WCDMA的高速下行分组接入技术——HSDPA

    作者：樊国君

    对高速移动分组数据业务的支持能力是3G系统最重要的特点之一。WCDMAR99版本可以提供384Kbps的数据速率，这个速率对于大部分现有的分组业务而言基本够用。

    然而，对流量和时延要求较高的数据业务如视频、流媒体和下载等，需要系统提供更高的传输速率和更短的时延。

    为了更好地发展数据业务，3GPPR5从这两方面对空中接口做了改进，引入了HSDPA技术。HSDPA(HighSpeedDownlink Packet access)是WCDMA的增强型无线技术，即高速下行分组接入。HSDPA采用了自适应调制和编码(AMC)、混合自动重传请求(HARQ)和快速调度等要害技术，在不改变已经建设的WCDMA网络结构的情况下，把下行数据业务峰值速率提高到14Mb/s，同时可以把当前无线频谱中的系统数据容量提高一倍以上，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。

    1、HSDPA的物理层实现

    为了实现HSDPA的功能特性，在物理层规范中引入了三种新的信道。

    1.1高速下行链路共享信道(HS-DSCH)

    在下行链路方向承载用户数据。与R99已有的信道相比，HS-DSCH有许多独特之处。传输时间间隔(TTI)或交织周期定义为2ms，使得在重传过程中终端和NODE-B之间可以有较短的往返时延。引入如16QAM的更高阶的调制方案及降低编码冗余增加了瞬时的峰值数据速率。从码域看，SF固定为16，多码传输和不同用户间的码复用都是可能出现的，终端最大可用码数为15。

    1.2高速共享控制信道(HS-SCCH)

    承载必须的物理层控制信息，以确保能够对HS-DSCH上的数据进行解码。假如发生认为是错误的数据包而需要重传时，还有可能要对HS-DSCH上发送的数据进行物理层合并。

    1.3上行链路高速专用物理控制信道(HS-DPCCH)

    承载上行链路中必要的控制信令，即ARQ确认(肯定和否定)和下行链路质量反馈信息。

    2、HSDPA的要害技术

    2.1自适应调制和编码(AMC)

    AMC(AdaptiveModulationandCoding)的基本原理就是网络侧根据当前无线信道的质量状况和网络资源的使用情况选择最佳的下行链路调制和编码方式，从而尽可能增大终端用户的数据吞吐量，降低传输迟延。用户在理想信道条件下选择高阶调制和高速率的信道编码方式来传送用户数据，例如16QAM调制和3/4编码速率，从而得到较高的传输速率；用户处于不太理想的信道条件下则选取低阶调制方式和低速率的信道编码方案，例如QPSK调制和1/4编码速率，从而保证通信质量。

    2.2混合自动重传请求(HARQ)

    HARQ(HybridAutomaticRepeatRequest)是将前向纠错编码(FEC)和自动重传请求(ARQ)相结合的技术。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，为保证通信质量，就必须对数据分组加以保护，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。FEC提高了传输的可靠性，但当信道情况较好时，由于纠错比特过多，反而降低了吞吐量。ARQ是一次数据传输失败就要求重传的一种传输机制，ARQ在误码率不是很高的情况下可以得到理想的吞吐量，但会引起时延。HARQ将FEC和ARQ结合起来，在发送的每个数据包中含有纠错和检错的校验比特，假如接收包中出错的比特数目在纠错能力之内，则错误被自行纠正；当差错严重，已超出FEC的纠错能力时，则让发端重发。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。

    2.3快速调度(FastScheduling)

    NodeB中新增的MAC-hs功能实体负责HSDPA的快速分组调度和HS-DSCH信道的实时控制。分组调度算法控制着共享资源的快速分配，在很大程度上决定了AMC和HARQ的效率和性能。根据无线信道的质量状况和等待发射的数据量以及业务的优先等级等因素，分组调度算法快速地实现共享资源的最优分配。HSDPA技术为了能更好地适应无线信道的快速变化，将调度功能单元放在NodeB中而不是RNC中，传输时间间隔也因此缩短到2ms以内。

    实际上，以上三种技术都属于链路自适应技术，以这种技术处理短时间内数据速率变化的业务比功率控制方式更有效。

    3、HSDPA的演进

    HSDPA是在3GPPR5标准中引入的，可以显著提高WCDMA下行链路分组数据的吞吐量。HSDPA的进一步增强可以增加用户的比特速率和小区吞吐量。在3GPPR6中，将引入天线阵列处理技术，进一步改进下行链路性能，使峰值数据速率达到30Mb/s。

    在Node-B中应用多个发射天线，在终端中应用多个接收天线，可以提高HSDPA的比特速率，这项技术称为多输入多输出技术(MIMO)。更高的数据速率可以采用下面两种方法中的一种达到：

    ●改进天线发射和接收分集来提高信道质量：

    ●在不同的天线上对扩频序列进行再利用。为了区分同一扩频码字上的多个子数据流，终端采用多天线和空间信号处理技术。

    随着HSDPA技术的成熟和发展，其良好的应用前景和平滑的演进能力正在引起越来越多人们的热切关注。作为后3G时代的主流技术之一，很多人甚至将HSDPA称为3.5G技术。目前，很多移动运营商都在高度关注它的进展，众多通信产品供给商也都开始启动了HSDPA技术的商用化进程。