HSDPA技術(shù)簡介

對高速移動(dòng)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持能力是3G系統(tǒng)最重要的特點(diǎn)之一。WCDMAR99版本可以提供384Kbps的數(shù)據(jù)速率，這個(gè)速率對于大部分現(xiàn)有的分組業(yè)務(wù)而言基本夠用。

然而，對流量和時(shí)延要求較高的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)如視頻、流媒體和下載等，需要系統(tǒng)提供更高的傳輸速率和更短的時(shí)延。

為了更好地發(fā)展數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，3GPPR5從這兩方面對空中接口做了改進(jìn)，引入了HSDPA技術(shù)。HSDPA(HighSpeedDownlink Packet Access)是WCDMA的增強(qiáng)型無線技術(shù)，即高速下行分組接入。HSDPA采用了自適應(yīng)調(diào)制和編碼(AMC)、混合自動(dòng)重傳請求(HARQ)和快速調(diào)度等關(guān)鍵技術(shù)，在不改變已經(jīng)建設(shè)的WCDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的情況下，把下行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)峰值速率提高到14Mb/s，同時(shí)可以把當(dāng)前無線頻譜中的系統(tǒng)數(shù)據(jù)容量提高一倍以上，是WCDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)后期提高下行容量和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率的一種重要技術(shù)。

1、HSDPA的物理層實(shí)現(xiàn)

為了實(shí)現(xiàn)HSDPA的功能特性，在物理層規(guī)范中引入了三種新的信道。

1.1 高速下行鏈路共享信道(HS-DSCH)

在下行鏈路方向承載用戶數(shù)據(jù)。與R99已有的信道相比，HS-DSCH有許多獨(dú)特之處。傳輸時(shí)間間隔(TTI)或交織周期定義為2ms，使得在重傳過程中終端和NODE-B之間可以有較短的往返時(shí)延。引入如16QAM的更高階的調(diào)制方案及降低編碼冗余增加了瞬時(shí)的峰值數(shù)據(jù)速率。從碼域看，SF固定為16，多碼傳輸和不同用戶間的碼復(fù)用都是可能出現(xiàn)的，終端最大可用碼數(shù)為15。

1.2 高速共享控制信道(HS-SCCH)

承載必須的物理層控制信息，以確保能夠?qū)S-DSCH上的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼。如果發(fā)生認(rèn)為是錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)包而需要重傳時(shí)，還有可能要對HS-DSCH上發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行物理層合并。

1.3 上行鏈路高速專用物理控制信道(HS-DPCCH)

承載上行鏈路中必要的控制信令，即ARQ確認(rèn)(肯定和否定)和下行鏈路質(zhì)量反饋信息。

2、HSDPA的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 自適應(yīng)調(diào)制和編碼(AMC)

AMC(AdaptiveModulationandCoding)的基本原理就是網(wǎng)絡(luò)側(cè)根據(jù)當(dāng)前無線信道的質(zhì)量狀況和網(wǎng)絡(luò)資源的使用情況選擇最佳的下行鏈路調(diào)制和編碼方式，從而盡可能增大終端用戶的數(shù)據(jù)吞吐量，降低傳輸遲延。用戶在理想信道條件下選擇高階調(diào)制和高速率的信道編碼方式來傳送用戶數(shù)據(jù)，例如16QAM調(diào)制和3/4編碼速率，從而得到較高的傳輸速率；用戶處于不太理想的信道條件下則選取低階調(diào)制方式和低速率的信道編碼方案，例如QPSK調(diào)制和1/4編碼速率，從而保證通信質(zhì)量。

2.2 混合自動(dòng)重傳請求(HARQ)

