TD-SCDMA HSDPA關(guān)鍵技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化進展
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移動分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持能力是3G系統(tǒng)最重要的特點之一。隨著移動通信和Internet網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，許多對流量和遲延要求較高的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)如視頻、流媒體和下載等不斷涌現(xiàn)。這些業(yè)務(wù)對移動通信系統(tǒng)提出了更高的需求，要求系統(tǒng)提供更高的傳輸速率和更小的傳輸時延。為了滿足日益增長的分組業(yè)務(wù)需求，特別是下行業(yè)務(wù)需求，3GPP提出了HSDPA技術(shù)并進行了標(biāo)準(zhǔn)化，HSDPA作為3GPP Release 5版本中的最主要特性（包括FDD以及TDD），于2002年完成了標(biāo)準(zhǔn)化。HSDPA通過采用AMC、HARQ以及高階調(diào)制（16QAM）等技術(shù)，并在基站側(cè)實現(xiàn)快速調(diào)度，從而可以快速自適應(yīng)的反映用戶信道的變化，獲得較高的用戶峰值速率和小區(qū)數(shù)據(jù)吞吐率。
二、R5 TD-SCDMA HSDPA關(guān)鍵技術(shù)
本章將對Release 5中TD-SCDMA系統(tǒng)HSDPA的基本情況做一簡單介紹。
為了適應(yīng)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的特點，HSDPA中引入了共享信道的機制，多個用戶共享無線資源。同時根據(jù)用戶所處環(huán)境的不同，系統(tǒng)可以自適應(yīng)的調(diào)整用戶的調(diào)制方式以及編碼速率，以提高系統(tǒng)吞吐量及無線資源效率。
R5 TD-SCDMA HSDPA的主要技術(shù)特點如下：
（1）共享信道
考慮到分組業(yè)務(wù)的特性，突發(fā)性強，持續(xù)時間不確定，系統(tǒng)采用共享信道的方式為分組用戶提供服務(wù)，用戶通過時分或者碼分的形式共享無線資源。系統(tǒng)定義了新的共享信道以及相應(yīng)的上下行控制信道以支持HSDPA特性。
（2）AMC
AMC通過改變調(diào)制方式和信道編碼率來調(diào)整傳輸速率，目前采用QPSK和16QAM兩種調(diào)制方式。系統(tǒng)根據(jù)自身物理層能力和信道變化情況，建立一個在共享信道HS-DSCH中傳輸格式的編碼調(diào)制格式集合（MCS），每個MCS中的傳輸格式包括傳輸數(shù)據(jù)編碼速率和調(diào)制方式等參數(shù)，當(dāng)信道條件發(fā)生變化時，系統(tǒng)會選擇與信道條件對應(yīng)的不同傳輸格式來適應(yīng)信道變化并通知UE。
（3）HARQ
HARQ是自動重傳請求（ARQ）和前向糾錯（FEC）技術(shù)相結(jié)合的一種糾錯方法，通過發(fā)送附加冗余信息，改變編碼速率來自適應(yīng)信道條件。采用 HARQ技術(shù)的接收方在譯碼失敗的情況下，保存接收到的數(shù)據(jù)，并要求發(fā)送方重傳數(shù)據(jù)，接收方將重傳的數(shù)據(jù)和保存數(shù)據(jù)進行合并后，再送到譯碼器進行譯碼。因為數(shù)據(jù)在譯碼前進行了合并，譯碼數(shù)據(jù)具有更多的信息量，可以提高譯碼的成功率，降低錯誤率。
