接入HSDPA解決WCDMA問題 增強型無線技術淺析

高速下行分組接入（HSDPA）是為解決WCDMA系統覆蓋與容量之間的矛盾、消除干擾、提升系統容量和數據傳輸速率等問題，滿足用戶業務需求而產生的新技術，是3GPP在R5協議中為了滿足上/下行數據業務不對稱的需求而提出的一種調制解調算法。

??? 目前的WCDMA R99系統標準可以提供最高2Mbit/s的數據傳輸速率，支持高速的分組交換和電路交換，并能提供許多基于互聯網的業務，充分滿足IMT-2000關于第三代移動通信的要求。然而，對于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，WCDMA對空中接口作了改進，引入了HSDPA技術，使之可以支持高達10Mbit/s的峰值速率。HSDPA技術的應用可以充分滿足運營商在3G網絡成熟期面臨容量需求特別大時進行擴容的實施要求。

??? 一、HSDPA的技術特點

??? 為了實現HSDPA技術，除了提出增強型DSCH信道概念外，還采用了四種關鍵技術：自適應調制編碼（AMC）、混合自動請求重轉技術（HARQ）、快速蜂窩選擇技術（FCS）和多輸入多輸出天線處理技術（MIMO）。

??? 1.HSDPA信道結構

??? HSDPA技術中增加了一個新的傳輸信道，稱為HS-DSCH，主要用于進行best-effort方式的PACKET傳輸，同時輔助HARQ和AMC等HSDPA關鍵技術的實現；HS-DSCH和DSCH信道一樣也是一種公共信道，主要是在時域內采用信道碼機制而同時為多用戶公用。在HS-DSCH中，采用固定的擴頻因子16個，這樣最多可用的碼不會多于16個，一般取最大的碼數為14個。采用固定的擴頻因子可以降低UE復雜性的同時可減少下行的信令。HS-DSCH是一種時域復用和碼域復用相結合的物理信道。

??? 分配HS-DSCH信道資源給不同的用戶是基于HS-DSCH傳輸時間間隔（TTI，在3GPP標準中對TTI進行了定義，可以為1、3、5或15個時隙。采用短的TTI具有以下兩個方面的優點。

??? （1）可以有效地減少系統的時間延遲。

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

??? 2.自適應調制編碼（AMC）

??? AMC根據信道的質量情況，選擇最合適的調制和編碼方式。信道編碼采用R99 1/3 Turbo碼以及通過相應碼率匹配后產生的其它速率的Turbo碼，調制方式可選擇QPSK、8PSK、16QAM等。通過編碼和調制方式的組合，產生不同的傳輸速率。當用戶處于有利的通信地點時（如靠近Node B或存在視距鏈路），用戶數據發送可以采用高階調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；而當用戶處于不利的通信地點時（如位于小區邊緣或者信道深衰落），網絡側則選取低階調制方式和低速率的信道編碼方案，例如：QPSK和1/4編碼速率，來保證通信質量。

??? 3.混合自動請求重轉技術（HARQ）

??? HARQ基于信道條件提供精確的編碼速率調節，可自動適應瞬時信道條件，且對延遲和誤差不敏感。HARQ可以提高系統性能，并可靈活地調整有效編碼速率，還可以補償由于采用鏈路適配所帶來的誤碼。HSDPA將AMC和HARQ技術結合起來可以達到更好的鏈路自適應效果。HSDPA先通過AMC提供粗略的數據速率選擇方案，然后再使用HARQ技術來提供精確的速率調解，從而提高自適應調節的精度和提高資源利用率。HARQ機制本身的定義是將FEC和ARQ結合起來的一種差錯控制方案，HARQ機制的形式很多，而HSDPA技術中主要是采用三種遞增冗余的HARQ機制：TYPE-I HARQ，TYPE-II HARQ和TYPE-III HARQ。可以根據系統性能和設備復雜度來選擇相應的HARQ機制。

