D-SCDMAHSDPA原理ISSUE.ppt

Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. TD-SCDMA HSDPA Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 2 培训目标 l学完本课程后，您应该能： p阐明TDDHSDPA的技术特点 p列出TDDHSDPA采用的关键技术 p结合HSDPA工作流程，描述TDDHSDPA新增物理信道的功能 p了解HSDPA的终端能力等级 Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 3 目 录 1.TDDHSDPA技术特点 2.TDDHSDPA关键技术 3.TDDHSDPA无线接口物理层 Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 4 目 录 1.TDDHSDPA技术特点 2.TDDHSDPA关键技术 3.TDDHSDPA无线接口物理层 Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 5 引入HSDPA的必要性 l基于3GPP R4版本的TD-SCDMA接入网系统容量受限于下行 容量，主要体现在： p系统单载波理论最大下行容量较小：128Kbps/时隙最多5个时隙 640kbps/载波 p目前的信道配置方式，在数据业务的突发和低活动性特征，使下 行容量的实际利用率非常低，进一步加剧了下行容量受限的矛盾 Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 6 HSDPA技术特点 lHSDPA（ High Speed Downlink Packet Access）通过一系列 关键技术，实现了下行的高速数据传输 p在物理层采用HARQ和AMC等链路自适应技术 p引入高阶调制（16QAM）提高频谱利用率 n通过采用以上技术，单载波容量大大增加：理论最大下行容量达到 560Kbps/时隙最多5个时隙2.8Mbps/载波 p引入新的共享物理信道，多个用户可以共享资源 p引入快速数据调度算法，每5ms可对用户资源重新分配一次 n通过采用以上技术，极大地提高了用户下行瞬时速率，提高小区整体 吞吐率 Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 7 目 录 1.TDDHSDPA技术特点 2.TDDHSDPA关键技术 3.TDDHSDPA无线接口物理层 Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 8 AMC 自适应调制和编码 Fast Scheduling 快速调度 16QAM 调制 HARQ（Hybrid ARQ） 混合自动重传 TD-SCDMA HSDPA 关键技术 Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 9 16QAM16正交幅度调制 16QAM: 4 bits/星座点 Q I 0000 00011001 10001010 1011 1110 1111 01001100 1101 0010 0110 0111 0011 0101 Q I 0010 0111 QPSK: 2 bits/相位 Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 10 编码和调制对速率的影响对于R4 l一个时隙含有两个数据块，共3522704个chips lSF=1时，单时隙的符号数达到理论最大值：704个符号 l在QPSK调制方式下，单时隙的最大理论速率： 704*2/5ms281.6kbps l采用1/3Turbo编码，经过速率适配后，实际的单时隙速率为 128kbps 数据 352chips GP 16 数据 352chips 864chips Midamble Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 11 编码和调制对速率的影响对于HSDPA l一个时隙含有两个数据块，共3522704个chips lSF=1时，单时隙的符号数达到理论最大值：704个符号 l在16QAM调制方式下，单时隙最大理论速率 704*4/5ms563.2kbps l采用AMC技术后，信道条件好时不需要增加冗余编码，单时 隙速率可以达到563.2kbps l上、下行时隙1:5配置时，最大理论速率： 563.2k52.816Mbps Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 12 AMC 自适应调制和编码 Fast Scheduling 快速调度 16QAM 调制 HARQ（Hybrid ARQ） 混合自动重传 TD-SCDMA HSDPA 关键技术 Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 13 AMC自适应调制和编码 l引入AMC (Adaptive Modulation and Coding) 的原因 