（4）基站快速調(diào)度
通過將數(shù)據(jù)的調(diào)度和重傳移到NodeB實現(xiàn)，可以更加快速的適應(yīng)信道變化?；靖鶕?jù)UE的反饋，依據(jù)一定的調(diào)度準(zhǔn)則選擇用戶，或者調(diào)整UE使用的調(diào)制方式編碼速率，以優(yōu)化系統(tǒng)性能。同時，調(diào)度以及數(shù)據(jù)重傳在NodeB實現(xiàn)，可以減小數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r延。
為了支持HSDPA技術(shù)，TD-SCDMA系統(tǒng)新增加的信道如下：
其中HS-DSCH是新增加的傳輸信道，用于承載高速下行數(shù)據(jù)，映射到HS-PDSCH上。為了支持HSDPA相關(guān)的信令，系統(tǒng)增加了兩個物理信道HS-SCCH/HS-SICH，由NodeB控制，用于傳遞HS-DSCH的控制信息以及終端的反饋信息。HS-DSCH支持數(shù)據(jù)的TTI為 5ms，采用AMC以及HARQ等鏈路自適應(yīng)技術(shù)，為多個用戶以時分或者碼分的形式共享。下行控制信道，HS-SCCH使用兩個SF=16的碼道，攜帶的控制信息包括用戶標(biāo)識，HS-PDSCH使用的碼資源，調(diào)制方式，TBS塊大小，以及HARQ相關(guān)信息。上行控制信道HS-SICH，使用一個SF=16 的碼道，和HS-SCCH成對使用，用戶用于反饋信道質(zhì)量（CQI）以及下行數(shù)據(jù)ACK/NACK的信息。
HSDPA過程簡單描述如下：基站首先通過HS-SCCH通知UE相應(yīng)的HS-DSCH信息，包括用戶標(biāo)識、HS-PDSCH碼道資源、調(diào)制方式等。然后相隔預(yù)定的時間后，在HS-DSCH上發(fā)送數(shù)據(jù)。UE則監(jiān)控HS-SCCH，通過識別用戶標(biāo)識，判斷該時刻信息是否是給自己的。如果是，則根據(jù) HS-SCCH攜帶的信息，接收并解調(diào)共享信道HS-DSCH，獲得數(shù)據(jù)。然后根據(jù)測量結(jié)果和數(shù)據(jù)接收的情況，在HS-SICH信道，反饋數(shù)據(jù)塊是否正確接收以及信道質(zhì)量信息。基站根據(jù)反饋，可以決定是否重傳數(shù)據(jù)并且可自適應(yīng)的調(diào)整共享信道的調(diào)制和編碼方式。
由于上述調(diào)度和重傳以及AMC都是在基站進行，系統(tǒng)可以實現(xiàn)快速自適應(yīng)的鏈路調(diào)整。采用HSDPA技術(shù)，可以獲得較高的用戶峰值速率和小區(qū)數(shù)據(jù)吞吐率。針對TD-SCDMA系統(tǒng)，在1.6M的帶寬上，采用HSDPA技術(shù)后，理論上下行峰值速率可以達到2.8Mbit/s。
典型的流程如圖1：
圖1 HSDPA資源分配過程
資源分配好之后，調(diào)度和重傳就在基站和終端之間完成，如圖2所示：
圖2 基站和終端之間的快速調(diào)度
可以看出，HSDPA由于采用了AMC、HARQ以及高階調(diào)制（16QAM）等技術(shù)，并在基站側(cè)增加了MAC-hs模塊，用于實現(xiàn)快速調(diào)度，從而可以快速自適應(yīng)的反映用戶信道的變化，獲得較高的用戶峰值速率和小區(qū)數(shù)據(jù)吞吐率。對于單載波的情況，采用HSDPA技術(shù)后，理論上下行峰值速率可以達到 2.8Mbit/s。雖然2.8Mbit/s的峰值速率已經(jīng)使系統(tǒng)性能得到較大的提升，考慮到TD-SCDMA單載波1.6M的帶寬限制，可以提供的下行速率還是有限。
三、TD-SCDMA多載波HSDPA
