HSDPA基本原理及前沿技术

1、HSDPA基本原理:HSDPA技术是W-CDMA在无线部分的增强与演进。HSDPA采用的自适应 调制编码AMC，快速物理层重传策略HARQ，先进集中调度PS代替了 WCDMA 采用的可变扩频因子SF和快速功率控制两个主要的基本机制，同时增强了多码 操作。(Multi-code Operation)。HSDPA没有相应的功控开销，也没有软切换机 制。分组调度传输时间间隔 TTI(Transmission Time Interval) 从WCDMA的 10ms或20ms变为HSDPA固定的2ms大大减少了时延。但基本结构仍与R99 保持一致。而且，引入HSDPA后，只是在原有的物理信道上增加了新的

2、信道。 因此，支持HSDPA技术的终端可以和R99终端在一个载波内共存，这点与 CDMA2000EV-DO不同，无需运行在独立的载波上。HSDPA是对 WCDMA R99结构的增强，在 RS中引入HSDPA技术后， UTRAN部分的结构基本不变，在NodeB通过增加板卡，在MAC层新增媒体接 入控制实体MAC-hs功能块，将调度功能从基站控制器 RNC移到NodeB， MAC-hs位于NodeB而不位于RNC，其作用主要是负责处理 H-ARQ操作以及 快速调度算法。HSDPA功能主要对NodeB修改比较大，对RNC主要是软件升 级，对硬件影响很小。NodeB在物理层新增了三种新的物理信道:15

3、个高速物理 下行共享信道 HS-PDSCH(High speed Physical Downlink Shared Channel) ，l 个高速共享控制信道 HS-SCCH(High Speed Shared Control Channel) 和 I 组高 速专用物理控制信道 HS-DPCCH(High Speed Dedicated Physical ControlChannel)。如下图:RLCMACR99中DSCH的协议栈R1CM AC -dMAC- HSDSCHHS- DSCHFFLlPHYLIHSDPA中HS-DSCH的协议栈PHY!)HE-DSCHFFHS-DSCH信道，下行链路

4、，负责传输用户数据，共享方式有时分复用和码 分复用两种，最基本的方式是时分复用，即按时间段分给不同的用户使用， 这样 HS-DSCH信道码每次只分配给一个用户使用。 HS-DSCH映射的信道码资源中 15个扩频因子固定为16的SF码构成，不同移动台除了在不同的时段分享信道 资源外，还分享信道码资源。信道吗资源共享使系统可以在较小数据包传输时仅 使用信道码集的一个子集，从而更有效地使用信道资源。HS-SCCH信道，下行链路，负责传输对 HS-DSCH信道码所必须的控制信息的物理层控制信道，承载了从 MAC-hs至條端的控制信息，包括移动台身份 标记H-ARQ相关参数以及HS-DSCH使用的传输格

5、式。这些信息每隔 2ms从基站向移动台发送一次。HS-DPCCH信道，负责传输必要的控制信息，移动台用它向基站报告下行 信道质量状况并请求基站重传有错误的数据块，主要是对ARQ的响应以及下行链路质量的反馈信息。与R99构架相比，HSDPA引入了短的传输时间间隔（TTI=2ms ）自适应调 制和编码（ARQ）多码发射和快速物理层混合自动重转请求（HARQ），并将分组 调度器从RNC 一刀NodeB中，以在NodeB中实现MAC-hs协议控制的快速分 组调度。当接收到HSDPA后，UE可周期的向NodeB上报信道质量指示（CQI）， 以指示在当前无线环境下，UE可支持的数据速率（采用的编码和调制策

6、略以及 多码数目）。UE也要上报每个分组数据的确认信息（ACK/NACK），以使NodeB 了解什 么时间该以何种方式重发数据。若小区中的每个UE都可测量信道质量，快速分 组调度器就可以优化用户间的调度。HSDPA的关键技术：HSDPA关键技术主要包括自适应调制编码（AMC），混合自动重传请求（HARQ），2ms的短帧，快速分组调度，动态功率分配，动态资源分配等。1, 自适应调制编码无线系统中可以通过改变无线传输参数适应信道条件的办法来提高通信的可靠性、有效性和经济性。比如，在 WCDMA中采用的快速功率控制就是一项能够提高通信系统可靠性和容量的技术。通过改变无线传输参数来补偿信道变化 的方法

