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1、徐菲：HSDPA关键技术及未来发展情况介绍http:/ 2003年10月11日15:59 新浪科技信息产业部电信研究院标准体制研究所徐菲提要介绍了HSDPA的一些关键技术，以及在W-CDMA引入HSDPA后，对原有结构的影响，最后介绍了HSDPA的未来发展情况。关键词W-CDMA HSDPA AMC HARQ一、引言在第三代移 动通信的技术标准中，以欧洲主导的W-CDMA、美国主导的cdma2000以及中国的TD-SCDMA将成为三大主流技术。W-CDMA标准化主要是由区域性的标准化组织3GPP负责，该组织由ETSI(欧洲)，CWTS(中国)，ARIB(日本)，TTC(日本)，TTA(韩国)和
2、T1(美国)等成员组成的第三代合作组织，其目标是制定与GSM/GPRS相兼容的第三代移 动通信标准W-CDMA，在欧洲又称为UMTS。目前的W-CDMA标准可以提供最高2Mbit/s的数据传输速率，支持高速的分组交换和电路交换，并能提供许多基于因特网的业务，充分满足了IMT-2000关于第三代移 动通信的要求。然而，对于诸如下载或流媒体类业务，需要系统提供更高的传输速率和更少的延迟。为了满足此要求，W-CDMA从这两方面对空中接口作了改进，引入了HSDPA技术，使之可以支持高达8Mbit/s的峰值速率。HSDPA技术是W-CDMA在无线部分的增强与演进。引入HSDPA技术后的W-CDMA无线部
3、分，在Node B增加了一个新的MAC-hs子层，但基本结构仍与R99保持一致。而且，引入HSDPA后，只是在原有的物理信道上增加了新的信道。因此，支持HSDPA技术的终端可以和R99终端在一个载波内共存，这点与cdma2000 EV-DO不同，无需运行在独立的载波上。二、HSDPA的关键技术为了达到提高下行分组数据速率和减少时延的目的，HSDPA主要采用了自适应的编码和调制(AMC，Adaptive modulation and coding)、快速重传、快速调度等技术，替代了R99中的可变扩频码和快速功率控制。1.自适应的编码和调制AMC的原理就是根据瞬间信道条件的改变而相应地改变调制和编
4、码格式。因此，当信道条件较好时，AMC会选择一个需要较高Ec/Ior的调制与编码格式以充分利用现有的信道条件。反之，当信道条件较差时，AMC会选择一个低阶的调制和较低的编码速率。在W-CDMA R99中，下行链路的功率控制的动态范围大约是20dB，而上行链路的功控动态范围可达70dB。这主要是由于下行链路的功率受限于小区内干扰(并行码道上的用户间干扰)，同时也意味着当用户靠近Node B时，基站的发射功率会有所降低但不可能在短时间内大幅度下降。使用AMC后，对于靠近Node B的用户，充分利用现有的信道条件，使用高阶的调制方案和较高的编码速率，来最大化下行链路的数据吞吐量。2.HARQ快速混合
5、自动重传(HARQ)是指接收方在解码失败的情况下，保存接收到的数据，并要求发送方重传数据，接收方将重传的数据和先前接收到的数据在解码之前进行组合。混合自动重传技术可以提高系统性能，并可灵活地调整有效码元速率，还可以补偿由于采用链路适配所带来的误码。如果在一个TTI时段内的数据解码错误，那么重传操作会在后面几个TTI时段内执行。一旦数据被重传，用户设备将对先前版本的数据和当前重传的数据进行组合，这极大地提高了重传成功的几率。直到数据成功解码或达到了预先定义的最大尝试次数，重传操作才会结束。由于混合自动重传机制是在Node B中执行的，因此重传请求操作可以非常迅速。HARQ有两种运行方式。一种是在
6、重传时，与初次发射时相同，这种方式又被称之为chase或soft combining。另一种就是重传时的数据与前次发射有所不同，这种方式又被称之为IR(Incremental Redundancy)。后一种方式的性能要优于第一种，但在接收端侧需要更大的内存。终端的缺省内存容量是根据终端所能支持的最大数据速率和soft combining方式设计的，因而在最大数据速率时，只可能使用soft combining。而在使用较低的数据速率传输数据时，两种方式都可以使用。3.快速调度调度算法控制着共享资源的分配，在很大程度上决定了整个系统的行为。调度时应主要基于信道条件，同时考虑等待发射的数据量以及业务
