HSDPA技术原理和优化介绍

1、HSDPA技术原理与业务优化,主讲人：胡才万 TD网规网优部,HSDPA系统原理 HSDPA关键技术 参数分析与优化 创新的HSPA MX倍速技术,2,提高峰值速率 减少传输时延 提高QOS控制 提高频谱和码道的利用率 降低高速业务成本,吸引潜在用户,引入HSDPA的原因,3,引入HSDPA后的架构变化,RNC,MAC-d,MAC-sh,Node-B,MAC-hs,Iub,CQI,Ack/Nack,TPC,CQI,Ack/Nack,TPC,CQI,Ack/Nack,TPC,HSDPA 的分组调度从RNC移到了Node-B,4,引入HSDPA后的架构变化,Node-B 的快速分组调度基于UE反馈

2、的信道质量信息和当前的流量状态.在HS-SCCHHS-SICH上传输,UE2,Channel quality,Channel quality,Data,Data,Updated base station functions HARQ MCS Packet data scheduling,UE1,MCS,5,HSDPA的平滑演进,HS-DSCH FP,HS-DSCH FP,MAC-hs,PHY (新增3个 物理信道),RNC和Node B：增加HS-DSCH FP协议处理，影响Iub/Iur口,Node B：新增MAC-hs子层，负责AMC、HARQ等功能,Node B：物理层新增3个物理信道H

3、S-PDSCH、HS-SCCH、HS-SICH,UE：增加MAC-hs，增加相关物理信道和处理功能，增加调制处理方式,MAC (增加 MAC-hs),PHY (新增 处理功能),UE,UTRAN,6,HSDPA信道,7,HS-DSCH的物理信道,8,HS-SCCH信道,物理层特征：SF固定为16，使用两个码道，1/3卷积码编码 功控：RNC将为HS-SCCH配置一个最大发射功率，而HS-SCCH的初始发射功率将由Node B自己决定 。HS-SCCH可以进行闭环功控，NodeB会参考HS-SICH中的TCP标志来进行功率调整 。 HS-PDSCH在一个时隙内使用的是连续的一段码资源。 HS-P

4、DSCH如果同时使用多个时隙，那么多个时隙中使用的码是相同的。 调制方式可以是QPSK和16QAM。 每次的传输块大小是可变的。,9,HS-SCCH,10,HS-PDSCH信道,HS-PDSCH的时隙总发射功率 该时隙的总发射功率，无功控 HS-PDSCH可以根据具体的时隙配置来动态变化调制方式和数据块大小，不承载任何L1的控制信息(比如TPC/SS或TFCI ） HS-PDSCH支持QPSK和16QAM两种调制方式，实际调制方式的选择和数据块大小的选择都是由Mac_hs层来确定,11,TD HSDPA配置构成HS-DSCH最大速率计算,不同配置条件下的极限承载速率计算 对于一个码道来说，极限

5、承载能力如下图所示： 由此可见，一个码道最多能够承载176比特信息。（采用SF=16的扩频因子） (SCCH采用QPSK方式，而不是16QAM，所以，实际只能承载88比特。) 根据前面给出的时隙配置，可以计算出该配置下所能够承载的极限速率。计算过程： 极限速率 = 176*时隙个数*一个时隙内分配的码道个数/5ms子帧长度 例如：2上4下3时隙HS业务配置图C所对应的极限速率为： MaxDataRate = 176*3*16/0.005 = 1.689Mbps,一个64QAM星座点能同时承载6bit信息， 16QAM则是4bit，QPSK则是2bit的,12,HS-SICH,13,HS-SIC

6、H信道,物理层特性：SF=16，使用一个码道，采用特殊的编码方式 开环功控，计算初始发射功率:PHS-SICH = PRXHS-SICH + LPCCPCH 闭环功控：UE侧响应Node B下发HS-SCCH中功控命令字TPC ，调整功率 HS-SICH信道上承载了CQI(信道质量)、ACK/NACK(HS-PDSCH是否正确接收)、RMF(推荐的调制方式)3个信息 CQI包括两个域：推荐传输块大小（RTBS）和推荐调制方式（RMF），UE采用的这两个域的映射表和Node B侧在HS-SCCH采用的一致，可以见3GPP 25.321,14,新增物理信道时序,15,伴随DPCH,物理层作用： 下

