HSDPA,提升WCDMA性能的高速引擎

一、HSDPA涉及的關(guān)鍵技術(shù)

　　 3G 有著更高傳輸速率和容量的業(yè)務(wù)需要，HSDPA在技術(shù)上的解決思路和目標(biāo)就是提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率和提高頻譜效率。

　　目前各種無(wú)線技術(shù)提高頻譜效率的解決手段主要是：信道條件的無(wú)線參數(shù)的自適應(yīng)性和更高階的調(diào)制算法。所以無(wú)論是在各種3G標(biāo)準(zhǔn)或是無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)，以及新興的WiMAX標(biāo)準(zhǔn)等解決方案中，我們都會(huì)看到相同的解決方案。

　　另外，由于專用DCH信道是為電路交換業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)的，旨在應(yīng)對(duì)會(huì)話的恒定比特率的QoS和嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性要求。對(duì)于分組交換的業(yè)務(wù)，DCH信道的效率比較低，并且缺乏靈活性。所以需要采用以分組交換業(yè)務(wù)為導(dǎo)向的下行信道共享信道，以適應(yīng)多用戶環(huán)境的突發(fā)性分組業(yè)務(wù)，同時(shí)對(duì)傳輸延遲的低敏感性的業(yè)務(wù)的效率也更高。

　　在3GPP R5 WCDMA規(guī)范中，詳細(xì)規(guī)定了HSDPA的關(guān)鍵技術(shù)，主要有：自適應(yīng)調(diào)制和編碼（AMC）、混合自動(dòng)重傳申請(qǐng)（HARQ）、快速包調(diào)度（FPS）。如下圖所示：

　　1.自適應(yīng)調(diào)制和編碼AMC：

　　HSDPA中鏈路將根據(jù)無(wú)線鏈路質(zhì)量的變化而自適應(yīng)調(diào)制和編碼方法。不論用戶是在基站附近或是小區(qū)邊沿，鏈路自適應(yīng)調(diào)制將確保用戶能獲得最高可能的傳輸速率。HSDPA中新的調(diào)制編碼將極大地提高用戶數(shù)據(jù)率和吞吐量，也就意味著增強(qiáng)了頻譜效率。同時(shí)，用戶能獲得更快的連接速度。

　　WCDMA采用QPSK（R99）調(diào)制方式，HSDPA引入16QAM調(diào)制方式作為選項(xiàng)。當(dāng)使用16QAM調(diào)制方式的全部15個(gè)碼道時(shí)，理論最大吞吐量可達(dá)到14.4Mb/s。而采用QPSK調(diào)制方式最大吞吐量?jī)H為3.6Mb/s。

　　2.混合自動(dòng)重傳申請(qǐng)HARQ：

　　在WCDMA R99中，數(shù)據(jù)包重傳是由RNC控制的。而在HSDPA中，基站將直接控制更快的重傳機(jī)制。同時(shí)，HSDPA還使用了增量冗余（Incremental Redundancy）技術(shù)，該技術(shù)使得基站只需重傳出錯(cuò)的比特。如下所示：

　　HARQ實(shí)際上是將前向糾錯(cuò)編碼（FEC）和自動(dòng)重傳申請(qǐng)（ARQ）相結(jié)合。FEC提高了傳輸?shù)目煽啃?，但?dāng)信道情況較好時(shí)，過多糾錯(cuò)比特會(huì)降低吞吐量。ARQ在誤碼率不是很高的情況下可以得到理想的吞吐量，但會(huì)引起延時(shí)。將FEC和ARQ向結(jié)合所形成的HARQ。在發(fā)送的每個(gè)數(shù)據(jù)包中含有糾錯(cuò)和檢錯(cuò)的校驗(yàn)比特。如果接收包中的出錯(cuò)比特?cái)?shù)目在糾錯(cuò)能力之內(nèi)，則錯(cuò)誤被自行糾正；當(dāng)差錯(cuò)嚴(yán)重，已超出FEC糾錯(cuò)能力時(shí)，則讓發(fā)端重發(fā)。

　　HARQ有兩種運(yùn)行方式。一種是在重傳時(shí)，與前次發(fā)射時(shí)相同，這種方式又被稱之為soft combining。另一種就是重傳時(shí)的數(shù)據(jù)與前次發(fā)射有所不同，被稱職為增量冗余（Incremental Redundancy）技術(shù)。增量冗余技術(shù)的性能較優(yōu)，但在接收端側(cè)需要更大的內(nèi)存。終端的缺省內(nèi)存容量是根據(jù)終端所能支持的最大數(shù)據(jù)速率和sofe combining方式設(shè)計(jì)的，因而在最大數(shù)據(jù)速率時(shí)，只可能使用soft combining。而在使用較低的數(shù)據(jù)速率傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，兩種方式都可以使用。

　　HARQ能夠自動(dòng)地適應(yīng)信道條件的變化并且對(duì)測(cè)量誤差和時(shí)延不敏感。所以AMC和HARQ二者結(jié)合起來(lái)可以得到最好的效果：AMC提供粗略的數(shù)據(jù)速率選擇，而HARQ可以根據(jù)數(shù)據(jù)信道條件對(duì)數(shù)據(jù)速率進(jìn)行較精細(xì)的調(diào)整。

　　3.快速包調(diào)度方法：

　　調(diào)度算法控制著共享資源的分配，在很大程度上決定了整個(gè)系統(tǒng)的行為。調(diào)度時(shí)應(yīng)主要基于信道條件，同時(shí)考慮等待發(fā)射的數(shù)據(jù)量以及業(yè)務(wù)的優(yōu)先等級(jí)等情況，并充分發(fā)揮AMC和HARQ的能力。