p无线信道具有很强的时变性，对这种时变特性进行自适应跟踪会 给系统性能的改善带来极大的好处 p引入更多编码方式和调制方式，使系统能够通过改变编码方式和 调制方式对链路变化进行自适应跟踪 p系统仿真表明，采用AMC的系统可提高大约20的平均吞吐率 Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 14 AMC原理 lAMC基于信道质量的信息反馈，即 Channel Quality Indicator (CQI) pUE 测量信道质量 (SNR) 报告 (每 5ms或更长周期) 给Node-B pNode-B 基于CQI来选择调制方案， 数据块大小和数据速率 n好的信道条件 减少冗余编码，甚至 不需要冗余编码；16QAM n坏的信道条件 增加更多冗余编码； QPSK Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 15 AMC技术实现 lAMC的优点： p处于有利位置的用户可以得到更高的数据速率，提高小区平均吞吐率 p相对于改变发射功率进行链路自适应的方案，AMC的干扰更小，效果 更好 附加 CRC 分组数据 尾 比特 Turbo 编码 速率 匹配 交织 M阶 QAM AMC D E M U X Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 16 AMC 自适应调制和编码 Fast Scheduling 快速调度 16QAM 调制 HARQ（Hybrid ARQ） 混合自动重传 TD-SCDMA HSDPA 关键技术 Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 17 HARQ混合自动重传 lHARQARQFEC pARQ (Automatic Repeat reQuest)：依靠错码检测和重发请求来 保证信号质量，特点是“只传不纠” pFEC (Forward Error Correction )：根据接收数据中冗余信息来 进行纠错，特点是“只纠不传” lHARQ技术综合了FEC与ARQ的优点，避免了FEC需要复杂 的译码设备和ARQ方式信息连贯性差的缺点 l在信道条件比较好的情况下，HARQ可以起到信道编码同样 的作用，而且效率更高 Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 18 HARQ的类型 lI型HARQ即传统的ARQ p接收端在纠错不成功后，将接收到的包完全丢弃，并要求发端重传 lII型HARQ Incremental Redundancy 递增冗余 p接收到的错误数据包不会立即被丢弃，待重传的数据包收到，和错误的 数据包合并后再进行译码 pII型HARQ缺点：重传数据是冗余信息，不包括系统比特，当第一次传 输的数据包被严重破坏，将无法恢复系统比特 lIII型HARQ Chase Combining（chase博士最早提出） p对II型HARQ进行了改进，重传的码字具有自解码的能力，并不依赖于 第一次传输的数据 lTD-SCDMA系统中用到IIIII型 Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 19 HARQ的工作机制 Node B UE Process1 (data) Process2(data) Process 1 ACK Process 3 (data) Process 2 ACK 5ms5ms5ms5ms Process1 (data) l接收端有一定的缓存器 (Buffer) ，用于保留接收到的数据，以便后 续进行数据合并 p这种方式有益于减少重传时间，从而提高小区吞吐量 Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 20 AMC 自适应调制和编码 Fast Scheduling 快速调度 16QAM 调制 HARQ（Hybrid ARQ） 混合自动重传 TD-SCDMA HSDPA 关键技术 Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 21 Fast Scheduling快速调度算法 l调度，就是确定应该给哪些用户、以多大速率发送数据 l 调度基本原则 p在短期内，以信道条件为主；在长期内，应兼顾到对所有用户的 吞吐量和公平性 l常用调度算法 p轮寻算法 Round Robin (RR) ：“大锅饭” p最大载干比算法 (Max C/I)： “强者恒强” p正比公平算法 Proportional Fair (PF)：“和谐社会” Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 22 轮询算法RR l小区内的用户按照某种确定的顺序，循环占用无线资源来进行通信 p优点：不仅可以保证用户间的长期公平性，还可以保证用户的短期公平 性，而且算法实现简单 p缺点：由于没有考虑到不同用户无线信道的具体情况，因此系统吞吐量 很低 RR算法具有公平性的上 界和算法性能的下界 UE2UE2UE1UE1UE2UE2UE1UE1 UE1UE2 Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 23 最大C/I算法 l对所有待服务移动台依据其接收信号C/I预测值进行排序，并按照从 大到小的顺序进行发送 p优点：整体小区吞吐量最大，效率最高，特别适用于服务用户集中在 NodeB附近的场景 p缺点：处于小区边缘的用户由于C/I较低，将得不到服务机会，甚至出 现所谓“饿死现象” 最大C/I算法所得到的系统 吞吐量可以作为其它调度 算法的上界 UE2UE1UE1UE1UE1UE1UE1UE1 UE1UE2 Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 24 正比公平算法PF l根据用户的信道条件和其平均吞吐量进行优先权设置，兼顾 系统“效率”与用户“公平” p从统计意义上来看，每个用户分配的资源是相同的，而系统容量 高于RR，接近Max C/I，适合于大部分应用场景 UE1UE2 吞吐量公平性 Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 25 目 录 1.TDDHSDPA技术特点 2.TDDHSDPA关键技术 3.TDDHSDPA无线接口物理层 Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 26 PHY MAC RLC PHYL1 L2 DSCH FP L1 L2 DSCH FP MAC- c/sh L1 L2 DSCH FP L1 L2 DSCH FP MAC-d RLC UuIub Iur UENode-BCRNC SRNC MAC- hs HS- DSCH FP HS- DSCH FP HS- DSCH FP HS- DSCH FP PHY 在Node-B上新增 MAC-hs （实现 HARQ，AMC 和调度 等功能） Uu：新增3物理信道，即HS- PDSCH（下行数据），HS- SCCH（下行控制信令）， HS-SICH（上行控制信令） Iub，Iur：HS-DSCH FP（下行数据） HSDPA协议栈的改变 Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 27 MAC_hs 层实现 HS-DSCH Associated Uplink Signalling Associated Downlink Signalling DCCHDTCHDTCH MAC Control MAC ControlCCCH CTCHBCCHPCCH MAC Control MAC-hs (Node-B) RRC (RNC) RLC (RNC) HS-PDSCH FACH S-CCPCH RACH PRACH DSCH PDSCH DCH DPCH USCH PUSCH PCH S-CCPCHHS-SICHHS-SCCH MAC-c/sh (CRNC) DCH DPCH L1: Channel Coding / Multiplexing (Node-B)R5 L1(HSDPA) (Node-B) MAC-d (SRNC) Flow Control Scheduling/Priority Handling HARQ TFRC selection Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 28 HSDPA传输信道高速下行共享信道 HS-DSCH l高速下行共享信道（HS-DSCH）是下行传输信道，可以由一 个或多个UE通过时分复用（TDM）和码分复用（CDM）共 享 lHS-DSCH在整个小区，或者在小区部分覆盖区域赋形发送 Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 29 HSDPA物理信道1高速物理下行共享 信道 HS-PDSCH l承载传输信道HS-DSCH，用于发送用户数据，信道资源被所有 HSDPA用户共享 p扩频因子：通常SF16；当整个时隙资源给一个用户时，SF1 p调制方式：QPSK或者16QAM p时隙格式：无TFCI、TPC、SS p不支持动态功率控制 l全小区发射，或者在小区部分区域赋型发射 数据 352chips GP 16 数据 352chips 864chips Midamble Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 30 HSDPA物理信道2下行高速共享控制 信道 HS-SCCH l用于承载HS-DSCH高层控制信息，被所有HSDPA用户共享 pUE-ID：用于标识当前控制信息的所属UE n在一个传输时间间隔（TTI）里，每个HS-SCCH只为一个UE承载HS-DSCH 相关的下行控制信令 nUE监视HS-SCCH信道（最多可监视4个HS-SCCH），寻找属于自己的控制 信息；当UE获得此控制信息后，才能接收HS-PDSCH的数据 pTFRI：用于标识码和时隙的分配信息、调制方案、传输块大小 n为了实现的方便，可用的信道化码必须连续分配 pHARQ信息：HARQ进程个数、冗余版本、新数据指示 n冗余版本信息指示HARQ类型：I型，II型或III型 