為了提高對分組業(yè)務(wù)的支持能力，取得更高的峰值速率，使TD-SCDMA系統(tǒng)與其它系統(tǒng)相比具有相當(dāng)?shù)母偁巸?yōu)勢，在CCSA對TD-SCDMA 標(biāo)準(zhǔn)化過程中，提出了多載波HSDPA技術(shù)，通過多載波捆綁提高TD-SCDMA系統(tǒng)中單用戶峰值速率。多載波HSDPA也是對已有N頻點技術(shù)的自然延伸，在N頻點小區(qū)中，一個小區(qū)擁有多個載波資源，為多載波的捆綁提供了便利。使用多個載波進行捆綁來提供HSDPA業(yè)務(wù)，可以顯著提供單用戶的峰值速率。而且多載波捆綁方式資源配置靈活，同時后向兼容
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TD-SCDMA多載波技術(shù)，是指在使用HSDPA技術(shù)時，多個載波上的信道資源可以為同一個用戶服務(wù)，即該用戶可以同時接收本扇區(qū)多個載波發(fā)送的信息。這樣，如果采用N個載波同時為一個用戶發(fā)送，理論上用戶可以獲得原來N倍的數(shù)據(jù)速率。同時，由于在HSDPA技術(shù)中引入了多載波特性，MAC- hs除了完成共享用戶的調(diào)度，AMC、HARQ等鏈路自適應(yīng)的功能，還增加了多載波分流、數(shù)據(jù)處理的功能。具體體現(xiàn)：當(dāng)一個用戶的數(shù)據(jù)同時在多個載波上傳輸時，HS-DSCH所使用的物理資源包括載波、時隙和碼道，由MAC-hs統(tǒng)一調(diào)度和分配。當(dāng)一個用戶的數(shù)據(jù)在多個載波上同時傳輸時，由MAC-hs對數(shù)據(jù)進行分流，即將數(shù)據(jù)流分配到不同的載波，各載波獨立進行編碼映射、調(diào)制發(fā)送以及相應(yīng)的信道質(zhì)量反饋，對于UE，則需要有同時接收多個載波數(shù)據(jù)的能力，各個載波獨立進行譯碼處理后，由MAC-hs進行合并。
在標(biāo)準(zhǔn)化的過程中，考慮到對標(biāo)準(zhǔn)的影響以及對設(shè)備的復(fù)雜度影響，對如何引入多載波形成了以下的一些原則：
（1）多載波HSDPA的技術(shù)基礎(chǔ)：多載波HSDPA以N頻點技術(shù)為基礎(chǔ)并兼容N頻點行標(biāo)；多載波HSDPA技術(shù)中的多個載波是N頻點小區(qū)中的多個載波；目前設(shè)計中考慮終端最多支持6個載波的情況；
（2）多載波HSDPA的資源分配：在多載波小區(qū)中的一個或者多個載波上配置高速下行物理共享信道HS-PDSCH資源和一對或者多對HS- SCCH和HS-SICH物理信道資源，多個載波上的HS-PDSCH物理信道為多個用戶終端以時分或者碼分的方式共享，一個用戶終端可被同時分配一個或者多個載波上的HS-PDSCH物理信道資源?？紤]到終端的實現(xiàn)，要求分配給一個用戶的資源占用的多載波是連續(xù)的；
（3）數(shù)據(jù)分流的位置：當(dāng)一個用戶的數(shù)據(jù)在多個載波上同時傳輸時，由MAC-hs對數(shù)據(jù)進行分流，即將數(shù)據(jù)流分配到不同的載波，各載波獨立進行編碼映射、調(diào)制發(fā)送，對于UE，則需要有同時接收多個載波數(shù)據(jù)的能力，各個載波獨立進行譯碼處理后，由MAC-hs進行合并；
（4）HARQ：在網(wǎng)絡(luò)側(cè)，每個用戶建立一個HARQ實體。HARQ功能實體中，為每個載波建立單獨的HARQ進程（1～8個），每個HARQ進程獨立進行各自的處理過程，每個進程由載波標(biāo)識和process Id一起標(biāo)識；
（5）UE側(cè)資源配置：對多載波UE而言，每個載波各自具有至少一對HS-SCCH/HS-SICH，HS-SCCH/HS-SICH進行該載波HS-DSCH資源的獨立控制和反饋。首先對每個載波配置一對或者多對HS-SCCH/HS-SICH，業(yè)務(wù)過程中選擇其中的一對獨立控制和反饋該載波上的HS-PDSCH物理信道資源；
