HSPA+與LTE關鍵技術對標分析
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隨著3G移動通信網(wǎng)絡在全球的大規(guī)模建設，市場對數(shù)據(jù)業(yè)務的需求也在急劇上升，移動寬帶技術的發(fā)展越來越快。這些技術主要集中在2個方面，一是3G技術的演進——HSPA+，一是4G技術的出現(xiàn)——LTE。對于HSPA+，通過不斷引入高階調(diào)制、多入多出、雙載波等技術，提高峰值速率;對于LTE，則采用頻率效率更高的OFDM技術，從而達到5 bit/Hz以上的高效編碼效率。
目前HSPA+網(wǎng)絡在全球已經(jīng)得到了大范圍的部署。截至2010年底，全球已經(jīng)有67個國家的148個HSPA+商用網(wǎng)絡的演進計劃，其中103張網(wǎng)絡已完成在57個國家的商用部署(包括13個雙載波42 Mbit/s HSPA+，11個MIMO 28 Mbit/s HSPA+，79個64QAM 21 Mbit/s HSPA+);支持HSPA+的終端已達到63款，支持HSPA-LTE的雙模終端達到27款。
LTE網(wǎng)絡部署也初現(xiàn)端倪，其發(fā)展勢頭，大有后來居上之勢。截至2011年1月，全球范圍內(nèi)共有17個正式商用的LTE網(wǎng)絡，分布于15個國家和地區(qū)，還有52個預商用LTE試驗網(wǎng)，有128個LTE 商用承諾，分布于52個國家。預計到2012年全球范圍內(nèi)將至少有64個商用的LTE網(wǎng)絡。目前已有26家廠商可以提供47款LTE商用終端，其中包括4款手機。
HSPA+與LTE在許多關鍵技術方面都存在著大量的異同點，本文針對這些關鍵技術的異同點進行對比分析。
1 由分層向扁平化演進的網(wǎng)絡架構(gòu)
HSPA+采用的是與WCDMA相同的網(wǎng)絡架構(gòu)，是基于多個不同節(jié)點和接口的分層架構(gòu)。Node B負責糾錯、調(diào)制、擴頻以及從基帶到天線發(fā)送的射頻信號的轉(zhuǎn)換等物理層處理。RNC通過Iub接口控制著多個Node B，管理呼叫建立、業(yè)務質(zhì)量處理和小區(qū)的無線資源管理等功能，并通過Iu接口，連接到核心網(wǎng)。RNC間采用Iur接口連接，實現(xiàn)跨RNC的切換。分層方法的好處在于，它提供了整體處理的特定結(jié)構(gòu)，使得每一層都負責無線接入功能的不同部分。
在確定了LTE不需要支持上下鏈路宏分集功能之后，遵循最小化網(wǎng)絡節(jié)點的設計原則，LTE采用了單節(jié)點的網(wǎng)絡架構(gòu)。扁平化架構(gòu)帶來的直接好處就是減少了網(wǎng)絡實體的個數(shù)從而縮短了信令和數(shù)據(jù)傳送的時間并改善了傳輸效率。LTE將WCDMA的RNC和Node B合二為一，產(chǎn)生一個新的網(wǎng)絡節(jié)點(eNode B)，它負責管理一系列小區(qū)。由于eNode B繼承了RNC的大部分功能，因此它比Node B更為復雜，它負責單小區(qū)RRM、切換、小區(qū)中用戶調(diào)度等。eNode B采用S1接口與核心網(wǎng)相連，S1與Iu接口類似。eNode B間采用X2接口連接，主要用于支持激活模式的移動性，只用于相鄰小區(qū)的eNode B間。圖1示出的是WCDMA/HSPA與LTE網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。
2 無線接入技術