HARQ(HybridAutomaticRepeatRequest)是將前向糾錯(cuò)編碼(FEC)和自動(dòng)重傳請求(ARQ)相結(jié)合的技術(shù)。在無線傳輸環(huán)境下，信道噪聲和由于移動(dòng)性帶來的衰落以及其他用戶的干擾使得信道傳輸質(zhì)量較差，為保證通信質(zhì)量，就必須對數(shù)據(jù)分組加以保護(hù)，這種保護(hù)主要采用前向糾錯(cuò)編碼(FEC)，即在分組中傳輸額外的比特開銷。FEC提高了傳輸?shù)目煽啃?，但?dāng)信道情況較好時(shí)，由于糾錯(cuò)比特過多，反而降低了吞吐量。ARQ是一次數(shù)據(jù)傳輸失敗就要求重傳的一種傳輸機(jī)制，ARQ在誤碼率不是很高的情況下可以得到理想的吞吐量，但會(huì)引起時(shí)延。HARQ將FEC和ARQ結(jié)合起來，在發(fā)送的每個(gè)數(shù)據(jù)包中含有糾錯(cuò)和檢錯(cuò)的校驗(yàn)比特，如果接收包中出錯(cuò)的比特?cái)?shù)目在糾錯(cuò)能力之內(nèi)，則錯(cuò)誤被自行糾正；當(dāng)差錯(cuò)嚴(yán)重，已超出FEC的糾錯(cuò)能力時(shí)，則讓發(fā)端重發(fā)。HARQ能夠自動(dòng)地適應(yīng)信道條件的變化并且對測量誤差和時(shí)延不敏感。

2.3 快速調(diào)度(FastScheduling)

NodeB中新增的MAC-hs功能實(shí)體負(fù)責(zé)HSDPA的快速分組調(diào)度和HS-DSCH信道的實(shí)時(shí)控制。分組調(diào)度算法控制著共享資源的快速分配，在很大程度上決定了AMC和HARQ的效率和性能。根據(jù)無線信道的質(zhì)量狀況和等待發(fā)射的數(shù)據(jù)量以及業(yè)務(wù)的優(yōu)先等級等因素，分組調(diào)度算法快速地實(shí)現(xiàn)共享資源的最優(yōu)分配。HSDPA技術(shù)為了能更好地適應(yīng)無線信道的快速變化，將調(diào)度功能單元放在NodeB中而不是RNC中，傳輸時(shí)間間隔也因此縮短到2ms以內(nèi)。

實(shí)際上，以上三種技術(shù)都屬于鏈路自適應(yīng)技術(shù)，以這種技術(shù)處理短時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)速率變化的業(yè)務(wù)比功率控制方式更有效。

3、HSDPA的演進(jìn)

HSDPA是在3GPPR5標(biāo)準(zhǔn)中引入的，可以顯著提高WCDMA下行鏈路分組數(shù)據(jù)的吞吐量。HSDPA的進(jìn)一步增強(qiáng)可以增加用戶的比特速率和小區(qū)吞吐量。在3GPPR6中，將引入天線陣列處理技術(shù)，進(jìn)一步改進(jìn)下行鏈路性能，使峰值數(shù)據(jù)速率達(dá)到30Mb/s。

在Node-B中應(yīng)用多個(gè)發(fā)射天線，在終端中應(yīng)用多個(gè)接收天線，可以提高HSDPA的比特速率，這項(xiàng)技術(shù)稱為多輸入多輸出技術(shù)(MIMO)。更高的數(shù)據(jù)速率可以采用下面兩種方法中的一種達(dá)到：

●改進(jìn)天線發(fā)射和接收分集來提高信道質(zhì)量：

●在不同的天線上對擴(kuò)頻序列進(jìn)行再利用。為了區(qū)分同一擴(kuò)頻碼字上的多個(gè)子數(shù)據(jù)流，終端采用多天線和空間信號處理技術(shù)。

隨著HSDPA技術(shù)的成熟和發(fā)展，其良好的應(yīng)用前景和平滑的演進(jìn)能力正在引起越來越多人們的熱切關(guān)注。作為后3G時(shí)代的主流技術(shù)之一，很多人甚至將HSDPA稱為3.5G技術(shù)。目前，很多移動(dòng)運(yùn)營商都在高度關(guān)注它的進(jìn)展，眾多通信產(chǎn)品供應(yīng)商也都開始啟動(dòng)了HSDPA技術(shù)的商用化進(jìn)程。