HSDPA技術(shù)方案的特點及應(yīng)用研究

1、引言

TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)作為我國提出的第三代移動通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在最近幾年取得了令人欣喜的成果，產(chǎn)業(yè)鏈日趨完善，系統(tǒng)和終端逐漸成熟。隨著市場對高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的日益增長，3GPP在Release 5和Release 6版本規(guī)范中引入了重要的增強技術(shù)：高速下行分組接入（HSDPA：High Speed Downlink Packet Access）技術(shù)以同其它無線接入技術(shù)相抗衡。HSDPA技術(shù)是3G系統(tǒng)中為了提高系統(tǒng)的下行業(yè)務(wù)速率而引入的一種改進技術(shù)。目前，TD-SCDMA在這方面的進展也非?？?。

2、HSDPA中的若干關(guān)鍵技術(shù)

HSDPA是一些無線增強技術(shù)的集合，其目的在于滿足上/下行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的不對稱需求，可以在不改變現(xiàn)行3G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的情況下提升下行鏈路的用戶峰值速率和小區(qū)數(shù)據(jù)吞吐率，從而大大提高系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的性能和容量。其基本的物理層關(guān)鍵技術(shù)主要包括：自適應(yīng)調(diào)制與編碼技術(shù)（AMC：Automatic Modulation and Coding）、混合自動重傳請求技術(shù)（HARQ：Hybrid Automatic Repeat Request）和高階調(diào)制技術(shù)等。

2.1自適應(yīng)調(diào)制與編碼技術(shù)

對于AMC技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)側(cè)會根據(jù)終端上報的信道質(zhì)量指示（CQI：Channel Quality Indication）來自適應(yīng)調(diào)整下行的調(diào)制方式和編碼速率，以提高小區(qū)的平均吞吐量。自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)有效地利用了信道條件信息來提高整個系統(tǒng)的性能。對于TD-SCDMA終端，需要實時地統(tǒng)計高速下行共享信道（HS-DSCH：High Speed Downlink Shared Channel）的誤塊率（BLER：Block Error Ratio）。終端可以根據(jù)HS-DSCH的共享控制信道（HS-SCCH：Shared Control Channel for HS-DSCH）中帶有的物理層的信息，包括傳輸塊大小、調(diào)制方式、擴頻增益以及物理信道數(shù)計算出有效碼率，從而計算出CQI值來上報給網(wǎng)絡(luò)側(cè)，進行自適應(yīng)調(diào)制編碼。

2.2混合自動重傳請求技術(shù)

混合自動重傳請求技術(shù)將前向糾錯（FEC：Forward Error Correction）技術(shù)同ARQ技術(shù)相結(jié)合，利用FEC技術(shù)的糾錯能力以提高系統(tǒng)的傳輸效率，并通過ARQ技術(shù)來提高系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃??？焖倩旌献詣又貍饕彩且环N鏈路自適應(yīng)的技術(shù)，它采用了FEC原理。是指接收方在解碼失敗的情況下，保存接收到的數(shù)據(jù)，并要求發(fā)送方重傳一定的數(shù)據(jù)。在HARQ中，鏈路層的信息用于進行重傳判決，HARQ能夠自動地適應(yīng)信道條件的變化并且對測量誤差和時延不敏感。AMC和HARO兩者結(jié)合起來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)信道條件對數(shù)據(jù)速率進行較精細(xì)的調(diào)整。FEC原理包括了遞增冗余（每次重傳包括了更多的奇偶校驗位）和跟蹤組合（同樣的數(shù)據(jù)塊將被完全重傳），可以根據(jù)系統(tǒng)的存儲空間和系統(tǒng)性能對二者進行選擇。

2.3高階調(diào)制技術(shù)

對于高階調(diào)制，在HSDPA中采用了兩種可選調(diào)制方式，即QPSK和16QAM。對于TD-SCDMA終端來說，需要從高階調(diào)制的符號中提取軟比特信息輸入到解碼器。