7、称为链路自适应（Link adaptation），而另一项技术一自适应调制编码（AMC） 就是属于链路适应的范畴。AMC的基本原则就是改变调制和编码的格式并使它在系统限制范围内和信 道条件相适应，而信道条件则可以通过发送反馈来估计。在AMC系统中，一般用户在理想信道条件下（比如在基站附近）用较高阶的调制方式和较高的编码速 率（比如R=3/4 Turbo Codes的64QAM），而在不太理想的信道条件下（如，小 区边缘）则用较低阶的调制编码方式（比如 R=1/2 Turbo Codes的QPSK）。采用AMC的好处主要有：1）处于有利位置的用户可以具有更高的数据速率，由此蜂窝平均吞吐量得到 提

8、高；2）在链路自适应过程中，通过调整调制编码方案而不是调整发射功率的方法可以降低干扰水平。在 AMC中，UE要在DSCH译码之前指定调制和编码的策 略。这需要将正确的MCS（调制编码方案）模式发送到现，因此对信道质量的估 计是必要的，可以采用的一种方法是用CPICH_RSP/ISCP（码域功率和干扰信号码域功率）的测量值来估计信道的质量，因为两者是直接相关的。有几种不同的方法来确定如何选择 HS-DSCH发送格式：1）UE可以估计/预测下行信道质量，计算出合适的发送格式，并报告给NodeB。2）UE可以估计/预测下行信道质量，报告给 NodeB，NodeB无需反馈，直 接确定发送格式。例如依据

9、相关专用物理信道的功控增益来确定信道质量，然后按照一定格式发送。2, HARQHARQ是一种前向纠错FEC和重传相结合的技术。它可以根据链路的状况 快速地调整信道的传输速率并实现 FEC与重传的结合。物理层HARQ受高层控 制。所谓自动重传请求(ARQ)就是一次数据传输失败时就要求重传的一种传输机 制。在无线传输环境下，信道噪声和由于移动性带来的衰落以及其他用户的干扰 使得信道传输质量较差，为了保证通信质量，就必须对数据加以保护，这种保护 主要采用前向纠错编码(FEC)，即在分组中传输额外的比特开销。显然，过多 的前向纠错编码会使传输效率变低。因此，一种新的混合差错控制方案IIARQ即ARQ和

10、FEC相结合的方案应运而生，并被 3GPP引入HSDPA中，以减少 时延并增加重发数据的效率。快速混合自动重传请求 (HARQ)是指接收方在解码 失败的情况下，保存接收到的数据，并要求发送方重传数据，接收方将重传的数 据和先前接收到的数据进行组合。HARQ技术可以提高系统性能，并可灵活地调整有效码元的速率，还可以补偿由于采用链路适配所带来的误码。HSDPA的HARQ功能主要在 NodeB的Mac he和物理层体现。HARQ也是一种链路自适应的技术。在 AMC中，采用显式的C/I测量来设 定调制编码的格式，而在HARQ中，链路层的信息用于进行重传判决。有很多 方法可以实现HARQ:chase合并

11、、兼容速率凿孔Turbo Codes和增量冗余。chase合并(Chasecombine)这种策略是发送有相同编码的数据组，然后在接 收端可以将这些多个重发信息进行 SNR加权合并来获得分集接收再进行译码。增量冗余(Increlnentai redundancy)是实现HARQ的另一种方式。这种策略是在第一次译码失败时另外再传送附加冗余信息而不是再将整个数据码组重发 一次。增量冗余又分为部分增量冗余(Partial inerelnental redunancy)和全增量冗 余(Full in creme ntal redu nda ncy)，部分增量冗余重传时校验比特与初次传输不 同，系统比特