WCDMA/HSPA采用基于CDMA的碼分多址無線接入技術，在較寬的頻譜上進行直接序列擴頻。WCDMA技術使用正交可變長度擴頻碼(OVSF)進行擴頻，對于不同業(yè)務承載帶寬不同，則獲得的處理增益不同。在下行方向，碼片速率同為3.84 Mchip/s的OVSF碼和擾碼疊加，起擴頻碼的作用。前者用于區(qū)分同一小區(qū)下不同信道或用戶，實現(xiàn)碼分多址接入;后者用于區(qū)分小區(qū)。在上行方向，擴頻碼也是碼片速率為3.84 Mchip/s的OVSF碼和另一個擾碼的疊加，而這時OVSF碼因為不同步，不再用于區(qū)分用戶，區(qū)分用戶功能靠擾碼來完成，每一個UE都使用自己的擾碼。HSDPA引入HS-DSCH后，為了有效降低數(shù)據(jù)傳輸所需的網(wǎng)絡側(cè)與UE側(cè)的工程實現(xiàn)復雜程度，采用固定因子的擴頻碼，即SF=16。對不同傳輸速率的支持可通過多碼傳輸來實現(xiàn)，系統(tǒng)通過給用戶動態(tài)分配OVSF序列數(shù)目來滿足傳輸速率的要求，3GPP規(guī)定最多有15個SF=16的碼字可以用于HS-DSCH。HSUPA引入E-DPDCH后，采用擴頻因子為64~2的OVSF碼，實現(xiàn)較高的上行接入速率帶寬。
LTE采用基于OFDM的正交頻分復用的無線接入技術，OFDM支持基站同時與多個移動終端通信，每個移動終端占用不同的頻率。LTE下行鏈路采用OFDM多址接入方案是因為OFDM具有的特點滿足了LTE設計的初衷：帶有循環(huán)前綴的OFDM符號具有相對較長的時間尺度，因此OFDM提供了很高的穩(wěn)定性來對抗信道頻率選擇性;OFDM提供了頻域的多址接入;靈活的傳輸帶寬可以支持不同大小頻譜分配操作;可以從多個基站傳輸相同的信息實現(xiàn)廣播和多播傳輸。LTE上行鏈路采用DFT擴展OFDM(DFTS-OFDM)技術，是因為DFTS-OFDM可以實現(xiàn)發(fā)射信號的瞬時功率變化小(單載波性質(zhì))、能在頻域使用低復雜度高質(zhì)量的均衡、能使用具備靈活帶寬分配的FDMA。圖2示出的是CDMA與OFDMA多址方式。
3 支持的調(diào)制方式
為了提高頻譜資源利用率，在R7版本中HSPA+下行鏈路引入64QAM高階調(diào)制技術，上行鏈路增加16QAM。HSPA+下行鏈路支持的調(diào)制方式有QPSK、16QAM和64QAM，上行鏈路支持的調(diào)制方式有BPSK、QPSK和16QAM。
LTE下行鏈路與HSPA+一樣，可以支持QPSK、16QAM和64QAM調(diào)制方式。對于上行鏈路，考慮到終端在發(fā)射功率和能耗方面的限制，現(xiàn)有的移動通信系統(tǒng)一般不采用64QAM，而LTE更為重視熱點覆蓋和微小區(qū)覆蓋，在最終決定LTE中暫不實現(xiàn)上行單用戶MIMO技術后，經(jīng)過討論確定要支持上行64QAM調(diào)制方式，因此LTE上行鏈路與下行鏈路一樣，支持QPSK、16QAM和64QAM調(diào)制方式(見圖3)。
4 信道共享與速率適配
HSPA的一個關鍵特性就是共享信道發(fā)送。HSPA下行信道的信道化碼和發(fā)射功率可以在小區(qū)內(nèi)的用戶間動態(tài)共享，這種共享主要是在時域上進行。HSPA采用動態(tài)速率控制的鏈路自適應技術，通過動態(tài)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)速率可補償動態(tài)的信道變化。無線鏈路數(shù)據(jù)通過調(diào)整每一個TTI(2 ms)內(nèi)所采用的調(diào)制方式、傳輸塊的大小和分配給UE的信道化碼集合來實現(xiàn)速率調(diào)整。速率控制通常取決于瞬時信道條件，最典型的是通過CQI來獲得的。
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