3、HSDPA中的終端實現(xiàn)考慮

對于終端的調(diào)度而言，必需對HSDPA有一些特殊的處理。終端需要不停地檢測HS-SCCH信道，由于HS-SCCH信道是經(jīng)過信道編碼的，同尋呼指示信道（PICH：Paging Indicator Channel）不一樣。3GPP中要求最少在三個時隙內(nèi)調(diào)度接收HS-DSCH，這就要求必須在三個時隙的時間內(nèi)完成HS-SCCH的解調(diào)和解碼任務(wù)。同時，在這三個時隙中還可能伴有專用業(yè)務(wù)信道的解調(diào)和解碼任務(wù)。

為了提高信道的利用率，HSDPA中的HARQ重傳機制采用了N通道停止等待（N-Channel Stop-and-Wait）HARQ方式。即在一個傳輸物理信道上同時并列進行N個HARQ進程（N的個數(shù)最大為8），當(dāng)下行鏈路一個HARQ進程發(fā)送完數(shù)據(jù)包等待反饋消息的時候。啟動另外一個HARQ進程發(fā)送數(shù)據(jù)包。也就是說，當(dāng)下行鏈路傳送一個HARQ進程的數(shù)據(jù)包的時候，上行鏈路傳輸?shù)氖瞧渌鸋ARQ進程的反饋信息。這種方式的HARQ要求接收機，即TD-SCDMA終端，為了進行碼合并（Code Combine）而存儲N個通道的信息，從而需要較大的存儲空間。

為了HARQ的實現(xiàn)方便，HS-DSCH在組幀時采用了二次速率匹配方案。這樣雖然使得碼合并處理簡單化，但是卻增加了解速率匹配的時間。

4、凱明信息HSDPA技術(shù)方案的主要特點

凱明信息一直以來都在跟蹤HSDPA技術(shù)的發(fā)展，并對HSDPA技術(shù)進行預(yù)研和仿真。凱明信息的HSDPA物理層方案主要完成的功能有：支持HS-PDSCH，HS-SCCH和HS-SICH物理信道；采用遞增冗余（IR）方案實現(xiàn)混合自動重傳請求（HARQ）；采用多碼傳輸技術(shù)實現(xiàn)對高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持；采用鏈路自適應(yīng)和高階調(diào)制技術(shù)提高系統(tǒng)的頻譜利用率；采用短傳輸時間間隔（TTI）實現(xiàn)層1上的快速調(diào)度。

凱明信息的HSDPA物理層方案具有的主要特點有：完全遵循最新版本的3GPP規(guī)范，實現(xiàn)所規(guī)定的所有功能；高效率的HARQ方案，大大提高系統(tǒng)的吞吐量；簡單高效的高階調(diào)制與解調(diào)方案，大大提高系統(tǒng)的頻譜利用率；快速調(diào)度算法有效地保證了數(shù)據(jù)的連續(xù)傳輸。

在協(xié)議棧方面，凱明信息的HSDPA方案在原有AS協(xié)議棧的基礎(chǔ)上，除了按照CWTS規(guī)范新增MAC-hs功能實體外，還通過增加或完善RRC與MAC-hs，RRC與L1，MAC-hs與原有MAC，MAC-hs與L1等接口來共同完成HSDPA功能的配置和收發(fā)實現(xiàn)。RRC通過Uu口接收網(wǎng)絡(luò)側(cè)下發(fā)的命令，來決定是否需要開啟HSDPA功能。當(dāng)HSDPA功能開啟時，RRC將會通過上述前兩個接口將HSDPA功能所需的信息配置給MAC-hs和L1，使得MAC-hs和L1兩個實體可以按照CWTS規(guī)范所規(guī)定的方式同步地進行高速數(shù)據(jù)包的收發(fā)任務(wù)。圖1為HSDPA軟件協(xié)議棧框圖。

圖1HSDPA軟件協(xié)議棧框圖

凱明信息的HSDPA協(xié)議棧方案主要完成的功能主要有：支持HS-DSCH傳輸信道；支持HS-PDSCH，HS-SCCH，HS-SICH物理信道；支持HS-DSCH帶內(nèi)信令的傳輸；MAC-hs實體支持流控、優(yōu)先級管理和調(diào)度；HARQ功能的實現(xiàn)；MAC-hs與MAC-D的復(fù)用和解復(fù)用。

