WCDMA中的HSDPA技術(shù)

O、前言

　　在3G的三大標準的角逐中，WCDMA商用在運營商的支持數(shù)量上取得了領(lǐng)先，但在其網(wǎng)絡(luò)所支持的數(shù)據(jù)速率上卻長期停留在理論上的384kbps水平，而其網(wǎng)絡(luò)建設(shè)也一直處于緩慢發(fā)展的狀態(tài)。

　　與此形成鮮明對照的是，在韓國、日本等國家實現(xiàn)商用的CDMA2000 1X EV-DO網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上，已經(jīng)實現(xiàn)了2.4Mbps的峰值速率，其寬帶接入服務(wù)能為客戶提供300kbps-500kbps平均下載速率，這足以與有線寬帶的速率相媲美。

　　比較而言，同為已經(jīng)實現(xiàn)商用的3G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，面對現(xiàn)有的3G業(yè)務(wù)，WCDMA已經(jīng)稍顯力不從心，在數(shù)據(jù)傳輸速率上的巨大落差，以及由此帶來的業(yè)務(wù)能力上的弱勢，自然使得WCDMA陣營不甘落后，必須尋找一種趕超CDMA2000 1X EV-DO的有力武器。

　　HSDPA(高速下行分組接入，High Speed Downlink Packages Access)技術(shù)是實現(xiàn)提高WCDMA網(wǎng)絡(luò)高速下行數(shù)據(jù)傳輸速率最為重要的技術(shù)，是3GPP在R5協(xié)議中為了滿足上下行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不對稱的需求提出來的，它可以在不改變已經(jīng)建設(shè)的WCDMA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，大大提高用戶下行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率(理論最大值可達14.4Mbps)，該技術(shù)是WCDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中提高下行容量和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率的一種重要技術(shù)。

1、HSDPA技術(shù)及其新特點

　　為改善WCDMA系統(tǒng)性能，HSDPA在無線接口上作出了大量變化，這主要影響到物理層和傳輸層：

　　縮短了無線電幀；新的高速下行信道；除QPSK調(diào)制外，還使用了16QAM調(diào)制；碼分復(fù)用和時分復(fù)用相結(jié)合；新的上行控制信道；采用自適應(yīng)調(diào)制和編碼(AMC)實現(xiàn)快速鏈路適配；使用混合自動重復(fù)請求HARQ)。介質(zhì)訪問控制(MAC)調(diào)度功能轉(zhuǎn)移到Node-B上。

　　HSDPA無線幀(在WCDMA結(jié)構(gòu)中實際是子幀)長2ms，相當于目前定義的三個WCDMA時隙。一個10msWCDMA幀中有五個HSDPA子幀。用戶數(shù)據(jù)傳輸可以在更短的時長內(nèi)分配給一條或多條物理信道。從而允許網(wǎng)絡(luò)在時域及在碼域中重新調(diào)節(jié)其資源配置。

　　* 下行傳輸信道編碼

　　HS-DSCH從WCDMA R99引入的下行共享信道(DSCH)演變而來，允許在時間上復(fù)用不同的用戶傳輸。為有效實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率和更高的頻譜效率，DSCH中的快速功率控制和可變展寬系數(shù)在R5中被代之以HS-DSCH上的短分組長度、多碼操作和AMC以及HARQ等技術(shù)。

　　根據(jù)R99 1/3增強編碼器，信道編碼一直采用1/3速率。但是，根據(jù)兩階段HARQ速率匹配流程中應(yīng)用的參數(shù)，有效的碼速率會變化。

　　在這一過程中，信道編碼器輸出上的位數(shù)與HS-DSCH上映射的HS-PDSCH的總位數(shù)相匹配。HARQ功能通過冗余版本(RV)參數(shù)控制。輸出上確切的位集取決于輸入位數(shù)、輸出位數(shù)和RV參數(shù)。在使用一個以上的HS-PDSCH時，物理信道分段功能在不同物理信道之間劃分比特位。它對每條物理信道單獨進行交織。

