HSDPA的技術介紹--r&s

kinpoagilent

R&S 系統應用工程部 資深系統應用工程師 Ida Chen
　
對高速移動分組數據業務的支持能力是3G系統最重要的特點之一。 WCDMA Release 99版本可以提供384kbps的數據速率，這個速率對於大部分現有的分組業務而言基本够用。然而，對於許多對流量和遲延要求較高的数據業務如視頻、流媒體和下載等，需要系統提供更高的傳輸速率和更短的時間延遲。在第三代行動通訊的技術標準中，以歐洲主導的W-CDMA、美國主導的CDMA 2000以及中國的TD-SCDMA將成為三大主流技術。

W-CDMA標準化主要是由區域性的標準化組織3GPP負責，該組織由:
ETSI(歐洲) European Telecommunications Standards Institute
CWTS(中國) China Wireless Telecommunication Standard Group
ARIB(日本) Association for Radio Industries and Business
TTC(日本) Telecommunication Technology Committee
TTA(韓國) Telecommunications Technology Association
和T1(美國) Standards Committee T1 Telecommunication

等成員組成的第三代合作組織，其目標是制定與GSM/GPR相兼容的第三代移動通信標準W-CDMA，在歐洲又稱為UMTS。

目前的W-CDMA標準可以提供最高2Mbit/s的數據傳輸速率，支持高速的分組交換和電路交換，並能提供許多基於因特別網路的業務，充分滿足了IMT-2000關於第三代行動通訊的要求。然而，對於諸如下載或流媒體類業務，需要系統提供更高的傳輸速率和更少的延遲。為了滿足此要求，W-CDMA從這兩方面對空中接口作了改進，引入了HSDPA技，使之可以支持高達8Mbit/s的峰值速率。

HSDPA技術是W-CDMA在無線部分的增强與演進。引入HSDPA技術後的W-CDMA無線部分，在Node B增加了一個新的MAC-h子層，但基本結構仍與Release 99保持一致。而且，引入HSDPA後，只是在原有的物理通道上增加了新的通道。因此，支持HSDPA技術的終端可以和Release 99終端在一個載波内共存，這點與CDMA 2000 EV-DO不同，無須運行在獨立的載波上。

HSDPA在W-CDMA中的引入
W-CDMA從Release 5開始引入HSDPA，其目的是為了適應未來大量的移動數據業務而在無線接口增加下傳路徑的數據傳輸速率。引入HSDPA後，無線部分的總體結構雖與Release 99基本一致，但仍存在部分差異。

W-CDMA R5引入了HSDPA的概念，使用AMC，HARQ和快速調變等技術來提高下傳路徑的數據速率，最高可達10Mbit/s。目前，3GPP正在研究MIMO，高階調變等技術，進一步提高了數據速率。MIMO(Multiple Input Multiple Output)技術是指Node B採用多個發射機天線，終端採用多個接收天線。在Release 5中，對HSDPA只定義了QPSK和16QAM這兩種調變方案，目前3GPP也正就是否用64QAM的調變方式進行研究。

1.HSDPA對W-CDMA Release 99結構的影響
為了支援HSDPA，在MAC(Media Access Control) 層新增了MAC-hs (high speed)實體，位於Node B，負責HARQ操作以及相應的調度，並在物理層引入以下三種新的通道 (Figure 1.)：

(1)HS-DSCH (High Speed Downlink Shared Channel)通道，下傳路徑，負責傳輸用户數據。
(2)HS-SCCH(High Speed Shared Control Channel) 通道，下傳路徑，負責傳輸對HS-DSCH通道解碼所必須的控制信息的物理層控制通道。
(3)HS-DPCCH(Uplink High Speed Dedicated Physical Control Channel)通道，上傳路徑，負責傳輸必要的控制信息，主要是對ARQ的響應以及下傳路徑品質的反回饋信息。

HS-DSCH通道的共享方式有兩種，最基本的方式是TDM (Time Division Multiplexing )，即按時間段分给不同的用户使用，這樣HS-DSCH通道碼 (HS-SDCH code)每次只分配给一個用户使用。另一種就是CDM (Code Division Multiplexing)，在碼資源有限的情况下，同一時刻，多個用户可以同時傳輸數據。
　

Figure 1.
　