基于的協(xié)議棧功能實現(xiàn)，技術(shù)方案具有以下主要特點：完全遵循最新版本CWTS規(guī)范所規(guī)定的全部功能；采用增量開發(fā)方式，對既有協(xié)議棧影響減少到最??；實體間接口簡潔、直觀，模塊間耦合性??；針對高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，實時性強，時延小。

5、TD-SCDMA HSDPA在3G系統(tǒng)中的應(yīng)用前景

雖然FDD WCDMA和TDD TD-SCDMA的HSDPA在技術(shù)實現(xiàn)方式上大致相似，而且網(wǎng)絡(luò)演進都可以在不改變已經(jīng)建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的情況下，通過軟件升級即可完成，但是綜合考量而言，TD-SCDMA HSDPA還是具有一些相對優(yōu)勢。

（1）頻譜利用效率方面的優(yōu)勢

在上下行時隙配置為1:5時，單載波（1.6MHz帶寬）TD-SCDMA HSDPA的理論峰值速率可以達到2.8Mbit/s；在10MHz帶寬內(nèi)（WCDMA系統(tǒng)的一個載波帶寬）能夠達到的峰值速率為16.8Mbit/s，已經(jīng)大于WCDMA HSDPA相應(yīng)的14.4Mbit/s。如果考慮多載頻的應(yīng)用環(huán)境，TD-SCDMA HSDPA系統(tǒng)的頻譜利用效率較WCDMA HSDPA系統(tǒng)將更具優(yōu)勢。

（2）頻譜資源分配方面的優(yōu)勢

對于WCDMA，如果要在10MHz的帶寬內(nèi)支持HSDPA技術(shù)，則要求上下行的5MHz帶寬分別都是連續(xù)的。而TD-SCDMA則可以使用6個分離的1.6MHz載波，在載波資源受限情形下，這無疑是一個極大的優(yōu)勢。

（3）網(wǎng)絡(luò)部署方面的優(yōu)勢

考慮3GPP Release4和HSDPA網(wǎng)絡(luò)的共存部署問題，基于窄帶技術(shù)的TD-SCDMA HSDPA網(wǎng)絡(luò)在資源利用率、組網(wǎng)成本、移動性管理復(fù)雜度和靈活性等方面均相比WCDMA HSDPA系統(tǒng)更具優(yōu)勢。

6、結(jié)束語

綜上所述，TD-SCDMA向HSDPA的演進，將使TD-SCDMA具備持續(xù)的發(fā)展能力和更長遠(yuǎn)的競爭力，更增強運營商在3G建網(wǎng)制式選擇時對于TD-SCDMA系統(tǒng)的信心。

凱明信息作為TD-SCDMA芯片解決方案提供商，目前所研發(fā)的新一代雙模芯片組“火星”已完成室內(nèi)測試及室外現(xiàn)場驗證。在3G承載業(yè)務(wù)方面，并發(fā)業(yè)務(wù)（PS下行128kbit/s+語音CS 12.2k AMR）得到充分驗證；在室內(nèi)及室外環(huán)境下，已實現(xiàn)上行128kbit/s/下行384kbit/s數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；通過合作伙伴的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)備及服務(wù)器，實現(xiàn)了穩(wěn)定的基于384kbit/s數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的流媒體、視頻點播業(yè)務(wù)以及電路域的可視電話業(yè)務(wù)，充分展示了“火星”平臺強大的處理能力；全系統(tǒng)表現(xiàn)出良好和持續(xù)的穩(wěn)定性；在省電功能方面，成功實現(xiàn)了電源管理功能，深睡狀態(tài)下電流約為6mA，384kbit/s業(yè)務(wù)的電流為210mA左右。已經(jīng)接近商用終端的耗電水平。

同時，凱明信息也將在加緊開展HSDPA在系統(tǒng)與終端設(shè)備上的研發(fā)工作，相信憑借凱明信息強大的研發(fā)實力，勢將再攀HSDPA未來通信演進的技術(shù)高峰。

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