7、行伴随DPCH（仅SRB):无承载数据，主要传递快速控制信息，比如TPC、SS。 1）承载高层信令、功控命令字； 2）用于上行伴随DPCH同步；调整上行A-DPCH的TA 3) 支持信道复用 上行伴随Dpch:（包含RB、SRB):承载Rlc层的确认包、控制包和应用层的数据包，如果上行伴随DPCH出现问题，则会造成应用层或Rlc层无法下发数据，导致Node B无数据可发，从而影响系统吞吐量 。 1）承载高层信令、功控命令字和PS数据； 2）根据信令流量需求配置伴随DPCH； 3) 伴随DPCH可根据需要进行重配。 4) 支持信道复用,传输信息： 上、下行成对配置伴随DPCH信道，主要用于承载高

8、层信令及辅助同步、功控信息 。伴随DPCH信道可以多个用户复用，复用率可以为1、2、4。,16,MAC-hs 帧结构,17,控制信道配置,R4控制信道配置 P-CCPCH 占用2个SF=16码道，配置在TS0时隙。 S-CCPCH（FACH） 占用2个SF=16码道，配置在TS0时隙。 FPACH 占用 1个SF=16码道，配置在TS0时隙。 PRACH 占用 2个SF=16码道，配置在TS1时隙或其它业务时隙。,HSDPA控制信道配置 HS-SCCH/HS-SICH和伴随DPCH随HS-PDSCH一起，在配置HSDPA的载波上配置。 HS-SCCH/HS-SICH HS-SCCH 、HS-S

9、ICH 各2对，上下行各4个SF=16码道，支持一个TTI同时调度2个用户。 伴随DPCH 上行伴随DPCH 按照2倍复用、下行伴随DPCH按照不复用进行配置，一对伴随DPCH支持2个HS在线用户。,18,码道配置举例,19,TD-HSDPA与R4对比,HSDPA系统原理 HSDPA关键技术 参数分析与优化 创新的HSPA MX倍速技术,21,概述,多载波捆绑技术,引入16QAM高阶调制，提供更高的调制效率。 AMC可使数据传输很好的适应无线信道的变化。 HARQ可以根据无线链路的状况快速调整信道速率，实现数据的纠错和重传。 快速调度可以使无线资源在多用户间实现共享。 共享信道技术使得接入用户

10、不受码资源数量限制。 在N频点技术基础上实现多载波的捆绑，提高系统最高接入速率。,22,关键技术AMC自适应编码调制,调制方式自适应 信道条件好：16QAM 信道条件坏：QPSK,编码效率自适应 信道条件好：3/4编码率 信道条件坏：1/3编码率,码道数目自适应 信道条件好：多码道 信道条件坏：少码道,充分利用信道条件有效发送用户数据 信道条件好：高速率传送用户数据 信道条件坏：低速率传送用户数据,调制方式、编码方式、码道数目、传输块大小、RV匹配参数等各项参数组合，有数千种配置选择，使得AMC技术更加高效、灵活,23,AMC性能分析数据速率动态调整,调制方式 编码方式 码道数目 传输块大小

11、RV匹配参数,CQI,Adaptive Modulation and Coding AMC的实质就是根据信道条件（CQI），实现自适应调整码资源、功率资源、调制方式、编码效率等，使得UE达到该环境下的最佳吞吐率。 数据速率的调整是通过改变调制方式、HS-PDSCH码的数目以及编码速率来实现的。,24,关键算法 H-ARQ 重传合并,H-ARQ的目的：1）获得重传合并增益；2）精确控制码率; H-ARQ的基本算法：1）CC；2）IR; H-ARQ的多进程管理：Stop_and_Wait(SAW);,Hybrid Automatic Repeat reQuest（HARQ）是一种前向纠错FEC和重