　　HSDPA采用正交相移鍵控調(diào)制(WCDMA中規(guī)定的技術(shù))，在無線電條件良好時，采用16正交幅度調(diào)制(16QAM)。

　　* 下行物理信道結(jié)構(gòu)

　　物理信道的第一個時隙承載HS-PDSCH接收的關(guān)鍵信息，如信道化代碼集和調(diào)制方案。在收到第一個時隙后，UE只有一個時隙解碼信息，準備接收HS-PDSCH。

　　映射到一個HS-DSCH上的HS-PDSCHs(或碼信道)數(shù)量可能會在1-15之間明顯變化。它使用正交可變展寬系數(shù)(OVSF)代碼。多碼數(shù)量和從給定HS-DSCH上映射的HS-PDSCH的相應(yīng)偏置信息在HS-SCCH上傳送。偏置(0)時的多碼(P)分配如下：

　　Cch，16，0…Cch，16，O+P-1。第二個時隙和第三個時隙承載HS-DSCH信道編碼信息，如傳輸碼組長度、HARQ信息、RV和星座版本及新的數(shù)據(jù)指示符。使用16位UE標識涵蓋三個時隙的數(shù)據(jù)。

　　* 自適應(yīng)調(diào)制和編碼

　　鏈路適配是HSDPA改善數(shù)據(jù)吞吐量的一種重要途徑。采用的技術(shù)是自適應(yīng)調(diào)制和編碼(AMC)。在每個用戶傳輸過程中，把系統(tǒng)的調(diào)制編碼方案與平均信道條件相匹配。傳輸?shù)?a target="_blank">信號功率在子幀周期期間保持不變，它改變調(diào)制和編碼格式，以與當前收到的信號質(zhì)量或信號條件相匹配。在這種情況下，BTS附近地區(qū)的用戶一般會配置速率較高的高階調(diào)制(例如，有效碼速率為O.89的16QAM)，但隨著距BTS的距離增大，調(diào)制階和碼速率將下降。如前所述，可以采用1/3碼速增強編碼，通過各種速率匹配參數(shù)獲得不同的有效碼速率。

　　* 混合ARQ

　　混合自動重復(fù)請求(HARQ)技術(shù)把前饋糾錯(FEC)和ARQ方法結(jié)合在一起，保存以前嘗試失敗中的信息，用于未來解碼中。HARQ是一種暗示鏈路適配技術(shù)。AMC采用明示的C/I或類似措施，設(shè)置調(diào)制和編碼格式，而HARQ則采用鏈路層確認制定重傳決策。從另一個角度講，AMC提供了粗數(shù)據(jù)速率選擇，而HARQ則根據(jù)信道條件提供數(shù)據(jù)速率微調(diào)功能。

　　* 分組調(diào)度功能

　　除信道編碼及物理層和傳輸層變化外，HSDPA還實現(xiàn)了另一個變化，以支持快速傳送分組。它把分組調(diào)試功能從網(wǎng)絡(luò)控制器移到了Node-B(BTS)中的MAC層。

　　分組調(diào)度算法考慮無線信道條件(根據(jù)涉及的所有UE的CQI)和傳輸?shù)讲煌脩舻臄?shù)據(jù)數(shù)量。

2、商用前景分析

　　目前的3G系統(tǒng)在容量、速率和成本方面都不足以支持包月的移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，迫切需要高容量、低成本的HSDPA。而HSDPA能否成功的關(guān)鍵是看其能否滿足包月移動互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)的需求。

　　HSDPA移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)已經(jīng)超出蜂窩移動電話數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進入寬帶無線接入市場，應(yīng)用對象包括PDA和筆記本電腦。

　　目前，大多數(shù)WCDMA廠商都在積極參與HSDPA技術(shù)的探討和設(shè)備的研發(fā)，不少廠家已經(jīng)實驗室實驗，系統(tǒng)集成測試，開始進入場地測試。一般認為HSDPA將在2006年開始商業(yè)部署。