WCDMA的高速引擎 細解HSDPA技術(轉)

WCDMA的高速引擎 細解HSDPA技術(轉)[@more@]

　　對高速移動分組資料業務的支援能力是3G系統最重要的特點之一。WCDMA R99版本可以提供384kbps的資料速率，這個速率對於大部分現有的分組業務而言基本夠用。然而，對於許多對流量和遲延要求較高的資料業務如影片、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延。

　　為了更好地發展資料業務，3GPP從這兩方面對空中介面作了改進，引入了HSDPA技術。HSDPA不但支援高速不對稱資料服務，而且在大大增加網路容量的同時還能使運營商投入成本最小化。它為UMTS更高資料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網路中引入EDGE一樣。 HSDPA的發展分為三階段，即基本HSDPA階段、增強HSDPA階段以及HSDPA進一步演進階段，其中HSDPA進一步演進階段目前還未最終確定，仍在3GPP內進行研究。

　　基本原理 WCDMA R5版本高速資料業務增強方案充分參考了cdma2000 1X EV-DO的設計思想與經驗，新增加一條高速共享通道（HS-DSCH），同時採用了一些更高效的自適應鏈路層技術。共享通道使得傳輸功率、PN碼等資源可以統一利用，根據使用者實際情況動態分配，從而提高了資源的利用率。自適應鏈路層技術根據當前通道的狀況對傳輸引數進行調整，如快速鏈路調整技術、結合軟合併的快速混合重傳技術、集中排程技術等，從而儘可能地提高系統的吞吐率。

　　基於演進考慮，HSDPA設計遵循的準則之一是儘可能地相容R99版本中定義的功能實體與邏輯層間的功能劃分。在保持R99版本結構的同時，在NodeB（基站）增加了新的媒體接入控制（MAC）實體MAC-hs，負責排程、鏈路調整以及混合ARQ控制等功能。這樣使得系統可以在RNC統一對使用者在HS-DSCH通道與專用資料通道DCH之間切換進行管理。 HSDPA引入的通道使用與其它通道相同的頻點，從而使得運營商可以靈活地根據實際業務情況對通道資源進行靈活配置。 HSDPA通道包括高速共享資料通道（HS-DSCH）以及相應的下行共享控制通道（HS-SCCH）和上行專用物理控制通道（HS-DPCCH）。下行共享控制通道（HS-SCCH）承載從MAC-hs到終端的控制資訊，包括移動臺身份標記、H-ARQ相關引數以及HS-DSCH使用的傳輸格式。這些資訊每隔2ms從基站發向移動臺。上行專用物理控制通道（HS-DPCCH）則由移動臺用來向基站報告下行通道質量狀況並請求基站重傳有錯誤的資料塊。

　　共享高速資料通道（HS-DSCH）對映的通道碼資源由15個擴頻因子固定為16的SF碼構成。不同移動臺除了在不同時段分享通道資源外，還分享通道碼資源。通道碼資源共享使系統可以在較小資料包傳輸時僅使用通道碼集的一個子集，從而更有效地使用通道資源。此外，通道碼共享還使得終端可以從較低的資料率能力起步，逐步擴充套件，有利於終端的開發。從共用通道池分配的通道碼由RBS根據HS-DSCH通道業務情況每隔2ms分配一次。與專用資料通道使用軟切換不同，高速共享資料通道（HS-DSCH）間使用硬切換方式。

　　關鍵技術

　　資料業務與語音業務具有不同的業務特性。語音業務通常對延時敏感，對於速率恆定性要求較高，而對誤位元速率要求則相對較弱；資料業務則相反，通常可以容忍短時延時，但對誤位元速率要求高。HSDPA參考cdma2000 1X EV-DO體制，充分考慮到資料業務特點，採用了快速鏈路調整技術、結合軟合併的快速混合重傳技術、集中排程技術等鏈路層調整技術。