12、传ARQ相结合的技术。HARQ与AMC配合使用，为HSDPA的HARQ进程提供精细的弹性速率调整。 在MAC-HS中,25,高效、低时延,HARQ混合自动重发请求,优点：提高了传输的可靠性 缺点：信道条件好时，信道 利用率不高,优点：误码率不高时作用明显 缺点：误码率高时，效率低,F E C,A R Q,H A R Q,结合FEC和ARQ，在发送的每 个数据包中含有纠错和检错的 校验比特,接收,确认数据包A,错误数据包A,数据包A,数据包A冗余信息,数据包A冗余信息,保留,仅重传冗余信息,软合并,要求重传,数据包B,发送,接收,效率高 时延短,HARQ I传统方式 （重传控制机制位于RNC，R

13、4阶段）,HARQ II/III （重传控制机制位于Node B，HSDPA阶段）,26,多进程管理HARQ,27,TD HSDPA关键技术HARQ,HARQ的重传合并方案 HARQ-Type-I：Chase Combining（CC），重传算法的基本原理为，当收到NAK信息后，每一次重传都传输同样的编码序列，不考虑调制重排或不同的RV版本。 HARQ-Type-II：Incremental Redundancy(IR)，这种实现方案是指，当收到NAK信息时，并不是简单的将上一次传输的编码比特完全的发送出去，而是每次重传都增加一些新的冗余比特，发送出去。 实际采用的是两种方案混合的方式，根据发

14、送的TBS大小，查找RV参数表，根据RV参数表来确定实际采用哪种方式重传。,28,CQI反馈流程 UE监听HS-SCCH，根据HS-SCCH上的UE ID判断出发送消息给自己的HS-SCCH，读取信息，得到HS-DSCH发送数据所使用的资源信息。 UE接收HS-DSCH信息，作出必要的质量测量，然后产生TFRC推荐值，这个推荐值在当前信道条件下要保证BLER=10%。 在下一个相继的HS-SICH上，UE报告导出的质量指示CQI发送到NodeB。以便NodeB在一个HS-DSCH进行传输时使用。 NodeB根据自身的判断来使用UE上报的CQI中的TRFC参考。 NodeB端将从（4）中得到的T

15、RFC设置信息、HARQ上报的应答信息以及其他信息组装在HS-SCCH中，比HS-DSCH发送提前2个Slot发送给UE。,TD HSDPA关键技术CQI 信道反馈,29,CQI生成结构图,TD HSDPA关键技术CQI 信道反馈,30,快速分组调度介绍,基本调度算法 公平调度 (RR) 最大C/I调度 (Max C/I) 比例公平调度 (PF),31,HSDPA调度算法简介,FS快速调度,基于时间的轮循方式,基于流量的轮循方式,最大C/I方式,部分公平方式,每个用户被顺序的服务，得到同样的平均分配时间，但每个用户由于所处环境的不同，得到的流量并不一致,每个用户不管其所处环境的差异，按照一定的

16、顺序进行服务，保证每个用户得到的流量相同,系统跟踪每个用户的无线信道衰落特征，依据无线信道C/I的大小顺序，确定给每个用户的优先权，保证每一时刻服务的用户获得的C/I都是最大的,综合了以上几种调度方式，既照顾到大部分用户的满意度，也能从一定程度上保证比较高的系统吞吐量，是一种实用的调度方法,32,调度算法考虑的因素,综合优先级计算,公平性,调度优先级,QoS,其他因素,重传,空口质量,优先级排序,最优资源组合分配,调度用户选择,33,调度算法介绍,RR算法：RoundRobin是一种最简单的算法，它以循环的方式调度用户，而不管它们的载干比如何。该算法能够确保系统中的所有用户有相同的传输机会。使