7、的优先等级等情况，并充分发挥AMC和HARQ的能力。调度算法应向瞬间具有最好信道条件的用户发射数据，这样在每个瞬间都可以达到最高的用户数据速率和最大的数据吞吐量，但同时也应考虑到对每个用户的公平性。因此，在短期内以信道条件为主，而在长期内应兼顾到对所有用户的吞吐量。为了使系统能更好地适应信道的短期变化，因此在HSDPA中，调度算法位于Node B而不是位于RNC。三、HSDPA在W-CDMA中的引入W-CDMA从R5开始引入HSDPA，其目的是为了适应未来大量的移 动数据业务而在无线接口增加下行链路的数据传输速率。引入HSDPA后，无线部分的总体结构虽与R99基本一致，但仍存在部分差异。1.H
8、SDPA对W-CDMA R99结构的影响为了支持HSDPA，在MAC层新增了MAC-hs实体，位于Node B，负责HARQ操作以及相应的调度，并在物理层引入以下三种新的信道：(1)HS-DSCH信道，下行链路，负责传输用户数据。(3)HS-SCCH(High Speed Shared Control Channel)信道，下行链路，负责传输对HS-DSCH信道解码所必须的控制信息的物理层控制信道。(3)HS-DPCCH(Uplink High Speed Dedicated Physical Control Channel)信道，上行链路，负责传输必要的控制信息，主要是对ARQ的响应以及下行
9、链路质量的反馈信息。HS-DSCH信道的共享方式有两种，最基本的方式是时分复用，即按时间段分给不同的用户使用，这样HS-DSCH信道码每次只分配给一个用户使用。另一种就是码分复用，在码资源有限的情况下，同一时刻，多个用户可以同时传输数据。2.HSDPA的使用过程图1是HSDPA功能的一个简单示意图。Node B根据功率、ACK/NACK比率以及用户反馈，估计出每个活跃的HSDPA用户的信道质量。根据目前的信道质量，Node B内的AMC会采取相应的调制及编码算法，发射数据。具体步骤如下：(1)Node B内的调度模块对不同的用户进行评估，考虑他们的信道条件、每个用户的缓冲区的数据量以及最近一次
10、的服务时间等因素。(2)决定好服务的用户后，Node B确定HS-DSCH的参数。(3)Node B在发射HS-DSCH之前，先发射HS-SCCH通知终端一些必要的参数。(4)终端监测HS-SCCH，监测是否有发给自己的信息，如果有的话，终端开始接收HS-DSCH，并进行缓存。(5)根据HS-SCCH上的信息，终端可以判断在HS-DSCH上接收到的数据是否需要和soft buffer中的数据进行合并。(6)终端对在HS-DSCH上接收到的数据进行解调，并根据CRC结果在上行HS-DPCCH上发送响应ACK/NACK。如果Node B收到了NACK，会进行数据的重发，直到收到终端的ACK消息或达
11、到最大重传次数。3.HSDPA与DSCH的区别在R99中，所有传输信道都是在RNC端终止，因此数据的重传功能也就相应位于RNC端。在HSDPA中，MAC层的功能得到了增强，并且它的位置也放到了Node B。因此，重传的功能就由Node B来完成，提高了重传的速度，减少了数据传输时的延迟。RLC的功能仍是位于RNC。可以比较一下R99中DSCH和HSDPA中的HS-DSCH的协议结构，如图2、图3所示。HS-DSCH信道与R99中的DSCH信道类似，均为下行共享信道。HS-DSCH以传输时间间隔TTI为单位分配给用户使用。为了减小时延、增加调度进程的粒度以及更及时地跟踪时变无线信道的特征，HS-
12、DSCH采用了2ms的TTI，而R99中的TTI最小为10ms。具体HS-DSCH和DSCH信道的区别如表1所示。四、HSDPA的发展W-CDMA R5引入了HSDPA的概念，使用AMC，HARQ和快速调度等技术来提高下行链路的数据速率，最高可达10Mbit/s。目前，3GPP正在研究MIMO，高阶调制等技术，进一步提高了数据速率。MIMO技术是指Node B采用多个发射机天线，终端采用多个接收天线。在R5中，对HSDPA只定义了QPSK和16QAM这两种调制方案，目前3GPP也正就是否用64QAM的调制方式进行研究。五、结束语在W-CDMA R5中引入HSDPA技术后，UTRAN部分的结构基本不变，在Node B新增了MAC-hs功能块，并在物理层新增了三种新的物理信道。目前，3GPP组织对MIMO与高阶调制等技术在作进一步的研究，希望可以进一步提高下行链路的数据速率。