（6）資源分配方式：控制信道HS-SCCH/HS-SICH所指示的HS-PDSCH的載波信息通過高層信令配置；HS-PDSCH資源分配過程分為兩步進行，第一步：RNC通過NBAP消息申請載波資源，Node B分配載波資源，與每個載波關(guān)聯(lián)的HS-SCCH和HS-SICH信道資源，以及每個載波HARQ相關(guān)的資源，并通過NBAP消息反饋給RNC，RNC將載波資源分配結(jié)果通過RRC消息發(fā)送給UE。第二步：MAC-hs實時分配每個載波上的HS-PDSCH資源，通過載波關(guān)聯(lián)的一對HS-SCCH和HS- SICH進行分配；
（7）控制信道的安排方式：為簡化終端實現(xiàn)的復(fù)雜性，控制信道HS-SCCH/HS-SICH在載波上有以下兩種擺放方式：
●單一單方式：將控制同一個UE的所有控制信道和其伴隨的DPCH信道放在一個載波上發(fā)送，以便實現(xiàn)UE多載波接收條件下在上行鏈路的單載波發(fā)送；
●多一多方式：HS-SCCH/HS-SICH分別成對放置在所控制HS-PDSCH信道的載波上，控制同一載波的HS-SCCH與HS-SICH相對應(yīng)，位于一個載波上，另外，伴隨的DPCH信道也放在其中的一個載波。
（8）網(wǎng)絡(luò)根據(jù)終端能力進行資源分配：基于終端設(shè)備可實現(xiàn)性考慮，多載波無線網(wǎng)絡(luò)分配給同一多載波HSDPA終端的資源應(yīng)不超過終端上報能力范圍；對不同能力的終端，終端可以向網(wǎng)絡(luò)上報是否支持多載波HSDPA及支持多載波數(shù)目的能力，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)終端上報的能力進行相應(yīng)資源分配和調(diào)度；單載波終端能夠在支持多載波的網(wǎng)絡(luò)中正常工作。
由于引入多載波，網(wǎng)絡(luò)側(cè)和UE側(cè)的結(jié)構(gòu)還是發(fā)生了一些變化，包括網(wǎng)絡(luò)側(cè)增加了數(shù)據(jù)分流處理，UE側(cè)數(shù)據(jù)合并處理的過程。而且由于支持多載波，對終端能力要求也有所提高，還有對于共享信道HS-DSCH由于增加了頻率信息，對Uu接口以及Iub接口協(xié)議也會有一些影響。但是在CCSA標(biāo)準(zhǔn)化過程中，考慮到對R5的兼容，HS-SCCH/HS-SICH結(jié)構(gòu)保持不變。
下面分別列出了網(wǎng)絡(luò)側(cè)和UE側(cè)引入多載波后的處理框圖。
（1）UTRAN側(cè)設(shè)計
圖3給出了支持多載波HSDPA的UTRAN側(cè)處理框圖。
圖3 多載波HSDPA技術(shù)方案UTRAN側(cè)處理框圖
從網(wǎng)絡(luò)側(cè)來看，MAC-d流數(shù)據(jù)發(fā)送到MAC-hs實體中的相應(yīng)的優(yōu)先級隊列中。MAC-hs實體的調(diào)度模塊根據(jù)優(yōu)先級來對各個優(yōu)先級隊列中的數(shù)據(jù)進行調(diào)度，將被調(diào)度到的優(yōu)先級隊列中的PDU分發(fā)到相應(yīng)的一個或者多個載波的HARQ進程中。
來自每個載波上的HARQ數(shù)據(jù)進行HS-DSCH信道編碼時，采用和R5 TD-SCDMA HSDPA相同的處理方式，如圖4所示。
圖4 多載波HSDPA中HS-DSCH編碼處理框圖
（2）UE側(cè)設(shè)計
圖5給出了支持多載波HSDPA的UE側(cè)框圖。