HSDPA的關鍵技術
1.自適應的編碼AMC和調變 (Adaptive modulation and coding)
AMC的原理就是根據瞬間通道條件的改變而相應地改變調變和編碼格式。因此，當通道條件較好時，AMC會選擇一個需要較高Ec/Ior的調變與編碼格式以充分利用現有的通道條件。反之，當通道條件較差時，AMC會選擇一個低階的調變和較低的編碼速率。

為了達到提高下傳分組數據速率和减少時間延遲的目的，HSDPA主要採用了自適應的編碼和調變(AMC，Adaptive modulation and coding)、快速重傳、快速調度等技術，替代了R99中的可變擴頻碼和快速功率控制。

在W-CDMA R99中，下傳路徑的功率控制的動態範圍大約是20dB，而上傳路徑的功控動態範圍可達70dB。這主要是由於下傳路徑的功率受限於小區内干擾 (並行碼道上的用户間干擾)，同时也意味着當用户靠近Node B時，基站的發射功率會有所降低但不可能在短時間内大幅度下降。使用AMC後，對於靠近Node B的用户，充分利用現有的通道條件，使用高階的調變方案和較高的編碼速率，來最大化下傳鏈路的數據吞吐量。

2.HARQ
快速混合自動重傳(HARQ)是指接收方在解碼失敗的情况下，保存接收到的數據，並要求發送方重傳數據，接收方將重傳的數據和先前接收到的數據在解碼之前進行組合。混合自動重傳技術可以提高系統性能，並可靈活地調整有效碼元速率，還可以補償由於採用路徑適配所帶來的誤碼。

如果在一個TTI時段内的數據解碼錯誤，那麼重傳操作會在後面幾個TTI時段内執行。一旦數據被中傳，用户設備將對先前版本的數據和當前重傳的數據進行組合，這極大地提高了重傳成功的機率。直到數據成功解碼或達到了預先定義的最大嘗試次數，重傳操作才會结束。由於混合自動重傳機制是在Node B中執行的，因此重傳請求操作可以非常迅速。

HARQ有兩種運行方式。一種是在重傳時，與初次發射時相同，這種方式又被稱之為chase或soft combining。另一種就是重傳時的數據與前次發射有所不同，這種方式又被稱之為IR(Incremental Redundancy)。第二種的性能要優於第一種，但在接收端則需要更大的内存。終端的内存容量是根據終端所能支持的最大數據速率和soft combining方式設計的，因而在最大數據速率時，只可能使用soft combining。而在使用較低的數據速率傳輸數據時，兩種方式都可以使用。

3.快速調度
調度算法控制着共享資源的分配，在很大程度上决定了整個系统的行為。調變時應主要基於通道條件，同时考虑等待發射的數據量以及業務的優先等級等情况，並充分發揮AMC和HARQ的能力。

調變算法应向瞬間具有最好通道條件的用户發射數據，這樣在每個瞬間都可以達到最高的用户數據速率和最大的數據吞吐量，但同时也應考慮到對每個用户的公平性。因此，在短期内以通道條件為主，而在長期内應兼顧到對所有用户的吞吐量。

為了使系統能更好地適應通道的短期變化，因此在HSDPA中，調變算法位於Node B而不是位於RNC。

結論
作為UMTS-FDD的一種演進技術，HSDPA提供了行動通信系统實現多媒體服務所需的高速數據速率，將大大提高系統的頻譜效率和碼資源利用率，有效提升網路性能和容量。HSDPA在3G產業鏈上的價值，全球主要的通信設備商都在傾力加速支援HSDPA技術的WCDMA基礎設備的研發和生產。一場以HSDPA為主題的“3G加速運動”正在隨着3G產業的快速發展在全球漫延。
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chennick

版主寫的太棒了,讓不懂了人有了一些粗淺的概念了

lyh8116

嗯，写的不错，关键技术让外行看着都清楚

zhz527

谢谢！[em08][em08]