n新数据指示信息指示此数据是新数据还是重发数据 Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 31 HSDPA物理信道2下行高速共享控制 信道HS-SCCH (续) l一个HS-SCCH信道占用两个码道，定义为HS-SCCH1和HS-SCCH2 p扩频因子：SF16 p调制方式：QPSK p时隙格式：无TFCI；有TPC和SS（ HS-SCCH2 没有这两部分） p支持动态功率控制 l全小区发射 数据 352chips GP 16 数据 320chips 864chips Midamble S S T P C Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 32 HSDPA物理信道3上行高速共享信息 信道 HS-SICH l用于反馈相关上行信息，主要包括应答/非应答 (ACK/NACK) 和信道质量指示CQI，被所有HSDPA用户共享 pACK/NACK：指示数据是否正确；UE反馈NACK时需要重传数据 pCQI：信道质量指示，包括推荐调制格式 (RMF) 和推荐传输块大 小 (RTBS) n信道质量估计在UE端完成，通过测量PCCPCH的信号质量实现 n根据估计结果，UE按照协议确定的CQI映射表反馈CQI的值（详细内 容可参考3GPP TS25.224协议 ） Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 33 HSDPA物理信道3上行高速共享信息信 道 HS-SICH (续) lHS-SICH一般配置到TS1，和HS-SCCH信道成对配置 p扩频因子：SF16 p调制方式：QPSK p时隙格式：无TFCI；有TPC和SS，支持动态功率控制 pHS-SICH也需要保持上行同步 n初始同步来于上行DPCH，同步的保持根据HS-SCCH或伴随下行 DPCH上的SS命令 数据 352chips GP 16 数据 320chips 864chips Midamble S S T P C Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 34 HS-PDSCH信道的下行专用伴随信道 DPCH l用于HSDPA用户传递下行物理层控制信息（TPC和SS命令） p每个HSDPA用户需要配置一条伴随DPCH p扩频因子：SF16 p调制方式：QPSK p时隙格式：有TFCI、TPC和SS，一般没有业务数据 n并发业务（HSDPA上网语音业务）时，也可以承载AMR语音业务 GP 16 864chips Midamble S S T P C T F C I T F C I Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 35 Node BRNCUE 5. ACK/NACK（ on HS- SICH） 6. 数据包+重传（如果需要 ） （on HS-PDSCH） 数据包 2. 调度并确定HS-DSCH 参数 3. 发送HS-DSCH参数（ on HS-SCCH） 和 数据（ on HS-PDSCH） 4. 检测HS-DSCH参数，如果 有发送给自己的信息，则开 始接收、存储和解调数据 1. CQI（ on HS-SICH） HSDPA数据传输流程 Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 36 HSDPA物理信道配置原则 lHSDPA和语音业务可以同时配置在多个载频上，也可以配置 在不同载频上 时隙比例 （UL:DL） CS资源 （等效AMR） 小区最大吞吐量 （PS） 适用场景 3:3N（0 22）N（01.6M)数据需求较小地区 2:4N（0 14）N（02.2M）数据需求较大业务 1:5 N（0 6）N（02.8M）数据业务繁忙地区 N：小区载波数量 Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 37 HSDPA物理信道配置示例：2:4 HS-SCCH HS-SCCH PCCPCH PCCPCH SCCPCH SCCPCH SCCPCH SCCPCH PICH FPACH TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6 PICH PRACH HS-SICH HS-PDSCH 1.68Mbps Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 38 HSDPA各物理信道定时关系 HS-SICH HS-SCCH HS-PDSCH 1 . . . HS-PDSCH N TS0 TS1 TS2 TS6 子帧0#，5ms TS0 TS1 TS2 TS3 子帧1#，5ms TS0 TS1 TS2 TS6 子帧2#，5ms 无线帧0#，10ms无线帧1# 1. . . . 2. 3. 间隔至少 3个时隙 间隔至少9个时隙 . . . 或者 2. . . . Copyright 2009 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 39 Cate