在UE側(cè)，UE物理層需要將在多個載波上接收的數(shù)據(jù)進行解碼，并發(fā)送到HARQ實體中，HARQ實體將接收到的MAC-hs PDU根據(jù)隊列標(biāo)識放到相應(yīng)的隊列緩沖器中，并根據(jù)TSN進行重排。對按照順序正確接收的MAC-hs PDU拆分成MAC-d PDU遞交到MAC-d實體處理。
多個載波上的HS-PDSCH物理信道資源為多個用戶終端以時分或者碼分的方式共享，一個用戶終端可被同時分配一個或者多個載波上的HS- PDSCH物理信道資源。采用N個載波的多載波HSDPA方案，理論上可以獲得N倍2.8Mbit/s的峰值速率，如3載波的HSDPA方案理論的峰值速率可以達到8.4Mbit/s。
圖5 多載波HSDPA技術(shù)方案UE側(cè)處理框圖
四、CCSA TD-SCDMA多載波HSDPA標(biāo)準(zhǔn)概況
為了促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展，CCSA于2005年8月份啟動TD-SCDMA多載波HSDPA標(biāo)準(zhǔn)化工作。為了保證產(chǎn)品開發(fā)的延續(xù)性和兼容性，標(biāo)準(zhǔn)化工作的目標(biāo)就是制定出兼容單載波和多載波的規(guī)范。
為了使討論能夠充分有效，工作組采用了技術(shù)報告的辦法，由TD小組主席聯(lián)合起草了《TD-SCDMA多載波HSDPA技術(shù)報告》，把有爭議的問題列入其中，進行集中討論。根據(jù)前述對HSDPA以及多載波技術(shù)的介紹，可以看出，多載波HSDPA的引入主要是物理層技術(shù)有了一定的增強，例如增加了 16QAM、HARQ以及多載波技術(shù)，而且為了支持鏈路自適應(yīng)技術(shù)以實現(xiàn)快速調(diào)度，在NodeB增加了MAC-hs模塊，因此在物理層規(guī)范和MAC協(xié)議方面有較大的改動。同時由于增加HSDPA特性，對Uu接口RRC以及Iub接口相關(guān)協(xié)議也有一定的影響。多載波的引入，對于終端能力的要求也有一定程度的增加。在技術(shù)報告中，除了明確多載波技術(shù)方案，考慮到標(biāo)準(zhǔn)的兼容性和合理性，對Uu接口物理層、MAC、RRC以及Iub接口的影響也進行了深入地分析。
在技術(shù)報告研究的基礎(chǔ)上，CCSA TC5 WG9開始了TD-SCDMA多載波HSDPA標(biāo)準(zhǔn)的起草和討論工作，歷時一年多的時間，制定了《TD-SCDMA多載波HSDPA Uu接口物理層規(guī)范》、《TD-SCDMA多載波HSDPA媒體接入層MAC規(guī)范》、《TD-SCDMA多載波HSDPA無線鏈路層RLC規(guī)范》、《TD -SCDMA多載波HSDPA RRC協(xié)議規(guī)范》以及《TD-SCDMA多載波HSDPA Iub接口系列規(guī)范》。目前已經(jīng)完成了接口技術(shù)要求的研究，并形成標(biāo)準(zhǔn)草案報批稿。同時也啟動了設(shè)備技術(shù)規(guī)范和測試規(guī)范的制定，目前接入網(wǎng)設(shè)備征求意見稿正在起草討論中，終端設(shè)備規(guī)范和測試規(guī)范的起草工作也即將啟動，預(yù)計明年中完成。隨著行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的確定，必將加快TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)鏈HSDPA產(chǎn)品研發(fā)的進展。而且多載波技術(shù)的引入，對TD-SCDMA后續(xù)技術(shù)的走向也會產(chǎn)生積極的影響。
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