17、用该算法能够获得系统的性能边界，即公平性的上界和系统吞吐量的下界 。 P-FT算法：比例公平吞吐量算法，是一种快速调度算法，并兼顾了时间和资源两个因素。在调度算法中，每个TTI时间内，计算队列中的每个用户的相对瞬时信道质量，只有当用户具有最好的相对瞬时信道质量时得到服务。其中相对瞬时信道质量定义为瞬时信道质量与平均吞吐量的比值。 MAXCI算法：最大瞬时载干比的算法是一种快速调度算法，为具有最大的瞬时信道质量的用户服务，该方法最充分的利用系统的资源为具有信道优势的用户服务，因此公平性差，但系统能够获得最大吞吐量。,34,调度算法考虑的因素公平性,公平资源 每个用户获得同等的调度频度； 每个用户

18、获得同等的码道资源。 公平吞吐量 每个用户获得同等的吞吐量。,35,调度算法考虑的因素空口质量,不同UE，无线信道质量不同； 多UE调度，可产生多用户分集增益； 选择信道质量好的UE调度，可提高系统容量。,36,调度算法考虑的因素调度优先级,调度优先级指示SPI RNC分为业务类型、保留优先级、业务处理优先级，为每个用户的每个队列生成调度优先级指示. SPI较高的用户队列，将得到优先调度。,Traffic Class,ARP,THP,SPI,37,调度算法考虑的因素其他因素,UE能力 载波接入能力、时隙接入能力、MAC-hs缓冲区大小。 DOA信息（多个用户同时调度时） 利用UE的DOA测量信

19、息，选择合适的用户调度，减少用户间干扰。 缓冲区数据量 根据用户的MAC-hs缓冲队列是否接近门限，采用不同的调度措施。 业务类型 不同业务，配置不同的算法参数。,38,多载波捆绑实现,MAC-hs调度和流控功能独立于载波； 每载波独立进行HARQ,AMC及物理层传输, UE侧完成多个载波传输包的重排序, 并上报高层；（单个UE可以使用多个载频的资源进行HSDPA业务） 每载波至少配置一对HS-SCCH/HS-SICH, 控制该载波的共享资源； UE的伴随DPCH可以配置在其支持的任意一个载波上；,N频点业务,多载波HSDPA业务,39,多载波捆绑优势介绍,MC-HSDPA介绍,HSDPA系统

20、原理 HSDPA关键技术 参数分析与优化 创新的HSPA MX倍速技术,41,Macd和MacHs平均吞吐量,Macd（Iub口）和Machs（Uu口）的Hsdpa数据流量，由于流控机制的原因，二者变化趋势应该基本相同，并会相互影响 影响速率的最主要因素是No data、Nack和上报Cqi,42,Ack、Nack、No Answer、No Data和重传超时,重传超时参数说明了在Node B物理层传输失败，需要高层重传的次数，当存在大量的重传超时时，会导致速率大幅下降 Ack表示Hsdpa数据传输正确，Nack表示Scch发送正确，但DSch数据Ue接收错误，No Answer表示Scch数

21、据Ue接收错误 No data表示Node B调度该Ue时，该Ue无数据可发,43,上行伴随Dpch数据,当错误数据块个数较多时，说明Rlc层或应用层的数据确认包未发送到发送端，此时就可能导致Rnc无数据可发或Rnc窗满，导致Node B无数据可发 上行伴随Dpch的错包较多，则可以通过查看上行伴随Dpch的接收信号码功率和sir来具体分析,44,Cqi平均值,Cqi下降表示Dsch信道有恶化,45,发射码功率,下行伴随Dpch信道所在的时隙信道质量可能有恶化 ，Ue要求Node B提高发射功率，保持一定的信噪比,46,接收码功率,接收码功率和Sir都是指上行伴随Dpch的测量参数，指示上行伴随Dpch的信道质量,47,被测SIR,被测Sir可以直接看出上行伴随Dpch的信道质量,HSDPA系统原理 HSDPA关键技术 参数分析与优化 创新的HSPA MX倍速技术,49,网络吞吐量提升未来移动业务开展的基础,19