　　調(diào)度算法應(yīng)向瞬間具有最好信道條件的用戶發(fā)射數(shù)據(jù)，這樣在每個(gè)瞬間都可以達(dá)到最高的用戶數(shù)據(jù)速率和最大的數(shù)據(jù)吞吐量，但同時(shí)也應(yīng)考慮到對(duì)每個(gè)用戶的公平性。因此，在短期內(nèi)以信道條件為主，而在長(zhǎng)期內(nèi)應(yīng)兼顧到對(duì)所有用戶的吞吐量。

二、Evolium HSDPA解決方案

　　我們認(rèn)為HSDPA是一個(gè)可以有效提升WCDMA網(wǎng)絡(luò)的性能和容量、優(yōu)化投資的技術(shù)，依靠成熟的設(shè)備，通過可靠的設(shè)計(jì)方法和工具鏈，上海貝爾阿爾卡特能夠?yàn)檫\(yùn)營(yíng)商提供一個(gè)完全滿足3GPP R5版本功能的網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)對(duì)已有UTRAN網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生最小的影響，從HSDPA商用的第一天，系統(tǒng)就可以支持QPSK和16QAM調(diào)制，最高提供14.4Mbit/s的傳輸速率，這些性能的獲得得益于 Evolium Node B和RNC具有靈活的架構(gòu)，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)充分考慮了新技術(shù)的演進(jìn)，保護(hù)了運(yùn)營(yíng)商的投資。

　　目前，上海貝爾阿爾卡特的無(wú)線產(chǎn)品在硬件上已經(jīng)完全具備了HSDPA功能，只需要簡(jiǎn)單的軟件升級(jí)即可支持HSDPA功能。

　　一般而言，HSDPA要求對(duì)Node B的硬件改動(dòng)較多，如果Node B不能平滑引入HSDPA功能，那么需要更新現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備中的芯片或模塊，這會(huì)大大增加網(wǎng)絡(luò)工程的復(fù)雜度和工作量。而Evolium Node B和RNC無(wú)需更新任何硬件，通過遠(yuǎn)程軟件的下載即可實(shí)現(xiàn)HSDPA功能。

　　Evolium多標(biāo)準(zhǔn)基站中BB基帶處理板是引入HSDPA受影響最大的模塊，它要處理新的物理信道和協(xié)議棧，每塊BB板可以提供10Mbit/s~ 20Mbit/s的 HSDPA的吞吐量，為多達(dá)6個(gè)小區(qū)同時(shí)提供HSDPA服務(wù)。發(fā)射單元TEU，也具備了支持HSDPA QPSK和16QAM調(diào)制的功能，并改善了功率放大器鏈路的線性度和提高了功放的效率。站單元SUMU板可以支持8根E1 2Mbit/s線或2根STM-1，能完全滿足Iub接口的傳輸需求。且每小區(qū)最大支持15個(gè)碼字，支持動(dòng)態(tài)功率分配，并可以實(shí)現(xiàn)靈活高效的算法，以保證無(wú)線資源的合理配置。

　　Evolium RNC也只需要軟件升級(jí)即可支持HSDPA功能，對(duì)于RNC3000 HD和RNC6000 HD配置無(wú)需任何硬件改動(dòng)，做到了平滑引入HSDPA，降低了投資成本。為了滿足更高的HSDPA數(shù)據(jù)吞吐量，只需要在RNC配置中增加已有的模塊XP處理板，就可以提供額外幾百兆 HSDPA數(shù)據(jù)吞吐量，體現(xiàn)了RNC具有向后平滑演進(jìn)的架構(gòu)，靈活的配置。

　　為了將HSDPA安全可靠地部署到商用網(wǎng)絡(luò)中，一般需要分階段的進(jìn)行功能驗(yàn)證和性能測(cè)試，上海貝爾阿爾卡特對(duì)HSDPA的引入，采取了四個(gè)步驟：包括HSDPA實(shí)驗(yàn)室演示―》商用設(shè)備集成測(cè)試－》外場(chǎng)試驗(yàn)網(wǎng)測(cè)試評(píng)估－》商用部署。上海貝爾阿爾卡特通過清晰穩(wěn)妥的HSDPA部署步驟，借助演示和測(cè)試來(lái)評(píng)估設(shè)備和HSDPA網(wǎng)絡(luò)的性能，并聯(lián)合終端廠商進(jìn)行IOT兼容性測(cè)試，將HSDPA的推向商用市場(chǎng)，使運(yùn)營(yíng)商可以從HSDPA快速部署中受益。

三、HSDPA商用案例

　　2005年7月，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商Tele.ring宣布阿爾卡特成為其HSDPA戰(zhàn)略伙伴，在奧地利Tele.ring選擇其HSDPA解決方案，并根據(jù)進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)，于2006年一季度正式在澳大利亞部署商用HSDPA，為其用戶提供HSDPA，移動(dòng)中的數(shù)據(jù)速率將能達(dá)到1.8Mbit/s。

　　現(xiàn)在，各設(shè)備制造廠商已紛紛投入到HSDPA的發(fā)展和布局中，目前開發(fā)已逐漸趨于成熟。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商也在緊鑼密鼓地進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試準(zhǔn)備工作，預(yù)計(jì)在2005年底HSDPA網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，終端設(shè)備都將能夠商用。隨著3G牌照的發(fā)放及網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的實(shí)施，HSDPA將逐步進(jìn)入商用運(yùn)行階段。