WCDMA的高速下行分組接入技術(shù)——HSDPA

　　為了更好地發(fā)展數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，3GPP R5從這兩方面對空中接口做了改進(jìn)，引入了HSDPA技術(shù)。HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)是WCDMA的增強型無線技術(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的物理層實現(xiàn)

　　為了實現(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有許多獨特之處。傳輸時間間隔(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)為是錯誤的數(shù)據(jù)包而需要重傳時，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(Adaptive Modulation and Coding)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　混合自動重傳請求(HARQ)

　　HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request)是將前向糾錯編碼(FEC)和自動重傳請求(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)目煽啃裕?dāng)信道情況較好時，由于糾錯比特過多，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，但會引起時延。HARQ將FEC和ARQ結(jié)合起來，在發(fā)送的每個數(shù)據(jù)包中含有糾錯和檢錯的校驗比特，如果接收包中出錯的比特數(shù)目在糾錯能力之內(nèi)，則錯誤被自行糾正；當(dāng)差錯嚴(yán)重，已超出FEC的糾錯能力時，則讓發(fā)端重發(fā)。HARQ能夠自動地適應(yīng)信道條件的變化并且對測量誤差和時延不敏感。

　　2.3　快速調(diào)度(Fast Scheduling)

　　Node B中新增的MAC-hs功能實體負(fù)責(zé)HSDPA的快速分組調(diào)度和HS-DSCH信道的實時控制。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Node B中而不是RNC中，傳輸時間間隔也因此縮短到2ms以內(nèi)。

　　實際上，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3GPP R5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)一步增強可以增加用戶的比特速率和小區(qū)吞吐量。在3GPP R6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)用多個發(fā)射天線，在終端中應(yīng)用多個接收天線，可以提高HSDPA的比特速率，這項技術(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頻序列進(jìn)行再利用。為了區(qū)分同一擴頻碼字上的多個子數(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，很多移動運營商都在高度關(guān)注它的進(jìn)展，眾多通信產(chǎn)品供應(yīng)商也都開始啟動了HSDPA技術(shù)的商用化進(jìn)程。