12、不变，重传的数据是可以自译码的，全增量冗余则优先传输校验比 特，系统比特不完整，则不可自译码。AMC可以根据UE的测定或者网络提供的信息条件来灵活地选择适当的MCS，但需要证准确的信道测量并且受到相应延迟的影响。HARQ能够自动地适应信道条件的变化并且对测量误差和时延不敏感。AMC和HARQ二者结合起来可以得到最好的效果一 AMC提供粗略的数据速率选择而 HARQ可以根据数 据信道条件对数据速率进行较精细的调整。3, 快速调度与调度算法HSDPA的快速调度算法是提高下行速率的一项关键技术。快速调度算法根 据用户传播条件，给用户分配不同资源(时隙，码子，功率等)。不同用户，在不 同时间内，占用无

13、线资源是不同的，快速“调度”算法的目的在于合理为用户分配 资源，尽可能提供数据吞吐量。HSDPA调度算法控制着共享资源的分配，在很大程度上决定了整个系统的 行为。调度时应主要基于信道条件，同时考虑等待发射的数据量以及业务的优先 级等情况，并充分发挥AMC和HARQ的能力。调度算法应向瞬间具有最好信 道条件的用户发射数据，这样在每个瞬间都可以达到最高的用户数据速率和最大 的数据吞吐量，但同时还要兼顾每个用户的等级和公平性。因此，在短期内以信道条件为主，而在长期内应兼顾到对所有用户的吞吐量。HSDPA技术为了能更好地适应信道的快速变化，将调度功能单元放在NodeB而不是RNC，同时也将 竹1缩短到

14、Zms，从系统架构和帧结构上为提高调度效率和传输速率奠定了基 础。与R99不同，HSDPA的分组数据调度在 NodeB执行。与DPCH不同， HS-DSCH可以使用CDMA、TDMA及他们的组合来调度 UE（R99只用CDMA 方式）。由于子帧的TTI短，所以NodeB可以快速地调度UE。分组调度算法的功能是按照一定的规则（算法）为每一个需要执行分组业务传 送的泥分配系统资源，检验分组调度算法的标准主要有两个，一是小区的数据吞 吐量佃比。Throughout），二是资源分配的公平性（Fairness），这两个指标在一定 程度上是矛盾的，总是此消彼长。基本上，分组调度算法分成3大类:公平服务时间

15、、公平吞吐量和最大 C/I。这些算法对用户服务的公平性、单用户流量和小 区流量有很大影响。1）基于C/I的调度算法该类调度算法总是将资源优先分配给信道条件最好的 UE，以达到最大限度 的提高小区的数据吞吐量，不利的是根本不考虑资源分配的公平性问题， 从而导 致信道条件不好的UE五会被长期阻塞；2）基于资源公平分配的调度算法该类调度算法将HSDPA的资源（码道数、功率和时间片）均等的分配给小区 中需要接入的UE，保证了每个UE都能得到服务的机会，但在小区数据吞吐量 要差于基于C/I的调度算法，并且对于单个 UE而言，远离基站的证数据速率也 要小于靠近基站侧的证数据速率；3）基于均等数据吞吐量的调

16、度算法该类调度算法以使得小区中每个 UE的数据吞吐量相同为目标，即信道条件好的UE分配较少的资源，而信道条件不好的 UE分配较多的资源。这与基于C/1的调度算法刚好相反，是以牺牲小区的总体数据吞吐量为代价的4, 动态功率分配R99与HSDPA混合组网时，采用动态功率分配算法，可以实时智能的调整基站功率分配给 R99 DCH信道和HSDPA的HS-DSCH信道，系统不为HSDPA 预留功率资源，从而最大限度的利用基站功率资源，提升网络容量。一般来说，DCH信道具有比HSDPA更高的优先级，在每个时刻，DPCH信道用剩的功率 可以全部分配给HSDPA使用。5, 动态码分配R99与HSDPA混合组网时，采用动态的码分配算法，可以实时智能的在R99和HSDPA间分配码资源，灵活的根据业务需求调配语音和数据业务享用码 资源，达到合理利用资源提升运营收入的目的。RN