3GSM热点技术解析——HSDPA技术

    作者：谢伟良  孙震强

    HSDPA——WCDMA的增强型无线技术

    ＨＳＤＰＡ是指高速下行分组接入，它是３ＧＰＰ在Ｒ５协议中为了满足上／下行数据业务不对称的需求而提出的一种调制解调算法，它可以在不改变已经建设的ＷＣＤＭＡ网络结构的情况下，把下行数据业务速率提高到１０Ｍｂｐｓ。

    该技术是ＷＣＤＭＡ网络建设后期提高下行容量和数据业务速率的一种重要技术。ＨＳＤＰＡ技术的应用可以充分满足运营商在３Ｇ网络成熟期面临容量需求非凡大时进行扩容的实施。

    一、ＨＳＤＰＡ技术及性能

    为了达到提高下行分组数据速率和减少时延的目的，ＨＳＤＰＡ主要采用了自适应的编码和调制（ＡＭＣａｄａｐｔｉｖｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｎｄ ｃｏｄｉｎｇ）、快速混合自动重传（ＨＡＲＱ ｈｙｂｒｉｄ ＡＲＱ）和快速调度技术。其实，上述三种技术都属于链路自适应技术，也可以看成是ＷＣＤＭＡ技术中可变扩频技术和功率控制技术的进一步提升。

    （１）自适应编码和调制（ＡＭＣ）

    ＡＭＣ是根据无线信道变化选择合适的调制和编码方式，网络侧根据用户瞬时信道质量状况和目前资源选择最合适的下行链路调制和编码方式，使用户达到尽量高的数据吞吐率。当用户处于有利的通信地点时（如靠近ＮｏｄｅＢ或存在视距链路），用户数据发送可以采用高阶调制和高速率的信道编码方式，例如：１６ＱＡＭ和３／４编码速率，从而得到高的峰值速率；而当用户处于不利的通信地点时（如位于小区边缘或者信道深衰落），网络侧则选取低阶调制方式和低速率的信道编码方案，例如：ＱＰＳＫ和１／４编码速率，来保证通信质量。

    （２）ＨＡＲＱ技术

    ＨＡＲＱ技术可以提高系统性能，并可灵活地调整有效编码速率，还可以补偿由于采用链路适配所带来的误码。ＨＳＤＰＡ将ＡＭＣ和ＨＡＲＱ技术结合起来可以达到更好的链路自适应效果。ＨＳＤＰＡ先通过ＡＭＣ提供粗略的数据速率选择方案，然后再使用ＨＡＲＱ技术来提供精确的速率调解，从而提高自适应调节的精度和提高资源利用率。ＨＡＲＱ机制本身的定义是将ＦＥＣ和ＡＲＱ结合起来的一种差错控制方案，ＨＡＲＱ机制的形式很多，而ＨＳＤＰＡ技术中主要是采用三种递增冗余的ＨＡＲＱ机制：ＴＹＰＥ－ＩＨＡＲＱ，ＴＹＰＥ－ＩＩＨＡＲＱ，ＴＹＰＥ－ＩＩＩＨＡＲＱ。可以根据系统性能和设备复杂度来选择相应的ＨＡＲＱ机制。

    （３）快速调度

    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等级等情况，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。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ＴＴＩ缩短到２ｍｓ。

    二、对ＨＳＤＰＡ的引入

    在Ｒ９９系统中引入ＨＳＤＰＡ技术，在ＭＡＣ层新增了ＭＡＣ－ｈｓ实体，ＭＡＣ－ｈｓ位于ＮｏｄｅＢ而不位于ＲＮＣ，其作用主要是负责处理ＨＡＲＱ操作以及快速调度算法。ＨＳＤＰＡ使Ｒ９９的ＵＴＲＡＮ增加了三个新的物理信道：

    （１）ＨＳ－ＤＳＣＨ信道：下行链路，负责传输用户数据，信道共享方式主要是时分复用和码分复用

    （２）ＨＳ－ＳＣＣＨ信道：下行链路，负责传输ＨＳ－ＤＳＣＨ信道解码所必需的控制信息

    （３）ＨＳ－ＤＰＣＣＨ信道：上行链路，负责传输必要的控制信息，主要是对ＡＲＱ的响应以及下行链路质量的反馈信息

    ＨＳＤＰＡ功能主要是对ＮＯＤＥＢ修改比较大，对ＲＮＣ主要是修改算法协议软件，硬件影响很小。假如在原有设备中考虑了ＨＳＤＰＡ功能升级要求（如１６ＱＡＭ、缓冲器及处理器的性能等），一般来讲实现ＨＳＤＰＡ功能不需要硬件升级，只要软件升级即可，所以现在很多厂家都宣称可通过软件升级支持ＨＳＤＰＡ功能。实现这个功能难度不是太大，要害是实现的性能，所以ＨＳＤＰＡ技术实现后的真正性能需要验证。

    三、性能测试的考虑

    引入ＨＳＤＰＡ技术需要分阶段的进行功能验证和性能测试，有两点需要运营商注重：一是目前硬件所能达到的处理性能将决定将来的ＨＳＤＰＡ性能，升级后实现的ＨＳＤＰＡ的性能需要明确；另外，实现ＨＳＤＰＡ功能时，ＨＳＤＰＡ技术对于网络性能的影响。针对目前ＨＳＤＰＡ技术的研发现状，建议采取分阶段性能测试的方案来对ＨＳＤＰＡ技术进行网络性能验证，同时通过性能测试来研究如何引入ＨＳＤＰＡ的问题，为将来ＷＣＤＭＡ网络容量和性能的不断发展和演进做好技术上的预备。

    不过目前业界还没有一个厂家可提供商用ＨＳＤＰＡ功能，部分厂家的现有产品在硬件上已经具有了处理ＨＳＤＰＡ功能的能力，已经为软件升级到ＨＳＤＰＡ做好了预备。但是，ＨＳＤＰＡ功能的引入还需要考虑终端的研发进度和能力，各大厂家也在与终端设备开发商和芯片设计公司协商研发时间表，以便进行互操作试验。

    四、结束语

    ＨＳＤＰＡ技术在３ＧＰＰ制定的ＷＣＤＭＡ标准Ｒｅｌｅａｓｅ＇５版本中被正式引入，从而完成了ＨＳＤＰＡ技术的标准化工作。不过随着Ｒｅｌｅａｓｅ＇５版本的冻结，也标志着ＨＳＤＰＡ技术标准的成熟化。按照３ＧＰＰ组织的最初规划，每个Ｒｅｌｅａｓｅ版本应以年为周期进行正式发布。

    通过以上对ＨＳＤＰＡ的介绍和分析，可以看出ＨＳＤＰＡ技术作为ＷＣＤＭＡ的增强型无线技术将提高系统的频谱效率和码资源效率，是一种提升网络性能和容量的有效方式。ＨＳＤＰＡ不仅能有效地支持非实时业务，同样可以用于支持某些实时业务，如流媒体业务等。