　　快速鏈路調整技術

　　如前所述，資料業務與語音業務具有不同的業務特性。語音通訊系統通常採用功率控制技術以抵消通道衰落對於系統的影響，以獲得相對穩定的速率，而資料業務相對可以容忍延時，可以容忍速率的短時變化。因此HSDPA不是試圖去對通道狀況進行改善，而是根據通道情況採用相應的速率。由於HS-DSCH每隔2ms就更新一次通道狀況資訊，因此，鏈路層調整單元可以快速跟蹤通道變化情況，並透過採用不同的編碼調製方案來實現速率的調整。

　　當通道條件較好時，HS-DSCH採用更高效的調製方法——16QAM，以獲得更高的頻帶利用率。理論上，xQAM調製方法雖然能提高通道利用率，但由於調製訊號間的差異性變小，因此需要更高的碼片功率，以提高解調能力。因此，xQAM調製方法通常用於頻寬受限的場合，而非功率受限的場合。在HSDPA中，通常靠近基站的使用者接收訊號功能相對較強，可以得到xQAM調製方法帶來的好處。

　　此外，WCDMA是語音資料合一型系統，在保證語音業務所需的公共以及專用通道所需的功率外，可以將剩餘功率全部用於HS-DSCH，以充分利用基站功率。

　　結合軟合併的混合重傳（HARQ）技術

　　終端透過HARQ機制快速請求基站重傳錯誤的資料塊，以減輕鏈路層快速調整導致的資料錯誤帶來的影響。終端在收到資料塊後5ms內向基站報告資料正確解碼或出現錯誤。終端在收到基站重傳資料後，在進行解碼時，結合前次傳輸的資料塊以及重傳的資料塊，充分利用它們攜帶的相關資訊，以提高譯碼機率。基站在收到終端的重傳請求時，根據錯誤情況以及終端的儲存空間，控制重傳相同的編碼資料或不同的編碼資料（進一步增加資訊冗餘度），以幫助提高終端糾錯能力。

　　集中排程技術

　　集中排程技術是決定HSDPA效能的關鍵因素。cdma2000 1X EV-DO以及HSDPA追求的是系統級的最優，如最大扇區透過率，集中排程機制使得系統可以根據所有使用者的情況決定哪個使用者可以使用通道，以何種速率使用通道。集中排程技術使得通道總是為與通道狀況相匹配的使用者所使用，從而最大限度地提高通道利用率。

　　通道狀況的變化有慢衰落與快衰落兩類。慢衰落主要受終端與基站間距離影響，而快衰落則主要受多徑效應影響。資料速率相應於通道的這兩種變化也存在短時抖動與長時變化。資料業務對於短時抖動相對可以容忍，但對於長時抖動要求則較嚴。好的排程演算法既要充分利用短時抖動特性，也要保證不同使用者的長時公平性。亦即，既要使得最能充分利用通道的使用者使用通道以提高系統吞吐率，也要使得通道條件相對不好的使用者在一定時間內能夠使用通道，也保證業務連續性。

　　常用的排程演算法包括比例公平演算法、乒乓演算法、最大CIR演算法。乒乓演算法不考慮通道變化情況；比例公平演算法既利用短時抖動特性也保證一定程度的長時公平性；最大CIR演算法使得通道條件較好的少數使用者可以得到較高的吞吐率，多數使用者則有可能得不到系統服務。

　　對系統效能的影響 HSDPA對系統效能的影響包括兩個業務與系統吞吐率兩個層面。快速鏈路層調整技術最大限度地利用了通道條件，並使得基站以接近最大功率發射訊號；集中排程技術使得系統獲得系統級的多使用者分集好處；高階調製技術則提高了頻譜利用率以及資料速率。這些技術的綜合使用使得系統的吞吐率獲得顯著提高。同時，使用者速率的提高以及HARQ技術的使用使得TCP/UDP效能得到改善，從而提高了業務效能。但是，業務效能的提高程度與業務模型有關。

　　作為WCDMA R5版本高速資料業務增強技術，HSDPA透過採用時分共享通道以及快速鏈路調整、集中排程、HARQ等技術提高了系統的資料吞吐率以及業務效能，同時保證系統的前向相容，除在RBS增加相應的MAC模組外，不對系統結構帶來其它影響，從而有利於系統的靈活部署。