??? 4.快速蜂窩選擇技術（FCS）

??? 有了快速蜂窩選擇（FCS），UE就不必同時從多個蜂窩中數據傳輸，也不必聯合承載分組數據的業務信道了。UE在每幀選擇最好的蜂窩來傳輸數據。上行DPCH用來指示需要的蜂窩，網絡可利用這個蜂窩把傳輸的數據一幀一幀的傳給UE。這種技術是地點選擇分集傳輸的一種特殊情況，僅適用于HS-DSCH信道。對于上行控制信道，則是給每個蜂窩分配一個臨時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閉它們的發射機。對于快速蜂窩選擇，UE在每幀選擇最佳的蜂窩，用最佳的蜂窩在HS-DSCH上接收數據。HS-DSCH數據只在這個蜂窩中傳送。HSDPA技術為了能更好地適應信道的快速變化，將調度功能單元放在Node B而不是RNC，同時也將TTI縮短到2ms。

??? 5.多輸入多輸出的天線處理（MIMO）

??? MIMO技術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，根據用戶業務請求等級不同和信道質量情況配置不同的信道。如果Node B有M個發射天線，用戶終端UE有N個接收天線，那么Node B與UE之間的下行發射通道有M×N個。發射機和接收機之間天線配置的不同組合，可以滿足數據速率從低到高的變化。MIMO技術需要UE和UTRAN都采用多個天線收發機，對UE而言要求比較高。同時由于采用的具體算法相當復雜，對處理機的處理能力和內存也有很高要求。此外其他技術也對WCDMA網絡性能的提升提供幫助，比如智能天線SA和多用戶檢測MUD。前者能顯著提高系統的容量和覆蓋性能，提高頻譜利用率，從而降低運營商成本，后者通過對多個用戶信號進行聯合檢測，從而盡可能地減小多址干擾來達到提高容量或覆蓋的目的。

??? 二、HSDPA技術的演進 原文位置

??? 3GPP中確定了HSDPA演進的三個階段，其中第三階段還未最終確定，仍在3GPP內進行研究。R5以上的版本主要將致力于吞吐量的進一步提高，峰值數據速率可達50Mbit/s以上。

??? 第一階段：基本HSDPA

??? 在3GPP R5中進行了說明，引進一些新的基礎特性以獲得10.8Mbit/s峰值數據速率。這些特性包括由控制信道支持的高速下行共享信道，自適應調制（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HSDPA

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

??? 第三階段：HSDPA進一步演進

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

??? 三、 HSDPA技術現階段發展情況

??? 1.標準

??? WCDMA標準化主要是由區域性的標準化組織3GPP負責，該組織主要成員包括了全球各個主要國家和地區的無線通信標準化機構。HSDPA技術在3GPP制定的WCDMA標準Release5版本中被正式引入，從而完成了HSDPA技術的標準化工作。按照3GPP組織的最初規劃，每個Release版本應以年為周期進行正式發布，但是由于在WCDMA Release99版本的制定過程中花費時間過長，以致Release5版本在2002年才最終凍結。隨著Release5版本的凍結，也標志著HSDPA技術標準的成熟化。

??? 2.設備

??? 目前業界還沒有一個廠家可提供商用HSDPA功能，部分廠家的現有產品在硬件上已經具有了處理HSDPA功能的能力，已經為軟件升級到HSDPA做好了準備。目前大多數廠家對于HSDPA功能的研發比較積極，主要是他們認為很多廠家CDMA2000設備已經有EV-DO功能，如果不實現HSDPA，WCDMA將缺少這方面的競爭力。但是，HSDPA功能的引入還需要考慮終端的研發進度和能力，各大廠家也在與終端設備開發商和芯片設計公司協商研發時間表，以便進行互操作試驗。

??? 隨著HSDPA技術的成熟和發展，其良好的應用前景和平滑的演進能力正在引起越來越多人們的熱切關注。作為超3G的主流技術之一，很多人甚至將HSDPA稱為3.5G技術。目前，很多移動運營商都在高度關注它的商用化進展情況，在世界范圍內，眾多的通信產品供應商也都開始啟動了HSDPA技術的商用化進程。

??? 四、結論

??? 通過以上對HSDPA的介紹和分析，可以看出HSDPA技術作為WCDMA的增強型無線技術是一種提升網絡性能和容量的有效方式。HSDPA不僅能有效地支持非實時業務，同樣可以用于支持某些實時業務，如流媒體業務等。HSDPA還可以支持高速不對稱數據服務，而且在大大增加網絡容量的同時還能使運營商投入成本最小化。它為UMTS更高數據傳輸速率和更高容量提供了一條平穩的演進途徑，就如在GSM網絡中引入EDGE一樣。