處理機(jī)的處理能力和內(nèi)存也有很高要求。此外其他技術(shù)也對(duì)WCDMA網(wǎng)絡(luò)性能的提升提供幫助，比如智能天線SA和多用戶檢測(cè)MUD。前者能顯著提高系統(tǒng)的容量和覆蓋性能，提高頻譜利用率，從而降低運(yùn)營(yíng)商成本，后者通過對(duì)多個(gè)用戶信號(hào)進(jìn)行聯(lián)合檢測(cè)，從而盡可能地減小多址干擾來達(dá)到提高容量或覆蓋的目的。

??? 二、HSDPA技術(shù)的演進(jìn) 原文位置

??? 3GPP中確定了HSDPA演進(jìn)的三個(gè)階段，其中第三階段還未最終確定，仍在3GPP內(nèi)進(jìn)行研究。R5以上的版本主要將致力于吞吐量的進(jìn)一步提高，峰值數(shù)據(jù)速率可達(dá)50Mbit/s以上。

??? 第一階段：基本HSDPA

??? 在3GPP R5中進(jìn)行了說明，引進(jìn)一些新的基礎(chǔ)特性以獲得10.8Mbit/s峰值數(shù)據(jù)速率。這些特性包括由控制信道支持的高速下行共享信道，自適應(yīng)調(diào)制（QPSK&16QAM），速率匹配以及Node B的共享媒體高速訪問控制（MAC-hs）。

??? 第二階段：增強(qiáng)HSDPA

??? 在3GPPR6中進(jìn)行了說明，將引入天線陣列處理技術(shù)以提高峰值數(shù)據(jù)速率至30Mbit/s。引入的新技術(shù)主要包括面向單天線移動(dòng)通信-采用基于波束成形技術(shù)的智能天線和面向2～4天線移動(dòng)通信-采用多輸入多輸出技術(shù)（MIMO）。

??? 第三階段：HSDPA進(jìn)一步演進(jìn)

??? 第三階段將引進(jìn)新型空中接口，增加平均比特率。OFDM技術(shù)（每用戶設(shè)備選擇子載波傳輸）和64QAM調(diào)制的引入將使峰值速率達(dá)50Mbit/s以上。主要的新特性包括結(jié)合更高調(diào)制方案和陣列處理的正交頻分復(fù)用（OFDM）物理層；具有快速調(diào)度算法的MAC-hs/OFDM，根據(jù)空中接口質(zhì)量為每一用戶設(shè)備選擇專用子載波，從而優(yōu)化傳輸性能；作為控制實(shí)體的多標(biāo)準(zhǔn)MAC（Mx-MAC），以實(shí)現(xiàn)正交頻分多址（OFDMA）和碼分多址（CDMA）信道間的快速交換。

??? 三、 HSDPA技術(shù)現(xiàn)階段發(fā)展情況

??? 1.標(biāo)準(zhǔn)

??? WCDMA標(biāo)準(zhǔn)化主要是由區(qū)域性的標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP負(fù)責(zé)，該組織主要成員包括了全球各個(gè)主要國(guó)家和地區(qū)的無線通信標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)。HSDPA技術(shù)在3GPP制定的WCDMA標(biāo)準(zhǔn)Release5版本中被正式引入，從而完成了HSDPA技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。按照3GPP組織的最初規(guī)劃，每個(gè)Release版本應(yīng)以年為周期進(jìn)行正式發(fā)布，但是由于在WCDMA Release99版本的制定過程中花費(fèi)時(shí)間過長(zhǎng)，以致Release5版本在2002年才最終凍結(jié)。隨著Release5版本的凍結(jié)，也標(biāo)志著HSDPA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的成熟化。

??? 2.設(shè)備

??? 目前業(yè)界還沒有一個(gè)廠家可提供商用HSDPA功能，部分廠家的現(xiàn)有產(chǎn)品在硬件上已經(jīng)具有了處理HSDPA功能的能力，已經(jīng)為軟件升級(jí)到HSDPA做好了準(zhǔn)備。目前大多數(shù)廠家對(duì)于HSDPA功能的研發(fā)比較積極，主要是他們認(rèn)為很多廠家CDMA2000設(shè)備已經(jīng)有EV-DO功能，如果不實(shí)現(xiàn)HSDPA，WCDMA將缺少這方面的競(jìng)爭(zhēng)力。但是，HSDPA功能的引入還需要考慮終端的研發(fā)進(jìn)度和能力，各大廠家也在與終端設(shè)備開發(fā)商和芯片設(shè)計(jì)公司協(xié)商研發(fā)時(shí)間表，以便進(jìn)行互操作試驗(yàn)。

??? 隨著HSDPA技術(shù)的成熟和發(fā)展，其良好的應(yīng)用前景和平滑的演進(jìn)能力正在引起越來越多人們的熱切關(guān)注。作為超3G的主流技術(shù)之一，很多人甚至將HSDPA稱為3.5G技術(shù)。目前，很多移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商都在高度關(guān)注它的商用化進(jìn)展情況，在世界范圍內(nèi)，眾多的通信產(chǎn)品供應(yīng)商也都開始啟動(dòng)了HSDPA技術(shù)的商用化進(jìn)程。

??? 四、結(jié)論

??? 通過以上對(duì)HSDPA的介紹和分析，可以看出HSDPA技術(shù)作為WCDMA的增強(qiáng)型無線技術(shù)是一種提升網(wǎng)絡(luò)性能和容量的有效方式。HSDPA不僅能有效地支持非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，同樣可以用于支持某些實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，如流媒體業(yè)務(wù)等。HSDPA還可以支持高速不對(duì)稱數(shù)據(jù)服務(wù)，而且在大大增加網(wǎng)絡(luò)容量的同時(shí)還能使運(yùn)營(yíng)商投入成本最小化。它為UMTS更高數(shù)據(jù)傳輸速率和更高容量提供了一條平穩(wěn)的演進(jìn)途徑，就如在GSM網(wǎng)絡(luò)中引入EDGE一樣。